桩机混凝土泵送量控制装置及控制方法与流程

本发明属于建筑工程设备领域，具体涉及一种桩机混凝土泵送量控制装置及控制方法。

背景技术：

打桩机是许多工程施工中常用的一种基础施工设备，它是通过卷扬机拉着动力头带动钻杆钻头向地下钻成孔的打桩设备。为了提高施工效率，保证成桩质量，在提钻时同时灌注混凝土。灌注混凝土的量多数由人工控制。人工控制很难保证合适的灌注量，大部分都是超量灌注，以保证成桩质量。这不但造成了混凝土的浪费，而且还造成了环境污染和清运成本。中国专利cn206830424u-公开了一种“混凝土输送泵配合使用的砼方量精确泵送控制装置”该装置的工作过程如下：

1、根据设计图纸的桩长、桩径计算所需混凝土乘以充盈系数，输入到参数设置中，混凝士输送泵开始工作时采集混凝土输送泵的电液换向阀及正反泵控制器的电子信号，模拟泵送方量，当其与设计值相等时控制器发出停相信号。

2、实际工作当中难免有些特殊情况，如商砼车辆的混凝土不够，需暂停泵送，可以向本发明发出暂停指令，泵送暂停，另一辆商心车辆就位，发出恢复指令，继续工作：如发生堵管的情況，需要反泵，可以向本发明发出反泵指令，模拟方量自动减去反泵方量，避免2次计量：如堵管时间较长，本次作业的桩需要重新钻孔，可以向本发明发出清零指令，模拟方量清零，重新开始计量。该控制方法理论上是成立的。当实际情况和理论情况相符时是可行的。当实际钻孔深度变化等原因造成，需要灌注量要大于理论灌注量时，可能出现断桩现象；需要灌注量要小于理论灌注量时，可能出现超灌现象。导致工作效率低或浪费物料的不足，并且还有人为因素，数据采集，模拟，反泵，清零等造成的误差，因此，控制精度很低。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述技术缺陷，提供一种无需人工计算理论用量和泵送量，直接测量实际混凝土高度在孔中产生的压力值和实际钻孔深度值通过plc可编程控制器比较判断后控制泵送量、并具有结构新颖、方法独特、效果显著、工作效率高、节约物料、控制精度高的桩机混凝土泵送量控制装置及控制方法。

一种桩机混凝土泵送量控制装置，包括桩架、钻杆、动力头，立柱，操作台，提升钢丝绳，顶部滑轮组，动滑轮组，卷扬机钢丝绳，测速定滑轮装置，排绳滑轮和控制系统，所述控制系统包括光电编码器，绳松紧传感器，卷扬机，牵引电机，牵引用变频器，plc控制器，混凝土泵，混凝土泵无线发射模块，混凝土泵无线接收模块和混凝土泵电控系统，桩架上固定卷扬机，卷扬机上固定牵引电机，牵引电机经电缆与牵引用变频器连接，牵引用变频器经导线与plc可编程控制器连接，卷扬机钢丝绳通过绳松紧传感器连接到排绳滑轮，再连到动滑轮组，再连到测速定滑轮装置，在动滑轮组和测速定滑轮装置之间反复缠绕后固定在桩架上，所述动滑轮组与动力头提升钢丝绳连接，动力头提升钢丝绳绕过顶部滑轮组与动力头连接，动力头与立柱连接，动力头的下部与钻杆连接，绳松紧传感器、测速定滑轮装置上的光电编码器、混凝土泵无线发射模块分别经导线与plc可编程控制器连接，plc可编程控制器与操作台上的触摸屏连接，所述混凝土泵无线发射模块和混凝土泵无线接收模块通过无线电信号连接，所述混凝土泵无线接收模块与混凝土泵电控系统连接，其特征在于设有压力传感器，前置放大器、导电滑环和模数转换模块，所述压力传感器安装在钻杆下端，所述压力传感器经导线连接前置放大器，前置放大器通过导线连接到导电滑环，导电滑环通过导线连接到控制柜的模数转换模块，所述模数转换模块与plc可编程控制器相连，以使plc控制器根据压力传感器传来的混凝土压力信号换算成混凝土灌注高度，plc控制器再根据混凝土灌注高度和钻孔深度的比值，指令牵引用变频器控制牵引电机运行速度，当plc控制器运算得出灌注高度和钻孔深度相同时，plc控制器发出停止灌注信号给混凝土泵无线发射模块，混凝土泵无线发射模块向混凝土泵无线接收模块发送无线电信号，混凝土泵无线接收模块接收到信号后控制混凝土泵电控系统停止灌注，解决了混凝土泵送过程中产生的断桩或超灌的实质性不足。

一种桩机混凝土泵送量控制装置的控制方法，其特征在于

一种桩机混凝土泵送量控制装置的控制方法，其特征在于具体步骤如下：

a.通过操作台上的触摸屏向plc控制器发出控制信号，控制动力头带动钻杆钻进，通过牵引用变频器控制牵引电机下钻，卷扬机钢丝绳松紧状态通过绳松紧传感器传给plc控制器，以保证测速定滑轮装置上的光电编码器测到准确转速并传给plc控制器，plc控制器根据光电编码器测到的转速换算成钻孔深度，并传送到触摸屏上显示；

b.压力传感器将钻杆内压力信号通过导线前置放大器和导电滑环传给控制柜内的模数转换模块，经模数转换模块转换后传给plc控制器；当准备灌注混凝土时，经操作台向plc控制器发出灌注指令，plc控制器通过混凝土泵无线发射模块向混凝土泵无线接收模块发送无线电信号，混凝土泵无线接收模块控制混凝土泵电控系统开始灌注混凝土；

c.plc控制器根据压力传感器传来的混凝土压力信号换算成混凝土灌注高度，plc控制器根据混凝土灌注高度和钻孔深度的比值发送指令给牵引用变频器控制牵引电机运行速度，保持混凝土灌注高度和钻孔深度的比值不大于1。

混凝土压力信号换算成混凝土灌注高度公式如下：

h＝p*k1*k2h:混凝土灌注高度m

p:混凝土压力mpa

k1:混凝土压力高度系数m/mpa

k2:钻杆内径和钻孔直径比k2＝d²/d²

d:钻杆内径mm

d:钻孔直径mm

混凝土灌注高度和钻孔深度的比值:l/h≤1l:钻孔深度

d.当plc控制器运算得出灌注高度和钻孔深度相同时即混凝土灌注高度和钻孔深度的比值等于1，plc控制器发出停止灌注信号给混凝土泵无线发射模块，混凝土泵无线发射模块向混凝土泵无线接收模块发送无线电信号，混凝土泵无线接收模块接收到信号后控制混凝土泵电控系统停止灌注。

本发明由于采用上述结构和方法，通过光电编码器测量钻孔深度反馈给plc可编程控制器，通过压力传感器测量混凝土灌注高度反馈给plc可编程控制器，通过plc控制器的程序实时监控灌注高度和钻孔深度，解决了混凝土泵送过程中容易产生的断桩或超灌的实质性不足，具有结构新颖、方法独特、效果显著、工作效率高、节约物料、控制精度高等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中测速定滑轮装置的结构示意图。

图3是图2的左视图。

图4是本发明中控制系统的原理框图。

附图标记：1桩架、2钻杆、3提升钢丝绳，4顶部滑轮组，5卷扬机，6动力头，7导电滑环，8立柱，9操作台，10牵引电机，11plc控制器，12模数转换模块，13牵引用变频器，14动滑轮组，15卷扬机钢丝绳，16触摸屏，17排绳滑轮，18混凝土泵，20测速定滑轮装置，21光电编码器，22前置放大器，23压力传感器，25混凝土泵无线发射模块，26混凝土泵无线接收模块，27混凝土泵电控系统，30绳松紧传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

一种桩机混凝土泵送量控制装置，包括桩架1、钻杆2、动力头6，立柱8，提升钢丝绳3，顶部滑轮组4，动滑轮组14，卷扬机钢丝绳15，测速定滑轮装置20，排绳滑轮17和控制系统，所述控制系统包括操作台9，光电编码器21，绳松紧传感器30，卷扬机5，牵引电机10，牵引用变频器13，plc控制器11，混凝土泵18，混凝土泵无线发射模块25，混凝土泵无线接收模块26和混凝土泵电控系统27，所述桩架1上固定卷扬机5，卷扬机5上固定牵引电机10，牵引电机10经电缆与牵引用变频器13连接，牵引用变频器13经导线与plc控制器11连接，卷扬机钢丝绳15通过绳松紧传感器30连接到排绳滑轮17，再连到动滑轮组14，再连到测速定滑轮装置20，在动滑轮组14和测速定滑轮装置20之间反复缠绕后固定在桩架1上，所述动滑轮组14与动力头提升钢丝绳3连接，动力头提升钢丝绳3绕过顶部滑轮组4与动力头6连接，动力头6与立柱8连接，动力头6的下部与钻杆2连接，绳松紧传感器30、测速定滑轮装置上的光电编码器21、混凝土泵无线发射模块25分别经导线与plc控制器11连接，plc控制器11与操作台9上的触摸屏16连接，所述混凝土泵无线发射模块25和混凝土泵无线接收模块26通过无线电信号连接，所述混凝土泵无线接收模块26与混凝土泵电控系统27连接，其特征在于设有压力传感器23，前置放大器22、导电滑环和模数转换模块12，所述压力传感器23安装在钻杆2下端，所述压力传感器23经导线连接前置放大器22，前置放大器22通过导线连接到导电滑环，导电滑环通过导线连接到控制柜的模数转换模块12，所述模数转换模块12与plc控制器11相连，以使plc控制器11根据压力传感器22传来的混凝土压力信号换算成混凝土灌注高度，plc控制器再根据混凝土灌注高度和钻孔深度的比值，指令牵引用变频器控制牵引电机运行速度，当plc控制器运算得出灌注高度和钻孔深度相同时，plc控制器发出停止灌注信号给混凝土泵无线发射模块，混凝土泵无线发射模块向混凝土泵无线接收模块发送无线电信号，混凝土泵无线接收模块接收到信号后控制混凝土泵电控系统停止灌注，解决了混凝土泵送过程中产生的断桩或超灌的实质性不足。

一种桩机混凝土泵送量控制装置的控制方法，其特征在于具体步骤如下：

a.通过操作台9上的触摸屏16向plc控制器11发出控制信号，控制动力头6带动钻杆2钻进，通过牵引用变频器13控制牵引电机10下钻，卷扬机钢丝绳15松紧状态通过绳松紧传感器30传给plc控制器11，以保证测速定滑轮装置20上的光电编码器21测到准确转速并传给plc控制器11，plc控制器11根据光电编码器21测到的转速换算成钻孔深度，并传送到触摸屏16上显示；

b.压力传感器23将钻杆内压力信号通过导线前置放大器22和导电滑环传给控制柜内的模数转换模块12，经模数转换模块12转换后传给plc控制器11；当准备灌注混凝土时，经操作台向plc控制器11发出灌注指令，plc控制器11通过混凝土泵无线发射模块25向混凝土泵无线接收模块26发送无线电信号，混凝土泵无线接收模块26控制混凝土泵电控系统27开始灌注混凝土；

c.plc控制器根据压力传感器23传来的混凝土压力信号换算成混凝土灌注高度，plc控制器11根据混凝土灌注高度和钻孔深度的比值发送指令给牵引用变频器控制牵引电机运行速度，保持混凝土灌注高度和钻孔深度的比值不大于1。

混凝土压力信号换算成混凝土灌注高度公式如下：

h＝p*k1*k2h:混凝土灌注高度m

p:混凝土压力mpa

k1:混凝土压力高度系数m/mpa

k2:钻杆内径和钻孔直径比k2＝d²/d²

d:钻杆内径mm

d:钻孔直径mm

混凝土灌注高度和钻孔深度的比值:l/h≤1l:钻孔深度

d.当plc控制器11运算得出灌注高度和钻孔深度相同时即混凝土灌注高度和钻孔深度的比值等于1，plc控制器11发出停止灌注信号给混凝土泵无线发射模块25，混凝土泵无线发射模块25向混凝土泵无线接收模块26发送无线电信号，混凝土泵无线接收模块26接收到信号后控制混凝土泵电控系统27停止灌注。

本发明由于采用上述结构和方法，通过光电编码器测量钻孔深度反馈给plc可编程控制器，通过压力传感器测量混凝土灌注高度反馈给plc可编程控制器，通过plc控制器的程序实时监控灌注高度和钻孔深度，解决了混凝土泵送过程中容易产生的断桩或超灌的实质性不足，具有结构新颖、方法独特、效果显著、工作效率高、节约物料、控制精度高等优点。