辅助打桩系统及设有辅助打桩系统的打桩机的制作方法

本实用新型涉及一种工程机械，具体地说，尤其涉及一种辅助打桩系统及设有辅助打桩系统的打桩机。

背景技术：

液压挖掘打桩机是一种基于液压挖掘机的差异化产品，基于液压挖掘机基础平台，通过大臂、中臂、小臂、吊架、振动锤头及夹持部件等构成，通过夹持夹住各种桩，利用振动锤头中的偏心机构的高速旋转，产生激振力，操控大臂、中臂、小臂及吊架下压振动锤头及夹持部件，使桩打入地面，广泛用于深挖、河道清淤、管道走廊等施工。

在打桩过程中，为保证桩垂直打入，需要一辅助人员站立于桩附近观察打桩过程中是否垂直，然后将桩的垂直信息通过手势或通讯系统传递给液压挖掘机打桩机操作手，操作手通过操控液压系统控制大臂、中臂、小臂复合动作，调整吊架、振动锤头及夹持部件，使振动锤头、夹持部件及桩在打桩过程中保持垂直。作业过程中桩是否垂直通过站立于桩附件的辅助人员通过肉眼观察，再通过与操纵机手的互动传递信息，机手根据辅助人员传递的信息操控液压系统，进一步控制动臂、中臂、小臂复合动作，实现调整，保证打桩过程中桩的垂直度；辅助人员观察经验和水平直接影响打桩垂直度，辅助人员与操作者的信息传递有效性、及时性也对打桩垂直度影响较大液压挖掘打桩机操作手技能水平和辅助人员信息沟通有效及时性直接影响打桩过程中的垂直度，进而影响作业效率打桩过程中桩不垂直，需要拔桩后重新打桩，一方面造成拔桩所消耗的功率为无用功，另一方面打桩不垂直容易导致此桩及其临近桩桩扩涨，造成早期损耗，降低使用寿命，高技能打桩操作手技能水平高、工资高，导致使用成本高，而且机手缺乏。

技术实现要素：

本实用新型目的是提供一种辅助打桩系统及设有辅助打桩系统的打桩机，以克服现有技术中打桩机打桩过程效率低，对机手操作技能要求高的缺陷。

本实用新型是采用以下技术方案实现的：一种辅助打桩系统，包括：

传感器组件，所述传感器组件包括角度传感器单元、垂直度检测单元和惯量单元，角度传感器安装在工作装置上，用于实时监控工作装置角度信息并反馈给控制单元，并形成闭环控制；垂直度检测单元，用于检测桩的垂直度信息并传递给控制单元；惯量单元，用于检测打桩机整机所处施工面的空间与角度信息；

控制单元，与传感器组件连接，通过获取传感器组件的角度信息及存储的打桩机结构参数计算并控制工作装置油缸动作。

进一步的，所述角度传感器单元包括第一传感器、第二传感器和第三传感器，

第一传感器置于大臂与上架连接销轴处，用于检测大臂与上架的角度信息；

第二传感器置于大臂与中臂连接销轴处，用于检测大臂与中臂的角度信息；

第三传感器置于小臂与中臂连接销轴处，用于检测小臂与中臂的角度信息。

进一步的，所述垂直度检测单元置于上架上，且位于大臂的下方。

进一步的，还包括显示单元，所述显示单元实时显示控制单元计算的垂直度信息。

进一步的，所述控制单元根据桩的打入深度信息监测到目标轨迹c为最后一个轨迹离散点时，自动关闭辅助打桩功能。

进一步的，手动操控打桩优先级高于辅助打桩系统操控打桩的优先级。

一种设有辅助打桩系统的打桩机，包括上述的辅助打桩系统。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型通过手动对桩后，开启辅助打桩功能，即可根据桩的空间位置坐标，自动规划桩的打桩轨迹路线，自动通过控制电控主阀的相关阀组，进而控制相关油缸复合动作，实现辅助打桩，依靠控制系统保证打桩过程中桩的垂直度，减少对操作机手的技能要求，只需操作者完成对桩后开启辅助打桩，即可实现打桩过程中垂直度自动控制和打桩，避免通过辅助观察人员和机手信息传递和通过机手的个人技能水平保证打桩过程中的垂直度，提高了打桩效率，降低机手操作技能要求，普通机手即可实现高水平机手手动打桩的效果，降低使用成本。

附图说明

图1是本实用新型打桩机的工作状态示意图。

图2是本实用新型打桩机的控制示意图。

图3是本实用新型打桩机的控制逻辑图。

图中：1、上架；2、第一传感器；3、第一油缸；4、大臂；5、第二油缸；6、第二传感器；7、中臂；8、第三油缸；9、第三传感器；10、小臂；11、吊架；12、锤头；13、垂直度检测单元；14、惯量单元；15、桩。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种辅助打桩系统，包括传感器组件和控制单元。传感器组件包括角度传感器单元、垂直度检测单元13和惯量单元14，角度传感器单元安装在工作装置上，用于实时监控工作装置角度信息并反馈给控制单元，并形成闭环控制；垂直度检测单元13，用于检测桩的垂直度信息并传递给控制单元；惯量单元14，用于检测打桩机整机所处施工面的空间与角度信息；控制单元，与传感器组件连接，通过获取传感器组件的角度信息及存储的打桩机结构参数计算锤头12及桩15的空间位置坐标，根据对桩初始阶段锤头12及桩15的空间位置坐标b计算出打桩过程中桩15的轨迹路线c，控制单元通过惯量单元对空间位置坐标b的目标轨迹c实时修正补偿反馈，控制单元将轨迹路线离散化，然后计算出任一离散轨迹路线单元下的工作装置所需角度变化，根据角度变化值计算出工作装置油缸所需长度信息，通过控制电控主阀中各相关阀组动作从而控制工作装置油缸动作。

进一步的，角度传感器单元包括第一传感器2、第二传感器6和第三传感器9，第一传感器2置于大臂4与上架1连接销轴处，用于检测大臂4与上架1的角度信息；第一油缸3置于大臂4、打桩机上架1之间，可通过第一油缸3的伸缩从而改变大臂4与上架1之间的角度；第二传感器6置于大臂4与中臂7连接销轴处，用于检测大臂4与中臂7的角度信息；第二油缸5置于大臂4与中臂7之间，可通过第二油缸5的伸缩从而改变大臂4与中臂7之间的角度；第三传感器9置于小臂10与中臂7连接销轴处，用于检测小臂10与中臂7的角度信息；第三油缸8置于小臂10与中臂7之间，可通过第三油缸8的伸缩从而改变小臂10与中臂7之间的角度。

进一步的，垂直度检测单元13置于上架1上，且位于大臂4的下方，用于检测桩的垂直度信息并传递给控制单元。

进一步的，本实用新型辅助打桩系统还包括显示单元，显示单元设置于打桩机驾驶室内，实时显示控制单元计算的垂直度信息。

进一步的，锤头12空间位置坐标b设为小臂10与吊架11铰接点的空间位置坐标。

进一步的，控制单元根据桩15的打入深度信息监测到目标轨迹c为最后一个轨迹离散点时，自动关闭辅助打桩功能。

进一步的，手动操控打桩优先级高于辅助打桩系统操控打桩的优先级。

在图1所示实施例中，一种设有辅助打桩系统的打桩机，包括上架1、第一传感器2、第一油缸3、大臂4、第二油缸5、第二传感器6、中臂7、第三油缸8、第三传感器9、小臂10、吊架11、锤头12、垂直度检测单元13、惯量单元14、控制单元、显示单元。

第一传感器2置于大臂4与上架1连接销轴处，用于检测大臂4与上架1的角度信息；第一油缸3置于大臂4、上架1之间，可通过第一油缸3的伸缩从而改变大臂4与上架1之间的角度；第二传感器6置于大臂4与中臂7连接销轴处，用于检测大臂4与中臂7的角度信息；第二油缸5置于大臂4与中臂7之间，可通过第二油缸5的伸缩从而改变大臂4与中臂7之间的角度；第三传感器9置于小臂10与中臂7连接销轴处，用于检测小臂10与中臂7的角度信息；第三油缸8置于小臂10与中臂7之间，可通过第三油缸8的伸缩从而改变小臂10与中臂7之间的角度。

垂直度检测单元13，用于检测桩15的垂直度信息并传递给控制单元；惯量单元14，用于检测打桩机整机所处施工面的空间与角度信息；控制单元，与传感器组件连接，通过获取传感器组件的角度信息及存储的打桩机结构参数计算锤头12及桩15的空间位置坐标，根据对桩初始阶段锤头12及桩15的空间位置坐标b计算出打桩过程中桩15的轨迹路线c，控制单元通过惯量单元14对空间位置坐标b的目标轨迹c实时修正补偿反馈，控制单元将轨迹路线离散化，然后计算出任一离散轨迹路线单元下的工作装置所需角度变化，根据角度变化值计算出工作装置油缸所需长度信息，通过控制电控主阀中各相关阀组动作从而控制工作装置油缸动作。显示单元设置于打桩机驾驶室内，实时显示控制单元计算的垂直度信息。

本实用新型打桩机具体实施例的操作方法如下：

打桩初始阶段，机手通过手动操控工作装置调整使吊架11、锤头12及夹持及桩15调整到位，使桩15与相邻桩15完成对桩。

机手开启辅助打桩功能后，控制单元15根据第一传感器2、第二传感器6、第三传感器9、惯量单元14和存贮于控制单元内的第一油缸3、大臂4、第二油缸5、中臂7、第三油缸8、小臂10的结构参数，计算出小臂10与吊架11铰接点相对于打桩机所处施工地面的空间位姿矩阵t，进而计算出小臂10与吊架11铰接点的空间位置坐标b（x,y,z）（其中x方向为铰接点与指向上架1的方向，y为铰接点垂直方向，z为铰接点的左右方向），打桩过程中要保证桩15的垂直度，即在桩15的打入过程中，铰接点b的空间坐标，x与z方向的坐标值不变，仅y坐标值变化。

控制单元将根据桩15的本身打入深度h并计算获取对桩后小臂10与吊架11铰接点的空间位置坐标b（x,y,z）空间坐标y离散化，获得在打桩过程中桩的目标轨迹c。

根据目标轨迹c，控制单元根据第一油缸3、第二油缸5、与第三油缸8最小调整变化量原则实时计算大臂4与上架1的角度调整量，大臂4与中臂7的角度调整量，小臂10与中臂7角度调整量；进而根据储存在控制单元内的第一油缸3、大臂4、第二油缸5、中臂7、第三油缸8、小臂10的结构参数计算出所需第一油缸3、第二油缸5、第三油缸8的变化量，从而控制单元控制电控主阀相关阀组动作自动对第一油缸3、第二油缸5、第三油缸8供油进行调整；第一传感器2、第二传感器6、第三传感器9用于实时监测角度信息并反馈给控制单元，从而形成闭环控制；惯量单元14用于实时监测桩的垂直度并反馈给控制单元，控制单元对小臂10与吊架11铰接点的空间位置坐标b的目标轨迹c实时修正补偿反馈，保证打桩过程中桩15的垂直度；控制单元根据桩15的打入深度信息监测到目标轨迹c为最后一个轨迹离散点时，自动关闭辅助打桩功能；打桩过程中机手可通过手动操控对辅助打桩功能进行干预，手动操控打桩优先级高于辅助打桩系统的优先级。