柴油打桩机的制作方法

文档序号:5391188阅读:244来源:国知局
专利名称:柴油打桩机的制作方法
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1前序部分的柴油打桩机。
很多年来这种类型的柴油打桩机一直在建筑工地上使用,以便将桩子或其他桩体,如板桩墙等等打入土壤中。用这种类型的、其锤击活塞通常具有1T至5T重量的柴油打桩机可以将桩体迅速和费用比较低廉地打入土壤内。
这种打桩机工作在燃料输入的手动控制状态下。打桩机驾驶员通过肉眼检查打入的步距和锤击活塞的弹跳高度的方法,分别确定必要的燃料量。这里通常在地面太软时会导致有一部分冲击能必须由汽缸本身承受,因为锤体只有有限的行程,当地面太软时撞在汽缸端壁上。反过来在地基太硬时会出现锤击活塞很高地跳起,因此同样存在损坏柴油打桩机的危险,或者甚至由此必须考虑到,锤击活塞失控地从汽缸上端射出,这会导致严重的事故。
因此通过本发明应该这样地改进按权利要求1前序部分的柴油打桩机,使得按照当时的工作需要自动地定量供给每次打击所输入的燃料量。
按照本发明这个任务通过具有在权利要求1内给定的特征的柴油打桩机来解决。
在按照本发明的柴油打桩机中每次对于下一次打击所必需的燃料量由刚刚进行的打击的瞬时动态性能推算出来。由锤击活塞的弹跳高度,如前所述,可以估计出土地的硬度,从而估算出在锤击活塞落在锤体上时桩体将会出现的下一次送进量。上一次锤击时锤体的运动提供类似的信息。速度也是对于每次所得到的锤击力的衡量尺度,在点火以后锤击活塞以这一速度从一规定的测量位置旁经过。在燃料定量供给时可以考虑的其他参数是在燃烧室或出口处达到的温度和/或在燃烧室内达到的压力。燃料燃烧完全性的一个尺度是废气中的炭黑含量。
在对自动的燃料定量供给的品质要求不高时可以仅仅采用上述传感器中的一种。在比较复杂的定量给料装置中也可以应用权利要求1中所述的多种传感器,并按规定的层次应用其输出信号以调节其燃料量,或者以规定的方法加权共同用于定量供给燃料。
当然,类似地也可以控制供给燃烧的空气量,以调整每次所希望的打桩结果。总之按照本发明按需要来控制燃烧室内用以燃烧的燃料/空气混合物的成分。
本发明优良的改进结构在从属权利要求中给出。
本发明按权利要求2的改进结构在特别精确地确定燃料输出量方面是有利的。
如果对于燃料的输出总共只有有限的时间可供使用,但是尽管如此每个循环的燃料量尽该在很宽的范围内调整,那么本发明按权利要求3的改进结构是有利的。
如果燃料已经供给到燃烧室,那么本发明按权利要求4的改进结构允许在短时间内控制下一次锤击的强度。
本发明按权利要求5的改进结构在一结实的并且允许在恶劣的使用条件下工作的锤击活塞位置测量装置方面是有益的。
按权利要求6一唯一的检测装置可以同时用来测量位置和测量速度。
本发明按权利要求7的改进结构允许不同的位置检测装置这样地分布在柴油打桩机的汽缸上,使得不会造成不允许的机械强度的局部削弱。
在不必经受大的内压力而主要只起导向作用的那种汽缸区域内也可以按权利要求8布置位置检测装置,这使得在机械方面还有电缆敷设方面变得简单。
本发明按权利要求9的改进结构在位置检测装置方便地安装和方便地敷设电缆方面有优越性。
用本发明按权利要求10的改进结构达到检测装置支承条在经过长的时间后仍然牢固地固定,并且不影响锤击活塞的运动。
本发明按权利要求11的改进结构允许一种不机械干扰汽缸的锤击活塞位置测量装置。因此这种改进结构特别适用于在已经存在的柴油打桩机上加装自动燃料定量供应装置。
本发明按权利要求12的改进结构允许提前提供关于锤击活塞的期望的弹跳高度的信息。锤击活塞预期的弹跳高度知道得越早,越有更多的时间用来定量供给燃料。
用按权利要求13的改进结构达到,自动认别预期的太大的弹跳高度。
如果锤击活塞呈现过大的弹跳高度,那么在按权利要求14的柴油打桩机中便降低压缩,或者减少提供的燃烧空气量。
在按权利要求15的柴油打桩机中自动地监测,什么时候锤击活塞预期的弹跳高度可能导致安全问题。
按权利要求16这种对于出于安全原因有顾虑的局势的自动认别可以用来立即停止作用在锤击活塞上的驱动力,并防止后续的锤击循环,而且即使用于下一循环的燃料量已经输入燃烧室也可以。
按权利要求17的改进结构一方面在可运动的缸壁块和汽缸的可块连接方面是有益的,它就像在柴油打桩机正常工作时所希望的那样。但是同时可运动的缸壁块也可以快速地移动到其开启位置。
按权利要求18得到一种在机械方面特别可靠和简单的用于锤击活塞的位置传感器。
按权利要求19可以这样地校正力传感器的输出信号,使得得到随锤击活塞的位置完全线性地变化的信号。
由本发明按权利要求20的改进结构得到这样的优点,不稀释地测量在燃烧时得到的炭黑颗粒的密度。此外在一个既在排出废气时又在吸入新鲜燃烧空气时都存在高的流动速度的部位测量炭黑颗粒的密度,因此得到光栅的很好的自清洁。
本发明按权利要求21的改进结构在光栅良好的自清洁方面也是有利的。
用本发明按权利要求22的改进结构得到在光栅的光学元件附近很好的层流。
本发明按权利要求23的改进结构允许按照各个测头各自赋予的含义规定不同测头对燃料给定量的影响。
按权利要求24可以用简单的方法进行不同差错信号的加权组合。
在按权利要求25的柴油打桩机中可以在调节回路中完全排除那些稳定和良好地位于其理论值近似的实际值,或者退回到其原先对调节的影响,然后在优先考虑其他参数的情况下使调节精化,例如在调节到稳定的弹跳高度以后优先根据在燃烧废气中随同排放的炭黑颗粒的浓度和/或根据燃烧废气中一氧化碳的含量进行后续的燃料定量供给。
柴油打桩机工作中的不规律性也可能由燃烧室内恒定的燃料量的分布的不规则性产生。在按权利要求26的柴油打桩机中燃料通过管道,不是作为自由喷射,输入一在锤体上侧形成的燃料池内。然后将燃料池内的燃料完全与可能不稳定的流动特性无关地分配到燃烧室内。
在柴油打桩机中使用的润滑剂至少部分地在燃烧过程中跟着一起燃烧。本发明按权利要求27的改进结构允许,一起考虑由润滑剂的燃烧所得到的对于活塞的推动作用。
在按权利要求28的柴油打桩机中不断地监测桩体进入土壤中的挤入量。由每次锤击(规定能量)得到的桩体的送进量可以推断出土壤中刚刚穿透的区域的硬度。
用本发明按权利要求29的改进结构以简单的方法得到桩体直至打桩工作结束为止位置的精确确定。通过送进量传感器与桩体末端,特别是与一装在后者上面的锤击顶盖的配合工作达到,送进量的测量不受由于在打桩时本身所出现的振动的影响,因为送进量测量可以在连续进行的两次锤击之间桩体静止的那一段时间内进行。
本发明按权利要求30的改进结构在冲击形的运动和振动与固有的传感器的隔离方面是有利的。在锤击桩体时柔性的测量装置卸荷,并在此后作用在它上面的预紧力的作用下柔和地按时到达桩体新的位置。
用按权利要求31的柴油打桩机可以记录桩体打入的总的进程。用这种方式得到土壤局部硬度的直观的曲线。
在按权利要求32的柴油打桩机中人们得到一关于在桩体打入期间总共给出的燃料量的总览。由此也可以看出不同土层的硬度。贮存的喷油量也可以在打靠得很近的另一个桩体时用来作为燃料量与土壤局部硬度相适应的起始值。
按照权利要求33得到土壤局部硬度精确的测量和桩体实际承载能力的不断的动态测定。如果希望的话,在得到规定的承载能力以后可以中断打桩,这样便节省了总的打桩时间。
按权利要求34的本发明的改进结构允许越过整个打桩时间记录桩体承载能力进展的资料。这也给出了一个关于穿透的土层的硬度和承载能力的直观的全貌,并允许例如在附近打另一个桩体时有意地在某一硬度的土层时中断打桩,在这一土层下面又是一较软的土层。
下面参照图形借助于实施例对本发明作较详细的说明。在这些图形中

图1通过柴油打桩机的一轴截面以及用来根据当时的工作条件自动地定量供给每个循环输入的燃料量的装置的原理线路图;图2图1中所示柴油打桩机的汽缸内表面的展开图;图3一与柴油打桩机的锤击活塞配合工作的位置和速度检测装置的方框图;图4提供相应于锤击活塞预期弹跳量的输出信号的回路的方框图;图5用在用来自动定量供给燃料的装置中的差错信号单元的方框图;图6用来由许多附属于不同工作参数的单个差错信号形成总的差错信号的回路的方框图7柴油打桩机燃料自动定量给料装置一个控制级的方框图;图8类似于图2的视图,但是其中表示一略有不同的柴油打桩机;图8类似于图1的视图,但是其中表示定量供给燃料和燃料输送给燃烧室的一个变型方案;图9类似于图2的视图,但是其中表示一略有不同的柴油打桩机;图10类似于图1的视图,但是其中表示一略有不同的柴油打桩机。
图1中用10示意表示柴油打桩机。它有一汽缸12,它向上张开而下方通过一端壁14封闭。端壁14有一中央孔16,一整体以20表示的锤体的柄部18穿过此孔。
锤体20具有一活塞部分22,它带有密封圈24并在汽缸12下面一段内运动。柄部18位于汽缸12之外的末端上设有一锤击部分26,其下端面弯曲成球形。
锤体20与锤击顶盖30的上表面配合工作,锤击顶盖在图1中它和携带此顶盖的、待打入土壤的桩子32一样都用虚线表示。
一整体以34表示的锤击活塞在汽缸12内部移动。此活塞具有一带密封圈40的活塞部分36。在活塞部分36上面有一具有很大轴向尺寸的重量部分44。通常锤击活塞34的重量在一吨至五吨之间。
锤击活塞34和锤体20及汽缸12一起围成一燃烧室46。燃烧室46通过一工作管接头48与周围大气连通。工作管接头48有一向上倾斜的轴线,并用来输入新鲜的燃烧空气给予燃烧室,并从燃烧室中排出燃烧废气,如在双节拍柴油发动机中常见的那样。
在汽缸12周壁下面一段上装有一喷嘴50。此喷嘴通过一二位二通电磁阀52与燃料输送泵54的出口连接,燃料输送泵从一燃料贮存容器56中抽油。燃料输送泵54最好是一通过液压马达58驱动的输送泵。液压马达58由一装载柴油打桩机的、未画出的汽车的液压回路供油。为了限制燃料输送泵54的输送压力设有一限压阀60,它从输送泵54的输出端回输到贮存容器56。
电磁阀52的控制通过控制单元62进行,它根据许多传感器工作。
控制单元62首先根据锤击活塞34的瞬时位置工作。为了能够确定瞬时位置,在汽缸12的壁上沿一螺旋线以规则的轴向和圆周方向的间距相互顺次地齐整地安装位置检测装置64-1,64-2,…64-i。
如图3中所示,位置检测装置64例如可以按涡流原理工作。传感线圈66与一工作回路68相连,通过此回路在传感线圈66内维持交流电。根据传感线圈66对面是否有一锤击活塞34的部分,传感线圈66受到不同的阻抑。这可以由工作回路68确定,并且它在总体上这样构成,使得它在其输出端提供一相应于传感线圈66阻抑的输出信号。这个输出信号通过大的数值表示锤击活塞34位于对面,通过小的数值表示锤击活塞34不位于对面。由位于两个输出电压值之间的信号脉冲的斜率可以推导出锤击活塞34在传感线圈66旁经过的速度。工作回路68的输出信号一方面提供给输出导线70。另一方面输送到一差分回路72上。因此该差分回路在另一输出导线74上呈现一信号,它相应于活塞的速度。
不同的位置检测装置64-i与控制单元62的输入端连接,如对于一些位置检测装置所示。因此通过对位置检测装置64-i输出信号的处理控制单元62可以确定,锤击活塞34的下棱边正好位于什么位置,它以什么样的速度向上或向下运动。因此位置检测装置64共同构成一复合的位置和速度传感器,它和锤击活塞34共同工作。
当然,位置检测装置64-i并不像上面在说明检测装置64-i的工作原理时为了简单起见首先所假设的那样仅仅与活塞部分36的最下端的棱边配合工作。活塞部分36的上棱边和活塞部分38的下棱边也以类似的方式和位置检测装置配合工作。为了改善路程测量装置的分辨率,这些棱边相对于活塞部分36的下棱边这样地错开,使得当锤击活塞34继续运动,走过两相邻检测装置64-i之间的距离的三分之一或三分之二时,锤击活塞34的这些其他棱边便分别和位置检测装置64-i配合工作。正好操作一个位置检测装置的控制棱边可以在考虑最后得到的输出信号的情况下由控制单元62认别。
其次在汽缸12的工作管接头48上装有一总体以78表示的光栅单元。它包括一发送部分80,它发出一以规定频率发出节拍的红外激光束,还包括一相应地发出节拍的接收部分82,它接收激光束。
发送部分80有一光学输出部分84,例如一石英部分,它具有一伸入工作管接头48的球形罩形状的抛光端面。相应地接收部分82有一光学输入部分86,它同样可以由石英制成,并且有一伸入工作管接头48的球形罩形状的端面。输出部分84和输入部分86这样地定位,使其两个端面86,90以其基线贴合在工作管接头48的内表面上。用这种方法端面86,90放置在工作管接头内的流动之外并始终免受冲淋。由从发送部分80向接收部分82发送的激光束的减弱可以测量燃烧废气内炭黑颗粒的密度。
为了提高灵敏度激光束的轴线也可以更强烈地平行于工作管接头48的轴线布置,为此假如接收部分82可以移动到图1中虚线所示位置,并且发送部分80和接收部分82的轴线可以相应地偏转。
其次工作管接头48的自由端带有一一氧化碳传感器88,一碳化氢传感器90和一温度传感器92。它们设置在流过工作管接头48的气体的流动路径中,并测量燃烧废气中一氧化碳的含量和未燃烧的碳氢化合物的含量,以及吸入燃烧室的新鲜燃烧空气和从燃烧室中排出的燃烧废气的温度。传感器88、90和92的输出端和控制单元62的其他输入端相连。
另一温度传感器94设置在燃烧室46的下面一段上。这里可以一个耐压的、安装在汽缸12周壁上的温度传感器。对于某些应用场合在燃烧室区域内汽缸12周壁外侧上连接一个温度传感器就足够了。
其次在燃烧室46下部一段内设有一压力传感器96,它耐压地装入汽缸12的外壁内,并测量在燃烧空气压缩时,燃料/空气混合物燃烧时和燃烧废气膨胀时的压力变化。温度传感器94和压力传感器96与控制单元62的其他输入端连接。
其次在燃烧室46的下部区域内设有一卸荷孔98。它通过一节流器100和一二位二通电磁阀101与一缓冲贮存容器102连接。通常关闭的电磁阀的控制通过控制单元62进行。
对于锤体20设有一总体以104表示的位置传感器。它包含一力传感器106,它埋在端壁14的一较深的平行于轴线的盲孔108内。一传感弹簧110作用在力传感器106上,传感弹簧以其上端作用在活塞部分22的底面上。位置传感器104的输出信号同样输送给控制单元62,控制单元使这个输出信号按照一规定的特性曲线线性化,此规定的特性曲线例如可以由一可通过数字化的输出信号编址的校正存贮器构成。
图2以汽缸12内表面的展开图表示不同的位置检测装置64-i、一氧化碳传感器88、碳氢化合物传感器90、温度传感器94和压力传感器96以及工作管接头48和卸荷孔98的位置。
图4表示,不同的位置检测装置64的输出信号怎样可以用来在燃料/空气混合物点燃以后不久便开始预测每次锤击活塞34的弹跳高度。
除了提供位置信号外还提供速度信号(如上面参照图3的说明)的不同的位置检测装置64-1,64-2等等与一外插补器112的不同的输入端连接。
在混合物点燃后外插补器112首先从最下面的位置检测装置64-1得到一个信号,它表示锤击活塞的下棱边正好从这一位置检测装置旁边经过。其次外插补器112从位置检测装置64-1得到这方面的信息,锤击活塞以怎样的速度经过检测装置。由这两个数值外插补器112可以按照一规定的算法(自由坠落)或者由经过试验求出的贮存的数值求出,预计锤击活塞将上升多高。短时间以后外插补器112从位置检测装置64-2得到一对类似的信号。由这对信号外插补器可以确定锤击活塞34新的预计弹跳高度,其中它可以从第一个预测数值和第二个预测数值之间的偏差推导出关于作用在锤击活塞上的摩擦力的信息。然后外插补器可以在预计弹跳高度的后续外插补时应用这个信息,当外插补器从位置检测装置64-3中得到其输出信号组合时它便进行这种外插补。
用这种方法在外插补器112的一输出端H得到一输出信号,它首先非常迅速但还带有一定误差,然后越来越准确地反映锤击活塞34预计的弹跳高度。当然在外插补器112的输出信号上还可以识别,什么时候锤击活塞34达到其当时整个的弹跳高度。
外插补器112在另一输出端V上输出一相应于锤击活塞34瞬时速度的输出信号。
位置检测装置64-i和外插补器112允许以类似的方法从锤击活塞34的上死点出发预先计算锤击活塞34在锤体20上的预计锤击时刻。在一输出端Z上提供相应的信号。
按图4外插补器112和一压缩值存贮器114共同工作,在该存贮器中(在新的柴油打桩机时通过试验求出,以后通过自学习由压力传感器96的输出信号推导出来)贮存那样的压缩值,通常当锤击活塞34在上升时或下降时以一定的速度经过一定的位置检测装置64-i时得到这样的压缩值(通过一定数量的先前的锤击循环,例如50次循环形成平均值)。由这个压缩值可以直接计算燃烧室内供给下一次点燃的燃烧空气的量。在外插补器112的一输出端P上输出相应的输出信号。
因此用上述方式方法已经可以在混合燃气下一次点燃之前清楚地确定锤击活塞34的运动和位于燃烧室46内的燃烧空气的量以及压力。也就是说人们有时间,这样地定量供给燃料,就像它在所希望的打桩效率,所希望的混合特性方面和在环境观点方面所希望的那样。这里燃料输送可以延续一较长的时间间隔,这有利于可重复的燃料输送。相反在已知柴油打桩机中规定量的燃料输送到燃烧室46内总是在锤击活塞34到达下死点之前不久一很短的时间段内进行,因为其下棱边直接机械地操作一燃料喷射泵的操纵杠杆。
在燃料定量供给时传感器78和88至96的输出信号以及外插补器112的输出信号的考虑可以如以下方式进行为在图5中以116-i表示的空白所示的每个传感器设一模/数转换器118-i。模/数转换器118-i的输出信号与一数字减法回路120-i的输入端连接。此减法回路从一属于控制单元62的计算机124的一存贮单元122-i得到其第二个输入信号。此存贮单元含有对于当时所考察的测量值的理论值。在减法回路120-i的输出端得到一附属于所考察的测量值的误差信号E-i。由组件116-122构成的单元下面称作误差信号发生器并带有图形标记126-i。
外插补器112和连接在它上面的位置检测装置64-i同样构成一传感器一数字化单元,相当于在图5意义上的传感器116-i和模/数转换器118-i的串接。
图6表示,如何可以将不同误差信号发生器126-i的输出信号加权组合成一总的误差信号,其中通过可以随时间进程改变的权数可以规定,在控制混合燃气的成份时测量值中的哪一个应该占的比重大一些,哪一个应该小一些。
此外一总体以128表示的误差信号一组合回路128含有一倍加器130-i,其一个输入端与不同误差信号发生器126-i的输出端连接。数字式倍加器130-i的另一输入端与上面联系存贮单元124-i已经提到过的控制单元162的计算机的存贮单元132-i连接。存贮单元132-i含有可改变的乘法因子。倍加器130-i的输出信号通过一数字式加法回路134汇总成一总的误差信号E。
一可以由可编程的微处理器构成的加权控制回路136同样得到误差信号发生器126-i的输出信号。加权控制回路136在按照规定的准则考虑误差信号E-i的情况下实际确定,各误差信号发生器126-i应该以怎样的权数参与燃料供给量的控制。如果在经过许多循环后断定锤击活塞34的弹跳高度保持不变,那么加权控制回路可以规定,在柴油打桩机以后的工作循环中在主要考虑环境参数的情况下工作,也就是在减少炭黑颗粒排放方面多加考虑。反过来如果加权控制回路136断定出现危险的运行状态,那么它可以对于燃料的定量供给优先采用相应的测量值,这时其他测量值放在次要地位。例如如果加权控制回路136断定,在一次锤击中锤体20运动得这么远,使其活塞部分22的底面危险地接近端壁14的上侧,那么它可以仅仅或主要根据位置传感器104的输出信号确定用于下一个锤击循环的燃料量,只要它相应地提高附属于这个测量值的倍加器存贮单元132-i(的权数)即可。
如由图1所见,对于极端危险的情况在汽缸12周壁的下部区域内设有一活门138。它可以绕示意表示的铰链140回转,并在正常情况下通过一封闭件142固定在一使它紧密贴合在汽缸12周壁上的位置上。封闭件142具有理论断裂部位144,它可以通过可电控的雷管146打开。此雷管通过控制单元62操作。
为了确定极端危险情况的存在弹跳高度一外插补器112的输出端与一数字式比较器148连接(参见图4)。其第二个输入端与包含在控制单元62内的计算机124的一存贮单元150连接,在它里面有最大弹跳高度,在这种弹跳高度时必须考虑到柴油打桩机的损坏或者锤击活塞34从汽缸12中抛出。如果由外插补器112预计的弹跳高度大于贮存在存贮单元150中的可容许的最大弹跳高度,那么比较器148产生一输出信号。
通过比较器148的输出信号,如图7中所示,一四字计数器152便进一位。因此如果在锤击活塞34上升时有四次断定,预计超过允许的最大弹跳高度,那么在计数器152的输出端产生一个信号,通过此信号经过放大器154点燃雷管146。由此使汽缸12内腔立即卸压。
同样如图7上所见,此外外插补器112的弹跳高度输出信号H输送到一其脉冲长度可控的单稳触发电路156的控制接线柱上。触发电路的输出信号通过一与门158和一功率放大器160用来控制电磁阀52的电磁铁。由此在燃烧室46内输入所需要的燃料量,从而使锤击活塞在下一个锤击节拍中保持希望的同样的高度。
与门158的第二个输入端接通由一倒相器162倒转的比较器148的输出信号。从而中止燃料输入燃烧腔,直至预计在当时的工作节拍中不再出现不允许的过高的弹跳高度。
其次比较器148的输出信号用来冲击单稳触发电路164,其输出信号通过一放大器166操作一作为扬声器的警报装置168。
通过配设于燃烧室内压力的误差信号发生器118-P打开卸荷控制回路174。如果在燃烧室46内已经输送了比根据关于柴油打桩机工作状况的最新信息对于下一个锤击循环所必要的燃料量多的燃料,那么卸荷控制回路174只通过控制单元62的计算机激活,它的特征是平稳触发电路156的通过另一倒相器175倒转的输出信号。卸荷控制回路174通过一其第二个输入端与倒相器175的输出端连接的与门176和通过一放大器176控制电磁阀101的电磁铁。从而使燃烧室46内的一部分压缩空气输入缓冲贮存容器102,在那里它不能再用于燃烧目的。因此已经输入燃烧室46的燃料只能在较差的燃烧条件下燃烧,由此得到进行中的锤击循环的功率下降。
在按图8的略有不同的实施例中燃料通过一做在锤体内的燃料通道180直接输入一做在锤体20内的燃料池178,燃料通道在燃料池178附近含有一单向阀182,它朝燃料池178方向开启,向相反方向关闭。如由图形可见燃料通道拐一个弯,具有一轴向的、包含单向阀182的段和一径向的通向活塞部分22圆周面的段。现在锤体20具有较大的轴向尺寸,使得燃料通道180在所有位置上都与一沿轴向分布的燃料输入槽184密封地连通,燃料输入槽做在汽缸12周壁上并与一燃料输入孔186相连。电磁阀52连接在燃料输入孔186上。用这种方法得到平稳的、与燃烧室内的流动无关的并在圆周方向均匀的向燃料池的燃料输入。
上面提到的这些实施例的共同之处是,输入燃烧室46的燃料的定量供给按不同的准则最佳地自动地和不必人为介入地进行。这样得到一种更有效和更柔和的桩体打入。
按图9的实施例与按图1和2的实施例的区别在于位于其中不出现高的压力的汽缸12的温度不高的区域内的那些位置检测装置64-i装在一支承条188上。其中装在支承条188上的位置检测装置具有和在汽缸12下部区域内安装在一螺旋线上的位置检测装置相同的轴向距离。支承条188由一耐热塑料制成,它相对于金属的摩擦系数很小。整个支承条嵌在一槽190内,槽加工在汽缸内表面上。这便于位置检测装置64-i的安装和敷线。
按图10的另一个略有不同的实施例与按图1的实施例的区别首先在于代替许多沿轴向分布的位置检测装置64-i设有一唯一的位置传感器198,它由一装在汽缸12上端上的杆子200位于汽缸12轴线上地安装在汽缸上端的上方,因此在所有正常的运行状态下锤击活塞34都达不到它。位置传感器198按雷达原理工作,其中作为辐射波既可以考虑采用光,特别是红外射线。MHZ和GHZ范围内的电磁波,也可以采用超声波。这种类型的位置传感器对于专业人员是众所周知的。控制单元62连续地处理位置传感器198的输出信号,并同样可以通过差分推导出速度信号。由位置传感器198输出的位置信号和速度信号的处理同样类似于上述参照图1至7的说明进行。
按图10的柴油打桩机与按图1的柴油打桩机的另一个区别在于;电磁阀52由控制单元62使之进入开启位置,每次保持恒定的时间间隔,为此将可控的节拍发生器156直接与一恒定信号源连接,此恒定信号源固定地规定产生的脉冲的宽度。按图10的柴油打桩机中燃料量的调节通过以下的方法进行,即在电磁阀52和喷嘴50之间的连接管道内插接一可调的节流器202,它通过一伺服马达204调整。伺服马达又受控制单元62控制。
如图1和10中所示,汽缸12在一较高的部位上带有许多沿圆周方向分布的润滑剂喷嘴206,它们和一电磁阀208的输出端连接。电磁阀同样通过控制单元62操纵,并在规定的、按照必要的润滑剂量选择的时间间隔内将润滑剂喷嘴206与润滑剂泵210连通,该润滑剂泵从一润滑剂储存容器212中抽吸润滑剂。为了限制润滑剂压力设有一从润滑剂泵210回引到储存容器212的限压阀214。
由它自己规定的电磁阀208的开启时间控制单元62知道,在规定的润滑剂泵输送压力时那大量的润滑剂从润滑剂喷嘴206输入汽缸12内部。根据经验这个润滑剂量的一部分在下一次燃烧循环中燃烧。然后控制单元62可以根据知道的润滑剂量从为了达到希望的锤击活塞34的弹跳高度所必需的燃料量中扣除在此后燃烧时由参与燃烧的一部分润滑剂量提供的能量。
当然,润滑剂喷嘴206的开启时间可以按阶段这样地安排,使这些润滑剂喷在锤击活塞34的外壳面上(而且在上升行程和/或下降行程时),和/或也可以这样地安排,如果锤击活塞位于润滑剂喷嘴206上方的话,润滑剂喷嘴206直接将润滑剂喷在缸壁上。根据润滑剂喷嘴206控制在那个阶段打开的不同,喷入的润滑剂也将有不同的分量参与燃烧。控制单元62也考虑到了这一点。
如由图1和10所见,锤击顶盖30与一总体以216表示的送进量传感器共同工作。此送进量传感器包括一柔性的测量元件218,其上端固定在一由锤击顶盖30携带的臂220上。测量绳218以其下面一段绕在一滚筒224上。滚筒的角度位置通过一转角信号装置226测量,它与控制单元62的一个输入端连接。滚筒224通过一磁性摩擦离合器保持恒定的扭矩载荷,它通过液压马达或电动机230驱动。用这种方法测量绳在正常情况下保持恒定的张力。如果在锤击顶盖30上进行一次锤击,在测量绳218内首先形成一下垂,使得送进量传感器216的其余部分未受到突然的载荷。然后在直到下一次锤击所经过的这一段时间(锤击活塞34向上抛出又重新落下)内马达230有足够的时间,通过摩擦离合器228重新张紧测量绳218。现在转角信号装置226改变的输出信号可以准确地知道,在所考察的这次锤击中桩子32向土壤中打入多深。控制单元62把在第一次锤击时的转角信号装置226的输出信号作为基准值,这样在每一次后续的锤击以后便知道,桩子32的尖端在地面以下多深。
如由图1和10所见,控制单元62配有一存贮器232。在该存贮器内控制单元按照刚刚进行的锤击的号码贮存喷入的燃料量和转角信号装置226的输出信号。
由这些数值人们在以后(或者控制单元62可以实时地)计算桩子的承载能力,因为对此喷入的燃料量和用这一燃料量得到的桩子的下一个送进量的商是一个衡量尺度。
通过保存在存贮器232中的数据和桩子承载能力逐步的进展的输出人们得到关于整个打桩过程的一个有说服力的纪要和关于所进行的工作的质量的证据。迄今为止这种质量证据无法或者只有花费很高的代价才能得到。
由上述对于实施例的说明可见,按本发明的柴油打桩机可以以小的能量消耗、小的环境污染(炭黑、废气)和有书面证据的质量将桩体打入土壤内。
权利要求
1.柴油打桩机,具有一汽缸(12)、一在汽缸(12)下部端壁(14)内移动的锤体(20)、一在汽缸(12)内移动的锤击活塞(34),它和锤体(20)配合工作并和锤体及汽缸(12)一起围成一燃烧室(46),燃烧室通过一设置在汽缸(12)周壁上的工作开口(48)和外界连通,并通过一燃料供给装置(50至56)给汽缸输入燃料,其特征在于汽缸(12)带有下列一组传感器中的至少一个传感器一与锤击活塞(34)配合工作的位置传感器(76)、一与锤击活塞(34)配合工作的速度传感器(76)、一与燃烧室(46)热耦合的温度传感器(94),一与燃烧室连通的压力传感器(96)、一与工作开口(48)连通的颗粒传感器(78)、一与工作开口连通的一氧化碳传感器(88)、一与工作开口连通的碳氢化合物传感器(90)和一与锤体(20)配合工作的位置传感器(104);并且设有一控制单元(62),它根据这些传感器中的至少一个的输出信号控制在燃烧室(46)内产生的燃料/空气混合物的成分。
2.按权利要求1的柴油打桩机,其特征在于控制单元(62)控制燃料供给装置(50至56)的燃料输出时间。
3.按权利要求1或2的柴油打桩机,其特征在于控制单元(62)控制燃料供给装置(50至56)的燃料输出速率。
4.按权利要求1至3之任一项的柴油打桩机,其特征在于控制单元(62)控制燃烧室(46)内的空气量。
5.按权利要求1至4之任一项的柴油打桩机,其特征在于位置传感器(76)具有许多轴向顺序排列的位置检测装置(64-i)。
6.按权利要求5的柴油打桩机,其特征在于位置检测装置(64-i)除位置信号外还提供速度信号,为此它例如分别连接在一差分回路(72)上,它由连接的位置检测装置(64-i)的输出信号的波形建立速度信号。
7.按权利要求5或6的柴油打桩机,其特征在于位置检测装置(64-i)的至少一部分沿汽缸(12)上一螺旋线设置。
8.按权利要求5至7之任一项的柴油打桩机,其特征在于位置检测装置(64-i)的至少一上部的一组沿汽缸(12)的一母线设置。
9.按权利要求8的柴油打桩机,其特征在于沿一母线设置的位置检测装置(64-i)的至少一部分安装在一嵌入汽缸(12)内表面内的、最好是齐平地嵌入的检测装置支承条(188)上。
10.按权利要求9的柴油打桩机,其特征在于检测装置支承条(188)由耐热的滑动轴承材料制成,特别是由一与金属的摩擦系数较低的、耐高温塑料制成。
11.按权利要求1至4之任一项的柴油打桩机,其特征在于位置传感器(198)是一与锤击活塞(34)端面配合工作的非接触传感器,特别是按电磁雷达原理,红外线雷达原理或超声波雷达原理工作。
12.按权利要求1至11之任一项的柴油打桩机,其特征在于一外插补器(112),它由位置传感器(76)的输出信号外插补算出锤击活塞(34)预计的弹跳高度。
13.按权利要求12的柴油打桩机,其特征在于如果锤击活塞(34)预计的弹跳高度大于希望的弹跳高度,那么与外插补器(112)弹跳高度输出信号(H)接通的弹跳高度比较器(72)便作出反应。
14.按权利要求13的柴油打桩机,其特征在于与燃料室(46)连通的伺服卸压阀(101),它通过弹跳高度比较器(72)的输出信号控制。
15.按权利要求11至14之任一项的柴油打桩机,其特征在于一安全比较器(148),它和外插补器(112)的弹跳高度输出信号(H)连接,然后如果后者提供一大于最大允许弹跳高度的输出信号、便提供一个输出信号。
16.按权利要求15的柴油打桩机,其特征在于通过安全比较器(148)的输出信号控制一可动的汽缸(12)壁块(138)向开启位置运动,可动汽缸壁块构成燃烧室(46)边界的一部分。
17.按权利要求16的柴油打桩机,其特征在于可动壁块(138)通过一理论断裂部位(144)与汽缸(12)连接,理论断裂部位可通过根据安全比较器(148)的输出信号点燃的雷管(146)爆裂。
18.按权利要求1至17之任一项的柴油打桩机,其特征在于位置传感器(104)具有一作用在锤体(20)上并通过力传感器(106)支承在汽缸(12)上的传感弹簧(110)。
19.按权利要求18的柴油打桩机,其特征在于用力传感器的输出信号编址的校正存贮器。
20.按权利要求1至19之任一项的柴油打桩机,其特征在于颗粒传感器具有一光栅(78),它穿过一构成工作开口的工作管接头(48)。
21.按权利要求20的柴油打桩机,其特征在于光栅(78)有一发射部分(80)和一接收部分(82),其光学窗口元件(84,86)到达工作管接头(48)的内部。
22.按权利要求21的柴油打桩机,其特征在于窗口元件(84,86)具有球形的、尤其是球形罩形状的端面。
23.按权利要求1至22之任一项的柴油打桩机,其特征在于用来控制燃料燃烧的不同传感器分别具有一配设的误差回路(120-i,122-i),它提供一相应于当时的传感器输出信号与理论值信号的偏差的信号,并设有一误差信号组合回路(128),它将不同误差回路(118-i)的输出信号加权组合成总的误差信号(E)。
24.按权利要求23的柴油打桩机,其特征在于误差信号组合回路(128)对于所得到的每个误差信号有一倍加回路(130-i),它除了相应的误差信号以外还得到配设的乘法因子存贮器(132-i)的输出信号,并具有一加法回路(134),它将不同倍加回路(130-i)的输出信号相加。
25.按权利要求24的柴油打桩机,其特征在于一乘法因子控制回路(136),它输入不同的误差信号,并根据误差信号布置乘法因子存贮器(132-i)的内容。
26.按权利要求1至25之任一项的柴油打桩机,其特征在于燃料供给装置(50至56)具有一做在锤体(20)内的燃料供给通道(180),它通向做在锤体(20)顶面上的燃料池(178)。
27.按权利要求1至26之任一项的柴油打桩机,它具有一润滑剂输入装置(206至214),其特征在于控制单元(62)在控制燃料/空气混合物成分时考虑由润滑剂输入装置(206至214)输入的润滑剂量。
28.按权利要求1至27之任一项的柴油打桩机,其特征在于一与控制单元(62)相连的送进量传感器(216),它发出一相应于桩体(32)当时打入土壤内的深度的信号。
29.按权利要求28的柴油打桩机,其特征在于送进量传感器(216)与桩体(32)上端,特别是套在桩体(32)上端上的锤击顶盖(30)共同工作。
30.按权利要求29的柴油打桩机,其特征在于送进量传感器(216)有一柔性测量工具(218),它和一预紧的卷绕滚筒(224)配合工作,滚筒又与一转角传感器(226)连接。
31.按权利要求30的柴油打桩机,其特征在于一与控制单元(62)相连的存贮器(232),它里面贮存一次锤击后所存在的送进量传感器(216)的输出信号。
32.按权利要求1至31之任一项的柴油打桩机,其特征在于一与控制单元(62)相连的存贮器(232),它里面贮存每次在锤击循环时输出的燃料量。
33.按权利要求29至32之任一项的柴油打桩机,其特征在于对于每次锤击循环控制单元(62)由燃料量和桩体(32)的送进量计算出桩体(32)的承载能力。
34.按权利要求33的柴油打桩机,其特征在于控制单元(62)将顺次进行的锤击循环得到的桩体(32)的承载能力数值按照送进量贮存在存贮器(232)中。
全文摘要
建议,在柴油打桩机中根据柴油打桩机当时的工作状况对燃料/空气混合物的成份进行控制。为此在柴油打桩机上设有不同的传感器,特别是弹跳高度传感器,它由单独的位置检测装置(64-i)构成,它们沿轴向相隔一定距离安装在汽缸(12)上。
文档编号E02D13/00GK1314963SQ99810203
公开日2001年9月26日 申请日期1999年7月27日 优先权日1998年8月27日
发明者尼古德姆斯·海茵茨, 斯特凡·梅韦斯, 温弗莱德·沙伊德 申请人:德马格机器制造厂赖因霍尔德道恩费尔德两合公司
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