一种直驱电机在桩工机械的应用及打桩机的制作方法

本发明涉及直驱电机在桩工机械上的应用，具体为基本建设行业工程机械领域用于桩工机械的一种采用电机直接驱动的桩工机械设备，属建筑行业工程机械装备技术领域。

背景技术：

目前我国的工程机械在机械装备领域占有重要地位，尤其是智能化的创新机械是我国重点支持和优先发展的一个重要产业。

传统的工程机械基本上都是通过各种电机和内燃发动机作为装备的动力源，电机到工作部件一般都要经过一整套复杂的机械传动，包括离合器、齿轮、联轴器、涡轮蜗杆、皮带轮等中间的机构转换来实现所需的机械动作和任务。这些中间环节会带来一系列的问题，如造成较大的摩擦、噪声、振动和磨损、机构布局繁杂以及运动滞后等，会使得机械装备的加工精度、运行可靠性、机械效率降低，增加维护的时间和成本。

目前工程机械领域，尤其在桩工机械领域，各类机械装备的传动主要还是以机械传动和液压传动方式为主。以较为先进的液压传动为例，还是需要将动力机驱动液压泵，输送的高压液压油再驱动液压马达，与之配合的可能还有减速齿轮等，其实质上还是一种间接驱动的机械形式。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种直驱电机在桩工机械的应用及打桩机。本发明的把直接驱动的电机和所需机械负载的钻杆直接相连，将电机的大扭矩力矩、转数、速度、位置等直接传递给负载的钻具，因此能够大幅提高桩工机械的传递效率和施工效率，降低装备的运行成本，因减少了机械传动部件，降低的运行的噪声，环保施工。

本发明的技术方案是：一种直驱电机在桩工机械的应用，其特征在于：将直驱电机通过直驱电机轴与所需桩工机械负载的钻杆或钻头相连，通过控制装置驱动直驱电机从而实现钻杆或钻头的回转。

根据如上所述的直驱电机在桩工机械的应用，其特征在于：所述的直驱电机为永磁交流电机、永磁直流电机、永磁伺服同步电机或交流异步伺服电机的一种。

根据如上所述的直驱电机在桩工机械的应用，其特征在于：所述的直驱电机包括直驱电机轴、转子、定子、外壳，转子、定子设置在外壳内，转子设置在定子内侧，转子内部设置直驱电机轴，直驱电机轴贯穿于外壳。

所述的直驱电机在桩工机械的应用，其中的各执行机构包括提升、加压、液体输送泵等独立机构均含采用电机直驱的方式。钻杆或钻头在直驱电机旋转过程中，通过钻杆上部向下施压，使钻杆和钻头向地下钻孔；通过加压和提升直驱电机驱动的卷扬机，实现钻具的加压与提升工况。各钻进、加压、提升、泵工况的直驱电机，通过中央处理器编程联动，辅以人工智能控制。

根据如上所述的直驱电机在桩工机械的应用，其特征在于：所述的直驱电机为下置式驱动方式，直驱电机的直驱电机轴为中通，钻杆穿过中通的直驱电机轴，通过传扭机构直接驱动钻杆回转。

根据如上所述的直驱电机在桩工机械的应用，其特征在于：所述的直驱电机输出轴的下端与钻杆的上端直连，直驱电机直接驱动钻杆。

根据如上所述的直驱电机在桩工机械的应用，其特征在于：所述的负载的钻杆为不回转的或者是相对回转，直驱电机的上端与钻杆下端固定连接，直驱电机的下端通过直驱电机轴与钻头连接，直驱电机直接驱动钻头完成桩基的施工。

本发明还公开了一种打桩机，包括直驱电机、传扭机构、钻杆和钻头，其特征在于：所述的直驱电机包括直驱电机轴、转子、定子、外壳，转子、定子设置在外壳内，转子设置在定子内侧，转子内部设置直驱电机轴，直驱电机轴贯穿于外壳，所述的直驱电机轴通过传扭机构与钻杆或钻头相连。

根据如上所述的打桩机，其特征在于：所述的直驱电机为下置方式，还包括桩机、控制装置、钻头设置在钻杆前侧，钻杆通过传扭机构连接在直驱电机轴内。

根据如上所述的打桩机，其特征在于：所述的传扭机构为补芯轮，补芯轮包括传扭滚轮、滚轮轴、滚轮轴盖板、连接装置，传扭滚轮中间设置滚轮轴，传扭滚轮两侧为滚轮轴盖板，多个扭滚轮通过连接装置连接在一起，补芯轮通过传扭滚轮座设置在直驱电机上下两侧，直驱电机轴和钻杆为多边形。

根据如上所述的打桩机，其特征在于：所述的传扭机构为键槽结构，钻杆上设置钻杆传扭键、直驱电机轴设置轴内键，钻杆传扭键和轴内键为相互齿合结构。

根据如上所述的打桩机，其特征在于：所述的打桩机为顶置式打桩机，还包括直桩机、控制装置，钻头设置在钻杆下端，直驱电机驱动直驱电机轴转动，直驱电机轴下端与钻杆的上端直连。

根据如上所述的打桩机，其特征在于：打桩机为井置式打桩机，钻杆与直驱电机固定连接，直驱电机前端的直驱电机轴与钻头连接。

本发明的有益效果是：一是可以提高桩工机械的传递效率和施工效率，降低装备的运行成本；二是降低的运行的噪声，环保施工；三是采用直驱电机不同安置方式驱动负载钻具，实现桩工机械不同的工程任务。该结构能够提高装置运行的可靠性；四是现还没有适用于直接驱动打桩机的直驱电机，本发明通过对直驱电机轴的合理设置，使其便于进行直接驱动。

附图说明

图1是本发明下置式工作方式示意图；

图2是本发明顶置式工作方式示意图；

图3是本发明井置式工作方式示意图；

图4为直驱电机与六方形钻杆连接的示意图；

图5直驱电机六方钻杆传扭示意图（钻杆为六方形）；

图6直驱电机正方钻杆传扭示意图（钻杆为正方形）；

图7直驱电机钻杆键传扭示意图（钻杆为圆形）。

图中标记：直驱电机1、转子12、定子13、外壳14、接线盒15、进线16、反馈出线17、直驱电机轴2、桩机3、传扭机构4、传扭滚轮41、传扭滚轮座42、滚轮轴43、滚轮轴盖板44、连接装置45、钻杆传扭键46、轴内键47、控制装置5、钻杆6、钻头7、桩孔8。

具体实施方式

本发明的直驱电机为大力矩电机，力矩范围为5000n/m～500000n/m，即俗称的0.5～50吨/米。

本发明中的回旋即为旋转。

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的交流或直流伺服直驱电机的打桩机，为下置式打桩机，包括直驱电机1、直驱电机轴2、桩机3、传扭机构4、控制装置5、钻杆6和钻头7，钻头7设置在钻杆6前侧，钻杆6通过传扭机构4与直驱电机轴2，直驱电机1驱动直驱电机轴2转动。直驱电机1放置在桩机3的加工平台上。控制装置5用于控制直驱电机1的旋转，进而提高桩工机械的传递效率和施工效率，降低装备的运行成本，因减少了机械传动部件，降低了运行的噪声，环保施工。本发明的直驱电机轴2为中通电机轴，钻杆6穿过中通的轴，通过多边形（六边形或正方形）传扭滚轮4或者各类型键传递扭矩，直接驱动钻杆回转，同时钻杆6可以轴向上下移动，传扭滚轮延钻杆外侧边滚动配合。直驱电机1还可以设置可在一定范围内升降，如可在0~4米范围内升降。

本发明传扭机构4为简易的大力矩传扭机构，其主要作用是防止堵转等情况，确保直驱电机1可长期稳定运行。本发明的传扭机构4最好为补芯轮，补芯轮包括传扭滚轮41、滚轮轴43、滚轮轴盖板44、连接装置45，传扭滚轮41中间设置滚轮轴43，传扭滚轮41两侧为滚轮轴盖板44，多个扭滚轮41通过连接装置45连接在一起。补芯轮通过传扭滚轮座42设置在直驱电机1上下两侧，且此时直驱电机1的直驱电机轴2为多边形，如附图4所示，直驱电机轴2为内六边形，则传扭滚轮座42为对应的六方键方式连接，则钻杆6也为六边形。本发明的传扭机构4也可以为键槽结构，如图7所示，钻杆6上设置钻杆传扭键46、直驱电机轴2设置轴内键47，钻杆传扭键46和轴内键47为相互齿合结构。

即电机与钻杆之间最好通过补芯轮进行连接，在电机直驱方式中，如出现钻杆卡滞的情况，则电机容易损坏，而通过补芯轮连接，当出现堵转的情况时，电机可驱动补芯轮转动，从而避免了堵转情况的发生。

本发明的直驱电机1可以为智能电磁直驱电机或智能伺服直驱电机，或为永磁同步（伺服）电机、永磁交流异步（伺服）电机等。

如图2所示，本发明的电机直驱钻杆的打桩机，为顶置式打桩机，包括直驱电机1、直驱电机轴2、桩机3、控制装置5、钻杆6和钻头7，钻头7设置在钻杆6前侧，直驱电机1驱动直驱电机轴2转动，直驱电机轴2下端与钻杆6的上端直连，这样通过直驱电机轴2直接驱动钻头7。

如图3所示，本发明的电机直驱钻杆的打桩机，为井置式打桩机，包括直驱电机1、桩机3、控制装置5、钻杆6和钻头7，钻杆6与直驱电机1固定连接，直驱电机1前端的直驱电机轴2与钻头7连接。本实施例中，钻杆6仅作为上下钻具，主要作用是钻进加减压。直驱电机1下端与钻头7固定连接，直接驱动钻头7，完成桩孔8的施工。

如图4所示，本发明的直驱电机1包括直驱电机轴2、转子12、定子13、外壳14，转子12、定子13设置在外壳14内，转子12设置在定子13内侧，转子12内部设置直驱电机轴2，直驱电机轴2贯穿于外壳14。如图5至图7所示，本发明的直驱电机轴2可以为多边形或轴内键结构，多边形可为三边形、四变形、六边形等三边以上的形状，本发明的直驱电机轴2即为转子轴。如图4所示，本发明的直驱电机1还可以包括接线盒15，接线盒15包括进线16、反馈出线17，进线16包括电源线、控制线等，反馈出线17用于传输电机转速、力矩、电流、位置等信号。

本发明的装置可以把直接驱动的电机和所需机械负载的钻杆等直接相连，将电机的大扭矩力矩、转数、方向、速度、位置等直接传递给负载的钻具等。

本发明还公开了交流或直流直驱电机在桩工机械的应用，将直接驱动的直驱电机和所需桩工机械任务负载的钻杆或钻头直接相连，通过对控制装置5直接驱动转矩电机与负载匹配形成的驱动转矩伺服系统。系统的变频器、编码器、分别连接plc控制台，并将控制的信息反馈至伺服电机的电磁能转换成桩工机械所需机械能的大扭矩力矩、转数、方向、速度、位置等直接传递给负载的钻具等。在桩工机械中的各执行机构包括提升、加压、液体输送等独立机构均含采用电机直驱的方式。其各机构的控制通过中央处理器编程联动提供。本发明的钻杆或钻头旋转过程中，通过钻杆上部向下施压，从而使钻杆钻头向地下钻孔，由于施压过程为本领域常用技术，故此处不再详细叙述。

而直接驱动的电机1可以为永磁交流或伺服电机和永磁直流或伺服电机等。永磁交流伺服电机需经传感器及编码器反馈速度、位置或力矩参考值给配套驱动器，再由驱动器实时调整驱动电流按实际指定值来控制电机旋转。

本发明的交流或直流直驱电机在桩工机械的应用，其直驱电机驱动钻杆安装的方式可以是：下置式、顶置式、中置式、井置式中的一种。下置式直驱电机1，其直驱电机轴2为中通的，所需机械负载的钻杆穿过中通的直驱电机轴2，通过螺栓固定连接在直驱电机轴2的传扭滚轮或者各类型键4传递扭矩，直接驱动回转，传扭滚轮或者各类型键4与钻杆采用滑动配合，在径向传递扭矩的同时，钻杆可以轴向上下移动。所述下置式电机工作平台可在0～4米范围内升降。

本发明顶置式安装方式为：直驱伺服电机输出轴2的下端与钻杆的上端采用端部法兰加嵌入键，高强螺栓紧固直连，所需机械负载直接驱动钻杆。

本发明井置式的工作过程为：承载负载的钻杆6为不回转的或者是相对回转，钻杆仅作为上下钻具，钻进加减压的作用，承载负载电机的上端与安装在钻杆的下端与钻杆固定连接，负载直驱电机1的下端与钻头7部件固定连接，直接驱动钻头，完成桩基8的施工。

本发明的装置和方法减少了传动结构，从而使本发明的装置传送效率高，噪音小，使本发明的方法和装置适用于居民小区旁边的施工，可极大的减小噪音，在机械调试良好的状况下，可以使施工过程中噪音小于50分贝，不会影响施工区周边居民的睡眠和休息。