YZY400全液压静压桩机的自动调平系统
摘要
我的设计课题是静压桩机的自动调平系统，现在的静压桩机基本上都是使用手动调平，费时费力，调平精度不高。本文提出了一种利用PLC实现自动调平的系统，依靠PLC的计算和逻辑判断功能来指挥支腿液压缸的收缩，从而实现自动调平。自动调平系统具有调平时间短，精度高，效率高，抗干扰能力强等优点。将调平系统应用于静压桩机具有很好的经济意义和社会意义。
关键词：可编程控制器(PLC)，静压桩机(Jack-in Pile Machine )，自动调平系统(Auto Leveling System)。
其中,静压桩机调平系统,用智能化微机控制原理实现调平以及用CAE进行钢结构强度及应力计算二个子课题为创新课题。桩机的其它结构,也是在将社会同类型桩机结构进行了分析,将不合理的结构进行了改进而设计的。.
现在的静压桩机基本上都是使用手动调平，费时费力，调平精度不高，我们提出了一种利用PLC可编程控制器实现自动调平的系统，依靠PLC的计算和逻辑判断功能来指挥支腿液压缸的收缩，从而实现自动调平。自动调平系统具有调平时间短，精度高，效率高，抗干扰能力强等优点。将调平系统应用于静压桩机能节省3个劳动力,且能在桩机工作过程中进行调平,有很好的经济意义和社会意义。
当前的桩机大身结构均为经验设计,既不知道哪里应力最大,也不清楚这么样的结构刚度是否满足要求,相当盲目。有的生产厂家为了降低成本,顿位很大的桩机用很薄的钢板焊成大身结构,造成280T的桩机,当工作压力为178T时大身严重开裂。为此，我们用CAE进行钢结构强度及应力计算,使我们设计的桩机结构件不但知道哪里应力大,而且知道应力的分布状态,还知道应力的大校做到科学合理。
为了实现上述两创新课题的需要,其它的子课题也要与之作相应的结构呼应和结构协调,如调平系统需电液联动,那么,电气控制系统必须提供它需要的24v电压及相应的系统要求并设置各种开关,在机体上还必须安排若干个限位开关;液压系统需安装四只TDV 4/3 EH型电液比例液控多路换向阀及相应的系统要求等等非常规设计。为此整个课题组的大协作共协调的局面就自然形成了。
根据答辩情况来看,总体结构布局是合理的;部件之间的衔接是正确的;设计的自动调平、自动行走及自动转弯均可完善的实现。结构件通过CAE计算,最大应力在支腿与大身联接处,这个结论与生产实际中老机型的应用损伤情况是吻合的,可见, CAE计算方法是正确的。通过CAE计算,最大应力为33Mpa,远远小于许用应力。太偏安全,不经济。要作为生产的产品,理应进一步修改没计,但同学们时间已到,很愦憾！
这次设计是团队设计,所以小组所有成员之间的沟通和协商就显得非常重要。在此期间各位小组成员充分发挥了互相协商，互相合作的团队精神，在时间比较紧张的形势下，非常成功的完成了设计的任务。每一个人都付出了艰辛的劳动、流下了辛勤的汗水，同学们通过设计都各有各的丰厚收获,现抄录几段学生的体会: “这不仅仅是我们四年所学知识的体现，而且，我们在做设计的过程中还学到了工作时的做事方法;很多做人的道理，懂得了无论是以后工作还是做人都要认真负责、踏踏实实、一步一个脚印，设计带给我们的不仅是成功的喜悦，还有和团队一起工作的方法与团队协作的精神； “从设计中，我学到了宝贵的知识，这些知识值得我用一生来珍惜。”
1.静压桩机的概况
1.1静压桩机的总体介绍
YZY400型静压桩机的构造:它由支腿平台结构、行走机构、压桩架、配重、起重机、操作室等部分组成。
1.1.1长船行走机构
为长船行走机构，它内船体，行走台车与顶升液压缸等组成。液压缸活塞杆球头与船体相联接。缸体通过销铰与行走台车相联，行走台车与底盘支腿上的顶升液压缸铰接。工作时，顶升液压缸顶升使长船落地，短船离地，接着长船液压缸伸缩推动行走台车，使桩机沿着长船轨道前后移动。顶升液压缸回程使长船离地，短船落地。短船液压缸动作时，长船船体悬挂在桩机上移动，重复上述动作，桩机即可纵向行走。
1.1.2支腿平台结构
该部分内底盘、支腿、顶升液压缸和配重梁组成。底盘的作用是支承导向压桩架、夹持机构、液压系统装置和起重机，底盘里面安装了液压油箱和操作室，组成了压桩机的液压电控系统。配重梁上安置了配重块，支腿由球铰装配在底盘上。支腿前部安装的顶升液压缸与长船行走机构铰接。球铰的球头与短船行走及回转机构相联。整个桩机通过平台结构连成一体，直接承受压桩时的反力。底盘上的支腿在拖运时可以并拢在乎台边，工作时打开并通过连杆与平台形成稳定的支撑结构。
1.1.3夹持机构与导向压桩架
该部分由夹持器横梁、夹持液压缸、导向压桩架和压桩液压缸组成。夹持液压缸装在夹持横粱里面，压桩液压缸与导向压桩架相联。压桩时先将桩吊入夹持器横梁内，夹持液压缸通过夹板将桩夹紧。然后压桩液压缸作伸缩运动，使夹持机构在导向架内上下运动，将桩压人土中。压桩液压缸行程满后松开夹持液压缸，返回后继续上述程序。
1.1.4短船行走机构与回转机构
它由船体、行走梁、回转梁、挂轮机构、行走轮、横船液压缸、回转轴和滑块组成。回转梁两端与底盘结构铰接，中间由回转轴与行走梁相联。行走梁上装有行走轮，正好落在船体的轨道上，用焊接在船体上的挂轮机构1挂在行走梁上，使整个船体组成体。液压缸的一端与船体铰接．另一端与行走梁铰接。工作时，顶升液压缸动作，使长船落地，短船离地．然后短船液压缸工作使船体沿行走梁前后移动。顶升液压缸回程，长船离地，短船落地，短船液压缸伸缩使桩机通过回转梁与行走梁推动行走轮在船体的轨道上左右移动。上述动作反复交替进行，实现桩机的横向行走。桩机的回转动作是：长船接触地面，短船离地、两个短船液压缸各伸长1/2行程，然后短船接触地面，长船离地，此时让两个短船液压缸一个伸出个收缩，于是桩机通过回转轴使回转梁上的滑块在行走梁上作回转滑动。油缸行程走满，桩机可转动15度左右，随后顶升液压缸让长船落地，短船离地，两个短船液压缸又恢复到1/2行程处，并将行走梁恢复到回转梁平行位置。重复上述动作，可使整机回转到任意角度。
1.2静压桩机的优点：
1.2.1在施工时无噪音。适合对噪音有限制的市区作业，尤其是在城市居民区、学校教育区、医院疗养区、重要机关附近施工。
1.2.2施工时无振动。压桩所引起的桩周围土体隆起和水平挤动，比打入桩要小，适用于危房、精密仪器房及江河岸边、地下管道较多的地区施工。
1.2.3静压桩的施工应力比打入桩小，可节约钢材和水泥，降低成本。并可适当提高砼身承载力。
1.2.4压桩力及桩段入土动态能自动记录和显示，桩的承载力比较有保证，对压桩力可以控制，确保工程质量。
1.2.5施工速度快、工效高、工期短。单机每台班可完成1215根桩的施工，送桩入土深度较深且送桩后桩身质量较可靠。桩的长度不受施工机械的限制。
1.2.6适宜于较软土层，尤其是持力层起伏变化大的土层施工。也适宜于覆土层不厚的岩溶地区。这些地区用钻孔桩很难钻进，用冲击桩易卡锤，用打入桩易打碎，只有静力压桩是慢慢地压入并能显示压入阻力，收到了较好的技术经济效果。
1.2.7由于压桩机的工作高度不高，重心底，所以机器的施工操作和保养较为方便，并可避免高空作业中有不安全的因素。桩机作业人员少，劳动强度低，施工文明。整机拆、运、装十分方便。
2 .桩机的调平系统
调平的方案，大致可以分为两类：1.基于单片机的自动调平系统。2.基于PLC的自动调平系统。本文主要是考虑到抗干扰和设计的简便，决定采用PLC作为调平系统的计算机。使用PLC，接线方便，易于编程，抗干扰性强。而使用单片机，连线比较复杂，编程较PLC比较繁琐，系统地抗干扰能力较弱。随着计算机技术的飞速发展，会有越来越先进的调平技术和调平原理出现。
我们提出了一种利用PLC实现自动调平的系统，依靠PLC的计算和逻辑判断功能来指挥支腿液压缸的收缩，利用TDV 4/3 EH型电液比例液控多路换向阀,实现电液转换;利用倾角传感器传遽机身的水平状态从而实现自动调平。自动调平系统具有调平时间短，精度高，效率高，抗干扰能力强等优点。将调平系统应用于静压桩机具有很好的经济意义和社会意义。
2.1系统参数
(1)系统工作电压：8－30VDC
(2)液压系统最大流量：100L/min,工作压力：25Mpa.
(3)调平倾斜度范围: ±3°
(4)双轴传感器调平精度:±0.5°
(5)调平系统支腿安全压力:15－25Mpa.
(6)系统适用温度范围：-20℃∽50℃
