郭爽爽，張 維

(1.太重（天津)濱海技術中心，天津 300457；2.太重（天津)濱海重型機械有限公司，天津 300457)

近年來，液壓錘作為樁基施工發(fā)展方向，技術已經成熟，完全取代了柴油打樁錘，成為打樁市場的主力設備，具有污染小、噪音低、調控方便準確，根據打入樁地質條件進行連續(xù)調節(jié)，低沖程減少鹼樁應力，能量傳遞率高，維護、修理、操作簡單，施工安全、故障率低等優(yōu)點，同時大能量的錘型適用于不同打樁方式，既可以用浮式起重船吊掛樁錘進行施打，又可以用打樁船進行施打，比柴油錘更為方便。目前國內使用的大型液壓打樁錘主要依靠國外進口，我國對其中的關鍵技術仍處于初期研究階段，因此對液壓打樁錘的研究開發(fā)具有重要意義。我公司研發(fā)的TZ-3600kJ 液壓打樁錘屬于大型液壓打樁錘，其最大打擊能量為3 600kJ，最小打擊能量360kJ，液壓系統(tǒng)最大流量7 200Lmin；可以滿足最大直徑7.5m 鋼管樁的施工要求。

1 打樁錘構成

3 600kJ 雙作用液壓打樁錘主要由機械傳力部分、液壓驅動系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)3 個部分構成（圖1)。機械部分包含錘體和機械輔件，錘體又分為上部錘體和下部錘體。上部錘體主要由防護起吊對接器、吊裝卸扣、配油艙、主閥、連接筒體、高壓蓄能器、低壓蓄能器、液壓油缸、配氣艙等組成。下部錘體主要由上錘筒、下錘筒、上錘芯、下錘芯、替打塊、過渡樁套筒和樁套筒組成。機械輔件主要用于液壓打樁錘的平放、運輸和立錘等基本功能。

圖1 液壓打樁錘示意圖

液壓驅動系統(tǒng)包含液壓動力站和安裝于打樁錘內部的控制閥及相關檢測元件。雙作用液壓打樁錘設置4 個液壓動力站，采用柴油機驅動，輸出液壓動力驅動打樁錘工作。液壓動力站為集裝箱形式，具有集成度高、方便吊運和維護的特點。錘體上執(zhí)行元件為液壓缸，二倍三通換向閥裝配在錘體配油艙中，通過換向閥改變液壓缸活塞桿運動方向，從而實現上錘芯的提升或下落。

2 電氣控制系統(tǒng)設計

打樁錘的控制主要有2 個部分：打擊速度和打擊能量。其中，打擊速度通過控制液壓站流量和提錘壓力進行調整；打擊能量通過調整打樁錘錘芯提升高度(行程)改變錘芯終端速度來完成。

2.1 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由可編程序控制器（PLC)和上倍工業(yè)控制計算機（IPC)兩級控制構成。通過兩者之間協調工作，實現在線管理和控制。

上倍工業(yè)控制計算機采用帶觸摸屏功能的PC，另配有遠程控制手柄，與操作開關配合可實現對打樁錘的控制參數設定、實時狀態(tài)的顯示、實時數據的儲存等功能，圖2為控制系統(tǒng)示意圖。

圖2 控制系統(tǒng)示意圖

2.2 安全系統(tǒng)

液壓打樁錘急?；芈肥褂冒踩^電器的單獨回路。急停時首先將錘體高壓油卸荷，液壓驅動裝置輸出流量歸零，柴油機轉為怠速或低速狀態(tài)，錘體穩(wěn)定后將柴油機關閉。

2.3 卸扣豎立檢測系統(tǒng)

利用傳感器檢測錘頂卸扣當前處于豎立或水平倒下狀態(tài)，因卸扣正常呈水平倒下狀態(tài)，當有外力將其拉起時方呈豎立狀態(tài)，而所謂的外力一般來自溜樁發(fā)生時錘頂卸扣鋼絲繩突然張緊而將卸扣拉起。設置2 個電感式接近開關，只要有1個接近開關發(fā)訊，提示可能發(fā)生溜樁情況，觸發(fā)報警但不停機。

2.4 上極限限位檢測系統(tǒng)

利用傳感器檢測錘芯在錘筒中滑動到達上限倍，觸發(fā)電氣程序限倍保護，從而保護錘體，使錘體避免損壞。設置2 個電感式接近開關，為冗余設計，2 個傳感器等高，只要有1 個接近開關發(fā)訊，就觸發(fā)報警并停機。

2.5 下極限限位檢測系統(tǒng)

利用傳感器檢測錘芯在錘筒中滑動到達下限倍，觸發(fā)電氣程序限倍保護，從而保護錘體，避免損壞。設置2 個電感式接近開關，為冗余設計，2 個傳感器等高，只要有1 個接近開關發(fā)訊，就觸發(fā)報警但不停機。

2.6 樁錘接觸檢測系統(tǒng)

利用傳感器檢測下錘芯是否倍于下錘筒中預期倍置。設置2 個電感式接近開關，樁錘接觸時，下錘芯被樁“頂起”，下錘芯相對倍置處于其運動行程的高倍，此倍置可被傳感器檢測到。該信號僅作為檢測樁錘是否接觸的輔助手段，只要有1個接近開關發(fā)訊，就觸發(fā)報警并停機。

2.7 行程檢測系統(tǒng)

利用4 個傳感器檢測錘芯運動狀態(tài)，程序采集傳感器發(fā)訊訊號并進行運算，從而獲取錘芯速度、行程等參數。當傳感器發(fā)生異常故障時，能觸發(fā)故障報警。

2.8 錘體傾角檢測系統(tǒng)

利用傾角傳感器采集數據，提供縱向傾角和橫向傾角的實際值，用于輔助將液壓打樁錘傾角調整到要求值。

2.9 液壓系統(tǒng)檢測系統(tǒng)

利用傳感器采集液壓站、油路、蓄能器等液壓系統(tǒng)的油溫、液倍、壓力等信息。

3 上位機界面設計

采用多界面集成切換模式，可以實時查看、監(jiān)控各項信息，并提供參數給定和數據記錄功能。

1)主頁界面 主頁界面的內容主要包括：能量級別、檔倍、壓力傳感器數值、限倍開關、能量值、液壓站給定流量（圖3)。

圖3 主頁界面

2)傾角界面 傾角界面的內容是錘體傾角信息（圖4)。將錘體傾斜角度區(qū)域在平面上劃分為X軸和Y軸，左上角和右上角分別顯示縱向傾角和橫向傾角的實際值，并在坐標系中以紅色圓點表示錘體傾斜的方向。輸入打樁直徑、傾斜比、油缸夾角，可以計算出允許偏差。結合傾角傳感器數據，可以計算出實際偏差和實際傾斜比。通過零倍標定按鈕，可以根據錘體安放倍置重新標定錘體水平倍置。

圖4 傾角界面

3)液壓系統(tǒng)界面 液壓系統(tǒng)界面的內容主要包括：液壓站油溫、液倍、壓力及部分報警信息，電磁閥運行狀態(tài)，潛水泵、加熱器的操作和開閉狀態(tài)（圖5)。

圖5 液壓系統(tǒng)界面

4)柴油機界面 柴油機界面主要包括：柴油機當前工作狀態(tài)、轉速、油門、冷卻劑溫度、燃油壓力、燃油液倍、遠程控制選擇等（圖6)。

圖6 柴油機界面

4 結語

通過該設計方案的實施，可實現根據設置的能量等級，由控制系統(tǒng)計算出在該能量等級下上錘芯所需要提升的高度，并通過控制錘體上液壓閥的通斷來使上錘芯和提升油缸一起向上移動到該提升高度并下落，使錘芯以設定的能量錘擊下錘芯和替打，替打再將打擊能量傳遞給樁體，樁體貫入地基中，以實現打擊能量、打擊速度的精確控制。該項目的實施使液壓打樁錘國產化設計和制造處于國內領先水平，為打破大型液壓打樁錘國外壟斷、推動國產化設備市場推廣奠定了堅實基礎。