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南京工業(yè)大學(xué)優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計團隊
YZY400全液壓靜力壓樁機設(shè)計
總 結(jié) 報 告
2005.7
本屆畢業(yè)設(shè)計課題為基礎(chǔ)施工機械:全液壓靜力壓樁機。
我和王東方、洪榮晶、方成剛四位不同專長的老師,設(shè)定了九個子課題。設(shè)計內(nèi)容分配如下圖所示。
其中,靜壓樁機調(diào)平系統(tǒng),用智能化微機控制原理實現(xiàn)調(diào)平以及用CAE進行鋼結(jié)構(gòu)強度及應(yīng)力計算二個子課題為創(chuàng)新課題。樁機的其它結(jié)構(gòu),也是在將社會同類型樁機結(jié)構(gòu)進行了分析,將不合理的結(jié)構(gòu)進行了改進而設(shè)計的。.
現(xiàn)在的靜壓樁機基本上都是使用手動調(diào)平，費時費力，調(diào)平精度不高，我們提出了一種利用PLC可編程控制器實現(xiàn)自動調(diào)平的系統(tǒng)，依靠PLC的計算和邏輯判斷功能來指揮支腿液壓缸的收縮，從而實現(xiàn)自動調(diào)平。自動調(diào)平系統(tǒng)具有調(diào)平時間短，精度高，效率高，抗干擾能力強等優(yōu)點。將調(diào)平系統(tǒng)應(yīng)用于靜壓樁機能節(jié)省3個勞動力,且能在樁機工作過程中進行調(diào)平,有很好的經(jīng)濟意義和社會意義。
當前的樁機大身結(jié)構(gòu)均為經(jīng)驗設(shè)計,既不知道哪里應(yīng)力最大,也不清楚這么樣的結(jié)構(gòu)剛度是否滿足要求,相當盲目。有的生產(chǎn)廠家為了降低成本,頓位很大的樁機用很薄的鋼板焊成大身結(jié)構(gòu),造成280T的樁機,當工作壓力為178T時大身嚴重開裂。為此，我們用CAE進行鋼結(jié)構(gòu)強度及應(yīng)力計算,使我們設(shè)計的樁機結(jié)構(gòu)件不但知道哪里應(yīng)力大,而且知道應(yīng)力的分布狀態(tài),還知道應(yīng)力的大小。做到科學(xué)合理。
為了實現(xiàn)上述兩創(chuàng)新課題的需要, 其它的子課題也要與之作相應(yīng)的結(jié)構(gòu)呼應(yīng)和結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào),如調(diào)平系統(tǒng)需電液聯(lián)動,那么,電氣控制系統(tǒng)必須提供它需要的24v電壓及相應(yīng)的系統(tǒng)要求并設(shè)置各種開關(guān),在機體上還必須安排若干個限位開關(guān);液壓系統(tǒng)需安裝四只TDV 4/3 EH型電液比例液控多路換向閥及相應(yīng)的系統(tǒng)要求等等非常規(guī)設(shè)計。為此整個課題組的大協(xié)作共協(xié)調(diào)的局面就自然形成了。
根據(jù)答辯情況來看, 總體結(jié)構(gòu)布局是合理的;部件之間的銜接是正確的;設(shè)計的自動調(diào)平、自動行走及自動轉(zhuǎn)彎均可完善的實現(xiàn)。結(jié)構(gòu)件通過CAE計算, 最大應(yīng)力在支腿與大身聯(lián)接處, 這個結(jié)論與生產(chǎn)實際中老機型的應(yīng)用損傷情況是吻合的, 可見, CAE計算方法是正確的。通過CAE計算, 最大應(yīng)力為33Mpa, 遠遠小于許用應(yīng)力。太偏安全, 不經(jīng)濟。要作為生產(chǎn)的產(chǎn)品,理應(yīng)進一步修改沒計, 但同學(xué)們畢業(yè)時間已到, 很憒憾！
這次畢業(yè)設(shè)計是團隊畢業(yè)設(shè)計, 所以小組所有成員之間的溝通和協(xié)商就顯得非常重要。在此期間各位小組成員充分發(fā)揮了互相協(xié)商，互相合作的團隊精神，在時間比較緊張的形勢下，非常成功的完成了畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)。每一個人都付出了艱辛的勞動、流下了辛勤的汗水，同學(xué)們通過畢業(yè)設(shè)計都各有各的豐厚收獲, 現(xiàn)抄錄幾段學(xué)生的體會: “這不僅僅是我們四年所學(xué)知識的體現(xiàn)，而且，我們在做畢業(yè)設(shè)計的過程中還學(xué)到了工作時的做事方法;很多做人的道理，懂得了無論是以后工作還是做人都要認真負責(zé)、踏踏實實、一步一個腳印，畢業(yè)設(shè)計帶給我們的不僅是成功的喜悅，還有和團隊一起工作的方法與團隊協(xié)作的精神； “從畢業(yè)設(shè)計中，我學(xué)到了寶貴的知識，這些知識值得我用一生來珍惜。”
1. 靜壓樁機的概況
1.1 靜壓樁機的總體介紹
YZY400型靜壓樁機的構(gòu)造:它由支腿平臺結(jié)構(gòu)、行走機構(gòu)、壓樁架、配重、起重機、操作室等部分組成。
1.1.1 長船行走機構(gòu)
為長船行走機構(gòu)，它內(nèi)船體，行走臺車與頂升液壓缸等組成。液壓缸活塞桿球頭與船體相聯(lián)接。缸體通過銷鉸與行走臺車相聯(lián)，行走臺車與底盤支腿上的頂升液壓缸鉸接。工作時，頂升液壓缸頂升使長船落地，短船離地，接著長船液壓缸伸縮推動行走臺車，使樁機沿著長船軌道前后移動。頂升液壓缸回程使長船離地，短船落地。短船液壓缸動作時，長船船體懸掛在樁機上移動，重復(fù)上述動作，樁機即可縱向行走。
1.1.2 支腿平臺結(jié)構(gòu)
該部分內(nèi)底盤、支腿、頂升液壓缸和配重梁組成。底盤的作用是支承導(dǎo)向壓樁架、夾持機構(gòu)、液壓系統(tǒng)裝置和起重機，底盤里面安裝了液壓油箱和操作室，組成了壓樁機的液壓電控系統(tǒng)。配重梁上安置了配重塊，支腿由球鉸裝配在底盤上。支腿前部安裝的頂升液壓缸與長船行走機構(gòu)鉸接。球鉸的球頭與短船行走及回轉(zhuǎn)機構(gòu)相聯(lián)。整個樁機通過平臺結(jié)構(gòu)連成一體，直接承受壓樁時的反力。底盤上的支腿在拖運時可以并攏在乎臺邊，工作時打開并通過連桿與平臺形成穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)。
1.1.3 夾持機構(gòu)與導(dǎo)向壓樁架
該部分由夾持器橫梁、夾持液壓缸、導(dǎo)向壓樁架和壓樁液壓缸組成。夾持液壓缸裝在夾持橫粱里面，壓樁液壓缸與導(dǎo)向壓樁架相聯(lián)。壓樁時先將樁吊入夾持器橫梁內(nèi)，夾持液壓缸通過夾板將樁夾緊。然后壓樁液壓缸作伸縮運動，使夾持機構(gòu)在導(dǎo)向架內(nèi)上下運動，將樁壓人土中。壓樁液壓缸行程滿后松開夾持液壓缸，返回后繼續(xù)上述程序。
1.1.4 短船行走機構(gòu)與回轉(zhuǎn)機構(gòu)
它由船體、行走梁、回轉(zhuǎn)梁、掛輪機構(gòu)、行走輪、橫船液壓缸、回轉(zhuǎn)軸和滑塊組成。回轉(zhuǎn)梁兩端與底盤結(jié)構(gòu)鉸接，中間由回轉(zhuǎn)軸與行走梁相聯(lián)。行走梁上裝有行走輪，正好落在船體的軌道上，用焊接在船體上的掛輪機構(gòu)1掛在行走梁上，使整個船體組成—體。液壓缸的一端與船體鉸接．另一端與行走梁鉸接。工作時，頂升液壓缸動作，使長船落地，短船離地．然后短船液壓缸工作使船體沿行走梁前后移動。頂升液壓缸回程，長船離地，短船落 地，短船液壓缸伸縮使樁機通過回轉(zhuǎn)梁與行走梁推動行走輪在船體的軌道上左右移動。上述動作反復(fù)交替進行，實現(xiàn)樁機的橫向行走。樁機的回轉(zhuǎn)動作是：長船接觸地面，短船離地、兩個短船液壓缸各伸長1/2行程，然后短船接觸地面，長船離地，此時讓兩個短船液壓缸一個伸出—個收縮，于是樁機通過回轉(zhuǎn)軸使回轉(zhuǎn)梁上的滑塊在行走梁上作回轉(zhuǎn)滑動。油缸行程走滿，樁機可轉(zhuǎn)動15度左右，隨后頂升液壓缸讓長船落地，短船離地，兩個短船液壓缸又恢復(fù)到1/2行程處，并將行走梁恢復(fù)到回轉(zhuǎn)梁平行位置。重復(fù)上述動作，可使整機回轉(zhuǎn)到任意角度。
1.2靜壓樁機的優(yōu)點：
1.2.1 在施工時無噪音。適合對噪音有限制的市區(qū)作業(yè)，尤其是在城市居民區(qū)、學(xué)校教育區(qū)、醫(yī)院療養(yǎng)區(qū)、重要機關(guān)附近施工。
1.2.2 施工時無振動。壓樁所引起的樁周圍土體隆起和水平擠動，比打入樁要小，適用于危房、精密儀器房及江河岸邊、地下管道較多的地區(qū)施工。
1.2.3 靜壓樁的施工應(yīng)力比打入樁小，可節(jié)約鋼材和水泥，降低成本。并可適當提高砼身承載力。
1.2.4 壓樁力及樁段入土動態(tài)能自動記錄和顯示，樁的承載力比較有保證，對壓樁力可以控制，確保工程質(zhì)量。
1.2.5 施工速度快、工效高、工期短。單機每臺班可完成12—15根樁的施工，送樁入土深度較深且送樁后樁身質(zhì)量較可靠。樁的長度不受施工機械的限制。
1.2.6 適宜于較軟土層，尤其是持力層起伏變化大的土層施工。也適宜于覆土層不厚的巖溶地區(qū)。這些地區(qū)用鉆孔樁很難鉆進，用沖擊樁易卡錘，用打入樁易打碎，只有靜力壓樁是慢慢地壓入并能顯示壓入阻力，收到了較好的技術(shù)經(jīng)濟效果。
1.2.7 由于壓樁機的工作高度不高，重心底，所以機器的施工操作和保養(yǎng)較為方便，并可避免高空作業(yè)中有不安全的因素。樁機作業(yè)人員少，勞動強度低，施工文明。整機拆、運、裝十分方便。
2 . 樁機的調(diào)平系統(tǒng)
調(diào)平的方案，大致可以分為兩類：1.基于單片機的自動調(diào)平系統(tǒng)。2.基于PLC的自動調(diào)平系統(tǒng)。本文主要是考慮到抗干擾和設(shè)計的簡便，決定采用PLC作為調(diào)平系統(tǒng)的計算機。使用PLC，接線方便，易于編程，抗干擾性強。而使用單片機，連線比較復(fù)雜，編程較PLC比較繁瑣，系統(tǒng)地抗干擾能力較弱。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，會有越來越先進的調(diào)平技術(shù)和調(diào)平原理出現(xiàn)。
我們提出了一種利用PLC實現(xiàn)自動調(diào)平的系統(tǒng)，依靠PLC的計算和邏輯判斷功能來指揮支腿液壓缸的收縮，利用TDV 4/3 EH型電液比例液控多路換向閥,實現(xiàn)電液轉(zhuǎn)換;利用傾角傳感器傳遽機身的水平狀態(tài)從而實現(xiàn)自動調(diào)平。自動調(diào)平系統(tǒng)具有調(diào)平時間短，精度高，效率高，抗干擾能力強等優(yōu)點。將調(diào)平系統(tǒng)應(yīng)用于靜壓樁機具有很好的經(jīng)濟意義和社會意義。
2.1系統(tǒng)參數(shù)
(1) 系統(tǒng)工作電壓：8－30VDC
(2) 液壓系統(tǒng)最大流量：100L/min,工作壓力：25Mpa.
(3) 調(diào)平傾斜度范圍: ±3°
(4) 雙軸傳感器調(diào)平精度 :±0.5°
(5) 調(diào)平系統(tǒng)支腿安全壓力:15－25Mpa.
(6) 系統(tǒng)適用溫度范圍：-20℃∽50℃
2.2 靜壓樁機自動調(diào)平系統(tǒng)設(shè)計
2.2.1 多油缸同步控制系統(tǒng)設(shè)計
由于靜壓樁機在工作和行走過程中要保持平臺的水平，而平臺的升降是由油缸驅(qū)動執(zhí)行的，所以要保證平臺的水平就需要驅(qū)動平臺的多個油缸實現(xiàn)同步控制。
多油缸同步控制系統(tǒng)由同步檢測子系統(tǒng)、同步控制子系統(tǒng)和電液實現(xiàn)子系統(tǒng)三大子系統(tǒng)組成，確定油缸同步控制方式的步驟如下：根據(jù)同步缸數(shù)量、行程和同步要求確定同步子系統(tǒng)檢測方式（接觸式或非接觸式）、檢測方法(絕對或相對檢測法)、檢測量(位移量或速度量等)和檢測結(jié)構(gòu)(傳感器的布置和選擇等)；由檢測系統(tǒng)確定同步控制子系統(tǒng)中的控制方式(單片機控制,ＰＬＣ控制或工控機控制等)和控制基準量(檢測量的最大值,平均值等)；由同步要求確定電液實現(xiàn)子系統(tǒng)的方式選擇(主動補償式,進油調(diào)控式等)；最后確定同步控制子系統(tǒng)的控制策略的選擇(模糊控制,ＰＩＤ控制,模糊-ＰＩＤ等)。
根據(jù)液壓系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)果可知，本系統(tǒng)選用了四缸同步系統(tǒng)，其同步系統(tǒng)示意圖如下圖所示。四缸同步系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀如下:
四缸同步系統(tǒng)示意圖
(1) 采用相對檢測法,選定檢測基準油缸(下稱基準缸),測量出其他三個缸的相對位移誤差值。
(2) 利用光柵傳感器作為檢測元件,光柵定尺在基準缸的結(jié)構(gòu)布置較為復(fù)雜。
(3) 采用的電液實現(xiàn)系統(tǒng)只能對相對位移滯后的缸進行補償,不具普遍性。
(4) 控制策略單一,不具備比較性。
基于上述情況，本系統(tǒng)的控制方案初步選定如下：選擇四缸中的某一缸作為基準缸，采用傾角傳感器測量平臺的傾斜程度；將此傾角偏差值送入PLC系統(tǒng)的模擬量輸入模塊，通過PLC的CPU進行運算得出油缸的同步誤差大??；PLC系統(tǒng)根據(jù)油缸的同步誤差大小調(diào)用內(nèi)部的PID控制子系統(tǒng)實現(xiàn)控制信號調(diào)節(jié)；調(diào)制后的控制信號由PLC模擬量輸出模塊送到伺服放大板上進行功率放大，最后驅(qū)動電液實現(xiàn)子系統(tǒng)，使四缸保持同步。
根據(jù)上述選定方案可知，本油缸同步系統(tǒng)需要傾角傳感器、電液比例液控多路換向閥、PLC等元器件，下面簡要介紹這些元器件的選型。
2.2.2 油缸同步跟蹤系統(tǒng)的建模
系統(tǒng)的控制策略已經(jīng)在上一章進行了介紹，簡要的說，就是選取四缸中的某一缸為基準缸，其它三只缸跟蹤基準缸隨動。下圖表示了某缸跟蹤基準缸隨動示意圖，假設(shè)左邊為基準缸，當右邊缸與左邊缸不同步時，傾角傳感器產(chǎn)生電信號經(jīng)過變送器送如PLC的A/D處理模塊，PLC的CPU對傾角誤差進行線性化處理、PID調(diào)節(jié)后送入PLC的D/A處理模塊，D/A調(diào)理后的信號經(jīng)過伺服放大板驅(qū)動電液比例閥的閥芯運動，從而調(diào)節(jié)油缸運動速度的快慢，保持兩個油缸的同步。下面給出兩缸同步跟蹤的數(shù)學(xué)模型：
某缸跟蹤基準缸隨動示意圖
電液比例閥的線圈回路傳遞函數(shù)為
電液比例閥的傳遞函數(shù)
執(zhí)行元件（油缸）的傳遞函數(shù)
沒有彈性負載的四通閥控制油缸簡化傳遞函數(shù)為：
若忽略信號變送器、A/D模塊及D/A模塊等環(huán)節(jié)的時間常數(shù)，可得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)框圖為
同步跟蹤系統(tǒng)的傳遞函數(shù)框圖
為了使整個跟隨系統(tǒng)能獲得較好的動、靜態(tài)性能（如良好的階躍響應(yīng)特性，斜坡響應(yīng)特性），系統(tǒng)采用工程調(diào)節(jié)中廣為使用的PID調(diào)節(jié)器。
2.2.3 PID控制原理
在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例積分微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近60年的歷史了，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制主要和可靠的技術(shù)工具。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它設(shè)計技術(shù)難以使用，系統(tǒng)的控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)的參數(shù)的時候，便最適合用PID控制技術(shù)。
比例積分微分控制包含比例、積分、微分三部
2.2.4 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.2..4.1 根據(jù)調(diào)平原理分析控制要求
(1).傳感器的布置，見下列圖，用三個傳感器將四個支腿連接在一起， 腿1通過pid程序和腿2始終保持水平和同時動作， 腿3通過pid程序和腿2始終保持水平和同時動作， 4腿通過pid程序和腿3始終保持水平和同時動作，
(2).按下自動開關(guān)，系統(tǒng)進行自動調(diào)平，并在工作的時候始終保持機體水平，監(jiān)視整個機體的情況，發(fā)生傾斜即進入調(diào)平程序。
(3).若四個調(diào)平支腿中任何一個支腿碰到下限位開關(guān)，自動調(diào)平系統(tǒng)停止，整個機體上升，四個換向閥全開，5s后停止上升。進入自動調(diào)平程序。
(4).四個調(diào)平支腿中任何一個支腿碰到上限位開關(guān)，自動調(diào)平程序停止，整個機體下降，四個換向閥全開，5s后停止下降。進入自動調(diào)平程序
(5).按下停止按鈕，自動調(diào)平程序和手動程序全部停止，換向閥中位。液壓回路鎖定。
(6).自動調(diào)評程序執(zhí)行過程中，手動調(diào)平按鈕失效。手動調(diào)平程序執(zhí)行過程中，自動調(diào)平按鈕失效。
(7).整個機體水平，綠燈亮，機體傾斜，紅燈亮
(8).調(diào)平誤差0.5度以內(nèi)。
(9).三相電動機的控制，按下電動機啟動按鈕，繼電器1，2吸合，延時8s，繼電器2斷開，延時2秒，繼電器3吸合。按下電動機停止按鈕，繼電器1，2，3全部斷開。
(10).按下撤收按鈕，四個換向閥全開，當四個支腿碰到各自的下限位開關(guān)停止。
2.2..4.2 根據(jù)控制要求確定用戶所需要的輸入/輸出設(shè)備，確定PLC的I/O點數(shù)
輸入設(shè)備:
1.腿1下限位開關(guān)
2.腿1上限位開關(guān)
3.腿2下限位開關(guān)
4.腿2上限位開關(guān)
5.腿3下限位開關(guān)
6.腿3上限位開關(guān)
7.腿4下限位開關(guān)
8.腿4上限位開關(guān)
9.手動控制按鈕-腿1伸
10.手動控制按鈕-腿1縮
11.手動控制按鈕-腿2伸
12.手動控制按鈕-腿2縮
13.手動控制按鈕-腿3伸
14.手動控制按鈕-腿3縮
15.手動控制按鈕-腿4伸
16.手動控制按鈕-腿4縮
17.自動控制按鈕
18.手動控制按鈕
19.油泵1輸入
20.油泵2輸入
21.傳感器1輸入
22.傳感器2輸入
23.傳感器3輸入
輸出設(shè)備：
1.紅燈
2.綠燈
3.油泵1控制（3點）
4.油泵2控制（3點）
5.伺服閥1左繼電器
7.伺服閥1右繼電器
8.伺服閥2左繼電器
9.伺服閥2右繼電器
10.伺服閥3左繼電器
11.伺服閥3右繼電器
12.伺服閥4左繼電器
13.伺服閥4右繼電器
通過以上的統(tǒng)計，該系統(tǒng)總共有23個輸入，16個輸出。
2.2.4.3 選擇PLC
該系統(tǒng)總共有數(shù)字量輸入20點，模擬量輸入3點，數(shù)字量輸出8點，模擬量輸入8點
CPU選擇：選擇西門子S7-200 CPU224,詳細資料請參閱說明書。
擴展模塊：數(shù)字量擴展
數(shù)字量輸入輸出模塊EM223（1）
EM 223 24V DC 16 輸入/16 輸出和 EM223 24V DC 16 輸入/16 繼電器輸出
2.2.4.4 分配i/o點，設(shè)計I/O連接圖
輸入
腿1下限位開關(guān)
腿1上限位開關(guān)
腿2下限位開關(guān)
腿2上限位開關(guān)
腿3下限位開關(guān)
腿3上限位開關(guān)
腿4下限位開關(guān)
腿4上限位開關(guān)
手動控制按鈕-腿1伸
手動控制按鈕-腿1縮
手動控制按鈕-腿2伸
手動控制按鈕-腿2縮
手動控制按鈕-腿3伸
手動控制按鈕-腿3縮
手動控制按鈕-腿4伸
手動控制按鈕-腿4縮
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
I1.0
I1.1
I1.2
I1.3
I1.4
I1.5
I2.0
I2.1
I2.2
自動控制按鈕
手動控制按鈕
油泵1輸入
油泵2輸入
傳感器1輸入
傳感器2輸入
傳感器3輸入
I2.3
I2.4
I2.5
I2.6
AIW0
AIW2
AIW4
輸出：
紅燈
綠燈
油泵1控制
油泵1控制
油泵1控制
油泵2控制
油泵2控制
油泵2控制
伺服閥1左繼電器
伺服閥1右繼電器
伺服閥2左繼電器
伺服閥2右繼電器
伺服閥3左繼電器
伺服閥3右繼電器
伺服閥4左繼電器
伺服
閥4右繼電器
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
Q0.7
AQW0
AQW2
AQW4
AQW6
AQW8
AQW10
AQW12
AQW14
2.2.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計
2.2.5.1 根據(jù)控制要求編寫設(shè)計流程
見圖紙
2.2.5.2 根據(jù)設(shè)計流程編寫程序：
見附錄
3.電器控制系統(tǒng)設(shè)計
液壓靜壓樁機采用了液壓系統(tǒng)作為動力來進行壓樁工作，因此電控系統(tǒng)的主要任務(wù)是對液壓及其控制系統(tǒng)進行控制。電控系統(tǒng)設(shè)計又可分為強電部和弱電兩個部分：強電部分主要控制液壓站的主電機運轉(zhuǎn)；弱電部分由可編程控制器PLC進行控制，控制內(nèi)容包括主電機運轉(zhuǎn)指令的給出，調(diào)平系統(tǒng)的運行控制等。
根據(jù)液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算可知，系統(tǒng)的供油回路由兩個泵組成，其驅(qū)動電機的功率分別為75KW（泵1）、220KW（泵2）。一般地，壓樁機工作環(huán)境可以提供三相380V電源，所以液壓系統(tǒng)的電機采用三相380V普通交流異步電機。三相籠式電機直接起動的控制線路簡單，維修工作量小，但在起動時的電流約為額定電流的4——7倍。對于本系統(tǒng)采用的兩臺大容量電機，如果采用直接起動會引起電網(wǎng)電壓降低，電機轉(zhuǎn)矩減小，甚至起動困難，而且還影響同一供電網(wǎng)中的其它設(shè)備，因此采用降壓起動，以保證起動時供電母線上的電壓降不超過額定電壓的10%——15%。
工程實際中常用的降壓起動方法通常有星—三角降壓起動、定子串電阻降壓起動和自耦變壓器降壓起動等。由于4KW以上的三相籠式異步電動機定子繞組在正常工作時都接成三角形，因此可以采用星—三角降壓起動。
考慮到星形直接起動的電流仍然很大，在星形起動過程中進一步采用自耦變壓器進行降壓起動。起動時，電源電壓加在自耦變壓器的一次繞組上，電動機的定子繞組與自耦變壓器的二次繞組相連，當電動機的轉(zhuǎn)速接近額定值時，將自耦變壓器切除，電動機直接與電源相連，在正常的三角形方式下運行。
在電機星—三角起動過程中需要進行延時切斷，傳統(tǒng)電路一般采用時間繼電器進行控制，而本系統(tǒng)的弱電控制系統(tǒng)采用了可編程控制器，因此可以直接利用PLC的軟件延時繼電器來進行控制，從而省去了傳統(tǒng)的控制元件，節(jié)省了安裝空間，也提高了控制的可靠性。另一方面，在星—三角轉(zhuǎn)換起動中，為了防止交流接觸器同時通電的意外情況發(fā)生，系統(tǒng)不僅在PLC中采用了星—三角轉(zhuǎn)換互鎖，而且在硬件上（交流接觸器的輔助觸頭）也采用了互鎖控制，以保證電器系統(tǒng)工作的可靠性。
系統(tǒng)的控制電路采用西門子PLC（S7——200），控制信號電壓為24V，因此系統(tǒng)中增加一個開關(guān)電源，以滿足各數(shù)字量I/O、模擬量I/O以及伺服放大板的需要。
根據(jù)上述設(shè)計方案可繪制出系統(tǒng)的控制原理圖。
見畢業(yè)設(shè)計圖紙。
3.大身結(jié)構(gòu)的CAE分析
3.1大身結(jié)構(gòu)的有限元模型
有限元分析（FEA）是利用數(shù)學(xué)近似的方法對真實物理現(xiàn)象（幾何及載荷工況）進行模擬的一種分析方法，也是目前求解工程問題中最為流行的數(shù)值計算方法。其基本思想是將一個連續(xù)的求解域離散化，即通過網(wǎng)格劃分將求解域分割成彼此用節(jié)點互相聯(lián)系的有限個單元，在單元體內(nèi)假設(shè)近似解的模式，用有限個節(jié)點上的未知參量表征單元的特性，將各個單元的關(guān)系通過適當方法，建立組成包含節(jié)點未知參數(shù)的方程組，求解方程組，得出各節(jié)點的未知參數(shù)，利用插值函數(shù)求出近似解，是對真實情況的一種數(shù)值近似。本課題應(yīng)用大型有限元分析軟件ANSYS對大身結(jié)構(gòu)進行分析，分析步驟為 如圖1所示。
圖1 ANSYS計算分析過程流程圖
3.2 三維實體建模與有限元分析模型
有限元分析的最終目的是要還原一個實際工程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)行為特征，因此有限元分析的第一步就是必須針對一個物理原型建立準確的數(shù)學(xué)模型。有限元模型的來源主要有下面四種方法：①在有限元軟件的前處理器中進行幾何建模，再劃分網(wǎng)格得到；②從實體建模軟件中引入幾何模型，經(jīng)修改模型和劃分網(wǎng)格而得到；③直接創(chuàng)建節(jié)點與網(wǎng)格；④引入有限元模型。其中①、③、④種方法一般只適合于小型結(jié)構(gòu)分析，然而，現(xiàn)今幾乎絕大部分的有限元分析模型都用實體模型建模，對于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)①、③、④種方法建模比較困難，目前較為流行的方法是，大型結(jié)構(gòu)的有限元模型一般先通過實體建模軟件建立，經(jīng)適當?shù)母袷睫D(zhuǎn)換成為有限元分析模型。即用數(shù)學(xué)的方式表達結(jié)構(gòu)的幾何形狀，在幾何模型里面填充節(jié)點和
單元，還可以在幾何模型上方便地施加載荷和約束。但是幾何實體模型并不參與有限元分析，所有施加在幾何實體邊界上的載荷或約束必須最終傳遞到有限元模型的節(jié)點或單元上進行求解。三維實體建模與有限元分析的關(guān)系如圖2所示。
圖2 三維實體建模與有限元分析的關(guān)系
YZY400型靜壓樁機大身結(jié)構(gòu)全部由鋼板焊接而成，是復(fù)雜的空間箱型體系。根據(jù)有限元分析的特點，在建模時進行一些必要的模型簡化，即略去一些功能件和非承載件，對于結(jié)構(gòu)上的孔、臺階等盡量簡化，對截面特性影響不大的特征予以忽略。
圖3 YZY400型靜壓樁機大身結(jié)構(gòu)有限元分析模型
根據(jù)大身結(jié)構(gòu)的特點，在進入ANSYS軟件進行分析之前，首先通過Pro/E實體建模軟件構(gòu)件大身結(jié)構(gòu)的三維實體模型，并將幾何模型導(dǎo)入ANSYS軟件， 利用ANSYS軟件自動網(wǎng)格劃分功能，定義單元類型為四面體實體單元（Solid93），劃分網(wǎng)格，在支腿支處施加邊界約束，在立柱聯(lián)接板處施加壓樁載荷，建立YZY400型靜壓樁機大身結(jié)構(gòu)有限元分析模型如圖3所示。網(wǎng)格劃分后生成單元總數(shù)為283,271，節(jié)點總數(shù)為337,125個。
3.3大身結(jié)構(gòu)強度分析
3.3.1 材料參數(shù)
參數(shù)名
數(shù)值
單位
楊氏模量
1.96e8
千帕
密度
7.9e-6
千克/立方毫米
泊松比
0.3
3.3.2 載荷分析
在建立正確的車身骨架有限元分析模型的基礎(chǔ)上，加載邊界條件，并根據(jù)實際載荷配置情況，對大身結(jié)構(gòu)進行靜強度計算分析。
大身結(jié)構(gòu)所受載荷包括自重載荷和壓樁時的工作載荷，根據(jù)靜壓樁機的工作特點，并考慮到動載荷的影響，取計算載荷為480000kN。
圖4 加載后的有限元分析模型
由于有限元法中內(nèi)力或外力均由節(jié)點傳遞，在整體剛度矩陣中的載荷項均為節(jié)點載荷。因此，將上述載荷作為集中或均布載荷施加于模型中相應(yīng)節(jié)點上，形成節(jié)點載荷，在大身四個支腿處施加約束并求解，進行靜態(tài)分析。加載后的有限元分析模型如圖4所示。
3.3.3 計算結(jié)果
建立有限元分析模型后，進入ANSYS求解器進行靜態(tài)分析求解。
計算結(jié)果如圖5～圖8所示。
圖5 大身結(jié)構(gòu)總體變形云圖
圖5所示為大身結(jié)構(gòu)總體變形云圖，由圖中可以看出，結(jié)構(gòu)最大變形發(fā)生在聯(lián)接立柱處，變形量約為0.81mm，說明結(jié)構(gòu)剛度條件滿足要求。
圖6所示為大身結(jié)構(gòu)合成應(yīng)力云圖。
圖7為大身結(jié)構(gòu)底面合成應(yīng)力云圖。
圖8為大身結(jié)構(gòu)支腿處應(yīng)力云圖。
由圖8顯示出，大身結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力部位在支腿與大身的聯(lián)接處，這與實際相符（曾有該種類型某型號靜壓樁機在該處發(fā)生斷裂）。
圖6 大身結(jié)構(gòu)合成應(yīng)力云圖
最大應(yīng)力部位
最大應(yīng)力值約為34MPa，說明結(jié)構(gòu)設(shè)計偏保守，應(yīng)進一步改進結(jié)構(gòu)，對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，使大身結(jié)構(gòu)受力更加合理。
圖7 大身結(jié)構(gòu)底面應(yīng)力云圖
圖8 大身結(jié)構(gòu)支腿處應(yīng)力云圖
35
摘要
本次設(shè)計是YZY全液壓靜壓樁機的電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計。其主要分為以下幾大部分：液壓泵1、2和吊機的電器控制。電器系統(tǒng)要為液壓系統(tǒng)提供動力，對電機進行控制。因為壓樁機是工程機械，不論白天晚上，都要能保證其工作，所以電器系統(tǒng)要為駕駛室及工作區(qū)提供照明。為了使駕駛室環(huán)境的舒適，電器系統(tǒng)設(shè)計時還要考慮到吹風(fēng)以及為整個系統(tǒng)提供報警等。設(shè)計時通過參觀實習(xí)，并閱讀大量資料，理論結(jié)合實際設(shè)計出了壓樁機的電器控制系統(tǒng)，基本上符合設(shè)備的要求。
關(guān)鍵詞：YZY全液壓靜壓樁機 電器控制
Summary
Key Words : pile pressing - in machine electrical control systerm
This time my project is design of electrical control systerm of entirely hydraulic pressure static force pile pressing - in machine. It is divided into primarily several big parts: electrical control systerm of hydraulic pump one and two and derrick .The electrical control systerm must offering motivity for hydraulic system. Because pile pressing - in machine is construction machinery and equipment , No mater day and night ,it must can guarantee its work, electrical control systerm should offering illuminate for bridge house and work area. For making environmental comfort in bridge house, Still want when electric appliances system design in consideration of blow the breeze and the warning of total control of your System. While designing. I visited some place and looked some machine , and read a large quantity of data ,combine the theories and actual ,I have designed the electrical control systerm .It is basic to ascend the request of the equipments.
目錄
1. 概述 ………………………………………………………………. ………（4）
1.1 樁工機械產(chǎn)生的必要條件 ………………………………………...（4）
1.2 樁工機械的發(fā)展簡述 ……………………………………………. （4）
1.3 部分YZY系列靜力壓樁機主要組成 ……………………………..（5）
1.4 靜力壓樁機的主要特點 …………………………………………….（5）
1.5 靜力壓樁機的使用，操作要點 ……………………………………（5）
1．5．1 靜力壓樁機的安裝 ……………………………………………….( 5 )
1．5．2．靜力壓樁機的作業(yè)要點 …………………………………………（6）
1.6 壓樁機的控制系統(tǒng) ………………………………………………….（7）
2. YZY400靜壓樁機電器及控制系統(tǒng)總體設(shè)計 ……………………………..（8）
2.1 電器控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)與總成 ……………………………………（8）
2．2．1 電動機的選擇……………………………………………………..（8）
2．2．2 吊機的選擇 …………………………………………………….（8）
2.2 電動機及吊機選擇 ………………………………………………….（8）
2.3 控制元件的選擇 ……..……………………………………………….（9）
2.4 電機控制回路 ……………………………………………………….（16）
3. 照明及駕駛室線路系統(tǒng) …………………………………………………...（17）
3.1 照明及吹風(fēng) ………………………………………………………..（17）
3.2 其它元件的選擇 ……………………………………………………（18）
3.2.1 旋轉(zhuǎn)開關(guān) …………………………………………………………..（18）
3.2.2 變壓器 ………………………………………………………………（18）
3.3 報警裝置 ……………………………………………………………..（19）
3.3.1 斷電報警 ……………………………………………………………（19）
3.3.2 油泵濾油器堵塞報警 ………………………………………………（19）
3.3.3 報警裝置常見故障 …………………………………………………...（21）
3.4 駕駛室布局 ………………………………………………………….（21）
4. ZY16型壓樁吊 ……………………………………………………………( 23 )
4.1 概述 ………………………………………………………………( 23 )
4.2 技術(shù)參數(shù)……………………………………………………………...(24)
4.3 起重機起重作業(yè)部分的主要結(jié)構(gòu)原理及操縱……………….. …….(26)
4.3.1 起升機構(gòu)…………………………………………………………...(26)
4.3.2 起升機構(gòu)的操縱方法……………………………………………...(27)
4.3.3 吊臂變幅機構(gòu) ………………………………………………….....(27)
4.3.4 吊臂變幅機構(gòu)操縱方法 ………………………………………….(27)
4.3.5 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的操縱方法 ………………………………………….....(28)
4.3.6 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的操縱方法 …………………………………………….(28)
4.3.7 電氣系統(tǒng) ……………………………………………………….....(29)
4.3.8 中心回轉(zhuǎn)接頭 ……………………………………………………… (29)
4.4 安全裝置系統(tǒng) ..........................................(30)
4.5 起重機的操作事項 ……………………………………………..…..(30)
4.5.1 起重機的操縱裝置及儀表 ……………………………………....(30)
4.5.2 作業(yè)時注意事項 ………………………………………………....(30)
4.6 起重機的維護和保養(yǎng) …………………………………………….…...(31)
4.7 起重機的一般故障及排除方法……………………………………......(31)
結(jié)束語 … ……………………………………………………………………….（34）
致謝 ……………………………………………………………………………（35）
參考書目 ………………………………………………………………………..（36）
1. 概述
1.1 樁工機械產(chǎn)生的必要條件
建筑物的全部載荷都要通過基礎(chǔ)傳給地基。具有足夠的強度、穩(wěn)定性和耐久性的基礎(chǔ)，才能保證建筑物的安全和正常使用。根據(jù)地基的地質(zhì)、地形、水文等特點，建筑物的基礎(chǔ)大體上可分為直接基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和沉箱基礎(chǔ)等，其中樁基礎(chǔ)是基礎(chǔ)工程中應(yīng)用員廣泛，發(fā)展最迅速的一種基礎(chǔ)形式。這是因為樁基礎(chǔ)比其他形式的基礎(chǔ)具有承載力高，適應(yīng)性強，沉降量小，抗震性能好，以及施工方便等優(yōu)點。加之土地使用日趨緊張的情況廠，一些工廠、房屋或其他設(shè)施，不得不建造在海邊、河灘等軟弱的地基上。此外，修建海上井臺、大型港口和深水碼頭、高速公路和鐵路，橋梁也都對樁基校的發(fā)展提出了新的課題。另一方面，由于樁工機械性能不斷改善，品種、型號增多，又為樁基礎(chǔ)的發(fā)展提供了有利條件。當前，樁基礎(chǔ)正在向大型化方向發(fā)展，教大型的樁直徑達2—3m，極限承載能力達20 x l0* 3 kN左右。樁工機械是用來完成預(yù)制樁的打人、沉入、壓入、拔出或灌柱樁的成孔等作業(yè)的機械。
1．2 樁工機械的發(fā)展簡述
解放前，我國沒有自制樁工機械，建國初期基本建設(shè)的基礎(chǔ)施工全部使用舊中國從國外進口遺留下的蒸氣打樁機和笨重的自由落錘，樁工機械和施工方法都非常落后?！耙弧の濉逼陂g，由于一些重點工程需要，開始測繪仿制國外3~10t單作用和雙作用蒸氣打樁機。至20世紀60年代初期，開始組建樁工機械制造行業(yè)和專業(yè)研究室。從此開始我國自行研制樁工機械的發(fā)展時期。從20世紀60年代中到70年代末15年間，樁工機械制造行業(yè)逐步發(fā)展壯大。近十多年來，由于石油工程及橋梁工程的需要，大型振動樁錘有了新的發(fā)展，如DZJ系列振動樁錘，最大激振力達1800KN，電機功率為240KN，起動力矩為0，對電網(wǎng)的沖擊很小。國外振動樁錘主要向液壓振動樁錘的方向發(fā)展，如美國的ICE系列，德國的MGF系列。液壓振動樁錘可以改變振動頻率，可使振錘適應(yīng)樁-土壤體系的振動頻率，使樁與土壤產(chǎn)生共振，加大力幅，使沉樁速度加快。用柴油錘和振動樁錘沉樁會產(chǎn)生相當大的噪聲，在城市居民密集區(qū)施工時對環(huán)境影響極大。近年來，液壓錘和靜壓樁機悄然興起，靜壓樁機使用液壓油頂，將樁壓入土中，工作過程基本無噪聲。最近常用于大城市中心地區(qū)沉樁作業(yè)。國內(nèi)目前最大的靜壓樁機為上海生產(chǎn)的6000KN靜壓樁機。隨著新技術(shù)，新設(shè)備的發(fā)展，就地灌注樁最近幾十年得到了飛速發(fā)展，灌注樁的成孔有擠土和取土兩種方法。目前應(yīng)用較廣的反循環(huán)鉆機，套管鉆機，回轉(zhuǎn)斗鉆機，旋轉(zhuǎn)鉆機，潛水鉆機，潛水沖擊錘等。另一類就地灌注樁是穩(wěn)定液施工法的就地灌注樁，這類樁的成孔機械為回轉(zhuǎn)斗與端螺旋鉆。靜力壓樁機是以壓樁機的自重克服沉樁過程中的阻力，當靜壓力超過樁周上的摩阻力時，樁就沿著壓梁的軸線方向下沉，靜力壓樁具有無振動、無噪聲的特點，適用于高壓縮性的粘土或砂性較輕的亞粘上：層中，在人口密集的居民點、城市地區(qū)尤為適宜。
1．3 部分YZY系列靜力壓樁機主要組成
YZY系列靜力壓樁機主要由夾持機構(gòu)、底盤平臺、橫向行走及回轉(zhuǎn)機構(gòu)、縱向行走機構(gòu)、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等部分組成。
1．4 靜力壓樁機的主要特點
1)壓樁機采用步屆式行走機構(gòu)，整機重心低，行動靈活，操縱方便。有輔樁工作機吊樁就位，不用另配起重機吊樁，它和主機裝在一個底盤上，可隨整機一起行走。
2)壓樁機施工時無噪聲適用于市區(qū)內(nèi)，尤其是醫(yī)院、學(xué)校、辦公樓等壓樁施工。無振動、無空氣污染。
3)消除一般打樁機連續(xù)沖擊荷載所引起的樁頭和樁身的破壞。
4)機上有起重機構(gòu)．操作方便，減少高空作業(yè)的不安全因素。
5)靜力壓樁施工對樁身產(chǎn)生的應(yīng)力小，可以減少混凝土頂制樁的鋼筋需用量，降低工程造價。
由于靜力壓校機具有以上特點，已被廣泛應(yīng)用于軟土地區(qū)的工業(yè)和民用建筑t港灣碼頭、水工圍堰、地鐵等工程的樁基礎(chǔ)施工。但是靜力壓樁機缺點是：和沖擊式打樁機相比，其效率較低。同時．對土體的適應(yīng)性有一定的局限。如YZY型全液壓靜力壓樁機只適用于PS值在40范圍內(nèi)軟弱地基上施工；而DY80型繩索式靜力壓樁機只適用于流塑、軟塑狀態(tài)的粘土和亞粘土地基上施工。
1．5 靜力壓樁機的使用，操作要點
1．5．1 靜力壓樁機的安裝
1)靜力壓樁機的安裝地點，必須按施工要求進行先期處理，使場地整平，井具有堅實的承載力。
2)安裝時，應(yīng)特別注意兩個行走機構(gòu)之間的安裝間距，防止底盤平臺不能正確對位而導(dǎo)致返工。
3)電源在導(dǎo)通前，應(yīng)檢查電源電壓，使其保持在額定電壓范圍內(nèi)。
4)各液壓管路連接時，不得將管路強行彎曲。安裝過程中，應(yīng)防止液壓油過多流損。
5)在安裝配重前，必須對各緊固件進行檢查，防止因緊固件未擰緊而造成構(gòu)件變形。
6)安裝完畢后，應(yīng)對整機進行試運轉(zhuǎn)，特別是吊校用的起重機，應(yīng)按起重機規(guī)定進行技術(shù)試驗。
1．5．2．靜力壓樁機的作業(yè)要點
1)壓校作業(yè)中，首先要插中校位，如遇地下障礙物使樁在壓人過程中傾斜時，不能用壓樁機行走的方法強行糾編，應(yīng)將傾斜的樁拔起，待地下障礙物清除后，重新插樁。
2)樁在壓入過程中，如通夾持機構(gòu)和校側(cè)打滑時，不能任意提高液壓油壓力，強行操作，而應(yīng)找出打滑原因，采取有效措施后方可繼續(xù)進行。
3)由于樁的貫人阻力過大，使樁不能壓至標高時，不能任意增加配重，否則會引起液壓元件和構(gòu)件的損壞。
4)壓樁中如樁頂不能最后壓到設(shè)計標高時，必須將樁頂部分鑿去，嚴禁用壓樁機行走的方式，將樁強行推斷。
5)壓樁過程中，如遇周圍土體隆起，影響樁機行走時，應(yīng)將樁機前方隆起的土鏟除，不應(yīng)強行通過，以免損壞校機行走機構(gòu)。
6)樁機在頂升過程中，應(yīng)盡可能避免任一般形軌道壓在己入土的單一的樁頂上，否則將使船形軌道因受力不均而變形。
7)壓樁機的電氣系統(tǒng)必須有效的接地。作業(yè)中，電纜應(yīng)有專人看護。
8)壓樁過程中，當樁尖碰到夾砂層時，壓樁阻力可能突然增大，甚至超過壓樁能力，使壓樁機上拾。此時，可用最大的壓樁力作用在樁頂后，采用停車的法使樁有可能緩慢穿過砂層。若有少量樁確實不能下沉到設(shè)計標高，如相差不多可截除樁頭，繼續(xù)慧礎(chǔ)承臺的施工。
9)壓樁接近設(shè)計標高時，應(yīng)注意嚴格掌握停壓時間。停壓過早，補壓阻力加大；停壓過遲，則沉樁超過要求深度。
10)壓樁時，特別是壓樁初期要注意樁的下沉情況，有無走位或偏斜，是否符合樁位中心位置，以便及時進行校正。如無法校正時，應(yīng)拔出后重新下沉。如迢有障礙時，應(yīng)予清除后重行插樁施壓。
11)多甘樁施上時，接樁面應(yīng)距地面1m以上，以便于操作。
12)盡量避免壓樁中途停歇，停歇時間較長，重新起動阻力增大。
13)壓樁中，樁身傾斜或下沉速度突然加快時，多為樁接頭失效或樁身破裂。一般可在原樁位附近補壓新樁。
14)當壓樁阻力超過壓核能力，或者由于配重調(diào)整不當，而使壓樁機發(fā)生較大傾斜時，應(yīng)立即采取停壓措施，以免造成斷樁或壓樁架傾倒事故。
15)壓樁機行走時，長、短船形軌道和水平坡度不可超過5’?？v向行走時，不可單向操作一個手柄，應(yīng)兩個手柄一起動作。
16)作業(yè)完畢．應(yīng)將短船運行至中間位置，停放在乎整地面上，其余液壓缸應(yīng)全部回程縮進，起重機吊鉤應(yīng)升至最上部，并應(yīng)使各部制動生效，最后應(yīng)將外露活塞桿擦干凈。
17)作業(yè)后，應(yīng)將各控制器故在“零位”，并依次切斷各部電源，鎖閉門宙，冬季應(yīng)放盡各部積水。
18)轉(zhuǎn)移工地時，應(yīng)按規(guī)定程序拆卸后，用汽車裝運。所有油管接頭處應(yīng)加悶頭螺栓，防止塵土進入。液壓軟管不得強行彎曲。
1．6 壓樁機的控制系統(tǒng)
兩個電動機通過自動電控延時起動后，分別帶動兩個液壓泵同時工作。此時，各執(zhí)行機構(gòu)并不動作，集成油路系統(tǒng)為常開式和各路相通，使液壓泵輸出的壓力油經(jīng)集成油路系統(tǒng)無負荷流回油箱，實現(xiàn)電動機空載起動。當需要任何一個執(zhí)行機構(gòu)的液壓缸工作時，只要操縱相應(yīng)的電開關(guān)，使集成油路系統(tǒng)小電液閥通電后動作，此時變常開式回路為閉合回路狀態(tài)。油壓升到大于額定工作壓力時，由集成油路系統(tǒng)中的送流閥卸裁，壓力油液回油箱。因此，整個液壓系統(tǒng)的工作是通過電控換向閥去執(zhí)行的，而壓樁機的縱向和橫向行走以及底盤平臺的頂升是依靠手動多路閥控制的。
2. YZY400靜壓樁機電器及控制系統(tǒng)總體設(shè)計
2．1 電器控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)與組成
2.1.1 設(shè)計任務(wù)
本次設(shè)計任務(wù)是YZY400靜壓樁機電器及控制系統(tǒng)總體設(shè)計。
本壓樁機采用液壓靜力將預(yù)制樁分段壓入土層中，完成吊樁、壓樁的施工作業(yè)，如遇到加沙層等靜壓壓不下去時，就利用振沖振沖一下，待穿過特種層后繼續(xù)用靜壓壓樁。
整個機構(gòu)由機身、導(dǎo)向壓樁架及壓樁機構(gòu)、起重及升降機構(gòu)、縱向移動機構(gòu)、橫向移動回轉(zhuǎn)機構(gòu)、液壓及電器控制機構(gòu)組成。
由于是工程機械，承受的工作載荷大，所以工作機構(gòu)多采用液壓系統(tǒng)。電器系統(tǒng)主要為液壓系統(tǒng)提供動力，對電機進行控制，為駕駛室及工作區(qū)提供照明、吹風(fēng)以及為整個系統(tǒng)提供報警等。另外，由于壓樁機的工作特點，壓樁時要求樁與水平線保持垂直，即機身要保持水平，進行調(diào)平。但是目前國內(nèi)各種型號的壓樁機都是采用手動控制，其中調(diào)平更為不方便，降低了效率。傳統(tǒng)方法調(diào)平時，首先用經(jīng)緯儀測量縱橫方向的傾斜；然后再通過手動液壓閥調(diào)平，效率低、精度不高，增加施工周期。因此本設(shè)計擬采用電液比例閥自動調(diào)平系統(tǒng)來實現(xiàn)自動調(diào)平，以解決傳統(tǒng)調(diào)平中所遇到的問題。
本人此次設(shè)計的電器及控制系統(tǒng)主要由電機、電機控制、駕駛室電氣控制、照明及報警系統(tǒng)等組成。
2.1.2 總體設(shè)計
液壓靜壓樁機采用了液壓系統(tǒng)作為動力來進行壓樁工作，因此電控系統(tǒng)的主要任務(wù)是對液壓及其控制系統(tǒng)進行控制。電控系統(tǒng)設(shè)計又可分為強電部和弱電兩個部分：強電部分主要控制液壓站的主電機運轉(zhuǎn)；弱電部分由可編程控制器PLC進行控制，控制內(nèi)容包括主電機運轉(zhuǎn)指令的給出，調(diào)平系統(tǒng)的運行控制等。
根據(jù)液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算可知，系統(tǒng)的供油回路由兩個泵組成，其驅(qū)動電機的功率分別為75KW（泵1）、220KW（泵2）。一般地，壓樁機工作環(huán)境可以提供三相380V電源，所以液壓系統(tǒng)的電機采用三相380V普通交流異步電機。三相籠式電機直接起動的控制線路簡單，維修工作量小，但在起動時的電流約為額定電流的4——7倍。對于本系統(tǒng)采用的兩臺大容量電機，如果采用直接起動會引起電網(wǎng)電壓降低，電機轉(zhuǎn)矩減小，甚至起動困難，而且還影響同一供電網(wǎng)中的其它設(shè)備，因此采用降壓起動，以保證起動時供電母線上的電壓降不超過額定電壓的10%——15%。
工程實際中常用的降壓起動方法通常有星—三角降壓起動、定子串電阻降壓起動和自耦變壓器降壓起動等。由于4KW以上的三相籠式異步電動機定子繞組在正常工作時都接成三角形，因此可以采用星—三角降壓起動。
考慮到星形直接起動的電流仍然很大，在星形起動過程中進一步采用自耦變壓器進行降壓起動。起動時，電源電壓加在自耦變壓器的一次繞組上，電動機的定子繞組與自耦變壓器的二次繞組相連，當電動機的轉(zhuǎn)速接近額定值時，將自耦變壓器切除，電動機直接與電源相連，在正常的三角形方式下運行。
在電機星—三角起動過程中需要進行延時切斷，傳統(tǒng)電路一般采用時間繼電器進行控制，而本系統(tǒng)的弱電控制系統(tǒng)采用了可編程控制器，因此可以直接利用PLC的軟件延時繼電器來進行控制，從而省去了傳統(tǒng)的控制元件，節(jié)省了安裝空間，也提高了控制的可靠性。另一方面，在星—三角轉(zhuǎn)換起動中，為了防止交流接觸器同時通電的意外情況發(fā)生，系統(tǒng)不僅在PLC中采用了星—三角轉(zhuǎn)換互鎖，而且在硬件上（交流接觸器的輔助觸頭）也采用了互鎖控制，以保證電器系統(tǒng)工作的可靠性。
系統(tǒng)的控制電路采用西門子PLC（S7——200），控制信號電壓為24V，因此系統(tǒng)中增加一個開關(guān)電源，以滿足各數(shù)字量I/O、模擬量I/O以及伺服放大板的需要。
根據(jù)上述設(shè)計方案可繪制出系統(tǒng)的控制原理圖，見畢業(yè)設(shè)計附圖。
2．2 電動機及吊機選擇
2．2．1 電動機的選擇
根據(jù)液壓系統(tǒng)的要求可計算出油泵電機1、2的相關(guān)參數(shù)，參數(shù)主要包括電機功率、轉(zhuǎn)速和供電電源等，同時考慮到電動機的安裝大小尺寸，查《機械設(shè)計手冊》第五冊得：泵1用電機選用Y250S-4型電動機，泵2選用Y315M3-4型電動機，其具體參數(shù)見下表：
表2.1 電動機型號
型號
額定功率
滿載時
堵轉(zhuǎn)電流
額定電流
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
額定轉(zhuǎn)矩
噪聲
重量
轉(zhuǎn)速
額定電流
效率
功率因 數(shù)
KW
r/min
A
%
db(A)
kg
Y250S-4
75
1480
141
92
0．88
6．8
2．0
93
330
Y315M3-4
220
1483
413
94
0．88
6．5
1．4
103
820
2．2．2 吊機的選擇
吊機作用是用來完成把壓入土層中的樁吊起的動作。本次設(shè)計的YZY400靜壓樁機的吊機是外購廣東力士通機械股份有限公司生產(chǎn)的ZY16型壓樁吊?；浌づ菩推鹬貦C，是全回轉(zhuǎn)、伸縮動臂式液壓起重機。最大起重量為16t,最大起重力矩為470KNM。吊臂采用一級伸縮臂，可任意伸縮，作業(yè)效率高。使用最長臂工作時的起重量為5t,最大起升高度為14m。詳細信息見附錄。
2．3 控制元件的選擇
根據(jù)實際選用低壓斷路器。低壓斷路器主要用于600V以下，頻率50HZ，功率50KW以下的電動機或線路過載及短路保護用。
1）電源
因兩電動機都采用Y系列三相交流異步電動機，所以都連接在380 V交流電源上。
對電動機及總電源開關(guān)，首先考慮用手動開關(guān)。主令開關(guān)在電器線路中，作為不頻繁的接觸器或斷開電路的手動開關(guān)。
電動機選用交流接觸器作為電源開關(guān)。交流接觸器是電力和自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍的一種電器。接觸器生產(chǎn)方便、生產(chǎn)量大、成本低廉，可以頻繁遠距離接觸和斷開交直流主電路和大容量控制電路，是電力拖動、控制電路的重要元件。和刀開關(guān)相比較，接觸器具有遠距離操作功能和失壓保護功能。和自動開關(guān)相比較，接觸器不能切斷短路電流，無過載保護功能。
應(yīng)該注意的是，交流接觸器啟動電流大，線圈容易發(fā)熱，若鐵心氣隙大，電抗小，啟動電流更增大，可高達工作電流的幾十倍。若機械卡死，線圈電流也會很大。另外，交流接觸器的實際工作電壓應(yīng)在85％~105％額定電流電壓時使用。若電壓過高，磁路飽和，或電壓過低，使電磁吸力不夠。銜鐵吸不上，或錯接在直流電源上，都將導(dǎo)致線圈電流增大，輕則使溫度升高，重則燒毀線圈。
根據(jù)控制功率大小及輔助觸點的要求可以選取以下的交流接觸器：泵1選用CJ10-150型交流接觸器，泵2選用 CJ20-400型交流接觸器，總電源選CJ40-400型交流接觸器.用具體技術(shù)參數(shù)見下表：
表2.2 接觸器型號
型號
額定電壓
額定電流
380A-C可控制電動機最大功率
機械
壽命
外形
尺寸
主觸頭
輔觸頭
V
KW
(10*4)次
CJ10-150
380
150
5
75
300
222x230x155
CJ20-400
380
315
200
≥300
190x235x230
CJ40-400
380
400
220
≥300
2） 自動開關(guān)
自動開關(guān)又稱自動空氣斷路器，當電路發(fā)生嚴重過載、短路及失壓等故障時，即自動切斷故障電路，有效地保護串接在它后面的電氣設(shè)備。在正常情況下，可用于不頻繁地接通和斷開電路及控制電動機。因此，自動開關(guān)是低壓電路常用的具有保護環(huán)節(jié)的開關(guān)電器。
自動開關(guān)按其用途及結(jié)構(gòu)特點可分為框架式自動開關(guān)，塑料外殼式自動開關(guān)?？蚣苁阶詣娱_關(guān)主要用作配電網(wǎng)絡(luò)的保護開關(guān)，而塑料外殼式自動開關(guān)除可用作配電網(wǎng)絡(luò)的保護開關(guān)外，還可用作電動機，照明電路及電熱電路的控制開關(guān)。
工程應(yīng)用較多的是塑料外殼式自動開關(guān)(又稱裝置式自動開關(guān))。其主要產(chǎn)品有DZ5、DZ9、DZ10等系列。在一般情況下，保護電動機選用DZ系列，可根據(jù)電流負載大小進行選取，如QTZ63塔式起重機選用的DZ10保護變壓器及配電線路選用DW系列。本控制系統(tǒng)所選用的空氣開關(guān)型號見附圖明細表。
3)按鈕的選擇
按鈕是一種專門發(fā)號施令的電器，用以接通或斷開控制回路中的電流。下圖所示是按鈕開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖與圖形符號。按下按鈕l，使觸頭4閉合而使觸頭3斷開，從而同時控制了兩條電路；松開按鈕，則在彈簧2的作用下使觸頭恢復(fù)原位。按鈕開關(guān)的文字符號用SB表示。
按鈕可用于電動機的“啟動”和“停止”以及“正、反、?！钡目刂?。為了便于識別各個按鈕的作用，避免誤操作，將按鈕1做成不同的顏色．以示區(qū)別，一般常以紅色表示“停止”按鈕，綠色或黑色表示“啟動”按鈕。
常用的按鈕有LA18、LAl9、LA20等型號。
本次設(shè)計TA0，TA1，TA2，QA1，QA2，QA3選用LAY1-11型按鈕。
4) 熔斷器
熔斷器是一種結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價格低廉的保護電器。它常同所保護的電路串聯(lián)，當電路發(fā)生過載或短路故障時，通過熔體的電流達到或超過一定值，熔體發(fā)熱，致使熔體熔斷，切斷電路，起到保護電器設(shè)備的作用。
電器設(shè)備的電流保護有過載延時保護和短路瞬時保護兩種形式。過載保護需要反時限制性，短路保護則需要瞬時保護特性。過載保護要求熔化系數(shù)小，發(fā)熱時間常數(shù)大，但也不同于熱繼電器的過載保護；短路保護要求較大的電流系數(shù)，較小的發(fā)熱時間常數(shù)，較高的分斷能力和較低的工作電壓。過載動作過程主要是熱熔化過程，而短路主要是電弧的熄滅過程。
在熔斷器的選用上：
a) 當只有一臺電動機負載時，考慮到電動機啟動時也不應(yīng)熔斷，所以計算式為：
Ier>=(1.5~2.5)Ied (1)
I er---熔體的額定電流（A）
I ed---電動機的額定電流（A）
b) 當用于照明或電熱設(shè)備，以及一般的控制電路時，因此類負載電流比較平穩(wěn)，所以，熔體的額定電流應(yīng)等于或稍大于負載的額定電流，即
I.er>=Ied (2)
本系統(tǒng)兩臺電動機的額定電流分別為140A ，361A，電動機控制電路中驅(qū)動線圈、繼電器的額定電流多為5 A。電動機電路選用RL1B-550型熔斷器, 照明及駕駛室電路選用RL1B-15型熔斷器, 主電路選用RL1B-600型熔斷器。
另外應(yīng)注意的是，采用熔斷器保護雖具有結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，維護方便等特點，但也有局限性。主要是更換比較麻煩。故適用于負載波動不大，事故不多的場合。在負載波動大且事故多的場合，宜采用快速自動開關(guān)代替熔斷器。
5） 熱繼電器
熱繼電器作為電動機過載保護，常用于三相異步電動機的控制與保護，由熱元件和輔助接點組成。熱元件整定電流需按照電動機的額定電流來選擇。
一般用于電氣設(shè)備（主要是電動機）過載保護用的熱繼電器種類很多，但使用最多的是雙金屬片式熱繼電器。它結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，成本比較低，具有較好的反時限特性。
雙金屬片式熱繼電器由電加熱元件、雙金屬片、觸頭和機械機構(gòu)幾部分組成加熱元件也為量測機構(gòu)，能反映電動機 I2t 的變化。電動機正常啟動時，熱繼電器不應(yīng)動作，但長期過載，即I2t達到一定值時，熱繼電器應(yīng)該動作，切斷控制電路，使電動機停止供電，以保護電動機。雙金屬片是由兩片膨脹系數(shù)不同，溫升時向膨脹系數(shù)小的方向彎曲，當彎曲到一定程度時，彈簧就使觸頭脫開。電流越大，熱量越大，雙金屬片動作越快，觸頭打開越快，所以，熱繼器的電流和時間反時限特性，如圖示。
兩電動機的額定電流分別為140A，361A，都選用JR20-16型熱繼電器。
在熱繼電器的使用中應(yīng)注意下列幾個問題：
a）熱繼電器電流等級很少，但熱元件編號很多，使用時應(yīng)首先使熱元件的電流與電動機的電流相適應(yīng)。
b）熱繼電器可調(diào)成手動復(fù)位，對重要的設(shè)備，在熱繼電器動作之后，必須檢查情況和原因后才能再扣時，宜采用手動復(fù)位；若可以認定是過載的可能性較大，或熱繼電器安裝在遠離操作地點時，宜采用自動復(fù)位方式。
c）熱繼電器周圍介質(zhì)的溫度在原則上應(yīng)和電動機周圍介質(zhì)的溫度相同，否則會破壞已調(diào)好的配合情況。
d）熱繼電器安裝在其它電器的下方，以免其動作特性受到其它電器發(fā)熱的影響。
e）在使用中應(yīng)每年對熱繼電器通電檢驗一次，并應(yīng)注意在設(shè)備短路故障中，檢驗熱元件和雙金屬片是否發(fā)生永久變形，應(yīng)進行通電校驗，以保證熱繼電器動作的準確性，起到可靠的過載保護作用。
6）中間繼電器選用
中間繼電器在控制電路中起信號放大作用或?qū)⑿盘柾瑫r傳輸給數(shù)個有關(guān)控制元件，起增加控制回路數(shù)的作用。本次設(shè)計的選用JZ14型中間繼電器，其具體參數(shù)見下表：
表2.5 中間繼電器型號
型號
吸引線圈額定電壓
觸電額定電流
觸電數(shù)量
機械壽命
電壽命
Un/v
In/A
常開
常閉
/萬次
/萬次
JZ14
380
10
4
4
300
30
7) 其它元件的選擇
在控制回路中電源的接通，電機的起停都由按鈕來實現(xiàn)，選擇合適的按鈕可使操作更方便。這里選用LA19-1A/D 、LA19-11A/J型按鈕，額定電壓交流380V，額定電流5A，按鈕帶有指示燈。其中四個電源接通按鈕指示燈都為藍色，停止按鈕無指示燈，為紅色。泵1、泵2的啟動、停止同樣。吊機的升降按鈕為藍色和綠色的指示燈，停止按鈕同樣無指示燈，為紅色。
3. 照明及駕駛室線路系統(tǒng)
3.1 照明及吹風(fēng)
為了使靜壓樁機能在晚上或者照明條件不好時工作，機器設(shè)置了照明系統(tǒng)。
首先，駕駛室的照明應(yīng)保證能看清控制面板與工作資料，但又不能過亮，過亮使駕駛員感覺不適，且不能看清外面的工作現(xiàn)場，所以選擇40W的熒光燈，型號為YZ40 。
駕駛室外工作環(huán)境為露天，對照明要求較高，不僅需照度達標，而且要對環(huán)境適應(yīng)能力要強，選用高壓汞燈，因為高壓汞燈表面亮度較大，耐震性能好，受環(huán)境溫度的影響較小。對機身工作平臺的照明選用GGY400型熒光高壓汞燈；對機身下面，樁與地面接觸區(qū)也需照明，選用 GGY250型熒光高壓汞燈。
此外，還需在壓樁架頂懸掛一照明燈，以照亮整個壓樁架，選用NG700型高壓鈉燈，采用投射方式。高壓鈉燈比高壓汞燈亮度更高，可給工作場提供充足的照明。所選燈的具體技術(shù)參數(shù)見下表：
表3.1 燈的型號
型號
功率
額定電壓
額定電流
平均壽命
W
V
A
h
YZ40
40
220
0.41
3000
GGY400
400
220
4.6
3000
GGY250
250
220
1.2
3000
NG700
700
220
5.45
3000
因壓樁機的工作場所為室外，工作條件受溫度影響大，為給工作人員提供較好的工作條件，并考慮經(jīng)濟性因素，將駕駛室設(shè)計為簡單、安靜型。天氣熱時，采用打開門窗自然通風(fēng)或裝置小型風(fēng)扇強制通風(fēng)，風(fēng)扇為外購JA型直徑300mm的吊扇。而天氣寒冷需采暖時，則可使熱油液經(jīng)過駕駛室來散發(fā)熱量。
另外，在駕駛室內(nèi)還設(shè)置了220V交流插座，以方便一些需臨時使用。
3.2 其它元件的選擇
3.2.1 旋轉(zhuǎn)開關(guān)
對風(fēng)扇、電燈、調(diào)平系統(tǒng)的啟動、震沖系統(tǒng)的啟動，都只需開關(guān)兩種位置，且控制的容量較小，無需按鈕與交流接觸器，且操作簡單明了。
這里選用HZ5-10型旋轉(zhuǎn)開關(guān)。
HZ5-10系列的接觸系統(tǒng)采用雙斷點對接式動靜觸點，它應(yīng)裝嵌在觸頭上，依靠手柄旋轉(zhuǎn)六方軸上的凸輪控制動靜觸點的通斷。定位系統(tǒng)采用輻射式滾輪卡棘輪結(jié)構(gòu)，裝配不同的限位件，可獲得三位式的定位狀態(tài)。具體技術(shù)參數(shù)見下表：
表3.2 旋轉(zhuǎn)開關(guān)型號
型號
額定電壓
額定電流
控制功率
電壽命（萬次）
機械壽命（萬次）
V
A
KW
電源用
控制電機用
HZ5-10
220
10
1.7
4
20
20
3.2.2 變壓器
因為此次設(shè)計電動機負載采用了三相三線制，所以，當需要220V交流電時，需要安裝變壓器將380V~220V。
選用系列單相變壓器，主要用于交流50HZ、500V以下的電路中。起結(jié)構(gòu)為單相繞組開啟式或帶防護外殼式。根據(jù)工作環(huán)境，選用帶防護外殼式。由于線路工作負載較多，所以選用BK-1500型，具體技術(shù)數(shù)據(jù)見下表：
表3.3 變壓器型號
型號
容量
鐵芯尺寸
規(guī)格
總匝數(shù)
導(dǎo)線直徑
伏安
mm
mm
BK-1500
1500
64x106
380/220
232/137
1.68/1.95
3.3 報警裝置
壓樁機在工作過程中會遇到一些突發(fā)情況要處理，如果這些情況又不易被工作人員直接觀察到，就容易發(fā)生危險，故需要一些裝置來提醒工作人員處理。
報警裝置是為了保證工程建設(shè)機械行車與作業(yè)安全和提高機械的工作可靠性。報警裝置般由傳感器和紅色警告燈組成。
3.3.1 斷電報警
當總電源因某種原因被切斷時，斷電報警燈將亮起，表示電源被切斷，其電路示意圖如右：
平時當有電時，中間繼電器KA 使動斷觸點斷開，則報警燈不亮。而當電源斷開時，電容C放電，中間繼電器KA失電，動斷觸點閉合，報警燈亮，表示電源斷電。
3.3.2 油泵濾油器堵塞報警
油泵在吸油路上設(shè)置了濾油器，是為了過濾掉油中的雜質(zhì)。以利于工作機構(gòu)工作，但當雜質(zhì)累計到一定程度，或突然過多時，油泵濾油器就會堵塞，導(dǎo)致油泵無法送油，油泵工作腔壓力增大，工作機構(gòu)停止運動，危險性很大。這時，不僅要報警告知工作人員，還要立即切斷對油泵提供動力的電動機電源。
濾油器堵塞報警通過壓阻式壓力傳感器發(fā)訊，其結(jié)構(gòu)示意圖如下所示：
圖4 傳感器示意圖
其工作原理是利用硅片上懂得選擇性擴散制成的應(yīng)變計區(qū)，其電阻值隨晶體內(nèi)的應(yīng)力而變的現(xiàn)象。從半導(dǎo)體物性角度看，則是由于應(yīng)力的作用，使半導(dǎo)體晶體內(nèi)的能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而改變了載流子的密度和遷移率。
之所以采用這種類型的傳感器，是因為此設(shè)計中的液壓換向閥均采用O型中位機能。當換向閥處于中位時，泵不卸荷，且進油路保壓。而執(zhí)行機構(gòu)動作時，進油路上的壓力也不會很低。除非濾油器堵塞，泵機供油無法上升，進油管中壓力會不正常下降，當達到一定值時，會使壓阻式傳感器反應(yīng)。發(fā)出警報并切斷驅(qū)動電機的電源。具體選用KYX型壓阻式壓力傳感器。具體技術(shù)數(shù)據(jù)如下
表3.4 傳感器型號
型號
量程
精度
滿量程輸出
工作溫度范圍
MPA
%Fs
℃
KYX
35
0.1~0.5
>40mv
―30~80
其工作過程為：當泵1的交流接觸器得電閉合時，為報警作好準備，這時，如果傳感器發(fā)出信號則其在報警線路上的常開觸點閉合，報警亮起，同時中間繼電器得電，其在泵1控制回路上的常閉觸點斷開，交流接觸器的線圈失電，電動機斷電，泵停止運動，。需再按下啟動按鈕電動機才能啟動。對泵2也是一樣。
3.3.3報警裝置常見故障
報警裝置常見故障有報警裝置不工作和工作不正常等。
1）報警裝置不工作
報警裝置不工作，是指報警裝置在各種情況下始終不工作。
a)原因。報警裝置不工作的主要原因有：保險裝置及線路斷路；報警裝置和報警開關(guān)有故障等。
b)診斷與排除。所有報警裝置都不工作和個別報警裝置不工作故障的診斷與排除方法如下：
所有報警裝置都不工作，通常是由于保險裝置、穩(wěn)壓電源有故障，或電源線路斷路等引起的。此時可以先檢查保險裝置是否正常，再檢查線頭有無脫落、松動及電源線路是否正常，最后檢修穩(wěn)壓電源的順序進行檢修；個別報警裝置不工作，一般是由于報警裝置、報警開關(guān)故障，或?qū)?yīng)線路斷路等引起的。此時可以按先檢查線頭有天脫落、松動，再檢查報警開關(guān)，最后對報警裝置的順序進行檢修。
2） 報警裝置工作不正常
報警裝置工作不正常，是指報警裝置不能及時或適時地工作。
a)原因。報警裝置工作不正常故障的主要原因有報警裝置控制電路或報警開關(guān)有故障等。
b)診斷與排除?？捎脵z測設(shè)備檢查報警裝置和報警開關(guān)在規(guī)定條件下能否正常工作。
3.4 駕駛室布局
YZY400型靜壓樁機雖具有一定的自動功能，但主要的操作還是要由人來完成。工作人員是整臺機器的中樞機構(gòu)，為了便于工作人員操作使用，要將主要操作功能集成于駕駛室的控制面板上。
考慮到經(jīng)濟因素，本駕駛室為簡易型。采用人體工程學(xué)原理設(shè)計控制平臺的高度、寬度、坐椅位置與整個駕駛室的長、寬、高。為使工作人員在工作中具有廣闊的視野，駕駛室正面及側(cè)面都設(shè)置了大玻璃窗。另外，為使工作環(huán)境適宜工作，還安裝了吹風(fēng)與取暖設(shè)備，以下簡述控制面板的構(gòu)成。
對于手動式液壓換向閥，將其全部集中于駕駛室，并排放置。同時操作桿也并排排列，如右圖示：
從左至右依次為：
1、2 長船水平移動的浮動缸，用于調(diào)整升降液壓缸的受力。1為左手邊的，2為右手邊的。
3 機架調(diào)節(jié)缸，用于機架的起豎與放下，向前推為豎起，向后推為放下。 圖5 閥示意圖
4、5 機身縱移液壓缸，左右布置與液壓缸放置統(tǒng)一，向前推為前移，先后為后移。
6 壓樁缸控制，向前為下壓，向后為提升。
7、8 機身橫移，向前為向左，向后為向右。
9、10 機身進行旋轉(zhuǎn)后短船復(fù)位缸。
11 機架上橫梁中檔塊的伸縮缸，向前為伸出，向后為縮回。
在液壓平臺的右側(cè)，為方便工作人員操縱電器設(shè)備，設(shè)置一高于液壓控制平臺的控制面板。并依使用頻率安排距工作人員的遠近。如圖：
圖6 表及燈示意圖
在液壓面板的水平部分為調(diào)定液壓系統(tǒng)溢流閥壓力的四個壓力表。在液壓面板的傾斜部分，最左邊一列為報警燈。從上至下依次為斷電報警、泵1濾油器堵塞報警、泵2濾油器堵塞報警。
在右邊，從上至下依次為：
前兩排 旋轉(zhuǎn)開關(guān)，具通斷兩種位置。從左至右，從上至下：駕駛室照明、機身平臺照明、壓樁區(qū)照明、機架頂燈照明、吹風(fēng)設(shè)施開關(guān)、振沖啟動開關(guān)、調(diào)平系統(tǒng)啟動開關(guān)。
3、4排 電源內(nèi)接通，斷開按鈕。從左至右，從上至下：總電源起閉、泵1電源起閉、泵2電源起閉、吊機電源起閉。要接通電源，按上排按鈕，要斷開電源，按下排按鈕。
5 排 從左至右：泵1起停、泵2起停。左邊帶指示燈為啟動。右邊無指示燈為停止。
6 排 從左至右：吊機正轉(zhuǎn)上升，吊機停轉(zhuǎn)，吊機反轉(zhuǎn)下降。
7 排 從左至右：壓樁機上升，升降停止，壓樁機下降。
4 ZY16型壓樁吊
4.1概述
粵工牌ZY16 型起重機，是全回轉(zhuǎn)，伸縮，動臂式液壓起重機。其最大起重量為16t,最大起重力矩470KNm 。吊臂采用一級伸縮臂，可任意伸縮。作業(yè)效率高。使用最長臂工作時的起重量為5t，最大起升高度為14m。
起重機的吊臂變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)和起升，全部采用液壓驅(qū)動和操縱。具有結(jié)構(gòu)緊湊，操作靈活，工作平穩(wěn)，無級調(diào)速，微動性好等特點。在液壓系統(tǒng)中，設(shè)有安全閥、平衡閥、液壓鎖、溢流閥和雙向緩沖閥等安全裝置，防止系統(tǒng)壓力過載，或油管破裂而產(chǎn)生的意外事故的發(fā)生。本起重機安裝有起升高度限位器，重量和幅度指示等安全裝置及安全照明，以保護操作安全和便于夜間作業(yè)。
4.2 技術(shù)參數(shù)
表4.1 起重機的主要技術(shù)參數(shù)
項目
參數(shù)
外形尺寸
總長
m
11.67
寬度
m
2.50
總高
m
2.03
起重機用鋼絲繩
型號
6T(29)-7X7-1680N-176右
直徑
mm
14
長度
m
189
表4.2 油泵油馬達參數(shù)
型號
理論排量
工作壓力
工作轉(zhuǎn)速
用途
最高許用值
額定使用值
最高許用值
額定使用值
CBZ2050/032
50/32
30
25
2500
2000
主油泵
A6V80Ha2Fz1132
80
40
32
3000
2000
起升馬達
XB-F40
40
28
20
2500
2000
回轉(zhuǎn)馬達
表4.3 起重機工作轉(zhuǎn)速
吊鈞起升速度
（倍率）（第四層）（空載）
15
轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)速度
r/min
≤3
伸、縮臂時間（空載）
（s）
全伸
50
全縮
19
起、落臂時間（空載）
（s）
全和起臂
40
全和落臂
18
表4.4 起重機用液壓油和潤滑油
項目
油泵名稱規(guī)格
單位
數(shù)量
液壓系統(tǒng)液壓油缸
YC-N46磨液壓油
L
550
起升機構(gòu)卷揚減速機
90號極壓型工業(yè)齒輪油
L
1.5
回轉(zhuǎn)機構(gòu)減速機
90號極壓型工業(yè)齒輪油
L
3
運動件及鋼絲繩潤滑油
ZG3鈣基潤滑油
kg
2
表4.5 起重機的油缸參數(shù)
液壓油缸名稱
油缸內(nèi)徑
（mm）
活塞桿外徑
（mm）
活塞行程
（mm）
每臺數(shù)量
（個）
密封形式
變幅油缸
140
100
2150
2
“UPiA””O(jiān)”
伸縮油缸
125
100
6700
1
“UPiA””O(jiān)”
表4.6 起重機起重量和起升高度表
幅度
m
基本臂 8.00
中長臂
全伸臂
起重量t
起升高度m
起重量t
起升高度
m
起重量 t
起升高度
m
3.0
16.00
6.85
12.00
10.50
9.00
14.00
3.5
15.00
6.58
11.80
10.30
8.60
13.85
4.0
14.25
6.25
11.30
10.00
8.20
13.70
4.5
13.10
5.87
10.80
9.70
7.80
13.50
5.0
11.00
5.45
10.10
9.40
7.40
13.30
5.5
9.00
4.95
9.40
9.20
7.00
13.10
6.0
7.47
4.34
8.10
9.00
6.60
12.85
6.5
6.32
3.60
6.95
8.60
6.10
12.60
7.0
5.42
2.64
6.05
8.15
5.60
12.32
7.5
5.35
7.60
5.20
12.02
8.0
4..76
7.15
4.84
11.68
8.5
4.25
6.70
4.37
11.32
9.0
3.80
5.90
3.95
10.92
9.5
3.45
5.10
3.59
10.50
10
3.15
4.13
3.27
10.30
11
2.76
8.90
12
2.36
7.65
13
2.00
5.62
13.5
1.70
4.43
4.3 起重機起重作業(yè)部分的主要結(jié)構(gòu)原理及操縱
4.3.1起升機構(gòu)
起升機構(gòu)由液壓馬達帶動常閉式制動器的卷揚減速機、卷筒、鋼絲繩和釣鉤組成。當壓力油經(jīng)過換向閥，供給液壓馬達的同時，通過一個雙向梭閥進入常閉式制動器的油缸腔，推動活塞，使制動器打開，液壓馬達開始驅(qū)動減速機帶動卷筒，而鋼絲繩一端系于卷筒，因此通過換向閥操縱，使卷筒正反轉(zhuǎn)，把鋼絲繩卷上或放出，
實現(xiàn)重物的起升和下降。 圖7 起升機構(gòu)
4.3.2 起升機構(gòu)的操縱方法
起升機構(gòu)的操作手柄設(shè)置在操縱室內(nèi)。當起吊重物時，應(yīng)按下列順序進行。
1）起升 操縱手柄向后拉，吊鉤升起。
2）下降 操縱手柄向前推，吊鉤下降。
3）停止 操縱手柄處于中位，吊機提高站不動。
4）當由“起升”轉(zhuǎn)為“下降”位，或由“下降”轉(zhuǎn)為“起升”說，嚴禁止急劇轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時，應(yīng)該一度將手柄處于中位，確定卷筒停止轉(zhuǎn)動后，方可換向操縱，以勉機件損壞。
5）起升或下降速度由腳踏油門調(diào)節(jié)。
6）吊鉤起升超過高度，操縱室內(nèi)報警，同時停止起升，此時只能向下降方向操縱。
4.3.3 吊臂變幅機構(gòu)
吊臂變幅機構(gòu)是以轉(zhuǎn)臺設(shè)置的變幅座作支點，安裝兩個變幅油缸聯(lián)結(jié)于吊臂的缸座孔上。通過變幅操縱，使兩個變幅油腔滑缸伸出或縮回，從而使吊臂仰角增大或減小，隨著吊臂仰角增大，則工作幅度減小，而吊臂仰角減小，則工作幅度增大。由于液壓系統(tǒng)中設(shè)置有平衡閥，保證吊臂下降平穩(wěn)，并能可靠地停留在任意位置。
4.3.4 吊臂變幅機構(gòu)操縱方法
1）變幅起臂，把操縱手柄向后拉，吊臂上仰，仰角增大，幅度減小。
2）變幅落臂，把操縱手柄向前推，吊臂下降，幅度增大。
3）停止，把操縱手柄位于中位，吊臂停止。
4）變幅操縱應(yīng)當穩(wěn)定，急劇操縱會給整機造成很大沖擊。
5）吊起重物之后，應(yīng)盡量避免操縱變幅落臂，而增大工作幅度，引起過載而傾翻。
4.3.5 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的操縱方法
回轉(zhuǎn)機構(gòu)由液壓馬達、回轉(zhuǎn)減速機、制動器、小齒輪和回轉(zhuǎn)支撐等組成。液壓馬達制動器和小齒輪裝于減速機上，并將減速機裝于轉(zhuǎn)臺的特定位置，保證小齒輪和內(nèi)齒滾圈嚙合，通過操縱回轉(zhuǎn)換向閥，使液壓油進入液壓馬達并打開制動器，從而驅(qū)動上車作正反全回轉(zhuǎn)。
圖8 變幅操縱
4.3.6 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的操縱方法
1）左轉(zhuǎn)，操縱手柄向后拉，轉(zhuǎn)臺向左回轉(zhuǎn)。
2）右轉(zhuǎn)，操縱手柄向前推，轉(zhuǎn)臺向右回轉(zhuǎn)。
3）停止，操縱手柄位于中位，轉(zhuǎn)臺停止回轉(zhuǎn)。
4）回轉(zhuǎn)操縱時，應(yīng)緩慢平穩(wěn)進行，特別吊重、大物體時，更應(yīng)緩慢運轉(zhuǎn)。
5）當?shù)踺d改變回轉(zhuǎn)方向時，必須將操縱手柄一度置于中位，待停穩(wěn)以后，方可作換向操作。以防止被吊物體擺動過大，造成整機受沖擊而發(fā)生事故。
4.3.7 電氣系統(tǒng)
電氣系統(tǒng)為單線制，負極搭鐵，電源為24 伏。由下車向上車輸送電源是通過中心回轉(zhuǎn)接頭的導(dǎo)電環(huán)連接而輸送的。
圖9 上車電氣原理
1按鈕開關(guān) 2卸荷閥 3工作燈 4單擋開關(guān) 5儀表燈 6雙向開關(guān) 8喇叭開關(guān) 9單向開關(guān) 10直流風(fēng)扇 11保險器 12上車點火 13回轉(zhuǎn)接頭 14訊響器 15頂燈 16卷線盒 17限位開關(guān) 18微動開關(guān)
4.3.8 中心回轉(zhuǎn)接頭
中心回轉(zhuǎn)接頭，是由鋼套筒、導(dǎo)電環(huán)、蓋板和電刷座等組成。
回轉(zhuǎn)中心上設(shè)有若干油路通經(jīng)及環(huán)形槽，以導(dǎo)通上下車之間高壓油。環(huán)行槽之間是由‘O’形密封圈及擋圈隔開密封，以保證各通道的高壓力油互不干擾/導(dǎo)電環(huán)設(shè)置在回轉(zhuǎn)中心的上部，通過電刷座將電源導(dǎo)于上車，和在上車操縱室向發(fā)動機點火發(fā)動。
回轉(zhuǎn)中心與汽車底架相連，鋼套筒則由焊裝在導(dǎo)臺上的擋塊驅(qū)動，隨轉(zhuǎn)臺一起回轉(zhuǎn)。將下車高壓油、電流等傳遞到上車，以保證上車時的各種動力。
4.4 安全裝置系統(tǒng)
本起重機有較為完善的安全保護裝置，以保證在起重作業(yè)中安全可靠。在意外情況下，以保證機件不被損壞，或告知操作者注意。
1）液壓系統(tǒng)中各溢流閥
控制系統(tǒng)中發(fā)生異常高壓，保護系統(tǒng)不至于處于過載狀態(tài)，防止液壓油泵和油馬達等元件的損壞。
2） 吊臂伸縮安全裝置
吊臂伸縮油缸的液壓回路中，裝置了平衡閥，當油缸回路的油管一旦發(fā)生意外斷裂時，控制液壓回路中平衡閥就會鎖閉來自油缸下腔的壓力油，保證吊臂不會自行縮回。
3）吊臂變幅安全裝