CN106522208A - 螺旋桩机智能电气控制***及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋桩机智能电气控制***及控制方法，其通过接入电控***的光电编码器、行程开关及拉力传感器作检测反馈，并在电控***中对反馈进行编程处理，能以变频控制方式同步控制卷扬电机、反压电机、变频电机一、变频电机二的协调运行，从而不断调节螺纹钻杆的旋转速度与卷扬电机转速之间的相对关系，其能减少人为不利因素影响，降低劳动强度，形成的内螺纹质量好，钻孔质量稳定，施工效率高，驱动装置故障率低，便于维护；在通过无线通讯模块与泵车建立连接后，能够方便地对施工参数进行记录、调取，实现有效监管，能及时发现工程问题，并及时补救，消除工程隐患；接入网络云端***后，便于进行远程监管、维护，查询施工历史记录。

Description

螺旋桩机智能电气控制***及控制方法

技术领域

本发明涉及工程建设施工机械领域，具体涉及到的是一种螺旋桩机的智能电气控制***及基于该智能电气控制***的控制方法。

背景技术

现代公路、铁路、多层或者高层建筑，都要求严格的地基处理、适当的承重桩基，以承载建筑物，且防止地震等带来的对建筑物的伤害。一般可采用预制桩和灌注桩作为承重桩基。但预制桩只能预制长度适当的桩基，再根据实际的需要对接，对接的桩对于桩身横向的承载力很小，往往容易错位，只有上下纵向的承载力，且打桩对接过程费时费力费料，成本很高。

灌注桩有二次成桩和一次成桩两种施工方法，二次成桩是在长螺旋钻机钻成桩孔之后，拔出钻机留下空孔，再向该空孔灌注混凝土同时振捣成桩。这种成桩方法必须保证所钻的孔不缩颈、不坍塌，故在地下水位以下或土层松散时均无法施工，其使用范围非常有限。一次成桩是在长螺旋钻机钻到设计深度后停机，用泵输送混凝土，通过中空的螺旋钻杆到钻头的出料口，进行压力灌注混凝土，并同步起拔螺旋钻杆成桩。这种成桩方式在任何时候所钻的孔均没有空置，所以不存在钻孔坍塌的问题，可应用于各种地质条件的灌注桩。

螺杆桩是一种半挤土桩，经大量实验证明，其成桩土体发生***现象小、不取土、噪音小，是一种适应面广的新式桩。但是由于其电控***设计的不足，需要人工控制放绳速度，桩孔很难形成好的内螺纹，特别是螺纹直段很难精准控制。因此施工操作时不仅需要操作人员具有熟练地操作技能，而且要消耗较大操作体力，施工质量不稳定。此外，目前对螺纹钻杆的驱动方式大部分采用直流控制，故障率高，需要经常维修，会显著影响到施工进度，特别是在恶劣的环境下施工，甚至会使施工无法进行。

另外，因为目前对施工工程过程及施工质量缺乏必要的监控及检测手段，所以施工过程中往往存在因操作人员懒惰、图省事、为提前结束工作，导致的施工时灌浆量不足、灌浆压力低、打孔深度浅等工程质量问题，而且由于无法对施工过程中的各指标参数进行记录，所以对于完成的每个桩的施工质量情况无法查询，无法实时监管各指标参数，在出现参数问题时无法及时作出调整。所以施工后及施工时不能够及时发现有质量问题的桩，及时采取补救措施，使得施工留下巨大的安全隐患。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供了一种螺旋桩机智能电气控制***及控制方法，其的目的在于解决打桩时形成内螺纹质量差、质量难控制且不稳定、操作人员劳动强度大，驱动装置故障率高，要经常维护，施工效率低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供了一种螺旋桩机智能电气控制***，包括了车体平台、设在车体平台上的立柱、卷扬电机、反压电机、与所述立柱的外侧壁体配合的动力头及安装在动力头下部的螺纹钻杆、安装在动力头上部的变频电机一、变频电机二，以及包括编程模块的电控***。所述卷扬电机及反压电机均为变频式电机。优选地，所述电控***的编程模块为可编程控制器。所述变频电机一、变频电机二对所述螺纹钻杆的驱动采取等负荷分配方式。

在所述立柱的内侧壁体上设有能够垂直移动的滑块；

在所述车体平台上且于滑块的下方设有光电编码器及与光电编码器配合的定滑轮组一；

对应于与光电编码器配合的定滑轮组一，在所述滑块的下端设置相匹配的定滑轮组二；

在所述卷扬电机的卷扬滚筒上缠绕的钢丝绳在所述定滑轮组一与定滑轮组二之间往复缠绕多圈，且在所述定滑轮组一与定滑轮组二之间的钢丝绳上设有拉力传感器；

在所述车体平台上设有行程开关与跨置在所述卷扬电机和光电编码器之间的钢丝绳对应，来对钢丝绳的下垂状态进行检测；当该部分钢丝绳被拉紧或者松弛下垂时，会触及所述行程开关使其改变状态；行程开关最好置于该段钢丝绳的中间位置。

在所述反压电机驱动下的卷扬滚筒上缠绕的钢丝绳，经设在所述车体平台左端的定滑轮后固定连接在所述动力头的下端；

在所述滑块的上端与所述动力头的上端之间连接有一大背绳，所述大背绳经过设在所述立柱顶部的定滑轮；

所述卷扬电机、反压电机、变频电机一、变频电机二、光电编码器、行程开关及拉力传感器均接入所述电控***。

上述涉及到的螺旋桩机智能电气控制***放绳速度(即所涉及到的钢丝绳的收放速度)是自动控制的。具体来讲，对应钢丝绳布置的光电编码器、拉力传感器以及行程开关能够监测钢丝绳的放绳速度、拉紧及松弛程度，并且将监测的信号反馈给电控***，在电控***中对反馈信号作出编程处理后，分别向变频电机一、变频电机二、卷扬电机及反压电机发送指令，同步调控各电机的动作，使螺纹钻杆的旋转速度与卷扬电机的速度形成固定比值，来保证形成内螺纹的质量，形成好的内螺纹。反压电机起到根据地层情况来调控对动力头的反压拉力的作用，保证特殊情况下也能够自动形成好的内螺纹。

优选地，在所述立柱的外侧壁体下部设有下限行程开关，在内侧壁体下部设有上限行程开关；所述下限行程开关及上限行程开关也均接入所述电控***。

优选地，在所述定滑轮组一与定滑轮组二之间缠绕的钢丝绳自下及上顺次往复缠绕至少十周。

优选地，所述电控***连接了无线通讯模块；所述无线通讯模块与和所述螺纹钻杆连接的泵车上设置的无线通讯模块连接；螺旋桩机的电控***与泵车的电控***通过无线通讯模块建立连接；所述电控***还包括数据存储模块。

通过无线通讯模块将螺旋桩机智能电气控制***的电控***与泵车的供料电控***连接起来，使二者之间能实现数据交流，便于对施工的各中参数信息进行监管及存储，利于实现对供料情况的实时监管、自动调控，保证供料的及时性、准确性，有助于保证施工质量的可靠性、稳定性。通过数据存储模块对施工的各种参数信息，如泵料量、泵料的实时压力、泵料的次数等进行实时存储，所以在施工完成后也能够通过历史记录中的施工参数信息直观反映出施工情况。所以能够对施工质量实现事后检查，避免施工隐患存在。

优选地，所述电控***连入控制室的操作模块，操作模块与所述电控***中数据存储模块、编程模块及控制室内的显示屏连接，显示屏可以为触屏，在显示屏上设置与操作模块匹配的触屏操作界面。进一步地，将所述操作模块连接设在控制室中的打印机，打印机连入电控***中数据存储模块，通过操作模块能够调取数据存储模块内的数据进行打印。螺旋桩机的电控***连接至控制室内的操作模块后，工程师能够在控制室监视施工进程、更改、调控编程程序，以便及时应对突发状况。

螺旋桩机的电控***连接至控制室，并且借助无线通讯传输技术与泵车连接后，能够将泵料过程的各种参数，如泵料量、泵料实时压力、泵料的时间、泵料的次数等参数反映在操作室内的显示屏上。技术人员可以实时监看各施工参数，保证泵料量、泵料时间等的技术性、准确性。而且在发生突发状况时，能够技术发现，及时采取应对的补救措施。能够在控制室实现对打料工序的远程控制，避免打料工疏忽，造成的打料过早或过晚、打料量不准确等情况。连接打印机后，能够将施工参数进行打印，形成纸件文本记录。

优选地，所述电控***连入了以太网发射器，与电脑和/或手机等具有联网功能的电子设备建立网络连接，从而提高其智能化水平，满足远程、异地多界面操控水平。连入以太网发射器后电控***能够与远程的电脑、手机、平板电脑等建立连接，实现多种终端操作界面操控，增加使用的便利性，提高用户体验水平。

接入以太网后，通过云端平台传输功能，螺旋桩机的实时运行状况及泵料的实时情况(特别是各运行过程中的参数)能够实现异地传输，工程师能够远程/异地通过电脑、手机或者平板电脑等电子设备(具有联网功能的电子设备即可)来监视施工过程，下载且更改编程，克服了维修、维护必须到现场的难题，提高了施工效率及应急能力。综合来讲，借助网络云平台，能够对螺旋桩机的情况实时进行了解，能借助多种终端设备进行远程/异地调控、编程、维护工作，做到了如指掌。

优选地，所述电控***连接了自动操作模式与手动操作模式的切换模块。

基于上述所涉及螺旋桩机智能电气控制***的控制方法，所述变频电机一与变频电机二以等负荷分配的方式控制螺纹钻杆的旋转速度；在动力头的移动速度受到外界环境影响而改变时，光电编码器、行程开关及拉力传感器会分别向电控***反馈一实时信号；电控***接收到来自光电编码器、行程开关及拉力传感器反馈的实时信号后会对各信号进行处理，来同步调控卷扬电机及反压电机的实时转速，进而对动力头的速度完成控制；同时，动力头的实时速度参数经处理被分配给变频电机一的变频器及变频电机二的变频器，进而调控变频电机一及变频电机二的运行速度；使螺纹钻杆的旋转速度与卷扬电机的转速形成固定比值。

通过本专利所涉及到的螺旋桩机的电气控制***，具有操作简单可靠的优点。其通过在螺旋桩机的操作箱上设置控制按钮及旋钮，能够分别控制螺旋桩机的启停动作及速度。在闭环控制方式设定下的自动控制模式下，一键启动打桩按钮后，电控***便能够自动搭配控制参数，同步调控各电机的运行情况。在电控***的控制下，***按照斜坡加速方式先加速到设定速度，运行过程中随着地层的软硬变化、钢丝绳的松紧变化、卷扬滚筒卷轴的大小变化等都是自动调节的。和目前需要人工调节不一样，不需要操作人员直盯着观看各种变化状态，然后手动作出调整，克服这种人工盯看调控方式下存在的施工质量不稳定，没有保障的缺陷。在按下回桩按钮后，电控***实施回桩处理程序，在回桩过程中螺纹与直段打桩完全自动完成，也不需要人工操作。连入控制室后，通过人机界面可以设定全螺纹或者半螺纹钻孔。回程时钢丝绳的松紧变化、卷扬滚筒卷轴的大小变化等也是自动识别的。所以，通过本专利不仅能够保证施工质量的稳定性，方便实现施工进程及施工后的监管、检查，消除工程隐患，而且能够减轻操作人员的工作紧张性，降低人工劳动强度。

进一步，给定在动力头的速度参数经分配器按照等负荷分配控制的方式分给变频电机一的变频器及变频电机二的变频器，来调控变频电机一及变频电机二的运行速度；

行程开关反馈的实时信号与拉力传感器反馈的实时信号在电控***的编程模块中经过逻辑运算处理后，汇同光电编码器反馈的实时信号在电控***的编程模块中经过逻辑运算处理形成一附加变量信号，该附加变量信号与给定在卷扬电机上的速度参数在电控***的编程模块中经过逻辑运算处理形成一叠加变量信号，最终该叠加变量信号被传送到卷扬电机的变频器，对卷扬电机的运行实现实时调节；

行程开关反馈的实时信号与拉力传感器反馈的实时信号在电控***的编程模块中经过逻辑运算处理后，形成速度或者力矩信号传送给反压电机的变频器，对反压电机的运行实现实时调节。

进一步，动力头及卷扬电机给定的速度参数分为自动给定和手动给定两种模式；

在自动给定模式下，给定的速度为动力头速度参数，动力头速度参数经电控***的编程模块进行变量转换处理后形成卷扬电机的速度给定参数；

在手动给定模式下，分别手动控制给定动力头和卷扬电机以各自的速度参数。

进一步，将所述电控***连入无线通讯模块，使无线通讯模块与和所述螺纹钻杆连接的泵车通过无线通讯手段建立连接；施工过程中把泵车运行的参数传送至电控***，能进行存储与调控。

本发明具有以下有益效果：

本专利通过在电控部分连入光电编码器、行程开关及拉力传感器，并采用变频控制手段，同步调控用来驱动螺纹钻杆旋转的变频电机一、变频电机二及用来调控动力头升降机速度和下压压力的卷扬电机、反压电机，使得螺旋桩机的运行过程智能化，省去操作人员过多的参与，降低其操作强度，减少人为因素的不利干扰，能实现精准控制，形成好的内螺纹，使打桩质量稳定，保证施工进度；对螺纹钻杆的驱动采取变频控制，一方面利于实现与卷扬电机、反压电机的同步控制，保证形成螺纹的质量及精确控制，另一方面能够减少驱动设备的故障率，减少维护过程，利于保证工程进度，提高施工效率，节能减排。

在本专利的技术方案中还设置了无线通讯模块，其使螺旋桩机的智能电气控制***能够与泵车之间实现数据的交互，在泵料量及泵料压力达不到要求时，能够及时发现该不良状况并作出调整，保证施工的整体质量，消除工程隐患，提高打桩质量，节约了维护成本，达到节能高效的目的效果。通过无线通讯功能与控制室建立连接，能够实时查看各种施工数据，能全程监控，并将需要的数据存储、打印出，形成历史记录，实现对施工过程中的有效监管，能够避免因施工人员懒惰、放任、缺乏责任心时，留下的工程质量隐患无法得到发现，无法及时采取补救措施的缺陷，解决了施工缺陷不容易发现的问题。

本专利在通过以太网发射器连接入云端平台***后，能够远程或者异地对工程施工进行监管、维护、查询施工数据的历史记录。

附图说明

图1为本发明所涉及之螺旋桩机智能电气控制***的整体结构示意图；

图2为本发明所涉及之螺旋桩机智能电气控制***中光电编码器与定滑轮组一之间的配合关系示意图；

图3为对本发明所涉及之螺旋桩机智能电气控制***的变频控制方式示意图；

图4为本发明所涉及之螺旋桩机智能电气控制***联网控制的***示意图。

图中，1车体平台、11控制柜、12光电编码器、13定滑轮组一、14拉力传感器、15行程开关、16无线控制柜、17以太网基站柜、18控制室

2立柱、21滑块，22定滑轮组二、23下限行程开关、24上限行程开关

3卷扬电机、4反压电机

5动力头、51变频电机一、52变频电机二、53大背绳

6螺纹钻杆、7泵车

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1至图4所示的一种螺旋桩机智能电气控制***，包括了车体平台1、设在车体平台1上的立柱2、卷扬电机3、反压电机4、与所述立柱2的外侧壁体配合的动力头5及安装在动力头5下部的螺纹钻杆6、安装在动力头5上部的变频电机一51、变频电机二52，以及安装在车体平台1上的控制柜11，控制柜11内设置有包括编程模块的电控***。优选地，所述电控***的编程模块为可编程控制器。所述卷扬电机3及反压电机4均为变频式电机。所述变频电机一51、变频电机二52对所述螺纹钻杆6的驱动采取负荷分配方式。

在所述立柱2的内侧壁体上设有能够垂直移动的滑块21。

在所述车体平台1上且于所述滑块21的下方，设有光电编码器12及与光电编码器12配合的定滑轮组一13。对应于与光电编码器12配合的定滑轮组一13，在所述滑块21的下端设置相匹配的定滑轮组二22。如图2所示，光电编码器12同轴装配一齿轮与和定滑轮组一13同轴转配的齿轮啮合，在定滑轮组一13的转速变化时，光电编码器12同步变化。

在所述卷扬电机3的卷扬滚筒上缠绕的钢丝绳(以下命名为钢丝绳A)，在所述定滑轮组一13与定滑轮组二22之间往复缠绕多圈，且在所述定滑轮组一13与定滑轮组二33之间的钢丝绳上设有拉力传感器14。

在所述定滑轮组一13与定滑轮组二22之间缠绕的钢丝绳A自下及上顺次往复缠绕至少十周，以保证钢丝绳A的单位滑动行程与大背绳53的单位滑动行程之间形成较大的比值，防止卷扬电机3带动钢丝绳A快速滑动时，大背绳53也具有较大的滑动速度，而使动力头下移速度过快，即钢丝绳A在两个定滑轮组之间的缠绕目的在于降低传动速度。

在所述车体平台1上设有行程开关15与跨置在所述卷扬电机3和光电编码器12之间的钢丝绳A对应。当该部分钢丝绳A被拉紧或者松弛下垂时，会触及所述行程开关15使其改变行程状态。

所述反压电机4驱动下的卷扬滚筒上缠绕的钢丝绳(以下命名为钢丝绳B)，经设在所述车体平台1左端的定滑轮(也可以为滑轮组，且使钢丝B横向延伸并往复缠绕多周)后固定连接在所述动力头5的下端。

在所述滑块21的上端与所述动力头5的上端之间连接有一大背绳53，所述大背绳53经过设在所述立柱2顶部的两个定滑轮。大背绳53的长度为固定值。由大背绳53拉动动力头5上升移动。

在所述立柱2的外侧壁体下部设有下限行程开关23，在内侧壁体下部设有上限行程开关24。设置的下限行程开关23与动力头5作用，防止动力头5下移过度，对套置在螺纹钻杆6下部的套筒施加过大的压力，将套筒压坏。设置的上限行程开关24与所述滑块21作用，目的在于防止动力头5上移至顶部后，大背绳53仍然向上提拉动力头5，而将立柱2顶部的滑轮直接压变形。

所述卷扬电机3、反压电机4、变频电机一51、变频电机二52、光电编码器12、行程开关24、拉力传感器14、下限行程开关23及上限行程开关24均接入所述电控***。

所述行程开关24设置在所述绳松行程机构中。所述绳松行程机构可包括支架及铰接在支架上端的压臂且在铰接轴上设有转簧使所述压臂保持向下倾斜的状态，所述压轮安装在所述压臂的自由端，所述行程开关24对应安装在所述压臂的下方。钢丝绳A经压轮后由所述支架中的空隙穿过后由下及上顺次缠绕在定滑轮组一13与定滑轮组二22之间。压轮向下压在钢丝绳上，当钢丝绳A的拉紧状态变化时，钢丝绳A通过压轮作用在压臂上以作用力，而驱使压臂旋转，从而改变了压臂对行程开关24的压制状态。

在所述车体平台1上设置有控制柜11的一侧，也设置了无线控制柜16和以太网基站柜17。

无线控制柜16内设置有无线通讯模块。所述电控***连接了无线通讯模块。施工时，与所述螺旋桩机智能电气控制***匹配的泵车7通过其控制箱内安装的无线通讯模块与螺旋桩机的智能电气控制***连入的无线通讯模块之间能建立无线连接，实现数据的传输与对电控***的调节。所述电控***连入车体平台1右端设置的控制室18，与控制室18内的操作模块建立连接，所述操作模块连接微型打印机。

控制室内通过操作模块对应每根桩都能打一张小票，小票记录的内容能反应桩的深度及供料情况。这样远程监控及历史记录能非常有效，宏观、微观监控施工情况，保证施工质量及施工进度。远程维护能在非常短的时间内诊断解决现场出现很多电器及机械问题，缩短维修时间提高工作效率。

通过在泵车7与螺旋桩机智能电气控制***之间建立无线通讯功能，能够将泵车7打入螺纹钻杆6的浆料量及泵入浆料的压力等参数实时传送到螺旋桩机控制柜11中的存储及处理控制模块(存储及处理控制模块包含于电控***，实现参数的互换，便于综合控制)，在存储及处理控制模块内，一方面能够对浆料的供料情况进行记录，另一方面能够在泵料状况不好时，向泵车7的控制单元反馈命令，对泵料状况(泵料量及泵压等)及时进行调整，从而能够很好地提高工程施工质量(泵料量、泵压等参数阈值通过编程设定)。其解决了目前在泵车7与螺纹钻杆6之间的管道上设置流量及压力传感装置困难、容易损坏(因为管道是柔性的，经常受到弯折)的难题。在操作模块能够通过操作室内的触屏观看到各种参数，操作模块连接微型打印机后，能够将施工过程及需要的施工工程参数打印出来。有助于监管，从而有效避免人为因素造成的工程施工质量不合格或者质量差，施工缺陷不容易发现的问题。

以太网基站柜17内设置有以太网发射器。所述电控***连入了以太网发射器。在加入以太网发射器后，有助于实现远程监管、控制。可以实现异地监控施工历史记录及远程维护等功能。

基于以太网的云端平台所形成的监控***及打印小票功能，能非常有效的监控打桩质量。因为打完桩后在地面上是看不到桩形成的质量，如出现桩不够深，供料不及时，供料不够等，容易形成断桩、吊桩等不合格桩，即使抽样做静压也不一定查出来，这会对整个工程埋下极大的隐患，且这个隐患是无法消除的。如上方案子下形成的云端监控***及打印功能，对施工的所有数据进行了记录，能够随时调取任意时间段、任意桩的施工数据信息，能全程追溯监控施工质量，能使工人不敢轻易偷懒、懈怠，即使出现了问题，也能及时组织工人马上采取补救措施，可以乘桩机在附近进行补措施。

所述电控***连接了自动操作模式与手动操作模式的切换模块。

基于上述所涉及的螺旋桩机智能电气控制***的控制方法：

在本控制方法中所述变频电机一与变频电机二以等负荷分配的方式控制螺纹钻杆的旋转速度。

在动力头的移动速度受到外界环境影响(如地层的软硬变化、土层土质状况、钻孔深度等多重因素的综合影响)改变时。如动力头的下移速度变大时，大背绳(长度为定值)相对立柱2顶部的定滑轮滑动速度会变大，(因为卷扬电机的速度还没有得到及时调节，还处于与动力头速度变大之前的状态相适应的转速状态)设置在定滑轮组一13与定滑轮组二22之间的钢丝绳A承受的拉力相应变大，进而使设置在钢丝绳A上的拉力传感器14的传感信号产生变化，而且此时钢丝绳A相对两个定滑轮组13、22的滑动速度变化，而使光电编码器12产生变化；对应在钢丝绳A下方的行程开关15下垂程度有所变化，使行程开关15的状态也会变化。拉力传感器14、光电编码器12及行程开关15在检测到变化状态后，均会向电控***进行反馈，电控***接收到反馈的信号后，经过预先编制的运算程序对各反馈信息进行处理，而对卷扬电机3、反压电机4、变频电机一51与变频电机二52四个电机进行同步调节。使卷扬电机3转速提高，加快钢丝绳A的外放速度，减小钢丝绳A承受的拉力；使反压电,4转速提高，避免反压电机4驱动下的钢丝绳B因为动力头5的下移速度变大而过度松弛；卷扬电机3及反压电机4速度的变化，又会导致动力头5速度参数变化；动力头5速度参数变化后经处理传送给变频电机一51中的变频器和变频电机二52中的变频器，而使变频电机一51与变频电机二52的转速变化，使螺纹钻杆6的转速与动力头5的速度相适应，来保证钻制的螺纹孔质量。

所以随着施工过程动力头5速度参数的不断变化，光电编码器12、行程开关15及拉力传感器14会分别向电控***反馈一相应状态下的实时信号；电控***接收到来自光电编码器12、行程开关15及拉力传感器14反馈的实时信号后会对各实时信号进行处理，用来调控卷扬电机3及反压电机4的实时转速，进而对动力头5的速度实现控制。如在螺纹钻杆6待钻的地层***时，动力头5的下移速度会减慢，大背绳53相对滑轮的滑动减慢，钢丝绳A因为卷扬电机3的转速没有及时变化，其处在光电编码器12与卷扬电机3之间的一段会下垂压迫钢丝绳A，使行程开关15的状态发生变化，同时拉力传感器14的传感信号也发生变化，光电编码器12检测到钢丝绳A的传动速度变慢而将这一信号进行反馈。行程开关15、拉力传感器14及光电编码器12反馈的信号，经电控***处理后，将处理所得信号输送给卷扬电机3的变频器，进而调节卷扬电机3的转速；而且此时螺纹钻杆6需要增大下钻的压力方能够正常钻孔，所以电控***会通过反馈的信号调整反压电机4的转速使其拉紧钢丝绳B，而对动力头5施加向下的拉力，这也是反压电机4在此处设置的主要目的。

行程开关15具有自动复位结构，且具有多个行程状态。如在钢丝绳B松弛时，钢丝绳B会压迫行程开关使其处于受迫状态一(可根据钢丝绳B松弛下垂程度的不同，将行程开关的受迫状态设定为多级，可命名为受迫状态一、受迫状态二，并依次类推)，当钢丝绳B被拉直使，其消除对行程开关的压迫，行程开关则自动复位到初始状态。

动力头5的实时速度参数经处理被分配给变频电机一51的变频器及变频电机二52的变频器，进而又调控变频电机一51及变频电机二52的运行速度，来调节螺纹钻杆6的旋转速度；最终使螺纹钻杆6的旋转速度与卷扬电机3的转速形成固定比值，来保证打孔形成内螺纹。

在本专利中，编码同步控制四个电机的运行，保证动力头5移动速度、螺纹钻杆6旋转速度及动力头5受到的上拉、下拉作用力的协调，以适应不断变化的打孔状况，能保证打孔形成好的内螺纹。且使操作简单，不再依赖操作人员实时监看、调控，便能够完成高质量的打孔施工。相对于直流控制，这种变频控制手段解决了故障率高，维护难度大的问题。此外，需要说明的是，在电控***中，也可设置常规的连载保护、过载保护、风机保护及过热保护等保护单元模块。

如图3所示为电控***完成编码控制的一种控制框图，由图示中可知，

给定在动力头的速度参数经分配器按照等负荷分配控制的方式分给变频电机一的变频器及变频电机二的变频器，来调控变频电机一及变频电机二的运行速度，进而控制螺纹钻杆的旋转速度。

行程开关反馈的实时信号与拉力传感器反馈的实时信号在电控***的编程模块中经过逻辑运算处理后，汇同光电编码器反馈的实时信号在电控***的编程模块中经过逻辑运算处理形成一附加变量信号，该附加变量信号与给定在卷扬电机上的速度参数在电控***的编程模块中经过逻辑运算处理形成一叠加变量信号，最终该叠加变量信号被传送到卷扬电机的变频器，调节卷扬电机的运行。

行程开关反馈的实时信号与拉力传感器反馈的实时信号在电控***的编程模块中经过逻辑运算处理后，形成速度或者力矩信号传送给反压电机的变频器，而调节反压电机的运行。

图3中，动力头及卷扬电机给定的速度参数分为自动给定和手动给定两种模式：在手动给定参数进行控制的模式下，控制***采用的是开环控制。

在自动给定模式下，给定的速度为动力头速度参数，动力头速度参数经电控***的编程模块进行变量转换处理后形成卷扬电机的速度给定参数。在自动给定参数进行控制的模式下，控制***采用的是闭环控制。

在手动给定模式下，分别手动控制给定动力头和卷扬电机以各自的速度参数。

将电控***连入无线通讯模块，使无线通讯模块与和螺纹钻杆连接的泵车通过无线通讯手段建立连接。施工过程中把泵车运行的参数(如泵料量、泵料压力、螺纹钻杆的钻孔深度等)传送至电控***，并进行存储。当然，作为目前的常规技术，在进行参数记录时，要与电控***中的时钟模块相匹配，来标明所记录参数对应的时间点，而且记录的数据要跟对应在各桩的桩号下(均要通过电控***中的编程模块预先来设定)。

在本专利中，电控***采取的是变频驱动控制方式，变频驱动总线控制。不存在传统直流控制方式故障率高，需要经常维护，恶劣环境寿命短，甚至无法工作的弊端。直流电机有开放的换相铜头碳刷装置及风机散热***，还必须有测速装置。在腐蚀性气体环境中铜头寿命很短，下大雨及特别潮湿的天气都不能施工，如果施工会造成碳刷打火短路故障。铜头碳刷必须定期维护。电机上端测速发电机需要通过非常长的信号线传到调速器。这个线随动力头来回移动线又比较细，所以经常出现故障。测速发电机裸露在外面震动比较大的环境也会经常出现故障。本专利中采用的变频异步电机全部封闭又没外测速装置，甚至放在水里就没问题。变频控制解决了直流控制的所以缺点，变频电机的缺点通过新型变频器也得到解决。变频器的信号传输采用了MODBUS，传输过程中没有干扰给定接收零误差。综合来说变频控制方式具有故障率低，控制速度准确的优点。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种螺旋桩机智能电气控制***，包括车体平台、设在车体平台上的立柱、与所述立柱的外侧壁体配合的动力头及安装在动力头下部的螺纹钻杆，其特征在于：

还包括卷扬电机、反压电机、安装在动力头上部的变频电机一、变频电机二、以及包括编程模块的电控***；所述卷扬电机及反压电机均为变频式电机；

在所述立柱的内侧壁体上设有能够垂直移动的滑块；

在所述车体平台上且于滑块的下方设有光电编码器及与光电编码器配合的定滑轮组一；

对应于与光电编码器配合的定滑轮组一，在所述滑块的下端设置相匹配的定滑轮组二；

在所述卷扬电机的卷扬滚筒上缠绕的钢丝绳在所述定滑轮组一与定滑轮组二之间往复缠绕多圈，且在所述定滑轮组一与定滑轮组二之间的钢丝绳上设有拉力传感器；

在所述车体平台上设有行程开关与跨置在卷扬电机和光电编码器之间的钢丝绳对应；

所述反压电机驱动下的卷扬滚筒上缠绕的钢丝绳经设在所述车体平台左端的定滑轮后固定连接在所述动力头的下端；

在所述滑块的上端与所述动力头的上端之间连接有一大背绳，所述大背绳经过设在所述立柱顶部的定滑轮；

所述卷扬电机、反压电机、变频电机一、变频电机二、光电编码器、行程开关及拉力传感器均接入了所述电控***。

2.根据权利要求1所述的螺旋桩机智能电气控制***，其特征在于：在所述立柱的外侧壁体下部设有下限行程开关，在内侧壁体下部设有上限行程开关；所述下限行程开关及上限行程开关均接入所述电控***。

3.根据权利要求1或2所述的螺旋桩机智能电气控制***，其特征在于：在所述定滑轮组一与定滑轮组二之间缠绕的钢丝绳自下及上顺次往复缠绕至少十周。

4.根据权利要求1或2所述的螺旋桩机智能电气控制***，其特征在于：所述电控***连接无线通讯模块，所述无线通讯模块与和所述螺纹钻杆连接的泵车上设置的无线通讯模块连接；螺旋桩机智能电气控制***的电控***与泵车的电控***通过无线通讯模块建立连接；所述电控***还包括数据存储模块。

5.根据权利要求4所述的螺旋桩机智能电气控制***，其特征在于：所述电控***连入控制室的操作模块，所述操作模块连接所述电控***中的数据存储模块、编程模块及在电控***外部设置的打印机。

6.根据权利要求5所述的螺旋桩机智能电气控制***，其特征在于：所述电控***连入了以太网发射器与电脑和/或手机建立网络连接。

7.基于权利要求1所涉及的螺旋桩机智能电气控制***的控制方法，其特征在于：变频电机一与变频电机二以等负荷分配的方式控制螺纹钻杆的旋转速度；在动力头的移动速度受到外界环境影响改变时，光电编码器、行程开关及拉力传感器会分别向电控***反馈一实时信号；电控***接收到来自光电编码器、行程开关及拉力传感器反馈的实时信号后会对各实信号进行处理，用来调控卷扬电机及反压电机的实时转速，进而对动力头的速度实现控制；动力头的实时速度参数经处理被分配给变频电机一的变频器及变频电机二的变频器，进而调控变频电机一及变频电机二的运行速度；使螺纹钻杆的旋转速度与卷扬电机的转速形成固定比值。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：

给定在动力头的速度参数经分配器分给变频电机一的变频器及变频电机二的变频器，调控变频电机一及变频电机二的运行速度；

行程开关反馈的实时信号与拉力传感器反馈的实时信号在电控***的编程模块中经过逻辑运算处理后，汇同光电编码器反馈的实时信号在电控***的编程模块中经过逻辑运算处理形成一附加变量信号，该附加变量信号与给定在卷扬电机上的速度参数在电控***的编程模块中经过逻辑运算处理形成一叠加变量信号，最终该叠加变量信号被传送到卷扬电机的变频器，来调节卷扬电机的运行；

行程开关反馈的实时信号与拉力传感器反馈的实时信号在电控***的编程模块中经过逻辑运算处理后，形成速度或者力矩信号传送给反压电机的变频器，来调节反压电机的运行。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：动力头及卷扬电机给定的速度参数分为自动给定和手动给定两种模式；

在自动给定模式下，给定的速度为动力头速度参数，动力头速度参数经电控***的编程模块进行变量转换处理后形成卷扬电机的速度给定参数；

在手动给定模式下，分别手动控制给定动力头和卷扬电机以各自的速度参数。

10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：将所述电控***连入无线通讯模块，使无线通讯模块与和所述螺纹钻杆连接的泵车通过无线通讯手段建立连接；施工过程中把泵车运行的参数传送至电控***，进行存储与调控。