pnbsp;/ppnbsp;摘要br/本次设计是YZY全液压静压桩机的电气控制系统总体设计其主要分为以下几大部分液压泵1、2和吊机的电器控制。电器系统要为液压系统提供动力对电机进行控制。因为压桩机是工程机械不论白天晚上，都要能保证其工作所以电器系统要为驾驶室及工作区提供照奣。为了使驾驶室环境的舒适电器系统设计时还要考虑到吹风以及为整个系统提供报警等。设计时通过参观实习并阅读大量资料，理論结合实际设计出了压桩机的电器控制系统基本上符合设备的要求。br/关键词YZY全液压静压桩机nbsp;nbsp; 和吊机的电器控制电器系统要为液压系统提供动力，对电机进行控制因为压桩机是工程机械，不论白天晚上都要能保证其工作，所以电器系统要为驾驶室及工作区提供照明為了使驾驶室环境的舒适，电器系统设计时还要考虑到吹风以及为整个系统提供报警等设计时通过参观实习，并阅读大量资料理论结匼实际设计出了压桩机的电器控制系统，基本上符合设备的要求 关键词 液压静压桩机 电器控制 in 5． 1 静力压桩机的安装 . 5 1． 5． 2．静力压桩机的莋业要点 （ 6） 压桩机的控制系统 . （ 7） 2. 压桩机电器及控制系统总体设计 ..（ 8） 电器控制系统设计任务与总成 （ 8） 2． 2． 1 电动机的选择 ..（ 8） 2． 2． 2 吊機的选择 .（ 8） 电动机及吊机选择 . （ 8） 控制元件的选择 ... （ 9） 电机控制回路 .（ 起重机起重作业部分的主要结构原理及操纵 .. .26 起 升机构 ...26 起升机构的操纵方法 ...27 吊臂变幅机构 .....27 吊臂变幅机构操纵方法 .27 回转机构的操纵方法 .....28 回转机构的操纵方法 .28 电气系统 .....29 中心回转接头 29 安全装置系统 桩工机械产生嘚必要条件 建筑物 的全部载荷都要通过基础传给地基。具有足够的强度、稳定性和耐久性的基础才能保证建筑物的安全和正常使用。根據地基的地质、地形、水文等特点建筑物的基础大体上可分为直接基础、桩基础和沉箱基础等，其中桩基础是基础工程中应用员广泛發展最迅速的一种基础形式。这是因为桩基础比其他形式的基础具有承载力高适应性强，沉降量小抗震性能好，以及施工方便等优点加之土地使用日趋紧张的情况厂，一些工厂、房屋或其他设施不得不建造在海边、河滩等软弱的地基上。此外修建海上井台、大型港口和深水码头、高速公路和铁路，桥梁也都对桩基校 的发展提出了新的课题另一方面，由于桩工机械性能不断改善品种、型号增多，又为桩基础的发展提供了有利条件当前，桩基础正在向大型化方向发展教大型的桩直径达 2 3m，极限承载能力达20 x 3 右桩工机械是用来完荿预制桩的打人、沉入、压入、拔出或灌柱桩的成孔等作业的机械。 1． 2 桩工机械的发展简述 解放前我国没有自制桩工机械，建国初期基夲建设的基础施工全部使用旧中国从国外进口遗留下的蒸气打桩机和笨重的自由落锤桩工机械和施工方法都非常落后。“一·五”期间，由于一些重点工程需要开始测绘 仿制国外 310 20 世纪 60 年代初期，开始组建桩工机械制造行业和专业研究室从此开始我国自行研制桩工机械的發展时期。从 20 世纪 60年代中到 70 年代末 15 年间桩工机械制造行业逐步发展壮大。 近十多年来由于石油工程及桥梁工程的需要，大型振动桩锤囿了新的发展如 列振动桩锤，最大激振力达 1800机功率为 240动力矩为 0对电网的冲击很小。国外振动桩锤主要向液压振动桩锤的方向发展如媄国的 列，德国的列液压振动桩锤可以改变振动频率，可使振锤适应桩 桩与土壤产生共振加大力幅，使沉桩速度加快用柴油锤和振動桩锤沉桩会产生相当大的噪声，在城市居民密集区施工时对环境影响极大近年来，液压锤和静压桩机悄然兴起静压桩机使用液压油頂，将桩压入土中工作过程基本无噪声。最近常用于大城市中心地区沉桩作业国内目前最大的静压桩机为 5 上海生产的 6000压桩机。随着新技术新设备的发展，就地灌注桩最近几十年得到了飞速发展灌注桩的成孔有挤土和取土两种方法。目前应用较广的反循环钻机套管鑽机，回转斗钻机旋转钻机，潜水钻机潜水冲击锤等。另一类 就地灌注桩是稳定液施工法的就地灌注桩这类桩的成孔机械为回转斗與端螺旋钻。 静力压桩机是以压桩机的自重克服沉桩过程中的阻力当静压力超过桩周上的摩阻力时，桩就沿着压梁的轴线方向下沉静仂压桩具有无振动、无噪声的特点，适用于高压缩性的粘土或砂性较轻的亚粘上层中在人口密集的居民点、城市地区尤为适宜。 1． 3 部分 列静力压桩机主要组成 列静力压桩机主要由夹持机构、底盘平台、横向行走及回转机构、纵向行走机构、液压系统和电气系统等部分组成 1． 4 静力压桩机的主要特点 1压桩机采用步届式行走 机构，整机重心低行动灵活，操纵方便有辅桩工作机吊桩就位，不用另配起重机吊樁它和主机装在一个底盘上，可随整机一起行走 2压桩机施工时无噪声适用于市区内，尤其是医院、学校、办公楼等压桩施工无振动、无空气污染。 3消除一般打桩机连续冲击荷载所引起的桩头和桩身的破坏 4机上有起重机构．操作方便，减少高空作业的不安全因素 5静仂压桩施工对桩身产生的应力小，可以减少混凝土顶制桩的钢筋需用量降低工程造价。 由于静力压校机具有以上特点已被广泛应用于軟土地区的工业和民用建筑t 港湾码头、水工围堰、地铁 等工程的桩基础施工。但是静力压桩机缺点是和冲击式打桩机相比其效率较低。哃时．对土体的适应性有一定的局限如 S 值在 40 范围内软弱地基上施工；而 绳索式静力压桩机只适用于流塑、软塑状态的粘土和亚粘土地基仩施工。 1． 5 静力压桩机的使用操作要点 1． 5． 1 静力压桩机的安装 1静力压桩机的安装地点，必须按施工要求进行先期处理使场地整平，井 6 具有坚实的承载力 2安装时，应特别注意两个行走机构之间的安装间距防止底盘平台不能正确对位而导致返工。 3电源在导 通前应检查電源电压，使其保持在额定电压范围内 4各液压管路连接时，不得将管路强行弯曲安装过程中，应防止液压油过多流损 5在安装配重前，必须对各紧固件进行检查防止因紧固件未拧紧而造成构件变形。 6安装完毕后应对整机进行试运转，特别是吊校用的起重机应按起偅机规定进行技术试验。 1． 5． 2．静力压桩机的作业要点 1压校作业中首先要插中校位，如遇地下障碍物使桩在压人过程中倾斜时不能用壓桩机行走的方法强行纠编，应将倾斜的桩拔起待地下障碍物清除后，重新插桩 2桩在压入过程中，如通夹持机构 和校侧打滑时不能任意提高液压油压力，强行操作而应找出打滑原因，采取有效措施后方可继续进行 3由于桩的贯人阻力过大，使桩不能压至标高时不能任意增加配重，否则会引起液压元件和构件的损坏 4压桩中如桩顶不能最后压到设计标高时，必须将桩顶部分凿去严禁用压桩机行走嘚方式，将桩强行推断 5压桩过程中，如遇周围土体隆起影响桩机行走时，应将桩机前方隆起的土铲除不应强行通过，以免损坏校机荇走机构 6桩机在顶升过程中，应尽可能避免任一般形轨道压在己入土的单一的桩顶上否则将使船形轨道因受力不均而变形 。 7压桩机的電气系统必须有效的接地作业中，电缆应有专人看护 8压桩过程中，当桩尖碰到夹砂层时压桩阻力可能突然增大，甚至超过压桩能力使压桩机上拾。此时可用最大的压桩力作用在桩顶后，采用停车的法使桩有可能缓慢穿过砂层若有少量桩确实不能下沉到设计标高，如相差不多可截除桩头继续慧础承台的施工。 7 9压桩接近设计标高时应注意严格掌握停压时间。停压过早补压阻力加大；停压过迟，则沉桩超过要求深度 10压桩时，特别是压桩初期要注意桩的下沉情况有无走位或偏斜，是否符合桩位中心位置以便及时进行校 正。洳无法校正时应拔出后重新下沉。如迢有障碍时应予清除后重行插桩施压。 11多甘桩施上时接桩面应距地面 1m 以上，以便于操作 12尽量避免压桩中途停歇，停歇时间较长重新起动阻力增大。 13压桩中桩身倾斜或下沉速度突然加快时，多为桩接头失效或桩身破裂一般可茬原桩位附近补压新桩。 14当压桩阻力超过压核能力或者由于配重调整不当，而使压桩机发生较大倾斜时应立即采取停压措施，以免造荿断桩或压桩架倾倒事故 15压桩机行走时，长、短船形轨道和水平坡度不可超过 5’纵向行走时，不可单向操作一个 手柄应两个手柄一起动作。 16作业完毕．应将短船运行至中间位置停放在乎整地面上，其余液压缸应全部回程缩进起重机吊钩应升至最上部，并应使各部淛动生效最后应将外露活塞杆擦干净。 17作业后应将各控制器故在“零位”，并依次切断各部电源锁闭门宙，冬季应放尽各部积水 18轉移工地时，应按规定程序拆卸后用汽车装运。所有油管接头处应加闷头螺栓防止尘土进入。液压软管不得强行弯曲 1． 6 压桩机的控淛系统 两个电动机通过自动电控延时起动后，分别带动两个液压泵同时工作此时，各执行机构并不动作集成油 路系统为常开式和各路楿通，使液压泵输出的压力油经集成油路系统无负荷流回油箱实现电动机空载起动。当需要任何一个执行机构的液压缸工作时只要操縱相应的电开关，使集成油路系统小电液阀通电后动作此时变常开式回路为闭合回路状态。油压升到大于额定工作压力时由集成油路系统中的送流阀卸裁，压力油液回油箱因此，整个液压系统的工作是通过电控换向阀去执行的而压桩机的纵向和横向行走以及底盘平囼的顶升是依靠手动多路阀控制的。 8 2. 压桩机电器及控制系统总体设计 2． 1 电器控制系统设计任务与组成 计任务 本次设计任务是 压桩机电器及控制系统总体设计 本压桩机采用液压静力将预制桩分段压入土层中，完成吊桩、压桩的施工作业如遇到加沙层等静压压不下去时，就利用振冲振冲一下待穿过特种层后继续用静压压桩。 整个机构由机身、导向压桩架及压桩机构、起重及升降机构、纵向移动机构、横向迻动回转机构、液压及电器控制机构组成 由于是工程机械，承受的工作载荷大所以工作机构多采用 液压系统。电器系统主要为液压系統提供动力对电机进行控制，为驾驶室及工作区提供照明、吹风以及为整个系统提供报警等另外，由于压桩机的工作特点压桩时要求桩与水平线保持垂直，即机身要保持水平进行调平。但是目前国内各种型号的压桩机都是采用手动控制其中调平更为不方便，降低叻效率传统方法调平时，首先用经纬仪测量纵横方向的倾斜；然后再通过手动液压阀调平效率低、精度不高，增加施工周期因此本設计拟采用电液比例阀自动调平系统来实现自动调平，以解决传统调平中所遇到的问题 本人此次设计的电器及控制系统主要由电机、电 機控制、驾驶室电气控制、照明及报警系统等组成。 体设计 液压静压桩机采用了液压系统作为动力来进行压桩工作因此电控系统的主要任务是对液压及其控制系统进行控制。电控系统设计又可分为强电部和弱电两个部分强电部分主要控制液压站的主电机运转；弱电部分由鈳编程控制器 制内容包括主电机运转指令的给出调平系统的运行控制等。 根据液压系统的设计计算可知系统的供油回路由两个泵组成，其驱动电机的功率分别为 75 1）、 220 2）一般地，压桩机工作环境可以提供三相 380V 电源所 以液压系统的电机采用三相 380V 普通交流异步电机。三相籠式电机直接起动的控制线路简单维修工作量小，但在起动时的电流约为额 9 定电流的 4 7 倍对于本系统采用的两台大容量电机，如果采用矗接起动会引起电网电压降低电机转矩减小，甚至起动困难而且还影响同一供电网中的其它设备，因此采用降压起动以保证起动时供电母线上的电压降不超过额定电压的 10 15。 工程实际中常用的降压起动方法通常有星 三角降压起动、定子串电阻降压起动和自耦变压器降压起动等由于 4上的三相笼式异步电动机定子绕组在正常工作时都接成三 角形，因此可以采用星 三角降压起动 考虑到星形直接起动的电流仍然很大，在星形起动过程中进一步采用自耦变压器进行降压起动起动时，电源电压加在自耦变压器的一次绕组上电动机的定子绕组與自耦变压器的二次绕组相连，当电动机的转速接近额定值时将自耦变压器切除，电动机直接与电源相连在正常的三角形方式下运行。 在电机星 三角起动过程中需要进行延时切断传统电路一般采用时间继电器进行控制，而本系统的弱电控制系统采用了可编程控制器洇此可以直接利用软件延时继电器来进行控制，从而省去了传统的控制元件节省了安装 空间，也提高了控制的可靠性另一方面，在星 彡角转换起动中为了防止交流接触器同时通电的意外情况发生，系统不仅在 采用了星 三角转换互锁而且在硬件上（交流接触器的辅助觸头）也采用了互锁控制，以保证电器系统工作的可靠性 系统的控制电路采用西门子 200），控制信号电压为 24V因此系统中增加一个开关电源，以满足各数字量 I/O、模拟量 I/O 以及伺服放大板的需要 根据上述设计方案可绘制出系统的控制原理图，见毕业设计附图 2． 2 电动机及吊机選择 2． 2． 1 电动机的选择 根据液压系统 的要求可计算出油泵电机 1、 2 的相关参数，参数主要包括电机功率、转速和供电电源等同时考虑到电動机的安装大小尺寸，查机械设计手册第五册得泵 1 用电机选用 电动机泵 2 选用 电动机，其具体参数见下表 10 表 动机型号 型号 额定功率 满载时 堵转电流 额定电流 堵转转矩 额定转矩 噪声 重量 转速 额定电流 效率 功率因 数 KW r/ 2505 0． 88 6． 8 2． 0 93 330 20 0． 88 6． 5 1． 4 103 820 2． 2． 2 吊机的选择 吊机作用是用来完成把压入土层中嘚桩吊起的动作本次设计的 压桩吊。粤工牌型起重机是全回转、伸缩动臂式液压起重机。最大起重量为 16t,最大起重力矩为 470臂采用一级伸縮臂可任意伸缩，作业效率高使用最长臂工作时的起重量为 5t,最大起升高度为 14m。详细信息见附录 2． 3 控 制元件的选择 根据实际选用低压斷路器。低压断路器主要用于 600V 以下频率 50率 50下的电动机或线路过载及短路保护用。 1）电源 因两电动机都采用 Y 系列三相交流异步电动机所鉯都连接在 380 V 交流电源上。 对电动机及总电源开关首先考虑用手动开关。主令开关在电器线路中作为不频繁的接触器或断开电路的手动開关。 电动机选用交流接触器作为电源开关交流接触器是电力和自动控制系统中应用最为普遍的一种电器。接触器生产方便、生产量大、成本低廉可以频繁远距离接触和断开交直流主电路和大容量控制电路，是电 力拖动、控制电路的重要元件和刀开关相比较，接触器具有远距离操作功能和失压保护功能和自动开关相比较，接触器不能切断短路电流无过载保护功能。 应该注意的是交流接触器启动電流大，线圈容易发热若铁心气隙大，电抗小启动电流更增大，可高达工作电流的几十倍若机械卡死，线圈电流也 11 会很大另外，茭流接触器的实际工作电压应在 85％ 105％ 额定电流电压时使用若电压过高，磁路饱和或电压过低，使电磁吸力不够衔铁吸不上，或错接茬直流电源上都将导致线圈电流增大，轻则使温度升高重则烧毁线圈。 根据控制功率大小及辅 助触点的要求可以选取以下的交流接触器泵 1 选用交流接触器泵 2 选用 交流接触器，总电源选 用具体技术参数见下表 表 触器型号 型号 额定电压 额定电流 380控制电动机最大功率 机械 寿命 自动开关又称自动空气断路器当电路发生严重过载、短路及失压等故障时，即自动切断故障电路有效地保护串接在它后面的电气设備。在正常情况下可用于不频繁地接通和断开电路及控制电动机。因此自动开关是低压电路常用的具有保护环节的开关电器。 自动开關按其用途及结构特点可分为框架式自动开关塑料外壳式自动开关。框架式自动开关主要用作配电网络的保护开关而塑料外壳式自动開关除可用作配电网络的保护开关外，还可用作电动机照明电路及电热电路的控制开关。 工程 应用较多的是塑料外壳式自动开关 又称装置式自动开关 其主要产品有 系列。在一般情况下保护电动机选用 列，可根据电流负载大小进行选取如 式起重机选用的 护变压器及配電线路选用 列。本控制系统所选用的空气开关型号见附图明细表 3按钮的选择 按钮是一种专门发号施令的电器，用以接通或断开控制回路Φ的电流下图所示是按钮开关的结构示意图与图形符号。按下按钮 l使触头 4 闭合而使触头 12 3 断开，从而同时控制了两条电路；松开按钮則在弹簧 2 的作用下使触头恢复原位。按钮 开关的文字符号用 示 按钮可用于电动机的“启动”和“停止”以及“正、反、停”的控制。为叻便于识别各个按钮的作用避免误操作，将按钮 1 做成不同的颜色．以示区别一般常以红色表示“停止”按钮，绿色或黑色表示“启动”按钮 常用的按钮有 型号。 本次设计 用 按钮 4 熔断器 熔断器是一种结构简单，使用方便价格低廉的保护电器。它常同所保护的电路串聯当电路发生过载或短路故障时，通过熔体的电流达到或超过一定值熔 体发热，致使熔体熔断切断电路，起到保护电器设备的作用 电器设备的电流保护有过载延时保护和短路瞬时保护两种形式。过载保护需要反时限制性短路保护则需要瞬时保护特性。过载保护要求熔化系数小发热时间常数大，但也不同于热继电器的过载保护；短路保护要求较大的电流系数较小的发热时间常数，较高的分断能仂和较低的工作电压过载动作过程主要是热熔化过程，而短路主要是电弧的熄灭过程 在熔断器的选用上 a 当只有一台电动机负载时，考慮到电动机启动时也不应熔断所以计算式为 1 13 I A） I A） b 当用于照明或电热设备，以及一般的控制电路时因此类负载电流比较平稳，所以熔體的额定电流应等于或稍大于负载的额定电流，即 2 本系统两台电动机的额定电流分别为 140A 361A，电动机控制电路中驱动线圈、继电器的额定电鋶多为 5 A电动机电路选用 熔断器 , 照明及驾驶室电路选用 熔断器 , 主电路选用 熔断器。 另外应注意的是采用熔断器保护虽具有结构简单，价格低廉维护方便等特点，但也有局限性主要是更换比较麻烦。故适用于负载波动不大事故不多的场合。在负载波动大且事故多的场匼宜采用快速自动开关代替熔断器。 5） 热继电器 热继电器作为电动机过载保护常用于三相异步电动机的控制与保护，由热元件和辅助接点组成热元件整定电流需按照电动 机的额定电流来选择。 一般用于电气设备（主要是电动机）过载保护用的热继电器种类很多但使鼡最多的是双金属片式热继电器。它结构简单体积较小，成本比较低具有较好的反时限特性。 双金属片式热继电器由电加热元件、双金属片、触头和机械机构几部分组成加热元件也为量测机构能反映电动机 变化。电动机正常启动时热继电器不应动作，但长期过载即 到一定值时，热继电器应该动作切断控制电路，使电动机停止供电以保护电动机。双金属片是由两片膨胀系数不同温升时向膨胀系数小的方向弯曲，当弯曲到一定程度时弹 簧就使触头脱开。电流越大热量越大，双金属片动作越快触头打开越快，所以热继器嘚电流和时间反时限特性，如图示 两电动机的额定电流分别为 140A， 361A都选用 热继电器。 在热继电器的使用中应注意下列几个问题 a）热继电器电流等级很少但热元件编号很多，使用时应首先使热元件的 14 电流与电动机的电流相适应 b）热继电器可调成手动复位，对重要的设备在热继电器动作之后，必须检查情况和原因后才能再扣时宜采用手动复位；若可以认定是过载的可能性较大，或热继电器安装在远离操作地点时宜采用自动复位 方式。 c）热继电器周围介质的温度在原则上应和电动机周围介质的温度相同否则会破坏已调好的配合情况。 d）热继电器安装在其它电器的下方以免其动作特性受到其它电器发热的影响。 e）在使用中应每年对热继电器通电检验一次并应注意茬设备短路故障中，检验热元件和双金属片是否发生永久变形应进行通电校验，以保证热继电器动作的准确性起到可靠的过载保护作鼡。 6）中间 继电器选用 中间继电器在控制电路中起信号放大作用或将信号同时传输给数个有关控制元件起增加控制回路数的作用。本次設计的选用 中间继电器其具体参 数见下表 表 间继电器型号 型号 吸引线圈额定电压 触电额定电流 触电数量 机械寿命 电寿命 Un/v 常开 常闭 /万次 /万佽 80 10 4 4 300 30 7 其它元件的选择 在控制回路中电源的接通，电机的起停都由按钮来实现选择合适的按钮可使操作更方便。这里选用 、 型按钮额定电壓交流 380V，额定电流 5A按钮带有指示灯。其中四个电源接通按钮指示灯都为蓝色停止按钮无指示灯，为红色泵 1、泵 2 的启动、停止同样。吊机 的升降按钮为蓝色和绿色的指示灯停止按钮同样无指示灯，为红色 3. 照明及驾驶室线路系统 照明及吹风 为了使静压桩机能在晚上或鍺照明条件不好时工作，机器设置了照明系统 15 首先，驾驶室的照明应保证能看清控制面板与工作资料但又不能过亮，过亮使驾驶员感覺不适且不能看清外面的工作现场，所以选择 40W 的荧光灯型号为 驾驶室外工作环境为露天，对照明要求较高不仅需照度达标，而且要對环境适应能力要强选用高压汞灯，因为高压汞灯表面亮度较大耐震性能好，受环境温度的影响较小对机身工作平台的 照明选用 荧咣高压汞灯；对机身下面，桩与地面接触区也需照明选用 荧光高压汞灯。 此外还需在压桩架顶悬挂一照明灯，以照亮整个压桩架选鼡 高压钠灯，采用投射方式高压钠灯比高压汞灯亮度更高，可给工作场提供充足的照明所选灯的具体技术参数见下表 表 灯的型号 型号 功率 额定电压 额定电流 平均寿命 W V A h 0 220 000 00 220 000 50 220 000 00 220 000 因压桩机的工作场所为室外，工作条件受温度影响大为给工作人员提供较好的工作条件，并考虑经济性洇素将驾驶室设计为简单、安静型。天气热时采用打开门窗自然通风或装置小型风扇强制通风，风扇为外购 直径 300天气寒冷需采暖时則可使热油液经过驾驶室来散发热量。 另外在驾驶室内还设置了 220V 交流插座，以方便一些需临时使用 其它元件的选择 转开关 对风扇、电燈、调平系统的启动、震冲系统的启动，都只需开关两种位置且 控制的容量较小，无需按钮与交流接触器且操作简单明了。 这里选用 旋转开关 列的接触系统采用双断点对接式动静触点，它应装嵌在触头上 16 依靠手柄旋转六方轴上的凸轮控制动静触点的通断。定位系统采用辐射式滚轮卡棘轮结构装配不同的限位件，可获得三位式的定位状态具体技术参数见下表 表 转开关型号 型号 额定电压 额定电流 控淛功率 电寿命（万次） 机械寿命（万次） V A 源用 控制电机用 20 10 20 20 压器 因为此次设计电动机负载采用了三相三线制，所以当需要 220V 交流电时，需要咹装变压器将 380V220V 选用系列单相变压器，主要用于交流 50500V 以下的电路中起结构为单相绕组开启式或带防护外壳式。根据工作环境选用带防護外壳式。由于线路工作负载较多所以选用 ，具体技术数据见下表 表 压器型号 型号 容量 铁芯尺寸 规格 总匝数 导线直径 伏安 mm 500 /137 报警装置 压桩機在工作过程中会遇到一些突发情况要处理如果这些情况又不易被工作人员直接观察到，就容易发生危险故需要一些装置来提醒工作囚员处理。 报警装置是为了保证工程建设机械行车与作业安全和提高机械的工作可靠性报警装置般由传感器和红色警告灯组成。 电报警 當总电源因某种原因被切断时断电报警灯将亮起，表示电源被切断其电路示意图如右 平时当有电时，中间继电器 动断触点断开则报警灯不 亮。而当电源断开时电容 C 放电，中间继电器 电动断触点闭合，报警灯亮表示电源断电。 泵滤油器堵塞报警 17 油泵在吸油路上设置了滤油器是为了过滤掉油中的杂质。以利于工作机构工作但当杂质累计到一定程度，或突然过多时油泵滤油器就会堵塞，导致油泵无法送油油泵工作腔压力增大，工作机构停止运动危险性很大。这时不仅要报警告知工作人员，还要立即切断对油泵提供动力的電动机电源 滤油器堵塞报警通过压阻式压力传感器发讯，其结构示意图如下所示 图 4 传感器示意图 其工作原理是利用硅 片上懂得选择性扩散制成的应变计区其电阻值随晶体内的应力而变的现象。从半导体物性角度看则是由于应力的作用，使半导体晶体内的能带结构发生變化从而改变了载流子的密度和迁移率。 之所以采用这种类型的传感器是因为此设计中的液压换向阀均采用 O 型中位机能。当换向阀处於中位时泵不卸荷，且进油路保压而执行机构动作时，进油路上的压力也不会很低除非滤油器堵塞，泵机供油无法上升进油管中壓力会不正常下降，当达到一定值时会使压阻式传感器反应。发出警报并切断驱动电机的电源具体选用 压阻式压力传感器。具体技术數据 如下 表 感器型号 型号 量程 精度 满量程输出 工作温度范围 5 40 3080 其工作过程为当泵 1 的交流接触器得电闭合时为报警作好准备，这时如果传感器发出信号则其在报警线路上的常开触点闭合，报警亮起同时中间继电器得电，其在泵 1 控制回路上的常闭触点断开交流接触器的线圈失电，电动机断电泵停止运动，需再按下启动按钮电动机才能启动。对泵 2 也是一样 警装置常见故障 18 报 警装置常见故障有报警装置鈈工作和工作不正常等。 1）报警装置不工作 报警装置不工作是指报警装置在各种情况下始终不工作。 a原因报警装置不工作的主要原因囿保险装置及线路断路；报警装置和报警开关有故障等。 b诊断与排除所有报警装置都不工作和个别报警装置不工作故障的诊断与排除方法如下 所有报警装置都不工作，通常是由于保险装置、稳压电源有故障或电源线路断路等引起的。此时可以先检查保险装置是否正常洅检查线头有无脱落、松动及电源线路是否正常，最后检修稳压电源的顺序进行检修；个别报警装置不工作一般是由 于报警装置、报警開关故障，或对应线路断路等引起的此时可以按先检查线头有天脱落、松动，再检查报警开关最后对报警装置的顺序进行检修。 2） 报警装置工作不正常 报警装置工作不正常是指报警装置不能及时或适时地工作。 a原因报警装置工作不正常故障的主要原因有报警装置控淛电路或报警开关有故障等。 b诊断与排除可用检测设备检查报警装置和报警开关在规定条件下能否正常工作。 驾驶室布局 静压桩机虽具囿一定的自动功能但主要的操作还是要由人来完成。工作人员是整台机器的中枢机构为了便 于工作人员操作使用，要将主要操作功能集成于驾驶室的控制面板上 考虑到经济因素，本驾驶室为简易型采用人体工程学原理设计控制平台的高度、宽度、坐椅位置与整个驾駛室的长、宽、高。为使工作人员在工作中具有广阔的视野驾驶室正面及侧面都设置了大玻璃窗。另外为使工作环境适宜工作，还安裝了吹风与取暖设备以下简述控制面板的构成。 19 对于手动式液压换向阀将其全部集中于驾驶室，并排放置同时操作杆也并排排列，洳右图示 从左至右依次为 1、 2 长船水平移动的浮动缸用于调整升降液压缸的受力。 1 为左手边的 2 为右手 边的。 3 机架调节缸用于机架的起豎与放下，向前推为竖起向后推为放下。 图 5 阀示意图 4、 5 机身纵移液压缸左右布置与液压缸放置统一，向前推为前移先后为后移。 6 压樁缸控制向前为下压，向后为提升 7、 8 机身横移，向前为向左向后为向右。 9、 10 机身进行旋转后短船复位缸 11 机架上横梁中档块的伸缩缸，向前为伸出向后为缩回。 在液压平台的右侧为方便工作人员操纵电器设备，设置一高于液压控制平台的控制面板并依使用频率咹排距工作人员的远近。如图 图 6 表及灯示意图 在液压面板的水平部分为调定液压系统溢流阀压力的四个压力表静压在液压面板的倾斜部汾，最左边一列为报警灯从上至下依次为断电报警、泵 1 滤油器堵塞报警、泵 2 滤油器堵塞报警。 在右边从上至下依次为 前两排 旋转开关，具通断两种位置从左至右，从上至下驾驶室照明、机身平台照明、压桩区照明、机架顶灯照明、吹风设施开关、振冲启动开关、调 20 平系统启动开关 3、 4 排 电源内接通，断开按钮从左至右，从上至下总电源起闭、泵1 电源起闭、泵 2 电源起闭、吊机电源起闭要接通电源，按上排按钮要断开电源，按下排按钮 5 排 从左至右泵 1 起停、泵 2 起停。左边带指示灯为启动右边无指示灯为停止。 6 排 从左至右吊机正转仩升吊机停转，吊机反转下降 7 排 从左至右压桩机上升，升降停止压桩机下降。 21 4 压桩吊 述 粤工牌 起重机是全回转，伸缩动臂式液壓起重机。其最大起重量为 16t,最大起重力矩 470吊臂采用一级伸缩臂可任意伸缩。作业效率高使用最长臂工作时的起重量为 5t，最大起升高度為 14m 起重机的吊臂变幅、伸缩、回转和起升，全部采用液压驱动和操纵具有结构紧凑，操作灵活工作平稳，无级调速微动性好等特點。在液压系统中设有安全阀、平衡阀、液压锁、溢流阀和双向缓冲阀等安全装置，防止系统压力过载或油管破裂而产生的意外事故嘚发生。本起重机安装有起升高度限位器重量和幅度指示等安全装置及安全照明，以保护操作安全和便于夜间作业 术参数 表 重机的主偠技术参数 项目 参数 外形尺寸 总长 m 度 m 高 m 重机用钢丝绳 型号 6T29 直径 4 长度 m 189 表 泵油马达参数 型号 理论排量 工作压力 工作转速 用途 最高许用值 额定使鼡值 最高许用值 额定使用值 32 50/32 30 25 主油泵 0 40 32 起升马达 0 28 20 回转马达 表 重机工作转速 吊钧起升速度 （倍率）（第四层） 15 22 （空载） 转台回转速度 r/ 3 伸、缩臂时間（空载） （ s） 全伸 50 全缩 19 起、落臂时间（空载） （ s） 全和起臂 40 全和落臂 18 表 重机用液压油和润滑油 项目 油泵名称规格 单位 数量 液压系统液压油缸 液压油 L 550 起升机构卷扬减速机 90 号极压型工业齿轮油 L 转机构减速机 90 号极压型工业齿轮油 L 3 运动件及钢丝绳润滑油 基润滑油 表 重机的油缸参数 液压油缸名称 油缸内径 （ 活塞杆外径 （ 活塞行程 （ 每台数量 （个） 密封形式 变幅油缸 140 100 2150 2 “O” 伸缩油缸 125 100 6700 1 “O” 表 重机起重量和起升高度表 幅度 m 基夲臂 长臂 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 23 4. 0 1 2 3 重机起重作业部分的主要结构原理及操纵 升机构 起升机构由液压马达带动瑺闭式制动器的卷扬减速机、卷筒、钢丝绳和钓钩组成。当压力油经过换向阀供给液压马达的同时，通过一个双向梭阀进入常闭式制动器的油缸腔推动活塞，使制动器打开液压马达开始驱动减速机带动卷筒，而钢丝绳一端系于卷筒因此通过换向阀操纵，使卷筒正反 轉把钢丝绳卷上或放出， 实现重物的起升和下降 图 7 起升机构 油门踏板起升机构操作杆推，下降拉起升 24 升机构的操纵方法 起升机构的操作手柄设置在操纵室内。当起吊重物时应按下列顺序进行。 1）起升 操纵手柄向后拉吊钩升起。 2）下降 操纵手柄向前推吊钩下降。 3）停止 操纵手柄处于中位吊机提高站不动。 4）当由“起升”转为“下降”位或由“下降”转为“起升”说，严禁止急剧转换转换时，应该一度将手柄处于中位确定卷筒停止转动后，方可换向操纵以勉机 件损坏。 5）起升或下降速度由脚踏油门调节 6）吊钩起升超过高度，操纵室内报警同时停止起升，此时只能向下降方向操纵 臂变幅机构 吊臂变幅机构是以转台设置的变幅座作支点，安装两个变幅油缸联结于吊臂的缸座孔上通过变幅操纵，使两个变幅油腔滑缸伸出或缩回从而使吊臂仰角增大或减小，随着吊臂仰角增大则工作幅度减小，而吊臂仰角减小则工作幅度增大。由于液压系统中设置有平衡阀保证吊臂 下降平稳，并能可靠地停留在任意位置 臂变幅機构操纵方法 1）变幅起 臂，把操纵手柄向后拉吊臂上仰，仰角增大幅度减小。 2）变幅落臂把操纵手柄向前推，吊臂下降幅度增大。 3）停止把操纵手柄位于中位，吊臂停止 4）变幅操纵应当稳定，急剧操纵会给整机造成很大冲击 5）吊起重物之后，应尽量避免操纵變幅落臂而增大工作幅度，引起过载而倾翻 转机构的操纵方法 回转机构由液压马达、回转减速机、制动器、小齿轮和回转支撑等组成。液压马达制动器和小齿轮装于减速机上并将减速机装于转台的特定位置，保证小齿轮和内齿滚圈啮合通过 操纵回转换向阀，使液压油进入液压马达并打开制动器从而驱动上车作正反全回转。 25 操纵手柄拉起推落图 8 变幅操纵 转机构的操纵方法 1）左转操纵手柄向后拉，轉台向左回转 2）右转，操纵手柄向前推转台向右回转。 3）停止操纵手柄位于中位，转台停止回转 4）回转操纵时，应缓慢平稳进行特别吊重、大物体时，更应缓慢运转 5）当吊载改变回转方向时，必须将操纵手柄一度置于中位待停稳以后，方可作换向操作以 防圵被吊物体摆动过大，造成整机受冲击而发生事故 气系统 电气系统为单线制，负极搭铁电源为 24 伏。由下车向上车输送电源是通过中心囙转接头的导电环连接而输送的 图 9 上车电气原理 26 1 按钮开关 2 卸荷阀 3 工作灯 4 单挡开关 5 仪表灯 6 双向开关 8 喇叭开关 9单向开关 10直流风扇 11 保险器 12上车點火 13回转接头 14讯响器 15 顶灯 16 卷线盒 17 限位开关 18 微动开关 心回转接头 中心回转接头，是由钢套筒、导电环、盖板和电刷座等组成 回转中心上设囿若干油路通经及环形槽，以导通上下车之间高压油环行槽之间是 由‘ O’ 形密封圈及挡圈隔开密封，以保证各通道的高压力油互不干扰 /導电环设置在回转中心的上部通过电刷座将电源导于上车，和在上车操纵室向发动机点火发动 回转中心与汽车底架相连，钢套筒则由焊装在导台上的挡块驱动随转台一起回转。将下车高压油、电流等传递到上车以保证上车时的各种动力。 全装置系统 本 起重机有较为唍善的安全保护装置以保证在起重作业中安全可靠。在意外情况下以保证机件不被损坏，或告知操作者注意 1）液压系统中各溢流阀 控制系统中发生异常高压，保护系统不至于处于过载状态防止液压油泵和油马达等元件的损坏。 2） 吊臂伸缩安全装置 吊臂伸缩油缸的液壓回路中装置了平衡阀，当油缸回路的油管一旦发生意外断裂时控制液压回路中平衡阀就会锁闭来自油缸下腔的压力油，保证吊臂不會自行缩回 3）吊臂变幅安全装置 吊臂变幅油缸的液压回路中，装置了平衡阀当油缸回路的油管一旦发生意外断裂时，控制液压回路 中岼衡阀就会锁闭来自油缸下腔的压力油

1 摘要 本次设计是 液压静压桩机的 电气控制 系统总体设计。其主要分为以下几大部分液压泵 1、 2 和吊機的电器控制电器系统要为液压系统提供动力，对电机进行控制因为压桩机是工程机械，不论白天晚上都要能保证其工作，所以电器系统要为驾驶室及工作区提供照明为了使驾驶室环境的舒适，电器系统设计时还要考虑到吹风以及为整个系统提供报警等设计时通過参观实习，并阅读大量资料理论结合实际设计出了压桩机的电器控制系统，基本上符合设备的要求 关键词 液压静压桩机 电器控制 5） 1． 5． 1 静力压桩机的安装 . 5 1． 5． 2．静力压桩机的作业要点 （ 6） 压桩机的控制系统 . （ 7） 2. 压桩机电器及控制系统总体设计 ..（ 8） 电器控制系统设计任務与总成 （ 8） 2． 2． 1 电动机的选择 ..（ 8） 2． 2． 2 吊机的选择 .（ 8） 电动机及吊机选择 . （ 8） 控制元件的选择 ... （ 9） 电机控制回路 起重机起重作业部分的主要结构原理及操纵 .. .26 起 升机构 ...26 起升机构的操纵方法 ...27 吊臂变幅机构 .....27 吊臂变幅机构操纵方法 .27 回转机构的操纵方法 .....28 回转机构的操纵方法 .28 电气系统 .....29 Φ心回转接头 29 安全装置系统 桩工机械产生的必要条件 建筑物 的全部载荷都要通过基础传给地基。具有足够的强度、稳定性和耐久性的基础才能保证建筑物的安全和正常使用。根据地基的地质、地形、水文等特点建筑物的基础大体上可分为直接基础、桩基础和沉箱基础等，其中桩基础是基础工程中应用员广泛发展最迅速的一种基础形式。这是因为桩基础比其他形式的基础具有承载力高适应性强，沉降量小抗震性能好，以及施工方便等优点加之土地使用日趋紧张的情况厂，一些工厂、房屋或其他设施不得不建造在海边、河滩等软弱的地基上。此外修建海上井台、大型港口和深水码头、高速公路和铁路，桥梁也都对桩基校 的发展提出了新的课题另一方面，由于樁工机械性能不断改善品种、型号增多，又为桩基础的发展提供了有利条件当前，桩基础正在向大型化方向发展教大型的桩直径达 2 3m，极限承载能力达20 x 3 右桩工机械是用来完成预制桩的打人、沉入、压入、拔出或灌柱桩的成孔等作业的机械。 1． 2 桩工机械的发展简述 解放湔我国没有自制桩工机械，建国初期基本建设的基础施工全部使用旧中国从国外进口遗留下的蒸气打桩机和笨重的自由落锤桩工机械囷施工方法都非常落后。“一·五”期间，由于一些重点工程需要开始测绘 仿制国外 310 20 世纪 60 年代初期，开始组建桩工机械制造行业和专业研究室从此开始我国自行研制桩工机械的发展时期。从 20 世纪 60年代中到 70 年代末 15 年间桩工机械制造行业逐步发展壮大。 近十多年来由于石油工程及桥梁工程的需要，大型振动桩锤有了新的发展如 列振动桩锤，最大激振力达 1800机功率为 240动力矩为 0对电网的冲击很小。国外振动樁锤主要向液压振动桩锤的方向发展如美国的 列，德国的列液压振动桩锤可以改变振动频率，可使振锤适应桩 桩与土壤产生共振加夶力幅，使沉桩速度加快用柴油锤和振动桩锤沉桩会产生相当大的噪声，在城市居民密集区施工时对环境影响极大近年来，液压锤和靜压桩机悄然兴起静压桩机使用液压油顶，将桩压入土中工作过程基本无噪声。最近常用于大城市中心地区沉桩作业国内目前最大嘚静压桩机为 5 上海生产的 6000压桩机。随着新技术新设备的发展，就地灌注桩最近几十年得到了飞速发展灌注桩的成孔有挤土和取土两种方法。目前应用较广的反循环钻机套管钻机，回转斗钻机旋转钻机，潜水钻机潜水冲击锤等。另一类 就地灌注桩是稳定液施工法的僦地灌注桩这类桩的成孔机械为回转斗与端螺旋钻。 静力压桩机是以压桩机的自重克服沉桩过程中的阻力当静压力超过桩周上的摩阻仂时，桩就沿着压梁的轴线方向下沉静力压桩具有无振动、无噪声的特点，适用于高压缩性的粘土或砂性较轻的亚粘上层中在人口密集的居民点、城市地区尤为适宜。 1． 3 部分 列静力压桩机主要组成 列静力压桩机主要由夹持机构、底盘平台、横向行走及回转机构、纵向行赱机构、液压系统和电气系统等部分组成 1． 4 静力压桩机的主要特点 1压桩机采用步届式行走 机构，整机重心低行动灵活，操纵方便有輔桩工作机吊桩就位，不用另配起重机吊桩它和主机装在一个底盘上，可随整机一起行走 2压桩机施工时无噪声适用于市区内，尤其是醫院、学校、办公楼等压桩施工无振动、无空气污染。 3消除一般打桩机连续冲击荷载所引起的桩头和桩身的破坏 4机上有起重机构．操莋方便，减少高空作业的不安全因素 5静力压桩施工对桩身产生的应力小，可以减少混凝土顶制桩的钢筋需用量降低工程造价。 由于静仂压校机具有以上特点已被广泛应用于软土地区的工业和民用建筑t 港湾码头、水工围堰、地铁 等工程的桩基础施工。但是静力压桩机缺點是和冲击式打桩机相比其效率较低。同时．对土体的适应性有一定的局限如 S 值在 40 范围内软弱地基上施工；而 绳索式静力压桩机只适鼡于流塑、软塑状态的粘土和亚粘土地基上施工。 1． 5 静力压桩机的使用操作要点 1． 5． 1 静力压桩机的安装 1静力压桩机的安装地点，必须按施工要求进行先期处理使场地整平，井 6 具有坚实的承载力 2安装时，应特别注意两个行走机构之间的安装间距防止底盘平台不能正确對位而导致返工。 3电源在导 通前应检查电源电压，使其保持在额定电压范围内 4各液压管路连接时，不得将管路强行弯曲安装过程中，应防止液压油过多流损 5在安装配重前，必须对各紧固件进行检查防止因紧固件未拧紧而造成构件变形。 6安装完毕后应对整机进行試运转，特别是吊校用的起重机应按起重机规定进行技术试验。 1． 5． 2．静力压桩机的作业要点 1压校作业中首先要插中校位，如遇地下障碍物使桩在压人过程中倾斜时不能用压桩机行走的方法强行纠编，应将倾斜的桩拔起待地下障碍物清除后，重新插桩 2桩在压入过程中，如通夹持机构 和校侧打滑时不能任意提高液压油压力，强行操作而应找出打滑原因，采取有效措施后方可继续进行 3由于桩的貫人阻力过大，使桩不能压至标高时不能任意增加配重，否则会引起液压元件和构件的损坏 4压桩中如桩顶不能最后压到设计标高时，必须将桩顶部分凿去严禁用压桩机行走的方式，将桩强行推断 5压桩过程中，如遇周围土体隆起影响桩机行走时，应将桩机前方隆起嘚土铲除不应强行通过，以免损坏校机行走机构 6桩机在顶升过程中，应尽可能避免任一般形轨道压在己入土的单一的桩顶上否则将使船形轨道因受力不均而变形 。 7压桩机的电气系统必须有效的接地作业中，电缆应有专人看护 8压桩过程中，当桩尖碰到夹砂层时压樁阻力可能突然增大，甚至超过压桩能力使压桩机上拾。此时可用最大的压桩力作用在桩顶后，采用停车的法使桩有可能缓慢穿过砂層若有少量桩确实不能下沉到设计标高，如相差不多可截除桩头继续慧础承台的施工。 7 9压桩接近设计标高时应注意严格掌握停压时間。停压过早补压阻力加大；停压过迟，则沉桩超过要求深度 10压桩时，特别是压桩初期要注意桩的下沉情况有无走位或偏斜，是否苻合桩位中心位置以便及时进行校 正。如无法校正时应拔出后重新下沉。如迢有障碍时应予清除后重行插桩施压。 11多甘桩施上时接桩面应距地面 1m 以上，以便于操作 12尽量避免压桩中途停歇，停歇时间较长重新起动阻力增大。 13压桩中桩身倾斜或下沉速度突然加快時，多为桩接头失效或桩身破裂一般可在原桩位附近补压新桩。 14当压桩阻力超过压核能力或者由于配重调整不当，而使压桩机发生较夶倾斜时应立即采取停压措施，以免造成断桩或压桩架倾倒事故 15压桩机行走时，长、短船形轨道和水平坡度不可超过 5’纵向行走时，不可单向操作一个 手柄应两个手柄一起动作。 16作业完毕．应将短船运行至中间位置停放在乎整地面上，其余液压缸应全部回程缩进起重机吊钩应升至最上部，并应使各部制动生效最后应将外露活塞杆擦干净。 17作业后应将各控制器故在“零位”，并依次切断各部電源锁闭门宙，冬季应放尽各部积水 18转移工地时，应按规定程序拆卸后用汽车装运。所有油管接头处应加闷头螺栓防止尘土进入。液压软管不得强行弯曲 1． 6 压桩机的控制系统 两个电动机通过自动电控延时起动后，分别带动两个液压泵同时工作此时，各执行机构並不动作集成油 路系统为常开式和各路相通，使液压泵输出的压力油经集成油路系统无负荷流回油箱实现电动机空载起动。当需要任哬一个执行机构的液压缸工作时只要操纵相应的电开关，使集成油路系统小电液阀通电后动作此时变常开式回路为闭合回路状态。油壓升到大于额定工作压力时由集成油路系统中的送流阀卸裁，压力油液回油箱因此，整个液压系统的工作是通过电控换向阀去执行的而压桩机的纵向和横向行走以及底盘平台的顶升是依靠手动多路阀控制的。 8 2. 压桩机电器及控制系统总体设计 2． 1 电器控制系统设计任务与組成 计任务 本次设计任务是 压桩机电器及控制系统总体设计 本压桩机采用液压静力将预制桩分段压入土层中，完成吊桩、压桩的施工作業如遇到加沙层等静压压不下去时，就利用振冲振冲一下待穿过特种层后继续用静压压桩。 整个机构由机身、导向压桩架及压桩机构、起重及升降机构、纵向移动机构、横向移动回转机构、液压及电器控制机构组成 由于是工程机械，承受的工作载荷大所以工作机构哆采用 液压系统。电器系统主要为液压系统提供动力对电机进行控制，为驾驶室及工作区提供照明、吹风以及为整个系统提供报警等叧外，由于压桩机的工作特点压桩时要求桩与水平线保持垂直，即机身要保持水平进行调平。但是目前国内各种型号的压桩机都是采鼡手动控制其中调平更为不方便，降低了效率传统方法调平时，首先用经纬仪测量纵横方向的倾斜；然后再通过手动液压阀调平效率低、精度不高，增加施工周期因此本设计拟采用电液比例阀自动调平系统来实现自动调平，以解决传统调平中所遇到的问题 本人此佽设计的电器及控制系统主要由电机、电 机控制、驾驶室电气控制、照明及报警系统等组成。 体设计 液压静压桩机采用了液压系统作为动仂来进行压桩工作因此电控系统的主要任务是对液压及其控制系统进行控制。电控系统设计又可分为强电部和弱电两个部分强电部分主偠控制液压站的主电机运转；弱电部分由可编程控制器 制内容包括主电机运转指令的给出调平系统的运行控制等。 根据液压系统的设计計算可知系统的供油回路由两个泵组成，其驱动电机的功率分别为 75 1）、 220 2）一般地，压桩机工作环境可以提供三相 380V 电源所 以液压系统嘚电机采用三相 380V 普通交流异步电机。三相笼式电机直接起动的控制线路简单维修工作量小，但在起动时的电流约为额 9 定电流的 4 7 倍对于夲系统采用的两台大容量电机，如果采用直接起动会引起电网电压降低电机转矩减小，甚至起动困难而且还影响同一供电网中的其它設备，因此采用降压起动以保证起动时供电母线上的电压降不超过额定电压的 10 15。 工程实际中常用的降压起动方法通常有星 三角降压起动、定子串电阻降压起动和自耦变压器降压起动等由于 4上的三相笼式异步电动机定子绕组在正常工作时都接成三 角形，因此可以采用星 三角降压起动 考虑到星形直接起动的电流仍然很大，在星形起动过程中进一步采用自耦变压器进行降压起动起动时，电源电压加在自耦變压器的一次绕组上电动机的定子绕组与自耦变压器的二次绕组相连，当电动机的转速接近额定值时将自耦变压器切除，电动机直接與电源相连在正常的三角形方式下运行。 在电机星 三角起动过程中需要进行延时切断传统电路一般采用时间继电器进行控制，而本系統的弱电控制系统采用了可编程控制器因此可以直接利用软件延时继电器来进行控制，从而省去了传统的控制元件节省了安装 空间，吔提高了控制的可靠性另一方面，在星 三角转换起动中为了防止交流接触器同时通电的意外情况发生，系统不仅在 采用了星 三角转换互锁而且在硬件上（交流接触器的辅助触头）也采用了互锁控制，以保证电器系统工作的可靠性 系统的控制电路采用西门子 200），控制信号电压为 24V因此系统中增加一个开关电源，以满足各数字量 I/O、模拟量 I/O 以及伺服放大板的需要 根据上述设计方案可绘制出系统的控制原悝图，见毕业设计附图 2． 2 电动机及吊机选择 2． 2． 1 电动机的选择 根据液压系统 的要求可计算出油泵电机 1、 2 的相关参数，参数主要包括电机功率、转速和供电电源等同时考虑到电动机的安装大小尺寸，查机械设计手册第五册得泵 1 用电机选用 电动机泵 2 选用 电动机，其具体参數见下表 10 表 动机型号 型号 额定功率 满载时 堵转电流 额定电流 堵转转矩 额定转矩 噪声 重量 转速 额定电流 效率 功率因 数 KW r/ 1 92 0． 88 6． 8 2． 0 93 330 20 0． 88 6． 5 1． 4 103 820 2． 2． 2 吊机嘚选择 吊机作用是用来完成把压入土层中的桩吊起的动作本次设计的 压桩吊。粤工牌型起重机是全回转、伸缩动臂式液压起重机。最夶起重量为 16t,最大起重力矩为 470臂采用一级伸缩臂可任意伸缩，作业效率高使用最长臂工作时的起重量为 5t,最大起升高度为 14m。详细信息见附錄 2． 3 控 制元件的选择 根据实际选用低压断路器。低压断路器主要用于 600V 以下频率 50率 50下的电动机或线路过载及短路保护用。 1）电源 因两电動机都采用 Y 系列三相交流异步电动机所以都连接在 380 V 交流电源上。 对电动机及总电源开关首先考虑用手动开关。主令开关在电器线路中作为不频繁的接触器或断开电路的手动开关。 电动机选用交流接触器作为电源开关交流接触器是电力和自动控制系统中应用最为普遍嘚一种电器。接触器生产方便、生产量大、成本低廉可以频繁远距离接触和断开交直流主电路和大容量控制电路，是电 力拖动、控制电蕗的重要元件和刀开关相比较，接触器具有远距离操作功能和失压保护功能和自动开关相比较，接触器不能切断短路电流无过载保護功能。 应该注意的是交流接触器启动电流大，线圈容易发热若铁心气隙大，电抗小启动电流更增大，可高达工作电流的几十倍若机械卡死，线圈电流也 11 会很大另外，交流接触器的实际工作电压应在 85％ 105％ 额定电流电压时使用若电压过高，磁路饱和或电压过低，使电磁吸力不够衔铁吸不上，或错接在直流电源上都将导致线圈电流增大，轻则使温度升高重则烧毁线圈。 根据控制功率大小及輔 助触点的要求可以选取以下的交流接触器泵 1 选用交流接触器泵 2 选用 交流接触器，总电源选 用具体技术参数见下表 表 触器型号 型号 额定電压 额定电流 380控制电动机最大功率 机械 自动开关又称自动空气断路器当电路发生严重过载、短路及失压等故障时，即自动切断故障电路有效地保护串接在它后面的电气设备。在正常情况下可用于不频繁地接通和断开电路及控制电动机。因此自动开关是低压电路常用嘚具有保护环节的开关电器。 自动开关按其用途及结构特点可分为框架式自动开关塑料外壳式自动开关。框架式自动开关主要用作配电網络的保护开关而塑料外壳式自动开关除可用作配电网络的保护开关外，还可用作电动机照明电路及电热电路的控制开关。 工程 应用較多的是塑料外壳式自动开关 又称装置式自动开关 其主要产品有 系列。在一般情况下保护电动机选用 列，可根据电流负载大小进行选取如 式起重机选用的 护变压器及配电线路选用 列。本控制系统所选用的空气开关型号见附图明细表 3按钮的选择 按钮是一种专门发号施囹的电器，用以接通或断开控制回路中的电流下图所示是按钮开关的结构示意图与图形符号。按下按钮 l使触头 4 闭合而使触头 12 3 断开，从洏同时控制了两条电路；松开按钮则在弹簧 2 的作用下使触头恢复原位。按钮 开关的文字符号用 示 按钮可用于电动机的“启动”和“停圵”以及“正、反、停”的控制。为了便于识别各个按钮的作用避免误操作，将按钮 1 做成不同的颜色．以示区别一般常以红色表示“停止”按钮，绿色或黑色表示“启动”按钮 常用的按钮有 型号。 本次设计 用 按钮 4 熔断器 熔断器是一种结构简单，使用方便价格低廉嘚保护电器。它常同所保护的电路串联当电路发生过载或短路故障时，通过熔体的电流达到或超过一定值熔 体发热，致使熔体熔断切断电路，起到保护电器设备的作用 电器设备的电流保护有过载延时保护和短路瞬时保护两种形式。过载保护需要反时限制性短路保護则需要瞬时保护特性。过载保护要求熔化系数小发热时间常数大，但也不同于热继电器的过载保护；短路保护要求较大的电流系数較小的发热时间常数，较高的分断能力和较低的工作电压过载动作过程主要是热熔化过程，而短路主要是电弧的熄灭过程 在熔断器的選用上 a 当只有一台电动机负载时，考虑到电动机启动时也不应熔断所以计算式为 1 13 I A） I A） b 当用于照明或电热设备，以及一般的控制电路时洇此类负载电流比较平稳，所以熔体的额定电流应等于或稍大于负载的额定电流，即 2 本系统两台电动机的额定电流分别为 140A 361A，电动机控淛电路中驱动线圈、继电器的额定电流多为 5 A电动机电路选用 熔断器 , 照明及驾驶室电路选用 熔断器 , 主电路选用 熔断器。 另外应注意的是采用熔断器保护虽具有结构简单，价格低廉维护方便等特点，但也有局限性主要是更换比较麻烦。故适用于负载波动不大事故不多嘚场合。在负载波动大且事故多的场合宜采用快速自动开关代替熔断器。 5） 热继电器 热继电器作为电动机过载保护常用于三相异步电動机的控制与保护，由热元件和辅助接点组成热元件整定电流需按照电动 机的额定电流来选择。 一般用于电气设备（主要是电动机）过載保护用的热继电器种类很多但使用最多的是双金属片式热继电器。它结构简单体积较小，成本比较低具有较好的反时限特性。 双金属片式热继电器由电加热元件、双金属片、触头和机械机构几部分组成加热元件也为量测机构能反映电动机 变化。电动机正常启动时热继电器不应动作，但长期过载即 到一定值时，热继电器应该动作切断控制电路，使电动机停止供电以保护电动机。双金属片是甴两片膨胀系数不同温升时向膨胀系数小的方向弯曲，当弯曲到一定程度时弹 簧就使触头脱开。电流越大热量越大，双金属片动作樾快触头打开越快，所以热继器的电流和时间反时限特性，如图示 两电动机的额定电流分别为 140A， 361A都选用 热继电器。 在热继电器的使用中应注意下列几个问题 a）热继电器电流等级很少但热元件编号很多，使用时应首先使热元件的 14 电流与电动机的电流相适应 b）热继電器可调成手动复位，对重要的设备在热继电器动作之后，必须检查情况和原因后才能再扣时宜采用手动复位；若可以认定是过载的鈳能性较大，或热继电器安装在远离操作地点时宜采用自动复位 方式。 c）热继电器周围介质的温度在原则上应和电动机周围介质的温度楿同否则会破坏已调好的配合情况。 d）热继电器安装在其它电器的下方以免其动作特性受到其它电器发热的影响。 e）在使用中应每年對热继电器通电检验一次并应注意在设备短路故障中，检验热元件和双金属片是否发生永久变形应进行通电校验，以保证热继电器动莋的准确性起到可靠的过载保护作用。 6）中间 继电器选用 中间继电器在控制电路中起信号放大作用或将信号同时传输给数个有关控制元件起增加控制回路数的作用。本次设计的选用 中间继电器其具体参 数见下表 表 间继电器型号 型号 吸引线圈额定电压 触电额定电流 触电數量 机械寿命 电寿命 Un/v 常开 常闭 /万次 /万次 80 10 4 4 300 30 7 其它元件的选择 在控制回路中电源的接通，电机的起停都由按钮来实现选择合适的按钮可使操作哽方便。这里选用 、 型按钮额定电压交流 380V，额定电流 5A按钮带有指示灯。其中四个电源接通按钮指示灯都为蓝色停止按钮无指示灯，為红色泵 1、泵 2 的启动、停止同样。吊机 的升降按钮为蓝色和绿色的指示灯停止按钮同样无指示灯，为红色 3. 照明及驾驶室线路系统 照奣及吹风 为了使静压桩机能在晚上或者照明条件不好时工作，机器设置了照明系统 15 首先，驾驶室的照明应保证能看清控制面板与工作资料但又不能过亮，过亮使驾驶员感觉不适且不能看清外面的工作现场，所以选择 40W 的荧光灯型号为 驾驶室外工作环境为露天，对照明偠求较高不仅需照度达标，而且要对环境适应能力要强选用高压汞灯，因为高压汞灯表面亮度较大耐震性能好，受环境温度的影响較小对机身工作平台的 照明选用 荧光高压汞灯；对机身下面，桩与地面接触区也需照明选用 荧光高压汞灯。 此外还需在压桩架顶悬掛一照明灯，以照亮整个压桩架选用 高压钠灯，采用投射方式高压钠灯比高压汞灯亮度更高，可给工作场提供充足的照明所选灯的具体技术参数见下表 表 灯的型号 型号 功率 额定电压 额定电流 平均寿命 W V A h 0 220 000 00 220 000 50 220 000 00 220 000 因压桩机的工作场所为室外，工作条件受温度影响大为给工作人员提供较好的工作条件，并考虑经济性因素将驾驶室设计为简单、安静型。天气热时采用打开门窗自然通风或装置小型风扇强制通风，風扇为外购 直径 300天气寒冷需采暖时则可使热油液经过驾驶室来散发热量。 另外在驾驶室内还设置了 220V 交流插座，以方便一些需临时使用 其它元件的选择 转开关 对风扇、电灯、调平系统的启动、震冲系统的启动，都只需开关两种位置且 控制的容量较小，无需按钮与交流接触器且操作简单明了。 这里选用 旋转开关 列的接触系统采用双断点对接式动静触点，它应装嵌在触头上 16 依靠手柄旋转六方轴上的凸轮控制动静触点的通断。定位系统采用辐射式滚轮卡棘轮结构装配不同的限位件，可获得三位式的定位状态具体技术参数见下表 表 轉开关型号 型号 额定电压 额定电流 控制功率 电寿命（万次） 机械寿命（万次） V A 源用 控制电机用 20 10 20 20 压器 因为此次设计电动机负载采用了三相三線制，所以当需要 220V 交流电时，需要安装变压器将 380V220V 选用系列单相变压器，主要用于交流 50500V 以下的电路中起结构为单相绕组开启式或带防護外壳式。根据工作环境选用带防护外壳式。由于线路工作负载较多所以选用 ，具体技术数据见下表 表 压器型号 型号 容量 铁芯尺寸 规格 总匝数 导线直径 伏安 mm 500 /137 报警装置 压桩机在工作过程中会遇到一些突发情况要处理如果这些情况又不易被工作人员直接观察到，就容易发苼危险故需要一些装置来提醒工作人员处理。 报警装置是为了保证工程建设机械行车与作业安全和提高机械的工作可靠性报警装置般甴传感器和红色警告灯组成。 电报警 当总电源因某种原因被切断时断电报警灯将亮起，表示电源被切断其电路示意图如右 平时当有电時，中间继电器 动断触点断开则报警灯不 亮。而当电源断开时电容 C 放电，中间继电器 电动断触点闭合，报警灯亮表示电源断电。 泵滤油器堵塞报警 17 油泵在吸油路上设置了滤油器是为了过滤掉油中的杂质。以利于工作机构工作但当杂质累计到一定程度，或突然过哆时油泵滤油器就会堵塞，导致油泵无法送油油泵工作腔压力增大，工作机构停止运动危险性很大。这时不仅要报警告知工作人員，还要立即切断对油泵提供动力的电动机电源 滤油器堵塞报警通过压阻式压力传感器发讯，其结构示意图如下所示 图 4 传感器示意图 其笁作原理是利用硅 片上懂得选择性扩散制成的应变计区其电阻值随晶体内的应力而变的现象。从半导体物性角度看则是由于应力的作鼡，使半导体晶体内的能带结构发生变化从而改变了载流子的密度和迁移率。 之所以采用这种类型的传感器是因为此设计中的液压换姠阀均采用 O 型中位机能。当换向阀处于中位时泵不卸荷，且进油路保压而执行机构动作时，进油路上的压力也不会很低除非滤油器堵塞，泵机供油无法上升进油管中压力会不正常下降，当达到一定值时会使压阻式传感器反应。发出警报并切断驱动电机的电源具體选用 压阻式压力传感器。具体技术数据 如下 表 感器型号 型号 量程 精度 满量程输出 工作温度范围 5 40 3080 其工作过程为当泵 1 的交流接触器得电闭合時为报警作好准备，这时如果传感器发出信号则其在报警线路上的常开触点闭合，报警亮起同时中间继电器得电，其在泵 1 控制回路仩的常闭触点断开交流接触器的线圈失电，电动机断电泵停止运动，需再按下启动按钮电动机才能启动。对泵 2 也是一样 警装置常見故障 18 报 警装置常见故障有报警装置不工作和工作不正常等。 1）报警装置不工作 报警装置不工作是指报警装置在各种情况下始终不工作。 a原因报警装置不工作的主要原因有保险装置及线路断路；报警装置和报警开关有故障等。 b诊断与排除所有报警装置都不工作和个别報警装置不工作故障的诊断与排除方法如下 所有报警装置都不工作，通常是由于保险装置、稳压电源有故障或电源线路断路等引起的。此时可以先检查保险装置是否正常再检查线头有无脱落、松动及电源线路是否正常，最后检修稳压电源的顺序进行检修；个别报警装置鈈工作一般是由 于报警装置、报警开关故障，或对应线路断路等引起的此时可以按先检查线头有天脱落、松动，再检查报警开关最後对报警装置的顺序进行检修。 2） 报警装置工作不正常 报警装置工作不正常是指报警装置不能及时或适时地工作。 a原因报警装置工作鈈正常故障的主要原因有报警装置控制电路或报警开关有故障等。 b诊断与排除可用检测设备检查报警装置和报警开关在规定条件下能否囸常工作。 驾驶室布局 静压桩机虽具有一定的自动功能但主要的操作还是要由人来完成。工作人员是整台机器的中枢机构为了便 于工莋人员操作使用，要将主要操作功能集成于驾驶室的控制面板上 考虑到经济因素，本驾驶室为简易型采用人体工程学原理设计控制平囼的高度、宽度、坐椅位置与整个驾驶室的长、宽、高。为使工作人员在工作中具有广阔的视野驾驶室正面及侧面都设置了大玻璃窗。叧外为使工作环境适宜工作，还安装了吹风与取暖设备以下简述控制面板的构成。 19 对于手动式液压换向阀将其全部集中于驾驶室，並排放置同时操作杆也并排排列，如右图示 从左至右依次为 1、 2 长船水平移动的浮动缸用于调整升降液压缸的受力。 1 为左手边的 2 为右掱 边的。 3 机架调节缸用于机架的起竖与放下，向前推为竖起向后推为放下。 图 5 阀示意图 4、 5 机身纵移液压缸左右布置与液压缸放置统┅，向前推为前移先后为后移。 6 压桩缸控制向前为下压，向后为提升 7、 8 机身横移，向前为向左向后为向右。 9、 10 机身进行旋转后短船复位缸 11 机架上横梁中档块的伸缩缸，向前为伸出向后为缩回。 在液压平台的右侧为方便工作人员操纵电器设备，设置一高于液压控制平台的控制面板并依使用频率安排距工作人员的远近。如图 图 6 表及灯示意图 在液压面板的水平部分为调定液压系统溢流阀压力的四個压力表静压在液压面板的倾斜部分，最左边一列为报警灯从上至下依次为断电报警、泵 1 滤油器堵塞报警、泵 2 滤油器堵塞报警。 在右邊从上至下依次为 前两排 旋转开关，具通断两种位置从左至右，从上至下驾驶室照明、机身平台照明、压桩区照明、机架顶灯照明、吹风设施开关、振冲启动开关、调 20 平系统启动开关 3、 4 排 电源内接通，断开按钮从左至右，从上至下总电源起闭、泵1 电源起闭、泵 2 电源起闭、吊机电源起闭要接通电源，按上排按钮要断开电源，按下排按钮 5 排 从左至右泵 1 起停、泵 2 起停。左边带指示灯为启动右边无指示灯为停止。 6 排 从左至右吊机正转上升吊机停转，吊机反转下降 7 排 从左至右压桩机上升，升降停止压桩机下降。 21 4 压桩吊 述 粤工牌 起重机是全回转，伸缩动臂式液压起重机。其最大起重量为 16t,最大起重力矩 470吊臂采用一级伸缩臂可任意伸缩。作业效率高使用最长臂工作时的起重量为 5t，最大起升高度为 14m 起重机的吊臂变幅、伸缩、回转和起升，全部采用液压驱动和操纵具有结构紧凑，操作灵活笁作平稳，无级调速微动性好等特点。在液压系统中设有安全阀、平衡阀、液压锁、溢流阀和双向缓冲阀等安全装置，防止系统压力過载或油管破裂而产生的意外事故的发生。本起重机安装有起升高度限位器重量和幅度指示等安全装置及安全照明，以保护操作安全囷便于夜间作业 术参数 表 重机的主要技术参数 项目 参数 外形尺寸 总长 m 度 m 高 m 重机用钢丝绳 型号 6T29 直径 4 长度 m 189 表 泵油马达参数 型号 理论排量 工作壓力 工作转速 用途 最高许用值 额定使用值 最高许用值 额定使用值 32 50/32 30 25 主油泵 0 40 32 起升马达 0 28 20 2500 2000 回转马达 表 重机工作转速 吊钧起升速度 （倍率）（第四层） 15 22 （空载） 转台回转速度 r/ 3 伸、缩臂时间（空载） （ s） 全伸 50 全缩 19 起、落臂时间（空载） （ s） 全和起臂 40 全和落臂 18 表 重机用液压油和润滑油 项目 油泵名称规格 单位 数量 液压系统液压油缸 液压油 L 550 起升机构卷扬减速机 90 号极压型工业齿轮油 L 转机构减速机 90 号极压型工业齿轮油 L 3 运动件及钢丝繩润滑油 基润滑油 表 重机的油缸参数 液压油缸名称 油缸内径 （ 活塞杆外径 （ 活塞行程 （ 每台数量 （个） 密封形式 变幅油缸 140 100 2150 2 “O” 伸缩油缸 125 100 6700 1 “O” 表 重机起重量和起升高度表 幅度 m 基本臂 长臂 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 23 4. 0 1 2 3 重机起重作业部分的主要结构原理及操纵 升机构 起升机构由液压马达带动常闭式制动器的卷扬减速机、卷筒、钢丝绳和钓钩组成。当压力油经过换向阀供给液压马达的同时，通过一个双向梭阀进入常闭式制动器的油缸腔推动活塞，使制动器打开液压马达开始驱动减速机带动卷筒，而钢丝绳一端系于卷筒因此通过换向阀操纵，使卷筒正反 转把钢丝绳卷上或放出， 实现重物的起升和下降 图 7 起升机构 油门踏板起升机构操作杆推，下降拉起升 24 升机构的操纵方法 起升机构的操作手柄设置在操纵室内。当起吊重物时应按下列顺序进行。 1）起升 操纵手柄向后拉吊钩升起。 2）下降 操纵手柄向前推吊钩下降。 3）停止 操纵手柄处于中位吊机提高站不动。 4）当由“起升”转为“下降”位或由“下降”转为“起升”说，严禁止急剧转换转换时，应该一度将手柄处于中位确定卷筒停止转动后，方可换向操纵以勉机 件损坏。 5）起升或下降速喥由脚踏油门调节 6）吊钩起升超过高度，操纵室内报警同时停止起升，此时只能向下降方向操纵 臂变幅机构 吊臂变幅机构是以转台設置的变幅座作支点，安装两个变幅油缸联结于吊臂的缸座孔上通过变幅操纵，使两个变幅油腔滑缸伸出或缩回从而使吊臂仰角增大戓减小，随着吊臂仰角增大则工作幅度减小，而吊臂仰角减小则工作幅度增大。由于液压系统中设置有平衡阀保证吊臂 下降平稳，並能可靠地停留在任意位置 臂变幅机构操纵方法 1）变幅起 臂，把操纵手柄向后拉吊臂上仰，仰角增大幅度减小。 2）变幅落臂把操縱手柄向前推，吊臂下降幅度增大。 3）停止把操纵手柄位于中位，吊臂停止 4）变幅操纵应当稳定，急剧操纵会给整机造成很大冲击 5）吊起重物之后，应尽量避免操纵变幅落臂而增大工作幅度，引起过载而倾翻 转机构的操纵方法 回转机构由液压马达、回转减速机、制动器、小齿轮和回转支撑等组成。液压马达制动器和小齿轮装于减速机上并将减速机装于转台的特定位置，保证小齿轮和内齿滚圈齧合通过 操纵回转换向阀，使液压油进入液压马达并打开制动器从而驱动上车作正反全回转。 25 操纵手柄拉起推落图 8 变幅操纵 转机构的操纵方法 1）左转操纵手柄向后拉，转台向左回转 2）右转，操纵手柄向前推转台向右回转。 3）停止操纵手柄位于中位，转台停止回轉 4）回转操纵时，应缓慢平稳进行特别吊重、大物体时，更应缓慢运转 5）当吊载改变回转方向时，必须将操纵手柄一度置于中位待停稳以后，方可作换向操作以 防止被吊物体摆动过大，造成整机受冲击而发生事故 气系统 电气系统为单线制，负极搭铁电源为 24 伏。由下车向上车输送电源是通过中心回转接头的导电环连接而输送的 图 9 上车电气原理 26 1 按钮开关 2 卸荷阀 3 工作灯 4 单挡开关 5 仪表灯 6 双向开关 8 喇叭开关 9单向开关 10直流风扇 11 保险器 12上车点火 13回转接头 14讯响器 15 顶灯 16 卷线盒 17 限位开关 18 微动开关 心回转接头 中心回转接头，是由钢套筒、导电环、蓋板和电刷座等组成 回转中心上设有若干油路通经及环形槽，以导通上下车之间高压油环行槽之间是 由‘ O’ 形密封圈及挡圈隔开密封，以保证各通道的高压力油互不干扰 /导电环设置在回转中心的上部通过电刷座将电源导于上车，和在上车操纵室向发动机点火发动 回轉中心与汽车底架相连，钢套筒则由焊装在导台上的挡块驱动随转台一起回转。将下车高压油、电流等传递到上车以保证上车时的各種动力。 全装置系统 本 起重机有较为完善的安全保护装置以保证在起重作业中安全可靠。在意外情况下以保证机件不被损坏，或告知操作者注意 1）液压系统中各溢流阀 控制系统中发生异常高压，保护系统不至于处于过载状态防止液压油泵和油马达等元件的损坏。 2） 吊臂伸缩安全装置 吊臂伸缩油缸的液压回路中装置了平衡阀，当油缸回路的油管一旦发生意外断裂时控制液压回路中平衡阀就会锁闭來自油缸下腔的压力油，保证吊臂不会自行缩回 3）吊臂变幅安全装置 吊臂变幅油缸的液压回路中，装置了平衡阀当油缸回路的油管一旦发生意外断裂时，控制液压回路 中平衡阀就会锁闭来自油缸下腔的压力油