如何实现Menck液压打桩锤锤击率的电气控制

李文成 李莹莹 赵福臣

摘 要：通过对Menck系列打桩锤锤击率的研究，文章主要从理论上分析了如何实现对液压打桩锤锤击率的电气控制，将分析的结果应用到施工过程中，及时解决设备出现的问题，提高作业效率，并推动大型装备的国产化。

关键词：锤击率；控制系统；传感器；计数器

所谓的锤击率就是单位时间内打桩的次数，就概念的本身而言影响锤击率的因素就两个，分别是锤心的行程和行程内所需时间，但是对于打桩锤这个集电气、液压、机械于一体的复杂系统而言，对锤心的行程和行程内所需时间两个参数的测量，是通过外围检测附件来实现的，因而增加了许多不确定因素。

锤击率也称为作业效率，对于海洋工程这个“三高”（高风险、高投入、高回报）行业来讲，其重要性不言而喻，在尊重打桩锤合理使用的客观条件下，如何在有效的时间内尽快完成作业任务，成为每一位施工作业者关注的焦点。

Menck系列打桩锤以高、精、准的控制系统备受用户的青睐，任何事物都具有两面性，在使用的过程中电气控制系统也是故障出现率最高的，如何准确判断故障出现的原因，成为摆在作业人员面前的重要课题，这也是本论文的意义所在。

1 打桩锤控制系统的组成及原理

图1

如图1所示，整个打桩锤系统包括锤体、动力站、液压绞车和电缆绞车几个部分组成，动力站完成能量转变，为锤体提供能量；锤体是最终能量释放的执行机构；控制室负责监控动力站和锤体的工作状况，并可以自动或手动的发出控制指令；液压管线绞车将动力站和锤体相连为能量的传递提供物理通路；电缆绞车则将锤体与控制室相连，以便控制室向锤体发出控制指令和接收反馈信号。

控制系统的工作流程大致如下：（1）接受用户根据实际的工况需要设置所需打桩的能量的指令；（2）根据用户所设定的能量来计算出锤芯所需要提升的高度；（3）通过控制方向阀的换向来使得锤芯向上下移动；（4）监测锤芯的运动情况和动力站内参数（如液压油温度，室内温度等），以上所述只有第一项是手动行为，其余三项均为控制系统自动行为。

由于Menck系列液压打桩锤控制系统的高度集成化，控制系统的每一个部分出现问题都可能导致系统瘫痪，也就是说控制系统的各个部分之间是相辅相成，缺一不可的。

2 电气实现对锤击率的控制

由控制系统的组成及原理我们可以清楚的认识到，在整个打桩的过程中，控制系统的每一个元件的每一个动作都对锤击率产生影响，在这里我们只分析控制系统是如何实现对打桩锤锤击率控制的。

2.1 控制系统的启动

控制系统打开通电，检查急停回路是否被激活，在急停回路没有被激活的情况下，系统检测各个传感器信号MH11、MH12、MH21、MH22、CH1、CS1、CS2信号是否满足工作要求，Menck系列打桩锤要求，行程传感器必须有两个相邻的传感器激活才能工作，同时，要求CH1与CS信号为高电平时，可以进行打桩工作。

以上是打桩锤正常工作的前提，同时也是控制系统正常工作的基础，在控制系统打开通电的瞬间就进行自检。

现将启动前各个传感器的工作原理和物理地址汇总如表1，在设备出现问题时能及时排除故障。

表1

2.2控制系统对锤心行程和行程所需时间的控制

通过对行程传感器图2的仿真实验，我们可以得到如下的仿真图3。

图2 图3

如图3所示，我们可以清晰的认识到行程传感的工作过程，高电平代表传感器得电工作，低电平代表传感器不工作，检测装置和计数器通过对高低电平检测的次数，可以得到锤心的行程和所用的时间。

在打桩过程中，系统根据用户所需要的能量要求，以及所激活的MH传感器换算出所需要的MH传感器信号变换的次数，并将其存在计数器C1中，在锤芯上升的过程中，当MH传感器信号变换次数达到计数器C1所存的数值时，电磁换向阀变向，锤芯向下运动，在下行过程中，计数器T2随时记录相邻MH传感器信号变换的时间，通过这个时间计算出锤芯的运动速度，从而计算出此次打桩的实际能量。在锤芯上升过程中，计时器T1作为一个保护起到较为重要的作用，它的作用是保证锤芯在一个规定的时间范围内都在处于上升的运动状态，如果超出这个时间范围，证明锤芯是被机械卡住，或者液压油流量选择不合适，系统泄压，保护整个系统。

研究的结果如表2，表3。

通过对电气系统控制打桩锤锤击率的研究与分析，得到电气对锤击率的控制是通过检测元件所检测到的信号，通过CAN总线技术传输到PLC系统，PLC将搜集到的信号输送到RTC进行整合处理，然后下达指令进行下一步工作，如此循环进行，直到CPU接到停锤指令。

3 结束语

通过对锤击率电气控制的研究与分析，可以清晰的认识到电气控制系统的作用，以及电气系统的工作原理，为以后在海上施工时及时排查设备出现的故障，提高作业效率，提供了有力的理论支持和技术保障，并推进大型装备的国产化。

参考文献

[1]Operation and Maintenance manual of MENCK Hydraulic Power Pack，2009.

[2]刘金琨.智能控制[M].北京：电子工业出版社，2005.

[3]张凤珊.电气控制及可程序控制器[M].北京：中国轻工出版社，2003.

[4]孟凡武，贺鸣.电液锤液压系统的压力控制方式[J].装备，2005.