[发明专利]基于液压打桩锤的能量控制方法

说明书

本发明涉及一种基于液压打桩锤的能量控制方法，根据现场实际需计算得到锤击能量，根据物理能量公式计算打桩锤芯所需提升高度；根据液压打桩锤结构和液压系统建立仿真模型，仿真获得打桩锤芯提升到所需高度的进油阀P阀和回油阀R阀的开关时序，分析液压系统回路能量损耗，优化液压系统回路能耗，调整优化P阀和R阀开关时序，获得实际工况下的打击能量及控制方法。不仅能够依据不同工况随时调整输出的锤击能量，提高能量利用率，还能保证良好的打桩效果。

技术领域

本发明涉及一种液压打桩锤技术，特别涉及一种基于液压打桩锤的能量控制方法。

背景技术

液压打桩锤(单作用)是一种将能量转换为势能，利用锤体自身重量，将桩打入地下的工程机械，被广泛应用于海洋工程、石油开采、建筑开发中。通过对国外液压锤技术的消化吸收，液压锤技术取得了很大的进展，但是在关键技术领域仍然依赖国外技术。国外引进的液压锤不仅价格高，而且维修困难。因此大型液压打桩锤的研究与开发，对大型桩工机械的发展与应用起着关键作用。

液压打桩锤由锤体、液压动力站和电气控制系统单元等几个部分组成，相比柴油锤具有安全、可靠坚固耐用，可抗拒恶劣作业环境，绿色环保，防爆、工作效率高等优点。液压控制系统是以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油，具有刚度大、精度高、驱动力大，调速范围宽等优点，故液压系统非常适用于海上打桩锤。

海上打桩锤主要由控制室、动力站、压力盖部、阀体部、壳体部、锤芯部、减震部、桩帽部组成。控制室实现对整个系统的控制；动力部提供满足工况要求的能量；压力盖顶部保证工作的平稳性及补充冲击能量；阀体部实现回路切换；壳体部支撑整个冲击系统；锤芯部储存冲击能量，并实现能量转化，减震部减少冲击瞬间释放的能量对冲击系统的影响。

能量作为打桩锤的重要参数，能衡量打桩锤的打桩能力的高低。液压锤具有体积小、重量轻、锤击力大的特点，并且在打桩过程中可以依据不同工况随时调整输出的锤击能量。为了在短时间内完成高能量的提锤动作，这就要求打桩锤具有高效的能量利用率，减少能量浪费，因此需要分析在工作过程中液压系统回路的能耗特性。

发明内容

针对液压打桩锤能效问题，提出了一种基于液压打桩锤的能量控制方法，对功率损耗的影响，通过AMEsim的仿真优化，降低回路的能量损耗。

本发明的技术方案为：一种基于液压打桩锤的能量控制方法，根据现场实际需计算得到锤击能量，根据物理能量公式计算打桩锤芯所需提升高度；根据液压打桩锤结构和液压系统建立仿真模型，仿真获得打桩锤芯提升到所需高度的进油阀P阀和回油阀R阀的开关时序，分析液压系统回路能量损耗，优化液压系统回路能耗，调整优化P阀和R阀开关时序，获得实际工况下的打击能量及控制方法。

进一步，所述调整优化P阀和R阀开关时序：蓄能器充能时间到后，打开P阀，打桩锤提升，然后关闭P阀，补油阀S阀打开，油液供给至打桩锤达到最高点，此时打桩锤速度为0，关闭S阀，打开R阀，锤体在重力势能和气压能作用下下落进行打桩，通过仿真，将打桩锤速度为0的时间作为R阀的开启时间，满足打桩锤位移为最高点和规定时间内打桩次数的情况下，通过各阀打开后的流量计算P阀和R阀的开启时间。

进一步，所述P阀开关时间、R阀开关时间与打桩锤提升的高度H关系表达式：

其中q_p表示P阀打开后通过的流量，q_r表示R阀打开后通过的流量，q_s表示通过S阀的流量，A表示打桩锤活塞面积，t₁为P阀打开的时间，t_p为P阀关闭的时间，t₂为R阀打开的时间，t_r为R阀关闭的时间。

本发明的有益效果在于：本发明基于液压打桩锤的能量控制方法，不仅能够依据不同工况随时调整输出的锤击能量，提高能量利用率，还能保证良好的打桩效果。

附图说明