旋轉(zhuǎn)編碼器是如何監(jiān)測打樁機(jī)自由落體位置的？

特殊地下結(jié)構(gòu)中的重型機(jī)器需要精確可靠的部件來可靠地執(zhí)行各種功能。對于打樁機(jī)而言，絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器只是安全解決方案的一部分。它們安裝在三個(gè)絞車上，以檢測連接到它們的各種部件的位置。

專門的土木工程公司確保足球場、公路橋、購物中心或風(fēng)力渦輪機(jī)等重型建筑的地基承載能力。因此，該公司生產(chǎn)自己的打樁機(jī)，用于生產(chǎn)地基樁。建筑物上的荷載通過基礎(chǔ)樁轉(zhuǎn)移到更深的層。我們有自己的機(jī)械生產(chǎn)設(shè)施，這樣我們就可以開發(fā)、設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試，然后使用適合我們的設(shè)備。尤其是對于打樁機(jī)來說，內(nèi)部生產(chǎn)是最好的選擇：直到20世紀(jì)60年代，打樁機(jī)仍然可以在比利時(shí)購買。之后，德國公司開始生產(chǎn)自己的機(jī)器，如切樁機(jī)，并在2000年開始生產(chǎn)Atlas機(jī)器。

打樁錘和樁基

打樁機(jī)的使用如圖1所示：


圖1：通過堆疊工藝制作基礎(chǔ)樁。

打樁機(jī)頂部安裝了四臺(tái)絞車，包括三臺(tái)用于位置監(jiān)測的編碼器。在前面的區(qū)域是所謂的水龍頭，它是一個(gè)帶有鋼樁打入器或打入管的框架，其頂部和底部是敞開的。混凝土和碎石塞被填充到打樁管（1）中，樁錘是一個(gè)巨大的鋼塊，它以最小的沖擊力壓縮塞（2）。打樁錘是一種自由落體系統(tǒng)。當(dāng)塞子在沖擊力的作用下牢固地楔入管道時(shí)，下降高度增加，打樁管被送到支撐建筑基礎(chǔ)的最終深度。然后使用樁錘壓縮塞子（3）。這就形成了所謂的樁基，它的作用就像一個(gè)木楔。樁基形成后，安裝鋼筋籠，并將塑性混凝土（4）填充成直的基礎(chǔ)樁。混凝土硬化并覆蓋樁頭（5）后，基礎(chǔ)樁即可承受荷載。

監(jiān)控四臺(tái)絞車

在打樁過程中，這四臺(tái)絞車有不同的任務(wù)：一臺(tái)絞車用于拉動(dòng)驅(qū)動(dòng)管，第二臺(tái)絞車用于驅(qū)動(dòng)樁錘，第三臺(tái)絞車固定有用于填充混凝土和礫石的鏟斗，最后還有一臺(tái)輔助絞車用于提升鋼籠。四臺(tái)絞車中的三臺(tái)由旋轉(zhuǎn)編碼器監(jiān)控，以便實(shí)時(shí)了解打樁管、輔助起重機(jī)和電鏟的位置。輔助繩索是一種安全結(jié)構(gòu)，可確保在吊鉤拉過滾筒之前，導(dǎo)樁器關(guān)閉。這意味著編碼器有一個(gè)末端位置點(diǎn)，并且絞盤不得旋轉(zhuǎn)超過該點(diǎn)。管道絞車是設(shè)備中最敏感的區(qū)域；盡管打樁管受到的沖擊力非常大，但仍有必要密切關(guān)注其位置。

旋轉(zhuǎn)編碼器集成到自動(dòng)控制器中，該控制器連續(xù)查詢位置以控制繩索的引導(dǎo)。

帶安全等級的旋轉(zhuǎn)編碼器

對我們來說，最重要的是位置檢測的準(zhǔn)確性和作為旋轉(zhuǎn)編碼器安全功能的冗余度。作為一個(gè)多圈編碼器，它可以絕對值編碼器的分辨率多達(dá)4096圈的絞車。此外，我們將傳輸比與之積分，以便我們可以接收大量信號(hào)，從而可以連續(xù)檢測位置。由于單個(gè)部件故障對這些重型設(shè)備的應(yīng)用造成嚴(yán)重后果，PLd編碼器的安全功能至關(guān)重要。它由兩個(gè)獨(dú)立的傳感器電路組成，實(shí)現(xiàn)完全冗余，以確保安全運(yùn)行。此外，它是一個(gè)絕對數(shù)字編碼器，即使在停電的情況下也可以準(zhǔn)確檢測其位置，而不需要基準(zhǔn)操作。在這種情況下，通過CANopen安全接口集成到控制器中。絕對式編碼器的應(yīng)用程序同樣重要。最后，在壓實(shí)樁基時(shí)，一個(gè)240噸的樁錘被拉到了管道上，而一個(gè)6.5噸的樁槌掉進(jìn)了管道中。這就是整臺(tái)機(jī)器墜毀的地方！編碼器必須能夠承受這種負(fù)載。旋轉(zhuǎn)編碼器的磁性測量原理也有助于實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，它非常適合在惡劣環(huán)境中使用。



圖2 a）和b）：作為一種具有冗余位置檢測的絕對數(shù)字編碼器，為苛刻的測量任務(wù)而開發(fā)的，尤其是在移動(dòng)機(jī)器中。

用于貧瘠土壤和重載的基樁

如果土壤質(zhì)量差，建筑物特別重，則有必要壓實(shí)地基樁。我們的樁基系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是它是一個(gè)完全擠壓的樁基系統(tǒng)，所以我們不必挖掘任何土壤和處理任何事情。在壓實(shí)樁基的幫助下，我們可以處理任何地面。如果不能將其打得很深，我們可以簡單地將樁基壓縮得更大一點(diǎn)，使建筑具有必要的穩(wěn)定性。

如果是風(fēng)力渦輪機(jī)，則另一個(gè)參數(shù)有效：風(fēng)力渦輪機(jī)的高度。為了牢固地錨定在地面上，需要一個(gè)傾斜的樁，也可以用打樁機(jī)將其打入地面，再加上自由落體的重量。24-36根樁錨定在周圍地面上；兩個(gè)樁向外傾斜，一個(gè)樁向內(nèi)傾斜。樁交替布置，因?yàn)樗鼈儽仨毘惺苋Q于風(fēng)向的張力和壓力。

打樁機(jī)在起作用：一個(gè)巨大的自由落體打樁錘進(jìn)入打樁管，將混凝土和礫石壓實(shí)成穩(wěn)定的地基。旋轉(zhuǎn)編碼器主要監(jiān)測絞車的位置。

移動(dòng)機(jī)器模塊化系統(tǒng)

編碼器在應(yīng)用安全性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)健性方面滿足了我的期望。WV58MR是PURE.MOBILE傳感器模塊組件的一部分，該組件專為移動(dòng)機(jī)械和商用車的高要求而開發(fā)。此徽標(biāo)中的所有傳感器都具有以下特性：

可以提供性能級別為d（PLd）的單通道或安全版本

防護(hù)等級高達(dá)IP6K9K

?擴(kuò)展溫度范圍：-40至+85°C（可選：+105°C）

極高的抗沖擊和振動(dòng)性能

可擴(kuò)展和可配置的功能，如傾斜、DIP開關(guān)、帶選項(xiàng)卡的數(shù)字I/O

只要這不影響編碼器的穩(wěn)健性，這些特性對于我們未來在土木工程中的特殊應(yīng)用也是不可或缺的。因此，傳感器專家通過他們的測量解決方案為移動(dòng)設(shè)備找到了合適的答案。


圖4：導(dǎo)樁器可以靈活使用，并使用專用運(yùn)輸車輛運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)的施工現(xiàn)場。

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