CN106638546A - 自由下放卷扬自动连续夯冲控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自由下放卷扬自动连续夯冲控制系统及方法，控制模式包括手动控制、定次数定高度自动夯冲、定贯入度定高度自动夯冲、定次数定高度差自动夯冲、定贯入度定高度差五种；控制器根据人机交互界面的输入信号，再基于拉力传感器、深度检测装置和压力开关的输入信号，控制卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀、卷扬离合器控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，按选择的控制模式控制卷扬工作。本发明可满足不同的工程施工需求；自动连续夯冲作业时，能有效防止钢丝绳过放和过载，保证工作装置自由下放落地后再制动，防止钢丝绳崩断；有效提高了机械的安全性能与施工效率和质量，降低工人劳动强度。

Description

自由下放卷扬自动连续夯冲控制系统及方法

技术领域

本发明涉及机电液一体化控制领域，更具体地，涉及一种基础工程装备自由下放卷扬自动连续夯冲控制系统及方法。

背景技术

在基础施工领域，基础工程装备通过卷扬吊载工装装置进行连续夯击加固地基或连续冲抓成孔作业，主要有两种实现方式：1.卷扬提升工作装置至一定高度后，通过脱钩装置将工作装置与钢丝绳分离，工作装置自由落体夯击或冲抓；2.利用带自由下放功能的卷扬提升工作装置至一定高度，卷扬离合、刹车打开，重力作用下工作装置拖拽钢丝绳一同快速下放，进行夯击或冲抓作业。

上述方式1需要人工复位脱钩器、挂工作装置，导致施工不连续、效率较低，工人操作强度大，施工安全性差。该种方式趋于淘汰。方式2利用装配带自由下放功能卷扬的桩架或起重机等作为主机，利用卷扬的自由下放功能实现工作装置与钢丝绳不分离夯冲作业。如图1所示，操作手操作带自由下放功能的卷扬1动作，通过钢丝绳4经过渡滑轮2和鹅头3(即顶部滑轮组部件)吊载工作装置5至一定高度，再操作带自由下放功能的卷扬1处于自由下放状态，在重力作用下工作装置5拖拽钢丝绳4一同快速下放，进行工作装置或冲抓作业。工作装置落地后，操作手控制带自由下放功能的卷扬1刹车制动，防止钢丝绳乱绳。再控制卷扬1处于正常状态上提，依次往复循环作业。相对方式1大大提高施工效率和灵活性，降低施工成本，目前已广泛应用。但是存在两个显著问题：1、上述操作指令全部由操作手给出，工作装置落地瞬间，如果操作手刹车制动不及时，惯性作用导致钢丝绳过放乱绳。如果刹车制动过早，工作装置还没有完全落地则会导致钢丝绳崩断或机身倾覆；2、夯冲作业中特别是夯击加固地基工程，对夯锤重量、夯击高度和夯击能均有明确要求，仅仅依靠操作手的主观判断难以保证施工质量要求；2.连续夯冲作业时，操作手手动循环操作，工作强度大。

经检索发现，申请号201320630437.4授权公告号CN203475410U的中国实用新型专利公开了一种全自动重夯机，采用卷扬机提升夯锤，在离合器控制电路中并联有时间继电器，通过时间控制提锤高度，在一定程度上提高了施工效率，然而采用时间控制夯锤动作，难以精确化控制，会出现钢丝绳过放乱绳等问题，并且其模式单一，难以适应不同的施工要求。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种自由下放卷扬自动连续夯冲控制系统及方法，具有手动控制，以及定次数定高度自动夯冲、定贯入度定高度自动夯冲、定次数定高度差自动夯冲、定贯入度定高度差五种控制模式，可满足不同的工程施工需求；自动连续夯冲作业时，能有效防止钢丝绳过放和过载，保证工作装置自由下放落地后再制动，防止钢丝绳崩断；有效提高了机械的安全性能与施工效率和质量，降低工人劳动强度。

本发明的技术方案如下：

一种自由下放卷扬自动连续夯冲控制系统，包括深度检测装置、拉力传感器、压力开关、人机交互界面、卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀、卷扬离合器控制电磁阀、卷扬控制电磁阀和控制器；所述拉力传感器、深度检测装置、压力开关、人机交互模块的输出端均与控制器的信号输入端相连；所述控制器的信号输出端与卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀、卷扬离合器控制电磁阀和卷扬控制电磁阀的控制端相连；

人机交互界面用于选择控制器的控制模式及输入相应的控制参数；其中控制模式包括手动控制、定次数定高度自动夯冲、定贯入度定高度自动夯冲、定次数定高度差自动夯冲、定贯入度定高度差五种，可满足不同的工程施工需求；

控制器根据人机交互界面的输入信号，再基于拉力传感器、深度检测装置和压力开关的输入信号，控制卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀、卷扬离合器控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，按选择的控制模式控制卷扬工作。

控制器基于深度检测装置，实现相对地面恒定高度提升工作装置和离桩恒定高度提升工作装置；同时基于深度检测装置，检测单次夯冲贯入度，实现定贯入度夯冲，防止无效施工，降低施工成本；

控制器基于拉力传感器，在工作装置上提时，防止钢丝绳过载和空载；在工作装置下放时，防止提早制动导致钢丝绳过载断裂，同时防止工作装置释放完毕时钢丝绳过放乱绳；

控制器基于压力开关监测卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀至卷扬滚筒制动油缸控制口之间的压力，使得卷扬滚筒制动油缸制动时，控制卷扬离合器控制阀的控制信号方起作用，防止误操作。如图2所示，控制器的输入为拉力传感器信号、深度检测装置信号、压力开关信号、模式选择信号、夯冲次数M、夯冲总贯入度h_参、工作装置提升距地面高度H、工作装置每次提升距桩的相对高度量ΔH、工作装置实际重量G_实际，贯入度参考值X，输出为卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀Y4信号，卷扬离合器控制电磁阀Y3信号，卷扬控制电磁阀Y1、Y2信号，警报信号。

一种自由下放卷扬自动连续夯冲控制方法，包括以下步骤：

步骤1、通过人机交互界面选择控制器的控制模式，并输入控制参数；其中控制模式包括手动控制、定次数定高度自动夯冲、定贯入度定高度自动夯冲、定次数定高度差自动夯冲、定贯入度定高度差五种；

步骤2、控制器根据人机交互界面的输入信号，再基于拉力传感器、深度检测装置和压力开关的输入信号，控制卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀、卷扬离合器控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，按选择的控制模式控制卷扬工作。

所述手动控制模式的控制方法为：控制信号由操作者给出，操作卷扬进行上提下放、夯冲等作业，相关控制方法为现有技术，在此不做描述。

所述定次数定高度自动夯冲模式的控制方法为：

步骤1、通过人机交互界面选择定次数定高度自动夯冲模式，输入夯冲次数M、工作装置提升距地面高度H，贯入度参考值X，工作装置实际重量G_实际、钢丝绳最大承受拉力G_max；设置当前夯击次数i＝0；

步骤2、控制器检测起夯信号，检测到起夯信号时进行下一步；

步骤3、判断当前夯击次数i是否超过设定的夯冲次数M，超过则结束，没有超过则令i＝i+1，并继续进行下一步；

步骤4、输出控制信号至卷扬离合器控制电磁阀、卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动停止、卷扬控制电磁阀打开，卷扬滚筒在液压马达驱动下提升工作装置；通过拉力传感器检测钢丝绳拉力G，据此判断是否离地；在工作装置刚开始离地时，判断当前钢丝绳拉力G是否小于钢丝绳最大承受拉力G_max且大于工作装置实际重量G_实际的a倍，如果是则继续运行，同时通过深度检测装置检测并保存工作装置刚开始离地时的高度h；否则输出控制信号，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报，结束；

步骤5、通过深度检测装置监测工作装置的离地高度，当工作装置提升至离地高度为H时，输出控制信号，使卷扬控制电磁阀中位、卷扬滚筒制动油缸制动、卷扬离合器分离；

步骤6、输出控制信号，使卷扬滚筒制动油缸制动停止，重力作用下工作装置拖拽钢丝绳一同快速下放；判断钢丝绳拉力G是否小于工作装置实际重量G_实际的b倍(0.2)，如果小于说明工作装置已经触桩夯击完毕，输出控制信号，使卷扬滚筒制动油缸制动，防止钢丝绳过放；

步骤7、通过深度检测装置检测并保存当前工作装置离地高度h'；将h‐h'即为当次夯冲贯入度；判断h‐h'是否大于X，如果小于或等于X则有可能此高度下夯冲难以继续或者夯冲过程中遇到石块等偶然原因，在此种情况下再循环夯冲N次，如果h‐h'仍小于或等于X，则输出控制信号，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报，结束；如果大于X则继续往下运行，循环至步骤3。

所述定贯入度定高度自动夯冲模式的控制方法为：

步骤1、通过人机交互界面选择定贯入度定高度自动夯冲模式，输入总贯入度h_参、贯入度参考值X，工作装置提升距地面高度H，工作装置实际重量G_实际、钢丝绳最大承受拉力G_max；

步骤2、检测起夯信号，检测到起夯信号时进行下一步；

步骤3、判断当前贯入度h_总是否超过设定的总贯入度h_参，超过则结束，没有超过则继续进行下一步；

步骤4、输出控制信号至卷扬离合器控制电磁阀、卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动停止、卷扬控制电磁阀打开，卷扬滚筒在液压马达驱动下上提工作装置；通过拉力传感器检测钢丝绳拉力G，判断是否离地；在工作装置刚开始离地时，判断当前钢丝绳拉力G是否小于钢丝绳最大承受拉力且大于工作装置实际重量G_实际的a倍(20％的误差空间)，如果是则继续运行，同时通过深度检测装置检测并保存工作装置刚开始离地时的高度h；否则输出控制信号，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报，结束；

步骤5、通过深度检测装置监测工作装置的离地高度，当工作装置提升至离地高度为H时，输出控制信号，使卷扬控制电磁阀中位、卷扬滚筒制动油缸制动、卷扬离合器分离；

步骤6、输出控制信号，使卷扬滚筒制动油缸制动停止，重力作用下工作装置拖拽钢丝绳一同快速下放；判断钢丝绳拉力G是否小于工作装置实际重量G_实际的b倍，如果小于说明工作装置已经触桩夯击完毕，输出控制信号，使卷扬滚筒制动油缸制动，防止钢丝绳过放；

步骤7、通过深度检测装置检测并保存当前工作装置离地高度h'；将h‐h'即为当次夯冲贯入度；判断h‐h'是否大于X，如果小于或等于X则有可能此高度下夯冲难以继续或者夯冲过程中遇到石块等偶然原因，在此种情况下再循环夯冲N次，如果h‐h'仍小于或等于X，则输出控制信号，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报，结束；如果大于X则令h_总＝h_总+(h‐h')，继续往下运行，循环至步骤3。

模式四：定次数定高度差自动夯冲模式的控制方法为：

步骤1、通过人机交互界面选择定次数定高度差自动夯冲模式，输入夯冲次数M，工作装置每次提升距桩的相对高度量ΔH，贯入度参考值X，工作装置实际重量G_实际、钢丝绳最大承受拉力；设置当前夯击次数i＝0；

步骤2、检测起夯信号，检测到起夯信号时进行下一步；

步骤3、判断当前夯击次数i是否超过设定的夯冲次数M，超过则结束，没有超过则令i＝i+1，并继续进行下一步；

步骤4、输出控制信号至卷扬离合器控制电磁阀、卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动停止、卷扬控制电磁阀打开，卷扬滚筒在液压马达驱动下上提工作装置；通过拉力传感器检测钢丝绳拉力G，判断是否离地；在工作装置刚开始离地时，判断当前钢丝绳拉力G是否小于钢丝绳最大承受拉力且大于工作装置实际重量G_实际的a倍，如果是则继续运行，同时通过深度检测装置检测并保存工作装置刚开始离地时的高度h；否则输出控制信号，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报，结束；

步骤5、通过深度检测装置监测工作装置的提升高度，当工作装置提升至离桩ΔH时，输出控制信号，使卷扬控制电磁阀中位，卷扬滚筒制动油缸制动、卷扬离合器分离；

步骤6、输出控制信号，使卷扬滚筒制动油缸制动停止，重力作用下工作装置拖拽钢丝绳一同快速下放；判断钢丝绳拉力G是否小于工作装置实际重量G_实际的b倍，如果小于说明工作装置已经触桩夯击完毕，输出控制信号，使卷扬滚筒制动油缸制动，防止钢丝绳过放；

步骤7、深度检测装置检测并保存当前工作装置离地的高度h'；将h‐h'即为当次夯冲贯入度；判断h‐h'是否大于X，如果小于或等于X则有可能此高度下夯冲难以继续或者夯冲过程中遇到石块等偶然原因，在此种情况下再循环夯冲N次，如果h‐h'仍小于或等于X，则输出控制信号，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报，结束；如果大于X则继续往下运行，循环至步骤3；

模式五：定贯入度定高度差自动夯冲模式的控制方法为：

步骤1、通过人机交互界面选择定贯入度定高度自动夯冲模式，输入总贯入度h_参，工作装置每次提升距桩的相对高度量ΔH，贯入度参考值X，工作装置实际重量G_实际、钢丝绳最大承受拉力；

步骤2、检测起夯信号，检测到起夯信号时进行下一步；

步骤3、判断当前贯入度h_总是否超过设定的总贯入度h_参，超过则结束，没有超过则继续进行下一步；

步骤4、输出控制信号至卷扬离合器控制电磁阀、卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动停止、卷扬控制电磁阀打开，卷扬滚筒在液压马达驱动下上提工作装置；通过拉力传感器检测钢丝绳拉力G，判断是否离地；在工作装置刚开始离地时，钢丝绳判断当前拉力是否小于钢丝绳最大承受拉力且大于工作装置实际重量G_实际的a倍，如果不满足则输出控制信号，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报；如果满足条件则继续运行，同时通过深度检测装置检测并保存工作装置刚开始离地时的高度h；

步骤5、通过深度检测装置监测工作装置的提升高度，当工作装置提升至离桩ΔH时，输出控制信号，使卷扬控制电磁阀中位，卷扬滚筒制动油缸制动、卷扬离合器分离；

步骤6、输出控制信号，使卷扬滚筒制动油缸制动停止，重力作用下工作装置拖拽钢丝绳一同快速下放；判断钢丝绳拉力G是否小于工作装置实际重量G_实际的b倍，如果小于说明工作装置已经触桩夯击完毕，输出控制信号，使卷扬滚筒制动油缸制动，防止钢丝绳过放；

步骤7、深度检测装置检测并保存当前工作装置离地的高度h'；将h‐h'即为当次夯冲贯入度；判断h‐h'是否大于X，如果小于或等于X则有可能此高度下夯冲难以继续或者夯冲过程中遇到石块等偶然原因，在此种情况下再循环夯冲N次，如果h‐h'仍小于或等于X，则输出控制信号，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报，结束；如果大于X则令h_总＝h_总+(h‐h')，继续往下运行，循环至步骤3。

本发明在自动模式下，一旦夯冲完毕或工作异常导致作业结束，均会发出警报信号。

自动控制模式中的参数a、b根据经验设定，根据测试和实际使用情况变化。作为一种实施方式，所述a取值为0.8，保留20％的误差空间，所述b取值为0.2。

有益效果：

本发明创新性的通过电液联合控制设计了自由下放卷扬自动连续夯冲逻辑控制方法，其优势在于：1.能实现手动夯冲和自动夯冲，自动夯减轻人工劳动强度。2.自动夯方式下有4种模式可选，满足不同工程施工需求。3.利用检测钢丝绳的拉力判断控制卷扬刹车制动，可以有效解决工作装置下落时钢丝绳过放或提早制动导致钢丝绳过载断裂的问题。

附图说明

图1是夯冲机械示意简图。

图2是本发明的自动连续夯冲控制信号示意图。

图3是本发明的自动连续夯冲控制流程图。

图4是本发明的自由下放卷扬液压控制系统图。

附图标记说明：

1为卷扬，2为滑轮，3为鹅头，4为钢丝绳，5为工作装置，6为卷扬总成，7为压力开关，8为卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀，9为卷扬离合器控制电磁阀，10为卷扬控制电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步地详细说明。

如图2所示，本发明的自由下放卷扬自动连续夯冲控制系统(电液控制系统)，包括压力开关7，卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀8(Y4)，卷扬离合器控制电磁阀9(Y3)，卷扬控制电磁阀10(Y1、Y2)，带自由下放功能的卷扬总成6组成。所述卷扬总成1包括液压马达、控制辅助阀块、滚筒、离合器和卷扬滚筒制动油缸。利用深度检测装置和拉力传感器发出控制信号。

本发明具体程序控制思路如图3所示，包括以下控制模式：

模式一：手动控制模式。

附图4为一种自由下放卷扬液压控制系统图，主要包括带自由下放功能的卷扬6，压力开关7，卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀，卷扬离合器控制电磁阀，卷扬控制电磁阀。夯冲作业时操作步骤一般为：

操作手给出信号卷扬离合器闭合(Y3失电，E'口泄油)、卷扬滚筒制动油缸制动停止(Y4失电，F'口泄油)状态下，卷扬控制电磁阀工作(Y1得电)，压力油经A口进入卷扬驱动提升工作装置。

提至要求高度，操作手给出信号卷扬控制电磁阀回中位(Y1失电)，卷扬滚筒制动油缸制动(Y4得电，压力油进入F'口)，卷扬离合器分离(Y3得电，压力油进入E'口)。

操作手给出信号卷扬滚筒制动油缸制动停止(Y4失电，F'口泄油)，工作装置连同钢丝绳自由下放，工作装置落地后控制卷扬滚筒制动油缸制动(Y4得电，压力油进入F'口)。

卷扬离合器闭合(Y3失电，E'口泄油)、卷扬滚筒制动油缸制动停止(Y4失电，F'口泄油)。如此循环连续作业。

模式二：定次数定高度自动夯冲模式。

1.选择定次数定高度自动夯冲模式，控制器程序初始化，清除上次操作参数保留值。

2.操作手在用户界面输入参数：输入夯冲次数M、工作装置提升距地面的高度H，贯入度参考输入值X，当前所挂工作装置重量G_实际。完成参数输入，点击界面开始按钮，发出控制信号。

3.判断当前是否为定次数模式，并判断当前夯击次数是否超过设定值M，没超过继续运行，超过则结束运行。

4.Y3失电，E'口泄油，卷扬离合器闭合，Y4失电，F'口泄油，卷扬滚筒制动油缸制动停止。卷扬控制电磁阀10左位工作(Y1得电)，压力油经A口驱动液压马达。卷扬在液压马达带动下开始转动，钢丝绳开始拉直绷紧，工作装置将要提升。

5.通过拉力传感器检测钢丝绳拉力G，判断当前拉力是否小于钢丝绳最大承受拉力且大于实际输入重量G_实际的0.8倍(20％的误差空间)，如果不满足则发出电信号，Y3和Y4得电，卷扬离合器关闭，卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报。如果满足条件则继续运行下一步，深度检测装置检测并保存工作装置刚开始离地时的高度h。

6.判断当前是否为定高度模式，定高度模式下，通过深度检测装置检测提升高度到离地H。

7.电信号使卷扬控制电磁阀10回中位(Y1失电)，Y4得电，压力油进入F'口，卷扬滚筒制动油缸制动，Y3得电，压力油进入E'口，卷扬离合器分离。

8.工作装置稳定后，Y4失电换向，F'口泄油，卷扬滚筒制动油缸制动停止，工作装置落下释放势能。同时拉力检测装置实时检测钢丝绳拉力，当钢丝绳拉力小于0.2倍的实际重量时，说明工作装置已经触底夯冲完毕，发出电信号控制Y4得电，压力油进入F'口，卷扬滚筒制动油缸制动，钢丝绳停止下放。

9.深度检测装置检测并保存工作装置离地的高度h'。将h‐h'即为当次夯冲贯入度。判断贯入度是否大于X，如果小于X则有可能此高度下夯冲难以继续或者夯冲过程中遇到石块等偶然原因，在此种情况下在循环夯冲N次，N次内如果h‐h'仍小于X，则发出电信号，Y3和Y4得电，卷扬离合器关闭，卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报。如果大于X则继续往下运行，循环至第3步。完成一次循环施工。

模式三：定贯入度定高度自动夯冲模式。

1.选择定贯入度定高度自动夯冲模式，控制器程序初始化，清除上次操作参数保留值。

2.操作手在用户界面输入参数：输入桩入土总贯入度h_参、工作装置提升距地面的高度H，贯入度参考输入值X，当前所挂工作装置重量G_实际。完成参数输入，点击界面开始按钮，发出起夯信号。

3.判断当前是否为定贯入度模式，并判断当前总贯入度是否超过设定值h_参，没超过继续运行，超过则结束运行。

4.Y3失电，E'口泄油，卷扬离合器闭合，Y4失电，F'口泄油，卷扬滚筒制动油缸制动停止。卷扬控制电磁阀10左位工作(Y1得电)，压力油经A口驱动液压马达。卷扬在液压马达带动下开始转动，钢丝绳开始拉直绷紧，工作装置将要提升。

5.通过拉力传感器检测钢丝绳拉力G，判断当前拉力是否小于钢丝绳最大承受拉力且大于实际输入重量G_实际的0.8倍(20％的误差空间)，如果不满足则发出电信号，Y3和Y4得电，卷扬离合器关闭，卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报。如果满足条件则继续运行下一步，深度检测装置检测并保存工作装置刚开始离地时的高度h。

6.判断当前是否为判断当前为定高度模式，定高度模式下，通过深度检测装置检测提升高度到离地H。

7.电信号使卷扬控制电磁阀10回中位(Y1失电)，Y4得电，压力油进入F'口，卷扬滚筒制动油缸制动，Y3得电，压力油进入E'口，卷扬离合器分离。

8.工作装置稳定后，Y4失电换向，F'口泄油，卷扬滚筒制动油缸制动停止，工作装置落下释放势能。同时拉力检测装置实时检测钢丝绳拉力，当钢丝绳拉力小于0.2倍的实际重量时，说明工作装置已经触底夯冲完毕，发出电信号控制Y4得电，压力油进入F'口，卷扬滚筒制动油缸制动，钢丝绳停止下放。

9.深度检测装置检测并保存工作装置离地的高度h'。将h‐h'即为当次夯冲贯入度。判断贯入度是否大于X，如果小于X则有可能此高度下夯冲难以继续或者夯冲过程中遇到石块等偶然原因，在此种情况下在循环夯冲N次，N次内如果h‐h'仍小于X，则发出电信号，Y3和Y4得电，卷扬离合器关闭，卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报。如果大于X则继续往下运行，循环至第3步。完成一次循环。

模式四：定次数定高度差自动夯冲模式。

1.选择定次数定高度差自动夯冲模式，控制器程序初始化，清除上次操作参数保留值。卷扬控制电磁阀10左位工作(Y1得电)，压力油经A口驱动液压马达。

2.操作手在用户界面输入参数：输入夯冲次数M、工作装置每次提升距桩的相对高度量ΔH，贯入度参考输入值X，当前所挂工作装置重量G_实际。完成参数输入，点击界面开始按钮，发出起夯信号。

3.判断当前是否为定次数模式，并判断当前夯击次数是否超过设定值M，没超过继续运行，超过则结束运行。

4.Y3失电，E'口泄油，卷扬离合器闭合，Y4失电，F'口泄油，卷扬滚筒制动油缸制动停止。卷扬控制电磁阀10左位工作(Y1得电)，压力油经A口驱动液压马达。卷扬在液压马达带动下开始转动，钢丝绳开始拉直绷紧，工作装置将要提升。

5.通过拉力传感器检测钢丝绳拉力G，判断当前拉力是否小于钢丝绳最大承受拉力且大于实际输入重量G_实际的0.8倍(20％的误差空间)，如果不满足则发出电信号，Y3和Y4得电，卷扬离合器关闭，卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报。如果满足条件则继续运行下一步，深度检测装置检测并保存工作装置刚开始离地时的高度h。

6.判断当前是否为判断当前为定高度差模式，定高度差模式下，通过深度检测装置检测提升高度到离桩ΔH。

7.电信号使卷扬控制电磁阀10回中位(Y1失电)，Y4得电，压力油进入F'口，卷扬滚筒制动油缸制动，Y3得电，压力油进入E'口，卷扬离合器分离。

8.工作装置稳定后，Y4失电换向，F'口泄油，卷扬滚筒制动油缸制动停止，工作装置落下释放势能。同时拉力检测装置实时检测钢丝绳拉力，当钢丝绳拉力小于0.2倍的实际重量时，说明工作装置已经触底夯冲完毕，发出电信号控制Y4得电，压力油进入F'口，卷扬滚筒制动油缸制动，钢丝绳停止下放。

9.深度检测装置检测并保存工作装置离地的高度h'。将h‐h'即为当次夯冲贯入度。判断贯入度是否大于X，如果小于X则有可能此高度下夯冲难以继续或者夯冲过程中遇到石块等偶然原因，在此种情况下在循环夯冲N次，N次内如果h‐h'仍小于X，则发出电信号，Y3和Y4得电，卷扬离合器关闭，卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报。如果大于X则继续往下运行，循环至第3步。完成一次循环。

模式五：定贯入度定高度差自动夯冲模式。

1.选择定贯入度定高度差自动夯冲模式，控制器程序初始化，清除上次操作参数保留值。卷扬控制电磁阀10左位工作(Y1得电)，压力油经A口驱动液压马达。

2.操作手在用户界面输入参数：输入桩入土总贯入度h_参、工作装置每次提升距桩的相对高度量ΔH，贯入度参考输入值X，当前所挂工作装置重量G_实际。完成参数输入，点击界面开始按钮，发出起夯信号。

3.判断当前是否为定贯入度模式，再继续判断当前贯入度是否超过设定贯入度h_参，超过则结束，没有超过则继续运行。

4.Y3失电，E'口泄油，卷扬离合器闭合，Y4失电，F'口泄油，卷扬滚筒制动油缸制动停止。卷扬控制电磁阀10左位工作(Y1得电)，压力油经A口驱动液压马达。卷扬在液压马达带动下开始转动，钢丝绳开始拉直绷紧，工作装置将要提升。

5.通过拉力传感器检测钢丝绳拉力G，判断当前拉力是否小于钢丝绳最大承受拉力且大于实际输入重量G_实际的0.8倍(20％的误差空间)，如果不满足则发出电信号，Y3和Y4得电，卷扬离合器关闭，卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报。如果满足条件则继续运行下一步，深度检测装置检测并保存工作装置刚开始离地时的高度h。

6.判断当前是否为判断当前为定高度差模式，定高度差模式下，以桩为参照，通过深度检测装置检测提升高度到离桩ΔH。

7.电信号使卷扬控制电磁阀10回中位(Y1失电)，Y4得电，压力油进入F'口，卷扬滚筒制动油缸制动，Y3得电，压力油进入E'口，卷扬离合器分离。

8.工作装置稳定后，Y4失电换向，F'口泄油，卷扬滚筒制动油缸制动停止，工作装置落下释放势能。同时拉力检测装置实时检测钢丝绳拉力，当钢丝绳拉力小于0.2倍的实际重量时，说明工作装置已经触底夯冲完毕，发出电信号控制Y4得电，压力油进入F'口，卷扬滚筒制动油缸制动，钢丝绳停止下放。

9.深度检测装置检测并保存工作装置离地的高度h'。将h‐h'即为当次夯冲贯入度。判断贯入度是否大于X，如果小于X则有可能此高度下夯冲难以继续或者夯冲过程中遇到石块等偶然原因，在此种情况下在循环夯冲N次，N次内如果h‐h'仍小于X，则发出电信号，Y3和Y4得电，卷扬离合器关闭，卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报。如果大于X则继续往下运行，循环至第3步。完成一次循环。

压力开关起安全保护作用，在夯冲作业时，必须在卷扬滚筒制动油缸制动(Y4得电，压力油进入F'口)状态下，Y3信号方起作用。

此外，自由下放卷扬结构和控制原理有多种，本发明逻辑控制方法均适用。如自由下放卷扬有内置碟片式离合+外抱式卷筒油缸制动、外置机械式内张离合+外抱式卷筒油缸制动、内置双作用碟片式离合器等多种形式，该逻辑控制方法均适用于上述形式卷扬控制。所述具体实施方案仅是结合附图4内置碟片式离合+外抱式卷筒油缸制动形式自由下放卷扬的详细描述。且该方式控制元件可有多种方案，如刹车控制电磁阀，离合器控制电磁，卷扬控制电磁阀也可是液压先导换向阀或机械换向阀。

定次数定高度自动夯冲、定贯入度定高度自动夯冲、定次数定高度差自动夯冲、定贯入度定高度差自动夯冲模式下，步骤5中“判断当前拉力是否小于钢丝绳最大承受拉力且大于实际输入重量G_实际的0.8倍(20％的误差空间)”，该处0.8倍仅是经验参数，根据测试和实际使用情况变化。步骤8中“当钢丝绳拉力小于0.2倍的实际重量时”，该处0.2倍仅是经验参数，根据测试和实际使用情况变化。

Claims (7)

1.一种自由下放卷扬自动连续夯冲控制系统，其特征在于，包括深度检测装置、拉力传感器、压力开关、人机交互界面、卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀、卷扬离合器控制电磁阀、卷扬控制电磁阀和控制器；所述拉力传感器、深度检测装置、压力开关、人机交互模块的输出端均与控制器的信号输入端相连；所述控制器的信号输出端与卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀、卷扬离合器控制电磁阀和卷扬控制电磁阀的控制端相连；

人机交互界面用于选择控制器的控制模式及输入相应的控制参数；其中控制模式包括手动控制、定次数定高度自动夯冲、定贯入度定高度自动夯冲、定次数定高度差自动夯冲、定贯入度定高度差五种；

控制器根据人机交互界面的输入信号，再基于拉力传感器、深度检测装置和压力开关的输入信号，控制卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀、卷扬离合器控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，按选择的控制模式控制卷扬工作。

2.一种自由下放卷扬自动连续夯冲控制方法，其特征在于，采用权利要求1所述的系统，包括以下步骤：

步骤1、通过人机交互界面选择控制器的控制模式，并输入控制参数；其中控制模式包括手动控制、定次数定高度自动夯冲、定贯入度定高度自动夯冲、定次数定高度差自动夯冲、定贯入度定高度差五种；

步骤2、控制器根据人机交互界面的输入信号，再基于拉力传感器、深度检测装置和压力开关的输入信号，控制卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀、卷扬离合器控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，按选择的控制模式控制卷扬工作。

3.根据权利要求1所述的自由下放卷扬自动连续夯冲控制方法，其特征在于，所述定次数定高度自动夯冲模式的控制方法为：

步骤1、通过人机交互界面选择定次数定高度自动夯冲模式，输入夯冲次数M、工作装置提升距地面高度H，贯入度参考值X，工作装置实际重量G_实际、钢丝绳最大承受拉力G_max；设置当前夯击次数i＝0；

步骤2、控制器检测起夯信号，检测到起夯信号时进行下一步；

步骤3、判断当前夯击次数i是否超过设定的夯冲次数M，超过则结束，没有超过则令i＝i+1，并继续进行下一步；

步骤4、输出控制信号至卷扬离合器控制电磁阀、卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动停止、卷扬控制电磁阀打开，卷扬滚筒在液压马达驱动下提升工作装置；通过拉力传感器检测钢丝绳拉力G，据此判断是否离地；在工作装置刚开始离地时，判断当前钢丝绳拉力G是否小于钢丝绳最大承受拉力G_max且大于工作装置实际重量G_实际的a倍，如果是则继续运行，同时通过深度检测装置检测并保存工作装置刚开始离地时的高度h；否则输出控制信号，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报，结束；

步骤5、通过深度检测装置监测工作装置的离地高度，当工作装置提升至离地高度为H时，输出控制信号，使卷扬控制电磁阀中位、卷扬滚筒制动油缸制动、卷扬离合器分离；

步骤6、输出控制信号，使卷扬滚筒制动油缸制动停止，重力作用下工作装置拖拽钢丝绳一同快速下放；判断钢丝绳拉力G是否小于工作装置实际重量G_实际的b倍，如果小于说明工作装置已经触桩夯击完毕，输出控制信号，使卷扬滚筒制动油缸制动，防止钢丝绳过放；

步骤7、通过深度检测装置检测并保存当前工作装置离地高度h'；将h‐h'即为当次夯冲贯入度；判断h‐h'是否大于X，如果小于或等于X则有可能此高度下夯冲难以继续或者夯冲过程中遇到石块等偶然原因，在此种情况下再循环夯冲N次，如果h‐h'仍小于或等于X，则输出控制信号，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报，结束；如果大于X则继续往下运行，循环至步骤3。

4.根据权利要求1所述的自由下放卷扬自动连续夯冲控制方法，其特征在于，所述定贯入度定高度自动夯冲模式的控制方法为：

步骤1、通过人机交互界面选择定贯入度定高度自动夯冲模式，输入总贯入度h_参、贯入度参考值X，工作装置提升距地面高度H，工作装置实际重量G_实际、钢丝绳最大承受拉力G_max；

步骤2、检测起夯信号，检测到起夯信号时进行下一步；

步骤3、判断当前贯入度h_总是否超过设定的总贯入度h_参，超过则结束，没有超过则继续进行下一步；

步骤4、输出控制信号至卷扬离合器控制电磁阀、卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动停止、卷扬控制电磁阀打开，卷扬滚筒在液压马达驱动下上提工作装置；通过拉力传感器检测钢丝绳拉力G，判断是否离地；在工作装置刚开始离地时，判断当前钢丝绳拉力G是否小于钢丝绳最大承受拉力且大于工作装置实际重量G_实际的a倍，如果是则继续运行，同时通过深度检测装置检测并保存工作装置刚开始离地时的高度h；否则输出控制信号，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报，结束；

步骤5、通过深度检测装置监测工作装置的离地高度，当工作装置提升至离地高度为H时，输出控制信号，使卷扬控制电磁阀中位、卷扬滚筒制动油缸制动、卷扬离合器分离；

步骤6、输出控制信号，使卷扬滚筒制动油缸制动停止，重力作用下工作装置拖拽钢丝绳一同快速下放；判断钢丝绳拉力G是否小于工作装置实际重量G_实际的b倍，如果小于说明工作装置已经触桩夯击完毕，输出控制信号，使卷扬滚筒制动油缸制动，防止钢丝绳过放；

步骤7、通过深度检测装置检测并保存当前工作装置离地高度h'；将h‐h'即为当次夯冲贯入度；判断h‐h'是否大于X，如果小于或等于X则有可能此高度下夯冲难以继续或者夯冲过程中遇到石块等偶然原因，在此种情况下再循环夯冲N次，如果h‐h'仍小于或等于X，则输出控制信号，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报，结束；如果大于X则令h_总＝h_总+(h‐h')，继续往下运行，循环至步骤3。

5.根据权利要求1所述的自由下放卷扬自动连续夯冲控制方法，其特征在于，所述定次数定高度差自动夯冲模式的控制方法为：

步骤1、通过人机交互界面选择定次数定高度差自动夯冲模式，输入夯冲次数M，工作装置每次提升距桩的相对高度量ΔH，贯入度参考值X，工作装置实际重量G_实际、钢丝绳最大承受拉力；设置当前夯击次数i＝0；

步骤2、检测起夯信号，检测到起夯信号时进行下一步；

步骤3、判断当前夯击次数i是否超过设定的夯冲次数M，超过则结束，没有超过则令i＝i+1，并继续进行下一步；

步骤4、输出控制信号至卷扬离合器控制电磁阀、卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动停止、卷扬控制电磁阀打开，卷扬滚筒在液压马达驱动下上提工作装置；通过拉力传感器检测钢丝绳拉力G，判断是否离地；在工作装置刚开始离地时，判断当前钢丝绳拉力G是否小于钢丝绳最大承受拉力且大于工作装置实际重量G_实际的a倍，如果是则继续运行，同时通过深度检测装置检测并保存工作装置刚开始离地时的高度h；否则输出控制信号，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报，结束；

步骤5、通过深度检测装置监测工作装置的提升高度，当工作装置提升至离桩ΔH时，输出控制信号，使卷扬控制电磁阀中位，卷扬滚筒制动油缸制动、卷扬离合器分离；

步骤6、输出控制信号，使卷扬滚筒制动油缸制动停止，重力作用下工作装置拖拽钢丝绳一同快速下放；判断钢丝绳拉力G是否小于工作装置实际重量G_实际的b倍，如果小于说明工作装置已经触桩夯击完毕，输出控制信号，使卷扬滚筒制动油缸制动，防止钢丝绳过放；

步骤7、深度检测装置检测并保存当前工作装置离地的高度h'；将h‐h'即为当次夯冲贯入度；判断h‐h'是否大于X，如果小于或等于X则有可能此高度下夯冲难以继续或者夯冲过程中遇到石块等偶然原因，在此种情况下再循环夯冲N次，如果h‐h'仍小于或等于X，则输出控制信号，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报，结束；如果大于X则继续往下运行，循环至步骤3。

6.根据权利要求1所述的自由下放卷扬自动连续夯冲控制方法，其特征在于，所述定贯入度定高度差自动夯冲模式的控制方法为：

步骤1、通过人机交互界面选择定贯入度定高度自动夯冲模式，输入总贯入度h_参，工作装置每次提升距桩的相对高度量ΔH，贯入度参考值X，工作装置实际重量G_实际、钢丝绳最大承受拉力；

步骤2、检测起夯信号，检测到起夯信号时进行下一步；

步骤3、判断当前贯入度h_总是否超过设定的总贯入度h_参，超过则结束，没有超过则继续进行下一步；

步骤4、输出控制信号至卷扬离合器控制电磁阀、卷扬滚筒制动油缸控制电磁阀和卷扬控制电磁阀，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动停止、卷扬控制电磁阀打开，卷扬滚筒在液压马达驱动下上提工作装置；通过拉力传感器检测钢丝绳拉力G，判断是否离地；在工作装置刚开始离地时，钢丝绳判断当前拉力是否小于钢丝绳最大承受拉力且大于工作装置实际重量G_实际的a倍，如果不满足则输出控制信号，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报；如果满足条件则继续运行，同时通过深度检测装置检测并保存工作装置刚开始离地时的高度h；

步骤5、通过深度检测装置监测工作装置的提升高度，当工作装置提升至离桩ΔH时，输出控制信号，使卷扬控制电磁阀中位，卷扬滚筒制动油缸制动、卷扬离合器分离；

步骤6、输出控制信号，使卷扬滚筒制动油缸制动停止，重力作用下工作装置拖拽钢丝绳一同快速下放；判断钢丝绳拉力G是否小于工作装置实际重量G_实际的b倍，如果小于说明工作装置已经触桩夯击完毕，输出控制信号，使卷扬滚筒制动油缸制动，防止钢丝绳过放；

步骤7、深度检测装置检测并保存当前工作装置离地的高度h'；将h‐h'即为当次夯冲贯入度；判断h‐h'是否大于X，如果小于或等于X则有可能此高度下夯冲难以继续或者夯冲过程中遇到石块等偶然原因，在此种情况下再循环夯冲N次，如果h‐h'仍小于或等于X，则输出控制信号，使卷扬离合器闭合、卷扬滚筒制动油缸制动，并发出警报，结束；如果大于X则令h_总＝h_总+(h‐h')，继续往下运行，循环至步骤3。

7.根据权利要求3～6中任一项所述的自由下放卷扬自动连续夯冲控制方法，其特征在于，所述a取值为0.8，所述b取值为0.2。