本发明主要涉及桩机技术领域，具体涉及一种cfg桩机智能打桩控制系统、控制方法及cfg桩机。
背景技术：
cfg（cementfly-ashgravel）长螺旋桩机是一种以水泥粉煤灰为原材料，用螺旋钻挖的方式一边成孔一边灌注混凝土以成形的快速高效成桩设施。cfg施工的这种工法起源于日本，以其无噪音、经济、高效等多重优势，近20年被大量应用。以cfg桩机成桩的地基工程，不受环保管控限制，建设速度快，周期短，费用低，因此在地基工程中，cfg桩数量极多。但cfg打桩方法也存在问题：cfg打桩的全过程都由人工控制，几乎整个市场上的cfg桩机中都没有配备可以用来精确控制的工具，为了保证打桩质量，行业中默认的最终成桩高度均需高出标准高度很多，导致混凝土存在很大浪费。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种控制精准、打桩效率高且成本低的cfg桩机智能打桩控制系统、控制方法及cfg桩机。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种cfg桩机智能打桩控制系统，包括料位检测单元、位移检测单元和控制单元；
所述料位检测单元安装于cfg桩机的钻杆上，用于检测所述钻杆内的物料高度；
所述位移检测单元安装于cfg桩机上，用于检测所述钻杆的位置；
所述控制单元分别与所述料位检测单元和位移检测单元相连，用于根据所述钻杆内的物料高度和钻杆的位置，控制钻杆的运动以及砂浆的泵送。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述料位检测单元包括高料位传感器和低料位传感器，所述高料位传感器和低料位传感器分别位于钻杆对称的两侧。
所述钻杆相对于高料位传感器的一侧开设有高喷料孔，所述钻杆相对于低料位传感器的一侧开设有低喷料孔。
还包括电源单元和无线通讯单元，所述电源单元与无线通讯单元相连；所述电源单元和无线通讯单元分别位于钻杆的相对两侧。
所述无线通讯单元通过通讯线与所述高料位传感器和低料位传感器相连，所述通讯线沿所述钻杆的螺纹方向分布。
还包括与所述控制单元相连的终端。
所述位移检测单元包括拉线传感器，所述拉线传感器的固定端安装于cfg桩机的定滑轮组的一侧，拉线端安装于cfg桩机的动滑轮组上。
本发明还公开了一种cfg桩机，包括桩机本体，所述桩机本体上设置有如上所述的cfg桩机智能打桩控制系统。
本发明进一步公开了一种基于如上所述的cfg桩机智能打桩控制系统的控制方法，包括一次成桩控制方法和多次打停成桩控制方法，其中一次成桩控制方法的步骤为：
1.1）钻杆下钻至最深处后开始提杆，位移检测单元检测到钻杆提杆到达泵送位置时，启动浆料的泵送；
1.2）位移检测单元检测所述钻杆是否位于指定位置；如达到指定位置，则停止提杆；
1.3）料位检测单元检测所述钻杆内的浆料是否满料；如果满料，则关闭浆料的泵送；
1.4）钻杆继续提杆，当位移检测单元检测到钻杆提至地面时，进行下次的成桩。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述多次打停成桩控制方法包括步骤：
2.1）钻杆下钻至最深处后开始提杆，位移检测单元检测到钻杆提杆到达泵送位置时，启动浆料的泵送；
2.2）位移检测单元检测所述钻杆是否位于指定位置，同时料位检测单元检测所述钻杆内的浆料是否满料；当钻杆未达到指定位置且满料时，则关闭浆料的泵送，钻杆继续提杆；
2.3）当位移检测单元检测到钻杆提杆预设距离后，执行步骤2.2），直至钻杆到达指定位置，停止提杆；
2.4）料位检测单元检测所述钻杆内的浆料是否满料；如果满料，则关闭浆料的泵送；
2.5）钻杆继续提杆，当位移检测单元检测到钻杆提至地面时，进行下次的成桩。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明是针对cfg桩基的料位精准控制而研发的，通过料位检测单元检测的钻杆内物料的高度，同时配合位移检测单元检测钻杆的位置，实现钻机的运动控制以及砂浆的泵送控制，进行精准灌浆，节省料浆，同时也缩短了打桩时间，效率高；上述整体控制系统操作简单、灵活性高、控制精准、适应范围广。
附图说明
图1为本发明的控制系统在实施例的方框结构图。
图2为本发明的位移检测单元在实施例的安装结构示意图。
图3为本发明的料位检测单元在实施例的安装结构示意图。
图4为本发明的料位检测单元在实施例的检测示意图。
图5为本发明的控制方法在实施例的流程图。
图例说明：1、料位检测单元；101、高料位传感器；102、低料位传感器；103、高喷料孔；104、低喷料孔；2、位移检测单元；201、固定端；202、拉线端；3、控制单元；4、终端；5、无线通讯单元；6、电源单元；7、泵车；8、钻杆驱动件；9、探针；10、钻杆。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本实施例的cfg桩机智能打桩控制系统，包括料位检测单元1、位移检测单元2和控制单元3；料位检测单元1安装于cfg桩机的钻杆10上，用于检测钻杆10内的物料（如砂浆）高度；位移检测单元2安装于cfg桩机上，用于检测钻杆10的位置，如钻杆10位于地面的深度或提升离开地面的高度；控制单元3分别与料位检测单元1和位移检测单元2相连，用于根据钻杆10内的物料高度和钻杆10的位置，控制钻杆10的运动以及砂浆的泵送，以实现精准灌浆，其中通过控制钻杆驱动件8（如驱动电机等）来实现对钻机运动的控制，通过控制泵车7来实现砂桨泵送的控制。本发明的cfg桩机智能打桩控制系统是针对cfg桩基而研发的料位精准控制系统，通过料位检测单元1检测的钻杆10内物料的高度，同时配合位移检测单元2检测钻杆10的位置，实现钻杆10的运动控制以及砂浆的泵送控制，进行精准灌浆，节省料浆，同时也缩短了打桩时间；上述整体控制系统操作简单、灵活性高、控制精准、适应范围广。
在一具体实施例中，还包括终端4（如位于驾驶室的控制电脑或手持平板等），其中终端4可以显示料位检测单元1、位移检测单元2以及泵车7的状态，并且可以对打桩的参数进行修改。
如图2所示，在一具体实施例中，位移检测单元2包括拉线传感器，拉线传感器的固定端201安装于cfg桩机的定滑轮组的一侧，拉线端202安装于cfg桩机的动滑轮组上，通过监测动滑轮组的垂直运动距离，从而得到钻杆10的实时垂直运动距离，对其位置进行精准检测。上述拉线传感器的结构简单且拆装简便。
在一具体实施例中，料位检测单元1包括高料位传感器101和低料位传感器102（如砂浆雷达传感器），高料位传感器101和低料位传感器102均安装于钻杆10上。具体地，高料位传感器101和低料位传感器102分别位于钻杆10对称的两侧。另外，钻杆10相对于高料位传感器101的一侧开设有高喷料孔103，钻杆10相对于低液位传感器的一侧开设有低喷料孔104。
具体地，由于各料位传感器需要探测钻杆10内部工作的情况，所以安装前需要在钻杆10上开四个孔（两个大孔用于探测，两个小孔用于观测喷料），其中开孔时要将高低料位传感器置于相对的两个垂直面上，以避免在同一垂直面上开孔而降低钻杆10的强度，另外两个料位传感器的距离不得小于30厘米。在进行安装时，先在钻杆10的定位环往上两米的地方用自喷漆标记好大小两个孔，然后在向上30厘米以上的地方再标记大小两个孔，注意两个大孔一个在正面，一个在背面。大孔的为料位传感器安装孔，小的为喷料孔。当混凝土到达喷料口附近时，由于管内气压较大，混凝土会从管内喷出来，从而知道混凝土的位置，进而检测料位传感器是否正常和防止料位传感器反应不灵敏，同时在安装好料位传感器后，需要通过喷料口用探针9对料位传感器的性能进行测试，如图4所示，探针9接触到料位传感器时，如料位传感器有信号输出，则表明料位传感器合格，否则为不合格。另外大小两个孔尽量要安装在同一水平面上，如果不能保证在同一平面上，务必使喷料口略高于料位传感器安装孔，以便测试时确保观测到喷料时料位已经越过料位传感器，但也不可过高，过高时安装好料位传感器后无法检测其性能。
在一具体实施例中，还包括电源单元6（如电池）和无线通讯单元5（常规无线模块），电源单元6与无线通讯单元5相连，为其提供供电电源；电源单元6和无线通讯单元5分别位于钻杆10的相对两侧，同样保证其钻孔安装时保证钻杆10的强度。无线通讯单元5通过通讯线与高料位传感器101和低料位传感器102相连，上述高料位传感器101和低料位传感器102检测的信号则经无线通讯单元5发送至控制单元3。具体地，在进行电池的安装时，将电池插入电池底座上，并将螺丝上紧后，整体紧固在钻杆10上。在进行无线通讯单元5（如无线模块）的安装时，同样将无线模块用螺丝上紧在对应的底座上，吸附在如图3所示的位置。在进行接线时，将一端是六芯的航空插头插在无线模块上，另外一端的两个航空插头，短线的一个插在高料位传感器101上，长线的一个插在低料位传感器102上，注意走线的时候一定要绕着钻杆10的螺纹走，并且不要将线拉的很紧，给线留出一定的余量，使线松弛一些，但不要超出旋叶外。另外将电源线的一端插头插在电源上，并用磁铁固定好，另一端插在无线模块上，同时打开电源，用探针9从喷料孔进入，顶在砂浆雷达传感器主体的传感部分上，观察终端4上是否有反馈，以实现对砂浆雷达传感器的检测。
本发明还公开了一种cfg桩机，包括桩机本体，桩机本体上设置有如上所述的cfg桩机智能打桩控制系统。本发明的cfg桩机，包括如上所述的控制系统，同样具有如上控制系统所述的优点。
如图5所示，本发明公开了一种基于如上所述的cfg桩机智能打桩控制系统的控制方法，包括一次成桩控制方法和多次打停成桩控制方法，其中一次成桩控制方法的步骤为：
1.1）钻杆10下钻至最深处后开始提杆，位移检测单元2检测到钻杆10提杆到达泵送位置时，启动浆料的泵送；
1.2）位移检测单元2检测钻杆10是否位于指定位置；如达到指定位置，则停止提杆；
1.3）料位检测单元1检测钻杆10内的浆料是否满料；如果满料，则关闭浆料的泵送；
1.4）钻杆10继续提杆，当位移检测单元2检测到钻杆10提至地面时，进行下次的成桩。
在一具体实施例中，多次打停成桩控制方法包括步骤：
2.1）钻杆10下钻至最深处后开始提杆，位移检测单元2检测到钻杆10提杆到达泵送位置时，启动浆料的泵送；
2.2）位移检测单元2检测钻杆10是否位于指定位置，同时料位检测单元1检测钻杆10内的浆料是否满料；当钻杆10未达到指定位置且满料时，则关闭浆料的泵送，钻杆10继续提杆；
2.3）当位移检测单元2检测到钻杆10提杆预设距离后，执行步骤2.2），直至钻杆10到达指定位置，停止提杆；
2.4）料位检测单元1检测钻杆10内的浆料是否满料；如果满料，则关闭浆料的泵送；
2.5）钻杆10继续提杆，当位移检测单元2检测到钻杆10提至地面时，进行下次的成桩。
下面结合一具体实施例对上述发明做进一步说明：
自动打桩方式分为两种情况，分别是一次成桩和多次打停成桩。
一次成桩是打桩时最为理想的方案，但是条件要求比较高，需要泵速刚好合适，因此实际操作过程大多是分段打停，需要现场多次调整泵速。
一次成桩具体过程为：钻杆10下钻至最深处，开始提杆，提杆0.2米后泵送（即提钻泵送距离，可调），泵送至警戒线以下0.5米距离内，高料位传感器101发出满料信号（其中警戒线是空桩深度，钻杆10内外径等参数设置的最高停止位），再精确控制停泵停钻时间，实现空桩深度的精确控制。
还有一种情况也可以做到一次成桩，但需要在警戒线等料，属于泵速较慢的情况。具体成桩过程为：钻杆10下钻至最深处，开始提杆，提杆0.2米后泵送砂浆，泵送至警戒线位置时停止提杆，一段时间后满料（时间不会太长），泵车7停泵，提杆至地面以上打下一根桩。
上述两种一次成桩情况都需要调节泵速，使泵速刚好合适。
多次打停成桩是因为泵速过快，料位在警戒线以下0.5米以下的地方就已经满料，此时必须停止泵送砂浆，但是停止后提杆距离过大，钻杆10内的料消耗完，就容易发生断桩的情况，因此，多次打停在满料停泵后，提钻一段距离，必须再次启泵。具体过程为：下钻至最深处，提杆0.2米后，在警戒线以下0.5米以下满料，停止泵送砂浆，一段距离后开启泵送，直至进入警戒线以下0.5m的区间段，此时就可以按照系统设定控制空桩深度。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
技术特征：
1.一种cfg桩机智能打桩控制系统，其特征在于，包括料位检测单元（1）、位移检测单元（2）和控制单元（3）；
所述料位检测单元（1）安装于cfg桩机的钻杆（10）上，用于检测所述钻杆（10）内的物料高度；
所述位移检测单元（2）安装于cfg桩机上，用于检测所述钻杆（10）的位置；
所述控制单元（3）分别与所述料位检测单元（1）和位移检测单元（2）相连，用于根据所述钻杆（10）内的物料高度和钻杆（10）的位置，控制钻杆（10）的运动以及砂浆的泵送。
2.根据权利要求1所述的cfg桩机智能打桩控制系统，其特征在于，所述料位检测单元（1）包括高料位传感器（101）和低料位传感器（102），所述高料位传感器（101）和低料位传感器（102）分别位于钻杆（10）对称的两侧。
3.根据权利要求2所述的cfg桩机智能打桩控制系统，其特征在于，所述钻杆（10）相对于高料位传感器（101）的一侧开设有高喷料孔（103），所述钻杆（10）相对于低料位传感器（102）的一侧开设有低喷料孔（104）。
4.根据权利要求3所述的cfg桩机智能打桩控制系统，其特征在于，还包括电源单元（6）和无线通讯单元（5），所述电源单元（6）与无线通讯单元（5）相连；所述电源单元（6）和无线通讯单元（5）分别位于钻杆（10）的相对两侧。
5.根据权利要求4所述的cfg桩机智能打桩控制系统，其特征在于，所述无线通讯单元（5）通过通讯线与所述高料位传感器（101）和低料位传感器（102）相连，所述通讯线沿所述钻杆（10）的螺纹方向分布。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的cfg桩机智能打桩控制系统，其特征在于，还包括与所述控制单元（3）相连的终端（4）。
7.根据权利要求1～5中任意一项所述的cfg桩机智能打桩控制系统，其特征在于，所述位移检测单元（2）包括拉线传感器，所述拉线传感器的固定端（201）安装于cfg桩机的定滑轮组的一侧，拉线端（202）安装于cfg桩机的动滑轮组上。
8.一种cfg桩机，包括桩机本体，其特征在于，所述桩机本体上设置有如权利要求1～7中任意一项所述的cfg桩机智能打桩控制系统。
9.一种基于权利要求1～7中任意一项所述的cfg桩机智能打桩控制系统的控制方法，其特征在于，包括一次成桩控制方法和多次打停成桩控制方法，其中一次成桩控制方法的步骤为：
1.1）钻杆（10）下钻至最深处后开始提杆，位移检测单元（2）检测到钻杆（10）提杆到达泵送位置时，启动浆料的泵送；
1.2）位移检测单元（2）检测所述钻杆（10）是否位于指定位置；如达到指定位置，则停止提杆；
1.3）料位检测单元（1）检测所述钻杆（10）内的浆料是否满料；如果满料，则关闭浆料的泵送；
1.4）钻杆（10）继续提杆，当位移检测单元（2）检测到钻杆（10）提至地面时，进行下次的成桩。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述多次打停成桩控制方法包括步骤：
2.1）钻杆（10）下钻至最深处后开始提杆，位移检测单元（2）检测到钻杆（10）提杆到达泵送位置时，启动浆料的泵送；
2.2）位移检测单元（2）检测所述钻杆（10）是否位于指定位置，同时料位检测单元（1）检测所述钻杆（10）内的浆料是否满料；当钻杆（10）未达到指定位置且满料时，则关闭浆料的泵送，钻杆（10）继续提杆；
2.3）当位移检测单元（2）检测到钻杆（10）提杆预设距离后，执行步骤2.2），直至钻杆（10）到达指定位置，停止提杆；
2.4）料位检测单元（1）检测所述钻杆（10）内的浆料是否满料；如果满料，则关闭浆料的泵送；
2.5）钻杆（10）继续提杆，当位移检测单元（2）检测到钻杆（10）提至地面时，进行下次的成桩。
技术总结
本发明公开了一种CFG桩机智能打桩控制系统、控制方法及桩机，本控制系统包括料位检测单元、位移检测单元和控制单元；所述料位检测单元安装于CFG桩机的钻杆上，用于检测所述钻杆内的物料高度；所述位移检测单元安装于CFG桩机上，用于检测所述钻杆的位置；所述控制单元分别与所述料位检测单元和位移检测单元相连，用于根据所述钻杆内的物料高度和钻杆的位置，控制钻杆的运动以及砂浆的泵送。本发明具有控制精准、打桩效率高且成本低等优点。
技术研发人员：李彬清;李纯
受保护的技术使用者：湖南颢山智能科技有限公司
技术研发日：2021.04.20
技术公布日：2021.06.18
声明：
“CFG桩机智能打桩控制系统、控制方法及CFG桩机与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：湖南颢山智能科技有限公司
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2024年05月17日 ~ 19日 
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