1、摘要工程鉆孔機的英文為 Engineering Drilling Machine ，工程鉆機是在回轉斗鉆機和全套管鉆機的基礎上發展起來的，第二次世界大戰前，美國 CALWELD 首先研制出回轉斗，短螺旋鉆機。二十世紀五十年代，法國 BENOTO 將全套管鉆機應用于樁基礎施工，而后由歐洲各國將其組合并不斷完善，發展成為今天的多功能組合模式。工程鉆孔機因其具有裝機功率大，輸出扭矩大，軸向壓力大，機動靈活、施工效率高、環保等特點，配合不同鉆具，適應我國大部分地區的地質條件，成為適合建筑樁基工程中成孔作業最理想的施工機械。近年來，在我國許多大型基礎設施建設工程的施工中得到廣泛應用，工程鉆機高效、環保、

2、效益高的優勢得到公認。工程鉆機具有一系列傳統鉆機無法比擬的優點，在樁基工程施工中的推廣和廣泛運用勢在必行。本文分析了工程鉆孔機的用途、優缺點、發展現狀、啟動特點和降低電壓啟動控制方法的缺點。電動機軟啟動器的特點及發展方向。給出了以 ALYR5 軟啟動器的 KEB5-3 多軸工程鉆孔機的電器原理圖。關鍵詞： 工程鉆孔機，啟動方式，軟啟動。Engineering Drilling Machine Control System Design.ABSTRACTThe Engineering drilling machine of English for Engineering drilling mac

3、hine, Engineering drilling in the rotation is a rig and all the casing of the drilling rig developed on the basis of, before the second world war, the United States CALWELD first developed a spiral drill, turning short. In the 1950 s, the French BENOTO will be applied to all the casing drilling pile

4、 foundation construction, and then by the European countries would be the combination and constantly improve, is today a multi-function combination of mode.Engineering drilling machine because of its power, the installed torque output, axial pressure big, flexible, construction efficiency is tall, e

5、nvironmental protection and other characteristics, with different drilling tools, to adapt in most regions of China of the geological condition, be suitable for construction pile foundation engineering hole where the most ideal homework construction machinery. In recent years, in our country many la

6、rge infrastructure construction of construction of the project is widely used in engineering drilling, efficient and environmentally friendly,and high efficiency, advantage of recognized. The engineering drilling rig has a series of traditional the incomparable advantages in pile foundation engineer

7、ing, and widely used in the construction of the promotion is imperative.This paper analyzes the engineering drilling machine of the applications, advantages and disadvantages, development present situation, the start and lowering voltage characteristics startup control method shortcomings. Motor sof

8、t starter characteristics and development direction. Then ALYR5 soft starter KEB5-more than three axis engineering drilling machine of electric principle diagram.Keywords: asynchronous motor, start way, soft start.工程鉆孔機控制系統設計潘峻彪 Y120920350 引言01 課題的背景及研究意義多軸工程鉆孔機使用高效率的工程鉆孔專用交流異步電動機，配合單片機構成的電動機軟起動程序控制

9、器，使本多軸工程鉆孔機具有穩定的負載特性；在鉆孔作業的啟動、運行和停車過程中對電網和鉆杠設備無任何電氣與機械沖擊；其對負載的高適應性能、高穩定可靠的檢測、安全保護功能是本機顯著的特點，也是目前同類工程鉆孔機所不具有的。正是這些特有的工程應用優點，使本多軸工程鉆孔機的應用領域得以延伸。02 工程鉆孔機的發展現狀隨著新技術的發展與應用，鉆孔機最近幾年得到飛速發展。突出表現在以下兩個方面：1.回位定位功能結構上設計的突破，只要更換鉆具，就可使機器具有螺旋、回轉斗、連續墻、長螺旋和沖抓斗鉆孔機的功能。2電子、電液比例技術的應用電子、電液比例技術的應用，擴展了機器的功能，提高了工作效率，減輕了勞動強度。

10、(1)回位定位功能鉆孔機在進行鉆孔作業時，有一個鉆進 - 提升 -回轉 -拋土 -再回轉至原孔口 -對準 -再鉆進的過程。在對準時耗費相當多的時間和精力，而且，人工對淮精度低。德國寶峨、意大利 CMV 公司的鉆機上，都具有回位定位功能。所謂回位定位功能是指機器回轉時能記錄回轉角度，待拋土后再回轉回來時，一旦達到記錄的角度后，自動停止。這樣，保證其回到第一次回轉前的位置。大大減輕了勞動強度、提高了生產效率及作業精度。(2)3 種模式主要用來方便操作者工作和實現對機器工作時的監測。所謂3種模式：即基本模式、鉆桿模式和CFA 模式。這 3 種模式可由操作者隨意在機器上根據需要選擇。 基本模式：由適用

11、于白天工作的觸模式敏感顯示屏構成，它可給操作者顯示以下信息：鉆桅傾角；鉆桅工作參數 ( 扭矩動力頭的旋轉速度、鉆孔深度、主付卷揚拉力和加壓力 )；關于操作系統失效方面的信息。此外，此系統還可以產生一些特殊信息，如磨損和損壞情況、服務信息等。 鉆桿模式：在基本模式功能的基礎上，增加了鉆桿牙嵌與動力頭嚙合情況、鉆桿狀態的顯示功能。這些功能的增加確實足非常實用的。大凡用過鉆孔機的人都知道，鉆桿牙嵌是極易磨損的 (特別是在嚙合不徹底的情況下 )，磨損后的修復也是非常麻煩的。以往操作者只能憑自己的經驗來感覺嚙合情況，所以對操作者的熟練程度的要求很高。有了鉆桿牙嵌嚙合情況顯示功能后，顯示器上能精確地顯示牙

12、嵌的嚙合情況，即便是一位沒有經驗的操作者也能很好地操作，同時大大地減輕了工人的勞動強度在鉆孔作業時，根據需要鉆孔深度往往達幾十 M，由于地質情況、鉆桿與鉆桿、鉆桿與鉆頭連接等方面的原因，造成鉆桿、鉆頭脫落在孔內的事故，給施工單位造成很大的損失。鉆桿狀態的顯示功能，為操作者提供一個可視的鉆桿，方便了操作者，避免了事故的發生。 CFA模式：所謂的 CFA 模式，就是混凝土灌注樁模式。為了保證樁的質量，此模式可顯示混凝土壓力、混凝土流量、液壓系統壓力以及混凝土樁形。從以上介紹可見，隨著電子技術的進一步發展，元器件抗震、耐污染性能的不斷提高，在樁工機械上的應用越來越多。它的應用增強了設備的功能，提高了

13、效率，減輕了工人的勞動強度，提高了產品的市場競爭力。目前，我國的產品與國外先進樁工設備的差距很大，無論是功能上，還是技術上都比較落后。盡管產品成本相對較低，但與社會發展不相適應。若要在日趨激烈的市場競爭中占有一席之地，必須不斷改進老產品，并逐步開發高起點、高技術含量的新產品。03 工程鉆孔機控制的優缺點工程鉆孔機效率高、方便靈活、成孔速度快、擴孔率小、正常情況下 25 小時就可以成孔，是傳統的鉆孔機械的 10 倍以上。是市政建設、鐵路、公路橋梁等理想的基礎施工設備噪聲小、污染少，特別適用于市區工程建設。適用于填土層、粘土層、粉土層、淤泥層、沙土層以及短螺旋不能鉆進的含有部分卵石、碎石的地層。采

14、用巖心鉆頭，還可嵌入巖層。工程鉆機及施工工藝在我國北方地區已經得到了很快普及，在南方沿海地區由于地層較軟，樁一般較大較深，工程鉆機成孔困難，目前仍以正反循環鉆機為主。工程鉆孔機自重較大，鉆機平臺的穩定，也是個不容忽視的問題，不注意的話，容易發生孔斜超標的質量問題，嚴重的甚至導致鉆機傾覆的安全事故。目前工程鉆孔機價格比較昂貴，一臺動輒幾百萬，一次性投入比較大，且運營、維修保養等費用較高工程鉆孔機的大量應用只是在近幾年，缺乏相應的產品標準，尚未編制工程鉆機施工規范，沒有系統的工法研究，缺少技術培訓，基本理論的研究有待深入。 04 工程鉆孔機啟動特點工程鉆孔機有2 臺 90KW 的電動機，若采用直接

15、啟動，電動機將會產生過大的啟動電流，該電流通常達到啟動電流的 5-8 倍，甚至更高，在許多場合，這種過大的啟動電流會對整個傳動系統產生不良的影響。包括對電網、供電設備、電動機和機械沖擊。為了滿足電動機的自身啟動條件、負載傳動機械的工藝要求，保護其他用電設備正工作的需要，應當在電動機啟動過程中采用降壓啟動方式，其方式有很多，每種啟動方式有各自的優缺點。目前，最廣泛使用的是軟啟動方式來降低啟動電流沖擊和轉矩沖擊。1 降低電壓啟動控制方法的缺點11Y啟動Y啟動適用與定子繞組為連接的電動機，采用這種方式啟動時，可使每相定子繞組降低到電源電壓的58 ，啟動電流為直接啟動時的33 ，啟動轉矩為直接啟動時的

16、33 。啟動電流小，啟動轉矩小。12三相電阻降壓啟動電阻減壓啟動一般用于輕載啟動的籠型電動機，且由于其缺點明顯而很少采用。定子回路接入對稱電阻，這種啟動方式的啟動電流較大而啟動轉矩較小。如啟動電壓降至額定電壓的65，其啟動電流為全壓啟動電流的65，而啟動轉矩僅為全壓啟動轉矩的42%,且啟動過程中消耗的電能較大。13 自耦變壓器降壓啟動這種方式通常用于要求啟動轉矩較大而啟動電流較小的場合，采用自耦變壓器降壓啟動，電動機的啟動電流及啟動轉矩與其端電壓的平方成比例降低，相同的啟動電流的情況下能獲得較大的啟動轉矩。如啟動電壓降至額定電壓的 65，其啟動電流為全壓啟動電流的 42，而啟動轉矩僅為全壓啟動

17、轉矩的 42%。14 主回路串電阻或電抗器這種啟動方法是利用電動機啟動時在定子電路中串聯降壓電阻或電抗器的辦法來啟動電動機，待電動機啟動結束時在將電阻或電抗器短接掉。以全壓加定子繞組上運行。因其電阻有熱能的損耗和電抗器體積和成本較大，所以這種方法啟動在目前很少采用。2 電動機軟啟動的特點及發展介紹隨著電力技術( 尤其是集成電路、微處理器以及新一代電力電子器件 ) 的不斷發展，異步電動機起動過程中的起動電流過高，起動轉矩過小等問題得到了很好的解決。從 20 世紀 70 年代開始推廣利用晶閘管交流調壓技術制作的軟起動器，以及采用微控制器代替模擬控制電路，發展成為現代的電子軟起動器。21 軟啟動的特

18、點電子軟起動器相對于傳統的起動方式，其突出的優點體現在:1電力半導體開關是無電弧開關和電流連續的調節，所以電子軟起動器是無級調節的，能夠連續穩定調節電機的起動，而傳統起動的調節是分檔的，即屬于有級調節范圍。2沖擊轉矩和沖擊電流小。軟起動器在起動電機時，是通過逐漸增大晶閘管的導通角，使電機起動電流限制在設定值以內，因而沖擊電流小，也可控制轉矩平滑上升，保護傳動機械、設備和人員。3軟起動器可以引入電流閉環控制，使電機在起動過程中保持恒流，確保電機平穩起動。4 根據負載情況及電網繼電保護特性選擇，可自由地無級調整至最佳的起動電流，節省電能。5由于采用微機控制，可在起動前對主回路進行故障診斷，且數字化

19、的控制具有較穩定的靜態特性，不易受溫度、電源電壓及時間變化等因素的影響，因此提高了系統的可靠性，有助于系統維護同時，軟起動器還能實現直接計算機通訊控制，為自動化控制打下良好的基礎。22 軟起動的發展方向它的主要形式。從理論上說，性能價格比高的產品將占有更大的市場份額 . 但是，在各種應用場合，人們對于各種性能的側重面不同，使各類起動產品 ( 包括傳統的星三角起動 ) 都可能會贏得自己的市場。長期展望 : 變頻軟起動將成為軟起動的主流。各種形式的降壓軟起動將與星三角起動等技術一起歸并為傳統的起動技術。隨著變頻器價格的逐漸下降，可靠性的進一步提高，未來成為主流產品的軟起動裝置將是帶有軟切換功能的廉

20、價的變頻器。3 KE85-3 多軸工程鉆孔機電氣控制系統原理KE85-3 多軸工程鉆孔機采用智能型軟起動器，其構成見圖如3.1 所示。主回路是由直接反并聯的晶閘管模塊組成。1L1、 3L2、5L3 進線端接 3 相 AC380V電源，出線端2T1、4T2、6T3 接電動機。互感器檢測電動機電流用于反饋信號，單片機根據設定的啟動電流（或電壓）數值輸出晶閘管的移相信號 ，以控制電動機電壓的變化。當電壓線性增加至額定值，即所謂斜坡到頂，電動機則加速到額定速度完成軟起動，并發出旁路信號，使旁路接觸器吸合，轉換到旁路運行，而故障檢測仍對電動機進行保護。參數設置和狀態顯示等采用按鍵和液晶顯示器來完成。a）b）圖 3.1 智能型軟起動器a）外部接線b）內部結