专利名称：一种挤密砂桩施工用大功率电驱振动锤的制作方法
技术领域：
一种挤密砂粧施工用大功率电驱振动锤技术领域[0001]本实用新型涉及一种大功率电驱振动锤，更具体地说，涉及一种外海筑港、海上人工岛和海上风电场建设中对地基加固处理的挤密砂桩施工用大功率电驱振动锤。
背景技术：
[0002]目前，随着海洋资源的开发利用，挤密式水下砂桩成为我国一种基床处理新技术， 在外海筑港、人工岛建设、海上风电场、跨海大桥和海上石油平台等海洋工程中具有无可比拟的技术优势。该技术是在专用船舶上通过振动设备和管腔增压装置把砂强制压入水下软弱地基中，经过振动拔管、回打、挤密扩径，形成大直径密实砂柱体从而达到置换软土地基的目的。水下挤密砂桩可应用于砂性土、黏性土和有机质土等几乎所有土质的地基加固处理，与普通砂桩相比，具有密实性高、加固置换率达70%、水下深度60m和砂桩直径2m等特点，同时，由于水下挤密砂桩形成的高置换率复合地基具有较高的承载力、较低的压缩性， 使得它可与多种形式的上部结构整合应用，因此，技术经济性较好，能有效减少工程造价。 根据挤密式砂桩的施工特点，需要的振动设备必须具有主稳定的工作电流、较大的工作振幅，以及合适的振动加速度和激振力，以提高挤密砂桩的沉桩效果和工作效率。因此，挤密砂桩施工对500 kff以上的电驱振动锤有了进一步的市场需求，而目前单台电机的最大功率为300kW，要达到500kW以上的总功率，只能采用两台250kW以上电机通过齿轮传动系统共同驱动振动器的方案。但该方案中最大难点在于，两台电机采用硬连接方式连接到同一个齿轮传动系统时存在着一定的传动误差，会使两台电机不可能达到完全一致的转速，致使振动锤在沉桩作业工作过程中必然会发生两台电机出力不均衡、功率输出不一致，甚至会出现一台电机出力、另一台电机为阻力的情况，从而大大降低振动锤的作业效率，还会造成超出正常的机械磨损，甚至造成电网系统跳闸而造成电驱振动锤停车，严重影响了挤密砂桩的 施工进度和作业效率。发明内容[0003]本实用新型的目的在于根据现有技术中存在的不足，提供一种能保证两台电动机的转矩输出一致、输出负荷动态平均分配、适应电压不稳定的打桩船供电系统、工作稳定可罪、有效提闻使用寿命的挤密砂粧施工用大功率电驱振动银。[0004]本实用新型通过以下技术方案来实现[0005]一种挤密砂桩施工用大功率电驱振动锤，包括动率彡250kff的主电动机和从电动机、二个皮带传动系统、激振器以及电气驱动系统，其中激振器包括箱体、四个呈正方形直角布置的偏心轴；其特征在于所述主电动机和从电动机并排安装于箱体的外部顶端；所述皮带传动系统的主动轮分别安装于主电动机和从电动机的轴伸处，其从动轮分别安装于上偏心轴的输入端；所述电气驱动系统包括含主变频控制器、从变频控制器、连接主变频控制器和从变频控制器的光纤、操作控制器件的变频控制系统、第一滤波器和第二滤波器、第一空气开关和第二空气开关、第一检修空气开关和第二检修空气开关，第一空气开关和第二空气开关通过各自为三个的第一保险丝和第二保险丝与三相交流电并联接通，并且他们的输出端分别连接到主变频控制器的三个输入端和从变频控制器的三个输入端，主变频控制器的三个输出端和从变频控制器的三个输出端分别连接到第一检修空气开关和第二检修空气开关的输入端，第一检修空气开关和第二检修空气开关的输出端分别连接到第一滤波器和第二滤波器的三个输入端，第一滤波器和第二滤波器的输出端分别连接主电动机和从电动机，所述主变频控制器和从变频控制器通过光纤连接达到同步。[0006]本实用新型可以是，所述光纤为高速光纤，在系统升速、降速和恒速运行过程中， 主变频控制器按主电动机的运行转矩信号可以以2毫秒的刷新速度调节从电动机的转矩输出，使之与主电动机匹配，实现主电动机和从电动机输出负荷动态的平均分配。[0007]本实用新型还可以是，所述变频控制系统的操作控制器件包括设置操作面板上的电压表、电流表、电动机转速表、电机转矩表、电动机转速调节旋钮和启动开关，在电气驱动系统的变频控制系统在通电后，将工作电压、额定电流的参数输入变频控制系统，在主变频控制器和从变频控制器分别读取电压和额定电流后，按下启动开关，主电动机和从电动机运转，通过二个皮带传动系统带动激振器使·电驱振动锤运行，并且可通过调节变频控制系统的操作面板上的电动机转速调节旋钮，调节电动机不同的输出转矩。[0008]本实用新型还可以是，所述变频控制系统具有323-475V宽电压和48_63Hz宽频率的电源输入特性。[0009]本实用新型还可以是，所述变频控制系统设置本地/远程控制二种选择模式，当选择“本地控制”时，可直接在变频控制系统的操作面板上进行启动、停止和调速；当选择 “远程控制”时，可连接上位控制系统进行启动、停止和调速。[0010]本实用新型还可以是，所述皮带传动系统的从动轮的内缘端部均安装散热环，该散热环具有多个沿其径向方向均匀布置的叶片，该叶片朝同一方向倾斜，与底板之间形成的夹角α =75 90°。
[0011]
以下结合附图和实施例对本本实用新型作进一步描述[0012]图1为本本实用新型挤密砂桩施工用大功率电驱振动锤的结构示意图；[0013]图2为图1的左视图；[0014]图3为本本实用新型中电气驱动系统原理示意图；[0015]图4为本本实用新型中电气驱动系统的操作控制器件示意图；[0016]图5为图1中A-A向剖视图；[0017]图6为图4中B-B向局部剖视图。
具体实施方式
[0018]如图1-6所示，一种挤密砂桩施工用大功率电驱振动锤，包括动率彡250kW的主电动机Ml和从电动机M2、二个皮带传动系统2和2、激振器3以及电气驱动系统，其中激振器3包括箱体31，四个呈正方形直角布置的偏心轴37、37’、39和39’ ；其特征在于所述主电动机Ml和从电动机M2轴升相背、用螺栓和螺母并排安装于箱体31的外部顶端；所述皮带传动系统2、2的主动轮分别安装于主电动机Ml和从电动机M2的轴伸处，其从动轮22、22’分别安装于上偏心轴37、37’的输入端，该上偏心轴37、37’均固装有偏心块、传动齿轮和同步齿轮，该上偏心轴37、37’构成一个双轴定向惯性分振动器，动力由该分振动器的传动齿轮、过渡齿轮传递给下偏心轴39和39’的传动齿轮，传动终止，同样，下偏心轴39和 39’均固装有偏心块和同步齿轮，因此也组成一个双轴定向惯性分振动器，电驱振动锤在二个双轴定向惯性分振动器的作用下进行振动沉桩作业。[0019]所述电气驱动系统包括含主变频控制器UF1、从变频控制器UF2、连接主变频控制器UFl和从变频控制器UF2的光纤5、操作控制器件6的变频控制系统、第一滤波器PLVl和第二滤波器PLV2、第一空气开关QFl和第二空气开关QF2、第一检修空气开关QFlO和第二检修空气开关QF20，第一空气开关QFl和第二空气开关QF2通过各自为三个的第一保险丝 FUl和第二保险丝FU2与三相交流电并联接通，并且他们的输出端分别连接到主变频控制器UFl的三个输入端Ull和从变频控制器UF2的三个输入端U21，主变频控制器UFl的三个输出端U12和从变频控制器UF2的三个输出端U22分别连接到第一检修空气开关QFlO和第二检修空气开关QF20的输入端，第一检修空气开关QFlO和第二检修空气开关QF20的输出端分别连接到第一滤波器PLVl的三个输入端U13和第二滤波器PLV2的三个输入端U23，第一滤波器PLVl和第二滤波器PLV2的输出端分别连接主电动机Ml和从电动机M2，避免变频控制器对其它控制元件的干扰，缓解变频控制器输出的峰值电压，有效减轻对电动机造成伤害；所述主变频控制器UFl和从变频控制器UF2通过光纤5连接达到同步；所述光纤为高速光纤，在系统升速、降速和恒速运行过程中，主变频控制器UFl按主电动机Ml的运行转矩信号以2毫秒的刷新速度调节从电动机M2的转矩输出，使之与主电动机Ml匹配，实现主电动机Ml和从电动机M2输出负荷动态的平均分配；所述变频控制系统的操作控制器件6包括设置操作面板上的电压表61、电流表62、电动机转速表63、电机转矩表64、电动机转速调节旋钮65和启动开关66，在电气驱动系统的变频控制系统在通电后，将工作电压380V、额定电流280A输入变频控制系统，在主变频控制器UFl和从变频控制器UF2分别读取电压和额定电流后，按下启动开关66，主电动机Ml和从电动机M2运转，通过二个皮带传动系统2、 2 ’带动激振器3使电驱振动锤运行，并且可通过调节变频控制系统的操作面板上的电动机转速调节旋钮65，调节电动机不同的输出转矩，适应挤密砂桩施工作业过程中的不同阶段和地层需要；所述变频控制系统具有323-475V宽电压和48-63HZ宽频率的电源输入特性， 以能适应打桩船上自备发电机电压易波动的情况；所述变频控制系统设置本地/远程控制 67 二种选择模式，当选择“本地控制”时，可直接在变频控制系统的操作面板上进行启动、停止和调速；当选择“远程控制”时，可连接上位控制系统进行启动、停止和调速。[0020]当大功率电驱振动锤在进行海上挤密砂桩作业时，由于皮带传动系统2、2’的从动轮22、22’的内缘端部均安装散热环4，该散热环4具有多个沿其径向方向均匀布置的叶片 42，该叶片42朝同一方向倾斜，与底板41之间形成的夹角α =75 90°，散热环I上设置的多个叶片42就可以对振动器3及轴承端进行循环吹风，有利于振动器、轴承端盖得到充分的体外散热冷却，进一步提高轴承的降温效果和使用寿命，确保电驱振动锤工作可靠，提高其持续工作能力，大大提高桩基作业效率。
权利要求1.一种挤密砂桩施工用大功率电驱振动锤，包括功率彡250kW的主电动机(Ml)和从电动机(M2)、二个皮带传动系统(2，2’)、激振器(3)以及电气驱动系统，其中激振器(3)包括箱体(31)、四个呈正方形直角布置的偏心轴(37，37’，39，39’)；其特征在于所述主电动机(Ml)和从电动机(M2)并排安装于箱体(31)的外部顶端；所述皮带传动系统(2，2’ )的主动轮分别安装于主电动机(Ml)和从电动机(M2)的轴伸处，其从动轮(22，22’)分别安装于上偏心轴(37，37’ )的输入端；所述电气驱动系统包括含主变频控制器(UFl )、从变频控制器(UF2)、连接主变频控制器(UFl)和从变频控制器(UF2)的光纤(5)、操作控制器件(6)的变频控制系统、第一滤波器和第二滤波器(PLV1，PLV2)、第一空气开关和第二空气开关(QF1，QF2)、第一检修空气开关和第二检修空气开关(QF10，QF20)，第一空气开关和第二空气开关(QF1，QF2)通过各自为三个的第一保险丝和第二保险丝(FU1，FU2)与三相交流电并联接通，并且他们的输出端分别连接到主变频控制器(UFl)的三个输入端(Ull)和从变频控制器(UF2 )的三个输入端(U21)，主变频控制器(UFl)的三个输出端(Ul2 )和从变频控制器(UF2 )的三个输出端(U22)分别连接到第一检修空气开关和第二检修空气开关(QF10，QF20)的输入端，第一检修空气开关和第二检修空气开关(QF10，QF20)的输出端分别连接到第一滤波器和第二滤波器(PLV1，PLV2)的三个输入端(U13，U23)，第一滤波器和第二滤波器(PLV1，PLV2)的输出端分别连接主电动机(Ml)和从电动机(M2)，所述主变频控制器(UFl)和从变频控制器(UF2)通过光纤(5)连接达到同步。
2.根据权利要求1所述的挤密砂桩施工用大功率电驱振动锤，其特征在于所述光纤(5)为高速光纤，在系统升速、降速和恒速运行过程中，主变频控制器(UFl)按主电动机(Ml)的运行转矩信号可以以2毫秒的刷新速度调节从电动机(M2)的转矩输出，使之与主电动机(Ml)匹配，实现主电动机(Ml)和从电动机(M2)输出负荷动态的平均分配。
3.根据权利要求1所述的挤密砂桩施工用大功率电驱振动锤，其特征在于所述变频控制系统的操作控制器件(6)包括设置操作面板上的电压表(61)、电流表(62)、电动机转速表(63 )、电机转矩表(64)、电动机转速调节旋钮(65 )和启动开关(66 )，在电气驱动系统的变频控制系统在通电后，将工作电压、额定电流的参数输入变频控制系统，在主变频控制器(UFl)和从变频控制器(UF2)分别读取电压和额定电流后，按下启动开关(66)，主电动机(MD和从电动机(M2)运转，通过二个皮带传动系统(2，2’ )带动激振器(3)使电驱振动锤运行，并且可通过调节变频控制系统的操作面板上的电动机转速调节旋钮(65)，调节电动机不同的输出转矩。
4.根据权利要求1或2所述的挤密砂桩施工用大功率电驱振动锤，其特征在于所述变频控制系统具有323-475V宽电压和48-63HZ宽频率的电源输入特性。
5.根据权利要求1或3所述的挤密砂桩施工用大功率电驱振动锤，其特征在于所述变频控制系统设置本地/远程控制(67) 二种选择模式，当选择“本地控制”时，可直接在变频控制系统的操作面板上进行启动、停止和调速；当选择“远程控制”时，可连接上位控制系统进行启动、停止和调速。
6.根据权利要求1所述的挤密砂桩施工用大功率电驱振动锤，其特征在于所述皮带传动系统(2，2’ )的从动轮(22，22’ )的内缘端部均安装散热环(44)，该散热环(44)具有多个沿其径向方向均匀布置的叶片(42 )，该叶片(42 )朝同一方向倾斜，与底板(41)之间形成的夹角α =75 90。。
专利摘要一种挤密砂桩施工用大功率电驱振动锤，一种挤密砂桩施工用大功率电驱振动锤，包括功率≥250kW的主电动机和从电动机、二个皮带传动系统、激振器以及电气驱动系统，所述电气驱动系统包括含主变频控制器、从变频控制器和光纤的变频控制系统以及滤波器，所述主变频控制器和从变频控制器通过高速光纤连接达到同步，在系统升速、降速和恒速运行过程中，主变频控制器按主电动机的运行转矩信号以2毫秒速度刷新调节从电动机的转矩输出，使之与主电动机匹配，实现主、从电动机输出负荷动态的平均分配；本实用新型能保证振动锤主从电动机的转矩输出一致、输出负荷动态平均分配、适应电压不稳定的打桩船供电系统、工作稳定可靠、有效提高设备使用寿命。
文档编号E02D3/08GK202830914SQ20122045405
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者贺永康, 龚秀刚, 张鹏, 张敏嬴, 张志泉, 陈文澜, 叶凯 申请人:中交第三航务工程局有限公司, 上海工程机械厂有限公司