无钻杆旋挖钻孔机工作装置监控系统研制

论文摘要

旋挖钻机是桩基础行业中技术含量和机电液一体化集成度很高的一种施工设备,在工程建设中发挥着举足轻重的作用。我国很多公司都有着自主研发和制造旋挖钻机的能力,并不断在实践中对其关键部件进行研究和改进。但这些努力一直停留在对旋挖钻机的改良层面,没有在其整体结构形式方面实现突破,这在一定程度上限制了旋挖钻机性能的提高。无钻杆旋挖钻机的提出从根本上改变了旋挖钻机的工作方式,为旋挖钻机的发展开创了一个新局面。本文针对无钻杆旋挖钻机的特点,设计并制作了适用于无钻杆旋挖钻机作业的监控系统。监控系统的引入,增强了无钻杆旋挖钻机的工作精度和工作效率、减轻了操作人员工作量,对旋挖钻机性能的提高有着重要的意义。本文首先分析了现有旋挖钻机和无钻杆旋挖钻机在结构及其工作原理方面的差异,根据无钻杆旋挖钻机独特的工作模式,设计了适用于无钻杆旋挖钻机的整体监控方案。监控内容包括人机交互、钻桅垂直度自动调整、钻具钻进深度显示、上车回转自动对正等。根据监控内容,选定了传感器的型号及其安装方式,设计了人机交互方式,为操作人员即时了解钻机钻桅垂直度、钻深、回转角度等信息提供了有力条件。在监控系统总体设计的基础上完成了监控系统软硬件的研制。在硬件设计方面采用模块设计方式,根据检测信号及输出信号的特点分别搭建了模拟量输入模块、数字量输入模块、液晶显示模块、触摸屏控制模块、模拟量输出模块等硬件电路模块。在软件设计方面绘制出程序流程图,将监控内容分页显示在触摸屏上。并对其中A/D转换部分、编码器抗振电路、单片机内部计数器、8253、DAC0832等电路及软件进行了仿真。设计并加工出一个无钻杆旋挖钻机模型,并为其设计了液压系统,搭建起试验平台,对监控系统的各部分内容分别进行了试验。试验结果表明:该监控系统能够达到预定监控目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 旋挖钻机控制系统的应用和发展现状
• 1.2.1 旋挖钻机控制系统在国外的应用和发展现状
• 1.2.2 旋挖钻机控制系统在国内的应用和发展现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 无钻杆钻机监控系统总体方案设计
• 2.1 无钻杆钻机工作过程分析
• 2.2 无钻杆钻机监控方案设计
• 2.2.1 监控系统总体方案设计
• 2.2.2 监控系统处理方案选择
• 2.3 监控系统人机交互部分设计
• 2.3.1 液晶显示屏设计
• 2.3.2 触摸屏选择
• 2.4 监控系统钻桅垂直度自动调整部分方案设计
• 2.4.1 钻桅倾斜角检测部分设计
• 2.4.2 钻桅倾斜角控制输出部分设计
• 2.5 监控系统钻进深度检测部分方案设计
• 2.5.1 钻深检测方案选择
• 2.5.2 钻深检测传感器选择
• 2.6 监控系统回转自动对正部分方案设计
• 2.6.1 回转角度检测方案
• 2.6.2 回转自动对正输出部分设计
• 2.7 本章小结
• 第3章 无钻杆钻机监控系统硬件及程序流程设计
• 3.1 无钻杆钻机监控系统硬件部分设计
• 3.1.1 硬件电路总体设计
• 3.1.2 模拟量输入模块设计
• 3.1.3 数字量输入模块设计
• 3.1.4 液晶显示模块设计
• 3.1.5 触摸屏控制模块设计
• 3.1.6 模拟量输出模块设计
• 3.2 无钻杆钻机监控系统软件部分设计
• 3.2.1 软件总体设计
• 3.2.2 钻桅垂直度调节部分程序流程设计
• 3.2.3 钻进深度检测部分程序流程设计
• 3.2.4 回转自动定位控制部分程序流程设计
• 3.3 监控系统软硬件Protues 仿真
• 3.3.1 A/D 转换仿真
• 3.3.2 编码器抗振电路仿真
• 3.3.3 单片机内部计数器仿真
• 3.3.4 计数器8253 仿真
• 3.3.5 数模转换器DAC0832 仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 无钻杆钻机工作装置监控系统试验
• 4.1 无钻杆钻机工作装置试验系统的建立
• 4.1.1 无钻杆钻机模型机械结构设计
• 4.1.2 无钻杆钻机模型液压系统设计
• 4.1.3 试验条件的建立
• 4.2 无钻杆旋挖钻机模型试验
• 4.2.1 钻桅垂直度调整试验
• 4.2.2 钻进深度检测试验
• 4.2.3 回转自动对正试验
• 4.3 试验现象分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢