曹榮夏
(上海振中機(jī)械制造有限公司,上海市浦東新區(qū) 201306)
振動樁錘屬建筑工程中使用的樁基礎(chǔ)施工機(jī)械,振動樁錘具有結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便、高效等優(yōu)點。但傳統(tǒng)振動錘同時也存在一些問題,其中最突出的就是:一是啟動電流大,需要配置電源功率往往是電機(jī)功率的3倍以上,啟動能耗大,特別對大功率的振動錘來說,往往由于電源功率不足導(dǎo)致振動錘啟動不了;二是由于在啟動、停止時都要經(jīng)過共振區(qū)域而產(chǎn)生共振現(xiàn)象,除導(dǎo)致產(chǎn)生噪聲污染外,還使機(jī)器承受額外載荷,影響振動錘本身及相關(guān)設(shè)備的有效工作壽命。
上世紀(jì)九十年代浙江振中工程機(jī)械股份有限公司和北京建筑機(jī)械化研究院、日本建調(diào)株式會社共同開發(fā)了EP系列免共振偏心力矩?zé)o級可調(diào)電振動錘。該系列振動錘既解決了啟動問題,又解決了啟動、停機(jī)過程共振問題,而且能實現(xiàn)振動錘振幅按需調(diào)節(jié)。但該系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且制造成本高,目前主要出口日本等發(fā)達(dá)國家,在國內(nèi)由于價格因素使用率還不高。
在當(dāng)今的工程施工中,無論是橋梁、碼頭、還是風(fēng)電工程,其樁基礎(chǔ)越來越大,這就要求作為樁基施工的重要設(shè)備——振動樁錘,應(yīng)有大型或超大型的產(chǎn)品來滿足施工要求?! ZP500免共振變頻振動錘是上海振中機(jī)械制造有限公司為了滿足未來市場對超大型施工的需求,自主研發(fā)的目前世界上單電機(jī)功率最大的電驅(qū)振動錘。
DZP系列振動錘變頻、免共振的原理是:啟動時,變頻器輸出電壓驅(qū)動電機(jī),振動錘開轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動,隨著變頻器頻率提高,振動錘轉(zhuǎn)速越來越快,此時變頻器直流母線正負(fù)端連接制動單元,變頻器直流母線正負(fù)端電壓未達(dá)觸發(fā)制動單元的設(shè)定電壓而不動作。

停機(jī)過程能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)接線圖
當(dāng)停機(jī)或降速時,在變頻器頻率(箭頭為電機(jī)發(fā)電狀態(tài)時的電流方向)減小的瞬間,電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨之下降,而由于機(jī)械慣性的原因,電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未變,當(dāng)同步轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時,轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎改變了180°,電機(jī)從電動狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)。同時電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩變成了制動轉(zhuǎn)矩,使電機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降,電機(jī)處于再生制動狀態(tài),電機(jī)再生的電能經(jīng)變頻器內(nèi)二極管全部整流后反饋到直流母線電路。由于直流電路的電能無法通過整流橋回饋到電網(wǎng),僅靠變頻器本身的吸收,雖然其他部分能消耗一部分電能,但電容仍有短時間的電荷堆積,形成“泵升電壓”,使直流母線電壓升高。這時,制動單元開啟工作,將負(fù)載拖動電機(jī)所產(chǎn)生的再生電能傳導(dǎo)并通過發(fā)熱方式消耗在制動電阻上,以提高變頻器的制動能力,確保電機(jī)能在設(shè)置的時間內(nèi)快速停車。電機(jī)的快速停車,可以有效的避免振動錘機(jī)械端的共振,達(dá)到保護(hù)變頻器、電機(jī)及相關(guān)機(jī)械部件和機(jī)械設(shè)備的作用。
DZP500免共振變頻振動錘主要參數(shù)
DZP500免共振變頻振動錘與傳統(tǒng)的大功率振動錘相比,顯示出明顯優(yōu)勢,主要有:
1)使用變頻器變頻啟動,降低起動能耗;配置電源功率一般僅是振動錘電機(jī)功率的2倍以內(nèi),符合節(jié)能減排的要求。
2)使用變頻器變頻,能調(diào)節(jié)不同振動頻率,滿足針對不同地質(zhì)條件選用不同最佳頻率、以實現(xiàn)最佳施工頻率的要求。
3)停機(jī)時通過能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)實現(xiàn)了轉(zhuǎn)動動能快速轉(zhuǎn)化為電能、電能再轉(zhuǎn)化為熱能釋放出,使停機(jī)過程既快速又平穩(wěn),避免了共振的產(chǎn)生,防止了由共振產(chǎn)生的強(qiáng)烈噪聲和對振動錘本身及相關(guān)設(shè)備破壞現(xiàn)象的發(fā)生。
4)采用的新型橫梁式獨立結(jié)構(gòu)形式的減振器,并與激振器直接連接,使整機(jī)的高度大為降低,同時避免了大型錘采用懸掛式減振結(jié)構(gòu)與電機(jī)相撞的情況出現(xiàn);這種新型橫梁式減振結(jié)構(gòu)重量大,更有利于沉樁作業(yè);新型橫梁式獨立結(jié)構(gòu)形式的減振器與激振器連接或拆裝簡單,機(jī)器運輸方便。
5)該機(jī)采用電機(jī)是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的變頻耐振單電機(jī)雙出軸式,激振器前后皮帶輪各安裝十根傳動皮帶,使軸承受力分散、均勻,且減小對軸承壓力,使軸承溫升低而不易損壞;專用的耐振變頻電機(jī),與傳統(tǒng)耐振電機(jī)相比使用壽命更長。
6)該機(jī)偏心力矩大、振動沖量大、克服端阻力能力強(qiáng)大,可用于大型海上擠密砂樁和沉拔大直徑PHC混凝土管樁施工。
總之,DZP500免共振變頻振動錘除整體結(jié)構(gòu)科學(xué)且合理外,還明顯具有高效、節(jié)能、安全、環(huán)保等特點,是現(xiàn)有振動樁錘技術(shù)的一大突破。日前,天津港航工程有限公司曾使用DZP500免共振變頻振動錘在江蘇如東海上風(fēng)電場(潮間帶)100MW示范項目80MW風(fēng)電機(jī)組中進(jìn)行打樁作業(yè),其中,設(shè)計樁直徑為1720mm、樁長50米、樁重49噸。DZP500免共振變頻振動錘首次成功應(yīng)用于該項目中,從此打破了國外液壓振動錘獨占海上風(fēng)電市場的不變定律,開創(chuàng)了國產(chǎn)電驅(qū)振動錘進(jìn)入海上風(fēng)電市場的先河。
DZP500免共振變頻振動錘沉海上風(fēng)電樁(樁直徑為1720mm、樁長50米)

DZP500免共振變頻振動錘沉拔混凝土PHC預(yù)制管樁(樁直徑為1200mm、樁長30米)
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