特殊地下工程中的重型機(jī)械需要精確和可靠的部件，以便能夠以工藝安全的方式執(zhí)行各項(xiàng)功能。對(duì)于 Stump-Franki 特殊地下工程有限公司的打樁機(jī)來說，傳感器和定位系統(tǒng)制造商 SIKO GmbH 的絕對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器 WV58MR 正是安全方案的一部分。它們安裝在三臺(tái)絞車上，以檢測(cè)固定其上的各元件位置。

特殊地下工程公司 Stump-Franki 為足球場、高速公路橋、購物中心或風(fēng)力渦輪機(jī)等重型建筑確保地基承載力。為此，其制造自己的打樁機(jī)，用于生產(chǎn)基樁。建筑的載荷通過基樁轉(zhuǎn)移到更深層。“我們有自己的機(jī)械制造部門，以便能夠開發(fā)、設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試適合我們的設(shè)備，然后也能自己使用”，Stump-Franki 公司機(jī)械制造主管 Stefan Hemmerle 解釋說。尤其是打樁機(jī)，自行制造是最佳選擇：直到 20 世紀(jì) 60 年代，打樁機(jī)仍然可以在比利時(shí)購買。隨后，德國 Franki 公司開始生產(chǎn)自己的機(jī)器，如 Franki 打樁機(jī)，并從 2000 年開始生產(chǎn) Atlas 設(shè)備?！皩?duì)我們來說，按照我們的想法制造這些機(jī)器是一個(gè)明顯的競爭優(yōu)勢(shì)，這樣我們也能用我們自己的工藝為我們的客戶帶來好處”，Stefan Hemmerle 說道。

打樁錘及 Franki 樁基

打樁機(jī)的使用如圖 1 所示：

插圖 1：通過打樁過程生產(chǎn) Franki 基樁。插圖：©Stump-Franki Spezialtiefbau GmbH

Franki 打樁機(jī)頂部安裝了四臺(tái)絞車——包括三個(gè)用于位置監(jiān)控的 SIKO 旋轉(zhuǎn)編碼器。在前區(qū)是所謂的龍頭，這是一個(gè)上面安裝有鋼制打樁管或推進(jìn)管的架子，其頂部和底部是開放的?；炷梁退槭瞥傻娜颖惶钊氪驑豆?(1)，打樁錘——這是一個(gè)巨大的鋼塊——用極小的沖擊壓實(shí)塞子 (2)。打樁錘是一個(gè)自由落體系統(tǒng)。當(dāng)塞子被沖擊力牢牢楔入管道時(shí)，下降高度會(huì)增加，并將打樁管送至可承重建筑地基的最終深度。然后用打樁錘夯實(shí)塞子 (3)。這就形成了所謂的 Franki 樁基，它的作用就像一個(gè)木楔。樁基形成后，安裝鋼筋籠，再填塑料混凝土 (4)，從而形成直貫的基樁。在混凝土硬化和樁頭封頂 (5) 后，基樁就可以承重了。

監(jiān)控四臺(tái)絞車

在打樁過程中，這四臺(tái)絞車有不同的任務(wù)：一臺(tái)絞車用于拉動(dòng)推進(jìn)管，第二臺(tái)用于驅(qū)動(dòng)打樁錘，第三臺(tái)上固定著用于填充混凝土和碎石的吊桶，最后還有一臺(tái)輔助絞車，用于提升鋼筋籠。四臺(tái)絞車中的三臺(tái)分別由一個(gè) SIKO 旋轉(zhuǎn)編碼器監(jiān)控，從而可以隨時(shí)了解打樁管、輔助吊車和吊桶的位置。輔助繩索是一個(gè)安全技術(shù)構(gòu)造，以確保打樁機(jī)在吊鉤拉過滑輪之前是關(guān)閉的。也就是說，該旋轉(zhuǎn)編碼器有一個(gè)最終位置點(diǎn)，絞車不得旋轉(zhuǎn)超越這個(gè)點(diǎn)。拉管絞車是設(shè)備中最敏感的區(qū)域；盡管對(duì)打樁管的沖擊力非常猛烈，仍須隨時(shí)了解其位置。

旋轉(zhuǎn)編碼器集成在一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，該系統(tǒng)持續(xù)查詢位置，從而控制繩索的制導(dǎo)。

安全性能等級(jí)為 PLd 的旋轉(zhuǎn)編碼器

“對(duì)我們來說，最重要的是位置檢測(cè)的精度和作為旋轉(zhuǎn)編碼器安全功能的冗余度”，Stefan Hemmerle 說道。“作為一個(gè)多轉(zhuǎn)編碼器，它最多可以絕對(duì)檢測(cè)到絞車的 4,096 圈；此外，我們還將傳動(dòng)比與之整合，這樣我們就可以得到大量的信號(hào)，讓我們能夠持續(xù)檢測(cè)位置?！庇捎趥€(gè)別部件的故障會(huì)對(duì)這種重型設(shè)備的應(yīng)用產(chǎn)生嚴(yán)重后果，因此安全等級(jí)為 PLd 的旋轉(zhuǎn)編碼器安全功能至關(guān)重要。它由兩個(gè)獨(dú)立的傳感器電路構(gòu)成，做到完全冗余，從而確保安全操作。此外，它是一個(gè)絕對(duì)數(shù)值編碼器，即使在斷電狀態(tài)下也能準(zhǔn)確檢測(cè)其位置，無需基準(zhǔn)化運(yùn)行。在這種情況下，通過 CANopen 安全接口與控制系統(tǒng)進(jìn)行整合?！皩?duì)我們的應(yīng)用來說，同樣重要的是絕對(duì)的堅(jiān)固性。最后在夯實(shí)樁基時(shí)，一方面管道上拉著 240 噸，同時(shí) 6.5 噸重的打樁錘落入管道。這時(shí)，整臺(tái)機(jī)器都彈跳起來！旋轉(zhuǎn)編碼器必須能夠承受這種負(fù)荷——也確實(shí)做到了。”旋轉(zhuǎn)編碼器的磁性測(cè)量原理也有助于做到這一點(diǎn)，其極為適合在惡劣環(huán)境中使用。

用于貧瘠土壤和重型負(fù)荷的基樁

當(dāng)土壤質(zhì)量差和建筑物格外沉重時(shí)，夯實(shí)基樁是必要的?！拔覀?Franki 基樁系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于，它是一個(gè)全位移基樁系統(tǒng)。因此，我們不會(huì)挖掘出土壤，也不必處理任何東西”，Stefan Hemmerle 解釋說?！敖柚粚?shí)的樁基，我們可以應(yīng)對(duì)任何地面。如果無法打得特別深，我們可以簡單地把樁基夯得大一點(diǎn)，再壓實(shí)一點(diǎn)，從而賦予建筑物所需的穩(wěn)定性?！?

如果是風(fēng)力渦輪機(jī)，那么另一個(gè)參數(shù)開始生效：風(fēng)輪的高度。為了安全地錨定在地面上，此時(shí)需要傾斜的樁，也可以用 Franki 打樁機(jī)結(jié)合自由落體重量將其打入地面。24 至 36 根樁錨定在四周地面上；兩根樁傾斜度向外，一根樁向內(nèi)傾斜。樁以這樣的方式交替排列，因?yàn)椋鶕?jù)風(fēng)向，它們必須既能承受拉力也能承受壓力。

用于移動(dòng)機(jī)器的模塊化系統(tǒng)

SIKO 旋轉(zhuǎn)編碼器滿足了 Stump-Franki 對(duì)其應(yīng)用安全性、精確性和堅(jiān)固性的期望。WV58MR 是 SIKO“PURE.MOBILE 傳感器模塊組件”的一部分，該系統(tǒng)專為移動(dòng)機(jī)器和商業(yè)車輛的高要求而開發(fā)。本標(biāo)識(shí)的所有傳感器都具備以下特點(diǎn)：

可提供單通道或安全版本，性能等級(jí)達(dá)到 d (PLd)

防護(hù)等級(jí)高達(dá) IP6K9K

擴(kuò)展溫度范圍：-40 至 +85 °C（可選：+105 °C）

極高的抗撞擊和振動(dòng)性能

可擴(kuò)展和可配置的功能，如傾斜、DIP 開關(guān)、憑借 PURE.MOBILE 選項(xiàng)卡實(shí)現(xiàn)的數(shù)字 I/O

“只要不影響旋轉(zhuǎn)編碼器的堅(jiān)固性就行！”，Stefan Hemmerle 這樣呼吁商業(yè)伙伴 SIKO，“在將來，這些特性也將是我們特殊地下工程應(yīng)用所不可或缺的。”借此，SIKO 傳感器專家通過其測(cè)量解決方案為移動(dòng)機(jī)器找到了合適的答案。

更多圖片：

插圖 2 a) 和 b)：作為具有冗余位置檢測(cè)的絕對(duì)數(shù)值編碼器，WV58MR 是為挑戰(zhàn)性測(cè)量任務(wù)而開發(fā)的，尤其是在移動(dòng)機(jī)器中。插圖：©SIKO GmbH

圖 3：使用中的 Franki 打樁機(jī)：重量巨大的自由落體打樁錘進(jìn)入推進(jìn)管，將混凝土和碎石壓實(shí)為穩(wěn)固的基樁基腳。SIKO 旋轉(zhuǎn)編碼器 WV58MR 主要監(jiān)測(cè)絞車的位置。插圖：©Stump-Franki Spezialtiefbau GmbH

圖 4：打樁機(jī)可以靈活使用，用專門運(yùn)輸車運(yùn)到相應(yīng)的施工現(xiàn)場。插圖：©Stump-Franki Spezialtiefbau GmbH

圖 5：Stefan Hemmerle，Stump-Franki Spezialtiefbau GmbH 機(jī)械制造主管；插圖：©Stump-Franki Spezialtiefbau GmbH