特殊地下工程中的重型機械需要精確和可靠的部件，以便能夠以工藝安全的方式執行各項功能。對于 Stump-Franki 特殊地下工程有限公司的打樁機來說，傳感器和定位系統制造商 SIKO GmbH 的絕對旋轉編碼器 WV58MR 正是安全方案的一部分。它們安裝在三臺絞車上，以檢測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、購物中心或風力渦輪機等重型建筑確保地基承載力。為此，其制造自己的打樁機，用于生產基樁。建筑的載荷通過基樁轉移到更深層?！拔覀冇凶约旱臋C械制造部門，以便能夠開發、設計、組裝、調試適合我們的設備，然后也能自己使用”，Stump-Franki 公司機械制造主管 Stefan Hemmerle 解釋說。尤其是打樁機，自行制造是最佳選擇：直到 20 世紀 60 年代，打樁機仍然可以在比利時購買。隨后，德國 Franki 公司開始生產自己的機器，如 Franki 打樁機，并從 2000 年開始生產 Atlas 設備。“對我們來說，按照我們的想法制造這些機器是一個明顯的競爭優勢，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

打樁機的使用如圖 1 所示：

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

Franki 打樁機頂部安裝了四臺絞車——包括三個用于位置監控的 SIKO 旋轉編碼器。在前區是所謂的龍頭，這是一個上面安裝有鋼制打樁管或推進管的架子，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——這是一個巨大的鋼塊——用極小的沖擊壓實塞子 (2)。打樁錘是一個自由落體系統。當塞子被沖擊力牢牢楔入管道時，下降高度會增加，并將打樁管送至可承重建筑地基的最終深度。然后用打樁錘夯實塞子 (3)。這就形成了所謂的 Franki 樁基，它的作用就像一個木楔。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。

監控四臺絞車

在打樁過程中，這四臺絞車有不同的任務：一臺絞車用于拉動推進管，第二臺用于驅動打樁錘，第三臺上固定著用于填充混凝土和碎石的吊桶，最后還有一臺輔助絞車，用于提升鋼筋籠。四臺絞車中的三臺分別由一個 SIKO 旋轉編碼器監控，從而可以隨時了解打樁管、輔助吊車和吊桶的位置。輔助繩索是一個安全技術構造，以確保打樁機在吊鉤拉過滑輪之前是關閉的。也就是說，該旋轉編碼器有一個最終位置點，絞車不得旋轉超越這個點。拉管絞車是設備中最敏感的區域；盡管對打樁管的沖擊力非常猛烈，仍須隨時了解其位置。

旋轉編碼器集成在一個自動控制系統中，該系統持續查詢位置，從而控制繩索的制導。

安全性能等級為 PLd 的旋轉編碼器

“對我們來說，最重要的是位置檢測的精度和作為旋轉編碼器安全功能的冗余度”，Stefan Hemmerle 說道?！白鳛橐粋€多轉編碼器，它最多可以絕對檢測到絞車的 4,096 圈；此外，我們還將傳動比與之整合，這樣我們就可以得到大量的信號，讓我們能夠持續檢測位置。”由于個別部件的故障會對這種重型設備的應用產生嚴重后果，因此安全等級為 PLd 的旋轉編碼器安全功能至關重要。它由兩個獨立的傳感器電路構成，做到完全冗余，從而確保安全操作。此外，它是一個絕對數值編碼器，即使在斷電狀態下也能準確檢測其位置，無需基準化運行。在這種情況下，通過 CANopen 安全接口與控制系統進行整合。“對我們的應用來說，同樣重要的是絕對的堅固性。最后在夯實樁基時，一方面管道上拉著 240 噸，同時 6.5 噸重的打樁錘落入管道。這時，整臺機器都彈跳起來！旋轉編碼器必須能夠承受這種負荷——也確實做到了。”旋轉編碼器的磁性測量原理也有助于做到這一點，其極為適合在惡劣環境中使用。

用于貧瘠土壤和重型負荷的基樁

當土壤質量差和建筑物格外沉重時，夯實基樁是必要的。“我們 Franki 基樁系統的優勢在于，它是一個全位移基樁系統。因此，我們不會挖掘出土壤，也不必處理任何東西”，Stefan Hemmerle 解釋說。“借助夯實的樁基，我們可以應對任何地面。如果無法打得特別深，我們可以簡單地把樁基夯得大一點，再壓實一點，從而賦予建筑物所需的穩定性?！?

如果是風力渦輪機，那么另一個參數開始生效：風輪的高度。為了安全地錨定在地面上，此時需要傾斜的樁，也可以用 Franki 打樁機結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，一根樁向內傾斜。樁以這樣的方式交替排列，因為，根據風向，它們必須既能承受拉力也能承受壓力。

用于移動機器的模塊化系統

SIKO 旋轉編碼器滿足了 Stump-Franki 對其應用安全性、精確性和堅固性的期望。WV58MR 是 SIKO“PURE.MOBILE 傳感器模塊組件”的一部分，該系統專為移動機器和商業車輛的高要求而開發。本標識的所有傳感器都具備以下特點：

可提供單通道或安全版本，性能等級達到 d (PLd)

防護等級高達 IP6K9K

擴展溫度范圍：-40 至 +85 °C（可選：+105 °C）

極高的抗撞擊和振動性能

可擴展和可配置的功能，如傾斜、DIP 開關、憑借 PURE.MOBILE 選項卡實現的數字 I/O

“只要不影響旋轉編碼器的堅固性就行！”，Stefan Hemmerle 這樣呼吁商業伙伴 SIKO，“在將來，這些特性也將是我們特殊地下工程應用所不可或缺的。”借此，SIKO 傳感器專家通過其測量解決方案為移動機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的絕對數值編碼器，WV58MR 是為挑戰性測量任務而開發的，尤其是在移動機器中。插圖：©SIKO GmbH

圖 3：使用中的 Franki 打樁機：重量巨大的自由落體打樁錘進入推進管，將混凝土和碎石壓實為穩固的基樁基腳。SIKO 旋轉編碼器 WV58MR 主要監測絞車的位置。插圖：©Stump-Franki Spezialtiefbau GmbH

圖 4：打樁機可以靈活使用，用專門運輸車運到相應的施工現場。插圖：©Stump-Franki Spezialtiefbau GmbH

圖 5：Stefan Hemmerle，Stump-Franki Spezialtiefbau GmbH 機械制造主管；插圖：©Stump-Franki Spezialtiefbau GmbH