用于强夯作业过程监测的传感型定滑轮测试系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了用于强夯作业过程监测的传感型定滑轮测试系统及其方法，系统包括环码定滑轮和逻辑控制器，环码定滑轮的侧壁有一圈环形的条码，扫码器扫描条码，读取到环码定滑轮转过的圈数和任意两个条码位置之间的角度，精确到0.5°；环码定滑轮的轴为配套的轴销式测力传感器，通过螺栓固定在支撑臂上,实时测量环码定滑轮轮轴所受压力；逻辑控制器接收并处理来自轴销式测力传感器、和扫码器的实时数据，进而计算并输出给显示器落距、锤重、夯击能，不满足要求时报警器报警，以实时监测强夯施工质量。

Sensing type fixed pulley testing system and method for dynamic compaction operation monitoring

The invention discloses a sensor for monitoring the operation process of heavy tamping type fixed pulley testing system and method, system including ring code fixed pulley and logic controller, ring code fixed pulley side wall and a ring-shaped barcode scanners, barcode scanning, read the code between the ring fixed pulley turned laps and any two a bar code position angle, accurate to 0.5 degrees; the fixed pulley shaft ring code for shaft pin type supporting force sensors fixed on the support arm through the bolt, the real-time measurement of fixed pulley axle ring codes under pressure; logic controller receives and processes from the shaft pin type force sensor, and real-time data scan code the calculated and output to the display, drop hammer weight, tamping energy, does not meet the requirements of the alarm, to monitor the quality of dynamiccompaction.

【技术实现步骤摘要】
用于强夯作业过程监测的传感型定滑轮测试系统及其方法
本专利技术涉及一种用于强夯作业过程监测的传感型定滑轮测试系统及其方法，尤其是适用于强夯作业过程中夯锤自重、落距以及夯击次数的监测。
技术介绍
强夯法是通过将直径为1-3米的重锤(8-40吨)起吊至一定高度(6-30米)后，使其自由下落，利用重锤下落的冲击能对土体进行动力夯实，以提高其压实度和强度、降低其压缩性的一种土体加固方法。强夯法因其使用设备简单、施工操作方便、适用土质范围广、施工速度快、施工费用低等优点被广泛应用于路基、地基的加固处理中。土体强夯作用的加固效果主要由夯击能和夯击次数决定，止夯标准是最后两击的夯沉量平均值不超过5cm。夯击能是夯锤自重和其落距的乘积，一般情况下，夯锤越重、落距越大，土体的夯沉量也就越大，加固效果越好。但是在大范围的现场施工过程中，因其夯锤落距、夯点位置全凭施工人员肉眼控制，监管不严的情况下有可能出现因夯锤锤重过轻和落距不足导致夯击能达不到设计标准，甚至因夯击次数不够等施工质量问题，最终导致强夯施工质量达不到设计标准，从而产生工程质量缺陷。经调研，夯锤落距的测试多由红外/激光测距仪或记录滑轮转动圈数得到。徐军库等(申请号：201510593581.9)所述的一种激光测距仪安装于强夯机吊臂顶部，通过测试距离夯锤的距离获得落距，但现场实际测试时，激光测距仪会因强夯机械的振动而产生晃动，导致实测的落距不稳定并出现偏差。魏群等(申请号：201320628514.2)所述的将编码器固定在卷扬装置的转动部件上，根据所接收到的编码器脉冲次数计算转动圈数和落距；唐科等(申请号201620123554.5)所述的在滑轮边缘均布8个磁铁，通过传感器接收磁铁信号来计算滑轮圈数和落距。但是在实际实施时，由于强夯机械转动滑轮与外侧防护壳的间隙很小，很难将上述的编码器或磁铁安装在滑轮外侧；更重要的是，考虑到强夯的止夯标准仅为5cm，如果只依据记录滑轮转动圈数，会导致因滑轮转动不足一圈时不计入圈数而产生测试误差，例如以直径为10cm的小滑轮计算，转动一圈的落距为3.14×10cm＝31.4cm，但未转动不足一圈时引起的测量误差有可能达到30cm，引起止夯误判。因此，除了记录滑轮的转动圈数外，还需要准确获知不足一圈时滑轮转动的角度。对于夯锤自重的测试，魏群等人(申请号：201320628514.2)通过压力传感器测试马达上升腔体的压力，该方法仅是为了获得夯锤被起吊和落下的准确时间，并非是测试夯锤的真实重量。唐科等人(申请号201620123554.5)提出采用旁压传感器测试夯锤自重，但实际操作时安装较为困难。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种用于强夯作业过程监测的传感型定滑轮测试系统及其方法，能够实时监控并记录每次夯击的落距、实时监控并记录锤重、计算夯击能和实时监控并记录每一击的夯沉量及总夯沉量，解决强夯现场施工质量不易控制的问题，保证工程质量。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于强夯作业过程监测的传感型定滑轮测试系统，包括环码定滑轮和逻辑控制器，所述环码定滑轮的侧壁有一圈环形的条码，所述环码定滑轮的中心轴为配套的轴销式测力传感器，通过螺栓固定在支撑臂上,实时测量环码定滑轮轮轴所受压力；所述逻辑控制器接收来自轴销式测力传感器和扫码器的实时数据。进一步的，所述环码定滑轮侧壁有一圈环形的条码，通过扫码器扫描读取到定滑轮转过的圈数和任意两个条码位置之间的角度。进一步的，所述扫码器固定在环码定滑轮一侧的支撑轴上，扫描环码定滑轮上的环形条码，读取到定滑轮转过的圈数a和任意两个条码位置之间的角度θ，精确到0.5°。并实时传输扫描结果给逻辑控制器。进一步的，所述轴销式测力传感器作为中心轴套在环码定滑轮内径中间，实时测量环码定滑轮轮轴所受压力T，当夯锤被吊起静止或者匀速运动时，逻辑控制器计算夯锤的重量为Tn。进一步的，所述轴销式测力传感器两侧套有保护性垫片。进一步的，轴销式测力传感器与逻辑控制器无线通信。进一步的，所述逻辑控制器与轴销式测力传感器无线通信，轴销式测力传感器实时传送压力值给逻辑控制器，逻辑控制器对轴销式测力传感器调零，超量程断电保护控制。进一步的，逻辑控制器和扫码器无线连接并接收来自扫码器的实时条码信息，并对条码信息做实时存储与处理控制。进一步的，所述逻辑控制器还连接有显示器和报警器。基于上述系统的工作方法，包括以下步骤：(1)输入施工设计标准参数，具体包括夯锤锤重T额定、落距H额定和最后两击的平均夯沉量S，输入与环码定滑轮所切两段直线钢丝绳之间的夹角α、环码定滑轮半径R；(2)强夯机起吊夯锤前，对轴销式测力传感器调零；(3)起吊夯锤时轴销式测力传感器同时检测环码定滑轮所受压力值，从吊钩勾上夯锤到吊起，检测压力值由峰值突变减小到在稳定压力值附近时，记录此压力值T；(4)计算实测锤重Tn，并将其与标准锤重比较，若小于标准锤重，则进行报警；(5)当检测到压力值由峰值突变减小并稳定在压力值T附近时，记录环码定滑轮上的条码位置信息，并以此位置作为环码定滑轮旋转的初始路程位置，不断扫描到初始路程位置处的条码信息，记录扫描到的次数，即为滑轮所转过的圈数a；(6)夯锤上升到一定高度，脱钩，轴销式测力传感器监测的压力值接近0，逻辑控制器记录累计夯击次数加1并记录环码位置信息，并将此位置信息作为终止位置信息，从记录初始位置信息到终止位置信息，环码定滑轮转过a圈加最后不完整的一圈，最后不完整的一圈转过的角度即为初始条码位置与终止条码位置的圆心角θ，由此得到夯锤上升的高度，即夯锤落距Hn，计算夯击能Wn+1。当夯锤落距Hn小于标准落距H额定，进行报警；(7)计算夯沉量Sn+1及累计夯沉量Ln+1，并判断夯沉量Sn+1与最后两击的平均夯沉量S，若Sn+1>S，继续夯击提示，若Sn+1<S，夯击终止，并累计夯沉量。进一步的，夯锤重、落距、夯击能、夯沉量、累计夯沉量的计算方式为：夯锤重落距夯击能Wn+1＝Hn·Tn、夯沉量Sn+1＝Hn-Hn+1、累计夯沉量Ln+1＝∑Sn+1(n＝0、1、2、3···)；与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术依据实时多源信息，对夯击过程监测并能及时判断加固效果，评价效果直观；本专利技术能够减少人为因素对测量精度和结果可靠度的影响，具有精度高、可靠性高、操作方便等优点；本专利技术可缩短工期，常规施工数据监测过程中，人工检测时间占整个施夯过程一半的时间，本专利技术可自动采集数据并实时存储并显示化可大大缩短工期；本专利技术在夜间或恶劣天气下仍可正常作业，仪器抗干扰能力强，测量精度不随外界环境改变而降低，可实现全天候施工监测；本专利技术不需大幅改装强夯机，只需在原有强夯机上做小幅改动，即可实现此强夯作业过程监测系统，且安装方便。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本专利技术用于强夯作业过程监测的传感型定滑轮测试系统结构框图；图2为本专利技术的整体结构示意图；图3(a)和图3(b)为本专利技术的详细结构示意图。其中，1.逻辑控制器，2.轴销式测力传感器，3.环码定滑轮，4.扫码器，5.显示器，6.报警器。具体实施方式：下面结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于强夯作业过程监测的传感型定滑轮测试系统，其特征是：包括环码定滑轮和逻辑控制器，所述环码定滑轮的侧壁有一圈环形的条码，扫码器读取到环码定滑轮转过的圈数和任意两个条码位置之间的角度，所述环码定滑轮的轴为配套的轴销式测力传感器，通过螺栓固定在支撑臂上,实时测量环码定滑轮轮轴所受压力；所述逻辑控制器接收来自轴销式测力传感器、扫码器的实时数据，以实时监测强夯施工质量。

【技术特征摘要】
1.一种用于强夯作业过程监测的传感型定滑轮测试系统，其特征是：包括环码定滑轮和逻辑控制器，所述环码定滑轮的侧壁有一圈环形的条码，扫码器读取到环码定滑轮转过的圈数和任意两个条码位置之间的角度，所述环码定滑轮的轴为配套的轴销式测力传感器，通过螺栓固定在支撑臂上,实时测量环码定滑轮轮轴所受压力；所述逻辑控制器接收来自轴销式测力传感器、扫码器的实时数据，以实时监测强夯施工质量。2.如权利要求1所述的一种用于强夯作业过程监测的传感型定滑轮测试系统，其特征是：所述环码定滑轮侧壁有一圈环形的条码，通过扫码器扫描读取到定滑轮转过的圈数和任意两个条码位置之间的角度。3.如权利要求1所述的一种用于强夯作业过程监测的传感型定滑轮测试系统，其特征是：所述扫码器固定在环码定滑轮一侧的轮轴上，扫描环码定滑轮上的环形条码，读取到定滑轮转过的圈数a和任意两个条码位置之间的角度θ，并实时传输扫描结果给逻辑控制器。4.如权利要求1所述的一种用于强夯作业过程监测的传感型定滑轮测试系统，其特征是：所述轴销式测力传感器作为轮轴套在环码定滑轮内径之间，两端通过螺栓和支撑臂连接，实时测量环码定滑轮轮轴所受压力。5.如权利要求1所述的一种用于强夯作业过程监测的传感型定滑轮测试系统，其特征是：所述轴销式测力传感器两侧套有保护性垫片；或，轴销式测力传感器与逻辑控制器无线通信。6.如权利要求1所述的一种用于强夯作业过程监测的传感型定滑轮测试系统，其特征是：所述逻辑控制器与轴销式测力传感器无线通信，轴销式测力传感器实时传送力值给逻辑控制器，逻辑控制器对轴销式测力传感器调零，超量程断电保护控制。7.如权利要求1所述的一种用于强夯作业过程监测的传感型定滑轮测试系统，其特征是：所述逻辑控制器与扫码器无线连接；逻辑控制器接收来自扫码器的实时条码信息，并对条码信息做实时存储与处理控制。8.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋红光，姚占勇，刘胜杰，张吉哲，周冲，张硕，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37