一种基于振动波信号调控的智能振捣器的制作方法

1.本发明属于建筑工程混凝土施工领域，具体涉及一种基于振动波信号调控的智能振捣器，适用于不同工况条件下混凝土振捣智能化施工。


背景技术：

2.振捣是混凝土施工过程中一个重要的环节，通过低幅高频的振动，将能量传递到混凝土拌合物，使振捣范围内的所有颗粒发生受迫振动。振捣降低了振捣有效范围内的混凝土拌合物的粘度和内摩擦力，改变了浆体的流动性，骨料颗粒在重力的作用下沉落滑移，大气泡在浮力作用下上浮排出或被振碎，使模板中骨料排列致密，浆体填充充分，最终达到密实混凝土的目的。按照对混凝土作用方式的不同可以将振捣器分为两大类，内部振捣器和外部振捣器，应用最广泛的是内部振捣器，也就是插入式振捣器。
3.混凝土振捣密实性可以通过硬化后的密度、强度、孔结构等参数评价，但类似“事后反馈”的密实度评价方法对实际工程质量控制十分不利，若浇筑后出现不密实问题，只能通过辅助的补救措施进行解决。但实际浇筑工程中尚无统一确定的混凝土振捣密实度评价指标，振捣施工只能粗略估算而不能精细化控制，施工质量的把控依赖于人的经验，施工质量和效率均受到影响。专利《混凝土有效振捣深度及状态实时智能判定设备及方法》能实现振捣深度与振捣状态判定过程智能化，但无法实时判断混凝土内部是否密实。《一种识别混凝土振捣密实性的机械装置》通过振捣棒周围混凝土产生的压力合理控制混凝土的密实性，同时在施工过程中降低智能振捣棒对环境的噪声污染，但压力作为振捣密实度的评价指标不能体现混凝土振捣状态的变化情况。
4.随着信息化控制技术的进步，传感技术大量应用于建筑工程混凝土施工领域，以实现机械的自动控制和智能反馈调节。电信号、传感器等技术被用于表征混凝土的密实度，通过建立与新拌混凝土不同振捣阶段的关系，评价混凝土的密实状态。因此，本发明针对目前混凝土振捣施工中的技术缺失，结合信息化传感技术，发明了一种基于振动波信号调控的智能振捣器。


技术实现要素：

5.本发明针对缺少混凝土振捣密实施工受人为因素影响大的问题，创造性的发明了一种基于振动波信号调控的智能振捣器，本发明智能高效、操作简便，实现了混凝土振捣施工的智能化控制。
6.本发明的技术方案：一种基于振动波信号调控的智能振捣器，其特征在于所述智能振捣器包括1电机、2继电器、3处理器、4软管、5驱动连接、6信号传输线、7振捣棒外壳、8防水圈、9传感器、10传感器保护壳、11振捣棒头部，电机为整个振捣器提供能量，继电器连接在处理器上控制振捣停止，驱动连接和信号传输线均包裹在软管中，传感器连接信号传输线将信号传给处理器，振捣棒头部是振捣的主要施工部分。
7.所述的一种基于振动波信号调控的智能振捣器，其特征在于：振捣器使用方法为
振捣器使用方法为：1）选择避开钢筋、预埋件等施工点，振捣器开机，将振捣棒和传感器插入混凝土中；2）传感器收集振动波信号并由信号传输线传输至处理器；3）处理器将振动波信号进行计算和处理，当振动波信号的差异值达到设定要求时，处理器判断混凝土已经达到了密实状态，随后控制继电器停止振捣施工。
8.所述的一种基于振动波信号调控的智能振捣器，其特征在于：所述振捣棒为钢质外壳，通过焊接连接了空腔保护壳，传感器安装在空腔保护壳中，距离棒心4cm，并加防水圈密封。
9.所述的一种基于振动波信号调控的智能振捣器，其特征在于：传感器的采集频率为3000 hz-6000 hz。
10.所述的一种基于振动波信号调控的智能振捣器，其特征在于：控制中心能够收集混凝土的振动响应和激振力大小，通过激振力和振动响应的复数比换算出拌合物的机械阻抗值，反映振动状态下混凝土被激起的难以程度；根据阻抗值先减小后逐渐趋于平稳的变化特点反映混凝土的振捣密实程度，在3s内阻抗均值变化小于10%时，混凝土内颗粒运动趋于稳定，气泡被排出，判断为混凝土振捣密实。
11.所述的一种基于振动波信号调控的智能振捣器，其特征在于：所所述处理器能够收集存储振捣时间、振动波信号值等数据，可由安装的接口将数据导出。
12.本发明的机理：振捣棒通过振动波将能量传递给混凝土，开始振捣时振动波能量因机械阻抗的存在而衰减，且大部分用于克服内摩擦力，离振捣棒越远振幅衰减越明显，功率传递耗散大。继续振捣使得内摩擦力大幅减小，混凝土液化，大体积气泡上浮，混凝土内部颗粒排布更密实，此时振动波的传递耗散减少，传递功率提升，此时振动波信号趋于稳定。机械阻抗值能反映振动状态下混凝土被激起的难以程度，传感器以固定频率接收到振动波信号，包括振动响应参数和激振力大小并传递给控制中心，控制中心处理和计算激振力和振动响应参数的复数比，换算出拌合物的机械阻抗值。根据阻抗值先快速减小后逐渐趋于平稳的变化特点反映混凝土的振捣密实程度，在3s内阻抗均值变化小于10%时，混凝土内颗粒运动趋于稳定，气泡被排出，判断为混凝土振捣密实。
13.本发明的有益效果：1）通过混凝土振动波信号的变化实时判断混凝土振捣密实程度，在混凝土达到密实状态后自动停止振捣，实现了振捣施工的智能化控制；2）避免人为因素影响导致混凝土振捣不足或过振，提升了混凝土施工效率，改善了混凝土振捣效果；3）对振捣过程中振捣时间、振动波信号进行采集，量化了振捣施工控制参数，实现混凝土振捣高效精确施工。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍。
15.图1是本发明示意图，其中1为电机，2为继电器，3为处理器，4为软管，5为驱动连接，6为信号传输线，7为振捣棒外壳，8为防水圈，9为传感器，10为传感器保护壳，11为振捣棒头部。
具体实施方式
16.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步的具体说明。振捣棒主要参数见表1，混凝土配合比及其工作性能见表2。
17.表1 振捣棒主要参数表2 混凝土配合比及其工作性能一种基于振动波信号评价混凝土振捣密实性的智能振捣器，其工作步骤如下：1）开启振捣棒，按照施工要求将振捣棒插入混凝土中，此时振捣棒以振动波的形式向外传递能量，使混凝土逐步液化，传感器同时开始采集振动波信号；2）振动波信号上传至处理器后，处理器对每个时间间隔内（0.1s）的数据信号进行分隔，并做计算处理，通过换算出拌合物的机械阻抗值的变化特点反映混凝土的振捣密实程度，在3秒内信号变化值均小于10%时，判断为振捣密实。3）判断混凝土达到振捣密实状态后，按照施工要求将振捣棒缓慢拔出混凝土，处理器控制继电器停止振捣，完成该处施工点的振捣施工。
18.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种基于振动波信号调控的智能振捣器，其特征在于所述智能振捣器包括1电机、2继电器、3处理器、4软管、5驱动连接、6信号传输线、7振捣棒外壳、8防水圈、9传感器、10传感器保护壳、11振捣棒头部，电机为整个振捣器提供能量，继电器连接在处理器上控制振捣停止，驱动连接和信号传输线均包裹在软管中，传感器连接信号传输线将信号传给处理器，振捣棒头部是主要施工部分。2.根据权利要求1所述的一种基于振动波信号调控的智能振捣器，其特征在于：振捣器使用方法为：1）选择避开钢筋、预埋件等施工点，振捣器开机，将振捣棒和传感器插入混凝土中；2）传感器收集振动波信号并由信号传输线传输至处理器；3）处理器将振动波信号进行计算和处理，当振动波信号的差异值达到设定要求时，处理器判断混凝土已经达到了密实状态，随后控制继电器停止振捣施工。3.根据权利要求1所述的一种基于振动波信号调控的智能振捣器，其特征在于：所述振捣棒为钢质外壳，通过焊接连接了空腔保护壳，传感器安装在空腔保护壳中，距离棒心4cm，并加防水圈密封。4.根据权利要求1所述的一种基于振动波信号调控的智能振捣器，其特征在于：传感器的采集频率为3000 hz-6000 hz。5.根据权利要求1所述的一种基于振动波信号调控的智能振捣器，其特征在于：控制中心能够收集混凝土的振动响应和激振力大小，通过激振力和振动响应的复数比换算出拌合物的机械阻抗值，反映振动状态下混凝土被激起的难以程度；根据阻抗值先减小后逐渐趋于平稳的变化特点反映混凝土的振捣密实程度，在3s内阻抗均值变化小于10%时，混凝土内颗粒运动趋于稳定，气泡被排出，判断为混凝土振捣密实。6.根据权利要求1所述的一种基于振动波信号调控的智能振捣器，其特征在于：所述处理器能够收集存储振捣时间、振动波信号值等数据，可由安装的接口将数据导出。

技术总结
本发明涉及一种基于振动波信号调控的智能振捣器，主要由电机、处理器、振捣棒和传感器组成。本发明使用方法为：选择避开钢筋、预埋件的振捣点，开启振捣器，插入振捣棒，混凝土在振捣棒振动作用下逐渐密实，传感器收集振动波信号并传输至处理器，处理器处理计算振动波信号，3s内信号值变化小于10%判断为振捣密实，拔出振捣棒，停止振捣施工并记录振捣数据，该处施工点的振捣施工完成。本发明适用于不同工况条件下混凝土结构振捣施工，能够自动判断混凝土的密实状态，减少人为因素导致的欠振、漏振、过振，有助于实现振捣施工精细化管控。有助于实现振捣施工精细化管控。


技术研发人员：李化建 黄法礼 温家馨 李子春 王振 易忠来 袁政成 谢永江 靳昊 程欢
受保护的技术使用者：中国铁道科学研究院集团有限公司
技术研发日：2020.11.30
技术公布日：2022/6/4