本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种包括夯点位置信息、夯击次数、夯击能(锤重、重锤落距)、夯沉量、累计夯沉量、夯击遍数、前后两遍夯击的歇夯时间等强夯机综合作业参数采集系统及其工作方法。
背景技术：
强夯法处理路基是将很重的锤从高处自由落下给路基以冲击力和振动，从而提高地基土的强度并降低其压缩性。此法最初仅用于加固砂土和碎石土地基，经过十几年的应用与发展，它已适用于砾类土、砂类土、低饱和度的粘质土和粉质土、湿陷性黄土、杂填土等路基，这主要是由于施工方法的改进和排水条件的改善。强夯法由于具有效果显著、设备简单、施工方便、适用范围广、经济易行和节省材料等优点，在地基、路基加固中被广泛采用。强夯施工过程中要求应准确记录夯锤重量、落距、夯击次数、每击夯沉量、夯点位置和编号以及前后两遍夯击的间歇时间等基本情况，而在目前强夯作业中，主要是依靠人工现场记录来实现上述的监督。锤体夯击次数由现场监理人员和施工人员各自逐锤记录，再由内业人员对所有资料进行分析、统计、整理。此过程繁琐且耗费人力，然而业主、监理对强夯施工又不可能实现现场全过程质量监督，因此易产生施工人员人为漏夯、不按夯点布置图进行夯击或者夯击能不足等现象，或者提供的监测数据造假，而工程质量又难以进行有效监督，从而引发严重工程质量的问题。
技术实现要素：
本发明目的就是为了解决上述问题，提出了一种强夯机综合作业参数采集系统及其工作方法，该系统及方法能够自动采集存储夯点位置信息、夯击次数、夯击能(锤重、重锤落距)、夯沉量、累计夯沉量、夯击遍数、前后两遍夯击的歇夯时间等强夯机作业参数，便于对强夯施工作业进行全面实时监控，从而避免人为因素对强夯作业参数的可靠性产生影响，保证工程质量。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种强夯机综合作业参数采集系统，包括：触发器、GPS位置信息采集模块、强夯机作业参数采集模块、控制器、显示器、存储器和计时器；所述触发器输入端与锤钩连接，输出端与GPS位置信息采集模块和强夯机作业参数采集模块分别连接，所述GPS位置信息采集模块和强夯机作业参数采集模块的输出端分别与控制器连接；所述控制器还与显示器、存储器和计时器分别连接；所述计时器在系统启动的时候自动开始计时；所述触发器在锤钩打开和闭合的瞬间启动，启动后随即关闭；所述GPS位置信息采集模块和强夯机作业参数采集模块在只在触发器启动的瞬间触发工作。强夯机作业参数采集模块实现了夯点位置信息、夯击次数、夯击能(夯锤重量、夯锤落距)、夯沉量、累计夯沉量、夯击遍数的实时采集，通过计时器实现前后两遍夯击的间歇时间的精准测量，在重锤自由下落和重锤提升的两个瞬间，触发器启动触发强夯机作业参数采集模块工作，完成参数的准确测量。控制器兼具有数据输入、打印等功能，能够方便业主、施工方、监理等进行强夯作业检查，防止偷夯或夯点间距不满足要求等现象的发生。所述强夯机作业参数采集模块包括：红外测距仪、压力传感器、信号放大及整形电路和报警器；压力传感器与信号放大及整形电路、控制器依次连接，红外测距仪和报警器分别与控制器连接；所述红外测距仪有两台，对称安装于强夯机吊臂顶部，两台红外测距仪的中心与夯锤中心对正。所述GPS位置信息采集模块安装于强夯机吊臂顶部。由于采用了红外测距仪和GPS位置信息采集模块，因而使得强夯能够在夜间进行作业，并不会因为光线问题而影响测量的精度；一种强夯机综合作业参数采集系统的工作方法，包括以下步骤：第一步：输入预定的最后两击的平均夯沉量S0和液压卷扬机的相关技术参数；第二步：夯击第一遍时，夯击遍数b＝1；在夯锤锤钩打开和闭合的瞬间启动触发器，触发器触发GPS位置信息采集模块和强夯机作业参数采集模块进行信息采集；GPS位置信息采集模块在夯锤脱钩的瞬间采集夯点的平面位置信息记为Vn，n为组编号；第三步：将采集到的夯点平面位置信息发送至控制器，控制器计算前后两次夯击所采集到的夯点平面位置信息之间的距离Bn，若Bn＜2/3R，则将第一次采集到的夯点平面位置信息作为该夯点的编号Vm，m为夯点编号，若Bn＞2/3R，则视前一夯点结束夯击，系统自动进入下一夯点的强夯信息参数自动采集，其中，R为夯锤直径；第四步：控制器自动记录所有夯点一遍夯击内开始夯击和结束夯击时计时器的时间，当GPS位置信息采集模块监测的位置信息为之前夯点的位置信息时，夯击遍数b自动加1，并将同一夯点后一遍开始夯击的时间与前一遍结束夯击的时间作差，得到前后两遍夯击的歇夯时间t；第五步：强夯机作业参数采集模块分别计算夯击次数夯击次数T、夯击能W、夯沉量S和累计夯沉量L参数；第六步：控制器将采集到的夯击次数夯击次数T、夯击能W、夯沉量S、累计夯沉量L参数对应到相应夯点编号Vm及夯击遍数下；第七步：将对应完成的夯点编号、夯击遍数及与夯点编号和夯击遍数相对应的参数发送至存储器和显示器，生成综合作业参数表和简易参数表；第八步：重复步骤二～七，当达到强夯机作业参数采集模块终止条件或达到一遍夯击次数要求时，则转到下一夯点重复上述步骤直至夯击完成。所述强夯机作业参数采集模块终止条件为：最后两次夯击的平均夯沉量小于预先设定的夯沉量S0。一种强夯机综合作业参数采集系统的工作方法，所述强夯机作业参数采集模块的工作流程具体为：步骤一：输入预定的最后两击的平均夯沉量S0和液压卷扬机的相关技术参数；步骤二：夯锤在原填土表面尚未开始提升时，闭合锤钩，此时测得的红外测距仪到夯锤的距离分别为H0a＇、H0b＇；步骤三：强夯机在提升重锤时，压力传感器将液压系统的压力值经信号放大及整形电路实时传输至控制器，控制器自动提取夯锤脱离地面后的压力值P；步骤四：根据提取的压力值P，控制器自动计算夯锤锤重，并将锤重计算结果进行锤重组编号后分别发送至存储器和显示器进行存储和显示；步骤五：卷扬机马达收绳将夯锤提升到指定高度后，锤钩打开，重锤自由下落，在脱钩的瞬间同时启动触发器触发红外测距仪，此时两台红外测距仪测量得到夯锤到红外测距仪的距离分别为Ha、Hb；步骤六：重锤落下后，在提升重锤时，锤钩闭合的瞬间同时启动触发器触发红外测距仪，此时红外测距仪测量得到夯锤到红外测距仪的距离为Ha＇、Hb＇；步骤七：根据两台红外测距仪两次测量得到的夯锤到红外测距仪的距离，计算夯锤落距，将此夯锤落距进行夯锤落距组编号后发送至存储器和显示器进行存储和显示，相应的夯锤落距组编号n亦即为夯击次数T；步骤八：计算夯击能W，将夯击能进行编号后发送至存储器和显示器进行存储和显示；步骤九：重复步骤二～八，相应的夯锤锤重和夯锤落距编号加1，计算夯沉量S、累计夯沉量L，将夯沉量、累计夯沉量分别进行组编号后发送至存储器和显示器进行存储和显示；步骤十：重复步骤七，直至最后两次夯击的平均夯沉量小于预先设定的夯沉量S0，此时报警器发出警报，夯击终止。所述步骤四中，控制器计算夯锤锤重的方法为：其中，F为马达扭矩传递卷筒所产生的力亦即夯锤锤重；i为卷扬机传动系统的传动比；P为液压系统的压力；q为马达的排量；ηm为液压马达的机械效率；η卷为液压卷扬机的机械效率；D为卷筒直径；m为钢丝绳在卷筒上的缠绕层数；d为钢丝绳直径。所述步骤七中，夯锤落距的计算方法为：ΔHn＝(Hna′+Hnb′-Hna-Hnb)/2；其中，ΔHn为第n次夯击时的夯锤落距；Hna、Hnb分别为第n次夯击时，重锤自由下落时两台红外测距仪测量得到的夯锤到红外测距仪的距离；Hna＇、Hnb＇分别为第n次夯击时，重锤提升时两台红外测距仪测量得到的夯锤到红外测距仪的距离；n为组编号。所述步骤八中计算夯击能W的方法为：Wn＝Fn×ΔHn其中，Fn为夯锤锤重，ΔHn为夯锤落距，n为组编号。所述步骤九中计算夯沉量S和累计夯沉量L的方法为：Sn＝(Hna′+Hnb′-H(n-1)a′-H(n-1)b′)/2；Ln＝∑Sn；其中，Hna＇、Hnb＇分别为第n次夯击时，夯锤锤钩闭合的瞬间两台红外测距仪测量得到的夯锤到红外测距仪的距离；H(n-1)a＇、H(n-1)b＇分别为第n-1次夯击时，夯锤锤钩闭合的瞬间两台红外测距仪测量得到的夯锤到红外测距仪的距离。本发明的有益效果是：1、本发明实现了夯点位置信息、夯击次数、夯击能(夯锤重量、夯锤落距)、夯沉量、累计夯沉量、夯击遍数、前后两遍夯击的间歇时间的精准测量和实时采集，大大的节省了人力、物力资源，降低了成本；2、本发明具有精确度高、可靠性高、操作性方便等特点，能够减少人为因素对测量结果精度和可靠性的影响；3、本发明由于是自动化采集，因而能够有效避免人员在夯击作业区中发生危险；4、本发明由于采用了红外测距仪和GPS位置信息采集模块，因而使得强夯能够在夜间进行作业，并不会因为光线问题而影响测量的精度；5、本发明具有数据输入、打印等功能，能够方便业主、施工方、监理等进行强夯作业检查，防止偷夯或夯点间距不满足要求等现象的发生；6、本发明测量精度高、效率高、监测信息全面、安装方便，具有广阔的应用前景。附图说明图1为本发明强夯机综合作业参数采集系统结构示意图。其中，1.触发器，2.强夯机作业参数采集模块，3.GPS位置信息采集模块，4.触屏显示器，5.控制器，6.计时器，7.存储器，8.电源；21.压力传感器，22.红外测距仪，23.信号放大及整形电路，24.报警器。具体实施方式下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：应当理解，本申请主要涉及对强夯机综合作业参数采集系统整体结构的改进，本申请中涉及到的GPS位置信息采集模块3、触屏显示器4、计时器6、存储器7和触发器1，在满足系统对应可靠性的情况下，本领域技术人员应知其连接方式，在本申请中，对其工作方式做的简要说明，本领域技术人员根据本领域相关技术容易实现。如图1所示，一种强夯机综合作业参数采集系统，该系统以强夯机为基础，包括触发器1、强夯机作业参数采集模块2、GPS位置信息采集模块3、触屏显示器4、控制器5、计时器6、存储器7和电源8；所述触发器1输入端与锤钩连接，输出端与GPS位置信息采集模块3和强夯机作业参数采集模块2连接；所述GPS位置信息采集模块3和强夯机作业参数采集模块2输入端分别于触发器1连接，输出端分别与控制器5连接；所述控制器5输入端分别与GPS位置信息采集模块3和强夯机作业参数采集模块2、触屏显示器连接4，输出端与触屏显示器4和存储器7连接；所述触屏显示器4输入端与控制器5连接；所述存储器7输入端与控制器5连接，所述计时器6输出端与控制器5连接；强夯机作业参数采集模块2包括压力传感器21、红外测距仪22、信号放大及整形电路23、报警器24；压力传感器21与信号放大及整形电路23、控制器5依次连接，红外测距仪22和报警器24分别与控制器5连接。压力传感器21实时采集强夯机卷扬马达油压系统的油压。触发器1在锤钩打开和闭合的瞬间启动，启动后随即关闭；GPS位置信息采集模块3和强夯机作业参数采集模块2只有在触发器1在启动的瞬间触发工作；GPS位置信息采集模块3安装于强夯机吊臂顶部；红外测距仪22有两台，对称安装于强夯机吊臂顶部，两台红外测距仪22的中心与夯锤中心对正；触屏显示器4兼有输入和输出功能；存储器7具有数据导出和打印功能；计时器6在系统启动的时候自动开始计时；强夯机作业参数采集模块2工作流程如下：第一步：在触屏显示器4中输入预定的最后两击的平均夯沉量S0和液压卷扬机的相关技术参数，如卷扬机传动系统的传动比i、马达的排量q、液压马达的机械效率ηm、卷筒直径液D、压卷扬机的机械效率η卷、钢丝绳在卷筒上的缠绕层数m、钢丝绳直径d；第二步：夯锤在原填土表面尚未开始提升时，闭合锤钩，此时测得的红外测距仪22到夯锤的距离为H0a＇、H0b＇。强夯机在提升重锤时，压力传感器21将液压系统的压力值经信号放大及整形电路23实时传输至控制器5，控制器5自动提取夯锤脱离地面后的压力值P(压力—时间曲线图在此处有一明显的拐点)；第三步：根据提取的压力值P，控制器自动计算夯锤锤重，并将锤重计算结果Fn(n为组编号)进行锤重组编号1(每计算一次锤重，相应组编号加1)后分别发送至存储器7和显示器4进行存储和显示，计算公式如下：公式1其中，F为马达扭矩传递卷筒所产生的力亦即夯锤锤重，N；i为卷扬机传动系统的传动比；P为液压系统的压力，MPa；q为马达的排量，mL/r；ηm为液压马达的机械效率；η卷为液压卷扬机的机械效率；D为卷筒直径，mm；m为钢丝绳在卷筒上的缠绕层数；d为钢丝绳直径，mm；实际上，在卷扬马达收绳过程中，液压系统的压力值不是一个恒定值，且在收绳过程中夯锤并不是保持匀速上升，上述公式1是一个简化公式，在此处近似认为夯锤在提离地面后卷扬机液压系统的压力值是恒定值P，且在收绳过程中夯锤保持匀速上升。研究数据表明，此简化公式所得的夯锤误差是小于1％的，能够满足锤重精度要求；第三步：卷扬机马达收绳将夯锤提升到指定高度后，锤钩打开，重锤自由下落，在脱钩的瞬间同时启动触发器1触发红外测距仪22，此时两台红外测距仪22测量得到夯锤到红外测距仪22的距离分别为H1a、H1b；第四步：重锤落下后，在提升重锤时，锤钩闭合的瞬间同时启动触发器1触发红外测距仪22，此时红外测距仪22测量得到夯锤到红外测距仪22的距离为H1a＇、H1b＇；第五步：计算两次所测的距离之差ΔHn＝(Hna＇+Hnb＇-Hna-Hnb)/2(n为组编号)，ΔH1即为夯击第一次时的夯锤落距，将此夯锤落距进行夯锤落距组编号1(每计算一次夯锤落距，相应组编号加1)后发送至存储器7和显示器4进行存储和显示，相应的夯锤落距组编号n亦即为夯击次数T；第六步：计算夯击能Wn＝Fn×ΔHn(n为组编号)，将此夯击能进行编号1(每计算一次夯锤落距，相应组编号加1)后发送至存储器7和显示器4进行存储和显示；第七步：重复步骤二～六，相应的夯锤锤重和夯锤落距编号加1，计算夯沉量Sn＝(Hna＇+Hnb＇-H(n-1)a＇-H(n-1)b＇)/2(n为组编号)，计算累计夯沉量Ln＝∑Sn(n为组编号)，将夯沉量进行夯沉量组编号1，将累计夯沉量进行累计夯沉量组编号1(每计算一次，相应组编号加1)，将夯沉量和累计夯沉量分别发送至存储器7和显示器4进行存储和显示；第八步：重复步骤七，如夯坑周围未发生过大的隆起或未发生因夯坑过深而产生提锤困难等意外情况时，夯击直至最后两击的平均夯沉量小于预先设定的夯沉量S0，此时报警器发出警报，夯击即可终止。整个强夯机综合作业参数采集系统的工作过程如下：第一步：在触屏显示器4中输入强夯机作业参数采集模块2所需的相关参数，包括预定的最后两击的平均夯沉量S0和液压卷扬机的相关技术参数，如卷扬机传动系统的传动比i、马达的排量q、液压马达的机械效率ηm、卷筒直径液D、压卷扬机的机械效率η卷、钢丝绳在卷筒上的缠绕层数m、钢丝绳直径d、夯锤直径R；第二步：夯击第一遍时，夯击遍数b＝1；在夯锤锤钩打开和闭合的瞬间启动触发器1触发GPS位置信息采集模块3和强夯机作业参数采集模块2进行信息采集；GPS位置信息采集模块3在夯锤脱钩的瞬间采集夯点的平面位置信息，吊臂处的平面位置信息分别记为Vn(n为组编号)，强夯机作业参数采集模块工作流程如前所述；第三步：将采集到的夯点平面位置信息发送至控制器5，控制器5计算前后两次夯击所采集到的夯点平面位置信息Vn之间的距离Bn，若Bn＜2/3R，则将第一次采集到的夯点平面位置信息作为该夯点的编号Vm(m为夯点编号)，若Bn＞2/3R，则视前一夯点结束夯击，系统自动进入下一夯点的强夯信息参数自动采集；第四步：控制器5自动记录所有夯点一遍夯击内开始夯击和结束夯击时计时器6的时间，当控制器5检测到GPS位置信息采集模块3监测的位置信息为之前夯点的位置信息时，夯击遍数b自动加1，并将同一夯点后一遍开始夯击的时间与前一遍结束夯击的时间作差，得到前后两遍夯击的歇夯时间t；第五步：控制器5将采集到的夯击次数夯击次数T、夯击能Wn(锤重Fn、重锤落距ΔHn)、夯沉量Sn、累计夯沉量Ln等参数对应到相应夯点编号Vm及夯击遍数下；第六步：将对应完成的夯点编号、夯击遍数及参数等发送至存储器7和显示器4，生成综合作业参数表和简易参数表，对应情况分别如下：表1综合作业参数表表2简易参数表第七步：重复步骤二～六，当达到强夯机作业参数采集模块2终止条件或达到一遍夯击次数要求时则转到下一夯点重复上述步骤直至夯击完成。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。