一种基于多元感知的螺旋锚动力头设备的制作方法

1.本实用新型涉及岩土工程的技术领域，具体涉及一种基于多元感知的螺旋锚动力头设备。


背景技术：

2.螺旋锚基础作为一种原状土(岩)基础，能够充分利用原状岩土层相对剧烈扰动地层具有承载力高、变形小的特点，由于其具有良好的受力特性，而且施工过程简便，广泛被应用于岩土工程领域，螺旋锚具有重量轻、刚性好、运输施工方便、承载性能高等优点。
3.在螺旋锚施工过程中需要时刻关注基础拧入的深度、角度和扭矩，从而判断螺旋锚的施工质量和预估承载力是否达到设计要求。螺旋锚一般采用动力头进行旋拧施工，动力头安装在挖掘机等大型机械上，利用机械臂带动动力头进行移动和旋转，由于大型机械本身操控难度和精准度的限制，仅靠挖掘机操作手的经验很难满足螺旋锚基础的施工控制精度要求，影响了螺旋锚基础的承载性能和承台内力分布，一定程度上制约了螺旋锚基础的推广应用。
4.现有方案一般通过检测挖掘机供给动力头的液压来判断螺旋锚的施工扭矩，采用人工的方式确定基础的施工角度和施工深度。由于挖掘机液压系统的不稳定性，液压值并不和动力头的输出扭矩呈完全线性关系，通过液压传感器来推算施工扭矩所得到的值准确性较差。通过人工测量的螺旋锚施工角度和深度容易受到测量人和测量仪器的误差，同时人工测量也会打断螺旋锚基础的正常旋拧施工。


技术实现要素：

5.为了解决人工测量的螺旋锚施工角度和深度存在误差，同时也会打断螺旋锚基础的正常旋拧施工的问题，本实用新型提出了一种基于多元感知的螺旋锚动力头设备，包括：动力头、扭矩监测设备、倾角监测设备、距离监测设备和螺旋锚；
6.所述扭矩监测设备的一侧固定于所述动力头上，另一侧与所述螺旋锚固定连接；
7.所述倾角监测设备和所述距离监测设备均固定于所述动力头上。
8.优选的，所述扭矩监测设备包括扭矩传感器；
9.所述扭矩传感器的主体固定于所述动力头上，所述扭矩传感器的扭矩轴与所述螺旋锚固定连接。
10.优选的，所述扭矩传感器上设置有法兰盘；
11.所述螺旋锚上设置有法兰盘；
12.所述扭矩传感器上的法兰盘与所述螺旋锚上的法兰盘固定连接。
13.优选的，所述扭矩监测设备还包括测扭应变片；
14.所述测扭应变片安装于所述扭矩传感器上。
15.优选的，所述倾角监测设备包括陀螺仪和倾角传感器；
16.所述陀螺仪和所述倾角传感器均安装于所述动力头的侧面。
17.优选的，所述距离监测设备包括激光测距仪；
18.所述激光测距仪安装于所述动力头朝向地面的侧面上，且其发射的激光与所述螺旋锚的轴线平行。
19.基于同一构思，本实用新型还提供了一种基于多元感知的螺旋锚动力头设备系统，包括一种基于多元感知的螺旋锚动力头设备、采集仪和中心芯片；
20.所述动力头，用于为所述螺旋锚输出动力；
21.所述扭矩监测设备，用于采集所述动力头施工过程中，所述螺旋锚产生的扭矩形变；
22.所述倾角监测设备，用于监测所述动力头施工过程中，所述螺旋锚沿各个方向的倾斜角度；
23.所述距离监测设备，用于监测所述螺旋锚旋拧进入地面的深度；
24.所述采集仪，通过导线与所述扭矩监测设备电连接，用于将所述扭矩监测设备采集到的扭矩形变转变为扭矩信号，并传输至所述中心芯片；
25.所述中心芯片，用于对扭矩信号进行处理与储存。
26.优选的，所述扭矩监测设备采集所述扭矩监测设备的扭矩传感器的扭矩轴的扭矩形变。
27.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
28.本实用新型提供了一种基于多元感知的螺旋锚动力头设备，包括：动力头、扭矩监测设备、倾角监测设备、距离监测设备和螺旋锚；所述扭矩监测设备的一侧固定于所述动力头上，另一侧与所述螺旋锚固定连接；所述倾角监测设备和所述距离监测设备均固定于所述动力头上。可现场实时监测并记录螺旋锚施工参数，并帮助施工人员和机械设备操作手随时根据参数反馈纠正螺旋锚施工误差。
附图说明
29.图1为本实用新型的基于多元感知的螺旋锚动力头设备的整体结构示意图；
30.图2为本实用新型的基于多元感知的螺旋锚动力头设备的正视结构示意图。
31.其中，1、动力头；2、螺旋锚；3、扭矩传感器；4、测扭应变片；5、倾角传感器；6、激光测距仪。
具体实施方式
32.本实用新型公开了一种基于多元感知的螺旋锚动力头设备，该装置可现场实时监测并记录螺旋锚施工参数，并帮助施工人员和机械设备操作手随时根据参数反馈纠正螺旋锚施工误差。
33.实施例
34.一种基于多元感知的螺旋锚动力头设备，如图1所示，包括：动力头1、扭矩监测设备、倾角监测设备、距离监测设备和螺旋锚2；扭矩监测设备的一侧固定于动力头1上，另一侧与螺旋锚2固定连接；倾角监测设备和距离监测设备均固定于动力头1上。
35.扭矩监测设备，如图1和图2所示，包括扭矩传感器3；扭矩传感器3的主体固定于动力头1上，扭矩传感器3的扭矩轴与螺旋锚2固定连接。扭矩传感器3上设置有法兰盘；螺旋锚
2上设置有法兰盘；扭矩传感器3上的法兰盘与螺旋锚2上的法兰盘固定连接。扭矩监测设备还包括测扭应变片4；测扭应变片4安装于扭矩传感器3上。在动力头1扭矩输出部位安装扭矩传感器3，动力从动力头1先输出到扭矩传感器3，再通过扭矩传感器3的动力传输轴传输给螺旋锚2，扭矩传感器3的扭矩轴即动力传输轴，将动力传递到螺旋锚2，扭矩传感器3下部加工成法兰盘的形式与螺旋锚2上部的法兰盘相连接，保证动力传输。扭矩轴上贴有测扭应变片4并组成应变桥，当扭矩轴在动力头1施工过程中受到扭矩并发生扭转变形时，测扭应变片4即可采集扭转形变并通过采集仪转化成扭矩，由于扭矩轴在工作过程中不断转动，因此扭矩信号通过无线设备传输到中心芯片。测扭应变片4通过电线与采集仪连接，扭矩轴受到扭矩产生变形后，测扭应变片4测到扭矩轴形变并通过电线将测量数据传递给采集仪，采集仪将收集的测量数据传递给中心芯片，中心芯片收集整理扭矩、倾角、距离等数据并且整理后以图表或数据反馈给施工技术人员。
36.扭矩传感器3测量采用应变电测技术。在弹性轴上粘贴测扭应变片4组成测量电桥，当弹性轴受扭矩产生微小变形后引起电桥电阻值变化，应变电桥电阻的变化转变为电信号的变化从而实现扭矩测量。扭矩传感器3由弹性轴、测量电桥、仪器用放大器、接口电路组成。弹性轴是敏感元件，在45度和135度的方向上产生最大压应力和拉应力，此时其承受的主应力和剪应力相等。测量电桥可以采用半导体电阻应变片，并将它们接成差动全桥，其输出电压正比于扭转轴所受的扭矩。放大电路采用仪器用放大电路，它由专用仪器用放大电路构成，也可以由三只单运放电路组合而成，为了在使用时具有高精度，将灵敏度系数设为常数。
37.倾角监测设备，如图1和图2所示，包括陀螺仪和倾角传感器5；陀螺仪和倾角传感器5均安装于动力头1的侧面，可监测螺旋锚2施工过程沿各个方向的倾斜角度。陀螺仪或者电子罗盘用于测量螺旋锚2的方位角，倾角传感器5用于测量螺旋锚2在竖直方向的角度。
38.距离监测设备，如图1和图2所示，包括激光测距仪6；激光测距仪6安装于动力头1朝向地面的侧面上，且其发射的激光与螺旋锚2的轴线平行，可实时监测螺旋锚2端部距离地面的距离，从而记录螺旋锚2旋拧深度。
39.动力头1通过挖掘机等机械提供的液压进行动力输出，动力头1的输出轴上安装有扭矩传感器3，扭矩通过扭矩传感器3传导至外部接头，带动螺旋锚2进行旋拧施工，施工扭矩可以实时监测。倾角监测设备安装在动力头1内部，通过陀螺仪和倾角传感器5可以检测螺旋锚2各个方向的倾角，在施工过程中，机械操作人员可以通过显示屏监测螺旋锚2倾角，及时调整动力头1的位置，保证施工质量。激光测距仪6在螺旋锚2下部，通过激光测量沿螺旋锚2轴线方向距离地面的距离，由于有些规格的螺旋锚2法兰盘过大，容易挡住激光测距仪6激光路线，因此激光测距仪6需要进行一定的外伸。
40.扭矩传感器3、陀螺仪和倾角传感器5、激光测距仪6测量的数据通过中心芯片进行数据的储存和数据处理，导出后可以绘制随螺旋锚2打入深度变化的扭矩和倾角数据，供后续施工数据分析。如果后续需要进一步分析和处理数据，可导出后由电脑完成。导出方式可以为u盘，数据线、无线网络或者蓝牙。
41.在现有螺旋锚动力头结构上加入扭矩传感器3、陀螺仪和倾角传感器5、激光测距仪6，利用多元感知的集成采集设备监测和指导螺旋锚2基础的施工，保证施工质量。而且本实用新型提供的基于多元感知的螺旋锚动力头设备构造简单、易于改装。该动力头1设备可
在原有动力头1的基础上进行智能化集成加工，对加工工艺要求不高，可以直接在现有设备的基础上进行改装。
42.以上仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本实用新型的权利要求范围之内。