专利名称：一种强夯机及其夯击深度测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型主要涉及工程机械领域，具体地说，涉及一种强夯机夯击深度测量装置，以及包括该强夯机夯击深度测量装置的强夯机。
背景技术：
强夯机是一种用于对物料或地基进行冲击压实的工程机械，广泛应用于工业与民用建筑、仓库、堆场、码头、机场、公路和铁路路基、人工岛等的施工作业过程中。强夯机将夯锤吊到指定高度后，释放夯锤使其自由下落，从而可以给地基以强烈的冲击力和振动，破坏土体并对其进行压实，降低其压缩性，提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降。夯锤的夯击次数和夯击深度是强夯机施工过程中的重要参数。现有技术中，夯击次数和夯击深度主要是依靠监理人员的实时计数和实际测量获取。伴随着夯锤的下落，夯锤四周的土地就会隆起，这给夯击是否到位的测量带来了很大的困难；此外，如果对某次施工中的历史数据不能详细记录，则会给工程质量的优劣带来很大的问题。比如说，夯击强度已经到位，但由于周围土地的隆起导致监理人员的错误测量使得夯击次数的增加，进而使得油耗增加，作业时间无谓延长，不仅降低了施工效率，也造成了很大的能源浪费。采用前述人工记录夯击深度的方式，存在以下不足:I)强夯工地现场条件非常恶劣，测量仪器和人员距离强夯机较近，容易造成人员伤亡；2)测量精度和数据记录准确性受测量记录人员的人为因素影响，且测量记录传递过程繁琐，需要测量员计算、判定；3)人工测量降低了施工效率，且增加人工成本；4)在光线较差，尤其需夜间施工时，测量很难进行；5)偏锤的实际存在、塔尺所立测点的变换和所立塔尺的垂直度误差，以及锤顶面上积土均使测量误差客观存在，又较难消除；6)存在偷锤漏锤现象，无法自动监管。因此，如何提供一种在线实时检测技术，以提高效率、减小误差、节约成本，优化强夯机的施工过程，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种强夯机夯击深度测量装置，可以自动测量夯击深度，提高测量数据的准确性，并提高测量过程的便利性和安全性。本实用新型的强夯机夯击深度测量装置，用于非脱钩式强夯机中，所述强夯机包括提升油缸、绳索和夯锤，所述绳索卷绕在一个或多个滑轮上并连接所述夯锤，所述提升油缸伸缩时所述夯锤相应地下落或上提，所述强夯机夯击深度测量装置包括:[0015]角位移检测装置，用于检测所述滑轮转动的角位移；处理器，连接所述角位移检测装置，并根据所述滑轮的角位移和所述滑轮的半径，计算所述夯锤的夯击深度。进一步地,还包括:显示装置，连接所述处理器，用于显示所述夯击深度；和/或报警装置，连接所述处理器，用于根据夯击深度和夯击标准值之间的大小情况，进行相应的报警提示。本实用新型的又一个方面，还提供一种强夯机，该强夯机设置有前述任一项的强夯机夯击深度测量装置。进一步地，所述提升油缸的无杆腔的缓冲区内设置有压力传感器，当所述压力传感器检测到缓冲压力大于等于预设值时，则控制所述提升油缸的活塞杆停止动作。进一步地，所述强夯机的滑轮包括定滑轮组、动滑轮组以及臂头导向滑轮，所述提升油缸的第一端用于连接强夯机的车体、第二端连接所述动滑轮组；所述绳索在所述定滑轮组和所述动滑轮组上卷绕后，绕过所述臂头导向滑轮，并转向至连接所述夯锤。进一步地，所述角位移检测装置为编码器，所述编码器的轴心与所述臂头导向滑轮的转轴连接。进一步地，还包括可转动地设置于车体上的卷筒，所述绳索的首端固定于所述卷筒上，所述绳索的部分可收放地卷绕于所述卷筒上。进一步地，所述卷筒的数量为2个，所述绳索的数量可选择为I根或2根，分别实现单出绳状态和双出绳状态，在所述单出绳状态，所述绳索的首端连接其中I个卷筒、末端连接夯锤；在所述双出绳状态，2根所述绳索的首端分别连接I个卷筒、末端均连接夯锤。进一步地，所述动滑轮组包括多个多滑轮，各动滑轮均设置于同一个安装轴上，并以该安装轴的轴线为中心转动，所述安装轴设置于安装支架上，所述提升油缸的第二端连接所述安装支架。本实用新型在强夯机的滑轮上安装角位移检测装置，并根据滑轮的角位移和滑轮的半径计算夯锤的夯击深度，可以实现夯击深度的自动测量。作为一种优选实施方式，通过在提升油缸的无杆腔缓冲区安装压力传感器，可以保证夯锤提升至最高点，不会出现撞缸的情况，且角位移测量均可在该点清零，从而实现无
累计误差。本实用新型的编码器可将记录数据实时传给控制系统，本实用新型还可存储实时数据，自动的记录详实的作业工况信息，节约人力成本，方便查询。本实用新型还可以自动判断是否夯击达标，通过自动监管，避免了偷锤漏锤现象的发生，也避免了夯击过多，优化了施工过程，保证夯击次数最佳。
图1是本实用新型第一实施例的强夯机夯击深度测量方法的流程图；图2是本实用新型一实施例的夯击深度测量的原理图；图3是强夯作业时滑轮的角速度与时间的关系图；图4是本实用新型第二实施例的强夯机夯击深度测量方法的流程图；[0035]图5是本实用新型一实施例的强夯机夯击深度测量装置的结构框图；图6是本实用新型一实施例的强夯机的结构示意图；图7是本实用新型图6所示实施例的强夯机的定动滑轮组的结构示意图；图8a是本实用新型一实施例单出绳状态的结构原理图；图8b是本实用新型一实施例双出绳状态的结构原理图；图9是本实用新型一实施例的提升油缸的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行进一步的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型并不限于下面公开的具体实施例的限制。本实用新型的基本思想在于提供一种强夯机及其夯击深度测量装置，该装置通过本文描述的强夯机夯击深度测量方法完成测量过程。为了便于本领域技术人员对技术方案的理解，本文先对强夯机夯击深度测量方法进行描述。图1所示是本实用新型第一实施例的强夯机夯击深度测量方法的流程图。该强夯机夯击深度测量方法用于非脱钩式强夯机中。该非脱钩式强夯机包括提升油缸1、绳索5和夯锤G，其结构可以参考图2。绳索5卷绕在一个或多个滑轮上并连接夯锤G，提升油缸I伸缩时夯锤G相应地下落或上提，该强夯机采用了油缸驱动的提升机构。该强夯机夯击深度测量方法包括:步骤1:检测滑轮转动的角位移；该步骤I可以检测强夯机提升机构的任何一个或几个滑轮，如动滑轮组3中的动滑轮(参考图2)、定滑轮组2中的定滑轮、臂头导向滑轮4等。优选检测臂头导向滑轮4转动的角位移。步骤2:根据滑轮的角位移和滑轮的半径，计算夯锤G的夯击深度A H。在图1所示的第一实施例中，强夯机夯击深度测量方法具体包括:步骤11:在夯锤与地面接触时刻tl，检测滑轮的第一角度0 I ；步骤12:在夯锤向下停止运动时刻t2，检测滑轮的第二角度0 2 ；步骤21:根据第二角度0 2、第一角度0 I的第一差值(0 2- 0 I)以及滑轮的半径r,计算夯锤G的夯击深度A Ho本实用新型可以通过多种方式确定前述夯锤与地面接触时刻tl和夯锤向下停止运动时刻t2。作为一种实施方式，控制系统根据记录的角位移和时间关系，对记录的角位移求导，计算出滑轮转动的角速度《，并可以得出如图3所示的滑轮角速度w与时间T的关系图。参考图3，夯锤G自由下落时属于加速运动，在夯锤与地面接触时刻tl，角速度开始下降；然后夯锤G开始夯击地面，做减速运动，直至夯锤向下停止运动时刻t2，角速度减为零。参考图6，在夯锤与地面接触时刻tl，绳索5的出绳长度为Hl ;在夯锤向下停止运动时刻t2，绳索5的出绳长度为H2，则夯击深度的计算公式:A H=H2-H1= 0 2 r_ 0 I r=(92-0 Dr0该计算公式还可以进行各种修正。进一步地，在图1所示的第一实施例中，强夯机夯击深度测量方法还包括:步骤3:设定夯击标准值HO，并判断夯击深度A H与夯击标准值HO之间的大小，若夯击深度A H大于夯击标准值HO，则提示继续夯击；若夯击深度A H小于等于夯击标准值HO，则提示夯击完成。该步骤可以自动判断是否夯击达标，当夯击深度A H很小，即难以再将地基向下夯实时，则达到夯击要求。通过自动监管，避免了偷锤漏锤现象的发生，也避免了夯击过多，优化了施工过程，保证夯击次数最佳。此外，第一实施例还包括显示夯击深度A H的步骤。操作人员可以直观的知晓各次夯击作业的夯击深度A H，为施工策略提供依据。夯击深度A H的显示既可以是数字显示，也可以是模拟图形显示。作为本实用新型的第二实施例，如图4所示，强夯机夯击深度测量方法具体包括:步骤Ia:在夯锤开始释放时刻t0，检测滑轮的起始角度00;步骤Ib:在夯锤向下停止运动时刻t2，检测滑轮的第二角度0 2 ；步骤2a:根据第二角度0 2、起始角度0 0的第二差值(0 2- 0 0)以及滑轮的半径，计算绳索5的出绳长度；步骤2b:根据本次夯击与上次夯击的出绳长度差值，得出本次夯击的夯击深度A H。如前所述，夯锤向下停止时刻t2优选根据角速度为零的时刻确定。夯锤开始释放时刻to可以根据启动操作开关的时刻确定，也可以根据角速度从零开始增加的时刻确定。各次夯击完成时的出绳长度可以米用以下公式:Hn=r。则夯击深度为:A H=Hn-Hlrft5需要说明的是，相对于第二实施例而言，前述第一实施例各次夯击深度A H的测量均可以独立完成，从而实现无累计误差的测量。同样地，本实用新型第二实施例也可以包括判断夯击深度A H是否小于等于夯击标准值HO的步骤，以及显示夯击深度A H的步骤。由于前文已经说明，在此不再赘述。图5所示是本实用新型一实施例的强夯机夯击深度测量装置的结构框图。该强夯机夯击深度测量装置用于非脱钩式强夯机中，并且包括角位移检测装置71和处理器72。其中，该角位移检测装置71用于检测滑轮转动的角位移，其可以将滑轮转动的角位移信号转化为电信号，并输出至处理器72。根据角位移检测装置71类型不同，其可以安装于滑轮的不同位置。该角位移检测装置71优选为编码器，该编码器的轴心与滑轮的转轴连接。该处理器72连接角位移检测装置71，并根据滑轮的角位移和滑轮的半径，计算夯锤G的夯击深度A H。处理器72计算夯击深度A H的方法可以参考前述强夯机夯击深度测量方法的实施例。进一步地，该强夯机深度测量装置还可以包括显示装置73和/或报警装置74。其中，该显示装置73连接处理器72，用于显示夯击深度A H，该显示装置73既可以进行数字显示，也可以进行模拟图形显示 。该报警装置74连接处理器72，用于根据夯击深度A H和夯击标准值HO之间的大小情况，进行相应的报警提示。该报警装置74可以是蜂鸣器或指示灯等声光部件，相应地报警信号可为蜂鸣器的蜂鸣、指示灯的发光或闪烁。比如，当夯击深度A H小于等于夯击标准值时，蜂鸣器发声报警，从而提示操作人员夯击达标完成。此外，本实用新型还公开了一种包括前述强夯机深度测量装置的强夯机，该强夯机的结构如图6所示。该强夯机还包括提升油缸1、绳索5、夯锤G和滑轮，各部分可以参考前述说明。如图2所示，该强夯机的滑轮优选包括定滑轮组2、动滑轮组3以及臂头导向滑轮4，提升油缸I的第一端连接强夯机的车体、第二端连接动滑轮组3 ;绳索5在定滑轮组2和动滑轮组3上卷绕后，优选从下向上绕过臂头导向滑轮4，并转向至从上向下连接夯锤G。前述上下既可以是直上直下，也可以是倾斜一定角度的上下方向。臂头导向滑轮4可以根据臂头的结构设置一个或两个。在图2和图6所示的实施例中，臂头导向滑轮4包括两个，绳索5依次绕过两个臂头导向滑轮4。本实用新型定滑轮组2可以包括一个或多个定滑轮，同样地，动滑轮组3也可以包括一个或多个动滑轮。为了增加倍率，本实用新型的定滑轮组2优选包括多个定滑轮，动滑轮组3的动滑轮数量与定滑轮的数量相匹配，夯锤G的行程是提升油缸I行程的N倍，其中N为大于I的整数。在图2所示的实施例中，定滑轮和动滑轮均包括3个，N=6，提升油缸I的行程可以保持在合理的范围，降低了生产制造难度，具有易于实施的优点。在图7所示的实施例中，定滑轮包括3个，动滑轮包括4个，N=8，提升油缸I的行程同样也可以保持在合理的范围。在夯锤G上提和下落过程中，各定滑轮均进行相应的转动，各动滑轮在进行转动的同时，要在提升油缸I的作用下进行平移。动滑轮组3和提升油缸I之间可以通过多种可能的连接部件进行连接，各动滑轮之间可以独立安装，也可以整体安装。在图7所示的实施例中，本实用新型的各动滑轮均设置于同一个安装轴61上，并以该安装轴61的轴线为中心转动，安装轴61设置于安装支架62上，提升油缸I的第二端连接安装支架62。提升油缸I伸缩运动的方向与该安装轴61的轴线方向垂直。通过提升油缸I对安装支架62的推拉作用，可以实现动滑轮组3整体的运动。需要说明的是，由于本实用新型的绳索5末端连接夯锤G，在长期工作下，绳索5连接夯锤G的部件容易产生磨损。如果该绳索5的长度无法调整，则当末端磨损失效后，需要更换整根绳索，使用成本高。有鉴于此，本实用新型图8a和图Sb所示的实施例还提供了一种可调整绳索出绳长度的技术方案，包括可转动地设置于车体上的卷筒90，绳索5的首端固定于卷筒90上，绳索5的部分可收放地卷绕于卷筒90上。该卷筒90可以设置于强夯机的上车平台上，既可以采用手动转动，也可以采用液压马达等机构驱动。当绳索5连接夯锤G的末端磨损后，可以剪断末端已磨损的部分，将卷绕在卷筒90上的绳索5放出，重新连接夯锤G，即可以补偿剪下的部分长度，无需更换整根绳索，可以保证绳索5的出绳量，确保夯击要求。在强夯机的运输过程中，需要将拆卸的臂架系统分开运输。对于前述卷筒90而言，还可以在运输时将绳索5收起，该卷筒90十分方便收绳，避免绳索随意的散放在平台上，具有布置美观的优点。进一步地，对同一台强夯机而言，通过改变绕绳方式可实现夯能扩展。本实用新型还可以实现图8a所示的单出绳状态和图8b所示的双出绳状态。单出绳状态时匹配的夯锤G重量为M (如20吨)，则双出绳状态时匹配的夯锤G重量可达2M (如40吨)，在提升高度相同的前提下，可使得夯能翻番。相应地，在车体上设置的卷筒90的数量为2个，绳索5的数量可选择为I根或2根，分别实现单出绳状态和双出绳状态。在图8a所示的单出绳状态，绳索5的首端连接其中I个卷筒90、末端连接夯锤G ;另外I个卷筒90处于闲置状态。绳索5还在定滑轮组2和动滑轮组3上卷绕，并可经过导向滑轮实现绳索5转向(前述角位移检测装置71还可设置于导向滑轮上。)在该图所示的状态中，动滑轮的数量为4个，N=8。在图8b所示的双出绳状态，2根绳索5的首端分别连接I个卷筒90、末端均连接夯锤G。各绳索5还在定滑轮组2和动滑轮组3上卷绕，并可经过导向滑轮实现绳索5转向。在该图所示的状态中，各绳索5经过的动滑轮数量为2个，N=4。2个卷筒90可分别对各绳索长度进行调整，从而保证2根绳索出绳长度和动作的一致性，提高强夯机的工作可靠性。对于前述结构的强夯机而言，为了便于提升油缸I的动作控制，可以在提升油缸I的无杆腔的缓冲区内设置有如图9所示的压力传感器10，当压力传感器10检测到缓冲压力大于等于预设值时，则控制提升油缸I的活塞杆停止动作。该压力传感器10可以保证提升油缸I每次夯击作业时均能缩回到位，将夯锤G提升至最高点，不会出现撞缸的情况，且角位移测量均可在该点清零，从而实现无累计误差的测量。角位移检测装置71优选为编码器，编码器的轴心与臂头导向滑轮4的转轴连接。编码器可以直接或间接与臂头导向滑轮4连接。作为一种实施方式，编码器通过齿轮传动机构连接臂头导向滑轮4。通过采用高精度的旋转编码器作为角位移检测装置71，可以实现夯击深度A H的精确测量。综上所述，本实用新型在强夯机的滑轮上安装角位移检测装置71，并根据滑轮的角位移和滑轮的半径计算夯锤G的夯击深度AH。与现有技术相比，本实用新型具有以下优
占-
/ w\ I)测量准确、误差小本实用新型可以采用高精度的旋转编码器作为角位移检测装置71，从而实现夯击深度A H的精确测量；并且，通过在提升油缸I的无杆腔缓冲区安装压力传感器10，可以保证提升油缸I每次夯击作业时均能缩回到位，将夯锤G提升至最高点，不会出现撞缸的情况，且角位移测量均可在该点清零，从而实现无累计误差。2)可靠性高、使用方便本实用新型的编码器可将记录数据实时传给控制系统，计算过程在控制系统进行，计算方便，调试简单，可靠性高；此外，本实用新型还可存储实时数据，自动的记录详实的作业工况信息，节约人力成本，方便查询。3)自动监管、优化施工本实用新型可以设定夯击标准值，并对比各次夯击的夯击深度A H与夯击标准值之间的大小，通过自动监管，避免了偷锤漏锤现象的发生；此外，在强夯作业达标后，避免了因夯击过多而导致的作业时间延长、能耗增加等问题，优化了施工过程，保证夯击次数最佳。因此，本实用新型的有益效果是显而易见的。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种强夯机夯击深度测量装置，用于非脱钩式强夯机中，其特征在于，所述强夯机包括提升油缸(I)、绳索(5)和夯锤(G)，所述绳索(5)卷绕在一个或多个滑轮上并连接所述夯■ (G)，所述提升油缸(I)伸缩时所述夯锤(G)相应地下落或上提，所述强夯机夯击深度测量装置包括: 角位移检测装置(71 )，用于检测所述滑轮转动的角位移； 处理器(72)，连接所述角位移检测装置(71)，并根据所述滑轮的角位移和所述滑轮的半径，计算所述夯锤(G)的夯击深度(A H)。
2.根据权利要求1所述的强夯机夯击深度测量装置，其特征在于，还包括: 显示装置(73 )，连接所述处理器(72 )，用于显示所述夯击深度(A H);和/或 报警装置(74)，连接所述处理器(72)，用于根据夯击深度(AH)和夯击标准值(HO)之间的大小情况，进行相应的 报警提示。
3.一种强夯机，其特征在于，设置有权利要求1或2所述的强夯机夯击深度测量装置。
4.根据权利要求3所述的强夯机，其特征在于，所述提升油缸(I)的无杆腔的缓冲区内设置有压力传感器(10)，当所述压力传感器(10)检测到缓冲压力大于等于预设值时，则控制所述提升油缸(I)的活塞杆停止动作。
5.根据权利要求3所述的强夯机，其特征在于，所述强夯机的滑轮包括定滑轮组(2)、动滑轮组(3)以及臂头导向滑轮(4)，所述提升油缸(I)的第一端用于连接强夯机的车体、第二端连接所述动滑轮组(3);所述绳索(5)在所述定滑轮组(2)和所述动滑轮组(3)上卷绕后，绕过所述臂头导向滑轮(4 )，并转向至连接所述夯锤(G )。
6.根据权利要求5所述的强夯机，其特征在于，所述角位移检测装置(71)为编码器，所述编码器的轴心与所述臂头导向滑轮(4)的转轴连接。
7.根据权利要求3所述的强夯机，其特征在于，还包括可转动地设置于车体上的卷筒(90)，所述绳索(5)的首端固定于所述卷筒(90)上，所述绳索(5)的部分可收放地卷绕于所述卷筒(90)上。
8.根据权利要求7所述的强夯机，其特征在于，所述卷筒(90)的数量为2个，所述绳索(5)的数量可选择为I根或2根，分别实现单出绳状态和双出绳状态，在所述单出绳状态，所述绳索(5)的首端连接其中I个卷筒(90)、末端连接夯锤(G);在所述双出绳状态，2根所述绳索(5)的首端分别连接I个卷筒(90)、末端均连接夯锤(G)。
9.根据权利要求5所述的强夯机，其特征在于，所述动滑轮组(3)包括多个多滑轮，各动滑轮均设置于同一个安装轴(61)上，并以该安装轴(61)的轴线为中心转动，所述安装轴(61)设置于安装支架(62)上，所述提升油缸(I)的第二端连接所述安装支架(62)。
专利摘要本实用新型提出了一种强夯机及其夯击深度测量装置。该强夯机夯击深度测量装置用于非脱钩式强夯机中，包括角位移检测装置，用于检测滑轮转动的角位移；处理器，连接所述角位移检测装置，并根据所述滑轮的角位移和所述滑轮的半径，计算所述夯锤的夯击深度。该强夯机夯击深度测量装置还可以包括显示装置和/或报警装置。本实用新型可以实现夯击深度的自动测量，并具有测量准确、误差小、可靠性高、使用方便、可实现自动监管等优点，优化了强夯机的施工，可保证夯击次数最佳。
文档编号E02D3/054GK202947719SQ20122062362
公开日2013年5月22日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者易小刚, 张作良, 李 东, 吴志强 申请人:三一重工股份有限公司