强夯机夯深测量装置及测量方法
【专利摘要】本发明提供了一种强夯机夯深测量装置及测量方法，该装置包括：夯锤位置触发传感器、无线信号发射器、无线信号接收器、PLC、编码器和显示器。基于该装置，本发明还提供了一种强夯机的夯深测量方法：包括以下步骤：步骤1：PLC设定夯锤下落高度H和预定夯沉量s；步骤2：根据设定的夯锤下落高度H设定夯击最高限位；步骤3：夯打，当夯锤降落至地面后，PLC计算绳长值L并发送至显示屏显示，测量两次后计算差值得到夯深量s’。由于本测量方法计算的夯沉量均为夯锤夯击前的高度值计算，故而本发明的夯深测量方法会多夯击一次，保证夯打质量。本发明具有测量精度高、效率高，实施操作简单方便，具有广阔的应用前景。
【专利说明】强穷机穷深测量装置及测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程机械【技术领域】，具体地，涉及一种强夯机夯深测量装置及测量方法。
【背景技术】
[0002]强夯机(dynamic compaction)是工程机械领域中一种重要的夯实机械,在开山填淤、围海造田、山区回填、机场建设等地基处理中具有广泛的应用。强夯机的工作过程是反复将80-400KN的锤(最重的达2000kN)起吊到8-25m高度后使其自由下落，巨大的势能形成强大的冲击力，进而提高地基的强度、降低压缩性、改善抵抗震动液化能力、消除湿陷性等。
[0003]现有的夯深自动测量(compaction depth)方法有以下几种:中国发明专利(申请号:201010511427.X)公开了一种基于激光测距与图像识别的强夯工程自动监测方法，该方法采用激光测量方式测量夯沉量，由于现场工况恶劣，泥土飞溅，容易遮挡激光，实际应用效果不佳。中国发明专利(申请号:200920245491.0)采用起重机臂压力变形的测量控制光广电编码器读数以计算绳长，获取夯沉量，，该系统比较复杂，而且施工现场风大，对起重机臂的压力变形影响较大，故而施工现场的环境适应性较差。另一项中国发明专利(申请号:201110112066.6)，通过测量卷扬马达压力信号，触发光电编码器计数获取绳长，进而计算夯沉量；该方法具有一定的适用性，但是，由于马达油压受夯锤吸附力影响，基准油压(即光电编码器开始计数时的油压)波动性较大，测量精度重复性差。
【发明内容】
[0004]鉴于现有自动夯深测量方式的局限性，本发明提出一种新的夯深测量装置和夯深测量方法。
[0005]本发明所述的强夯机夯深测量装置包括:夯锤位置触发传感器、无线信号发射器、无线信号接收器、PLC、编码器和显示器，其中:夯锤位置触发传感器设置在强夯机夯锤上，夯锤位置触发传感器的输出端与无线信号发射器连接；无线信号发射器与无线信号接收器通信连接，无线信号接收器输出端连接PLC ;编码器输入端连接卷扬，输出端连接PLC ;显示器与PLC连接。
[0006]优选地，夯锤位置触发传感器包括夯锤位置感知机构和触发元件，夯锤位置感知机构与触发元件连接，触发元件与无线信号发射器连接。
[0007]优选地，夯锤位置感知机构包括动杆和弹簧，弹簧设置在动杆内腔，一端与动杆内底连接，另一端与夯锤连接。
[0008]优选地，触发元件为光电开关、电磁式开关或接近开关。
[0009]优选地,动杆的底面低于夯锤底面。
[0010]优选地，夯锤底部中心处设置有安装孔，夯锤位置触发传感器设置在安装孔内。
[0011]优选地，无线信号接收器集成在PLC上，无线信号发射器集成在夯锤位置触发传感器上。[0012]基于本发明夯深测量装置的夯深测量方法包括以下步骤:
[0013]步骤1:PLC设定夯锤下落高度H和预定夯沉量s ；
[0014]步骤2:根据设定的夯锤下落高度H设定夯击最高限位；
[0015]步骤3:夯打，当夯锤降落至地面后，PLC计算绳长值L并发送至显示屏显示，测量两次后计算差值得到夯深量S，。
[0016]优选地,步骤2具体包括以下步骤:
[0017]步骤201:自由下落夯锤，当夯锤底面接触地面时,夯锤位置触发传感器触发，PLC记录触发时编码器的角度Φ ;
[0018]步骤202:依据测量得到的Φ和设定夯击高度H，计算出对应的编码器角度值；
[0019]步骤203 =PLC记录,并将其作为此后每次击打的提升高度基准。
[0020]优选地，步骤3具体包括以下步骤:
[0021]步骤301:下落夯锤；PLC依据编码器的输出实时监测下落绳长L，当夯锤底面接触地面时，夯锤位置触发传感器触发，PLC记录传感器触发时编码器的角度％，计算获得绳长LI，并发送至显示器进行显示；
[0022]步骤302:夯锤稳定后，提升夯锤，当编码器的角度转至物时，停止提升，换向，下落夯锤，PLC实时监测下落时的绳长L，当夯锤底面接触地面时,夯锤位置触发传感器触发，PLC记录传感器触发时编码器的角度*1，并计算获得绳长L2 ；
[0023]步骤303 =PLC自动完成s’ =L2_L1的计算，并将s’和L2的值发送到显示屏上显示；
[0024]步骤304:将s’与设定s值比较，若s’>s，则重复步骤302与步骤303，直至s’〈S ；若S，〈S，则完成夯击工作。
[0025]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:本发明所述夯深测量方法的绳长记录触发信号由夯锤位置触发传感器感知夯锤底面与地面接触的瞬间而产生，地面位置获得准确可靠，提升最高点为,，两点均固定，受外界干扰小，测量精度高、效率高，实施简单方便，具有广阔的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0027]图1为应用本发明的强夯机夯深测量装置的结构示意图；
[0028]图2为采用光电开关实现的夯锤位置触发传感器的结构原理图；
[0029]图3为本发明强夯机夯深测量方法的流程图。
[0030]图中:I为夯锤位置触发传感器，2为PLC，3为无线信号接收器，4为显示器，5为编码器，6为夯锤，7为车身，8为卷扬，9为动杆，10为弹簧，11为发光二极管，12为感光元件，13为无线信号发射器，14为泥土。
【具体实施方式】
[0031]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0032]请参阅图1和图2，一种强夯机夯深测量装置，包括:夯锤位置触发传感器1、无线信号发射器13、无线信号接收器3、PLC2、编码器5和显示器4。夯锤位置触发传感器I设置在强夯机夯锤6上，夯锤位置触发传感器I的输出端与无线信号发射器13连接；无线信号发射器13与无线信号接收器3通信连接，无线信号接收器3输出端连接PLC2 ；PLC2输入端分别连接无线信号接收器3和编码器5，输出端连接显示器4 ;编码器5输入端连接卷扬8，输出端连接PLC2 ;显示器4与PLC2连接，用于指示夯锤夯击次数及夯沉量等信息。
[0033]为避免夯坑不平对测量精度的影响，夯锤6底面打有一安装孔，该安装孔具体选在底面中心处，夯锤位置触发传感器I设置在安装孔内，夯锤位置触发传感器I与无线信号发射器13相连，通过无线信号发射器13可以向无线信号接收器3传输无线信号，从而避免电缆被缠绕或者拉断。夯锤位置触发传感器I包括夯锤位置感知机构和触发元件，夯锤位置感知机构与触发元件连接，触发元件与无线信号发射器13连接。
[0034]具体地，夯锤位置感知机构包括动杆9和弹簧10，弹簧10插入动杆9内腔，且弹簧10的上端固定于夯锤上，下端固定于动杆9上。动杆9和弹簧10均采用耐冲击型。动杆9的感知面(即动杆底面)低于夯锤6底面，当夯锤6下落接近地面时，夯锤位置感知机构9中的弹簧10首先被压缩，压缩至特定位移(夯锤底面触碰地面)时，触发元件12发出一个信号，无线信号发射器13接收到该触发信号后可以发出无线信号。
[0035]进一步地，触发元件可以采用光电开关，也可以采用接近开关或电磁式开关。如图2所示光电开关示例，光电开关式的夯锤位置传感器包括:动杆9，弹簧10，发光二极管11，感光元件12。触发元件采用发光二极管11与感光元件12共同组成发光二极管11通过小孔传递至感光元件12接收。当动杆9碰触到地面时，感知机构9被触碰，弹簧10压缩，压缩至夯锤底面与地面接触时，动杆9遮挡掉发光二极管11的光线，感光元件12被触发。接近开关式的夯锤位置触发传感器中，当动杆9碰触到地面时，动杆9被触碰，弹簧10压缩，压缩至夯锤底面与地面接触时，动杆9经过接近开关，开关元件被触发。电磁式开关雷同，均为本发明专利保护内容。
[0036]强夯机的车身7上装有卷扬8、PLC控制柜2、无线信号接收器3和编码器5。编码器5与卷扬8同轴安装，用于检测卷扬8转过的角度，在本发明的较佳实施例中，编码器5采用增量式光电编码器，PLC通过对旋转角度的读数来获得绳长值。无线信号接收器3用于接收夯锤6上夯锤位置触发传感器I的无线信号发射器13所发出的信号，无线信号接收器可以集成在PLC2上。
[0037]本实例中，编码器装于卷扬轴上，通过夯锤位置触发传感器触发无线信号发射器，无线信号发射器发送信号至无线数据接收器。无线信号接收器集成在PLC上，无线信号发射器集成在夯锤位置触发传感器上。在夯锤下落过程中，PLC实时接收编码器读数，并将编码器角度换算成绳长，当夯锤底面接触地面时，夯锤上安装的夯锤位置触发传感器发送触发信号至无线信号发射器，无线信号发射器将信号无线传输至无线信号接收器，无线信号接收器将信号传输至PLC，PLC收到无线信号接收器发出的信号后，停止接收编码器值，并返回绳长值至显示屏。测量两次后差值即为夯深值。[0038]如图3所示，基于上述的强夯机夯深测量装置，本发明还提供一种强夯机夯深测量方法，包括以下步骤:
[0039]步骤1:PLC设定夯锤下落高度H和预定夯沉量S。
[0040]步骤2:根据设定的锤下落高度H设定夯击最高限位。
[0041]步骤3:夯打，当夯锤降落至地面后，PLC计算绳长值L并发送至显示屏显示，测量两次后计算差值得到夯深量S，。
[0042]在夯打任务开始前，要进行夯击任务设定，设定下落高度H和预定夯沉量S ;然后，根据下落高度H进行夯击最高限位的设定。之后，开始进行夯打工作，当夯锤6自由下落时，夯锤上的夯锤位置触发传感器I也随之下落，动杆9的感知面(动杆底面)低于夯锤6底面，当夯锤6下落接近地面时，压力动杆9受到泥土 14对其反作用力，夯锤位置感知机构中的弹簧10首先被压缩，压缩至特定位移(夯锤6底面触碰地面)时，可以触发一个信号，无线信号发射器13接收到该触发信号后可以发出信号。
[0043]参照图3，位于车身上的无线信号接收器接3收到无线信号发射器13发来的信号，并将信号通过I/o 口传于PLC2，PLC2同时开始记录编码器5的脉冲值，根据记录的脉冲值数目得到旋转角度，从而获得绳长L，将L值在显示屏4上显示，并控制换向阀使夯锤6上升。当夯锤6上升至指定位置时，PLC2控制换向阀换向，自由下落夯锤，夯锤上的夯锤位置触发传感器I也随之下落，当夯锤底面碰触到地面时，无线信号发射器13发出触发信号。无线信号接收器3接收到无线信号发射器13发来的信号并将信号通过I/O 口传于PLC2后，记录此数，并将绳长定位于LI，PLC记录LI，并在显示屏4上显示；之后换向，提升夯锤，当夯锤上升至指定位置时换向，夯锤下落，当夯锤底面碰触到地面时，PLC2停止计数，并将绳长定位于L2，PLC记录L2 ;最后，PLC完成夯沉量s’的计算，s’=L2_L1，并将实际夯沉量s’值发送至显示屏上显示。当实际夯沉量s’小于设定夯沉量s (即s’〈S)时，认为完成本区域夯击任务，停止夯打，显示屏中停锤指示灯亮，PLC配套的蜂鸣设备发出蜂鸣声，停止作业。
[0044]具体地，步骤2还包括以下步骤:
[0045]步骤201:自由下落夯锤，当夯锤下落至地面时夯锤位置触发传感器触发，发出信号，PLC记录传感器I触发时编码器的角度Φ。
[0046]步骤202:依据设定夯击高度H和测得Φ，获得该高度对应的编码器角度值；
[0047]步骤203 =PLC记录為,并将其作为后面每次打击的提升高度参照基准。
[0048]如图3所示，步骤3具体包括以下步骤:
[0049]步骤301:下落夯锤；PLC实时计算下落绳长L，当夯锤下降至地面时，夯锤位置触发传感器触发，发出信号，PLC记录传感器触发时编码器5的角度将由编码器转过角度折算成绳长LI，并发送至显示器进行显示；
[0050]步骤302:夯锤稳定后，提升夯锤，当编码器5的角度转至,时，停止提升，换向，下落夯锤，当下落至地面时，夯锤位置触发传感器触发，PLC记录夯锤位置触发传感器触发时编码器5的角度.，并得到绳长L2 ；
[0051]步骤303 =PLC自动完成s’ =L2_L1的计算，并将s’和L2的值发送到显示屏上显示；
[0052]步骤304:将实际夯沉量s’与设定S值比较，若s’>s，则重复步骤302与步骤303，直至s’〈S ;若S’〈S，则完成夯击工作。[0053]具体地，步骤304中，若s’>s，即实际夯沉量大于设定夯沉量，则上次计算中L2值自动赋予LI值，并在显示屏中显示为LI值，L2值显示为空；之后重复步骤302至303，具体如图3所示，若重复步骤302与303后，仍然是实际夯沉量大于设定夯沉量，即s’ >s,则继续提升，如此往复多次后，直至达到s，<s，PLC发出蜂鸣信号，显示屏上停锤指示灯亮，本区域夯击工作完成。如需要进行其它区域工作，则移动车身，换另一块待夯击区域，从步骤I开始执行。
[0054]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【权利要求】
1.一种强夯机夯深测量装置，设置在强夯机上，其特征在于，包括:夯锤位置触发传感器、无线信号发射器、无线信号接收器、PLC、编码器和显示器，其中:所述夯锤位置触发传感器设置在强夯机夯锤上，夯锤位置触发传感器的输出端与与无线信号发射器连接；所述无线信号发射器与无线信号接收器通信连接，所述无线信号接收器输出端连接所述PLC ;所述编码器输入端连接卷扬，所述编码器输出端连接所述PLC ;所述显示器与所述PLC连接。
2.根据权利要求1所述的强夯机夯深测量装置，其特征在于，所述夯锤位置触发传感器包括夯锤位置感知机构和触发元件，所述夯锤位置感知机构与触发元件连接，所述触发元件与所述无线信号发射器连接。
3.根据权利要求2所述的强夯机夯深测量装置，其特征在于，所述夯锤位置感知机构包括动杆和弹簧，弹簧设置在动杆内腔，一端与动杆内底连接，另一端与夯锤连接。
4.根据权利要求2所述的强夯机夯深测量装置，其特征在于，所述触发元件为光电开关、电磁式开关或接近开关。
5.根据权利要求3所述的强夯机夯深测量装置，其特征在于，所述动杆的底面低于所述夯锤底面。
6.根据权利要求1所述的强夯机夯深测量装置，其特征在于，所述夯锤底部中心处设置有安装孔，所述夯锤位置触发传感器设置在所述安装孔内。
7.根据权利要求1所述的强夯机夯深测量装置，其特征在于，所述无线信号接收器集成在所述PLC上，所述无线信号发射器集成在所述夯锤位置触发传感器上。
8.一种强夯机夯深测量方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:PLC设定夯锤下落高度H和预定夯沉量s ； 步骤2:根据设定的夯锤下落高度H设定夯击最高限位； 步骤3:夯打，当夯锤降落至地面后，PLC计算绳长值L并发送至显示屏显示，测量两次后计算差值得到夯深量S’。
9.根据权利要求8所述的强夯机夯深测量方法，其特征在于，步骤2具体包括以下步骤: 步骤201:自由下落夯锤，当夯锤底面接触地面时,夯锤位置触发传感器触发，PLC记录触发时编码器的角度Φ； 步骤202:依据测量得到的Φ和设定夯击高度H，计算出对应的编码器角度值_ ; 步骤203 =PLC记录,并将其作为此后每次击打的提升高度基准。
10.根据权利要求8所述的强夯机夯深测量方法，其特征在于，步骤3具体包括以下步骤: 步骤301:下落夯锤；PLC依据编码器的输出实时监测下落绳长L，当夯锤底面接触地面时，夯锤位置触发传感器触发，PLC记录传感器触发时编码器的角度fi ,计算获得绳长LI，并发送至显示器进行显示； 步骤302:夯锤稳定后，提升夯锤，当编码器的角度转至时，停止提升，换向，下落夯锤，PLC实时监测下落时的绳长L，当夯锤底面接触地面时，夯锤位置触发传感器触发，PLC记录传感器触发时编码器的角度ft ,并计算获得绳长L2 ；步骤303:PLC自动完成s’ =L2-L1的计算，并将s’和L2的值发送到显示屏上显示；步骤304:将s’与设定s值比较，若s’>s，则重复步骤302与步骤303，直至s’<S ;若s’<S，则完成夯击工作。
【文档编号】E02D3/046GK103471541SQ201310165928
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年5月7日 优先权日:2013年5月7日
【发明者】刘成良, 陶建峰, 吴亚瑾, 杨海燕, 覃程锦 申请人:上海交通大学