CN101354328A - 在特定载荷撞击下测定地面变形系数的自由落体重物检测器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自由落体重物检测器，具有承载板(1)，与承载板(1)相连接的路径、速度或者加速度探测器，加载机构(8)，以及测量数据处理和整理装置，所述加载机构具有导杆(3)，弹簧元件(7)和自由落体重物(6)。所述弹簧元件(7)与自由落体重物(6)连接在一起。自由落体重物(6)和弹簧元件(7)同时自预先设定好的高度掉落到放置在检测平台之上的承载板(1)上，产生一个特定的动力减缓的撞击力。所述撞击力使承载板(1)产生振动，由此来确定所需的变形系数。由于弹簧元件(7)与自由落体重物(6)的结合，设置在承载板(1)上的探测器传输出易处理的测量信号，同时不存在第二次的荷载撞击并且明显减小了谐振。

Description

在特定载荷撞击下测定地面变形系数的自由落体重物检测器
技术领域
本发明涉及一种自由落体重物检测器，所述检测器用于根据特定的撞击荷载来确定变形系数，特别是动态变形模数Evd，和判断对地面、无粘合剂的承压层、矿物密封层、填充材料、改良地基(例如混有石灰)、可回收材料、高温沥青、新制混凝土以及其他材料的土壤的夯实度和变形率。
自由落体重物检测器在动态平面耐压试验中用于测定在特定撞击荷载下地面的变形系数，特别是动态变形模数Evd。上述自由落体重物检测器已经在实践中公开并且以其他人的名义记载在技术检测规程TP BF-StB部分B8.3中。同样在DE 2151672B2，DE 9210220U1，DE 9305327U1以及Stendal Gerhard Zorn机械制造公司销售手册中的“轻型自由落体重物检测器ZFG 02”中也都涉及了这种类型的自由落体重物检测器。这种设备具有设在待检测的地面-检测平台-之上的承载板，与所述承载板相连接的路径、速度或者加速度传感器，加载机构，以及测量数据处理和计算装置，所述加载机构具有导杆、弹簧元件和自由落体重物。进行动态平面耐压试验时放置在检测平台上的承载板受到一个特定撞击力的撞击，所述自由落体重物从预定高度沿导杆下落撞击在弹簧元件上，此弹簧元件处于导杆的下端并与承载板相连。由路径、速度或者加速度传感器检测由于特定撞击导致承载板的运动并利用测量数据处理和计算装置进行评估。加载技术检测规程TP BF-StB Teil B8.3中规定的运动的振幅和过程对应由于荷载撞击形成的检测平台的撞击地点，动力形变模式Evd的结论以及检测平台的夯实度都与最新的技术检测规程TP BF-StB部分B8.3中阐述的振幅和振动过程相符合。
在技术检测规程TP BF-StB部分B8.3中，为了得到可重复可比较的测量结果，对于轻型自由落体重物设备规定了最大撞击力Fmax＝7.07kN和撞击时间tmax 17ms±1.5ms。此撞击力是如此实现的，即，质量为10Kg的自由落体重物自70cm的高度自由下落到由预压紧的碟形弹簧组成的弹簧元件上，其中，预定导杆和弹簧元件的总重量为5kg。承载板的直径为30cm，重量为15kg。
此外，所述路径、速度或者加速传感器以及第一测量数据处理级安置在与承载板固定相连的、稳定的传感器外壳中。
按照技术检测规程TP BF-StB部分B8.3中公知的自由落体重物探测器，自由落体重物撞击到与承载板相连的弹簧元件所产生的撞击力导致承载板的运动，由设置在承载板上的路径速度或者加速传感器探测出的承载板运动信号具有很明显的二次荷载撞击和谐振，这些谐振反应在测量信号中(如附图2所示)。在测量数据计算装置中为了将第二次荷载撞击和谐振与测量信号分开，必须安装信号滤波器。但是并不能通过第二次荷载撞击、谐振信号和过滤器完全排除伪信号。
当弹簧元件由橡胶弹簧制成，例如Carl Bro Group公司的自由落体重物检测器PRIMA100和DK-6000Kolding(公司手册)，自由落体重物撞击到弹簧元件上产生的第二次荷载撞击和在测量信号中的谐振明显被减小。
橡胶弹簧的缺点在于其弹性模数具有明显的温度依赖性，由此在德国官方认证的检测中不使用这种橡胶弹簧自由落体重物检测器。
发明内容
基于上述现有技术，本发明的目的在于提供一种自由落体重物检测器。此检测器可以满足官方的检测规程并且实现仅具有极小二次荷载撞击和谐振的测量信号。
上述目的由权利要求1所述的自由落体重物检测器解决。从属权利要求2至4描述的是按照本发明自由落体重物检测器的优选设计。
按照本发明，所述弹簧元件设置在自由落体重物面向承载板的下表面，其中，按垂直方向施加弹力的弹簧的垂直向上的面与自由落体重物固定贴靠在一起。自由落体重物和弹簧元件在动态平面耐压试验过程中一起从预定高度同时自由下落撞击到承载板上，并且弹簧元件垂直向下的面接触承载板，将由弹簧元件和自由落体重物的总质量产生的撞击力传导到承载板上。
令人吃惊的是，按照以上描述由自由落体重物和弹簧元件组成的单元撞击在承载板上时，产生的撞击力几乎不会产生二次荷载撞击，并且与现有技术中公开的自由落体重物检测器相比，在相同的高度将同等质量的自由落体重物撞击在承载板上的弹簧元件上时，在承载板上的路径、速度或者加速度传感器生成的测量信号中所产生的谐振明显小。
由于进一步避免了二次荷载撞击并且由路径、速度或者加速度传感器生成的测量信号的谐振明显减小，在动态平面耐压试验中，按照本发明所述的自由落体重物检测器所产生的撞击力使测量数据更为准确，测量结果的复现性明显提高。由此能更为简便地处理测量数据。
按照本发明的一个特别有利的设计在于，在所述自由落体重物中设置一个腔室，在此腔室中置入由碟形弹簧组成的弹簧元件。同时，此设计要满足下述条件，即，所述弹簧元件仅在所述弹簧元件沿垂直方向的上侧面与自由落体重物在垂直方向向下的面紧靠在一起。这特别重要，因为一定要确保所述撞击力仅从弹簧元件在垂直方向的下面传导到承载板上。有利的是，弹簧元件通过一个产生预紧力的螺母设置在自由落体重物上，弹簧元件在垂直方向的上面与自由落体重物在垂直方向面向下的面连接在一起。用螺母调节弹簧元件的预紧力，这样也改变动态撞击参数。
弹簧元件处于如上述设置在自由落体重物中的腔室里，如此便可以简便地对弹簧元件进行额外保护，防止损坏和避免异物进入弹簧元件，即，各个相互连接作用的碟形弹簧之间。
附图说明
本发明将由下述的实施例进一步阐述。其中的图例如下：
图1：按照本发明所述的检测器，
图2：按现有技术将弹簧元件设置在导杆下部与承载板相连时，在承载板运动过程中由连接在承载板上的其中一个探测器产生的信号，
图3：按照本发明将弹簧元件设置在自由落体重物上时，在承载板振动过程中由连接在承载板上的其中一个探测器所产生的信号。
具体实施方式
如附图1所示的检测器由两个主要组件构成。其中之一是承载板1，其上设有探测器外壳2和图中没有示出的在探测器外壳2内的探测器；另一部分为加载机构8，该机构由带松开机构4的导杆3、具有球形帽盖的冲击板5、自由落体重物6以及弹簧元件7组成。所述弹簧元件7由预压紧的碟簧构成，所述弹簧设置在一个在自由落体重物中加工而成的腔室9中，并且延垂直方向施加弹簧力。同时，此弹簧沿垂直方向的上表面靠在自由落体重物6沿垂直方向的下表面上。所述弹簧元件7借助于设置在其垂直方向下表面上的螺母10与自由落体重物6相连接。通过螺母10在预应力的作用下将弹簧元件7压紧在自由落体重物6上，所述预应力可通过螺母10来调节。自由落体重物6、弹簧元件7和螺母10同心地具有一个用于导杆3的垂直开口。具有球形帽盖的冲击板5固定在导杆3的下端。具有弹簧元件7的自由落体重物6通过松开机构4固定在导杆3的上端。
承载板1被平放在检测平台上，从而确定土地，无粘合剂的承压层，矿物密封层，填充材料，改良土壤，可回收材料层，高温沥青或者新制混凝土的变形系数。借助冲击板5的球形帽盖将加载机构8安装在传感器外壳2上，用松开机构4将由自由落体重物6和弹簧元件7组成的单元6、7固定在导杆3的上端。单元6、7处于检测平台之上的一规定高度，假如松开机构4松开自由落体单元6、7，则自由落体单元6、7便向着承载板1的方向几乎以自由落体形式落下并撞在固定安装在冲击板5上的传感器外壳2上。在碰撞时产生一个撞击力，其振幅由自由落体重物6和弹簧元件7的质量决定，其作用时间由弹簧元件7的弹簧常量和通过螺母10设定的弹簧元件7的预应力确定。基于承载板1在撞击力作用下产生的运动可以确定检测平台的动力变形模数Evd。利用与承载板1相连接的传感器接收到此运动并将其转化为电子信号。
附图3示出由与承载板1相连的传感器产生的承载板1上述运动的路程-时间过程图的信号。与附图2中所示的现有技术中自由落体重物检测器的承载板1运动的路程-时间过程中产生的信号相比较，也就是说与将弹簧元件设置于导杆3下端并连接在承载板1上相比，不会产生二次荷载撞击并且只有很小的谐振，在进行加荷实验过程中自由落体重物垂直地撞击在弹簧元件的上表面。由此不仅显著的简化了后续测量数据的处理而且还明显提高了该方法的测量精确性。同时，完善了在重复测量中测量结果的复现性。

Claims (4)

1.一种自由落体重物检测器，所述检测器根据特定的撞击荷载来确定地基、无粘合剂的承重面、矿物密封层、填充材料、改良地基、可回收材料层、高温沥青或者新制混凝土的变形系数，具有支承在检测平台上的承载板(1)，与承载板(1)相连接的传感设备，加载机构(8)以及测量数据处理和计算装置，所述加载机构由导杆(3)、自由落体重物(6)和弹簧元件(7)组成，其特征在于，所述弹簧元件(7)设置在自由落体重物(6)上，在动态平面耐压试验中由自由落体重物(6)和弹簧元件(7)组成的单元(6，7)撞到承载板(1)上，所述弹簧元件(7)在撞击时处于自由落体重物(6)和承载板(1)之间。
2.按照权利要求1所述的自由落体重物检测器，其特征在于，导杆(3)朝向承载板(1)的一侧上设有带球形帽盖的冲击板(5)，在动态平面耐压试验中所述弹簧元件(7)撞击在此冲击板(5)上。
3.按照权利要求1或2所述的自由落体重物检测器，其特征在于，所述弹簧元件(7)设置在于自由落体重物(6)内部加工而成的腔室(9)中。
4.按照权利要求1至3中任意一项所述的自由落体重物检测器，其特征在于，通过产生预紧力的螺母(10)将弹簧元件(7)装在自由落体重物(6)上。
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