CN106638245A - 一种用于检测双机摊铺中缝绝对基准高度的装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种用于检测双机摊铺中缝绝对基准高度的装置，横向挂线装置的空心轴固定在盒体内，回线簧缠绕在空心轴上，回线簧的一端固定在空心轴上，另一端与卷线连接。挠度补偿装置的滑尺套接在尺体上，第一紧固螺钉安装在滑尺上。滑尺的顶部设有固定触杆，上端面为平面；滑尺沿长度方向开有边槽，活动触杆可沿边槽滑动，上端面为平面，设有刻度线；第二紧固螺钉安装在活动触杆上。解决了现有技术中挠度为变量，导致路面的横断面尺寸发生波动的问题。本发明通过计算横向拉线挠度并给予挠度补偿，确保了中间的绝对基准与位于两侧的基准线的高度在同一条直线。

Description

一种用于检测双机摊铺中缝绝对基准高度的装置及检测方法

技术领域

本发明属于道路工程施工技术领域，尤其涉及一种用于检测双机摊铺中缝绝对基准高度的装置及检测方法。

背景技术

我国高速公路多为双向四车道、六车道，在摊铺过程中，通常由两台或多台摊铺机并机施工。水泥稳定基层和沥青混合料下面层在摊铺过程中，在路面两侧主要采用挂线法作为绝对基准，以准确地控制路面的设计标高、纵横坡度、厚度以及平整度。在路面中间两台摊铺机的接缝处，采用铝合金梁作为绝对基准控制摊铺高度，一般5m或10m为一段，顺序架设。铝合金梁的高度通过以下方法确定：

首先，以两侧基准线为准，垂直拉一条横向细线，并适当拉紧；

然后，将铝合金梁置于两台摊铺机的接缝处，与横向细线垂直相交，调整铝合金梁的高度，使其高出横向细线一定距离，该距离用于补偿横向细线的挠度。

在上述方法中，由于横向细线的挠度与两端的拉力有关，而在靠人力拉紧时，两端的拉力为变量，则挠度也为变量。因此，采用该方法并不能准确补偿挠度的影响，导致路面的横断面尺寸发生波动。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于检测双机摊铺中缝绝对基准高度的装置及检测方法。解决了现有技术中横向细线的挠度为变量，导致位于中间的绝对基准与位于两侧的基准线的高度不一致，进而导致路面的横断面尺寸发生波动的问题。本发明通过计算横向拉线挠度并给予挠度补偿，确保了中间的绝对基准与位于两侧的基准线的高度在同一条直线上。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于检测双机摊铺中缝绝对基准高度的装置，包括横向挂线装置和挠度补偿装置。

横向挂线装置包括盒体、空心轴、回线簧以及卷线，空心轴固定在盒体内，回线簧缠绕在空心轴上，回线簧的一端固定在空心轴上，回线簧的另一端与卷线连接。

挠度补偿装置包括尺体、滑尺以及第一紧固螺钉，滑尺套接在尺体上，第一紧固螺钉安装在滑尺上，用于将滑尺固定在尺体上。

滑尺包括固定触杆、活动触杆以及第二紧固螺钉，滑尺的顶部设有固定触杆，固定触杆的上端面为平面；滑尺沿长度方向开有边槽，活动触杆可沿边槽滑动，活动触杆的上端面为平面，活动触杆上设有刻度线；第二紧固螺钉安装在活动触杆上，用于将活动触杆固定在固定触杆上。

优选地，盒体上设有用于防止卷线自动收回的锁死扣；卷线的端部连接有拉环；所述回线簧为扭力弹簧。

进一步优选地，盒体的一侧设有外卷线槽，外卷线槽上设有用于卡嵌拉环的豁口。

进一步优选地，所述豁口的数量为12个，沿外卷线槽的圆周均匀分布。

优选地，活动触杆尺面刻度的单位为mm，量程为0mm～50mm。

本发明还提供了一种基于检测双机摊铺中缝绝对基准高度的装置的检测方法，包括以下步骤：

1)拉出卷线，使卷线的一端与摊铺路面一侧的基准线接触，卷线的另一端与摊铺路面另一基准线接触；

2)测量基准线之间的横向卷线长度，确定卷线的挠度值；

3)调整挠度补偿装置的活动触杆，使活动触杆的伸出量与卷线的挠度值相同，该伸出量可通过活动触杆的刻度线读出；

4)拧紧第二紧固螺钉，使活动触杆与滑尺的相对位置固定；

5)将挠度补偿装置竖直支撑在所摊铺路面的中间，使挠度补偿装置与铝合金梁以及拉出的卷线相交；

6)移动滑尺，使固定触杆上端面与卷线相接触，拧紧第一固定螺钉，使滑尺相对于尺体固定；

7)调整铝合金梁高度，使铝合金梁的上端面与活动触杆的上端面平齐。

优选地，步骤2)中确定卷线的挠度值的方法如下：

a)设卷线的最低点为O点，取y轴过O点垂直向上，并取x轴水平向右；取卷线的一个微小单元OB，设OB的弧长为ds；视卷线为悬链线，卷线在O点处的张力沿水平的切线方向，大小为dF，dF等于水平方向拉力；卷线在B点处的张力沿B点处的切线方向，倾角为θ，大小为dT；

b)对微小单元OB进行受力分析，可以得出作用于弧段OB的外力相互平衡，将作用于弧OB上的力沿Y轴和X轴分解，得到：

G＝Tsinθ (1)

F＝Tcosθ (2)

式(1)中G可以表示为：

其中，k表示卷线与实心线的密度换算系数；ρ表示实心线的密度；g表示重力加速度；d表示卷线直径；F表示水平拉力；ds表示弧OB的长度；T表示弧OB的拉力；G表示弧OB的重力；

c)公式(1)和公式(2)相除，可得：

令由于tanθ＝_y′，

可以得到式(3)：

d)由于初始条件，y|_x＝0＝0，y′|_x＝0＝0；

利用分离变量法解公式(3)：

设y′＝p，则y″＝dp/dx，代入方程，分离变量，得式(4)：

两端积分，得式(5)：

arshp＝ax+C₁ (5)

将初始条件y′|_x＝0＝0代入公式(5)得C₁＝0；

于是arshp＝ax，即y′＝sh(ax)，两端积分后，得公式(6)：

将初始条件y|_x＝0＝0，代入公式(6)得

因此，卷线自重形成的曲线方程为：

将e^ax与e^-ax按幂级展开，分别得到下式；

综上卷线的挠度：

e)通过实际测量，确定卷线长度与挠度的对应关系，并给卷线涂上相应颜色。

优选地，取幂级展开中的前两项进行计算，得到公式(8)：

其中：x为纵向基准到铝合金支架的距离；y为卷线的挠度。

优选地，在公式(8)中引入修正系数c，得到公式(9)：

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的用于检测双机摊铺中缝绝对基准高度的装置及检测方法，通过测量基准线之间的横向卷线长度，确定卷线的挠度值，并通过挠度补偿装置挠度补偿装置，确保了中间的绝对基准与位于两侧的基准线的高度在同一条直线上。可使路面横向摊铺均匀稳定，提高路面厚度均匀性和平整度。具有结构简单、使用方便、便于携带、成本低的优点。

附图说明

图1为本发明所提供的横向挂线装置的剖视示意图；

图2(a)和图2(b)为分别为本发明所提供的横向挂线装置的后视示意图和侧视示意图；

图3为本发明所提供的挠度补偿装置的结构示意图。

图4为卷线受力分析图。

其中：1为盒体，2为卷线，3为锁死扣，4为空心轴，5为回线簧，6为拉环，7为外卷线槽，8为活动触杆，9为第二紧固螺钉，10为滑尺，11为第一紧固螺钉，12为尺体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明提供了一种用于检测双机摊铺中缝绝对基准高度的装置，包括横向挂线装置和挠度补偿装置。

横向挂线装置包括盒体1、空心轴4、回线簧5以及卷线2，盒体1用于为相关结构提供安装位置，空心轴4固定在盒体1内，回线簧5缠绕在空心轴4上，回线簧5的一端固定在空心轴4上，回线簧5的另一端与卷线2连接,当卷线2拉出时，回线簧5绕空心轴4旋转产生一定的拉力。

挠度补偿装置用于补偿卷线2拉出时产生的挠度及确定铝合金梁高度。包括尺体12、滑尺10以及第一紧固螺钉11，尺体12为不锈钢金属杆，用于为其它构件提供安装位置。滑尺10松套在尺体12上，尺体12可以在滑尺10内上下滑动，通过调整尺体12与滑尺10的相对位置变化测量距离。第一紧固螺钉11安装在滑尺10上，用于将滑尺10固定在尺体12上。

滑尺10包括固定触杆、活动触杆8以及第二紧固螺钉9，滑尺10的顶部设有固定触杆，固定触杆的上端面为平面并与尺面刻度零刻度线平齐；滑尺10沿长度方向开有边槽，活动触杆8可沿边槽滑动，活动触杆8的上端面为平面，活动触杆8上设有刻度线；第二紧固螺钉9安装在活动触杆8上，用于将活动触杆8固定在固定触杆上。

优选地，盒体1上设有用于防止卷线2自动收回的锁死扣3；卷线2用耐磨、抗拉、低伸缩量的编织线，卷线2的端部连接有拉环6,便于卷线2拉出；所述回线簧5为扭力弹簧,用于卷线2收回并在卷线2拉出后使卷线2维持一定的拉力。

进一步优选地，盒体1的一侧设有外卷线槽7，外卷线槽7上设有用于卡嵌拉环6的豁口。

进一步优选地，所述豁口的数量为12个，沿外卷线槽7的圆周均匀分布。

优选地，活动触杆8尺面刻度的单位为mm，量程为0mm～50mm。

卷线2拉出后的挠度曲线主要决定于卷线2材料、直径、长度及拉力。本发明所用横向挂线装置其卷线2材料、直径一定，当每次拉出长度相同时，卷线2承受扭力弹簧的拉力相同。因此，卷线2的挠度值只与卷线2拉出长度有关。

本发明提供的一种基于检测双机摊铺中缝绝对基准高度的装置的检测方法，包括以下步骤：

1)拉出卷线2，使卷线2的一端与摊铺路面一侧的基准线接触，卷线2的另一端与摊铺路面另一基准线接触；

2)测量基准线之间的横向卷线2长度，确定卷线2的挠度值；

3)调整挠度补偿装置的活动触杆8，使活动触杆8的伸出量与卷线2的挠度值相同，该伸出量可通过活动触杆8的刻度线读出；

4)拧紧第二紧固螺钉9，使活动触杆8与滑尺10的相对位置固定；

5)将挠度补偿装置竖直支撑在所摊铺路面的中间，使挠度补偿装置与铝合金梁以及拉出的卷线2相交；

6)移动滑尺10，使固定触杆上端面与卷线2相接触，拧紧第一固定螺钉，使滑尺10相对于尺体12固定；

7)调整铝合金梁高度，使铝合金梁的上端面与活动触杆8的上端面平齐。

优选地，步骤2)中确定卷线2的挠度值的方法如下：

a)卷线2在水平拉力F和自重作用下会产生挠度。如图4所示，设卷线2的最低点为O点，取y轴过O点垂直向上，并取x轴水平向右；取卷线2的一个微小单元OB，设OB的弧长为ds；视卷线2为悬链线，卷线2在O点处的张力沿水平的切线方向，大小为dF，dF等于水平方向拉力；卷线2在B点处的张力沿B点处的切线方向，倾角为θ，大小为dT；

b)对微小单元OB进行受力分析，可以得出作用于弧段OB的外力相互平衡，将作用于弧OB上的力沿Y轴和X轴分解，得到：

G＝Tsinθ (1)

F＝Tcosθ (2)

式(1)中G可以表示为：

其中，k表示卷线2与实心线的密度换算系数；ρ表示实心线的密度，kg/m3；g表示重力加速度，9.8m/s2；d表示卷线2直径，mm；F表示水平拉力，N；ds表示弧OB的长度，m；T表示弧OB的拉力，N；G表示弧OB的重力，N；

c)公式(1)和公式(2)相除，可得：

令由于tanθ＝_y′，

可以得到式(3)：

d)由图4可以得到初始条件，y|_x＝0＝0，y′|_x＝0＝0；

利用分离变量法解公式(3)：

设y′＝p，则y″＝dp/dx，代入方程，分离变量，得式(4)：

两端积分，得式(5)：

arshp＝ax+C₁ (5)

将初始条件y′|_x＝0＝0代入公式(5)得C₁＝0；

于是arshp＝ax，即y′＝sh(ax)，两端积分后，得公式(6)：

将初始条件y|_x＝0＝0，代入公式(6)得

因此，卷线2自重形成的曲线方程为：

将e^ax与e^-ax按幂级展开，分别得到下式；

综上所述，可得下式：

e)通过实际测量，确定卷线2长度与挠度的对应关系，并给卷线2涂上相应颜色。

优选地，由幂级数展开式可知，随着幂级数展开项数的增加，函数精度也随之提高，但提高的幅度在快速减小。由于卷线2直径小于0.6mm，最大长度不超过15m，且密度仅为210kg/m³，取前两项进行计算可以满足实际的精度要求，于是得到公式(8)：

其中：x为纵向基准到铝合金支架的距离；y为卷线2的挠度。

优选地，由于实体工程中使用的卷线2并非建模条件中假设的悬链线，在考虑弦线自身弹性和其它因素的影响之后，在公式中引入修正系数c(该系数可通过试验确定)，于是可得公式(9)：

通过实际测量，确定卷线2长度与挠度的对应关系，并给卷线2涂上相应颜色。见表1。

表1卷线长度与对应挠度表

卷线长度/m	10	11	12	13	14	15
							挠度/mm	5.69	6.01	7.83	8.22	9.53	11.1

备注：y＝0.3x²-0.793x+6.019

本发明在使用过程中有一下注意事项：

1、卷线2应与纵向基准线垂直。

2、卷线2应从靠近纵向基准线立杆位置拉出。

3、卷线2不可打结或与异物接触。

Claims (9)

1.一种用于检测双机摊铺中缝绝对基准高度的装置，其特征在于，包括横向挂线装置和挠度补偿装置；

横向挂线装置包括盒体(1)、空心轴(4)、回线簧(5)以及卷线(2)，空心轴(4)固定在盒体(1)内，回线簧(5)缠绕在空心轴(4)上，回线簧(5)的一端固定在空心轴(4)上，回线簧(5)的另一端与卷线(2)连接；

挠度补偿装置包括尺体(12)、滑尺(10)以及第一紧固螺钉(11)，滑尺(10)套接在尺体(12)上，第一紧固螺钉(11)安装在滑尺(10)上，用于将滑尺(10)固定在尺体(12)上；

滑尺(10)包括固定触杆、活动触杆(8)以及第二紧固螺钉(9)，滑尺(10)的顶部设有固定触杆，固定触杆的上端面为平面；滑尺(10)沿长度方向开有边槽，活动触杆(8)可沿边槽滑动，活动触杆(8)的上端面为平面，活动触杆(8)上设有刻度线；第二紧固螺钉(9)安装在活动触杆(8)上，用于将活动触杆(8)固定在固定触杆上。

2.根据权利要求1所述的用于检测双机摊铺中缝绝对基准高度的装置，其特征在于，盒体(1)上设有用于防止卷线(2)自动收回的锁死扣(3)；卷线(2)的端部连接有拉环(6)；所述回线簧(5)为扭力弹簧。

3.根据权利要求2所述的用于检测双机摊铺中缝绝对基准高度的装置，其特征在于，盒体(1)的一侧设有外卷线槽(7)，外卷线槽(7)上设有用于卡嵌拉环(6)的豁口。

4.根据权利要求3所述的用于检测双机摊铺中缝绝对基准高度的装置，其特征在于，所述豁口的数量为12个，沿外卷线槽(7)的圆周均匀分布。

5.根据权利要求1所述的用于检测双机摊铺中缝绝对基准高度的装置，其特征在于，活动触杆(8)尺面刻度的单位为mm，量程为0mm～50mm。

6.一种基于权利要求1所述的检测双机摊铺中缝绝对基准高度的装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)拉出卷线(2)，使卷线(2)的一端与摊铺路面一侧的基准线接触，卷线(2)的另一端与摊铺路面另一基准线接触；

2)测量基准线之间的横向卷线(2)长度，确定卷线(2)的挠度值；

3)调整挠度补偿装置的活动触杆(8)，使活动触杆(8)的伸出量与卷线(2)的挠度值相同，该伸出量可通过活动触杆(8)的刻度线读出；

4)拧紧第二紧固螺钉(9)，使活动触杆(8)与滑尺(10)的相对位置固定；

5)将挠度补偿装置竖直支撑在所摊铺路面的中间，使挠度补偿装置与铝合金梁以及拉出的卷线(2)相交；

6)移动滑尺(10)，使固定触杆上端面与卷线(2)相接触，拧紧第一固定螺钉，使滑尺(10)相对于尺体(12)固定；

7)调整铝合金梁高度，使铝合金梁的上端面与活动触杆(8)的上端面平齐。

7.根据权利要求6所述的用于检测双机摊铺中缝绝对基准高度的检测方法，其特征在于，步骤2)中确定卷线(2)的挠度值的方法如下：

a)设卷线(2)的最低点为O点，取y轴过O点垂直向上，并取x轴水平向右；取卷线(2)的一个微小单元OB，设OB的弧长为ds；视卷线(2)为悬链线，卷线(2)在O点处的张力沿水平的切线方向，大小为dF，dF等于水平方向拉力；卷线(2)在B点处的张力沿B点处的切线方向，倾角为θ，大小为dT；

b)对微小单元OB进行受力分析，可以得出作用于弧段OB的外力相互平衡，将作用于弧OB上的力沿Y轴和X轴分解，得到：

G＝Tsinθ (1)

F＝Tcosθ (2)

式(1)中G可以表示为：

$G={10}^{-6}k\mathrm{\ρ}g\frac{{\mathrm{\πd}}^2}{4}ds$

其中，k表示卷线(2)与实心线的密度换算系数；ρ表示实心线的密度；g表示重力加速度；d表示卷线(2)直径；F表示水平拉力；ds表示弧OB的长度；T表示弧OB的拉力；G表示弧OB的重力；

c)公式(1)和公式(2)相除，可得：

$tan\mathrm{\θ}={10}^{-6}\frac{{\mathrm{k\ρg\πd}}^2}{4F}ds$

令由于tanθ＝_y′，

可以得到式(3)：

$y^{\″}=a\frac{ds}{dx}=a\sqrt{1+y^{\′2}}---\left(3\right)$

d)由于初始条件，y|_x＝0＝0，y′|_x＝0＝0；

利用分离变量法解公式(3)：

设y′＝p，则y″＝dp/dx，代入方程，分离变量，得式(4)：

$\frac{dp}{\sqrt{1+p^2}}=adx---\left(4\right)$

两端积分，得式(5)：

arshp＝ax+C₁ (5)

将初始条件y′|_x＝0＝0代入公式(5)得C₁＝0；

于是arshp＝ax，即y′＝sh(ax)，两端积分后，得公式(6)：

$y=\frac{1}{a}ch\left(ax\right)+C_2---\left(6\right)$

将初始条件y|_x＝0＝0，代入公式(6)得

因此，卷线(2)自重形成的曲线方程为：

$y=\frac{1}{a}ch\left(ax\right)-\frac{1}{a}=\frac{(e^{ax}+e^{-ax})}{2a}-\frac{1}{a}---\left(7\right)$

将e^ax与e^-ax按幂级展开，分别得到下式；

$e^{ax}=1+ax+\frac{1}{2}{a}^2{x}^2+\frac{1}{6}{a}^3{x}^3+\frac{1}{24}{a}^4{x}^4+\frac{1}{120}{a}^5{x}^5+\frac{1}{720}{a}^6{x}^6\mathrm{......}$

$e^{-ax}=1-ax+\frac{1}{2}{a}^2{x}^2-\frac{1}{6}{a}^3{x}^3+\frac{1}{24}{a}^4{x}^4-\frac{1}{120}{a}^5{x}^5+\frac{1}{720}{a}^6{x}^6\mathrm{......}$

综上卷线(2)的挠度：

$y=\frac{1}{2a}(2+a^2{x}^2+\frac{1}{12}{a}^4{x}^4+\frac{1}{360}{a}^6{x}^6\mathrm{......})-\frac{1}{a}$

e)通过实际测量，确定卷线(2)长度与挠度的对应关系，并给卷线(2)涂上相应颜色。

8.根据权利要求7所述的用于检测双机摊铺中缝绝对基准高度的检测方法，其特征在于，取幂级展开中的前两项进行计算，得到公式(8)：

$y=\frac{a}{2}{x}^2={10}^{-3}\frac{{\mathrm{k\ρg\πd}}^2}{8F}{x}^2---\left(8\right)$

其中：x为纵向基准到铝合金支架的距离；y为卷线(2)的挠度。

9.根据权利要求8所述的用于检测双机摊铺中缝绝对基准高度的检测方法，其特征在于，在公式(8)中引入修正系数c，得到公式(9)：

$y=\frac{a}{2}{x}^2={10}^{-3}\frac{{\mathrm{ck\ρg\πd}}^2}{8F}{x}^2---\left(9\right).$