CN107237310A - 一种强夯机施工导航系统及使用该施工导航系统的强夯机 - Google Patents
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Abstract
一种强夯机施工导航系统及使用该施工导航系统的强夯机，所述施工导航系统包括施工导航主机、GNSS基站、用于检测夯锤提起的瞬间的信号触发装置以及设置在夯锤连接器上的GNSS天线Ⅰ，所述施工导航主机包括中央处理器以及与中央处理器连接的GNSS卫星导航模块，所述GNSS天线Ⅰ与GNSS卫星导航模块连接，所述GNSS基站与中央处理器联接。
Description
技术领域
本发明涉及强夯机以及强夯机施工的技术领域，具体的是一种强夯机施工导航系统及使用该导航系统的强夯机。
背景技术
强夯机是地基施工中不可缺少的大型设备之一，广泛应用在开山填淤、围海造田等大型建筑地基处理施工过程中。在实际的使用过程中，强夯机一般是采用8-40t夯锤（最重为200t）起吊到一定高度（一般为8-30m），夯锤自由落下，对土体进行强力夯实，以提高其强度、降低其压缩性的一种地基加固方法。目前，强夯过程中夯击深度主要是依靠监理人员实际测量获得，特别是伴随着夯锤的下落，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。同时对某次施工中的历史数据记录不能详细记录给工程质量的优劣判断带来了很大的问题，比如夯击强度已经到位，但由于周围土地的隆起或下陷导致监理人员的错误测量使得夯击次数增多，使得强夯机的油耗增多，作业时间无谓延长，不仅造成能源浪费，同时造成了人力和物力的很大浪费。
为了解决上述问题，专利号为2009202454910的专利公开了一种基于光电编码器的强夯深度检测系统，在夯击过程中，每次夯锤下落后起吊的瞬间，由于土地吸附力的作用，此时强夯机主臂的臂架受力变形量最大，此时压力传感器将感应到的压力信号通过信号放大及整形电路转化后产生一个触发（阶跃）信号并上传至微控制器，微控制器检测到此阶跃信号对光电编码器发送控制指令，由于涉及到风力和晃动对主臂的影响，触发信号必须达到触发下限值后方可触发，微控制器检测到此触发信号时发出指令给光电编码器，之后光电编码器开始输出脉冲，输出的脉冲信号传送至微控制器进行计数，当夯锤上升到接近开关预设的高度时，接近开关向微控制器反馈信号且微控制器相应发出停止计数信号，此时微控制器按照一定的算法对测得的数据进行处理后并在显示器上进行同步显示。由于本发明只需检测夯击深度，所以用夯击深度测试单元与微控制器相结合所测得的后一次测量值减去前一次测量值则得到各次的夯击深度，可将悬挂滚筒的钢丝绳的变形量相互抵消，因此可准确测得夯击深度。在本技术方案中，存在如下缺陷：测量夯击深度的方式是通过光电编码器的脉冲次数转换成高度来比较的，其实就是记录夯锤到达接近开关控制的高度的上升时间，但是夯锤每次上次的时间与夯锤上升的高度没有严格的比例关系，其中存在较大的误差，因此会造成测量的强夯深度不准确，影响对施工质量的判断。
专利号为2009202454925的专利公开了一种强夯机夯击深度在线监控系统，夯击过程中，每次夯锤下落后起吊的瞬间，由于土地吸附力作用，此时强夯机主臂的臂架受力变形量最大，此时压力传感器将感应的压力信号通过信号放大及整形电路转化后产生一个触发（阶跃）信号并上传至微控制器，微控制器检测到此阶跃信号对激光深度传感器发出测量的控制指令（由于主要是涉及到风力和晃动对强夯机主臂的影响，因此触发信号必须达到触发下限值后微控制器方可进行触发，则微控制器检测到此触发信号后，再向激光深度传感器发出控制指令）。在本方案中，存在如下缺陷：夯击深度是通过激光深度传感器来测量的，由于夯锤落下后，夯锤周围的土很容易落在夯锤的上面，而且每次夯锤落下后，夯锤上面的土分布不均匀，造成激光传感器测量的夯击深度不准确，此外，在本技术方案中，无法对夯锤落下时的高度进行监测，如果夯锤落下时的高度达不到要求，容易造成施工质量的降低。这就是现有技术的不足之处。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种强夯机施工导航系统以及使用该施工导航系统的强夯机，其结构简单，能够更加准确的测出夯击深度，有效的控制施工质量。
本方案是通过如下技术措施来实现的：一种强夯机施工导航系统，包括施工导航主机、GNSS基站、用于检测夯锤提起的瞬间的信号触发装置以及设置在夯锤连接器上的GNSS天线Ⅰ，所述施工导航主机包括中央处理器以及与中央处理器连接的GNSS卫星导航模块，所述GNSS天线Ⅰ与GNSS卫星导航模块连接，所述GNSS基站与中央处理器联接。采用本技术方案，GNSS卫星导航模块接收GNSS天线Ⅰ采集的GNSS数据，GNSS基站采集基站GNSS数据，两个GNSS数据通过RTK（实时差分技术）进行差分，得到GNSS天线Ⅰ精准的空间位置信息；信号触发装置可通过检测钢丝绳的张紧状态来判断夯锤的提起和放下，当夯锤连接器提起夯锤的瞬间，钢丝绳会被拉力张紧，信号触发装置向中央处理器发送触发电流或者电压信号，所述施工导航系统主机会记录GNSS天线Ⅰ的空间位置信息，当下一次夯锤落下后，夯锤连接器再次提起夯锤的瞬间，钢丝绳会被拉力张紧，信号触发装置向信号触发装置再次发送触发电流或者电压信号，所述施工导航系统主机会再次记录GNSS天线Ⅰ的空间位置信息，两次空间位置信息的高度差即为一次夯锤下落夯击土的深度。当夯锤上升至即将下落的位置时，施工导航系统主机会记录此时GNSS天线Ⅰ的空间位置信息，能够有效的判断夯锤是否达到下落瞬间的规定高度和夯击位置，整个监测过程的数据极其准确，便于精确操作施工。
优选的，还包括设置在强夯机驾驶室或强夯机主臂上的GNSS天线Ⅱ，所述GNSS天线Ⅱ与GNSS卫星导航模块连接。采用本技术方案，联合GNSS天线Ⅰ和GNSS天线Ⅱ采集的数据能够得出强夯机的航向角，从而可以实时获得强夯机的施工位置以及施工状态。
优选的，所述信号触发装置包括设置在悬挂夯锤连接器的钢丝绳上的张力传感器。
优选的，所述张力传感器通过弹簧型射频通信馈线与中央处理器连接，所述GNSS天线Ⅰ和/或GNSS天线Ⅱ通过弹簧型射频通信馈线与GNSS卫星导航模块连接。
优选的，所述弹簧型射频通信馈线包括射频通信连接线、电源线以及PU材质管，所述射频通信连接线和电源线设置在PU材质管内。采用本技术方案，避免强夯机在施工过程中破坏电源线，提高使用寿命。
优选的，所述施工导航主机还包括无线数据传输模块，所述GNSS基站通过无线数据传输模块与中央处理器通信。采用本技术方案，所述GNSS基站包括GNSS天线以及GNSS卫星导航模块，所述GNSS卫星导航模块与GNSS天线配合，为实时差分提供基站GNSS数据。
优选的，所述中央处理器通过无线数据传输模块与指挥中心通信。采用本技术方案，施工导航主机通过无线数据传输模块将位置信息发送至指挥中心，中央处理器还可以通过无线数据传输模块接收指挥中心发送的施工设计数据以及施工任务，强夯机操作人员可按照施工设计数据以及施工任务进行施工。
优选的，所述中央处理器连接有显示屏。采用本技术方案，施工设计数据以及施工任务可通过显示屏显示出来，此外强夯机工作时的施工数据也可以通过显示屏显示出来，操作人员可通过显示屏上显示的数据指导操作。
优选的，所述施工导航主机还包括陀螺仪模块，所述陀螺仪模块与中央处理器连接。采用本技术方案，陀螺仪模块设置有MEMS运动感测追踪功能，可以获取强夯机的加速度、角速度以及磁力值，进而可以精准计算强夯机在空间的运动信息。
优选的，所述施工导航主机设置在强夯机的驾驶室内。
一种强夯机，包括驾驶室、主臂以及通过钢丝绳驱动夯锤的动力装置，所述钢丝绳通过夯锤连接器与夯锤连接，还包括施工导航主机以及用于检测夯锤提起的瞬间的信号触发装置，所述夯锤连接器上设置有GNSS天线Ⅰ，所述施工导航主机包括中央处理器以及与中央处理器连接的GNSS卫星导航模块，所述GNSS天线Ⅰ与GNSS卫星导航模块连接，所述中央处理器与GNSS基站联接。采用本技术方案，GNSS卫星导航模块接收GNSS天线Ⅰ采集的GNSS数据，GNSS基站采集基站GNSS数据，两个GNSS数据通过RTK（实时差分技术）进行差分，得到GNSS天线Ⅰ精准的空间位置信息；信号触发装置可通过检测钢丝绳的张紧状态来判断夯锤的提起和放下，当夯锤连接器提起夯锤的瞬间，钢丝绳会被拉力张紧，信号触发装置向中央处理器发送触发电流或者电压信号，所述施工导航系统主机会记录GNSS天线Ⅰ的空间位置信息，当下一次夯锤落下后，夯锤连接器再次提起夯锤的瞬间，钢丝绳会被拉力张紧，信号触发装置向信号触发装置再次发送触发电流或者电压信号，所述施工导航系统主机会再次记录GNSS天线Ⅰ的空间位置信息，两次空间位置信息的高度差即为一次夯锤下落夯击土的深度。当夯锤上升至即将下落的位置时，施工导航系统主机会记录此时GNSS天线Ⅰ的空间位置信息，能够有效的判断夯锤是否达到下落瞬间的规定高度和夯击位置，整个监测过程的数据极其准确，便于精确操作施工。
优选的，所述驾驶室或主臂上设置有GNSS天线Ⅱ，所述GNSS天线Ⅱ与GNSS卫星导航模块连接。采用本技术方案，联合GNSS天线Ⅰ和GNSS天线Ⅱ采集的数据能够得出强夯机的航向角，从而可以实时获得强夯机的施工位置以及施工状态。
优选的，所述信号触发装置包括设置在悬挂夯锤连接器的钢丝绳上的张力传感器。
优选的，所述张力传感器和/或GNSS天线Ⅰ和/或GNSS天线Ⅱ与GNSS卫星导航模块通过弹簧型射频通信馈线连接。
优选的，所述弹簧型射频通信馈线包括射频通信连接线、电源线以及PU材质管，所述射频通信连接线和电源线设置在PU材质管内。采用本技术方案，避免强夯机在施工过程中破坏电源线，提高使用寿命。
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优选的，所述中央处理器通过无线数据传输模块与指挥中心通信。采用本技术方案，施工导航主机通过无线数据传输模块将位置信息发送至指挥中心，中央处理器还可以通过无线数据传输模块接收指挥中心发送的施工设计数据以及施工任务，强夯机操作人员可按照施工设计数据以及施工任务进行施工。此外，也可将施工设计数据以及施工任务直接拷贝到施工导航主机内。
优选的，所述中央处理器连接有显示屏。采用本技术方案，施工设计数据以及施工任务可通过显示屏显示出来，此外强夯机工作时的施工数据也可以通过显示屏显示出来，操作人员可通过显示屏上显示的数据指导操作。
优选的，所述施工导航主机还包括陀螺仪模块，所述陀螺仪模块与中央处理器连接。采用本技术方案，陀螺仪模块设置有MEMS运动感测追踪功能，可以获取强夯机的加速度、角速度以及磁力值，进而可以精准计算强夯机在空间的运动信息。
优选的，所述施工导航主机设置在强夯机的驾驶室内。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为强夯机施工导航系统控制原理示意图；
图2为强夯机的结构示意图。
图中：1-驾驶室，2-主臂，3-夯锤，4-夯锤连接器，5-GNSS天线Ⅰ，6-钢丝绳，7-张力传感器，8-施工导航主机，9-弹簧型射频通信馈线，10-GNSS天线Ⅱ。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。
如图1和图2所示，一种强夯机施工导航系统，包括施工导航主机、GNSS基站、用于检测夯锤提起的瞬间的信号触发装置以及设置在夯锤连接器上的GNSS天线Ⅰ，所述施工导航主机包括中央处理器以及与中央处理器连接的GNSS卫星导航模块，所述GNSS天线Ⅰ与GNSS卫星导航模块连接，所述GNSS基站与中央处理器联接。采用本技术方案，GNSS卫星导航模块接收GNSS天线Ⅰ采集的GNSS数据，GNSS基站采集基站GNSS数据，两个GNSS数据通过RTK（实时差分技术）进行差分，得到GNSS天线Ⅰ精准的空间位置信息；信号触发装置可通过检测钢丝绳的张紧状态来判断夯锤的提起和放下，当夯锤连接器提起夯锤的瞬间，钢丝绳会被拉力张紧，信号触发装置向中央处理器发送触发电流或者电压信号，所述施工导航系统主机会记录GNSS天线Ⅰ的空间位置信息，当下一次夯锤落下后，夯锤连接器再次提起夯锤的瞬间，钢丝绳会被拉力张紧，信号触发装置向信号触发装置再次发送触发电流或者电压信号，所述施工导航系统主机会再次记录GNSS天线Ⅰ的空间位置信息，两次空间位置信息的高度差即为一次夯锤下落夯击土的深度。当夯锤上升至即将下落的位置时，施工导航系统主机会记录此时GNSS天线Ⅰ的空间位置信息，能够有效的判断夯锤是否达到下落瞬间的规定高度和夯击位置，整个监测过程的数据极其准确，便于精确操作施工。
优选的，还包括设置在强夯机驾驶室或强夯机主臂上的GNSS天线Ⅱ，所述GNSS天线Ⅱ与GNSS卫星导航模块连接。采用本技术方案，联合GNSS天线Ⅰ和GNSS天线Ⅱ采集的数据能够得出强夯机的航向角，从而可以实时获得强夯机的施工位置以及施工状态。
优选的，所述信号触发装置包括设置在悬挂夯锤连接器的钢丝绳上的张力传感器。
优选的，所述张力传感器和/或GNSS天线Ⅰ和/或GNSS天线Ⅱ与GNSS卫星导航模块通过弹簧型射频通信馈线连接。
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优选的，所述中央处理器连接有显示屏。采用本技术方案，施工设计数据以及施工任务可通过显示屏显示出来，此外强夯机工作时的施工数据也可以通过显示屏显示出来，操作人员可通过显示屏上显示的数据指导操作。
优选的，所述施工导航主机还包括陀螺仪模块，所述陀螺仪模块与中央处理器连接。采用本技术方案，陀螺仪模块设置有MEMS运动感测追踪功能，可以获取强夯机的加速度、角速度以及磁力值，进而可以精准计算强夯机在空间的运动信息。
优选的，所述施工导航主机设置在强夯机的驾驶室内。
一种强夯机，包括驾驶室、主臂以及通过钢丝绳驱动夯锤的动力装置，所述钢丝绳通过夯锤连接器与夯锤连接，还包括施工导航主机以及用于检测夯锤提起的瞬间的信号触发装置，所述夯锤连接器上设置有GNSS天线Ⅰ，所述施工导航主机包括中央处理器以及与中央处理器连接的GNSS卫星导航模块，所述GNSS天线Ⅰ与GNSS卫星导航模块连接，所述中央处理器与GNSS基站联接。采用本技术方案，GNSS卫星导航模块接收GNSS天线Ⅰ采集的GNSS数据，GNSS基站采集基站GNSS数据，两个GNSS数据通过RTK（实时差分技术）进行差分，得到GNSS天线Ⅰ精准的空间位置信息；信号触发装置可通过检测钢丝绳的张紧状态来判断夯锤的提起和放下，当夯锤连接器提起夯锤的瞬间，钢丝绳会被拉力张紧，信号触发装置向中央处理器发送触发电流或者电压信号，所述施工导航系统主机会记录GNSS天线Ⅰ的空间位置信息，当下一次夯锤落下后，夯锤连接器再次提起夯锤的瞬间，钢丝绳会被拉力张紧，信号触发装置向信号触发装置再次发送触发电流或者电压信号，所述施工导航系统主机会再次记录GNSS天线Ⅰ的空间位置信息，两次空间位置信息的高度差即为一次夯锤下落夯击土的深度。当夯锤上升至即将下落的位置时，施工导航系统主机会记录此时GNSS天线Ⅰ的空间位置信息，能够有效的判断夯锤是否达到下落瞬间的规定高度和夯击位置，整个监测过程的数据极其准确，便于精确操作施工。
优选的，所述驾驶室或主臂上设置有GNSS天线Ⅱ，所述GNSS天线Ⅱ与GNSS卫星导航模块连接。采用本技术方案，联合GNSS天线Ⅰ和GNSS天线Ⅱ采集的数据能够得出强夯机的航向角，从而可以实时获得强夯机的施工位置以及施工状态。
优选的，所述信号触发装置包括设置在悬挂夯锤连接器的钢丝绳上的张力传感器。
优选的，所述张力传感器和/或GNSS天线Ⅰ和/或GNSS天线Ⅱ与GNSS卫星导航模块通过弹簧型射频通信馈线连接。
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优选的，所述中央处理器连接有显示屏。采用本技术方案，施工设计数据以及施工任务可通过显示屏显示出来，此外强夯机工作时的施工数据也可以通过显示屏显示出来，操作人员可通过显示屏上显示的数据指导操作。
优选的，所述施工导航主机还包括陀螺仪模块，所述陀螺仪模块与中央处理器连接。采用本技术方案，陀螺仪模块设置有MEMS运动感测追踪功能，可以获取强夯机的加速度、角速度以及磁力值，进而可以精准计算强夯机在空间的运动信息。
优选的，所述施工导航主机设置在强夯机的驾驶室内。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点、创造性的特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种强夯机施工导航系统，其特征是：包括施工导航主机、GNSS基站、用于检测夯锤提起的瞬间的信号触发装置以及设置在夯锤连接器上的GNSS天线Ⅰ，所述施工导航主机包括中央处理器以及与中央处理器连接的GNSS卫星导航模块，所述GNSS天线Ⅰ与GNSS卫星导航模块连接，所述GNSS基站与中央处理器联接。
2.根据权利要求1所述的强夯机施工导航系统，其特征是：还包括设置在强夯机驾驶室或强夯机主臂上的GNSS天线Ⅱ，所述GNSS天线Ⅱ与GNSS卫星导航模块连接。
3.根据权利要求1或2所述的强夯机施工导航系统，其特征是：所述信号触发装置包括设置在悬挂夯锤连接器的钢丝绳上的张力传感器。
4.根据权利要求3所述的强夯机施工导航系统，其特征是：所述张力传感器通过弹簧型射频通信馈线与中央处理器连接，所述GNSS天线Ⅰ和/或GNSS天线Ⅱ通过弹簧型射频通信馈线与GNSS卫星导航模块连接；优选的，所述弹簧型射频通信馈线包括射频通信连接线、电源线以及PU材质管，所述射频通信连接线和电源线设置在PU材质管内。
5.根据权利要求1或2所述的强夯机施工导航系统，其特征是：所述施工导航主机还包括无线数据传输模块，所述GNSS基站通过无线数据传输模块与中央处理器通信；优选的，所述中央处理器通过无线数据传输模块与指挥中心通信；优选的，所述中央处理器连接有显示屏；优选的，所述施工导航主机还包括陀螺仪模块，所述陀螺仪模块与中央处理器连接；优选的，所述施工导航主机设置在强夯机的驾驶室内。
6.一种使用上述1-5任一权利要求所述的强夯机，包括驾驶室、主臂以及通过钢丝绳驱动夯锤的动力装置，所述钢丝绳通过夯锤连接器与夯锤连接，其特征是：还包括施工导航主机以及用于检测夯锤提起的瞬间的信号触发装置，所述夯锤连接器上设置有GNSS天线Ⅰ，所述施工导航主机包括中央处理器以及与中央处理器连接的GNSS卫星导航模块，所述GNSS天线Ⅰ与GNSS卫星导航模块连接，所述中央处理器与GNSS基站联接。
7.根据权利要求6所述的强夯机，其特征是：所述驾驶室或主臂上设置有GNSS天线Ⅱ，所述GNSS天线Ⅱ与GNSS卫星导航模块连接。
8.根据权利要求6或7所述的强夯机，其特征是：所述信号触发装置包括设置在悬挂夯锤连接器的钢丝绳上的张力传感器。
9.根据权利要求8所述的强夯机，其特征是：所述张力传感器和/或GNSS天线Ⅰ和/或GNSS天线Ⅱ与GNSS卫星导航模块通过弹簧型射频通信馈线连接；优选的，所述弹簧型射频通信馈线包括射频通信连接线、电源线以及PU材质管，所述射频通信连接线和电源线设置在PU材质管内。
10.根据权利要求1或2所述的强夯机，其特征是：所述施工导航主机还包括无线数据传输模块，所述GNSS基站通过无线数据传输模块与中央处理器通信；优选的，所述中央处理器通过无线数据传输模块与指挥中心通信；优选的，所述中央处理器连接有显示屏；优选的，所述施工导航主机还包括陀螺仪模块，所述陀螺仪模块与中央处理器连接；优选的，所述施工导航主机设置在强夯机的驾驶室内。
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| CN201710583015.9A CN107237310A (zh) | 2017-07-17 | 2017-07-17 | 一种强夯机施工导航系统及使用该施工导航系统的强夯机 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019122675A1 (fr) * | 2017-12-21 | 2019-06-27 | Soletanche Freyssinet | Procédé de compactage de sol utilisant un scanner laser |
| CN115369850A (zh) * | 2021-05-20 | 2022-11-22 | 湖南三一智能控制设备有限公司 | 夯锤中心定位方法、装置及强夯机 |
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2017
- 2017-07-17 CN CN201710583015.9A patent/CN107237310A/zh active Pending
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