CN109297829B - 一种基于液压缸恒力控制的地面强度检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于液压缸恒力控制的地面强度检测装置及方法，开启液压动力源为加载液压缸提供动力源使加载液压缸伸出使其触地，之后调节电液比例溢流阀，将压力值送至控制器；然后控制器检测到该压力值达到预设值后开始计时并实时检测加载液压缸伸出的位移量，测量在一固定时间段内加载液压缸伸出的位移量变化值，再根据地面强度检测及判别模块内预先存储的地面强度数据对应表给出地面强度状态。同时，根据车辆的重量吨位数、结合当前车辆支腿的支撑盘触地面积值和给出的地面强度状态，按照控制器内存储的车重与地面强度关系对应数据表，给出当前地面状态下该车是否具备安全进行支腿触地展开并进行后续施工作业的判定结论，通过人机交互界面显示。

Description

一种基于液压缸恒力控制的地面强度检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基于液压缸恒力控制的地面强度检测装置及方法，属于工程道路建设、道路及地面检测领域。

背景技术

在工程道路检测、地基及地面检测及需要承载大型重型设备的场合，为了在使用地基上进行装备安全施工作业，需要对地面承载能力和强度进行可靠检测判断，因而需要相关的地面承载能力的检测装置来进行检测。当工程施工用吊车起重机、混凝土浇筑车、火箭及导弹运输车辆等在到达指定作业区域时，通常都需要将自带的支腿展开使车体基座稳定，防止吊臂展开及火箭或导弹起竖后因为受力不平衡而出现车体侧翻或者轮胎爆胎的现象。但施工区域内地面的状况复杂多变、且受雨天、沙尘等环境因素的影响，这使得难以用统一的标准衡量地面的强度状态是否满足承载施工车辆在支腿撑地后车体的稳可靠性、保持车辆及其上装设备工作时车体姿态的稳定性。目前现有的处理措施是在支腿下面增加垫板，增大触地的面积而减小压强，但该方式不能测得地面的承压强度，使用时仍存在风险。现有的测量手段和方法主要基于判定地面在测力触头下的压缩量，这种方法检测的数据存在设备自有受力弹性变形量产生的误差，且误差量随机变化，严重影响测量数据的精确性，因而地面能承载强度的判定也受到很大影响，判定误差较大。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种基于液压缸恒力控制的地面强度检测装置及方法，用于检测地面强度、判定地面强度是否满足施工车辆作业检测。该装置集成于工程施工用吊车起重机、混凝土浇筑车、火箭及导弹运输车辆上，当车辆到达作业区域后，通过该装置的加载液压缸首先进行地面强度检测判定，从而得出地面强度状况是否满足该作业车辆进行支腿展开、调平要求的结论，提高了工程施工车辆的工作安全性。通过采用激光测距传感器检测测力时设备整体变形和上抬产生的误差数据，对实测值进行修正计算，提高了测量的精度和准确性。

本发明解决的技术方案为：一种基于液压缸恒力控制的地面强度检测装置，包括：液压执行系统和电液测控系统；

液压执行系统，包括液压动力源(4)、电液比例溢流阀(11)、加载液压缸(1)、高精度磁滞伸缩位移传感器(2)、压力传感器(7)；

电液测控系统(5)，包括：控制器(K1)、人机交互界面(10)和地面强度检测及判别模块(12)；

液压动力源(4)、电液测控系统(5)放置在电液控制箱(3)内；液压动力源(4)能够为加载液压缸(1)提供动力源，使加载液压缸(1)伸出触地；调节电液比例溢流阀(11)能够使通过压力传感器(7)检测到的加载液压缸(1)无杆腔压力达到电液比例溢流阀(11)设定压力，将该压力值送至控制器；

控制器(K1)能够计时并通过磁滞伸缩位移传感器(2)实时检测加载液压缸(1)伸出的位移量，人机交互界面(10)能够显示液压缸(1)伸出的位移量，

地面强度检测及判别模块(12)能够根据预先设定的地面强度公式给出地面强度状态，根据车辆的重量吨位数、结合加载液压缸(1)的支撑盘触地面积值和给出的地面强度状态，确定当前地面状态下该车是否具备安全进行支腿触地展开的条件，若具备，则进行后续施工作业，否则不进行后续施工作业，将确定结果通过人机交互界面(10)显示。

加载液压缸(1)上设有触头，用于与地面接触；加载液压缸(1)伸出使其上设有的触头(24)触地。

人机交互界面(10)包括液晶显示屏(K2)。

支腿触地展开为车辆的四个加载液压缸(1)全部撑地。

加载液压缸(1)上设有支撑盘，用于与地面稳定接触实现支撑。

还包括激光测距传感器(6)，加载液压缸(1)的中间部位安装有激光测距传感器(6)，当加载液压缸(1)的触头触地后，测量地面与激光测距仪之间的距离。

加载液压缸(1)通过管路(9)与液压动力源(4)连接，使液压动力源(4)为加载液压缸(1)供油。

磁滞伸缩位移传感器(2)、压力传感器(7)和激光测距仪(6)检测出的信号通过电缆(8)传输给电液测控系统(5)。

电液比例溢流阀(11)安装在液压动力源(4)中，用于调节加载液压缸(1)在加载时的压力。

一种基于液压缸恒力控制的地面强度检测方法，步骤如下：

(1)进行地面强度检测时，首先开启液压动力源(4)为加载液压缸(1)提供动力源，使加载液压缸(1)伸出并使其触头(24)触地；

(2)调节电液比例溢流阀(11)，使通过压力传感器(7)检测到的加载液压缸(1)无杆腔压力达到电液比例溢流阀(11)设定压力，将该压力值送至控制器；

(3)控制器(K1)开始计时并通过磁滞伸缩位移传感器(2)实时检测加载液压缸(1)伸出的位移量，测量在计时一段时间后加载液压缸(1)伸出的位移量变化值，

(4)将液压缸(1)伸出的位移量变化值通过液晶显示屏(K2)显示；

(5)地面强度检测及判别模块(12)根据预先设定的地面强度公式给出地面强度状态。

(6)根据车辆的重量吨位数、结合车辆支腿的支撑盘触地面积值和给出的地面强度状态，确定当前地面状态下该车是否具备安全进行支腿触地展开条件；若具备则进行步骤(7)，否则进行步骤(8)，通过人机交互界面(10)显示确定结果；

(7)进行后续施工作业；

(8)不进行后续施工作业，将确定结果通过人机交互界面(10)显示。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明经过实际使用验证，该测量装置能够准确识别地面强度，该装置便携于车上，车辆到达野外工作场地后，通过开启使用该装置可对当前地面强度状态进行明确检测，判定车辆在进行支腿展开时是否安全，提高了特种车辆在野外作业时的安全性、可靠性。

(2)本发明将磁滞伸缩位移传感器、激光测距传感器、蓄能器、压力传感器与加载液压缸组合在一起，使系统分为执行模块和控制模块两部分，这两部分仅通过电缆和液压管路相连，使系统方便安装和拆卸，系统体积小，安装方便，便于快速投入使用。

(3)本发明通过采用激光测距传感器检测测力时设备整体变形量和上抬产生的误差数据，通过地面强度检测及判别模块中的计算方法对实测值进行修正计算，提高了测量的精度和准确性。

(4)本发明通过将带有触头的液压缸垂直触地，并检测液压缸在触地后一段时间内的位移变化量来检查当前地面的强度状态，通过集成的电液测控系统和地面强度检测及判别模块实现对地面强度的一键操作和快速自动检测，检测准确率高、提高了外场地面作业设备的使用安全性。

附图说明

图1本发明地面强度检测系统附图；

图2本发明液压原理图；

图3本发明加载液压缸结构图；

图4本发明电液控制系统原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。

本发明一种基于液压缸恒力控制的地面强度检测装置及方法，先开启液压动力源为加载液压缸提供动力源使加载液压缸伸出使其触地，之后调节电液比例溢流阀使通过压力传感器检测到的加载液压缸无杆腔压力达到电液比例溢流阀设定压力值，将该压力值送至控制器；然后控制器检测到该压力值达到预设值后开始计时并通过高精度磁滞伸缩位移传感器实时检测加载液压缸伸出的位移量，测量在一固定时间段内加载液压缸伸出的位移量变化值，该位移变化量值通过人机交互界面显示，再根据地面强度检测及判别模块内预先存储的地面强度数据对应表给出地面强度状态。同时，根据车辆的重量吨位数、结合当前车辆支腿的支撑盘触地面积值和给出的地面强度状态，按照控制器内存储的车重与地面强度关系对应数据表，给出当前地面状态下该车是否具备安全进行支腿触地展开并进行后续施工作业的判定结论，通过人机交互界面显示。

如图1所示为地面强度检测系统附图，其中，1-加载液压缸2-磁滞伸缩位移传感器3-电液控制箱4-液压动力源5-电液测控系统6-激光测距传感器7-压力传感器8-电缆9-液压管路10-人机交互界面11-电液比例溢流阀12-地面强度检测及判别模块

本发明一种基于液压缸恒力控制的地面强度检测装置，包括：液压执行系统和电液测控系统；

液压执行系统，包括液压动力源(4)、电液比例溢流阀(11)、加载液压缸(1)、高精度磁滞伸缩位移传感器(2)、压力传感器(7)；

电液测控系统(5)，包括：控制器(K1)、人机交互界面(10)和地面强度检测及判别模块(12)；

液压动力源(4)、电液测控系统(5)放置在电液控制箱(3)内；液压动力源(4)能够为加载液压缸(1)提供动力源，使加载液压缸(1)伸出触地；调节电液比例溢流阀(11)能够使通过压力传感器(7)检测到的加载液压缸(1)无杆腔压力达到电液比例溢流阀(11)设定压力，将该压力值送至控制器；

控制器(K1)能够计时并通过磁滞伸缩位移传感器(2)实时检测加载液压缸(1)伸出的位移量，人机交互界面(10)能够显示液压缸(1)伸出的位移量，

地面强度检测及判别模块(12)能够根据预先设定的地面强度公式给出地面强度状态，根据车辆的重量吨位数、结合加载液压缸(1)的支撑盘触地面积值和给出的地面强度状态，确定当前地面状态下该车是否具备安全进行支腿触地展开的条件，若具备，则进行后续施工作业，否则不进行后续施工作业，将确定结果通过人机交互界面(10)显示。

加载液压缸(1)上设有触头，用于与地面接触；加载液压缸(1)伸出使其上设有的触头(24)触地。

人机交互界面(10)包括液晶显示屏(K2)。

支腿触地展开为车辆的四个加载液压缸(1)全部撑地。

加载液压缸(1)上设有支撑盘，用于与地面稳定接触实现支撑。

还包括激光测距传感器(6)，加载液压缸(1)的中间部位安装有激光测距传感器(6)，当加载液压缸(1)的触头触地后，测量地面与激光测距仪之间的距离。

加载液压缸(1)通过管路(9)与液压动力源(4)连接，使液压动力源(4)为加载液压缸(1)供油。

磁滞伸缩位移传感器(2)、压力传感器(7)和激光测距仪(6)检测出的信号通过电缆(8)传输给电液测控系统(5)。

电液比例溢流阀(11)安装在液压动力源(4)中，用于调节加载液压缸(1)在加载时的压力。

如图1所示，优选方案为：加载液压缸(1)的中间部位安装有激光测距传感器(6)，激光测距传感器(6)能够在加载液压缸(1)上的安装位置距离加载液压缸(1)收拢后其底部触头面的距离D(D优选为300mm～350mm)，当加载液压缸(1)的触头触地后，测量地面与激光测距仪之间的距离。加载液压缸(1)通过管路(9)与液压动力源(4)连接，使液压动力源(4)为加载液压缸(1)供油。磁滞伸缩位移传感器(2)放置于加载液压缸(1)中。磁滞伸缩位移传感器(2)、压力传感器(7)和激光测距仪(6)、检测出的信号通过电缆(8)传输给电液测控系统(5)。电液比例溢流阀(11)安装在液压动力源(4)中，用于调节加载液压缸(1)在加载时的压力。人机交互界面(10)与电液测控系统(5)通过电缆信号线连接，用于显示磁滞伸缩位移传感器(2)、压力传感器(7)和激光测距仪(6)采集到的信号值和通过地面强度检测及判别模块(12)计算出的相关地面强度内容。人机交互界面(10)、电液测控系统(5)和液压动力源(4)均放置在电液控制箱(3)中。

如图2所示，图2中：1-加载液压缸7-压力传感器11-电液比例溢流阀13-液控单向阀14-三位四通电磁换向阀15-单向阀16-液压电机泵17-测压接头18-压力补偿流量调节阀19-压力传感器20-蓄能器

如图2所示，优选方案为：液压动力源(4)由比例压力控制溢流阀(11)、液控单向阀(13)、三位四通电磁换向阀(14)、单向阀(15)、液压电机泵(16)、测压接头(17)、压力补偿流量调节阀(18)、压力传感器(19)组成。液压电机泵(16)为液压回路提供具有压力的液压油。液控单向阀(13)、三位四通电磁换向阀(14)、单向阀(15)三者共同作用构成给加载液压缸(1)供油的液压回路。压力传感器(19)用于检测比例压力控制溢流阀(11)设定的压力值。通过调节压力补偿流量调节阀(18)可进行对加载液压缸(1)供油流量的调节。加载液压缸(1)由液压缸本体(21)、蓄能器(20)和压力传感器(7)组成。蓄能器(20)起到为液压缸本体(21)的无杆腔加载后的保压作用，压力传感器(7)检测加载时的压力变化值。

如图3所示，图3中：2-磁滞伸缩位移传感器21-活塞22-活塞杆23-缸筒24-触头25-磁环

如图3所示，优选方案为：加载液压缸(1)，包括磁滞伸缩位移传感器(2)、活塞(21)、活塞杆(22)、缸筒(23)和用于与地面接触的触头(24)和磁环(25)；磁滞伸缩位移传感器(2)和磁环(25)内置于活塞(21)和活塞杆(22)中，活塞(21)和活塞杆(22)安装在缸筒(23)内，活塞杆一端安装有触头(24)。当向加载液压缸(1)的无杆腔内供油时，推动活塞杆(22)伸出，使活塞杆(22)一端连接的触头(24)与地面接触。磁环(25)随活塞杆(22)一起运动，使磁环(25)与磁滞伸缩位移传感器(2)产生相对位移，整个位移量就是活塞杆(22)伸出的长度。

如图4所示，图4中：K1-控制器K2-液晶显示屏K3-按钮K4-指示灯K5-继电器

如图4所示，优选方案为：控制器采用西门子公司的S7-1200PLC型控制器(K1)，该控制器包括11路数字量信号输出引脚(Q0.0～Q1.1)、13路数字量信号输入引脚(I0.0～I1.5)、4路模拟量输入引脚(AI0～AI3)、2路模拟量输出引脚(AQ0～AQ2)和1路Profinet网络接口。人机交互界面上的按钮和指示灯通过线缆与控制器的数字量信号输入引脚和路数字量信号输入引脚相连，用于进行液压动力源(4)的启动和停止以及加载液压缸(1)伸出和收回工作的指令信号输入。液晶显示屏(K2)通过Profinet网络接口和控制器(K1)相连，液晶显示屏(K2)用于显示系统的工作信息，地面强度判定结果和磁滞伸缩位移传感器(2)检测到的位移量和位移变化量信息。控制器的Q0.0引脚连接直流电机的继电器用于控制直流电机的启动和停止，Q0.1和Q0.2引脚通过继电器(K5)连接液压动力源(4)中的三位四通电磁换向阀(11)的两个电磁铁，用于控制这两个电磁铁的吸合于断开。控制器(k1)的剩余引脚(I1.1～I1.5、Q0.4～Q1.1、AI1～AI3和AQ2)空置不连接。

本发明一种基于液压缸恒力控制的地面强度检测方法，步骤如下：

(1)进行地面强度检测时，首先开启液压动力源(4)为加载液压缸(1)提供动力源，使加载液压缸(1)伸出并使其触头(24)触地；

(2)调节电液比例溢流阀(11)，使通过压力传感器(7)检测到的加载液压缸(1)无杆腔压力达到电液比例溢流阀(11)设定压力，将该压力值送至控制器；

(3)控制器(K1)开始计时并通过磁滞伸缩位移传感器(2)实时检测加载液压缸(1)伸出的位移量，测量在计时一段时间后加载液压缸(1)伸出的位移量变化值，

(4)将液压缸(1)伸出的位移量变化值通过液晶显示屏(K2)显示；

(5)地面强度检测及判别模块(12)根据预先设定的地面强度公式给出地面强度状态。

(6)根据车辆的重量吨位数、结合车辆支腿的支撑盘触地面积值和给出的地面强度状态，确定当前地面状态下该车是否具备安全进行支腿触地展开条件；若具备则进行步骤(7)，否则进行步骤(8)，通过人机交互界面(10)显示确定结果；

(7)进行后续施工作业；

(8)不进行后续施工作业，将确定结果通过人机交互界面(10)显示。

本发明一种基于液压缸恒力控制的地面强度检测方法，优选的步骤如下：

步骤(1)、首先将地面强度检测装置在目标检测的地面上方进行可靠固定，开启检测按钮使液压电机泵(16)工作，加载液压缸(1)伸出至触头(24)触地并稳定后，记录磁滞伸缩位移传感器(2)检测的位移值S1和激光测距传感器的检测值L1。

步骤(2)、通过控制器(K1)输出的模拟量信号调节电液比例溢流阀(11)的设定压力值至P1，当压力传感器(7)检测加载液压缸(1)压力升高到P1后，对电液比例溢流阀(11)的调节停止并保持该值，使液压电机泵(16)停止工作。系统开始进入压力保持状态。

步骤(3)、通过压力传感器(7)检测压力值，若下降到系统设定的下限值P2时，启动液压电机泵(16)工作，再次向加载液压缸内补充压力至上限值P1后，停止液压电机泵(16)工作，保持2min～2.2min后记录磁滞伸缩位移传感器(2)检测的位移量S2和激光测距传感器(6)检测的距离值L2。系统继续保持该加载状态2min～2.2min后再次记录磁滞伸缩位移传感器(2)的位移量S3和激光测距传感器(6)检测的距离值L3。

步骤(4)、计算位移变化量ΔLa＝(L3-S3)-(L2-S2)，通过地面强度检测及判别模块(12)判别该值ΔLa小于设定值，则判定该地面强度满足设备撑地展开条件，否则判定为不满足展开条件。

步骤(5)、根据计算的位移变化量ΔLa，通过地面强度检测及判别模块(12)利用该值ΔLa代入存储在计算机内的地面强度计算公式，在液晶显示屏(K2)上显示出所计算的当前地面强度值k。

优选还包括步骤(6)：对地面强度k是否满足设备的支撑展开条件给于判断，确定是否能够展开作业。

本发明一种基于液压缸恒力控制的地面强度检测方法，进一步的优选步骤如下：

(1)检测装置到达制定位置后首先进行固定，然后启动本设备，由电液测控系统(5)发出检测指令，使液压电机泵(16)运转(此时电液比例溢流阀(11)设定压力为0MPa)，然后调节电液比例溢流阀(11)至压力值为1.0Mpa～1.2Mpa后，控制三位四通电磁换向阀(14)开启使液压油进入加载液压缸(1)的无杆腔，使加载液压缸(1)的活塞杆向下伸出，直至加载液压缸(1)的触头(24)触地，同时通过加载液压缸(1)内的磁滞伸缩位移传感器(2)观察此时液压缸的位移值和液压缸旁的激光测距传感器(6)测得的液压缸与地面间的位移值，当位移值稳定，其变化量小于设定的精度(优选0.1mm)后，记录此时传感器位移值S1和激光测距值L1。

(2)然后逐渐调节电液比例溢流阀(11)的设定压力值至P1(优选P₁为4.8Mpa～4.9Mpa)，在此过程中地面受到加载液压缸(1)的挤压作用力将使液压缸的触头(24)推动地面下沉，由于地面强度状态不同，将产生不同程度的下沉量值，固定在加载液压缸(1)的活塞杆(22)上的磁滞伸缩位移传感器的磁环(25)向下移动并测出加载液压缸(1)的活塞杆(22)的位移量。当加载液压缸(1)内油压升高到系统设定的压力值P1(优选P₁为4.8Mpa～4.9Mpa)时，压力传感器(7)向系统发出信号，加压工作停止。液压系统进入保持系统压力状态。

(3)若地面强度小于支撑盘向地面施加的压力，地面将下沉，加载液压缸(1)的活塞杆(22)随之向下移动，加载液压缸(1)的无杆腔内压力下降，当压力下降到系统设定的下限值P2(优选P₂为4.5MPa～4.6MPa)时，系统启动液压电机泵(16)，再次向加载液压缸(1)内补充压力至上限值。加载液压缸(1)保持压力在设定范围内2min后，系统记录下这一时刻磁滞伸缩位移传感器(2)测得的随加载液压缸(1)的活塞杆(22)移动的位移位移量S2和激光测距传感器(6)测得的距离值L2，并以此值作为初始位移量，系统继续保持加载液压缸(1)的无杆腔内压力2min～2.2min后，再次记录磁滞伸缩位移传感器(2)的位移量S3和激光测距传感器(6)测得的距离值L3。

(4)计算两位移量ΔL_a＝(L₃-S₃)-(L₂-S₂)；如果该值ΔL_a小于0.12mm，即

0≤ΔL_a≤0.12 (1)

，判定地面强度能满足发射要求，如果

ΔL_a＞0.12 (2)

则判定为不合格，将测得的数据及判别结果反馈给测控系统，得出不能进行支撑展开操作的结论。

(5)根据计算的位移变化量ΔL_a，通过该值ΔL_a并结合存储在计算机内的强度计算公式，计算出当前地面强度值k。加载液压缸(1)的无杆腔直径为D₁，触头(24)的直径为D_C，强度计算公式即计算地面强度值k的公式优选为：

(6)：对地面强度k是否满足设备的支撑展开条件给于判断，确定是否能够展开作业。

如果

8.06≤k≤48.40 4

则表明地面强度在允许设备进行支撑展开作业的工作范围内，如果

k<8.06 5

则表明地面强度不适合设备的支撑展开作业(但系统数据采集正常)，如果

k＞48.40 6

则表明(地面强度不适合设备的支撑展开作业)系统数据采集出现异常，需排查系统故障后再进行检测。

进一步优选的方案为：步骤(1)中，检测装置到达制定位置后首先进行固定，然后启动本设备，由测控系统发出检测指令，使电机驱动液压泵运转(此时比例溢流阀设定压力为0MPa)，然后调节比例溢流阀至压力为1.0MPa后，控制电磁换向阀开启使液压油进入加载液压缸缸无杆腔，使加载液压缸的活塞杆向下伸出，直至加载液压缸触地，同时观察此时液压缸的位移值和液压缸旁的激光测距传感器测得的液压缸与地面间的位移值，当位移值稳定，其变化量小于0.1mm后，记录此时传感器位移值S1和激光测距值L1，此时表明触地已经触实。

步骤(2)中，然后逐渐调节比例溢流阀压力至P1＝4.9MPa，在此过程中地面受到加载液压缸的挤压作用力将使液压缸的触头推动地面下沉，由于地面强度状态不同，将产生不同程度的下沉量值，固定在加载液压缸活塞杆上的位移传感器向下移动并测出加载液压缸活塞杆的位移量。当加载液压缸油压升高到系统设定的压力值P1＝4.9MPa时，压力传感器向系统发出信号，加压工作停止。液压系统进入保持系统压力状态。

步骤(3)中，若地面强度小于支撑盘向地面施加的压力，地面将下沉，加载液压缸活塞杆随之向下移动，加载液压缸无杆腔内压力下降，当压力下降到系统设定的下限值P₂＝4.6MPa时，系统启动电机带动液压泵，再次向加载液压缸内补充压力至上限值。加载液压缸保持压力在设定范围内2min后，系统记录下这一时刻随加载液压缸活塞杆移动的位移传感器位移量S₂和激光测距传感器测得的距离值L₂，并以此值作为初始位移量，系统继续保持加载液压缸无杆腔内压力2min后，再次记录位移传感器的位移量S₃和测距值L₃。

步骤(4)中，计算两位移量ΔL_a＝(L₃-S₃)-(L₂-S₂)。如果该值ΔL_a小于0.12mm,即

0≤ΔL_a≤0.12 1

判定地面强度能满足发射要求，如果

1.ΔL_a＞0.12 2

则判定为不合格。将测得的数据及判别结果反馈给测控系统，得出不能进行支撑展开操作的结论。

(5)根据计算的位移变化量ΔL_a，通过该值ΔL_a并结合存储在计算机内的强度计算公式，计算出当前地面强度值k。加载液压缸(1)的无杆腔直径为D₁，触头(24)的直径为D_C，优选采用的计算地面强度值k的强度计算公式为：

优选内的判断条件为：如果

8.06≤k≤48.40 4

则表明地面强度在允许设备进行支撑展开作业的工作范围内，如果

k<8.06 5

则表明地面强度不适合设备的支撑展开作业，如果

k＞48.40 6

则表明系统数据采集出现异常，需排查系统故障后再进行检测。

通过将本发明地面强度检测装备安装在野外作业的工程车辆上，进行不同类型的地面承载强度的检测，对地面收到固定载荷后的压缩量检测分辨值能够达到0.02mm，可以准确鉴别出承载地面的强度等级。结合对应工程车辆的重量情况，对车辆是否能够在不同承载强度的地面上满足安全伸出支腿进行工程作业给出了准确的判断，提高了工程车辆的工作安全性。

本发明经过实际使用验证，该测量装置能够准确识别地面强度，该装置便携于车上，车辆到达野外工作场地后，通过开启使用该装置可对当前地面强度状态进行明确检测，判定车辆在进行支腿展开时是否安全，提高了特种车辆在野外作业时的安全性、可靠性。

本发明将磁滞伸缩位移传感器、激光测距传感器、蓄能器、压力传感器与加载液压缸组合在一起，使系统分为执行模块和控制模块两部分，这两部分仅通过电缆和液压管路相连，使系统方便安装和拆卸，系统体积小，安装方便，便于快速投入使用。通过采用激光测距传感器检测测力时设备整体变形量和上抬产生的误差数据，通过地面强度检测及判别模块中的计算方法对实测值进行修正计算，提高了测量的精度和准确性。

本发明通过将带有触头的液压缸垂直触地，并检测液压缸在触地后一段时间内的位移变化量来检查当前地面的强度状态，通过集成的电液测控系统和地面强度检测及判别模块实现对地面强度的一键操作和快速自动检测，检测准确率高、提高了外场地面作业设备的使用安全性。

Claims (5)

1.一种基于液压缸恒力控制的地面强度检测装置，其特征在于包括：液压执行系统和电液测控系统；

液压执行系统，包括液压动力源(4)、电液比例溢流阀(11)、加载液压缸(1)、高精度磁滞伸缩位移传感器(2)、压力传感器(7)；

电液测控系统(5)，包括：控制器(K1)、人机交互界面(10)和地面强度检测及判别模块(12)；

液压动力源(4)、电液测控系统(5)放置在电液控制箱(3)内；液压动力源(4)能够为加载液压缸(1)提供动力源，使加载液压缸(1)伸出触地；调节电液比例溢流阀(11)能够使通过压力传感器(7)检测到的加载液压缸(1)无杆腔压力达到电液比例溢流阀(11)设定压力，将该压力值送至控制器；

控制器(K1)能够计时并通过磁滞伸缩位移传感器(2)实时检测加载液压缸(1)伸出的位移量，人机交互界面(10)能够显示液压缸(1)伸出的位移量；

加载液压缸(1)上设有触头，用于与地面接触；加载液压缸(1)伸出使其上设有的触头(24)触地；

还包括激光测距仪(6)，加载液压缸(1)的中间部位安装有激光测距仪(6)，当加载液压缸(1)的触头触地后，测量地面与激光测距仪之间的距离；

磁滞伸缩位移传感器(2)、压力传感器(7)和激光测距仪(6)检测出的信号通过电缆(8)传输给电液测控系统(5)；

电液比例溢流阀(11)安装在液压动力源(4)中，用于调节加载液压缸(1)在加载时的压力；

加载液压缸(1)由液压缸本体(21)、蓄能器(20)和压力传感器(7)组成；蓄能器(20)起到为液压缸本体(21)的无杆腔加载后的保压作用，压力传感器(7)检测加载时的压力变化值；

地面强度检测及判别模块(12)能够根据预先设定的地面强度公式给出地面强度状态，根据车辆的重量吨位数、结合加载液压缸(1)的触头触地面积值和给出的地面强度状态，确定当前地面状态下该车是否具备安全进行支腿触地展开的条件，若具备，则进行后续施工作业，否则不进行后续施工作业，将确定结果通过人机交互界面(10)显示；

地面强度公式为：

k为地面强度值，加载液压缸(1)的无杆腔直径为D₁，触头(24)的直径为D_C；ΔL_a为加载液压缸(1)伸出的位移量变化值；

加载液压缸(1)伸出的位移量变化值ΔL_a获取方式如下：

通过压力传感器(7)检测压力值，若压力值下降到系统设定的下限值P₂时，启动液压电机泵(16)工作，再次向加载液压缸内补充压力至上限值P₁后，停止液压电机泵(16)工作，保持2min-2.2min后记录磁滞伸缩位移传感器(2)检测的位移量S2和激光测距仪(6)检测的距离值L2；系统继续保持该加载状态2min-2.2min后再次记录磁滞伸缩位移传感器(2)的位移量S3和激光测距仪(6)检测的距离值L3；位移变化量ΔLa＝(L3-S3)-(L2-S2)；

确定当前地面状态下该车是否具备安全进行支腿触地展开条件的具体实现方式为：

如果8.06≤k≤48.40，则具备安全进行支腿触地展开条件，如果k＜8.06，则不具备安全进行支腿触地展开条件，但系统数据采集正常，如果k＞48.40，则不具备安全进行支腿触地展开条件，且系统数据采集出现异常。

2.根据权利要求1所述的一种基于液压缸恒力控制的地面强度检测装置，其特征在于：人机交互界面(10)包括液晶显示屏(K2)。

3.根据权利要求1所述的一种基于液压缸恒力控制的地面强度检测装置，其特征在于：支腿触地展开为车辆的四个加载液压缸(1)全部撑地。

4.根据权利要求1所述的一种基于液压缸恒力控制的地面强度检测装置，其特征在于：加载液压缸(1)通过管路(9)与液压动力源(4)连接，使液压动力源(4)为加载液压缸(1)供油。

5.一种基于液压缸恒力控制的地面强度检测方法，其根据权利要求1所述的装置实现，其特征在于步骤如下：

(1)进行地面强度检测时，首先开启液压动力源(4)为加载液压缸(1)提供动力源，使加载液压缸(1)伸出并使其触头(24)触地；

(2)调节电液比例溢流阀(11)，使通过压力传感器(7)检测到的加载液压缸(1)无杆腔压力达到电液比例溢流阀(11)设定压力，将该压力值送至控制器；

(3)控制器(K1)开始计时并通过磁滞伸缩位移传感器(2)实时检测加载液压缸(1)伸出的位移量，测量在计时一段时间后加载液压缸(1)伸出的位移量变化值；

具体实现方式为：

通过压力传感器(7)检测压力值，若下降到系统设定的下限值P₂时，启动液压电机泵(16)工作，再次向加载液压缸内补充压力至上限值P₁后，停止液压电机泵(16)工作，保持2min-2.2min后记录磁滞伸缩位移传感器(2)检测的位移量S2和激光测距仪(6)检测的距离值L2；系统继续保持该加载状态2min-2.2min后再次记录磁滞伸缩位移传感器(2)的位移量S3和激光测距仪(6)检测的距离值L3；

计算位移变化量ΔLa＝(L3-S3)-(L2-S2)；

(4)将液压缸(1)伸出的位移量变化值通过液晶显示屏(K2)显示；

(5)地面强度检测及判别模块(12)根据预先设定的地面强度公式给出地面强度状态；

地面强度公式为：

k为地面强度值，加载液压缸(1)的无杆腔直径为D₁，触头(24)的直径为D_C；

(6)根据车辆的重量吨位数、结合车辆支腿的触头触地面积值和给出的地面强度状态，确定当前地面状态下该车是否具备安全进行支腿触地展开条件；若具备则进行步骤(7)，否则进行步骤(8)，通过人机交互界面(10)显示确定结果；

确定当前地面状态下该车是否具备安全进行支腿触地展开条件的具体实现方式为：

如果

8.06≤k≤48.40

则具备安全进行支腿触地展开条件，如果

k＜8.06

则不具备安全进行支腿触地展开条件，但系统数据采集正常，如果

k＞48.40

则不具备安全进行支腿触地展开条件，且系统数据采集出现异常；

(7)进行后续施工作业；

(8)不进行后续施工作业，将确定结果通过人机交互界面(10)显示。

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