CN109853639B - 一种通用型自反力平衡荷载箱智能化标定系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用型自反力平衡荷载箱智能化标定系统，包括通用型载荷箱反力装置和对通用型载荷箱反力装置进行控制的智能自动化控制系统；智能自动化控制系统包括嵌入式ARM系统单元、多通道AD采集单元、智能液压系统单元、多串口网络通信单元和主控终端，其中：所述嵌入式ARM系统单元分别与多通道AD采集单元、智能液压系统单元和多串口网络通信单元连接；多通道AD采集单元与标准压力传感器通信相连，智能液压系统单元包括电磁液压阀单元和伺服电机驱动单元，且电磁液压阀单元内部结构被定义有换向阀、加压阀及卸压阀；主控终端通过所述多串口网络通信单元，分别与嵌入式ARM系统单元、多通道AD采集单元、智能液压系统单元建立连接通信。

Description

一种通用型自反力平衡荷载箱智能化标定系统

技术领域

本发明涉及自反力荷载箱加载智能化标定设备技术领域，尤其涉及一种通用型自反力平衡荷载箱智能化标定系统。

背景技术

荷载箱是建筑行业桩基承载能力自平衡法试验用的一种专用加载装置，是一组(一个或多个)千斤顶(压力单元)的结构总成。随着荷载箱的技术迅速发展，特别是在基桩承载力检测项目中荷载箱得到广泛应用，逐步代替了原来工地使用的堆载检测。根据自反力技术测桩的特点，现有桩基检测都是较大吨位的荷载箱，而较大吨位的荷载箱在标定过程中推力高达千吨，目前很少有几家计量单位具备这样负荷的标定装置，而且一套标定系统大部分满足一定量程的荷载箱，无法做到通用型(标定台量程与荷载箱使用量程接近)，使得标定台的数量增多，占用面积增大，标定台使用率低下，无一不增加荷载箱在投入使用过程中的成本。

据此，目前急需一种使用方便、占地面积小的通用型自反力平衡荷载箱智能化标定系统，改变了目前荷载箱标定系统大吨位加载困难、使用率低下、标定成本高的局面。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种使用方便、占地面积小的通用型自反力平衡荷载箱智能化标定系统，改变了目前荷载箱标定系统大吨位加载困难、使用率低下、标定成本高的局面。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种通用型自反力平衡荷载箱智能化标定系统，包括通用型载荷箱反力装置和对通用型载荷箱反力装置进行控制的智能自动化控制系统；

所述通用型载荷箱反力装置包括标准压力传感器、可升降长臂千斤顶、承压板、定型滑轨、滑轨法兰装置和上下对称的标定反力架；其中所述标定反力架中间从上往下依次放置标准压力传感器、承压板和荷载箱；所述承压板四周固定有滑轨法兰装置，所述滑轨法兰装置的滑动端卡入定型滑轨中，滑轨法兰装置的顶部连接可升降长臂千斤顶的伸缩端；所述可升降长臂千斤顶的整体竖直安装于标定反力架的梁上；所述滑轨法兰装置的滑动端在安装于标定反力架上的定型滑轨中的滑动方向与可升降长臂千斤顶的伸缩端的伸缩方向一致；

所述智能自动化控制系统包括嵌入式ARM系统单元、多通道AD采集单元、智能液压系统单元、多串口网络通信单元和主控终端，其中：所述嵌入式ARM系统单元分别与所述多通道AD采集单元、智能液压系统单元和多串口网络通信单元连接；所述多通道AD采集单元与标准压力传感器通信相连，所述智能液压系统单元包括电磁液压阀单元和伺服电机驱动单元，且所述电磁液压阀单元内部结构被定义有换向阀、加压阀及卸压阀，根据实际现场操作实现各个阀门的动作，来实现油路系统的进、回油方向；所述主控终端通过所述多串口网络通信单元，分别与所述嵌入式ARM系统单元、多通道AD采集单元、智能液压系统单元建立连接通信，实时监测各个单元的运行状态。

作为本发明的优选方式之一，还包括中心定位孔，所述中心定位孔设置于承压板顶部中心位置，所述标准压力传感器放入中心定位孔中，所述标准压力传感器根据标定需求，选择与荷载箱相匹配的满量程范围。

作为本发明的优选方式之一，还包括手自动模式切换单元；所述手自动模式切换单元连接于嵌入式ARM系统单元与智能液压系统单元之间，所述手自动模式切换单元通过手动模式和自动模式之间的切换，控制所述智能液压系统单元的工作方式。

作为本发明的优选方式之一，所述的手动模式包括霍尔推杆和组合按钮，且所述霍尔推杆通过推杆对应位置输出的模拟量给所述伺服电机驱动单元，用于控制伺服电机的的运行速度，所述组合按钮通过电磁阀的吸合控制所述换向阀、加压阀和卸压阀的工作。

作为本发明的优选方式之一，所述的自动模式采用模糊PID算法，通过计算和转化所述多通道AD采集单元的传感器的数据，输出用于驱动所述伺服电机驱动单元的信号量，控制伺服电机的运行速度。

作为本发明的优选方式之一，所述智能自动化控制系统工作在自动模式下，可以采用模糊PID控制方式；嵌入式ARM系统单元通过计算标准压力传感器的加载力值速率，转换输出伺服驱动单元受控的DAC信号，控制伺服电机的转速。

作为本发明的优选方式之一，还包括油压传感器、液位传感器、温、湿度传感器，所述标准压力传感器为轮辐式荷载传感器，所述荷载箱产生的力通过所述承压板传递给所述轮辐式荷载传感器，并可传递高达100000KN的力，所述多通道AD采集单元与油压传感器、液位传感器、温、湿度传感器通信相连用于获取该系统所需控制的相关物理量。

作为本发明的优选方式之一，所述换向阀通过油路系统一路连接上端可升降长臂千斤顶另一路连接荷载箱，经由所述加压阀和卸压阀控制所述换向阀对应的油路的进油和回油。

作为本发明的优选方式之一，所述嵌入式ARM系统单元使用UCOS-II实时操作系统，用于调度所述多通道AD采集单元、手自动模式切换单元、智能液压系统单元和多串口网络通信单元之间的工作，所述主控终端通过手机APP软件和/或电脑PC软件和/或WEB客户端软件与所述多串口网络通信单元通讯，所述的手机APP软件和/或电脑PC软件和/或WEB客户端软件用于显示传感器的数据和操作该系统的运行。

作为本发明的优选方式之一，所述电磁换向阀单元的控制电路包括光耦开关U1、场效应管Q1、加压继电器JK1、卸压继电器JK2、换向继电器JK3，光耦开关U1的一输入端接嵌入式ARM系统单元，另一输入端接地；场效应管Q1接于直流电源正极和电磁液压阀单元之间，其控制端与光耦输出端连接；加压继电器JK1的控制信号由嵌入式ARM系统单元控制，其用于连接地线与电磁液压阀加压阀接头；卸压继电器JK2的控制信号由嵌入式ARM系统单元控制，其用于连接地线与电磁液压阀卸压阀接头；换向继电器JK3的控制信号由嵌入式ARM系统单元控制，其用于连接地线与电磁液压阀加压阀接头。

本发明相比现有技术的优点在于：本发明能检测液压荷载箱加载能力、持续加载的稳定性和液压系统的内外泄漏等性能，改变目前荷载箱标定装置占地面积大、使用率低、通用型差和标定费用高的局面，提升该系统综合性的效率。

附图说明

图1是实施例中的通用型载荷箱反力装置结构示意图；

图2是实施例中智能自动化控制系统结构示意图；

图3是实施例中电磁换向阀单元的控制电路结构示意图；

图4是实施例中伺服电机DAC信号控制电路示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种通用型自反力平衡荷载箱智能化标定系统，包括通用型载荷箱反力装置和对通用型载荷箱反力装置进行控制的智能自动化控制系统；

参见图1：所述通用型载荷箱反力装置包括标准压力传感器、可升降长臂千斤顶(2)、承压板(3)、定型滑轨(4)、滑轨法兰装置(6)和上下对称的标定反力架(1)；其中所述标定反力架(1)中间从上往下依次放置标准压力传感器、承压板(3)和荷载箱；所述承压板(3)四周固定有滑轨法兰装置(6)，所述滑轨法兰装置(6)的滑动端卡入定型滑轨(4)中，滑轨法兰装置(6)的顶部连接可升降长臂千斤顶(2)的伸缩端；所述可升降长臂千斤顶(2)的整体竖直安装于标定反力架(1)的梁上；所述滑轨法兰装置(6)的滑动端在安装于标定反力架(1)上的定型滑轨(4)中的滑动方向与可升降长臂千斤顶(2)的伸缩端的伸缩方向一致；还包括中心定位孔(5)，所述中心定位孔(5)设置于承压板(3)顶部中心位置，所述标准压力传感器放入中心定位孔(5)中，所述标准压力传感器根据标定需求，选择与荷载箱相匹配的满量程范围；

参见图2：所述智能自动化控制系统包括嵌入式ARM系统单元、多通道AD采集单元、智能液压系统单元、多串口网络通信单元和主控终端，其中：所述嵌入式ARM系统单元分别与所述多通道AD采集单元、智能液压系统单元和多串口网络通信单元连接；所述多通道AD采集单元与标准压力传感器通信相连，所述智能液压系统单元包括电磁液压阀单元和伺服电机驱动单元，且所述电磁液压阀单元内部结构被定义有换向阀、加压阀及卸压阀，根据实际现场操作实现各个阀门的动作，来实现油路系统的进、回油方向；所述主控终端通过所述多串口网络通信单元，分别与所述嵌入式ARM系统单元、多通道AD采集单元、智能液压系统单元建立连接通信，实时监测各个单元的运行状态；本实施例能检测荷载箱加载力的稳定性和液压系统的内外泄漏相关性能，解决目前荷载箱反力装置使用率低、大吨位荷载箱加载困难、标定成本高等问题，该系统遵循标准压力传感器与荷载箱量程相匹配原则，有效提高系统的精度，确保系统的可靠性。

实施例2

本实施例的一种通用型自反力平衡荷载箱智能化标定系统，其结构与实施例1基本相同，主要不同之处在于：还包括手自动模式切换单元；所述手自动模式切换单元连接于嵌入式ARM系统单元与智能液压系统单元之间，所述手自动模式切换单元通过手动模式和自动模式之间的切换，控制所述智能液压系统单元的工作方式，所述的手动模式包括霍尔推杆和组合按钮，且所述霍尔推杆通过推杆对应位置输出的模拟量给所述伺服电机驱动单元，用于控制伺服电机的的运行速度，所述组合按钮通过电磁阀的吸合控制所述换向阀、加压阀和卸压阀的工作，所述的自动模式采用模糊PID算法，通过计算和转化所述多通道AD采集单元的传感器的数据，输出用于驱动所述伺服电机驱动单元的信号量，控制伺服电机的运行速度，如图4，所述智能自动化控制系统工作在自动模式下，可以采用模糊PID控制方式；嵌入式ARM系统单元通过计算标准压力传感器的加载力值速率，转换输出伺服驱动单元受控的DAC信号，控制伺服电机的转速。

实施例3

本实施例的一种通用型自反力平衡荷载箱智能化标定系统，其结构与实施例1基本相同，主要不同之处在于：还包括油压传感器、液位传感器、温、湿度传感器，所述标准压力传感器为轮辐式荷载传感器，所述荷载箱产生的力通过所述承压板传递给所述轮辐式荷载传感器，并可传递高达100000KN的力，所述多通道AD采集单元与油压传感器、液位传感器、温、湿度传感器通信相连用于获取该系统所需控制的相关物理量，所述换向阀通过油路系统一路连接上端可升降长臂千斤顶(2)另一路连接荷载箱，经由所述加压阀和卸压阀控制所述换向阀对应的油路的进油和回油。

进一步的，所述嵌入式ARM系统单元使用UCOS-II实时操作系统，用于调度所述多通道AD采集单元、手自动模式切换单元、智能液压系统单元和多串口网络通信单元之间的工作，所述主控终端通过手机APP软件和/或电脑PC软件和/或WEB客户端软件与所述多串口网络通信单元通讯，所述的手机APP软件和/或电脑PC软件和/或WEB客户端软件用于显示传感器的数据和操作该系统的运行。

参见图3：所述电磁换向阀单元的控制电路包括光耦开关U1、场效应管Q1、加压继电器JK1、卸压继电器JK2、换向继电器JK3，光耦开关U1的一输入端接嵌入式ARM系统单元，另一输入端接地；场效应管Q1接于直流电源正极和电磁液压阀单元之间，其控制端与光耦输出端连接；加压继电器JK1的控制信号由嵌入式ARM系统单元控制，其用于连接地线与电磁液压阀加压阀接头；卸压继电器JK2的控制信号由嵌入式ARM系统单元控制，其用于连接地线与电磁液压阀卸压阀接头；换向继电器JK3的控制信号由嵌入式ARM系统单元控制，其用于连接地线与电磁液压阀加压阀接头。

综上所述，本发明能检测液压荷载箱加载能力、持续加载的稳定性和液压系统的内外泄漏等性能，改变目前荷载箱标定装置占地面积大、使用率低、通用型差和标定费用高的局面，提升该系统综合性的效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种通用型自反力平衡荷载箱智能化标定系统，其特征在于，包括通用型载荷箱反力装置和对通用型载荷箱反力装置进行控制的智能自动化控制系统；

所述通用型载荷箱反力装置包括标准压力传感器、可升降长臂千斤顶(2)、承压板(3)、定型滑轨(4)、滑轨法兰装置(6)和上下对称的标定反力架(1)；其中所述标定反力架(1)中间从上往下依次放置标准压力传感器、承压板(3)和荷载箱；所述承压板(3)四周固定有滑轨法兰装置(6)，所述滑轨法兰装置(6)的滑动端卡入定型滑轨(4)中，滑轨法兰装置(6)的顶部连接可升降长臂千斤顶(2)的伸缩端；所述可升降长臂千斤顶(2)的整体竖直安装于标定反力架(1)的梁上；所述滑轨法兰装置(6)的滑动端在安装于标定反力架(1)上的定型滑轨(4)中的滑动方向与可升降长臂千斤顶(2)的伸缩端的伸缩方向一致；

所述智能自动化控制系统包括嵌入式ARM系统单元、多通道AD采集单元、智能液压系统单元、多串口网络通信单元和主控终端，其中：所述嵌入式ARM系统单元分别与所述多通道AD采集单元、智能液压系统单元和多串口网络通信单元连接；所述多通道AD采集单元与标准压力传感器通信相连，所述智能液压系统单元包括电磁液压阀单元和伺服电机驱动单元，且所述电磁液压阀单元内部结构被定义有换向阀、加压阀及卸压阀；所述主控终端通过所述多串口网络通信单元，分别与所述嵌入式ARM系统单元、多通道AD采集单元、智能液压系统单元建立连接通信，实时监测各个单元的运行状态；

电磁换向阀单元的控制电路包括光耦开关U1、场效应管Q1、加压继电器JK1、卸压继电器JK2、换向继电器JK3，光耦开关U1的一输入端接嵌入式ARM系统单元，另一输入端接地；场效应管Q1接于直流电源正极和电磁液压阀单元之间，其控制端与光耦输出端连接；加压继电器JK1的控制信号由嵌入式ARM系统单元控制，其用于连接地线与电磁液压阀加压阀接头；卸压继电器JK2的控制信号由嵌入式ARM系统单元控制，其用于连接地线与电磁液压阀卸压阀接头；换向继电器JK3的控制信号由嵌入式ARM系统单元控制，其用于连接地线与电磁液压阀加压阀接头；

还包括手自动模式切换单元；所述手自动模式切换单元连接于嵌入式ARM系统单元与智能液压系统单元之间，所述手自动模式切换单元通过手动模式和自动模式之间的切换，控制所述智能液压系统单元的工作方式；

所述的手动模式包括霍尔推杆和组合按钮，且所述霍尔推杆通过推杆对应位置输出的模拟量给所述伺服电机驱动单元，用于控制伺服电机的运行速度，所述组合按钮通过电磁阀的吸合控制所述换向阀、加压阀和卸压阀的工作；

所述的自动模式采用模糊PID算法，通过计算和转化所述多通道AD采集单元的传感器的数据，输出用于驱动所述伺服电机驱动单元的信号量，控制伺服电机的运行速度，所述智能自动化控制系统工作在自动模式下，可以采用模糊PID控制方式；嵌入式ARM系统单元通过计算标准压力传感器的加载力值速率，转换输出伺服驱动单元受控的DAC信号，控制伺服电机的转速。

2.根据权利要求1所述的通用型自反力平衡荷载箱智能化标定系统，其特征在于，还包括中心定位孔(5)，所述中心定位孔(5)设置于承压板(3)顶部中心位置，所述标准压力传感器放入中心定位孔(5)中，所述标准压力传感器根据标定需求，选择与荷载箱相匹配的满量程范围。

3.根据权利要求1所述的通用型自反力平衡荷载箱智能化标定系统，其特征在于，还包括油压传感器、液位传感器、温、湿度传感器，所述标准压力传感器为轮辐式荷载传感器，所述荷载箱产生的力通过所述承压板传递给所述轮辐式荷载传感器，并可传递高达100000KN的力，所述多通道AD采集单元与油压传感器、液位传感器、温、湿度传感器通信相连用于获取该系统所需控制的相关物理量。

4.根据权利要求1所述的通用型自反力平衡荷载箱智能化标定系统，其特征在于，所述换向阀通过油路系统一路连接上端可升降长臂千斤顶(2)另一路连接荷载箱，经由所述加压阀和卸压阀控制所述换向阀对应的油路的进油和回油。

5.根据权利要求1所述的通用型自反力平衡荷载箱智能化标定系统，其特征在于，所述嵌入式ARM系统单元使用UCOS-II实时操作系统，用于调度所述多通道AD采集单元、手自动模式切换单元、智能液压系统单元和多串口网络通信单元之间的工作，所述主控终端通过手机APP软件和/或电脑PC软件和/或WEB客户端软件与所述多串口网络通信单元通讯，所述的手机APP软件和/或电脑PC软件和/或WEB客户端软件用于显示传感器的数据和操作该系统的运行。

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