CN111831050B - 一种磁感自适应调控装配路面及其施工工艺和控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种磁感自适应调控装配路面，所述路面由预制磁化混凝土板铺装而成，所述路面还包括磁感调节系统，所述磁感调节系统包括设置在预制磁化混凝土板下端的压力传感装置、设置在路面两端的非金属矩形框架、缠绕在非金属矩形框架上的铜导线圈、与所述铜导线圈电性连接的外接供电装置；压力传感装置将车轮荷载数值传递至运算装置；运算装置将收到的车轮荷载信息转换为电路控制信息传递至外部施加磁场装置，外部施加磁场装置对运算装置传递的信号进行精准执行，根据所承受车轮荷载，即时调整电流，从而控制外部施加磁场的强度，保证相邻装配单元之间不发生错台。
Description
技术领域
本发明属于装配式混凝土路面领域，尤其涉及一种磁感自适应调控装配路面及其施工工艺和控制方法。
背景技术
常见的建筑施工场地中临时道路，为了满足节能环保的要求，经常采用预制拼装模块化结构，在施工结束之后，对装配式模块进行拆除，以便在后续项目施工场地中重复利用。
目前常用的为现浇混凝土结构模块，模块浇筑完成之后进行保湿养护，即可进行路面拼装。在进行拼装时，相邻模块之间无连接件，互为一个独立的受力体系。在经过长时间的使用之后，特别是在施工现场大型货车等重载反复作用下，由于相邻模块之间的受力传递不连续，会导致部分模块之间产生错台现象。一方面影响了施工现场路面的平整度和整体美观性，另一方面也会影响现场货车的行驶。
发明内容
本发明旨在提供一种磁感自适应调控装配路面，能够对预制的掺加磁化纤维的混凝土模块施加磁场，相邻两模块之间磁极异性相吸，达到自动磁吸的效果，同时通过控制外部施加磁场装置的电流大小，来调节磁场强弱，以达到适应不同车轮荷载的目的；
同时提供一种磁感自适应调控装配路面的施工工艺是本发明的另一目的；
同时提供一种磁感自适应调控装配路面的控制方法是本发明的又另一目的。
本发明提供了如下的技术方案：
一种磁感自适应调控装配路面，所述路面由预制磁化混凝土板铺装而成，所述路面还包括磁感调节系统，所述磁感调节系统包括设置在预制磁化混凝土板下端的压力传感装置、设置在路面两端的非金属矩形框架、缠绕在非金属矩形框架上的铜导线圈、与所述铜导线圈电性连接的外接供电装置，以及分别与所述压力传感装置和外接供电装置电性连接的运算装置。
进一步，所述预制磁化混凝土板内均匀定向分布有磁化纤维，相邻的预制磁化混凝土板两模块之间磁极相异。
进一步，所述运算装置被配置为用于将荷载变化信号转换为磁场变化信号，再将磁场变化信号转化为电流变化信号。
进一步，运算装置将荷载变化信号转换为磁场变化信号，被配置为要求磁化混凝土板所承受的车轮荷载小于或等于磁化混凝土板磁极级面面积的最大静摩擦力，车轮荷载与电磁吸力按照下列关系式控制：
P≤Fmax＝μFN＝μF
其中，P为所承受的车轮荷载，Fmax为磁极级面面积的最大静摩擦力，FN为垂直磁极级面的压力，μ为静摩擦系数，F为电磁吸力。
进一步，运算装置将磁场变化信号转化为电流变化信号的计算公式如下：
其中，I为线圈电流大小，F为电磁吸力，μ0为真空磁导率，数值为4π×10-7N·A-2，A是磁极的极面面积，n为单位长度线圈匝数，β1和β2分别为线圈起点和终点的辅助角大小。
进一步，所述运算装置为中央处理器。
一种磁感自适应调控装配路面的施工工艺，包括以下步骤：
S1，预制磁化混凝土板制作，在混凝土搅拌的过程中掺入磁化纤维，将搅拌均匀的混合料倒入提前支好的模具中，对模具外侧的磁化装置通电，通过改变电流的大小和方向产生磁场，使得混合料中的可磁化纤维在磁力作用下均匀定向分布，制备磁化方向相反的两种可磁化混凝土板，可磁化混凝土板在模具中养护后脱模；
S2，在计划铺设自调节磁吸式混凝土装配路面的下方埋置压力传感装置；
S3，将S1中预制的磁化方向相反的两种可磁化混凝土板按照相邻两模块之间磁极相异平铺于路面；
S4，将非金属矩形框架放置在铺装完成的预制磁化混凝土板路面的两侧，与预制磁化混凝土板可磁化纤维分布方向垂直，保持线圈产生的磁场方向与可磁化纤维分布方向保持一致；
S5，将外接供电装置与铜导线圈电连接，将外接供电装置、压力传感装置分别与运算装置电连接，并设置控制开关。
进一步，所述S1中，可磁化纤维的重量占混凝土重量的20～30％。
进一步，所述S4中，非金属矩形框架采用模压树脂矩形框架。
一种磁感自适应调控装配路面的控制方法，所述路面的磁感调节系统的控制方法包括以下步骤：
(1)磁化混凝土板受到不同类型车辆碾压后所承担的车轮荷载大小发生变化，车轮荷载施加到磁化混凝土板上之后，传递至下层的压力传感装置上，对于磁化混凝土板来说，所承受的车轮荷载要求小于或等于磁化混凝土板磁极级面面积的最大静摩擦力；
(2)压力传感装置将收到的荷载信号传递至运算装置，运算装置接收到压力传感装置传递的车轮荷载数值信息之后，经过预先设置函数运算，反推得到所需的电磁吸力，运算装置将荷载变化信号装换为磁场变化信号，再转化为电流变化信号；
(3)外接供电装置接收到电流变化信号之后，通过调整线圈电流的大小，控制磁场强弱，从而调整电磁吸力的大小，进而改变磁吸面摩擦力的大小，最终使得磁极级面的最大静摩擦力大于磁化混凝土板所承担的车轮荷载，从而保证磁极级面不发生相对错动，相邻模块不发生错台，保证路面的平整。
有益效果：
(1)解决了预制混凝土模块之间的装配难题，通过电磁吸力使得相邻模块之间相互吸引达到紧密贴合的效果，无需增加外部连接件，操作简便，易于控制，减少了安装外部连接件时，对原预制模块的损坏，增加预制混凝土模块的使用寿命；
(2)通过中央处理器函数运算，依据不同的车轮荷载来倒推所需的电磁吸力的大小，进而推算出外部所需调整的电流大小，并执行电路控制命令，从而达到智能自动调节的作用。
(3)保存完好的预制混凝土模块拆卸后，能够在下一个项目中重复使用，从长期来看能够达到节约成本的目的。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的整体的控制流程图；
图3为本发明中预制磁化混凝土板的制作示意图；
图4为本发明中路面结构的俯视图。
具体实施方式
一种磁感自适应调控装配路面，如图1-4所示，所述路面由预制磁化混凝土1板铺装而成，所述路面还包括磁感调节系统，所述磁感调节系统包括设置在预制磁化混凝土板1下端的压力传感装置2、设置在路面两端的非金属矩形框架3、缠绕在非金属矩形框架3上的铜导线圈4、与所述铜导线圈4电性连接的外接供电装置5，以及分别与所述压力传感装置2和外接供电装置5电性连接的运算装置，所述运算装置具体为中央处理器6。
如图3所示，预制磁化混凝土板1由施工现场预制而成，由素混凝土中添加磁化纤维7组成。其中磁化纤维7在混凝土搅拌的过程中掺入，然后将搅拌均匀的混合料倒入提前支好的模具8中。之后对模具8外侧的磁化装置9通电，通过改变电流的大小和方向产生磁场，使得混合料中的可磁化纤维在磁力作用下均匀定向分布，可磁化混凝土板需要在模具中养护28天再进行脱模。为了防止在装配时方向出错，可以在成形后的可磁化混凝土板上提前用记号笔标记出可磁化纤维的方向记号。
混凝土中添加的磁化纤维7，可以是钢纤维等铁磁性纤维物质，为了保证混凝土板的磁化效果，可磁化纤维的重量需要占混凝土重量的20～30％。针对用于固定混合料、便于混合料成型的模具8，可以采用塑料等不影响磁场分布的材料，在脱模之后可重复利用。
压力传感装置2需要预先铺设在自调节磁吸式混凝土装配路面的正下方，用来感应装配式路面面层所承受的车轮荷载的大小。随着车轮荷载的变化，压力传感装置将车轮荷载数值传递至中央处理器6。
非金属矩形框架3与缠绕其上的铜导线圈4、外接供电装置5共同构成外部施加磁场装置。
其中非金属矩形框架3采用模压树脂矩形框架。在进行装配时，需要将非金属矩形框架3放置在预制磁化混凝土板1的两侧，与可磁化纤维分布方向垂直，即保持线圈产生的磁场方向与可磁化纤维分布方向保持一致。
其中铜导线圈4采用漆包线，铜线本身的圆度、直径以及绝缘漆的厚度需要有较高的一致性。
其中外界供电装置5需要与铜导线圈4进行连接，可以将主要供电装置进行预埋，防止雨水对线路造成破坏。在进行路面模块装配时将线路进行连接贯通。值得注意的是，整个线路需要设置可控开关，且开关无需预埋。完成拼装后，可以将相邻线圈的电路之间形成整合连接，防止不同线路交叉影响美观。
中央处理器6作为整个闭环的核心计算部分，接收到压力传感装置传递的车轮荷载数值信息之后，经过预先设置函数运算，反推得到所需的电磁吸力。由电磁吸力的大小推算所需磁场强度大小，进而反推所需调整的电流大小。之后，将处理后的电路控制信息传递至外部施加磁场装置，外部施加磁场装置对接收的命令进行精准执行。
完成接通磁场装置的相邻磁化混凝土板可以通过磁力相互吸引，从而使得相邻混凝土板形成一个受力体系，无需外部增加连接件，方便装配。使用完毕需要拆解时，只需断开开关，去掉外部施加磁场装置。
如图2所示，本发明的控制流程包括以下步骤：
(1)磁化混凝土板受到不同类型车辆碾压后所承担的车轮荷载大小发生变化，车轮荷载施加到磁化混凝土板上之后，传递至下层的压力传感装置上，对于磁化混凝土板来说，所承受的车轮荷载要求小于或等于磁化混凝土板磁极级面面积的最大静摩擦力；
(2)压力传感装置将收到的荷载信号传递至运算装置，运算装置接收到压力传感装置传递的车轮荷载数值信息之后，经过预先设置函数运算，反推得到所需的电磁吸力，运算装置将荷载变化信号装换为磁场变化信号，再转化为电流变化信号；
(3)外接供电装置接收到电流变化信号之后，通过调整线圈电流的大小，控制磁场强弱，从而调整电磁吸力的大小，进而改变磁吸面摩擦力的大小，最终使得磁极级面的最大静摩擦力远大于磁化混凝土板所承担的车轮荷载，从而保证磁极级面不发生相对错动，相邻模块不发生错台，保证路面的平整。
其中，本发明中适应不同车轮荷载的磁感自调节系统的具体原理如下：
(1)磁化混凝土板受到不同类型车辆碾压后所承担的车轮荷载大小发生变化，车轮荷载施加到磁化混凝土板上之后，传递至下层的压力传感装置上。对于磁化混凝土板来说，所承受的车轮荷载应当不能超过磁化混凝土板磁极级面面积的最大静摩擦力。如下式所示：
P≤Fmax＝μFN＝μF
其中：P为所承受的车轮荷载，Fmax为磁极级面面积的最大静摩擦力，FN为垂直磁极级面的压力，μ为静摩擦系数，F为电磁吸力。由水平方向受力分析可知，磁极级面水平方向上的电磁吸力与垂直磁极级面的压力是相等的。
(2)压力传感装置将收到的荷载信号传递至中央处理器。中央处理器接收到压力传感装置传递的车轮荷载数值信息之后，经过预先设置函数运算，反推得到所需的电磁吸力，如下式所示。
其中，F为电磁吸力，φ为磁通量，μ0为真空磁导率，数值为4π×10-7N·A-2，A是磁极的极面面积。其中φ＝BA，其中B为磁感应强度，故上式可以写为；
又由于
即
其中n为单位长度线圈匝数，I为线圈电流大小，β1和β2分别为线圈起点和终点的辅助角大小。故
也就是说中央处理器可以将荷载变化信号装换为磁场变化信号，再转化为电流变化信号。
(3)外接供电装置接收到电流变化信号之后，通过调整线圈电流的大小，控制磁场强弱，从而调整电磁吸力的大小，进而改变磁吸面摩擦力的大小，最终使得磁极级面的最大静摩擦力远大于磁化混凝土板所承担的车轮荷载。从而保证磁极级面不发生相对错动，相邻模块不发生错台，保证路面的平整。
本发明提供的一种磁感自适应调控装配路面，可循环重复利用，通过磁吸装配，方便施工。同时可以通过控制外部施加磁场装置的电流大小，来调节磁场强弱，从而达到适应不同车轮荷载的目的。在同类型施工现场临时道路中有着广泛的应用价值和市场前景。
Claims (6)
1.一种磁感自适应调控装配路面，其特征在于，所述路面由预制磁化混凝土板铺装而成，所述路面还包括磁感调节系统，所述磁感调节系统包括设置在预制磁化混凝土板下端的压力传感装置、设置在路面两端的非金属矩形框架、缠绕在非金属矩形框架上的铜导线圈、与所述铜导线圈电性连接的外接供电装置，以及分别与所述压力传感装置和外接供电装置电性连接的运算装置；
所述运算装置被配置为用于将荷载变化信号转换为磁场变化信号，再将磁场变化信号转化为电流变化信号；
运算装置将荷载变化信号转换为磁场变化信号，被配置为要求磁化混凝土板所承受的车轮荷载小于或等于磁化混凝土板磁极极面面积的最大静摩擦力，车轮荷载与电磁吸力按照下列关系式控制：
P≤Fmax＝μFN＝μF
其中，P为所承受的车轮荷载，Fmax为磁极极面面积的最大静摩擦力，FN为垂直磁极极面的压力，μ为静摩擦系数，F为电磁吸力；
运算装置将磁场变化信号转化为电流变化信号的计算公式如下：
其中，I为线圈电流大小，F为电磁吸力，μ0为真空磁导率，数值为4π×10-7N·A-2，A是磁极的极面面积，n为单位长度线圈匝数，β1和β2分别为线圈起点和终点的辅助角大小；
所述运算装置为中央处理器。
2.如权利要求1所述的一种磁感自适应调控装配路面，其特征在于，所述预制磁化混凝士板内均匀定向分布有磁化纤维，相邻的预制磁化混凝土板两模块之间磁极相异。
3.如权利要求1或2所述的一种磁感自适应调控装配路面的施工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1，磁化混凝土板制作，在混凝土搅拌的过程中掺入磁化纤维，将搅拌均匀的混合料倒入提前支好的模具中，对模具外侧的磁化装置通电，通过改变电流的大小和方向产生磁场，使得混合料中的可磁化纤维在磁力作用下均匀定向分布，制备磁化方向相反的两种可磁化混凝土板，可磁化混凝土板在模具中养护后脱模；
S2，在计划铺设自调节磁吸式混凝土装配路面的下方埋置压力传感装置；
s3，将S1中预制的磁化方向相反的两种可磁化混凝土板按照相邻两模块之间磁极相异平铺于路面；
s4，将非金属矩形框架放置在铺装完成的预制磁化混凝土板路面的两侧，与预制磁化混凝土板可磁化纤维分布方向垂直，保持线圈产生的磁场方向与可磁化纤维分布方向保持一致；
s5，将外接供电装置与铜导线圈电连接，将外接供电装置、压力传感装置分别与运算装置电连接，并设置控制开关。
4.如权利要求3所述的一种磁感自适应调控装配路面的施工工艺，其特征在于，所述S1中，可磁化纤维的重量占混凝土重量的20～30％。
5.如权利要求3所述的一种磁感自适应调控装配路面的施工工艺，其特征在于，所述S4中，非金属矩形框架采用模压树脂矩形框架。
6.如权利要求1所述的一种磁感自适应调控装配路面的控制方法，其特征在于，所述路面的磁感调节系统的控制方法包括以下步骤：
(1)磁化混凝土板受到不同类型车辆碾压后所承担的车轮荷载大小发生变化，车轮荷载施加到磁化混凝土板上之后，传递至下层的压力传感装置上，对于磁化混凝土板来说，所承受的车轮荷载小于或等于磁化混凝土板磁极极面面积的最大静摩擦力；
(2)压力传感装置将收到的荷载信号传递至运算装置，运算装置接收到压力传感装置传递的车轮荷载数值信息之后，经过预先设置函数运算，反推得到所需的电磁吸力，运算装置将荷载变化信号装换为磁场变化信号，再转化为电流变化信号；
(3)外接供电装置接收到电流变化信号之后，通过调整线圈电流的大小，控制磁场强弱，从而调整电磁吸力的大小，进而改变磁吸面摩擦力的大小，最终使得磁极极面的最大静摩擦力大于磁化混凝土板所承担的车轮荷载，从而保证磁极极面不发生相对错动，相邻模块不发生错台，保证路面的平整。
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