CN112211551A - 一种带有实时垂直度检测的旋挖机及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有实时垂直度检测的旋挖机及其实现方法，包括桅杆、钻杆和回转平台车，所述桅杆与所述回转平台车固定连接，所述钻杆与所述桅杆活动连接，所述钻杆的牵引头与所述桅杆的动力头位于同一条垂直线上，所述牵引头设有三个测距传感器，其中两个所述测距传感器位于所述牵引头左右两侧边，另外一个所述测距传感器位于所述牵引头的前侧边，所述动力头设有三块与所述测距传感器对应的反射平板，所述测距传感器通过无线信号发射端连接驾驶舱内的数据处理系统。本发明通过测距传感器快速准确地得到钻杆位移时，三个方位的位移变化，从而间接检测钻杆的垂直度，且测量精度高；本发明结构简单，方便在原有的设备上改装，适合推广使用。

Description

一种带有实时垂直度检测的旋挖机及其实现方法

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，具体的说，是涉及一种带有实时垂直度检测的旋挖机及其实现方法。

背景技术

旋挖机又称打桩机，适用于各公路桥梁、铁路、水利、城市建设等工程，是一种全液压综合性钻机，采用一体化设计，底部是履带式360°回转底盘，底盘上方配置有桅杆式钻杆，可旋挖入地表，主要作用是在地面上旋挖钻孔，用于后续灌注成桩，作为高层建筑物的基础。

旋挖机在向下钻孔过程中，有一个最重要的参数，即垂直度，良好的垂直度可以保证成孔质量，减少施工过程中不必要的麻烦，因此实时检测旋挖机旋挖钻的垂直度极其重要。现有垂直度检测方法是采用测量仪器如全站仪、经纬仪等进行检测，或者通过人眼观察负重铅垂线进行判断，可见现有的检测方法存在人为判断误差，准确率较低，而且反应速度慢。

以上问题，值得解决。

发明内容

为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种带有实时垂直度检测的旋挖机及其实现方法。

本发明技术方案如下所述：

一方面，一种带有实时垂直度检测的旋挖机，包括桅杆、钻杆和回转平台车，所述桅杆与所述回转平台车固定连接，所述钻杆与所述桅杆活动连接，所述钻杆的牵引头与所述桅杆的动力头位于同一条垂直线上，其特征在于，所述牵引头设有三个测距传感器，其中两个所述测距传感器位于所述牵引头左右两侧边，另外一个所述测距传感器位于所述牵引头的前侧边，所述动力头设有三块与所述测距传感器对应的反射平板，所述测距传感器通过无线信号发射端连接驾驶舱内的数据处理系统。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述反射平板位于所述动力头的侧面上，且水平设置。

进一步的，所述反射平板的长度为所述钻杆杆长的一百分之一。

更进一步的，所述钻杆的杆长为20m，所述反射平板的长度为20cm。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述测距传感器为激光测距传感器。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述桅杆的侧边设有滑轨，所述牵引头的侧向脚与所述滑轨滑动连接，所述牵引头顶端的牵引绳连接在所述桅杆的定向滑轮上。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述数据处理系统包括无线信号发射端、无线信号接收端、数据处理器、存储器和显示屏，所述显示屏位于所述驾驶舱内。

另一方面，一种带有实时垂直度检测的旋挖机的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在牵引头的侧面上固定三个测距传感器，两个固定在左右两侧边，一个固定在前侧边，且方向垂直向下，定义驾驶员的目视方向为前方；

2）在动力头的侧面上对应设置三块反射平板，且水平设置，用于反射所述步骤1）中的测距光线，其中，反射平板的长度参照钻杆垂直度的容忍偏差值设计；

3）三个测距传感器通过无线信号发送三个距离值a、b、c到数据处理系统，记录并保存，其中，a为左侧的距离值，b为右侧的距离值，c为前侧的距离值；

4）旋挖时钻杆向下位移，牵引头向动力头靠近，得到三个更新后的数值a´、b´、c´，并保存，其中，a´为更新后左侧的距离值，b´为更新后右侧的距离值，c´为更新后前侧的距离值；

5）处理器计算出距离值的变化量，即δa=a-a´,δb=b-b´,δc=c-c´，并显示在驾驶舱内的显示屏上；

6）对比三个变化量δa、δb和δc：

当δa=δb=δc时，钻杆垂直向下；

当δa＞δb时，表示钻杆向左侧偏斜；

当δa＜δb时，表示钻杆向右偏斜；

当δc＜δa=δb时，表示钻杆向后偏斜，即偏向驾驶员方向；

当δc＞δa=δb时，表示钻杆向前偏斜；

前后偏斜的判断式中，若δa≠δb，表示除了前、后偏之外，还出现了左、右偏，具体参考δa＞δb和δa＜δb的情况。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述步骤2）中钻杆垂直度的容忍偏差值为1/100，即20米长的钻杆，钻头的最大偏移为20cm。

根据上述方案的本发明，其有益效果在于：

本发明通过测距传感器快速准确地得到钻杆位移时，三个方位的位移变化，从而间接检测钻杆的垂直度，且测量精度高；本发明结构简单，方便在原有的设备上改装，适合推广使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中A的放大图。

图3为图2的左视图。

图4为图1中B的放大图。

图5为图4的左视图。

在图中，1、桅杆；11、动力头；12、滑轨；13、定滑轮组；

2、钻杆；21、牵引头；211、侧向脚；22、旋挖钻头；

3、回转平台车；31、驾驶舱；4、测距传感器；5、反射平板。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种带有实时垂直度检测的旋挖机，包括桅杆1、钻杆2和回转平台车3，桅杆1与回转平台车3固定连接，钻杆2与桅杆1活动连接，钻杆2的牵引头21与桅杆1的动力头11位于同一条垂直线上。

桅杆1的底部与回转平台车3固定连接，直立在回转平台车3上，桅杆1的下端处设有固定连接的动力头11，桅杆1的顶端设有定滑轮组13，通过一条牵引绳连接钻杆2顶端的牵引头21，桅杆1的侧边设有滑轨12，牵引头21的侧向脚211在滑轨12上滑动，钻杆2通过牵引头21和牵引绳，可沿着桅杆1上下垂直移动，且钻杆2穿过动力头11的内圈，杆尾设有旋挖钻头22，当钻杆2向下旋挖时，牵引头21向动力头11靠近，两者的垂直距离产生变化量。

首先定义驾驶员的目视方向为前方，对应地，驾驶员的左侧为牵引头的左侧，驾驶员的右侧为牵引头的右侧，远离驾驶员的方向为牵引头的前侧，靠近驾驶员的方向为牵引头的后侧。

如图2～图5所示，牵引头21设有三个测距传感器4，其中两个测距传感器4位于牵引头21左右两侧边，另外一个测距传感器4位于牵引头21的前侧边，动力头11设有三块与测距传感器4对应的反射平板5，具体的，反射平板5位于动力头11的侧面上，且水平设置，测距传感器4用于发射和接收光信号，光信号先从测距传感器出发，经过反射平板5反射回测距传感器4，得到测距传感器4与反射平板5之间的距离，并通过无线信号发射端，将距离值发送到驾驶舱31内的数据处理系统。

数据处理系统包括无线信号发射端、无线信号接收端、数据处理器、存储器和显示屏，显示屏位于驾驶舱31内，方便驾驶员观察钻杆垂直度，以及时修正钻杆的打孔角度。优选的，测距传感器为激光测距传感器。

若钻杆2倾斜且没有及时纠偏，会导致钻杆垂直度超过容忍偏差值时，从而导致打出不合格的桩孔，影响后续下桩，进而影响工程进度。钻杆垂直度的容忍偏差值是在钻杆倾斜时，钻头的最大偏移量与钻杆杆长的比值。将反射平板5的长度设计为钻杆2杆长的一百分之一，即等于钻头的最大偏移量，是为了保证在钻杆偏斜时，测距传感器4还是能得到从反射平板5反射回来的光线，从而得到牵引头21与动力头11的距离值，不至于将测距光线射到地面上。

具体实施例中，钻杆的杆长为20m，反射平板则为20cm。

通过处理分析三个测距传感器的距离值，可以得到有效的钻杆垂直度，及时纠偏，保证钻孔的质量。

本发明提供一种带有实时垂直度检测的旋挖机的实现方法，包括以下步骤：

1）在牵引头的侧面上固定三个测距传感器，两个固定在左右两侧边，一个固定在前侧边，且方向垂直向下，定义驾驶员的目视方向为前方；

2）在动力头的侧面上对应设置三块反射平板，且水平设置，用于反射步骤1）中的测距光线，其中，反射平板的长度参照钻杆垂直度的容忍偏差值设计，本实施例中，钻杆垂直度的容忍偏差值为1/100，即20米长的钻杆，钻头的最大偏移为20cm；

3）三个测距传感器通过无线信号发送三个距离值a、b、c到数据处理系统，记录并保存，其中，a为左侧的距离值，b为右侧的距离值，c为前侧的距离值；

4）旋挖时钻杆向下位移，牵引头向动力头靠近，得到三个更新后的数值a´、b´、c´，并保存，其中，a´为更新后左侧的距离值，b´为更新后右侧的距离值，c´为更新后前侧的距离值；

5）处理器计算出距离值的变化量，即δa=a-a´,δb=b-b´,δc=c-c´，并显示在驾驶舱内的显示屏上；

6）对比三个变化量δa、δb和δc：

当δa=δb=δc时，钻杆垂直向下；

当δa＞δb时，表示钻杆向左侧偏斜；

当δa＜δb时，表示钻杆向右偏斜；

当δc＜δa=δb时，表示钻杆向后偏斜，即偏向驾驶员方向；

当δc＞δa=δb时，表示钻杆向前偏斜；

前后偏斜的判断式中，若δa≠δb，表示除了前、后偏之外，还出现了左、右偏，具体参考δa＞δb和δa＜δb的情况。

本发明构思巧妙，通过测距传感器快速准确地得到钻杆位移时，三个方位的位移变化，从而间接检测钻杆的垂直度，且测量精度高；本发明结构简单，方便在原有的设备上改装，适合推广使用。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种带有实时垂直度检测的旋挖机，包括桅杆、钻杆和回转平台车，所述桅杆与所述回转平台车固定连接，所述钻杆与所述桅杆活动连接，所述钻杆的牵引头与所述桅杆的动力头位于同一条垂直线上，其特征在于，所述牵引头设有三个测距传感器，其中两个所述测距传感器位于所述牵引头左右两侧边，另外一个所述测距传感器位于所述牵引头的前侧边，所述动力头设有三块与所述测距传感器对应的反射平板，所述测距传感器通过无线信号发射端连接驾驶舱内的数据处理系统。

2.根据权利要求1所述的带有实时垂直度检测的旋挖机，其特征在于，所述反射平板位于所述动力头的侧面上，且水平设置。

3.根据权利要求2所述的带有实时垂直度检测的旋挖机，其特征在于，所述反射平板的长度为所述钻杆杆长的一百分之一。

4.根据权利要求3所述的带有实时垂直度检测的旋挖机，其特征在于，所述钻杆的杆长为20m，所述反射平板的长度为20cm。

5.根据权利要求1所述的带有实时垂直度检测的旋挖机，其特征在于，所述测距传感器为激光测距传感器。

6.根据权利要求1所述的带有实时垂直度检测的旋挖机，其特征在于，所述桅杆的侧边设有滑轨，所述牵引头的侧向脚与所述滑轨滑动连接，所述牵引头顶端的牵引绳连接在所述桅杆的定向滑轮上。

7.根据权利要求1所述的带有实时垂直度检测的旋挖机，其特征在于，所述数据处理系统包括无线信号发射端、无线信号接收端、数据处理器、存储器和显示屏，所述显示屏位于所述驾驶舱内。

8.一种带有实时垂直度检测的旋挖机的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在牵引头的侧面上固定三个测距传感器，两个固定在左右两侧边，一个固定在前侧边，且方向垂直向下，定义驾驶员的目视方向为前方；

2）在动力头的侧面上对应设置三块反射平板，且水平设置，用于反射所述步骤1）中的测距光线，其中，反射平板的长度参照钻杆垂直度的容忍偏差值设计；

3）三个测距传感器通过无线信号发送三个距离值a、b、c到数据处理系统，记录并保存，其中，a为左侧的距离值，b为右侧的距离值，c为前侧的距离值；

4）旋挖时钻杆向下位移，牵引头向动力头靠近，得到三个更新后的数值a´、b´、c´，并保存，其中，a´为更新后左侧的距离值，b´为更新后右侧的距离值，c´为更新后前侧的距离值；

5）处理器计算出距离值的变化量，即δa=a-a´,δb=b-b´,δc=c-c´，并显示在驾驶舱内的显示屏上；

6）对比三个变化量δa、δb和δc：

当δa=δb=δc时，钻杆垂直向下；

当δa＞δb时，表示钻杆向左侧偏斜；

当δa＜δb时，表示钻杆向右偏斜；

当δc＜δa=δb时，表示钻杆向后偏斜，即偏向驾驶员方向；

当δc＞δa=δb时，表示钻杆向前偏斜；

前后偏斜的判断式中，若δa≠δb，表示除了前、后偏之外，还出现了左、右偏，具体参考δa＞δb和δa＜δb的情况。

9.根据权利要求8所述的带有实时垂直度检测的旋挖机的实现方法，其特征在于，所述步骤2）中钻杆垂直度的容忍偏差值为1/100，即20米长的钻杆，钻头的最大偏移为20cm。

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