CN113155726B - 振动压实设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动压实设备。其中，该设备包括：电机、传动链、箱体、激振头、偏心力矩调整机构、外机架组成，其中，所述电机与所述传动链通过皮带传动相连接，所述箱体内刚性连接了所述激振头、偏心力矩调整机构，所述外机架与所述箱体通过焊接方式进行连接。本发明解决了现有技术没有对振动击实仪有一个整体性的改变，其中振动击实仪的频率、实时试件的高度、填料土体中于激振头的激振信号以及激振力等情况都无法进行实时的监控，无法进行振动设备和填料的状态进行实时监控的技术问题。

Description

振动压实设备

技术领域

本发明涉及铁路路基领域，具体而言，涉及一种振动压实设备。

背景技术

本发明涉及铁路路基领域，是一种测试路基填料土体的振动压实过程物理力学、动力参数多参数实时测试振动压实仪。

路基工程是高速铁路基础设施重要组成部分，依据目前我国高铁网规划，超过1万公里路基有待修建，也对路基的建设质量提出了高要求。路基是通过振动碾压成形的，现场振动压路机和填料土体之间相互作用复杂，填料的振动压实特性是影响路基压实质量的关键性因素。而现场压实工艺试验耗时耗力，采用“试验先行”的方式是指导路基的重要填筑的重要方向。本发明研制多参数协同测试振动压实仪为高铁路基填筑提供试验技术支撑，应用前景广泛。

无锡建仪仪器机械有限公司与2008年11.19公开的发明实用新型一种改良的振动击实仪(CN201302534Y)仅能调节压头与地板之间的相对位置使压头便面和底板面平行；长安大学2019年01.18公开的发明实用新型一种可测量高度的垂直振动击实仪(CN208399239U)通过试模的上端面周像设置有翼缘，振动锤的外壁从下往上依次设置多个刻度槽，刻度槽内配置插销，试模内从下往上有垫块、试件和振动锤，螺旋测微仪用于测量翼缘下表面和插销上表面之间的距离。

现存的技术方案如无锡建仪仪器机械有限公司发明的一种改良的振动击实仪(CN201302534Y)在原有击实仪的机械上进行了改进，通过仅仅实现了底板于地面的水平面的位置，使试件的位置和激振头的位置平行可使振动压实成型试件受力均匀，并解决了橡胶为主料的减震块的安全问题。长安大学2019年01.18公开的发明实用新型一种可测量高度的垂直振动击实仪(CN208399239U)改变原来通过游标卡尺进行而通过设置刻度槽的方式在无需提起振动锤和脱模的条件下进行试件高度的测量。

以上两种击实试验仪器仅在某一方面(均匀受力、试件高度测量)进行发明并进行了一定的解释，而没有对振动击实仪有一个整体性的改变，其中振动击实仪的频率、实时试件的高度、填料土体中于激振头的激振信号以及激振力等情况都无法进行实时的监控，无法进行振动设备和填料的状态进行实时监控。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种振动压实设备，以至少解决现有技术没有对振动击实仪有一个整体性的改变，其中振动击实仪的频率、实时试件的高度、填料土体中于激振头的激振信号以及激振力等情况都无法进行实时的监控，无法进行振动设备和填料的状态进行实时监控的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种振动压实设备，包括：电机、传动链、箱体、激振头、偏心力矩调整机构、外机架组成，其中，所述电机与所述传动链通过皮带传动相连接，所述箱体内刚性连接了所述激振头、偏心力矩调整机构，所述外机架与所述箱体通过焊接方式进行连接。

可选的，所述振动压实设备还包括：内置机械位移绝对值传感器、内置霍尔元器件、试模。

可选的，所述电机通过皮带传动力带动所述传动链进行运转，其中，所述传动链是高强齿轮传动装置。

可选的，所述偏心力矩调整机构包括：四个由链条相连的偏心块。

可选的，所述偏心块的初始位置和重量相同，并且由齿链连接。

可选的，所述内置霍尔元器件用于实时监控偏心块的位置的记录并进行激振力的计算。

可选的，所述激振头包括：激振装置、激振传感器。

可选的，所述激振传感器用于产生振动信号。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种包括指令的计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品执行的指令在一种振动压实设备上运行。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种非易失性存储介质，其特征在于，所述非易失性存储介质存储的指令在一种振动压实设备上运行。

在本发明实施例中，采用包括了电机、传动链、箱体、激振头、偏心力矩调整机构、外机架组成，其中，所述电机与所述传动链通过皮带传动相连接，所述箱体内刚性连接了所述激振头、偏心力矩调整机构，所述外机架与所述箱体通过焊接方式进行连接的设备的方式，解决了现有技术没有对振动击实仪有一个整体性的改变，其中振动击实仪的频率、实时试件的高度、填料土体中于激振头的激振信号以及激振力等情况都无法进行实时的监控，无法进行振动设备和填料的状态进行实时监控的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种振动压实设备的示意图；

图2是根据本发明实施例的偏心块的示意图；

图3是根据本发明实施例的激振头加速度时程曲线的示意图；

图4是根据本发明实施例的霍尔元器件信号曲线的示意图；

图5是根据本发明实施例的干密度变化曲线的示意图；

图6是根据本发明实施例的霍尔传感器信号级激振力随时间变化曲线的示意图；

图7是根据本发明实施例的激振头的位移-激振头与填料之间作用力的关系的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种振动压实设备实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例一

图1是根据本发明实施例的一种振动压实设备的示意图，如图1所示，该方法包括：电机、传动链、箱体、激振头、偏心力矩调整机构、外机架组成，其中，所述电机与所述传动链通过皮带传动相连接，所述箱体内刚性连接了所述激振头、偏心力矩调整机构，所述外机架与所述箱体通过焊接方式进行连接。

可选的，所述振动压实设备还包括：内置机械位移绝对值传感器、内置霍尔元器件、试模。

可选的，所述电机通过皮带传动力带动所述传动链进行运转，其中，所述传动链是高强齿轮传动装置。

可选的，所述偏心力矩调整机构包括：四个由链条相连的偏心块。

可选的，所述偏心块的初始位置和重量相同，并且由齿链连接。

可选的，所述内置霍尔元器件用于实时监控偏心块的位置的记录并进行激振力的计算。

可选的，所述激振头包括：激振装置、激振传感器。

可选的，所述激振传感器用于产生振动信号。

具体的，高速铁路振动击实仪设备主要由电机、高强齿轮传动链、箱体、配重块、激振头、偏心力矩调整机构、外机架、内置机械位移绝对值传感器、内置霍尔元器件、试模组成。具体构造如图1所示。通过耐振电机带动高强齿轮传动装置，通过四个相连的偏心块产生与垂直方向的力，底部混凝土块与击实设备连接提供锚固力，激振力由偏心块的旋转产生并通过激振头进行土样的击实工作。与此同时，采集激振头和填料中的振动信号和填料土体表面的累计压缩位移量信号。其中，振动击实仪由电机，作用通过高强度齿轮传动链，带动四个由链条相连的偏心块，进行转动带来垂直方向的激振力。四个偏心块的初始位置和重量都相同并且由齿链连接，内置霍尔传感器实时监控偏心块的位置的记录并进行激振力的计算。在振动过程中在激振头中埋置传感器进行振动信号的采集。

需要说明的是，如图2所示，偏心振动机的振动是由于偏心块回转产生离心作用而形成的。四个偏心轴在同步齿轮的作用下,同步相反方向运转。由于每个时刻四个偏心块的位置是同步相反的所以其垂直方向的力等于四个偏心块偏心力的叠加。其中，振动机振动频率是通过外部控制器调节所控制的，外部控制器配置显示屏以及调节频率的旋钮进行无级别振动击实仪频率的调节。需要在振动过程中通过旋转调节旋钮进行精确控制，且控制频率为0-80Hz。偏心距的调节通过置于箱体外壁的旋钮进行无级变频调节，其内部结构为：置于外壁的旋钮通过杆件直接与偏心块的转轴连接在一起，通过外部旋钮的旋转带动连杆的单方向移动，例如顺时针旋转连杆向远离偏心块的位置移动，逆时针旋转向考聘偏心块的位置移动。而连杆与偏心块的旋转轴相连，偏心块的旋转轴直接由连杆的远离偏心块方向或靠近偏心块方向来实现0-8cm的偏心距无级调节。无级调节的激振力：激振力由配重块的重量、偏心距、偏心块的重量综合控制，其中配重块的重量调节范围为0-200kg，偏心距的调节范围为0-8cm偏心块的重量为14.4kg、9.6kg、7.2kg、4.8kg。通过以上配重块和偏心距的无级调节和偏心块重量的调节可击实装置即可实现激振力的无级调节。

还需要说明的是，对于激振力的计算，激振力由偏心块的实时位置和击实仪的配重快的质量所决定。其中激振频率由控制设备所控制，偏心块的旋转位置由霍尔元器件进行实时监控，配重由试验工况所准备。

F＝mg+m0e0ω2

上述公式中，F—激振力(0-206KN)、m—静载配重(300kg-500kg)、g—重力加速度、m0—偏心块质量(10kg)、e0—偏心距距离(m)、ω—角速度、f—激振频率。

具体的，如图5所示，对于激振力可调节范围，激振力由电机、振动击实仪的配重(300-500Kg)、振动击实仪的振动频率(0-80Hz)、偏心块的质量(4-10Kg)和偏心块的偏心距(0-8cm)所决定。另外，为保证振动击实仪使用方面的操作方便和试验过程中全程试验工况的记录，自主编写记录程序进行工况(试验频率f和持时t)的设置和时程曲线的记录。振动击实仪进行0-80Hz无级别调频精度精确值0.01，实现适合不同类型种类的填料进行击实。激振力与频率的关系为F＝mg+m0e0ω2，ω＝2*π*f铁路路基的填料现场压实频率在30Hz左右，荷载质量为500kg，F在此频率最大的激振力为32.4KN。此激振频率和激振力满足试验要求。若使得压实频率为最高的80Hz，偏心块质量和偏心距均为最大值，那么在此频率下的最大激振力为206KN，也就是说此振动击实仪的激振力的范围为0-206KN范围大，用途广适于多种填料。表中符号为:F—激振力(0-206KN)、m—静载配重(300kg-500kg)、g—重力加速度、m0—偏心块质量(10kg)、e0—偏心距距离(m)、ω—角速度、f—激振频率。

表1

具体的，如图3-5所示，对于干密度的计算：试模桶的直径d为15.2cm，填土添加完成之后进行填料高度的测量记为h0，此时干密度ρ0＝m土*4/(π*d*(1+w％))，通过机械式绝对值位移传感器进行记录实时试件的高度变化记录时间高度H随时间变化的时程曲线。用上述公式进行实时干密度的计算。ρ0—填料土体干密度(g/cm3)、D—试模直径(15.2cm)、w％—含水率、m-试件质量。多功能协同测试系统：此系统包含了填料于激振头的加速度测试、霍尔元器件对偏心块位置的监控与测试程序对实时测试(每个参数放一张结果图)。在试验过程中，填料是由松铺到密实的的过程，系统由静止到到达目标击实频率是由一定的过程的，在此阶段填料也会随激振频率的增长而产生越来越大变形，然后保持试验前设定的频率进行击实。

因此，此时霍尔传感器固定于马达的外壳上，而马达的旋转轴上有一个速度环，当偏心块转动时，速度环也会跟随之而转动，此时我们在速度环中去掉一段磁力珠，使偏心块处于最下方位置时，霍尔传感器恰巧监控于确实的磁力珠的位置上，通过这种方式来监控偏心块的最下方位置的时间如图5至图7所示，其中间断点的位置为偏心块最下方的位置的时间，由于偏心块到达最下方位置时激振力是最大的，所以可根据击实系统的频率和偏心块到达最下方的位置的时间来判断激振头与填料之间的相互作用力随时间的变化曲线如图6所示。从而建立击实系统的作用力与时间的关系。填料的变形通过绝对值位移传感器一段固定于击实系统的内部之中，另一端固定于填料表面的方式来建立填料的沉降量与时间的关系。后可根据填料的原始高度和试模的半径来计算填料的体积，结合试模内填料的质量根据下式可计算填料的密度与时间的关系。激振头的加速度信号直接由三向加速度传感器进行采集工，与此同时通过对加速度信号进行积分的方式可建立加速度、速度、位移与时间的关系。通过以上方式整个击实系统就建立了填料的沉降量、密度、击实系统与填料之间的作用力、激振头的加速度、速度、位移与时间的关系。即建立了填料的沉降量、密度、击实系统与填料之间的作用力、激振头的加速度、速度、位移之间的相互关系，从而实现真正的多功能调节系统。此外，此击实系统可设置试验工况随时间的变化曲线，从而完成不同激振频率的连续变化曲线的设置和工况连续调节变化。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种包括指令的计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品执行的指令在一种振动压实设备上运行。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种非易失性存储介质，其特征在于，所述非易失性存储介质存储的指令在一种振动压实设备上运行。

通过上述实施例，解决了现有技术没有对振动击实仪有一个整体性的改变，其中振动击实仪的频率、实时试件的高度、填料土体中于激振头的激振信号以及激振力等情况都无法进行实时的监控，无法进行振动设备和填料的状态进行实时监控的技术问题。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种振动压实设备，其特征在于，包括：电机、高强度齿轮传动链、箱体、配重块、激振头、偏心力矩调整机构、外机架、内置机械位移绝对值传感器、内置霍尔传感器；所述箱体内刚性连接了所述激振头、偏心力矩调整机构，所述外机架与所述箱体通过焊接方式进行连接；偏心力矩调整机构包括：四个由链条相连的偏心块；所述激振头包括：激振装置、激振传感器；其特征为：

通过耐振电机带动高强度齿轮传动链、通过四个相连的偏心块产生垂直方向的力，底部混凝土块与击实设备连接提供锚固力；激振力由偏心块的旋转产生并通过激振头进行土样的击实工作；与此同时，采集激振头和填料中的振动信号和填料土体表面的累计压缩位移量信号，其中，振动击实仪由耐振电机作用通过高强度齿轮传动链，带动四个由链条相连的偏心块，进行转动带来垂直方向的激振力；四个偏心块的初始位置和重量都相同并且由齿链连接，内置霍尔传感器实时监控偏心块的位置的记录并进行激振力的计算；在振动过程中在激振头中埋置传感器进行振动信号的采集；

偏心振动机的振动是由于偏心块回转产生离心作用形成；四个偏心轴在同步齿轮的作用下,同步相反方向运转；由于每个时刻四个偏心块的位置是同步相反的，所以其垂直方向的力等于四个偏心块偏心力的叠加；其中，偏心振动机振动频率是通过外部控制器调节所控制的，外部控制器配置显示屏以及调节频率的旋钮进行无级别振动击实仪频率的调节，需要在振动过程中通过旋转调节旋钮进行控制，且控制频率为0-80Hz；偏心距的调节通过置于箱体外壁的旋钮进行无级变频调节，其内部结构为：置于外壁的旋钮通过杆件直接与偏心块的转轴连接在一起，通过外部旋钮的旋转带动连杆的单方向移动；连杆与偏心块的旋转轴相连，偏心块的旋转轴直接由连杆的远离偏心块方向或靠近偏心块方向来实现0-8cm的偏心距无级调节；无级调节的激振力：激振力由配重块的重量、偏心距、偏心块的重量综合控制，其中配重块的重量调节范围为0-200kg，偏心距的调节范围为0-8cm，偏心块的重量为14.4kg、9.6kg、7.2kg、4.8kg；通过以上配重块和偏心距的无级调节和偏心块重量的调节即可实现激振力的无级调节；

霍尔传感器固定于马达的外壳上，而马达的旋转轴上有一个速度环，当偏心块转动时，速度环也会跟随之而转动，此时在速度环中去掉一段磁力珠，使偏心块处于最下方位置时，霍尔传感器监控于缺失的磁力珠的位置上，通过这种方式来监控偏心块的最下方位置的时间，其中间断点的位置为偏心块最下方的位置的时间，由于偏心块到达最下方位置时激振力是最大的，根据击实系统的频率和偏心块到达最下方的位置的时间来判断激振头与填料之间的相互作用力随时间的变化曲线；

对于激振力的计算，激振力由偏心块的实时位置和击实仪的配重块的质量所决定，其中激振频率由控制设备所控制，偏心块的旋转位置由霍尔元器件进行实时监控，配重由试验工况所准备；

F＝mg+m0e0ω²

上述公式中，F—激振力、m—静载配重、g—重力加速 度、m0—偏心块质量、e0—偏心距距离、ω—角速度、f—激振频率。

2.一种非易失性存储介质，其特征在于，所述非易失性存储介质存储的指令在权利要求1所述设备上运行。

Images