CN113843895B - 基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试方法及系统，属于混凝土的工作性测试技术领域。该方法包括：对搅拌车内混凝土的重心进行检测，得到混凝土的重心变化；构建重心数据库，并根据所述重心数据库与所述重心变化确定混凝土的工作性。本发明通过测量罐体的各支撑点的压力变化，利用各支撑点的压力计算出罐体重心，再利用罐体重心与混凝土工作性的关联关系计算混凝土工作性，解决了混凝土运输过程中的质量控制缺失的问题。

Description

基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试方法及系统

技术领域

本发明属于混凝土的工作性测试技术领域，尤其涉及一种基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试方法及系统。

背景技术

目前混凝土的质量控制主要集中在生产和出厂环节，然而，混凝土中的多相组分在运输过程中容易分层离析，同时混凝土中的水泥在与水接触后即会开始水化反应，导致混凝土的工作性生产之时就开始不断变化。因此，即使预拌混凝土出厂时进行了工作性检测，但由于运输过程中的各种不可控因素导致混凝土工作性发生不可预知的变化，交付时混凝土的工作性也很可能偏离预期控制范围，无法满足施工要求，因此预拌混凝土的运输过程对于混凝土的交付质量尤为关键。然而，从全行业来看，混凝土运输过程中的质量控制几乎完全缺失，即无相关的标准可依，又无可行性的管控方法。因此急需一种检测运输途中混凝土工作性的方法。

关于搅拌车内的混凝土重心，混凝土搅拌车是将商品混凝土从生产地点运输到施工地点的专业运输车辆。搅拌车实际上就是在载重汽车或专用运载底盘上，安装有混凝土搅拌装置的组合机械，它兼有运载和搅拌混凝土的双重功能，可以在运输混凝土的同时对其进行搅拌。当搅拌车罐体不搅拌时，因混凝土具有一定流动性，混凝土将在罐内均匀分布，此时混凝土搅拌车的重心应位于车身轴线上。当搅拌车罐体开始搅拌时，混凝土搅拌车的罐体被搅拌传动系统带动而转动，罐体内壁的带状螺旋叶片也随之转动。混凝土因与罐体内壁及螺旋叶片的摩擦力和内在的粘着力而被沿圆周带起来，达到一定高度后，在自重作用下克服摩擦力向下翻跌和滑移，达到搅拌的效果。由于罐体内质量很大的混凝土在搅拌过程中不断地被抛起、滑移、落下，混凝土在罐内的分布也在不断变化，从而使得混凝土罐车的重心也在发生周期性的变化，所述重心变化包括重心位置在罐体横向、轴向及高度方向的偏移。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试方法及系统，解决了混凝土在长时间运输途中的质量监测缺失的问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试方法，包括以下步骤：

S1、对搅拌车内混凝土的重心进行检测，得到混凝土的重心变化；

S2、构建重心数据库，并根据所述重心数据库与所述重心变化确定混凝土的工作性，完成基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试。

本发明的有益效果是：本发明通过测量罐体的各支撑点的压力变化，利用各支撑点的压力计算出罐体重心，再利用罐体重心与混凝土工作性的关联关系计算混凝土工作性，解决了混凝土搅拌车运输混凝土的过程中，无法对装载的混凝土工作性进行准确测量的问题，避免了因为运输途中混凝土工作性发生变化而没有检测手段及时发现造成经济损失。

进一步地，所述步骤S1包括以下步骤：

S101、利用压力传感器测量各支撑点的压力，并根据所述压力计算得到混凝土的重心坐标；

S102、根据所述重心坐标，采集预设时间段内搅拌车内混凝土的重心轨迹；

S103、剔除所述重心轨迹中的异常值，得到混凝土的重心变化。

上述进一步方案的有益效果是：将无法直接测量的重心通过罐体支撑点压力间接测量，从而得到混凝土的重心变化。

再进一步地，所述步骤S101中重心坐标的表达工如下：

其中，x,y表示重心坐标，G表示罐体所受重力，n表示罐体支撑点总数，i表示罐体支撑点，F_i表示支撑点i上的压力，x_i,y_i表示罐体支撑点i的坐标。

上述进一步方案的有益效果是：本发明通过计算得到准确的重心坐标，从而采集得到混凝土的重心轨迹。

再进一步地，所述步骤S101中压力传感器的安装位置包括罐体、搅拌车的轮胎、承重轴和/或车架上。

上述进一步方案的有益效果是：通过压力传感器直接或间接的测量装有混凝土的罐体对支撑点的压力变化。

再进一步地，所述步骤S2包括以下步骤：

S201、建立重心数据库；

S202、按照选取规则从重心数据库中选取重心数据，将步骤S1中所述混凝土的重心变化与重心数据库中选取出的重心数据进行对比，在重心数据库中找到与重心变化差异最小的一组重心数据；

S203、将所述差异最小的一组重心数据中的混凝土工作性作为本次测量的混凝土工作性，完成基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试。

再进一步地，所述步骤S201包括以下步骤：

S2011、利用坍落度法测量新拌混凝土的工作性；

S2012、将新拌混凝土装入混凝土罐车罐体中，旋转罐体，并连续采集搅拌车内的混凝土重心轨迹；

S2013、将所述新拌混凝土的工作性与连续采集搅拌车内的混凝土重心轨迹作为一组重心数据，并记录罐体旋转速度、搅拌车内混凝土的方量以及混凝土强度等级；

S2014、将步骤S2013中的重心数据按混凝土方量、混凝土强度等级、罐体旋转速度等维度分类存储，使混凝土方量、混凝土强度等级、罐体旋转速度相同的所有重心数据处于同一重心数据分类集合，并根据分类集合构建重心数据库，其中，在重心数据库中，每一种重心数据分类集合覆盖所有坍落度。

上述进一步方案的有益效果是：通过大量的工作性和重心测试，将混凝土工作性和在搅拌车中的重心变化对应起来，并存储于数据库中，使数据库中包含各种不同工作性的混凝土的重心变化数据，为确定本次测量的混凝土的工作性奠定基础。

再进一步地，所述步骤S203中按照选取规则从重心数据库中选取重心数据，其具体为：在所述重心数据库中，选取混凝土方量、混凝土强度等级、罐体旋转速度与本次测量的混凝土相同的所有重心数据。

上述进一步方案的有益效果是：排除混凝土方量、强度等级对搅拌车中的混凝土重心变化的影响，使重心变化只与工作性有关。

基于上述方法，本发明提供了一种基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试系统，包括：

混凝土重心变化确认模块，用于对搅拌车内混凝土的重心进行检测，得到混凝土的重心变化；

混凝土工作性确认模块，用于构建重心数据库，并根据所述重心数据库与所述重心变化确定混凝土的工作性，完成基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试。

本发明的有益效果是：本发明通过测量罐体的各支撑点的压力变化，利用各支撑点的压力计算出罐体重心，再利用罐体重心与混凝土工作性的关联关系计算混凝土工作性，解决了混凝土运输过程中的质量控制缺失的问题。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为本实施例中某型号罐车装载10m³的C30普通混凝土后重心坐标随时间变化曲线图。

图3为本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试方法，其实现方法如下：

S1、对搅拌车内混凝土的重心进行检测，得到混凝土的重心变化：

本实施例中，搅拌车内混凝土在任意时刻的重心是一个二维坐标，若对重心进行连续采集，得到的是重心的变化轨迹，所述连续采集混凝土在罐车中搅拌时的重心变化包括以下步骤：

S101、利用压力传感器测量各支撑点的压力，并根据所述压力计算得到混凝土的重心坐标；

S102、根据所述重心坐标，采集预设时间段内搅拌车内混凝土的重心轨迹；

S103、剔除所述重心轨迹中的异常值，如罐体启动、结束转动时以及车辆急转弯、急停时的重心数据，得到混凝土的重心变化。

当搅拌车静止或平稳行驶时，其重心只受搅拌混凝土的反作用力的影响而变化，因此搅拌车的重心变化反映了混凝土在搅拌过程中对搅拌车的作用力的周期性变化。混凝土的工作性会显著影响搅拌时对搅拌车的作用力，工作性好的混凝土具有良好的流动性，能够在搅拌车罐内顺畅的搅拌，反之，工作性差的混凝土流动性差，甚至结块，造成对搅拌车罐内较大的冲击。工作性的不同最终体现为搅拌车重心偏移情况的不同，因此，搅拌车重心的变化能够反映装载的混凝土工作性情况。

本实施例中，混凝土装载于罐体中，罐体由多个支撑点安装在搅拌车上，测量罐体支撑点所受压力，并计算得到混凝土重心，因此在搅拌车罐体与车身的若干个承载点之间安装有压力传感器，检测罐体对车身在纵向及横向的多个方向上的压力数据，再将压力数据代入计算公式计算混凝土重心，计算过程由自动计算模块完成。

下面以压力传感器安装在罐体支撑点为例，阐述混凝土重心计算方法，所述基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试方法包括压力传感器和混凝土工作性监视器，所述压力传感器安装于混凝土搅拌车罐体下方的多个支撑点上，能测量出装有混凝土的罐体对车身的压力，压力传感器通过有线或无线方式与工作性监视器相连。

根据力平衡原理，罐体所受重力与搅拌车对罐体的支撑力大小相等。设各支撑点力为(F₁,F₂,...,F_n)，重力为G：

工作性监视器通过多个支撑点的位置与压力数据计算出混凝土重心，罐体受重力和多个支撑点的支撑力的合力矩为0，以车身任一点原点，建立平面坐标系，X、Y轴处于水平面上且互相垂直，罐体支撑点i的坐标为(x_i,y_i)，假定罐体的重心C的坐标为(x，y)。

对X、Y轴分别计算力矩平衡，可计算出重心坐标：

本实施例中，压力传感器也可安装在搅拌车的轮胎、承重轴(钢板)、车架等部位。因为混凝土的重心变化或罐体的各支撑点压力变化终将传导到车身各个部位，只要测量车身直接或间接承受罐体重量的部位所受压力，均等同于测量了罐体压力变化。

S2、构建重心数据库，并根据所述重心数据库与所述重心变化确定混凝土的工作性，完成基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试，其实现方法如下：

S201、建立重心数据库，其实现方法如下：

S2011、利用坍落度法测量新拌混凝土的工作性；

S2012、将新拌混凝土装入混凝土罐车罐体中，旋转罐体，并连续采集搅拌车内的混凝土重心轨迹；

S2013、将所述新拌混凝土的工作性与连续采集搅拌车内的混凝土重心轨迹作为一组重心数据，并记录罐体旋转速度、搅拌车内混凝土的方量以及混凝土强度等级；

S2014、将步骤S2013中的重心数据按混凝土方量、混凝土强度等级、罐体旋转速度等维度分类存储，使混凝土方量、混凝土强度等级、罐体旋转速度相同的所有重心数据处于同一重心数据分类集合，并根据分类集合构建重心数据库，其中，在重心数据库中，每一种重心数据分类集合覆盖所有坍落度。

本实施例中，重心数据库可持续添加重心数据。

本实施例中，所述选取规则指的是在重心数据库中，选取混凝土方量、混凝土强度等级、罐体旋转速度与本次测量的混凝土相同的所有重心数据。

S202、按照选取规则从重心数据库中选取重心数据，将所述混凝土的重心变化与重心数据库中选取出的重心数据进行对比，在重心数据库中找到与重心变化差异最小的一组重心数据，对比的参数包括但不限于重心在水平方向上的变化幅度、轨迹的形状和变化周期；

S203、将所述差异最小的一组重心数据中的混凝土工作性作为本次测量的混凝土工作性，完成基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试。

本实施例中，以某型号罐车装载10m³的C30普通混凝土为例，测得重心C(x,y)的坐标随时间变化曲线如图2所示。将曲线与重心数据库中的混凝土强度等级、罐车型号、混凝土装载量相同的重心坐标随时间变化曲线进行比对，找到坍落度185mm的混凝土重心数据最吻合，则可以确定本次检测的混凝土坍落度为185mm。

实施例2

如图3所示，本发明提供了一种基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试系统，包括：

混凝土重心变化确认模块，用于对搅拌车内混凝土的重心进行检测，得到混凝土的重心变化；

混凝土工作性确认模块，用于构建重心数据库，并根据所述重心数据库与所述重心变化确定混凝土的工作性，完成基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试。

如图3所示实施例提供的基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试系统可以执行上述方法实施例所示的技术方案，其实现原理与有益效果类似，此处不再赘述。

Claims (6)

1.一种基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对搅拌车内混凝土的重心进行检测，得到混凝土的重心变化；

S2、构建重心数据库，并根据所述重心数据库与所述重心变化确定混凝土的工作性，完成基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试；

所述步骤S2包括以下步骤：

S201、建立重心数据库；

S202、按照选取规则从重心数据库中选取重心数据，将步骤S1中所述混凝土的重心变化与重心数据库中选取出的重心数据进行对比，在重心数据库中找到与重心变化差异最小的一组重心数据；

S203、将所述差异最小的一组重心数据中的混凝土工作性作为本次测量的混凝土工作性，完成基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试；

所述步骤S201包括以下步骤：

S2011、利用坍落度法测量新拌混凝土的工作性；

S2012、将新拌混凝土装入混凝土罐车罐体中，旋转罐体，并连续采集搅拌车内的混凝土重心轨迹；

S2013、将所述新拌混凝土的工作性与连续采集搅拌车内的混凝土重心轨迹作为一组重心数据，并记录罐体旋转速度、搅拌车内混凝土的方量以及混凝土强度等级；

S2014、将步骤S2013中的重心数据按混凝土方量、混凝土强度等级、罐体旋转速度这些维度分类存储，使混凝土方量、混凝土强度等级、罐体旋转速度相同的所有重心数据处于同一重心数据分类集合，并根据分类集合构建重心数据库，其中，在重心数据库中，每一种重心数据分类集合覆盖所有坍落度。

2.根据权利要求1所述的基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：

S101、利用压力传感器测量各支撑点的压力，并根据所述压力计算得到混凝土的重心坐标；

S102、根据所述重心坐标，采集预设时间段内搅拌车内混凝土的重心轨迹；

S103、剔除所述重心轨迹中的异常值，得到混凝土的重心变化。

3.根据权利要求2所述的基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试方法，其特征在于，所述步骤S101中重心坐标的表达式如下：

其中，x,y表示重心坐标，G表示罐体所受重力，n表示罐体支撑点总数，i表示罐体支撑点，F_i表示支撑点i上的压力，x_i,y_i表示罐体支撑点i的坐标。

4.根据权利要求2所述的基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试方法，其特征在于，所述步骤S101中压力传感器的安装位置包括罐体、搅拌车的轮胎、承重轴和/或车架上。

5.根据权利要求1所述的基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试方法，其特征在于，所述步骤S202中按照选取规则从重心数据库中选取重心数据，其具体为：在所述重心数据库中，选取混凝土方量、混凝土强度等级、罐体旋转速度与本次测量的混凝土相同的所有重心数据。

6.一种基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试系统，其特征在于，包括：

混凝土重心变化确认模块，用于对搅拌车内混凝土的重心进行检测，得到混凝土的重心变化；

混凝土工作性确认模块，用于构建重心数据库，并根据所述重心数据库与所述重心变化确定混凝土的工作性，完成基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试，其具体为：

建立重心数据库；

按照选取规则从重心数据库中选取重心数据，将所述混凝土的重心变化与重心数据库中选取出的重心数据进行对比，在重心数据库中找到与重心变化差异最小的一组重心数据；

将所述差异最小的一组重心数据中的混凝土工作性作为本次测量的混凝土工作性，完成基于重心测量的混凝土运输途中的工作性测试；其中，建立重心数据库具体为：

利用坍落度法测量新拌混凝土的工作性；

将新拌混凝土装入混凝土罐车罐体中，旋转罐体，并连续采集搅拌车内的混凝土重心轨迹；

将所述新拌混凝土的工作性与连续采集搅拌车内的混凝土重心轨迹作为一组重心数据，并记录罐体旋转速度、搅拌车内混凝土的方量以及混凝土强度等级；

将重心数据按混凝土方量、混凝土强度等级、罐体旋转速度这些维度分类存储，使混凝土方量、混凝土强度等级、罐体旋转速度相同的所有重心数据处于同一重心数据分类集合，并根据分类集合构建重心数据库，其中，在重心数据库中，每一种重心数据分类集合覆盖所有坍落度。

Images