RU2802208C1 - Method for non-contact control of crushed stone density and device for its implementation - Google Patents
Method for non-contact control of crushed stone density and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2802208C1 RU2802208C1 RU2022134873A RU2022134873A RU2802208C1 RU 2802208 C1 RU2802208 C1 RU 2802208C1 RU 2022134873 A RU2022134873 A RU 2022134873A RU 2022134873 A RU2022134873 A RU 2022134873A RU 2802208 C1 RU2802208 C1 RU 2802208C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- density
- unit
- particles
- crushed stone
- volume content
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для контроля степени уплотнения балласта при проведении ремонтно-восстановительных работ железнодорожного пути или при проведении экспертизы качества выполненных работ при обследованиях пути. Известен способ контроля качества уплотнения неоднородного глинистого грунта, в том числе с песчано-гравийными или щебенистыми фракциями, включающий определение плотности ρα и степени уплотнения R для грунта или его мелкозема, предварительно определяют нижний предел пластичности WP, плотность частиц грунта ρS, устанавливают корреляционную связь между степенью уплотнения R и относительной влажностью грунта KW и рассчитывают относительную влажность грунта по формуле: после чего находят степень уплотнения R по корреляционной связи между R и KW (см. патент РФ №2010083, МПК Е02В 1/00, опубл. 30.03.1994).The invention relates to road construction and can be used to control the degree of ballast compaction during repair and restoration work of a railway track or when conducting an examination of the quality of work performed during track surveys. A known method for quality control of compaction of heterogeneous clay soil, including sand-gravel or gravel fractions, including the determination of the density ρα and the degree of compaction R for the soil or its fine earth, pre-determine the lower limit of plasticity WP, the density of soil particles ρS, establish a correlation between the degree of compaction R and the relative humidity of the soil KW and calculate the relative humidity of the soil using the formula: after which the degree of compaction R is found by the correlation between R and KW (see RF patent No. 2010083, IPC
Недостатком известного технического решения следует признать его трудоемкость так как при его осуществлении необходимо производить забор проб для определения нижнего предела пластичности Wp, и недостаточную точность, обусловленную приближенным значением используемых для расчета определяемых характеристик данных.The disadvantage of the known technical solution should be recognized as its laboriousness, since during its implementation it is necessary to take samples to determine the lower plasticity limit W p , and insufficient accuracy due to the approximate value of the data used to calculate the determined characteristics.
Известно устройство для непрерывного контроля степени плотности грунтовых материалов содержащее подвижный штамп и измерительное приспособление, включающее в себя датчик величины осадки уплотняемого грунта, связанный с подвижным штампом, и сигнальный элемент (см. патент РФ №1134669, МПК E02D 1/00, опубл. 15.01.1985).A device is known for continuous monitoring of the degree of density of soil materials containing a movable stamp and a measuring device, including a sensor for the amount of settlement of the compacted soil associated with a movable stamp, and a signal element (see RF patent No. 1134669, IPC E02D 1/00, publ. 15.01 .1985).
Недостатком устройства следует признать невозможность получения абсолютного значения величины, характеризующей уплотнение грунта, в частности коэффициента уплотнения грунта, представляющего собой отношение требуемой плотности грунта к максимальной стандартной плотности грунта.The disadvantage of the device is the impossibility of obtaining the absolute value of the value characterizing the soil compaction, in particular the soil compaction coefficient, which is the ratio of the required soil density to the maximum standard soil density.
Известен способ контроля плотности грунтовых материалов, заключающийся в том, что осуществляют контроль плотности грунтовых материалов в процессе уплотнения путем определения текущего значения плотности и сравнения его с предельным значением, при контроле плотности грунтового материала их текущие значения измеряют после каждого из трех последовательных проходов уплотняющего механизма, соответственно Yi, Y(i-1), Y(i-2). Значение предельной плотности грунтового материала Умакс(i) определяют по формуле: Yмакс(i)=Y(i-2)+(Y(i-1)-Y(i-2))/1-(Yi-Y(i-1)/(Y(i-1))-Y(i-2)), при этом для сравнения текущего значения: Y(i) с предельным Умакс(i) используют выражение для определения степени уплотнения (см. патент РФ №1806244, МПК E02D 1/00, опубл. 30.03.93, бюл. №2).A known method for controlling the density of soil materials, which consists in the fact that the density of soil materials is monitored during compaction by determining the current density value and comparing it with the limit value, when controlling the density of soil material, their current values are measured after each of three successive passes of the compacting mechanism, respectively Y i , Y (i-1) , Y (i-2) . The value of the ultimate density of soil material Y max (i) is determined by the formula: Y max (i) \u003d Y (i-2) + (Y (i-1) -Y (i-2) ) / 1- (Y i -Y (i-1)/(Y (i-1) )-Y (i-2) ), while to compare the current value: Y (i) with the limit Umax (i) use the expression to determine the degree of compaction (see RF patent No. 1806244, IPC E02D 1/00, publ. 30.03.93, bull. No. 2).
Увеличение точности контроля плотности грунтовых материалов позволит повысить точность определения числа проходов уплотняющего агрегата, необходимого для достижения требуемого качества уплотнения.Increasing the accuracy of controlling the density of soil materials will improve the accuracy of determining the number of passes of the compacting unit, which is necessary to achieve the required quality of compaction.
Устройство для реализации способа содержит датчик измерения, память для сохранения информации о значениях плотности грунтового материала после трех последовательных проходов уплотняющего агрегата и вычислительное устройство для реализации вычислительных операций (см. патент РФ №1806244, МПК E02D 1/00, опубл. 30.03.93, бюл. №2).The device for implementing the method comprises a measurement sensor, a memory for storing information about the density values of the soil material after three successive passes of the compacting unit, and a computing device for implementing computational operations (see RF patent No. 1806244, IPC
К недостаткам устройства и способа можно отнести то, что для контроля плотности необходимо провести заборы проб грунтового материала после не менее трех проходов уплотняющего механизма, что увеличивает трудоемкость способа при проведении работ. Для использования способа необходимо получить предельное значение плотности, которое может отличаться от действительного у грунтового материала и зависит от многих факторов (погода, влажность, равномерности состава грунтового материала и др.). Дополнительно способ не позволяет его использование при оценке грунтового материала на протяженных участках и в автоматическом режиме.The disadvantages of the device and the method include the fact that in order to control the density, it is necessary to take samples of the soil material after at least three passes of the compacting mechanism, which increases the complexity of the method during the work. To use the method, it is necessary to obtain the limiting density value, which may differ from the actual one for the soil material and depends on many factors (weather, humidity, evenness of the composition of the soil material, etc.). Additionally, the method does not allow its use in the evaluation of soil material in long areas and in automatic mode.
Техническая проблема заключается в необходимости оценки плотности на всем протяжении строительных работ для оценки равномерности параметров, получаемых при строительных работах.The technical problem lies in the need to evaluate the density throughout the construction work to assess the uniformity of the parameters obtained during the construction work.
Основной задачей изобретения является обеспечение непрерывной и бесконтактной работы по определению плотности, во время движения путевой машины, повышение точности и стабильности измерений при работе в полевых условиях.The main objective of the invention is to provide continuous and non-contact work to determine the density during the movement of the track machine, improving the accuracy and stability of measurements when working in the field.
Поставленная задача решается за счет того, что осуществляют контроль плотности щебня в процессе уплотнения путем определения текущего значения плотности, с помощью устройства, содержащего блок измерения, блок памяти для сохранения информации о значениях плотности грунтового материала и вычислительное устройство для реализации вычислительных операций, блоком измерения, состоящим из блока освещения, фото-видеокамер и излучателя лазерной рамки для зонирования рабочей области, осуществляют фиксацию изображения верхнего слоя щебня, получаемую информацию обрабатывают вычислительным устройством, состоящим из соединенных между собой прямым подключением: блока первичной обработки и управления, блока передачи данных, блока определения местоположения, интерфейса, блока питания и центрального блока анализа, посредством которого осуществляется подсчет и определение количества частиц, находящихся на поверхности, их среднего диаметра, относительного объемного содержания пустот между частицами и относительного объемного содержания частиц, а текущее значение плотности щебня определяют по формуле: Рг=ρч/((1-Wч)/Wч)+1), где ρч - плотность частиц (г/см3); Wч - относительное объемное содержание частиц; Wn - относительное объемное содержание пустот между частицами (м3), при этом относительное объемное содержание частиц определяется по формуле: Wч=(Z0 πdч 2)/6; где Z0 - количество частиц, находящихся на поверхности, dч - средний диаметр частиц в массиве (м), общий объем грунтового массива Wч+Wn принимается равным 1, полученные значения плотности сравнивают с необходимым диапазоном значения плотности, устанавливаемый технической документацией при проведении работ и по результатам сравнения корректируют режим уплотнения.The problem is solved due to the fact that the density of crushed stone is monitored during compaction by determining the current density value, using a device containing a measurement unit, a memory unit for storing information about the density values of the soil material and a computing device for implementing computational operations, a measurement unit, consisting of a lighting unit, photo-video cameras and a laser frame emitter for zoning the working area, the image of the upper layer of rubble is captured, the information obtained is processed by a computing device, consisting of interconnected by direct connection: a primary processing and control unit, a data transmission unit, a determination unit location, interface, power supply and central analysis unit, which counts and determines the number of particles on the surface, their average diameter, the relative volumetric content of voids between the particles and the relative volumetric content of particles, and the current value of the crushed stone density is determined by the formula: P g =ρ h /((1-W h )/W h )+1), where ρ h is the particle density (g/cm 3 ); W h - relative volume content of particles; W n - relative volume content of voids between particles (m 3 ), while the relative volume content of particles is determined by the formula: W h =(Z 0 πd h 2 )/6; where Z 0 is the number of particles on the surface, d h is the average particle diameter in the array (m), the total volume of the soil mass W h + W n is taken equal to 1, the obtained density values are compared with the required density value range, established by the technical documentation at work and according to the results of the comparison, the compaction mode is adjusted.
Устройство для реализации способа, содержит блок измерения, подключенный к вычислительному устройству для реализации вычислительных операций, блок памяти для сохранения информации о значениях плотности грунтового материала подключенный к вычислительному устройству, блок измерения, смонтированный на раме уплотняющей машины, состоит из закрепленных на его раме фотовидеокамер, блока освещения, излучателя лазерной рамки для зонирования рабочей области, а вычислительное устройство состоит из соединенных между собой прямым подключением блока питания, блока первичной обработки и управления, центрального блока анализа, подключенного к блоку передачи данных и блоку определения местоположения, блок памяти подключен к блоку первичной обработки и управления и центральному блоку анализа, причем вычислительное устройство выполнено либо съемным, либо встроенным с возможностью дистанционной передачи информации через беспроводные протоколы связи на базе смартфона с ОС Android или Windows.The device for implementing the method comprises a measurement unit connected to a computing device for implementing computational operations, a memory unit for storing information about the density values of the soil material connected to the computing device, a measurement unit mounted on the frame of the compacting machine, consists of photo and video cameras mounted on its frame, a lighting unit, a laser frame emitter for zoning the work area, and a computing device consists of a power supply unit connected to each other by a direct connection, a primary processing and control unit, a central analysis unit connected to a data transmission unit and a location unit, a memory unit connected to the primary processing and control and a central analysis unit, wherein the computing device is made either removable or built-in with the possibility of remote transmission of information via wireless communication protocols based on a smartphone with Android or Windows OS.
Технический результат заключается в обеспечении непрерывного бесконтактного контроля плотности балласта за счет совершенствования конструкции устройства.The technical result consists in providing continuous non-contact monitoring of the density of the ballast by improving the design of the device.
Устройство поясняется чертежами, где представлена блок-схема устройства.The device is illustrated by drawings, which shows a block diagram of the device.
Устройство содержит блок измерения 1, состоящий из фото-видеокамер 2, блока освещения рабочей зоны 3, излучателя лазерной рамки 4, закрепленных на несущей раме 5, блок измерения закреплен на раме уплотняющей машины 6, соединенный прямым подключением с вычислительным устройством 7, блок памяти 8. Вычислительное устройство состоит из блока первичной обработки и управления 9, соединенного с центральным блоком анализа 10, к которому подключены блок передачи данных 11, блок местоположения 12, блок питания 13, соединенный с интерфейсом 14, подключенным к блоку питания. Блок памяти 8 подключен к блоку предварительной обработки и управления 9 и центральному блоку анализа 10. Вычислительное устройство выполнено либо съемным, либо встроенным в монтажные ящики, расположенные в кабине оператора уплотняющей машины, с возможностью дистанционной передачи информации через беспроводные протоколы связи на базе смартфона с ОС Android или Windows.The device contains a
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
При проведении ремонтных или строительных работ на участках железных или автомобильных дорог производят уплотняющие или стабилизирующие работы уплотняющей машиной 6. Оператор машины включает устройство, используя интерфейс 14, устройство получает питание всех блоков от блока питания 13, при этом для определения текущих значений плотности осуществляется фиксация изображения верхнего слоя щебня при помощи блока измерения 1, состоящего из блока освещения 3, фото-видеокамер 1 и излучателя лазерной рамки 4 для зонирования рабочей области. Получаемая информация от блока измерения 1, поступает в вычислительного устройство 7, а именно в блок первичной обработки и управления 9, где происходит первичная обработка фото-видео информации для коррекции четкости и цветности, которая одновременно поступает и сохраняется в блоке памяти 8, далее информация поступает в центральный блок анализа 10, где в автоматическом режиме по специальной программе, осуществляется подсчет и определение Z0 - количества частиц, dч - их среднего диаметра и на основе изображения идентифицируется тип щебня и его плотность частиц ρч (г/см3), (дополнительно у оператора существует возможность в ручном режиме внести данные о ρч). После этого определяется плотность щебня по формуле:When carrying out repair or construction work on sections of railways or highways, sealing or stabilizing work is carried out with a compacting machine 6. The machine operator turns on the device using the
где ρч - плотность частиц (г/см3); Wч - относительное объемное содержание частиц; Wч - относительное объемное содержание пустот между частицами(м3). Wч - относительное объемное содержание частиц определяется по формуле:where ρ h - particle density (g/cm 3 ); W h - relative volume content of particles; W h - relative volume content of voids between particles (m 3 ). W h - the relative volumetric content of particles is determined by the formula:
где Z0 - количество частиц, находящихся на поверхности, dч - средний диаметр частиц в массиве (м), общий объем массива щебня Wч+Wn принимается равным 1; полученные значения плотности сравнивают с необходимым диапазоном значения плотности, устанавливаемый технической документацией при проведении работ и по результатам сравнения корректируют режим уплотнения. Полученные значения плотности вместе с информацией о местоположении и времени из блока местоположения 12 через центральный блок анализа 10 сохраняется в блоке памяти 8. Собранная информация формируется в отчеты, отчет содержит информацию об измеренной плотности, местоположении и времени, в дальнейшем отчет передается через блок передачи данных 11 на сервера хранения данных.where Z 0 - the number of particles on the surface, d h - the average diameter of the particles in the array (m), the total volume of the array of crushed stone W h +W n is taken equal to 1; the obtained density values are compared with the required density value range, established by the technical documentation during the work, and based on the results of the comparison, the compaction mode is adjusted. The obtained density values along with information about the location and time from the
Пример реализации способаAn example of the implementation of the method
При ремонте участка Новородниковый - ст. Геодезическая Западно-Сибирской железной дороги с помощью заявленного способа проводился контроль уплотнения щебеночного балласта машиной ДСП (динамический стабилизатор пути). Необходимый диапазон значений плотности, устанавливаемый технической документацией составляет от 1,8 до 2 г/см3. По полученной фото-видео информации от блока измерения, которая после первичной обработки была сохранена в блоке памяти и передана в центральный блок анализа, где по специальной программе был произведено определение количества, их среднего диаметра и плотности частиц и на их основе определялась текущее значение плотности щебня по формулам 1, 2. Плотность частиц щебня составила ρч=2,996 г/см3, количество частиц щебня Z0 на поверхности составило 950 шт./м2, dч - средний диаметр частиц в массиве 0,035 м, Wч=(950⋅3,14⋅(0,035)∧2)/6=0,609 м3 и получено следующее значение плотности по формуле (1) Рщ=2,996/((1-0,609)/0,609)+1)=1,825 г/см3. Полученное значение плотности сравнили с необходимым диапазоном значения плотности, устанавливаемым технической документацией. На основании сравнения сделан вывод о том, что щебень находиться в нужном диапазоне значений плотности. Данная информация была сохранена в блоке памяти с указанием местоположения измерений и времени из блока местоположения и отправлена в отчет на сервера обработки данных через блок передачи данных.During the repair of the site Novorodnikovy - Art. Geodesic of the West Siberian Railway using the claimed method was carried out to control the compaction of crushed stone ballast by a chipboard machine (dynamic track stabilizer). The required range of density values, set by the technical documentation, is from 1.8 to 2 g/cm 3 . According to the received photo-video information from the measurement unit, which, after primary processing, was stored in the memory unit and transferred to the central analysis unit, where, using a special program, the number, their average diameter and density of particles were determined and, based on them, the current value of the crushed stone density was determined according to
Заявляемый способ в сравнении с прототипом обеспечивает непрерывный бесконтактный контроль плотности щебня при проведении ремонтных или строительных работ, исключается проведение отбора проб щебня после и до прохода уплотняющей машины.The inventive method, in comparison with the prototype, provides continuous non-contact monitoring of the density of crushed stone during repair or construction work, eliminating the sampling of crushed stone after and before the passage of the compacting machine.
Claims (10)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2802208C1 true RU2802208C1 (en) | 2023-08-23 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU918393A1 (en) * | 1979-09-18 | 1982-04-07 | Новосибирский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института транспортного строительства | Method and apparatus for checking soil compacting quality |
| DE3728669A1 (en) * | 1987-08-27 | 1989-03-16 | Arcus Elektrotech | Measuring probe for measuring the soil compaction |
| RU2010083C1 (en) * | 1991-06-24 | 1994-03-30 | Государственный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт "Гидропроект" | Method of monitoring compaction performance of inhomogeneous clayey earth |
| RU2188272C2 (en) * | 2000-05-30 | 2002-08-27 | Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия | Device for automatic control of process of road building materials consolidation by means of rollers and vibrorollers |
| RU134653U1 (en) * | 2013-01-09 | 2013-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Интерприбор" | DENSITOMETER |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU918393A1 (en) * | 1979-09-18 | 1982-04-07 | Новосибирский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института транспортного строительства | Method and apparatus for checking soil compacting quality |
| DE3728669A1 (en) * | 1987-08-27 | 1989-03-16 | Arcus Elektrotech | Measuring probe for measuring the soil compaction |
| RU2010083C1 (en) * | 1991-06-24 | 1994-03-30 | Государственный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт "Гидропроект" | Method of monitoring compaction performance of inhomogeneous clayey earth |
| RU2188272C2 (en) * | 2000-05-30 | 2002-08-27 | Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия | Device for automatic control of process of road building materials consolidation by means of rollers and vibrorollers |
| RU134653U1 (en) * | 2013-01-09 | 2013-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Интерприбор" | DENSITOMETER |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11859966B2 (en) | Determining a surface characteristic of a roadway using an imaging device | |
| US9273951B2 (en) | Optical method and apparatus for determining a characteristic such as volume and density of an excavated void in a construction material | |
| CN108717082B (en) | Soil and stone compaction quality continuous evaluation method based on integrated acoustic detection technology | |
| JP5582806B2 (en) | Granule size measurement system and program | |
| CN107255637A (en) | A kind of grinding coagulation soil compactness detection method based on laser image | |
| JP2009036533A (en) | Particle size measuring system and program of ground material | |
| CN108254068A (en) | A kind of vibrational energy on-line detecting system of reclamation work compaction quality | |
| CN106771104A (en) | A kind of soil-aggregate subgrade compactness refers to object detection method | |
| JP2013257188A (en) | Particle size distribution measurement method and system for granular material | |
| JP5658613B2 (en) | Method and system for dividing particle size of granular material | |
| CN104537674B (en) | A kind of detection method of epoxy asphalt concrete aggregate grading | |
| RU2802208C1 (en) | Method for non-contact control of crushed stone density and device for its implementation | |
| Alshkane et al. | Unconfined compressive strength (UCS) and compressibility indices predictions from dynamic cone penetrometer index (DCP) for cohesive soil in Kurdistan Region/Iraq | |
| JP2017129408A (en) | Grain size monitoring method of ground material and three-dimensional image processing facility | |
| Mukupa et al. | A non-destructive technique for health assessment of fire-damaged concrete elements using terrestrial laser scanning | |
| Encinares et al. | Prediction of California Bearing Ratio (CBR) using Dynamic Cone Penetrometer (DCP) for soils from second district in the province of Sorsogon | |
| JP2017198017A (en) | Quality management method for rock zone in rock fill dam | |
| Apeagyei et al. | Stiffness-based evaluation of base and subgrade quality using three portable devices | |
| CN105675438B (en) | The determination method of average compactness after embankment strong rammer | |
| Take et al. | The use of centrifuge modelling to investigate progressive failure of overconsolidated clay embankments | |
| Vanapalli et al. | Simple techniques for the estimation of suction in compacted soils in the range of 0 to 60,000 kPa | |
| Oh | A review on intelligent compaction techniques in railroad construction | |
| US20240133684A1 (en) | Determining a surface characteristic of a roadway using an imaging device | |
| Wong et al. | Use of a 3D scanner for shrinkage curve tests | |
| RU2097487C1 (en) | Dynamic ground densimeter |