油缸式强夯机夯击深度测量方法、装置及强夯机

摘要

本发明提出了一种油缸式强夯机夯击深度测量方法、装置及强夯机。该油缸式强夯机夯击深度测量装置包括：直线位移检测装置，用于检测所述提升油缸的行程；处理器，连接所述直线位移检测装置，并根据所述提升油缸的行程和滑轮组倍率K，计算所述夯锤每次打夯的夯击深度。该油缸式强夯机夯击深度测量装置还可以包括显示装置、报警装置和压力传感器等。本发明可以实现夯击深度的自动测量，并具有测量精确度高、成本低、可靠性好等优点。

说明书

技术领域

本发明主要涉及工程机械领域，具体地说，涉及一种油缸式强夯机夯 击深度测量方法和装置，以及包括该油缸式强夯机夯击深度测量装置 的强夯机。

背景技术

强夯机是一种用于对物料或地基进行冲击压实的工程机械，广泛应用 于基础建设的各个领域。强夯机将夯锤吊到指定高度后，释放夯锤使 其自由下落，从而可以给地基以强烈的冲击力和振动，破坏土体并对 其进行压实，降低其压缩性，提高土层的均匀程度，减少将来可能出 现的差异沉降。

施工过程中夯锤的夯击次数和夯击深度是强夯机施工的重要参数。现 有技术中，夯击次数和夯击深度主要是依靠监理人员的实时计数和实 际测量获取。伴随着夯锤的下落，夯锤四周的土地就会隆起，这给夯 击是否到位的测量带来了很大的困难；此外，如果对某次施工中的历 史数据不能详细记录，则会给工程质量的优劣带来很大的问题。

比如说，夯击强度已经到位，但由于周围土地的隆起导致监理人员的 错误测量使得夯击次数的增加，进而使得油耗增加，作业时间无谓延 长，不仅降低了施工效率，也造成了很大的能源浪费。

采用前述人工记录夯击深度的方式，存在施工效率低、成本高、误差 大、测量不足、易造成人员伤害及存在偷锤漏锤现象等不足。为了解 决这些问题，申请人为三一重工股份有限公司、申请号为2012104771 77.1、名称为《一种强夯机及其夯击深度测量方法、装置》的中国专 利申请公开了一种可自动测量夯击深度的技术方案，该方法测量并记 录不同时刻的滑轮转动的角位移，得出角度差值，进而换算成前后两 次绳索的长度差值，从而得出夯击深度。

但是对于前述自动测量的方案而言，由于其应用于非脱钩式强夯机中 ，这种测量方式的前提是要求夯锤提升绳索与滑轮之间具有良好的同 步性，且要求绳索一直处于张紧状态。但由于绳索和滑轮之间容易打 滑，同步性差；且在夯锤下落过程中，绳索跟随夯锤运动，但当夯锤 落地后，在惯性作用下，绳索仍会继续运动。这两个原因直接影响了 绳索与滑轮的同步性，从而导致测量结果不准确。

因此，在相对于人工测量方式提高测量效率、降低成本的同时，如何 提高强夯机的夯击深度测量的准确性，仍是本领域技术人员亟待解决 的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种油缸式强夯机夯击深度测量方 法，可以自动测量夯击深度，并可解决现有技术测量数据准确性差的 不足。

本发明油缸式强夯机夯击深度测量方法，所述强夯机包括提升油缸、 滑轮组、绳索和夯锤，所述绳索卷绕在所述滑轮组上并连接所述夯锤 ，所述滑轮组的倍率为K，所述提升油缸伸缩时所述夯锤相应地下落或 上提，所述油缸式强夯机夯击深度测量方法包括：

步骤1：检测所述提升油缸的行程；

步骤2：根据所述提升油缸的行程和滑轮组倍率K，计算所述夯锤每次 打夯的夯击深度。

进一步地，本发明的油缸式强夯机夯击深度测量方法具体包括：

步骤11：对于第i次打夯，检测所述提升油缸固定点和移动点之间的第 一长度；

步骤12：对于第i+1次打夯，检测所述提升油缸固定点和移动点之间的 第二长度；

步骤21：根据所述第二长度、第一长度的差值和滑轮组倍率K，计算得 出第i+1次打夯时所述夯锤的夯击深度。

进一步地，步骤11具体为：

在第i次打夯完成后，提升油缸动作使绳索上提，在所述提升油缸的有 杆腔压力达到第一预设值的时刻，记录此时所述提升油缸的第一长度 。

可替换地，步骤11具体为：

在第i次打夯完成后，提升油缸动作使绳索上提，在所述绳索的拉力达 到第二预设值的时刻，记录此时所述提升油缸的第一长度。

进一步地，本发明的油缸式强夯机夯击深度测量方法还包括：

步骤3：设定夯击坑深要求值，并判断夯击深度与所述夯击坑深要求值 之间的大小，若夯击深度大于所述夯击坑深要求值，则提示继续夯击 ；若夯击深度小于等于所述夯击坑深要求值，则提示夯击完成。

本发明的另一个方面，还提供一种油缸式强夯机夯击深度测量装置， 所述强夯机包括提升油缸、滑轮组、绳索和夯锤，所述绳索卷绕在所 述滑轮组上并连接所述夯锤，所述滑轮组的倍率为K，所述提升油缸伸 缩时所述夯锤相应地下落或上提，所述油缸式强夯机夯击深度测量装 置包括：

直线位移检测装置，用于检测所述提升油缸的行程；

处理器，连接所述直线位移检测装置，并根据所述提升油缸的行程和 滑轮组倍率K，计算所述夯锤每次打夯的夯击深度。

进一步地，本发明的油缸式强夯机夯击深度测量装置还包括：

显示装置，连接所述处理器，用于显示所述夯击深度；和/或

报警装置，连接所述处理器，用于根据夯击深度和夯击坑深要求值之 间的大小情况，进行相应的报警提示。

进一步地，所述直线位移检测装置为拉线位移传感器、激光位移传感 器或超声波位移传感器。

进一步地，所述提升油缸的有杆腔设置有压力传感器，在所述压力传 感器检测到提升油缸有杆腔的压力达到第一预设值的时刻，所述直线 位移检测装置记录此时提升油缸的长度。

可替换地，所述绳索上连接有拉力检测装置，在所述拉力检测装置检 测到绳索的拉力达到第二预设值的时刻，所述直线位移检测装置记录 此时提升油缸的长度。

本发明的又一个方面，还提供一种强夯机，该强夯机设置有前述任一 项的油缸式强夯机夯击深度测量装置。

进一步地，所述强夯机包括定滑轮组、动滑轮组以及臂头导向滑轮， 所述提升油缸的第一端连接强夯机的车体、第二端连接所述动滑轮组 ；所述绳索在所述定滑轮组和所述动滑轮组上卷绕后，绕过所述臂头 导向滑轮，并转向至连接所述夯锤，所述动滑轮组的动滑轮为X个，滑 轮组倍率K与X相关。

进一步地，所述强夯机还包括导轨和导向移动件，所述导轨固定，所 述导向移动件被限位于所述导轨上，并可沿所述导轨移动，所述导向 移动件与所述动滑轮组和/或所述提升油缸连接。

进一步地，所述导向移动件为滚动件，所述滚动件包括设置于所述动 滑轮组的安装架上的第一滚轮和/或设置于所述动滑轮组与所述提升油 缸的铰接座上的第二滚轮。

本发明通过检测提升油缸的行程，并根据滑轮组的固定倍率关系，可 计算得出夯锤的夯击深度，实现夯击深度的自动测量。

由于提升油缸的行程与夯锤的行程之间也保持严格的倍率关系，同步 性非常好，可避免角度测量时因绳索与滑轮之间打滑而影响准确度的 问题，因此可保证测量准确性和可靠性。

而且本申请将绳索和夯锤的大行程位移检测转化为提升油缸小行程范 围内的位移检测，降低了测量难度。

在进一步的技术方案中，可在提升油缸的有杆腔设置压力传感器，或 者在绳索上连接拉力检测装置，从而保证每次检测提升油缸行程的时 刻绳索均为相同的张紧状态，降低了测量误差，通过保持测量基准的 一致性，提高了测量稳定性。

此外，本发明还可以自动判断是否夯击达标，通过自动监管，避免了 偷锤漏锤现象的发生，也避免了夯击过多，优化了施工过程，保证夯 击次数最佳。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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是本发明一实施例的油缸式强夯机夯击深度测量方法的流程图；

图2是本发明一实施例的提升油缸、绳索和夯锤的连接关系图；

图3a是本发明一实施例的提升油缸在第i次夯击时的状态图；

图3b是本发明一实施例的提升油缸在第i+1次夯击时的状态图；

图4是本发明一实施例的油缸式强夯机夯击深度测量装置的结构框图；

图5是本发明一实施例的强夯机的结构示意图；

图6是本发明一实施例的提升油缸的结构示意图；

图7是本发明一实施例的动滑轮组的安装示意图。

附图标记说明：

提升油缸-1 定滑轮组-2 动滑轮组-3 臂头导向滑轮-4 绳索-5  夯锤-G 压力传感器-1a 导轨-10 第一滚轮-11 第二滚轮-12 安 装架-30 铰接座-31 直线位移检测装置-71 处理器-72 显示装置 -73 报警装置-74

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附 图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是， 本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本 发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。

本发明的基本思想在于提供一种油缸式强夯机及其夯击深度测量装置 ，该装置通过本文描述的油缸式强夯机夯击深度测量方法完成测量过 程。为了便于本领域技术人员对技术方案的理解，本文先对油缸式强 夯机夯击深度测量方法进行描述。

图1所示是本发明一实施例的油缸式强夯机夯击深度测量方法的流程图 ，该油缸式强夯机夯击深度测量方法用于非脱钩式强夯机中。该非脱 钩式强夯机包括提升油缸1、滑轮组、绳索5和夯锤G，其结构可以参考 图2。绳 索5卷绕在滑轮组上并连接夯锤G，滑轮组的倍率为K，提升油缸1伸缩 时夯锤G相应地下落或上提，该强夯机采用了油缸驱动的提升机构。其 中，夯锤G的行程是提升油缸1行程的K倍。

对于不同的滑轮连接状态，前述K的值不同。在夯锤G下落和上提的过 程中，夯锤G的行程与提升油缸1的行程之间也具有倍率关系，其倍率 关系可以等于K，或者根据实际工作情况，在K的基础上进行各种修正 。该K的值可以为1，优选大于1，从而将提升油缸1的小行程位移转化 为夯锤G的大行程位移。此外，根据实际工作情况，该K的值还可以进 行各种修正。

该油缸式强夯机夯击深度测量方法包括：

步骤1：检测提升油缸1的行程；

该步骤1可以通过各种方式检测提升油缸1的行程，可以在缸筒端选取 固定点，在活塞杆端选移动点。该提升油缸1的长度可以是固定点到移 动点之间的距离，提升油缸1的行程则是运动前和运动后提升油缸1的 长度差值。

步骤2：根据提升油缸1的行程和滑轮组倍率K，计算夯锤G每次打夯的 夯击深度△H。

本发明可以通过多种公式的转换最终得出夯锤G的夯击深度△H，比如 可以先计算提升油缸行程的差值，也可以先计算出绳长度然后计算差 值等等。本发明并不受限于各种具体计算方式，只要是依据于测量提 升油缸行程计算夯击深度△H，即属于本发明所涵盖的技术方案范围之 内。

在图1所示的实施例中，油缸式强夯机夯击深度测量方法具体包括：

步骤11：对于第i次打夯，检测提升油缸1固定点和移动点之间的第一 长度L_i；

步骤12：对于第i+1次打夯，检测提升油缸1固定点和移动点之间的第 二长度L_i＋1；

步骤21：根据第二长度L_i＋1、第一长度L_i的差值L_i＋1-L_i和滑轮组倍率K， 计算得出第i+1次打夯时夯锤G的夯击深度△H。

前述i为大于或等于零的整数，该油缸式强夯机夯击深度测量方法可以 计算第1、2、3...次打夯的夯击深度△H。在i等于零时，还未开始打 夯，此时，夯锤G与强夯机底盘在同一水平高度，可以检测此时的提升 油缸长度L₀，并可将其标定为绝对参考值。

对于前述步骤21，优选采用两种计算夯击深度△H的方法：

方法1、以L₀作为绝对参考值，求夯击深度△H。

通过第i次和第i+1次打夯时获取的提升油缸行程L_i和L_i+1，参考图3a和 图3b，求出分别相对L₀的行程差值△L_i= L_i – L₀和△L_i+1= L_i+1 –  L₀，从而得到第i+1次打夯的夯击深度△H=K×[（L_i+1 – L₀）–（L_i –  L₀）]= K×（L_i+1–L_i）。

方法2、以L_i作为相对参考值，求夯击深度△H。

将前一次打夯时（第i次）的提升油缸长度测量值L_i作为相对参考值， 在获取第i+1次打夯时提升油缸长度测量值L_i＋1后，即可求出第i+1次打 夯的夯击深度△H= K×（L_i+1 –L_i）。

此外，本发明还可以计算夯锤G的提升高度。当提升油缸1将夯锤G提升 至某一高度时，检测此时的提升油缸长度L_ti，即可得到提升高度|H|= K×（L_ti - L₀）。

由于提升油缸1的行程与夯锤G的行程之间也保持严格的倍率关系，同 步性非常好，可避免角度测量时因绳索与滑轮之间打滑而影响准确度 的问题，因此可保证测量准确性和可靠性。

由于打夯完成后，绳索通常为松弛状态，在进一步的技术方案中，为 了保证每次在测量提升油缸行程时的准确性，本发明还统一了测量基 准，即每次测量时绳索5均为相同的张紧状态。优选地，本发明的油缸 式强夯机夯击深度测量方法还对测量时刻进行了规定，对于检测第一 长度L_i而言，在第i次打夯完成后，提升油缸1动作使绳索5上提，在提 升油缸1的有杆腔压力达到第一预设值的时刻，记录此时提升油缸1的 第一长度L_i。

该第一预设值小于使夯锤G完全提起并脱离地基所需要的压力，即在该 测量时刻，绳索5为拉紧状态但夯锤G未脱离地基。同样地，检测第二 长度L_i＋1也在有杆腔压力达到同样要求时进行。

作为另一个优选实施例，在第i次打夯完成后，提升油缸1动作使绳索 5上提，在绳索5的拉力达到第二预设值的时刻，记录此时提升油缸1的 第一长度L_i。第二预设值小于使夯锤G完全提起并脱离地基所需要的拉 力，即在该测量时刻，绳索5为拉紧状态但夯锤G未脱离地基。同样地 ，检测第二长度L_i＋1也在绳索拉力达到同样要求时进行。

进一步地，在图1所示的实施例中，油缸式强夯机夯击深度测量方法还 包括：

步骤3：设定夯击坑深要求值H0，并判断夯击深度△H与夯击坑深要求 值H0之间的大小，若夯击深度△H大于夯击坑深要求值H0，则提示继续 夯击；若夯击深度△H小于等于夯击坑深要求值H0，则提示夯击完成。 H₀为设定的深度坑深要求值，为大于0的数。

该步骤可以自动判断是否夯击达标，当夯击深度△H很小，即难以再将 地基向下夯实时，则达到夯击要求。通过自动监管，避免了偷锤漏锤 现象的发生，也避免了夯击过多，优化了施工过程，保证夯击次数最 佳。

此外，第一实施例还包括显示夯击深度△H的步骤。操作人员可以直观 的知晓各次夯击作业的夯击深度△H，为施工策略提供依据。夯击深度 △H的显示既可以是数字显示，也可以是模拟图形显示。

图4所示是本发明一实施例的油缸式强夯机夯击深度测量装置的结构框 图。该油缸式强夯机夯击深度测量装置用于非脱钩式强夯机中，并且 包括直线位移检测装置71和处理器72。其中，直线位移检测装置71用 于检测提升油缸1的行程；处理器72连接直线位移检测装置71，并根据 提升油缸1的行程和滑轮组倍率K，计算夯锤G每次打夯的夯击深度△H 。

该直线位移检测装置71可以为多种结构的位置传感器，并可以相对于 提升油缸1具有不同的安装方式。作为一个实施例，该直线位移检测装 置71为包括拉线的拉线位移传感器，拉线的一端连接提升油缸1的活塞 杆，拉线的另一端在绕线器上收放，绕线器的轴心连接编码器。编码 器可以检测绕线器的角位移，该角位移可转换为拉线的直线位移，从 而与提升油缸1的行程相对应。

此外，该直线位移检测装置71可以为激光位移传感器，通过激光三角 法测量直线距离；或者为超声波位移传感器，根据超声波的反射时间 测量直线距离。

进一步地，该强夯机深度测量装置还可以包括显示装置73和/或报警装 置74。其中，该显示装置73连接处理器72，用于显示夯击深度△H，该 显示装置73既可以进行数字显示，也可以进行模拟图形显示。

该报警装置74连接处理器72，用于根据夯击深度△H和夯击坑深要求值 H0之间的大小情况，进行相应的报警提示。该报警装置74可以是蜂鸣 器或指示灯等声光部件，相应地报警信号可为蜂鸣器的蜂鸣、指示灯 的发光或闪烁。比如，当夯击深度△H小于等于夯击坑深要求值H0时， 蜂鸣器发声报警，从而提示操作人员夯击达标完成。

进一步地，在提升油缸1的有杆腔可设置有压力传感器1a，在压力传感 器1a检测到提升油缸1有杆腔的压力达到第一预设值的时刻，直线位移 检测装置71记录此时提升油缸1的长度。如图6所示，该压力传感器1a 可以安装于提升油缸1的有杆腔进油口处。该压力传感器1a可以保证每 次检测提升油缸1行程的时刻绳索5均为相同的张紧状态，通过保持测 量基准的一致性，提高了测量稳定性，降低了测量误差。

作为另一种实施方式，绳索5上连接有拉力检测装置，在拉力检测装置 检测到绳索5的拉力达到第二预设值的时刻，直线位移检测装置71记录 此时提升油缸1的长度。该拉力检测装置也可以保证每次检测提升油缸 1行程的时刻绳索5均为相同的张紧状态，降低了测量误差。

此外，本发明还公开了一种包括前述强夯机深度测量装置的强夯机， 该强夯机的结构如图5所示。该强夯机还包括提升油缸1、绳索5、夯锤 G和滑轮组，各部分可以参考前述说明。

连接于提升油缸1和夯锤G之间的滑轮组可以有多种可能的连接关系。 作为一种实施方式，如图2所示，该强夯机优选包括定滑轮组2、动滑 轮组3以及臂头导向滑轮4，提升油缸1的第一端连接强夯机的车体、第 二端连接动滑轮组3；绳索5在定滑轮组2和动滑轮组3上卷绕后，优选 从下向上绕过臂头导向滑轮4，并转向至从上向下连接夯锤G，动滑轮 组3的动滑轮为 X个，滑轮组倍率K与X相关。前述上下既可以是直上直下，也可以是倾 斜一定角度的上下方向。

在图2所示的示意图中，动滑轮为3个，则当K= f（X）=2×X时，K=6 ，夯锤G的行程是提升油缸1行程的6倍。提升油缸1的行程可以保持在 合理的范围，降低了生产制造难度，具有易于实施的优点。

进一步地，由于在提升油缸1动作的过程中，动滑轮组3随提升油缸1动 作，在打夯过程中，会对臂架产生强烈的冲击振动，导致臂架变形进 而对提升油缸1及动滑轮组3的运动产生影响。为了限制和约束动滑轮 组3的动作，提高稳定性和可靠性，如图7所示，优选该实施例的强夯 机还包括导轨10和导向移动件，导轨10固定，导向移动件被限位于导 轨10上，并可沿导轨10移动，导向移动件与动滑轮组3和/或提升油缸 1连接。导向移动件在导轨10上的自由度受到相应限制。导轨10可以设 置一列、两列或其它列数，导向移动件的数量与导轨10相对应。

该导向移动件优选在导轨10上进行滚动移动，即导向移动件为滚动件 ，滚动件包括设置于动滑轮组3的安装架30上的第一滚轮11和设置于动 滑轮组3与油缸1的铰接座31上的第二滚轮12。应当清楚，第一滚轮11 和第二滚轮12可以在不同的导轨10上滚动，优选在同一导轨10上滚动 。此外，可替换地，也可以只设置有第一滚轮11或第二滚轮12。导轨 10可以采用槽钢、角钢和工字钢，也可以采用其它材料或结构，本发 明并不受限于此。此外，还应当清楚，该导向移动件优选也可以在导 轨10上进行滑动移动，即导向移动件为滑块，滑块与导轨10相互配合 。

上述实施例的强夯机，通过支撑和约束动滑轮组3及提升油缸1，可以 保证提升油缸1平稳动作，利于直线位移检测装置71对其行程的检测， 从而提高夯击深度△H测量的准确性和可靠性。

综上所述，本发明前述实施例通过检测提升油缸1的行程，并根据滑轮 组的固定倍率关系，可计算得出夯锤的夯击深度△H，实现夯击深度△ H的自动测量。与现有技术相比，本发明前述实施例具有以下优点：

1）测量精确度高

由于提升油缸1的行程与夯锤G的行程之间保持严格的倍率关系，同步 性非常好，可避免角度测量时因绳索与滑轮之间打滑而影响准确度的 问题，因此可保证测量准确性和可靠性。

2）测量难度小

本发明前述实施例将绳索5和夯锤G的大行程位移检测转化为提升油缸 1小行程范围内的位移检测，降低了测量难度。

3）测量基准一致、稳定性好

在前述的优选实施例中，在提升油缸1的有杆腔设置压力传感器1a，或 者在绳索5上连接拉力检测装置，从而保证每次检测提升油缸行程的时 刻绳索5均为相同的张紧状态，降低了测量误差，通过保持测量基准的 一致性，提高了测量稳定性。

此外，前述实施例的油缸式强夯机夯击深度方法和装置还具有成本低 、可靠性好等优点。

因此，本发明前述实施例的有益效果是显著的。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于 本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。