Способ непрерывного контроля качества уплотнения грунта и устройство непрерывного контроля качества уплотнения грунта

 

Изобретение относится к технике непрерывного контроля качества уплотнения грунтовых материалов в процессе их укатки дорожными катками и может быть использовано при строительстве насыпных сооружений - плотин, насыпных автомобильных и железных дорог. Сущность изобретения: способ непрерывного контроля качества уплотнения грунта дорожным катком заключается в том, что и по измеренным угловым скоростям копирующего и рабочего органа катка рассчитывают их значения за фиксированный промежуток времени или участок пройденного пути, вычисляют разность полученных угловых скоростей, а отношение полученной разности к рассчитанной угловой скорости одного из органов используют в качестве параметра, характеризующего процесс уплотнения. Устройство непрерывного контроля качества уплотнения грунта содержит два тахометра, один установлен на рабочем органе, другой - на копирующем, блок определения контролируемого параметра, выполненный в виде двух элементов усреднения, блока вычитания и блока вычисления отношения и блок регистрации. Блок регистрации может быть выполнен в виде двух блоков памяти, элемента сравнения, переключателя, индикатора и звукового генератора. Копирующий орган может быть выполнен в виде тягового органа дорожного катка. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к технике непрерывного контроля качества уплотнения грунтовых материалов в процессе их укатки дорожными катками и может быть использовано при строительстве насыпных сооружений плотин, насыпей автомобильных и железных дорог.

Известен способ непрерывного контроля степени уплотнения грунта, в котором о степени уплотнения, судят по величине осадки грунта, которую определяют путем измерения уровня грунта перед и после прохождения по нему нагрузочного рабочего вальца (рабочего органа) катка и вычисления разности полученных значений [1] Недостатком указанного технического решения является низкая точность контроля и необходимость конструктивной доработки серийных катков для установки копирующих вальцов. Низкая точность контроля обусловлена влиянием естественных неровностей уплотняемого материала на уровень качения копирующих вальцов.

Наиболее близким по технической сущности (прототип) является способ непрерывного контроля качества уплотнения грунта дорожным катком путем измерения угловой скорости копирующего и измерительного органов катка и определения величины параметра, характеризующего процесс уплотнения [2] Недостатком технического решения является низкая точность контроля, ограниченная область применения и низкая надежность.

Это обусловлено тем, что по известному способу, величина параметра, характеризующего процесс уплотнения, определяется характером волны уплотняемого материала перед рабочим органом катка. Характер волны уплотнительного материала обусловлен видом грунта, скоростью катка и радиусом его рабочего органа. Так как параметры этой волны являются информационными, то величина параметра характеризующего процесс уплотнения становится зависимой от вида грунта, скорости катка и ее равномерности, а также от положения копирующего и измерительного органов относительно рабочего органа и состояния их поверхности. Для установки копирующего и измерительного органов необходимы рычаги. При поворотах катка, съезде на бровку полотна или осадки катка на рыхлый грунт в рычагах могут возникнуть изгибающие моменты, которые могут достичь значительных величин и привести к их поломке.

Известно устройство непрерывного контроля степени уплотнения грунта, содержащее два копирующих вальца, расположенных между нагрузочным рабочим вальцом и измерительное приспособление [1] Известно также устройство непрерывного контроля степени уплотнения дорожно строительных материалов, содержащее нагрузочный каток с валом, копирующий каток и регистрирующее приспособление [3] Упомянутые изобретения характеризуются низкой точностью и надежностью в работе, так как передача сигнала от копирующего катка к регистрирующему приспособлению передается через сложную систему рычагов, а измерение осуществляется в стороне от нагрузочного катка.

Наиболее близким по технической сущности (прототип) является устройство для непрерывного контроля качества уплотнения грунта, содержащее дорожный каток с рабочим органом, два тахометра, один из которых установлен на рабочем органе и блок определения контролируемого параметра, входы которого соединены с тахометрами, а выход со входом блока регистрации [4] Недостатком указанного технического решения является низкая точность контроля.

Низкая точность контроля обусловлена наличием промежуточного измерительного колеса малого диаметра и малым контролируемым участком уплотняемого грунта. Вследствие этого величина параметра, характеризующего процесс уплотнения будет соизмеримой с естественной неоднородностью, состоянием поверхности и видом уплотняемого грунта.

Применение предлагаемого способа и устройства позволяет повысить оперативность и точность контроля.

Сущность изобретения достигается тем, что в известном способе непрерывного контроля качества уплотнения грунта дорожным катком путем измерения угловой скорости копирующего и измерительного органов катка и определения величины параметра, характеризующего процесс уплотнения, по измеренным угловым скоростям рассчитывают их значения за фиксированный промежуток времени или участок пройденного пути, вычисляют разность полученных угловых скоростей, а отношение полученной разности к рассчитанной угловой скорости одного из органов используют в качестве параметра, характеризующего процесс уплотнения, при этом измерительным органом является рабочий орган дорожного катка.

Согласно изобретению в известном устройстве непрерывного контроля качества уплотнения грунта, содержащем дорожный каток с рабочим органом, два тахометра, один их которых установлен на рабочем органе и блок определения контролируемого параметра, входы которого соединены с тахометрами, а выход с входом блока регистрации, дорожный каток снабжен копирующим органом, на котором установлен второй тахометр, а блок определения контролируемого параметра выполнен в виде двух элементов усреднения, блока вычитания и блока вычисления отношения, при этом входы элементов усреднения являются входами блока определения контролируемого параметра, выходы элементов усреднения соединены с входами блока вычитания, выход которого соединен с одним из входов блока вычисления отношения, с другим входом которого соединен один их выходов элементов усреднения, выход блока вычисления отношения является выходом блока определения контролируемого параметра.

Для получения звукового сигнала о достижении заданной степени уплотнения, блок регистрации выполнен в виде двух блоков памяти, элемента сравнения, переключателя, индикатора и звукового генератора, при этом вход переключателя и вход первого блока памяти являются входом блока регистрации, выход переключателя через второй блок памяти подключен к одному из входов элемента сравнения, выход первого блока памяти соединен с другим входом элемента сравнения и с входом индикатора, выход элемента сравнения соединен с входом звукового генератора.

Для устранения конструктивных доработок самоходного пневмокатка копирующий орган выполнен в виде тягового органа дорожного катка.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - функциональная схема блока регистрации; на фиг.3 взаимодействия рабочего органа пневмокатка с уплотняемым грунтом в начале укатки; на фиг.4 то же, в конце укатки.

Устройство содержит тахометры 1 и 2 (фиг.1), соответственно на рабочем и копирующем K органах катка. Блок 3 определения контролируемого параметра, содержащий элементы усреднения 4 и 5, блок вычитания 6, блок вычисления отношения 7 и блок регистрации 8.

Для получения звукового сигнала об окончании укатки грунта, блок регистрации 8 (фиг.2) содержит первый 9 и второй 10 блок памяти переключателя 11, элемента сравнения 12, звуковой генератор 13 и индикатор 14.

Способ осуществляется в следующей последовательности.

При проведении укатки, например самоходным пневмокатком (фиг.3 и 4) с помощью тахометров 1 и 2, элементов усреднения 4 и 5 измеряют соответственно среднюю угловую скорость W₁ рабочего органа "P" (одного или всех уплотняющих пневмоколес) и среднюю угловую скорость W₂ копирующего органа "K" (прицепного копирующего колеса или одного двух тяговых колес); W₁ V/·Pi·r).

W₂ V/(2·Pi·R).

где V линейная скорость катка; Pi число Пи; R радиус копирующего органа; r радиус рабочего органа.

Полученные средние значения W₁ и W₂ вычитают в блоке вычитания 6 одно из другого и получают разность угловых скоростей рабочего и копирующего органов ΔW;
ΔW = W₂-W₁= [v/(2·Pi)]·[(Rr)/R·r].
Блок вычисления отношения 7 вычисляет отношение A полученной разности ΔW к одной из измеренной угловой скорости W₁
A = ΔW/W₁= (R-r)/R = 1-r/R
или
W₁
A = ΔW/W₂= (R-r)/r = R/r-1
и индицируется блоком регистрации 8.

При низкой степени уплотнения грунта на первых проходах катка, рабочий орган "P" (уплотняющее пневмоколесо) ведет себя как жесткое колесо и радиус его качения r по грунту будет максимальным и равным r1, при этом осадка грунта Δh будет максимальной (фиг.3). С увеличением числа проходов катка растет степень уплотнения грунта и его жесткость возрастает, рабочий орган "P" (уплотняющее колесо) начинает вести себя как упругое колесо и начинает деформироваться в месте контакта с грунтом. Радиус его качения r уменьшается до величины 2r, при этом осадка грунта Δh будет минимальной (фиг.4) [5] т.е. радиус рабочего органа r является функционально связанным через функцию F(Δh) с плотностью грунта, а следовательно и с осадкой грунта Δh:
r = F(Δh).
Угловая скорость вращения W₂ копирующего органа "K" остается практически неизменной, т.к. радиус его качения "R" изменяется незначительно по причине предъявления к нему требования максимального сцепления и минимальной нагрузки на грунт и может быть принят постоянным [6] Вследствие этого при неизменной скорости катка V, угловая скорость вращения W₁ рабочего органа "P" возрастает. Поэтому по мере роста плотности грунта (степени уплотнения), результат вычисления отношения A уменьшается (если вычисление проводят относительно значения угловой скорости копирующего органа)
A = ΔW/W₂= R/F(Δh) - 1
или увеличивается (если вычисление проводят относительно значения угловой скорости рабочего органа)
A = ΔW/W₁= 1-F(Δh)/R.
Таким образом вычисленное отношение A, индицируемое блоком регистрации 8, прямо отражает оценку качества уплотнения грунта и кроме того, не зависит от скорости катка.

Устройство работает следующим образом (фиг.1). В исходном состоянии, при стоянке катка, на выходе тахометров 1 и 2 отсутствует сигнал о вращении рабочего и копирующего органов. С выходов элементов усреднения 4 и 5 на вход блока вычитания 6 и блока вычисления отношения 7 поступают сигналы соответствующие последним значениям при проведении укатки. Соответственно на выходе блока вычитания 6, блока вычисления отношения 7 и блока регистрации 8 также присутствуют сигналы последнего результата контроля степени уплотнения грунта.

При проведении укатки с тахометров 1 и 2 на вход элементов усреднения 4 и 5 поступают электрические сигналы прямо пропорциональные скорости вращения копирующего и рабочего органов при движении катка по уплотняемому грунту. С поступлением сигнала с тахометра 1 и 2 элементы усреднения 4 и 5 начинают производить вычисление средних значения этих сигналов за фиксированный промежуток времени или фиксированный пройденный участок пути. По окончании усреднения, элементы усреднения 4 и 5 передают на свои выходы вычисленные средние значения скоростей вращения и начинают производить новое вычисление средних значений сигналов с тахометров 1 и 2. Средние значения скоростей вращения с выходов элементов усреднения 4 и 5 поступают на вход блока вычитания 6, а одно из них также на один из входов блока вычисления отношения 7. Блок вычитания 6 определяет разность поступающих на его вход сигналов и передает полученный результат на другой вход блока вычисления отношения 7. Блок вычисления отношения 7 вычисляет отношение уровней сигналов, поступающих на его вход. Полученный результат с выхода блока вычисления отношения 7 поступает на вход блока регистрации 8 и отображается в удобной для водителя форме, например в цифровой. Данный результат будет отображаться до окончания следующего цикла усреднения сигналов с тахометров 1 и 2. С увеличением числа проходов катка по уплотняемому грунту показания блока регистрации 8 изменяются в соответствии с достигнутым значением степени уплотнения грунта. Стабилизация показаний блока регистрации 8 будет свидетельствовать о прекращении осадки грунта и об окончании укатки на уплотняемом участке грунта.

Работа блока регистрации (фиг.2) состоит в следующем.

Перед проведением укатки водитель катка устанавливает переключатель 11 в замкнутое состояние и делает один проход по ранее уплотненной до заданной степени уплотнения полосе грунта.

Сигнал, поступающий на вход блока регистрации 8 записывается в первый 9 и второй 10 блок памяти. На первый и второй входы элемента сравнения 12 поступают одинаковые сигналы и на его выходе появляется сигнал, разрешающий работу звуковому генератору 13. Звуковой генератор 13 начинает вырабатывать звуковой сигнал об окончании укатки. Индикатор 14 отображает при этом значение достигнутой степени уплотнения грунта в удобной для водителя форме. По окончании прохода водитель катка переводит переключатель 11 в разомкнутое состояние и направляет каток на неукатанную полосу грунта.

При движении по неукатанному грунту сигнал, поступающий на вход блока регистрации 8 изменяется до уровня соответствующего низкой степени уплотнения грунта и записывается в первый 9 блок памяти. Запись сигнала во второй 10 блок памяти не производится, так как переключатель 11 находится в разомкнутом состоянии. С выхода первого 9 и второго 10 блока памяти на вход элемента сравнения 12 поступают различные сигналы и на ее выходе появляется сигнал, запрещающий работу звуковому генератору 13. Звуковой генератор 13 прекращает вырабатывать звуковой сигнал об окончании укатки. Индикатор 14 отображает при этом значение достигнутой степени уплотнения грунта. С увеличением степени уплотнения грунта сигнал поступающий с выхода первого блока 9 памяти приближается к значению, поступающему со второго 10 блока памяти на элемент сравнения 12. По достижении равенства этих сигналов на выходе схемы сравнения появляется сигнал разрешающий работу звуковому генератору 13. Звуковой генератор 13 начинает вырабатывать звуковой сигнал об окончании укатки. Контроль за достижением необходимой степени уплотнения грунта водитель может также проводить визуально по показаниям индикатора 14.

Испытание предлагаемого способа и устройства для его осуществления показало, что изменение соотношения угловых скоростей рабочего и копирующего органов составляет 12-15% для пневмокатков, 8-10% для кулачковых катков и 3-5% для гладковальцовых катков при изменении степени уплотнения грунта 0,9
1,0.

Литература
1. Уплотнение грунтов обратных засыпок в стесненных условиях строительства, под ред. Бобылева Л.М. М. Стройиздат, 1981, с.235.

Авторское свидетельство СССР N 1449618, кл. E 01 C 23/07.

3. Авторское свидетельство СССР N 746020, кл. E 01 C 23/07.

4. Авторское свидетельство СССР N 1747588, кл. E 01 C 23/07.

5. Дорожные машины. Хархута Н.Я. и др. Л. Машиностроение, 1976, с. 234 236.

6. Там же, с. 42 48.

Формула изобретения

1. Способ непрерывного контроля качества уплотнения грунта дорожным катком путем измерения угловой скорости копирующего и измерительного органов катка и определения величины параметра, характеризующего процесс уплотнения, отличающийся тем, что по измеренным угловым скоростям рассчитывают их значения за фиксированный промежуток времени или участок пройденного пути, вычисляют разность полученных угловых скоростей, а отношение полученной разности к рассчитанной угловой скорости одного из органов используют в качестве параметра, характеризующего процесс уплотнения, при этом измерительным органом является рабочий орган дорожного катка.

2. Устройство непрерывного контроля качества уплотнения грунта, содержащее дорожный каток с рабочим органом, два тахометра, один из которых установлен на рабочем органе и блок определения контролируемого параметра, входы которого соединены с тахометрами, а выход с входом блока регистрации, отличающееся тем, что дорожный каток снабжен копирующим органом, на котором установлен второй тахометр, а блок определения контролируемого параметра выполнен в виде двух элементов усреднения, блока вычитания и блока вычисления отношения, при этом входы элементов усреднения являются входами блока определения контролируемого параметра, выходы элементов усреднения соединены с входами блока вычитания, выход которого соединен с одним из входом блока вычисления отношения, с другим входом которого соединен один из выходов элементов усреднения, выход блока вычисления отношения является выходом блока определения контролируемого параметра.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок регистрации выполнен в виде двух блоков памяти, элемента сравнения, переключателя, индикатора и звукового генератора, при этом вход переключателя и вход первого блока памяти являются входом блока регистрации, выход переключателя через второй блок памяти подключен к одному из входом элемента сравнения, выход первого блока памяти соединен с другим входом элемента сравнения и с входом индикатора, выход элемента сравнения соединен с входом звукового генератора.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что копирующий орган выполнен в виде тягового органа дорожного катка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4