本發(fā)明涉及工程機械技術領域，尤其是一種強夯機自動作業(yè)的控制系統(tǒng)和方法、及強夯機。

背景技術：

目前在基礎設施的地基處理領域，強夯機的應用越來越普遍。強夯機的施工過程中，施工工藝要求對同一點反復夯擊，要求頻繁作業(yè)、高滿載和突然卸載。作業(yè)性能的好壞和施工能力的高低，直接影響著強夯工程的進度、安全、效益。

現(xiàn)有的強夯機采用人工操作，即，人工將夯錘提升到一定的高度進行重復夯擊。因此，在施工過程中，全憑操作者的經(jīng)驗進行操作，需要保持高度的警覺。這種人工操作的方式重復、單調(diào)、容易疲勞，不但操作效率、精度低，而且勞動強度大。另外，每次的夯擊作業(yè)質(zhì)量也需要人工測量，而且為保證作業(yè)質(zhì)量，需要監(jiān)理監(jiān)督。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例的一個目的是實現(xiàn)強夯機的自動作業(yè)。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種強夯機自動作業(yè)的控制系統(tǒng)，包括：壓力傳感器，用于在卷揚馬達提升夯錘的過程中，實時采集卷揚馬達壓力，并傳輸給控制器；卷揚編碼器，用于將卷揚編碼器的實時讀數(shù)傳輸給控制器；控制器，用于在卷揚馬達壓力大于預設壓力時，記錄卷揚編碼器的初始讀數(shù)；根據(jù)卷揚編碼器的實時讀數(shù)與初始讀數(shù)的關系自動控制卷揚馬達停止提升夯錘，所述卷揚編碼器的讀數(shù)的變化反應夯錘提升的高度。

在一個實施例中，所述控制器，在根據(jù)卷揚編碼器的實時讀數(shù)與初 始讀數(shù)的關系控制卷揚馬達停止提升夯錘時，具體用于：判斷實時讀數(shù)與第一次提升夯錘時記錄的初始讀數(shù)的差值是否為預設值，如果為預設值，控制卷揚馬達停止提升夯錘。

在一個實施例中，所述控制器，在根據(jù)卷揚編碼器的實時讀數(shù)與初始讀數(shù)的關系控制卷揚馬達停止提升夯錘時，具體用于：判斷實時讀數(shù)與本次提升夯錘時記錄的初始讀數(shù)的差值是否為預設值，如果為預設值，控制卷揚馬達停止提升夯錘。

在一個實施例中，所述控制器，還用于在夯錘落地后，判斷夯實度是否滿足要求；如果夯實度不滿足要求，則控制卷揚馬達再次提升夯錘。

在一個實施例中，所述系統(tǒng)還包括：無線加速度傳感器，用于根據(jù)采集的夯錘的加速度得到夯實度，并傳輸給所述控制器。

在一個實施例中，所述控制器，還用于在夯錘下落的過程中，判斷夯錘下落的時間是否達到預設時間并且判斷卷揚編碼器的讀數(shù)是否達到預設讀數(shù)；在夯錘下落的時間達到預設時間并且卷揚編碼器的讀數(shù)達到預設讀數(shù)時，控制卷揚制動。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種強夯機，包括上述任一實施例所述的強夯機作業(yè)的控制系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種強夯機自動作業(yè)的控制方法，包括：接收在卷揚馬達提升夯錘的過程中采集的卷揚馬達壓力；在卷揚馬達壓力大于預設壓力時，記錄卷揚編碼器的初始讀數(shù)；根據(jù)卷揚編碼器的實時讀數(shù)與初始讀數(shù)的關系自動控制卷揚馬達停止提升夯錘，所述卷揚編碼器的讀數(shù)的變化反應夯錘提升的高度。

在一個實施例中，所述根據(jù)卷揚編碼器的實時讀數(shù)與初始讀數(shù)的關系控制卷揚馬達停止提升夯錘包括：判斷實時讀數(shù)與第一次提升夯錘時記錄的初始讀數(shù)的差值是否為預設值，如果為預設值，控制卷揚馬達停止提升夯錘。

在一個實施例中，所述根據(jù)卷揚編碼器的實時讀數(shù)與初始讀數(shù)的關系控制卷揚馬達停止提升夯錘包括：判斷實時讀數(shù)與本次提升夯錘時記錄的初始讀數(shù)的差值是否為預設值，如果為預設值，控制卷揚馬達停止 提升夯錘。

在一個實施例中，所述方法還包括：在夯錘落地后，判斷夯實度是否滿足要求；如果夯實度不滿足要求，控制卷揚馬達再次提升夯錘。

在一個實施例中，根據(jù)如下方法確定所述夯實度：通過無線加速度傳感器采集夯錘的加速度；根據(jù)夯錘的加速度的變化情況確定所述夯實度。

在一個實施例中，所述方法還包括：在夯錘下落的過程中，判斷夯錘下落的時間是否達到預設時間并且判斷卷揚編碼器的讀數(shù)是否達到預設讀數(shù)；在夯錘下落的時間達到預設時間并且卷揚編碼器的讀數(shù)達到預設讀數(shù)時，控制卷揚制動。

本發(fā)明實施例至少具有以下有益效果：

一方面，可以根據(jù)卷揚編碼器的實時讀數(shù)與初始讀數(shù)的關系確定夯錘提升的高度，并在該高度處自動控制卷揚馬達停止提升夯錘，以便釋放夯錘進行夯擊作業(yè)，精確快速地實現(xiàn)了強夯機的自動作業(yè)控制，提高了作業(yè)效率和作業(yè)精度；

另一方面，可以通過自動測定夯實度來判定作業(yè)質(zhì)量，節(jié)省了人力資源；

又一方面，通過卷揚編碼器的讀數(shù)和時間兩個標準來確定是否進行卷揚制動，避免了夯錘落地時卷揚亂繩的問題。

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明強夯機自動作業(yè)的控制系統(tǒng)一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是定夯擊高度起夯的示意圖；

圖3是定夯擊勢能起夯的示意圖；

圖4是本發(fā)明強夯機自動作業(yè)的控制系統(tǒng)另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明強夯機自動作業(yè)的控制方法一個實施例的流程示意圖；

圖6是本發(fā)明強夯機自動作業(yè)的控制方法另一個實施例的流程示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數(shù)字表達式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。

同時，應當明白，為了便于描述，附圖中所示出的各個部分的尺寸并不是按照實際的比例關系繪制的。

對于相關領域普通技術人員已知的技術、方法和設備可能不作詳細討論，但在適當情況下，所述技術、方法和設備應當被視為授權說明書的一部分。

在這里示出和討論的所有示例中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它示例可以具有不同的值。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步討論。

首先對本發(fā)明中涉及到的技術術語進行解釋。

定夯擊勢能：將夯錘提升固定垂直距離使其自由下落，給地基以強烈的沖擊力和振動，使地基土在新的狀況下固結(jié)，降低地基土壓縮 性，提高地基土承載能力。

定夯擊高度：將夯錘提到指定水平高度后使其自由下落，給地基以強烈的沖擊力和振動，使地基土在新的狀況下固結(jié)，降低地基土壓縮性，提高地基土承載能力。

無線加速度傳感器：可以由電源模塊、采集處理CPU模塊、無線收發(fā)模塊組成，可以應用于加速度數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測，并可根據(jù)實際需要通過CPU對加速度信號僅處理。使用簡單方便，極大地節(jié)約了測試中由于反復布設有線數(shù)據(jù)采集設備而消耗的人力和物力，

圖1是本發(fā)明強夯機自動作業(yè)的控制系統(tǒng)一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該系統(tǒng)包括：

壓力傳感器101，設置在卷揚馬達上，用于在卷揚馬達提升夯錘的過程中，實時采集卷揚馬達壓力，并傳輸給控制器。

卷揚編碼器102，設置在卷揚馬達上，用于將卷揚編碼器的實時讀數(shù)傳輸給控制器。

例如，可以采用絕對值編碼器實時將卷揚馬達所處的狀態(tài)點的位置信息對應的編碼器讀數(shù)傳輸給控制器。

控制器103，用于在卷揚馬達壓力大于預設壓力時，記錄卷揚編碼器的初始讀數(shù)；根據(jù)卷揚編碼器的實時讀數(shù)與初始讀數(shù)的關系自動控制卷揚馬達停止提升夯錘，以便在夯錘提升的高度處控制夯錘下落；其中，卷揚編碼器的讀數(shù)的變化反應夯錘提升的高度。

具體地，在一次夯擊作業(yè)中，夯錘落地穩(wěn)錘后，卷揚馬達提升夯錘，卷揚馬達壓力F逐漸增大。當卷揚馬達壓力F大于預設壓力f時，可以認為鋼絲繩拉緊，此時記錄下編碼器的初始讀數(shù)N_n。需要指出的是，可以在每次提升夯錘時，當卷揚馬達壓力F大于預設壓力f時，都記錄下編碼器的初始讀數(shù)N_n。例如，第一次提升夯錘時可以將編碼器的初始讀數(shù)N₀，第二次提升夯錘時可以將編碼器的初始讀數(shù)N₁，以此類推。

根據(jù)實際工況的需要可以選取夯錘自動釋放的判定條件。由于卷揚編碼器的讀數(shù)的變化可以反應夯錘提升的高度，因此，根據(jù)卷揚編碼器的實時讀數(shù)與初始讀數(shù)的關系，可以確定夯錘是否到達指定水平高度 (定夯擊高度模式)，或者可以確定夯錘提升的距離是否到達固定垂直距離(定夯擊勢能模式)，從而可以通過控制器自動控制卷揚馬達停止提升夯錘。

本實施例可以以根據(jù)卷揚編碼器的實時讀數(shù)與初始讀數(shù)的關系確定夯錘提升的高度，并在該高度處自動控制卷揚馬達停止提升夯錘，以便釋放夯錘進行夯擊作業(yè)，精確快速地實現(xiàn)了強夯機的自動作業(yè)控制，提高了作業(yè)效率和作業(yè)精度。

控制器可以根據(jù)卷揚編碼器的實時讀數(shù)與初始讀數(shù)的關系確定在定夯擊高度或定夯擊勢能兩種模式下進行夯擊作業(yè)。

在一個實施例中，定夯擊高度模式下，控制器在根據(jù)卷揚編碼器的實時讀數(shù)與初始讀數(shù)的關系控制卷揚馬達停止提升夯錘時，具體用于：判斷實時讀數(shù)與第一次提升夯錘時記錄的初始讀數(shù)的差值是否為預設值，如果為預設值，控制卷揚馬達停止提升夯錘。

在另一個實施例中，定夯擊勢能模式下，控制器在根據(jù)卷揚編碼器的實時讀數(shù)與初始讀數(shù)的關系控制卷揚馬達停止提升夯錘時，具體用于：判斷實時讀數(shù)與本次提升夯錘時記錄的初始讀數(shù)的差值是否為預設值，如果為預設值，控制卷揚馬達停止提升夯錘。

下面結(jié)合圖2和圖3分別對上述兩個實施例的定夯擊高度和定夯擊勢能兩種作業(yè)模式進行說明。假設卷揚編碼器提升夯錘高度H，對應卷揚編碼器的讀數(shù)變化為N，上述預設值和預設值均可以設置為H。

圖2是定夯擊高度起夯的示意圖。如圖2所示，采用定夯擊高度自動釋放，當卷揚編碼器的實時讀數(shù)與第一次提升夯錘記錄的初始讀數(shù)N₀的差值為N時，表示夯錘提升到絕對水平高度H處，此時卷揚編碼器的實時讀數(shù)為N+N₀，控制器控制卷揚停止提升夯錘，并進行T時間穩(wěn)錘。

圖3是定夯擊勢能起夯的示意圖。如圖3所示，采用定夯擊勢能自動釋放，當卷揚編碼器的實時讀數(shù)與本次提升夯錘記錄的初始讀數(shù)N_n的差值為N時，表示夯錘提升的固定垂直距離為H，此時卷揚編碼器的讀數(shù)為N+N_n，控制器控制卷揚停止提升夯錘，并進行T時間穩(wěn)錘。

在實際應用中，定夯擊高度適應于夯擊地基硬度大，相鄰兩次夯錘落距差相差不大的工況。而定勢能夯擊適應范圍更廣，滿足夯能要求更精準。可以選取不同的作業(yè)模式，使得控制器可以根據(jù)卷揚編碼器的實時讀數(shù)來控制卷揚停止提升夯錘，然后進行夯錘的釋放。

在本發(fā)明強夯機自動作業(yè)的控制系統(tǒng)的另一個實施例中，控制器103，還用于在夯錘落地后，判斷夯實度是否滿足要求；如果夯實度不滿足要求，則控制卷揚馬達再次提升夯錘。

具體地，控制器控制卷揚停止提升夯錘后，可以通過控制電磁閥組先打開離合器，設定一定延時后打開制動器自動放錘。夯錘落地后，判斷夯實度是否滿足要求；如果夯實度不滿足要求，則通過控制電磁閥組控制卷揚馬達再次提升夯錘，重復夯擊作業(yè)過程；如果夯實度滿足要求，則可以結(jié)束夯擊作業(yè)。

在又一個實施例中，參見圖4，強夯機自動作業(yè)的控制系統(tǒng)還可以包括：無線加速度傳感器104，用于根據(jù)采集的夯錘的加速度的變化情況得到夯實度，并傳輸給控制器。

具體地，無線加速度傳感器采集夯錘的加速度，并可以通過內(nèi)部CPU對加速度信號進行處理得到夯實度。該處理可以是利用夯實度與夯擊作用時間的反比關系式，根據(jù)夯錘的夯擊作用時間計算出土體的夯實度。

夯擊作用時間可以根據(jù)加速度的變化情況得到，下面列舉兩種得到夯擊作用時間的方式。

一種方式下，在單次夯擊過程中，當夯錘的加速度首次等于設定的加速度閾值時，CPU觸發(fā)一個定時器開始計時，當夯錘的加速度再次等于設定的加速度閾值時，定時器停止計時，此時的計時時間即為夯錘的夯擊作用時間。

另一種方式下，為了得到更精確的夯擊作用時間，在單次夯擊過程中，當夯錘的加速度首次等于設定的加速度閾值時，CPU觸發(fā)一個定時器開始計時，并同時觸發(fā)一個計數(shù)器開始測定采樣數(shù)目，當夯錘的加速度再次等于該設定的加速度閾值時，定時器和計數(shù)器同時停止工作， 此時定時器的計時時間可以表示為ΔT₀，計數(shù)器的計數(shù)為n，則夯錘的夯擊作用時間可以表示為ΔT＝αΔT₀+(1-α)nΔt，其中△t為無線加速度傳感器的采樣周期，α可以取0.5。

作為一個優(yōu)選實施例，控制器103，還用于在夯錘下落的過程中，判斷夯錘下落的時間是否達到預設時間并且判斷卷揚編碼器的讀數(shù)是否達到預設讀數(shù)；在夯錘下落的時間達到預設時間并且卷揚編碼器的讀數(shù)達到預設讀數(shù)時，控制卷揚制動。

其中，預設時間(也稱快放時間)可以根據(jù)不同夯能的車輛在出廠前，在試驗現(xiàn)場通過逐漸減小t的方式，確定達到良好的不亂繩的狀態(tài)時的快放時間t；另外，為了保護快放的合理性，可以給卷揚編碼器設定一個預設讀數(shù)n，預設讀數(shù)n例如可以設置在控制器的程序中。

本實施例中，通過雙重驗證，即當同時滿足預設時間t和編碼器的預設讀數(shù)n時，控制器才通過控制電磁閥組先關閉制動器，延時后關閉離合器，以實現(xiàn)卷揚制動，在保證安全的前提下避免了夯錘落地亂繩的問題。

本發(fā)明實施例提供的強夯機作業(yè)的控制系統(tǒng)可以應用在強夯機上。

本發(fā)明強夯機的一個實施例中，可以包括上述任一實施例的強夯機作業(yè)的控制系統(tǒng)。

本說明書中各個實施例均采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處，各個實施例之間相同或相似的部分相互參見即可。對于方法實施例而言，由于其與系統(tǒng)實施例基本對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見系統(tǒng)實施例的部分說明即可。

圖5是本發(fā)明強夯機自動作業(yè)的控制方法一個實施例的流程示意圖。如圖5所示，該方法包括如下步驟：

步驟502，接收在卷揚馬達提升夯錘的過程中采集的卷揚馬達壓力；

步驟504，在卷揚馬達壓力大于預設壓力時，記錄卷揚編碼器的初始讀數(shù)；

步驟506，根據(jù)卷揚編碼器的實時讀數(shù)與初始讀數(shù)的關系自動控制卷揚馬達停止提升夯錘，以便在夯錘提升的高度處控制夯錘下落；其中， 卷揚編碼器的讀數(shù)的變化反應夯錘提升的高度。

本實施例可以根據(jù)卷揚編碼器的實時讀數(shù)與初始讀數(shù)的關系確定夯錘提升的高度，并在該高度處自動控制卷揚馬達停止提升夯錘，以便釋放夯錘進行夯擊作業(yè)，精確快速地實現(xiàn)了強夯機的自動作業(yè)控制，提高了作業(yè)效率和作業(yè)精度。

在一個具體實施例中，圖5所示的步驟506可以通過以下方式來實現(xiàn)：判斷實時讀數(shù)與第一次提升夯錘時記錄的初始讀數(shù)的差值是否為預設值，如果為預設值，控制卷揚馬達停止提升夯錘。該實施例對應定夯擊高度作業(yè)模式。

在一個具體實施例中，圖5所示的步驟506可以通過以下方式來實現(xiàn)：判斷實時讀數(shù)與本次提升夯錘時記錄的初始讀數(shù)的差值是否為預設值，如果為預設值，控制卷揚馬達停止提升夯錘。該實施例對應定夯擊勢能作業(yè)模式。

上述兩個實施例的具體實現(xiàn)過程可以參見上面的描述，在此就不再詳細說明了。

在本發(fā)明強夯機自動作業(yè)的控制方法的又一個實施例中，還可以包括：在夯錘落地后，判斷夯實度是否滿足要求；如果夯實度不滿足要求，控制卷揚馬達再次提升夯錘。

作為確定夯實度的一個非限制性示例，可以通過無線加速度傳感器采集夯錘的加速度；根據(jù)夯錘的加速度的變化情況確定夯實度。具體的確定過程可以參見上面的描述，在此不再贅述。

為了避免夯錘落地時的卷揚亂繩，在本發(fā)明強夯機自動作業(yè)的控制方法的再一個實施例中，還可以包括：在夯錘下落的過程中，判斷夯錘下落的時間是否達到預設時間并且判斷卷揚編碼器的讀數(shù)是否達到預設讀數(shù)；在夯錘下落的時間達到預設時間并且卷揚編碼器的讀數(shù)達到預設讀數(shù)時，控制卷揚制動。

圖6是本發(fā)明強夯機自動作業(yè)的控制方法另一個實施例的流程示意圖。如圖6所示，強夯機到達新的夯擊點夯錘落地穩(wěn)錘后，自動夯擊作業(yè)開始。

步驟S1，夯錘落地穩(wěn)錘后，判斷夯實度是否滿足要求(其中，首次判斷時可以將夯實度設定為不滿足夯實度要求的初始值)；否(N)，執(zhí)行步驟S2；

步驟S2，控制卷揚馬達提升夯錘，并采集卷揚馬達壓力F，F(xiàn)的值隨著夯錘的提升會逐漸增大；

步驟S3，判斷卷揚馬達壓力F是否大于預設壓力f；是，可以認為鋼絲繩拉緊，執(zhí)行步驟S4；

步驟S4，記錄卷揚編碼器的初始讀數(shù)N_n；

步驟S5，根據(jù)用戶的選擇執(zhí)行定夯擊高度作業(yè)模式或定夯擊勢能作業(yè)模式；

步驟S6，如果執(zhí)行定夯擊高度作業(yè)模式，則在卷揚編碼器實時讀數(shù)為N+N₀時，執(zhí)行步驟S7；如果執(zhí)行定夯擊勢能作業(yè)模式，則在卷揚編碼器實時讀數(shù)為N+N_n時，執(zhí)行步驟S7；

步驟S7，控制卷揚馬達自動停止提升夯錘；

步驟S8，穩(wěn)錘T時間；

步驟S9，控制夯錘下落；

步驟S10，判斷卷揚編碼器的讀數(shù)是否達到預設讀數(shù)，并判斷夯錘的下落時間是否滿足預設時間；是，執(zhí)行步驟S11；

步驟S11，控制卷揚制動；返回執(zhí)行步驟S1。

本實施例一方面，可以根據(jù)卷揚編碼器的實時讀數(shù)與初始讀數(shù)的關系確定夯錘提升的高度，并在該高度處自動控制卷揚馬達停止提升夯錘，以便釋放夯錘進行夯擊作業(yè)，精確快速地實現(xiàn)了強夯機的自動作業(yè)控制，節(jié)省了人力資源，提高了作業(yè)效率和作業(yè)精度；并且，可以根據(jù)用戶的選擇執(zhí)行定夯擊高度作業(yè)模式或定夯擊勢能作業(yè)模式；另一方面，通過卷揚編碼器的讀數(shù)和時間兩個標準來確定是否進行卷揚制動，避免了夯錘落地時卷揚亂繩的問題。

本領域普通技術人員可以理解：實現(xiàn)上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實施例的 步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括：ROM、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

本發(fā)明的描述是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā)明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領域的普通技術人員而言是顯然的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實際應用，并且使本領域的普通技術人員能夠理解本發(fā)明從而設計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。