本發(fā)明主要涉及公路、鐵路以及機(jī)場等路基和路面壓實度檢測技術(shù)，尤其涉及一種灌砂法壓實度智能檢測系統(tǒng)及其檢測方法。

背景技術(shù)：

公路、鐵路和機(jī)場等基層及面層的填筑壓實都需要進(jìn)行壓實度的檢測，在現(xiàn)有的檢測方法中，灌砂法使用最為廣泛?；趯簩嵍荣|(zhì)量的嚴(yán)格控制以確保工程質(zhì)量，現(xiàn)行規(guī)范對壓實度檢測的頻次要求較高。工程實踐中壓實度檢測往往是試驗檢測人員勞動強度很大的一個項目，路基施工的高峰季節(jié)需要大批的試驗人員駐現(xiàn)場進(jìn)行檢測，現(xiàn)場人工挖孔、灌砂、回收砂、燒含水率等一系列工作比較繁瑣，通常兩人配合完成一個孔的全部檢測直至最后得到測點的壓實度至少需要1個小時，效率很低，為滿足檢測頻次要求，檢測數(shù)據(jù)作假的現(xiàn)象經(jīng)常性出現(xiàn)。這對土方填筑質(zhì)量的控制是十分不利的，因檢測不到位導(dǎo)致填筑壓實不合格的工程通過驗收，后續(xù)將導(dǎo)致工程運營期間沉淀、開裂等一系列問題，嚴(yán)重縮短工程的實際使用壽命，造成不利的社會影響。且隨著我國工程建設(shè)對質(zhì)量問題的高度重視、對施工過程規(guī)范化的要求，現(xiàn)階段落后的現(xiàn)場人工檢測手段已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種自動化程度高、檢測效率高、準(zhǔn)確度高的灌砂法壓實度智能檢測系統(tǒng)。本發(fā)明進(jìn)一步提供該檢測系統(tǒng)的檢測方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種灌砂法壓實度智能檢測系統(tǒng)，包括plc控制器、移動小車、活動框架、挖孔取土裝置、用于存儲標(biāo)準(zhǔn)砂的儲砂桶、用于測試土體密度的灌砂裝置、稱重裝置、含水率測試裝置及儲土盒，所述活動框架通過支撐桿設(shè)于所述移動小車上，所述支撐桿上下兩端分別與活動框架和移動小車鉸接，所述移動小車和活動框架之間設(shè)有用于驅(qū)動活動框架擺動的驅(qū)動裝置，所述挖孔取土裝置和所述灌砂裝置設(shè)于所述活動框架上，所述儲砂桶設(shè)于所述移動小車上，所述灌砂裝置位于所述儲砂桶下方。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

所述活動框架左右兩側(cè)分別設(shè)有左接近傳感器和右接近傳感器，所述移動小車左側(cè)設(shè)有與所述左接近傳感器配合的左感應(yīng)片，所述移動小車右側(cè)設(shè)有與所述右接近傳感器配合的右感應(yīng)片。

所述挖孔取土裝置包括取土桶、取土葉輪、取土桿、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、滑座、豎桿以及用于控制滑座升降速度的升降電機(jī)，所述取土桶和所述豎桿固設(shè)于所述活動框架上，所述取土桶底部敞開且桶壁上設(shè)有出土口，所述取土葉輪位于所述取土桶內(nèi)并通過所述取土桿與所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸連接，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)和所述升降電機(jī)均安裝于所述滑座上，所述滑座滑設(shè)于所述豎桿上。

所述滑座上下兩側(cè)分別設(shè)有上接近傳感器和下接近傳感器，所述豎桿上端設(shè)有與所述上接近傳感器配合的上感應(yīng)片，所述豎桿下端設(shè)有與所述下接近傳感器配合的下感應(yīng)片。

所述灌砂裝置包括灌砂桶和灌砂稱重傳感器，所述灌砂稱重傳感器設(shè)于所述活動框架上，所述灌砂桶設(shè)于所述灌砂稱重傳感器上，所述灌砂桶底部設(shè)有錐形件，所述錐形件沿軸向設(shè)有灌砂孔，所述灌砂桶于所述錐形件頂部設(shè)有用于開關(guān)所述灌砂孔的開關(guān)閥。

所述含水率測試裝置設(shè)有至少兩套，各套含水率測試裝置包括6-8khz高頻加熱器、加熱線圈、坩堝以及含水率稱重傳感器，所述高頻加熱器與所述加熱線圈電連接，所述坩堝設(shè)于所述加熱線圈內(nèi)，所述含水率稱重傳感器設(shè)于所述坩堝底部。

所述移動小車上還設(shè)有廢砂回收桶，所述廢砂回收桶上設(shè)有吸砂管。

所述驅(qū)動裝置包括驅(qū)動電機(jī)、萬向節(jié)及傳動螺桿，所述驅(qū)動電機(jī)安裝于所述活動框架上，所述傳動螺桿穿設(shè)于所述移動小車的螺孔中，所述驅(qū)動電機(jī)的輸出軸通過所述萬向節(jié)與所述傳動螺桿連接。

所述稱重裝置包括設(shè)于所述移動小車上的稱重傳感器及設(shè)于所述稱重傳感器上的稱重框架。

一種上述的灌砂法壓實度智能檢測系統(tǒng)的檢測方法，包括以下步驟：

s1挖孔取土：驅(qū)動裝置驅(qū)動活動框架相對移動小車正向擺動，活動框架帶動挖孔取土裝置運動，挖孔取土裝置運動至路面測試點后開始挖孔取土；

s2轉(zhuǎn)運稱重：儲土盒將挖孔取土裝置挖出來的全部土體轉(zhuǎn)運至稱重裝置并完成稱重；

s3含水率測試與灌砂：完成稱重后的土體取部分試樣轉(zhuǎn)運至含水率測試裝置進(jìn)行含水率測試；同時，儲砂桶往灌砂裝置中輸送標(biāo)準(zhǔn)砂直至灌砂裝置達(dá)到設(shè)定重量并記錄重量數(shù)據(jù)，驅(qū)動裝置驅(qū)動活動框架相對移動小車反向擺動，活動框架帶動灌砂裝置運動，灌砂裝置運動至路面測試點的測試孔處時停止并往孔內(nèi)灌滿砂，再次記錄灌砂裝置的重量數(shù)據(jù)，結(jié)合s2得到的測試孔土重量計算得到土體密度；

s4得到壓實度值：待完成含水率測試之后，稱量烘干后的土體重量并計算得到土體含水率，然后結(jié)合步驟s3得到的土體密度計算得到路面測試點的壓實度值。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)選，所述的灌砂法壓實度智能檢測系統(tǒng)的檢測方法，包括以下步驟：

s1挖孔取土：驅(qū)動裝置驅(qū)動活動框架相對移動小車正向擺動，活動框架帶動挖孔取土裝置運動，挖孔取土裝置運動至路面測試點后，plc控制器控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)和升降電機(jī)啟動，取土桿與取土葉輪自滑座往下運動，取土葉輪切割土體；

s2轉(zhuǎn)運稱重：儲土盒將挖孔取土裝置挖出來的全部土體轉(zhuǎn)運至稱重裝置并完成稱重；

s3含水率測試與灌砂：完成稱重后的土體取部分試樣轉(zhuǎn)運至含水率測試裝置進(jìn)行含水率測試；同時，儲砂桶往灌砂裝置中輸送標(biāo)準(zhǔn)砂直至灌砂裝置達(dá)到設(shè)定重量并記錄重量數(shù)據(jù)，驅(qū)動裝置驅(qū)動活動框架相對移動小車反向擺動，活動框架帶動灌砂裝置運動，灌砂裝置運動至路面測試點的測試孔處時停止，plc控制器控制灌砂裝置往孔內(nèi)灌滿砂，經(jīng)過80至100s后plc控制器控制關(guān)灌砂裝置停止灌砂，同時驅(qū)動裝置驅(qū)動活動框架相對移動小車正向擺動至垂直水平面位置，灌砂桶與地面脫離懸空，再次記錄灌砂裝置的重量數(shù)據(jù)，結(jié)合s2得到的測試孔土重量計算得到土體密度；

s4得到壓實度值：待完成含水率測試之后，稱量烘干后的土體重量并計算得到土體含水率，然后結(jié)合步驟s3得到的土體密度計算得到路面測試點的壓實度值。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明公開的灌砂法壓實度智能檢測系統(tǒng)，其利用移動小車、活動框架、挖孔取土裝置、儲砂桶、灌砂裝置、稱重裝置、含水率測試裝置、儲土盒及驅(qū)動裝置等實現(xiàn)灌砂法壓實度檢測，系統(tǒng)自動化程度高、檢測效率高（經(jīng)多次測試可提高5-8倍）且減少了人工檢測的誤差及勞動強度。本發(fā)明公開的檢測方法，操作便利，檢測精確度高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明灌砂法壓實度智能檢測系統(tǒng)的正面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明灌砂法壓實度智能檢測系統(tǒng)的背面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明中的儲土盒的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明灌砂法壓實度智能檢測系統(tǒng)的檢測方法的流程圖。

圖中各標(biāo)號表示：1、移動小車；11、左感應(yīng)片；12、右感應(yīng)片；2、活動框架；21、左接近傳感器；22、右接近傳感器；3、挖孔取土裝置；31、取土桶；311、出土口；32、取土葉輪；33、取土桿；34、旋轉(zhuǎn)電機(jī)；35、滑座；351、上接近傳感器；352、下接近傳感器；36、豎桿；361、上感應(yīng)片；362、下感應(yīng)片；37、升降電機(jī)；4、儲砂桶；5、灌砂裝置；51、灌砂桶；511、錐形件；52、灌砂稱重傳感器；53、開關(guān)閥；6、稱重裝置；61、稱重傳感器；62、稱重框架；7、含水率測試裝置；71、高頻加熱器；72、加熱線圈；73、坩堝；74、含水率稱重傳感器；8、儲土盒；9、驅(qū)動裝置；91、驅(qū)動電機(jī)；92、萬向節(jié)；93、傳動螺桿；100、廢砂回收桶；101、吸砂管；200、plc控制器；300、支撐桿。

具體實施方式

以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1、圖2和圖3所示，本實施例的灌砂法壓實度智能檢測系統(tǒng)，包括plc控制器200、移動小車1、活動框架2、挖孔取土裝置3、用于存儲標(biāo)準(zhǔn)砂的儲砂桶4、用于測試土體密度的灌砂裝置5、稱重裝置6、含水率測試裝置7及儲土盒8，活動框架2通過支撐桿300設(shè)于移動小車1上，支撐桿300上下兩端分別與活動框架2和移動小車1鉸接，移動小車1和活動框架2之間設(shè)有用于驅(qū)動活動框架2擺動的驅(qū)動裝置9，挖孔取土裝置3和灌砂裝置5設(shè)于活動框架2上，儲砂桶4、重裝置6及含水率測試裝置7均設(shè)于移動小車1上，灌砂裝置5位于儲砂桶4下方。

該灌砂法壓實度智能檢測系統(tǒng)，其利用移動小車1、活動框架2、挖孔取土裝置3、儲砂桶4、灌砂裝置5、稱重裝置6、含水率測試裝置7、儲土盒8及驅(qū)動裝置9等實現(xiàn)灌砂法壓實度檢測，由plc控制器200實現(xiàn)各部件及部件之間的自動化動作，提高系統(tǒng)的自動化、智能化程度以及運動精度、檢測效率高（經(jīng)多次測試可提高5-8倍）且減少了人工檢測的誤差及勞動強度。

本實施例中，活動框架2左右兩側(cè)分別設(shè)有左接近傳感器21和右接近傳感器22，移動小車1左側(cè)設(shè)有與左接近傳感器21配合的左感應(yīng)片11，移動小車1右側(cè)設(shè)有與右接近傳感器22配合的右感應(yīng)片12，當(dāng)活動框架2向左側(cè)擺動時，左接近傳感器21感應(yīng)到左感應(yīng)片11時，活動框架2則停止運動；右接近傳感器22和右感應(yīng)片12之間的配合關(guān)系與左接近傳感器21和左感應(yīng)片11之間的配合關(guān)系相同，這樣便可以保證活動框架2及其上安裝的裝置的運動精度。

本實施例中，挖孔取土裝置3包括取土桶31、取土葉輪32、取土桿33、旋轉(zhuǎn)電機(jī)34、滑座35、豎桿36以及用于控制滑座35升降速度的升降電機(jī)37，取土桶31和豎桿36固設(shè)于活動框架2上，取土桶31底部敞開且桶壁上設(shè)有出土口311，取土葉輪32位于取土桶31內(nèi)并通過取土桿33與旋轉(zhuǎn)電機(jī)34的輸出軸連接，旋轉(zhuǎn)電機(jī)34和升降電機(jī)37均安裝于滑座35上，滑座35滑設(shè)于豎桿36上。

本實施例中，滑座35上下兩側(cè)分別設(shè)有上接近傳感器351和下接近傳感器352，豎桿36上端設(shè)有與上接近傳感器351配合的上感應(yīng)片361，豎桿36下端設(shè)有與下接近傳感器352配合的下感應(yīng)片362。

本實施例中，灌砂裝置5包括灌砂桶51和灌砂稱重傳感器52，灌砂稱重傳感器52設(shè)于活動框架2上，灌砂桶51設(shè)于灌砂稱重傳感器52上，灌砂桶51底部設(shè)有錐形件511，錐形件511沿軸向設(shè)有灌砂孔，灌砂桶51于錐形件511頂部設(shè)有用于開關(guān)灌砂孔的開關(guān)閥53。

本實施例中，含水率測試裝置7設(shè)有兩套，各套含水率測試裝置7包括6-8khz高頻加熱器71、加熱線圈72、坩堝73以及含水率稱重傳感器74，高頻加熱器71與加熱線圈72電連接，坩堝73設(shè)于加熱線圈72內(nèi)，含水率稱重傳感器74設(shè)于坩堝73底部，該種含水率測試裝置7相比傳統(tǒng)的燃燒酒精烘干可以提高3倍的效率。

本實施例中，移動小車1上還設(shè)有廢砂回收桶100，廢砂回收桶100上設(shè)有吸砂管101。

本實施例中，驅(qū)動裝置9包括驅(qū)動電機(jī)91、萬向節(jié)92及傳動螺桿93，驅(qū)動電機(jī)91安裝于活動框架2上，傳動螺桿93穿設(shè)于移動小車1的螺孔中，驅(qū)動電機(jī)91的輸出軸通過萬向節(jié)92與傳動螺桿93連接。

本實施例中，稱重裝置6包括設(shè)于移動小車1上的稱重傳感器61及設(shè)于稱重傳感器61上的稱重框架62，儲土盒8置于稱重框架62上即可實現(xiàn)稱重。

本實施例中，升降電機(jī)37和驅(qū)動電機(jī)91均為步進(jìn)電機(jī)。

如圖4所示，上述灌砂法壓實度智能檢測系統(tǒng)的具體檢測方法如下：

準(zhǔn)備：

確定好測試點位置，將系統(tǒng)移動到該處，固定移動小車1的腳輪確保工作過程中不因振動而偏位。

啟動系統(tǒng)，輸入?yún)?shù)：

系統(tǒng)就位后啟動系統(tǒng)，調(diào)取或?qū)懭霚y試點編號及其它信息。

挖孔取土：

驅(qū)動電機(jī)91啟動，推動活動框架2向左下方擺動，左接近傳感器21感應(yīng)到左感應(yīng)片11后，驅(qū)動電機(jī)91停止，此時取土桶31底面緊貼路基或路面表面，將儲土盒8放置在出土口311的側(cè)下方，此時旋轉(zhuǎn)電機(jī)34與升降電機(jī)37同時啟動，升降電機(jī)37控制滑座35沿豎桿36的移動的速度，旋轉(zhuǎn)電機(jī)34帶動取土桿33上的合金鋼取土葉輪32轉(zhuǎn)動下挖并將土體自出土口311輸入儲土盒8內(nèi)，當(dāng)下接近傳感器352感應(yīng)到下感應(yīng)片362時表明下挖深度已經(jīng)達(dá)到150mm，隨即升降電機(jī)37停止，旋轉(zhuǎn)電機(jī)34仍保持開啟20-45s，保證取土孔底部的土由取土葉輪32全部帶出，隨后升降電機(jī)37反向轉(zhuǎn)動，帶動滑座35上升直至上接近傳感器351感應(yīng)到上感應(yīng)片361時停止，此時升降電機(jī)37停止運轉(zhuǎn)，取土過程完成。

稱量試坑土重量及測試含水率：

將儲土盒8放置在稱重框架62上由稱重傳感器61稱量取土的重量，并手動取出兩份試樣，每份約100-150g加入石墨材質(zhì)的坩堝73內(nèi)，啟動含水率測試，進(jìn)行土體烘干約8-10min，然后取平均含水率數(shù)據(jù)。

灌砂：

啟動灌砂，此時儲砂桶4底部的電動閥門（圖中未標(biāo)示）開啟，儲砂桶4往灌砂桶51內(nèi)加入標(biāo)準(zhǔn)砂直至灌砂桶51重量達(dá)到9000g后停止，灌砂桶51重量由灌砂稱重傳感器52稱量。隨后驅(qū)動電機(jī)91反向轉(zhuǎn)動，通過萬向節(jié)92推動傳動螺桿93往右下方轉(zhuǎn)動，活動框架2自左下方向右下方擺動，直至右接近傳感器22感應(yīng)到右感應(yīng)片12后停止，此時灌砂桶51移動至剛才取土的位置并緊貼地面，plc200控制開關(guān)閥53打開（本實施中開關(guān)閥53為平閥）露出灌砂桶51底部的錐形件511，標(biāo)準(zhǔn)砂自錐形件511中心的灌砂孔流入試坑內(nèi)，此過程約進(jìn)行90s后灌砂桶51內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)砂不再下降，plc200控制控制開關(guān)閥53關(guān)閉灌砂孔，此時驅(qū)動電機(jī)91正向轉(zhuǎn)動，活動框架2運動至初始位置，此時灌砂稱重傳感器52稱重得到灌砂桶51的重量，結(jié)合試坑土重量和錐體砂重量、標(biāo)準(zhǔn)砂密度計算得到試坑中的砂的重量以及體積，計算得到土體密度。

含水率與壓實度計算：

等待稍許時間，兩組石墨坩堝73完成土體的烘干，含水率稱重傳感器74完成石墨坩堝73內(nèi)烘干土樣的稱重，計算得到平均含水率，并通過平均含水率與現(xiàn)場實測土體密度等數(shù)據(jù)計算得到該測點的實際壓實度。

廢砂回收：

啟動廢砂回收桶100，將廢砂回收桶100上的吸砂管101伸入試坑中吸砂，將廢砂吸入廢砂回收桶100中。

雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。