一种插扳机测量系统及应用方法与流程

本发明属于软土地基处理技术领域。

背景技术：

在软土地基中打设排水板是一种在土体中增加排水通道，加速软土地基排水，降低软土地基软土地基固结沉降时间的方法。插板机是一种打设排水板的常用设备。目前插板机械种类较多，根据插板机械行走装置可分为钢轨式振动插板机、履带式插板机、步履式插板机、轻型插板机等。不同插板机排水板卷基本采用钢管或钢筋悬挂，或不悬挂排水板卷，将排水板卷直接放置地面上，有人工进行释放或收取排水板，此举人工工作量较大，且排水板释放或收取效率较低。

现有插板机排水板挂带装置在大风天气条件下存在排水板飘带现象，排水板盘带处易出现排水板散落一地状况，排水板易出现打折弯曲的情况，人工整理工作量大且工作繁复的问题。排水板插设深度无法自动测量，只能依靠插入土体的含丝排水板(排水板加工过程中插入钢丝或其它材质丝线)抽丝，人工测量抽丝长度，进而确定排水板插设深度。排水板插设深度人工测量工作量大，只能部分桩点排水板插设深度检测，且抽丝过程如果丝线断掉，则该桩点排水板插设深度面临无法测量的窘境。插板机的上述缺点已严重影响稳定、高效地插设塑料排水板，因此市场上迫切需求排水板收放、测量装置及测量方法。

技术实现要素：

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

插板机测量系统包括防飘带装置14、电机1、定扭力装置、排水板收放量测量装置15、排水板16、计算机17。所述防飘带装置14、定扭力装置、电机1三者依序同轴。排水板16作为插板作业的耗品，成卷的排水板16安装于防飘带装置14作为起始点，经过排水板收放量测量装置15，最后输入插板机插管。计算机17上安装有排水板用量计算模块。受远端插板机插管的牵引，排水板16从防飘带装置14伸出，经过排水板收放量测量装置15后进入插扳机插管(插管为现有技术)，防飘带装置14能实现插板(排水板16随插管进入土体)过程中排水板16收取和释放的功能，定扭力装置辅助电机1为保障防飘带装置14正常收取排水板16的装置，排水板收放量测量装置15可对经过的排水板16长度精确测量，测量数据传输至计算机17进行插板深度计算，从而实现排水板用量精准测量的功能。

具体实现时，所述防飘带装置14，包括排水板盘、固定支架6等构件；排水板盘包括排水板盘带固定架4、排水板盘带内撑7、排水板盘转轴18、转盘8等器件，其中：排水板盘安装于定扭力装置右侧，通过排水板盘转轴18与定扭力装置连接。排水板盘带固定架4包括左右两个排水板盘带固定架，均安装于排水板盘转轴18上，排水板盘带内撑7固定于右排水板盘带固定架4中心处，用于固定排水板卷。排水板盘用于固定排水板卷(一定长度排水板16绕成一卷)，即排水板卷固定在两个排水板盘带固定架4之间，并用于收放排水板16。转盘8排水板盘转轴18螺栓连接，用于固定右排水板盘带固定架4，当一个排水板卷用完后，拆卸转盘8、右排水板盘带固定架4后可更换排水板卷，该装置拆卸方便，便于更换排水板卷。固定支架6为钢结构，一端与插板机固定，用于为排水板收放量测量装置15其它构件提供支撑结构。

所述定扭力装置，包括转轴连接法兰3、定扭力转子2、卡箍5。定扭力装置为实施过程中防止排水板崩断或电机1闷机故障(电机扭力带不动转轴)而设计的保护装置。定扭力装置安装在电机1右侧，固定在固定支架6平台上。定扭力转子2一端与电机1转轴连接，另一端与排水板盘转轴18连接。转轴连接法兰3安装与定扭力转子2外部，用于固定电机1转轴和排水板盘转轴18使两者连接，促使两转轴转动时保持同轴转动。卡箍5用于固定排水板盘转轴18，与固定支架6平台螺栓连接。

所述定扭力转子2，包括橡胶垫片25、摩擦装置20、摩擦片21、摩擦杆22、转轴23、螺栓24等构件。其中，橡胶垫片25两个，用于螺栓24与摩擦装置20垫片作用；摩擦装置20左右各一个，安装于摩擦片21两侧，与摩擦片21直接接触，其中心与转轴23均固定接触，与摩擦杆22摩擦接触；摩擦片21为双面摩擦装置，表面设置摩擦层，增加与摩擦装置20之间摩擦力；左侧转轴23与排水板盘转轴18固定连接，右侧转轴23与电机1转轴固定连接。摩擦杆22用于固定摩擦片21，防止转动过程中摩擦片21位置偏移；左右两个螺栓24用于调整左右摩擦装置20与摩擦片21之间的摩擦力，即左右两个螺栓24拧得越紧，摩擦装置20与摩擦片21之间的摩擦力越大。

所述定扭力装置通过转轴23将电机1转动扭力传递至右侧摩擦装置20，右侧摩擦装置20随电机1同步转动，右侧摩擦装置20依靠右侧摩擦装置20与摩擦片21之间的摩擦力f1、左侧摩擦装置20与摩擦片21之间的摩擦力f2，将电机1转动力n传递给左侧摩擦装置20，左侧摩擦装置20通过左侧转轴23带动排水板盘转轴18转动，可通过改变定扭力转子螺栓松紧调节定扭力值。

所述排水板收放量测量装置15包括：排水板编码器9、第一滚轴10、第二滚轴11、弹簧12、支架13等构件。排水板编码器9安装于第一滚轴10左侧，与第一滚轴10同轴转动；第二滚轴11安装在第一滚轴10下部；弹簧12安装在第二滚轴11轴端两侧下部，用于提供第二滚轴11向上力f1，保证第二滚轴11轴与第一滚轴10紧密贴合；支架13一端固定在插板机，用于为排水板收放量测量装置15各构件提供支撑。排水板从第二滚轴11轴与第一滚轴10两滚轴间间隙穿过，测量经过两滚轴间排水板16的长度，排水板卷收放过程中，排水板依靠与第一滚轴10之间摩擦力，带动第一滚轴10转动，排水板编码器记录第一滚轴10转动圈数n，提供给计算机17执行排水板用量计算模块，即计算运行：第一滚轴10周长为s，则排水板卷收放量的绝对值l为n*s。

所述计算机17安装在驾驶室，与排水板编码器9、电机1直接连接，排水板编码器9测量数据传输至计算机17，并保存在计算机17存储卡中。在计算机17中设定排水板编码器9顺时针转动为正值，排水板编码器9因防飘带装置14反转带动逆时针转动为负值。操作人员点击计算机17按键，可控制电机1开启与关闭。计算机17上安装有排水板用量计算模块，根据排水板编码器9测量数据计算排水板16经过排水板收放量测量装置15的长度(排水板收放量)。

基于插板机测量系统，在单次插板过程中其应用方法如下：

在单次插板过程中采用插扳机测量系统进行测量单次插板过程排水板收放量。

单次插板过程中插扳机测量系统应用步骤如下：

第一步：插管开始下插。插管从插管上拔高度h2处开始下插，排水板16随插管牵引下同时下插，下插作用力促使排水板16带动排水板盘正向转动，防飘带装置14释放排水板16，排水板收放量测量装置15测量释放长度时排水板编码器9转动圈数n1(计算机17插板深度计算模块中设定为正)，提供给计算机17执行排水板用量计算模块，即计算排水板释放长度为n1*s。在特殊应急状态下，定扭力装置保护系统正常运行，不出现故障(保护电机和排水板)。

第二步：插管下插至设计深度h1后，进行插管上拔操作。因风力作用或施工因素，会有多余的排水板16(土体中排水板留存长度h与n1的差值)释放出来。

第三步：在插管上拔的同时，开启电机1，进行排水板16收带操作。防飘带装置14收取排水板16，排水板收放量测量装置15测量收取长度时排水板编码器9转动圈数n2(计算机17插板深度计算模块中设定为负值)，提供给计算机17执行排水板用量计算模块，即计算排水板收取长度为-n2*s。

第四步：插管上升至插管上拔高度h2。

第五步：判断是否关闭电机1。若l2区段排水板16绷紧(人工目测或排水板盘与出现与电机1反向转动情况确定)，操作人员操作计算机关闭电机1；若l2区段排水板16没有绷紧，电机1继续转动，直至排水板16绷紧后关闭电机1。

第六步：切割排水板(手工完成，或者其它专用切割设备完成，非本发明装置组成部分)。

第七步：进行下一位置排水板插设。

在第三步和第四步过程中，当施工过程中排水板16所受拉力f2大于电机1提供给排水板盘的反向转动力f2时，排水板盘在排水板16拉力f2作用下正向转动，即防飘带装置15中排水板盘释放排水板16，排水板收放量测量装置15再次测量释放长度时排水板编码器9转动圈数n3(正值)，该措施防止电机1收带过程中出现排水板16崩断或电机1闷机故障。

单次插板过程排水板收放量测量值为(n1-n2+n3)*s。

进一步的，根据单次插板过程排水板收放量测量值可计算排水板施工参数。

排水板施工参数主要包括排水板插板深度h、回带量h3、单次插板排水板损耗长度h4、累计排水板损耗长度h5：

排水板插板深度h一般是指排水板16在设计深度h1中留在土体中的长度。

回带量h3为设计深度h1与排水板插设深度h差值。

单次插板排水板损耗长度h4为设计深度h1与插管上拔高度h2之和，累计排水板损耗长度h5为插板n次h4累计值。

设计深度h1为该桩点排水板16插设设计深度，即排水板16入土深度达到h1后满足设计要求。

设：插管上拔高度h2、插管下插排水板编码器9转动圈数n1，插管上拔排水板编码器9转动圈数n2，定扭力装置启动后排水板编码器9转动圈数n3，第一滚轴10周长为s，计算机17执行插板深度计算模块，则：排水板插板深度h计算公式如公式一，回带量h3计算公式为公式二，单次插板排水板损耗长度h4计算公式为公式三，累计排水板损耗长度h5计算公式为公式四，具体公式如下：

公式一：h＝(n1-n2+n3)*s-h2

公式二：h3＝h1-h

公式三：h4＝h+h2

公式四：n为插板次数。

与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

本发明的一种插扳机测量系统及应用方法，相比常规插板机排水板施工参数测量装置和方法中，解决了排水板随风飘带、人工测量排水板施工参数工作量大、误差较大的问题，节约了收放排水板的人工，采用本发明的种插扳机测量系统及应用方法促使排水板施工参数测量精度明显提高，测量数据采用自动保存，大大简化测量人员记录数据工作量，有利于各桩点施工参数全部测量，便于施工场地管理，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1排水板插板施工参数测量方法示意图；

图2防飘带装置主视图、俯视图、侧视图；

图3定扭力装置示意图；

图4排水板收放量测量装置示意图；

图中：1-电机、2-定扭力转子、3-转轴连接法兰、4-排水板盘带固定架、5-卡箍、6-固定支架、7-排水板盘带内撑、8-转盘、9-排水板编码器、10-第一滚轴、11-第二滚轴、12-弹簧、13-支架、14-防飘带装置、15-排水板收放量测量装置、16-排水板、17-平板电脑、18-排水板转轴。

具体实施方式

下面结合附图，以具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1所示插板机测量系统安装于任意插扳机(插扳机为现有技术)，能够实现排水板用量精准测量的目的。插板机测量系统包括防飘带装置14、电机1、定扭力装置、排水板收放量测量装置15、排水板16、计算机17。所述防飘带装置14、定扭力装置、电机1三者依序同轴。排水板16作为插板作业的耗品，成卷的排水板16安装于防飘带装置14作为起始点，经过排水板收放量测量装置15，最后输入插板机插管。计算机17上安装有排水板用量计算模块。受远端插板机插管的牵引，排水板16从防飘带装置14伸出，经过排水板收放量测量装置15后进入插扳机插管(插管为现有技术)，防飘带装置14能实现插板(排水板16随插管进入土体)过程中排水板16收取和释放的功能，定扭力装置辅助电机1为保障防飘带装置14正常收取排水板16的装置，排水板收放量测量装置15可对经过的排水板16长度精确测量，测量数据传输至计算机17进行插板深度计算，从而实现排水板用量精准测量的功能。

如图2所示，防飘带装置14，包括排水板盘、固定支架6等构件；排水板盘包括排水板盘带固定架4、排水板盘带内撑7、排水板盘转轴18、转盘8等器件，其中：排水板盘安装于定扭力装置右侧，通过排水板盘转轴18与定扭力装置连接。排水板盘带固定架4包括左右两个排水板盘带固定架，均安装于排水板盘转轴18上，排水板盘带内撑7固定于右排水板盘带固定架4中心处，用于固定排水板卷。排水板盘用于固定排水板卷(一定长度排水板16绕成一卷)，即排水板卷固定在两个排水板盘带固定架4之间，并用于收放排水板16。作为实施例，这里规定排水板盘向电机1方向顺时针转动为收排水板，逆时针转动为释放排水板。转盘8排水板盘转轴18螺栓连接，用于固定右排水板盘带固定架4，当一个排水板卷用完后，拆卸转盘8、右排水板盘带固定架4后可更换排水板卷，该装置拆卸方便，便于更换排水板卷。固定支架6为钢结构，一端与插板机固定，用于为排水板收放量测量装置15其它构件提供支撑结构。

电机1通过螺栓固定于固定支架6平台一侧上，用来为排水板盘(排水板16释放为正向转动，排水板16收取为反向转动)反向转动时提供动力，电机1功率和转速应根据插板机型号和现场试验获取。

定扭力装置包括转轴连接法兰3、定扭力转子2、卡箍5。定扭力装置为实施过程中防止排水板崩断或电机1闷机故障(电机扭力带不动转轴)而设计的保护装置。定扭力装置安装在电机1右侧，固定在固定支架6平台上。定扭力转子2一端与电机1转轴连接，另一端与排水板盘转轴18连接。转轴连接法兰3安装与定扭力转子2外部，用于固定电机1转轴和排水板盘转轴18使两者连接，促使两转轴转动时保持同轴转动。卡箍5用于固定排水板盘转轴18，与固定支架6平台螺栓连接。

图3所示，所述定扭力转子2包括橡胶垫片25、摩擦装置20、摩擦片21、摩擦杆22、转轴23、螺栓24等构件。其中，橡胶垫片25两个，用于螺栓24与摩擦装置20垫片作用；摩擦装置20左右各一个，安装于摩擦片21两侧，与摩擦片21直接接触，其中心与转轴23均固定接触，与摩擦杆22摩擦接触；摩擦片21为双面摩擦装置，表面设置摩擦层，增加与摩擦装置20之间摩擦力；左侧转轴23与排水板盘转轴18固定连接，右侧转轴23与电机1转轴固定连接。摩擦杆22用于固定摩擦片21，防止转动过程中摩擦片21位置偏移；左右两个螺栓24用于调整左右摩擦装置20与摩擦片21之间的摩擦力，即左右两个螺栓24拧得越紧，摩擦装置20与摩擦片21之间的摩擦力越大。

定扭力装置通过转轴23将电机1转动扭力传递至右侧摩擦装置20，右侧摩擦装置20随电机1同步转动，右侧摩擦装置20依靠右侧摩擦装置20与摩擦片21之间的摩擦力f1、左侧摩擦装置20与摩擦片21之间的摩擦力f2，将电机1转动力n传递给左侧摩擦装置20，左侧摩擦装置20通过左侧转轴23带动排水板盘转轴18转动，可通过改变定扭力转子螺栓松紧调节定扭力值。本发明采用定制定扭力转子，其技术特点在于：①根据现场排水板抗拉力n2确定施工合适扭力值，即调节螺栓24确定定扭力值n1为排水板16抗拉力n2的0.5～0.8倍，保证排水板16收紧过程中，排水板16不会发生崩断故障。②施工过程排水板16所受插板机下插时带来的牵引拉力f(等于排水板盘所受扭力f)，若f大于f2，拉力f带动排水板盘正向转动，而电机1继续反向转动，从而当施工过程中排水板所受拉力f大于电机1提供给排水板盘的转动力f2时，防止出现排水板绷带或电机1闷机故障现象发生。

图4所示，排水板收放量测量装置15包括：排水板编码器9、第一滚轴10、第二滚轴11、弹簧12、支架13等构件。排水板编码器9安装于第一滚轴10左侧，与第一滚轴10同轴转动；第二滚轴11安装在第一滚轴10下部；弹簧12安装在第二滚轴11轴端两侧下部，用于提供第二滚轴11向上力f1，保证第二滚轴11轴与第一滚轴10紧密贴合；支架13一端固定在插板机，用于为排水板收放量测量装置15各构件提供支撑。排水板从第二滚轴11轴与第一滚轴10两滚轴间间隙穿过，测量经过两滚轴间排水板16的长度，排水板卷收放过程中，排水板依靠与第一滚轴10之间摩擦力，带动第一滚轴10转动，排水板编码器记录第一滚轴10转动圈数n，提供给计算机17执行排水板用量计算模块，即计算运行：第一滚轴10周长为s，则排水板卷收放量的绝对值l为n*s。

计算机17安装在驾驶室，与排水板编码器9、电机1直接连接，排水板编码器9测量数据传输至计算机17，并保存在计算机17存储卡中。在计算机17中设定排水板编码器9顺时针转动为正值，排水板编码器9因防飘带装置14反转带动逆时针转动为负值。操作人员点击计算机17按键，可控制电机1开启与关闭。计算机17上安装有排水板用量计算模块，根据排水板编码器9测量数据计算排水板16经过排水板收放量测量装置15的长度(排水板收放量)。

实施例1有益效果：图1所示，防飘带装置14中两排水板盘带固定架4之间的排水板卷伸出的排水板16从排水板收放量测量装置15中两滚轴间穿过。因插板机施工区大风天气下，插管(插管为插板机插设排水板的常规装置，为现有技术)顶端位置较高时，排水板16在排水板入口(排水板一般从插管顶端进入插管)与排水板收放量测量装置15之间长度l2区间内飘荡，影响排水板插设施工，并且飘荡的排水板16长度l2影响测量插板长度l3，如图1所示。因此，在插板机插板过程中需要基于防飘带装置14对飘荡的排水板进行控制。

实施例2

基于实施例1，本实施例2进一步给出插板机测量系统的应用方法如下：

在单次插板过程中采用插扳机测量系统进行测量单次插板过程排水板收放量。

进一步的单次插板过程中插扳机测量系统应用步骤如下：

第一步：插管开始下插。插管从插管上拔高度h2处开始下插，排水板16随插管牵引下同时下插，下插作用力促使排水板16带动排水板盘正向转动，防飘带装置14释放排水板16，排水板收放量测量装置15测量释放长度时排水板编码器9转动圈数n1(计算机17插板深度计算模块中设定为正)，提供给计算机17执行排水板用量计算模块，即计算排水板释放长度为n1*s。在特殊应急状态下，定扭力装置保护系统正常运行，不出现故障(保护电机和排水板)。

第二步：插管下插至设计深度h1后，进行插管上拔操作。因风力作用或施工因素，会有多余的排水板16(土体中排水板留存长度h与n1的差值)释放出来。

第三步：在插管上拔的同时，开启电机1，进行排水板16收带操作。防飘带装置14收取排水板16，排水板收放量测量装置15测量收取长度时排水板编码器9转动圈数n2(计算机17插板深度计算模块中设定为负值)，提供给计算机17执行排水板用量计算模块，即计算排水板收取长度为-n2*s。

第四步：插管上升至插管上拔高度h2。

第五步：判断是否关闭电机1。若l2区段排水板16绷紧(人工目测或排水板盘与出现与电机1反向转动情况确定)，操作人员操作计算机关闭电机1；若l2区段排水板16没有绷紧，电机1继续转动，直至排水板16绷紧后关闭电机1。

第六步：切割排水板(手工完成，或者其它专用切割设备完成，非本发明装置组成部分)。

第七步：进行下一位置排水板插设。

其中第三步和第五步为促使排水板16处于绷紧状态的主要措施。

插管下插为插板机常规操作，插管插入土中最大值为设计深度h1；插管上拔也为插板机常规操作，插管上拔插管底部距地面最大值高度为插管上拔高度h2。

第三步中开启电机1为人工操作计算机17开启电机1。

割板过程中人工需要固定排水板，防止因大风作用下排水板上拉力将插管底部预留排水板上拉至插管中，造成无法连续插板故障。

进一步的，在第三步和第四步过程中，当施工过程中排水板16所受拉力f2大于电机1提供给排水板盘的反向转动力f2时，排水板盘在排水板16拉力f2作用下正向转动，即防飘带装置15中排水板盘释放排水板16，排水板收放量测量装置15再次测量释放长度时排水板编码器9转动圈数n3(正值)，该措施防止电机1收带过程中出现排水板16崩断或电机1闷机故障。

进一步的，根据单次插板过程排水板收放量测量值可计算排水板施工参数。

排水板施工参数主要包括排水板插板深度h、回带量h3、单次插板排水板损耗长度h4、累计排水板损耗长度h5：

排水板插板深度h一般是指排水板16在设计深度h1中留在土体中的长度。

回带量h3为设计深度h1与排水板插设深度h差值。

单次插板排水板损耗长度h4为设计深度h1与插管上拔高度h2之和，累计排水板损耗长度h5为插板n次h4累计值。

设计深度h1为该桩点排水板16插设设计深度，即排水板16入土深度达到h1后满足设计要求。

设：插管上拔高度h2、插管下插排水板编码器9转动圈数n1，插管上拔排水板编码器9转动圈数n2，定扭力装置启动后排水板编码器9转动圈数n3，第一滚轴10周长为s，计算机17执行插板深度计算模块，则：排水板插板深度h计算公式如公式一，回带量h3计算公式为公式二，单次插板排水板损耗长度h4计算公式为公式三，累计排水板损耗长度h5计算公式为公式四，具体公式如下：

公式一：h＝(n1-n2+n3)*s-h2

公式二：h3＝h1-h

公式三：h4＝h+h2

公式四：n为插板次数。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。