摊铺机摊铺厚度测量系统的测量精度研究

摊铺机摊铺厚度测量系统的测量精度研究

王友宝

摘　要:为更好地将摊铺机摊铺厚度测量系统应用到实践中,对２种典型的摊铺机摊铺厚度测量系进而以标准差为指标得出不平整路基对测量精度的影响;并提出一种引入找平基准的新摊铺机摊铺厚度测量系统,以完全消除不平整路基对于测量精度的不利影响.关键词:摊铺机;摊铺厚度;测量精度;标准差中图分类号:U４１５．５２　　　文献标志码:A

()戴纳派克(中国)压实摊铺设备有限公司,天津　３０１７００

统建立简化测量模型,分析不平整路基引起的摊铺厚度测量系统的前、后距离传感器的高度偏差,

ResearchonAccuracfPavinhicknessMeasurementSstemofPaveryogTy

(),,)Dnaac(ChinaComaction&PavinuimentCo．Ltd．Tianin３０１７００,ChinayppgEqpj

WANGYouＧbao

simlifiedmeasurementmodelwasestablishedfortwoticalavinhicknessmeasurementsstemsofpyppgty

,averandtheheihtdeviationofthefrontandreardistancesensorsofthepavinhicknesspggtwasusedastheindextoobtaintheinfluenceoftheunevenroadbedonthemeasurementaccurac．yeliminatetheunfavorableinfluenceofunevenroadbedonmeasurinccurac．gay

:;;m;Keordsaveravinhicknesseasurementaccuracstandarddeviationppgtyyw

Anewmeasurinstemforpavinhicknessofpaverwithlevelinatumwasproosedtogsygtgdp,measurementsstemcausedbnevenroadbedwasanalzedaandthenthestandarddeviationyyuy

:,AbstractInordertoalthemeasurementsstemforpavinhicknessofpavertopracticebetterappyygt

０　引　言

度,美国专利US９２９４６９０４和欧洲专利EP１１００４８８８就公开了２种典型的摊铺机摊铺厚度测量系统.

本文介绍上述２种典型的摊铺机摊铺厚度测量

１Ｇ２]

.之一,与摊铺机结构承载力有着很强的相关性[

摊铺厚度是路面摊铺施工质量控制的关键指标

系统,并分别建立简化测量模型,以标准差为评价指标,分析不平整路基对２种摊铺厚度测量系统测量消除不平整路基对于摊铺厚度测量精度的影响,改善测量精度.

精度的影响;提出新的摊铺机摊铺厚度测量系统,以

现代摊铺机尽管配备了自动找平控制系统,但受找

３Ｇ８]

,平控制系统的响应滞后特性影响[所摊铺路面的

平整度总是存在一定的偏差.另外,由于摊铺前路基不平整,也导致摊铺厚度是一个变化量,因此对于摊铺厚度进行检测控制极有必要.

４Ｇ１３]

.测量,易受样本数量限制和人为因素的影响[

传统的摊铺厚度测量方法是采用随机插入钢钎

１　典型摊铺机摊铺厚度测量系统及测

量精度分析

２种典型的摊铺机摊铺厚度测量系统的基本原理均是:在摊铺机前侧设置距离传感器测量摊铺前路基到传感器的距离,在摊铺机后侧设置距离传感器测量摊铺后的路面到传感器的距离,然后将２个

近年来,一些领先的摊铺设备制造商推出了安装于

摊铺机上的可自动测量摊铺厚度的摊铺厚度测量系统,通过安装于摊铺机前、后侧的距离传感器分别测量摊铺前和摊铺后路面的高度并作差得出摊铺厚

收稿日期:２０１８Ｇ０５Ｇ１９

),作者简介:王友宝(男,山东临沂人,工程师,硕士,研究方向为机械设计及理论.１９８３Ｇ

８６

测量值作差得出摊铺厚度值.然而,由于路基不平整,当摊铺机行走在路基上,其自身的高度以及倾斜角度均会发生变化,导致前、后距离传感器在高度方向上的位置关系不固定,而位置关系的变化量会引

起测量偏差,造成测量精度的下降[

１４Ｇ１６]

第１种摊铺厚度测量系统是在摊.铺机上固定

安装一个延伸至摊铺机前侧和后侧的刚性梁,前、后距离传感器分别固定于刚性梁的前侧和后侧,如图１所示.

图第于,刚性梁不是固定于摊铺机上２种摊１　第铺厚１种摊铺机摊铺厚度测量系统

度测量系统与第,而是铰接于摊铺机１种的区别在

上,并通过额外技术措施始终保持水平或者某一固定角度,如图２所示.

图２　第２种摊铺机摊铺厚度测量系统

当摊铺机行驶于平整的路基上,测量系统测得的摊铺厚度值为理论值,摊铺厚度测量值相对于理论值会产生测量偏差.用于衡量测量系统或测量方法的测量精度最常用的指标是标准差.本文通过对在行驶距离方向上间隔一定步长的若干离散点上的测量误差进行均方差运算以得出标准差.由于测量的理论值已知,标准差

nσ＝

i∑＝１

δi２

n(１

)式中:δi为第

i次厚度测量的偏差,i＝１由于只关注测量的偏差,而不关注具体测量值􀆺n.,且此处的测量偏差完全是由前、后距离传感器的相对

位置的变化引起的,故设前距离传感器在高度方向上相对于理论位置的偏差为hA方向上相对于理论位置的偏差为i,后距离传感器在高度hδDi,

则测量偏差i＝hAi－hDi(２　２

)摊铺厚度测量系统的简化

为了计算分析方便,本文对摊铺机摊铺厚度测量系统进行简化,并论证其合理性.假设前、后轮中心径,因此前B、C到路基的高度分别等于前、后轮胎的半、后轮中心到路基的高度是固定的.不平整路基在行驶方向上的最大倾斜角度通常较小,因此前、后轮中心到路基的实际高度与轮胎半径之间的差值相对于路面的不平整本身来是可以忽略不计的.如图α＝５°为例,设较大的３所示,以路面最大倾斜角度

轮胎半径R＝５００mm胎中心到路基的实际高度H与轮胎半径R,

则之轮间的差值为５路面倾斜角度来说５００×(１/co,s每５°－１)≈１．９mm;而对于化值°

为的实际高度与轮胎半径之间的差值与路基本身的高

１０００tan５°≈８７m１m范围内的路基高度变m,可见轮胎中心到路基度变化值相比可以忽略.

图假设前传感器３离为L１A　轮胎中心高度简化

与前轮中心B之间的水平距

为L２离为L,后轮中心,前轮中心CB与后轮中心与后距离传感器C之间的水平距离D之间的水平距３距离为L,前轮中心４B与刚性架铰接点E之间的水平间的水平距离为,前距离传感器A与后距离传感器D之L样以最大倾斜角度,５且以上水平距为例,前、后传离感是器恒之定间的.的同距离L＝６m差值仅为,则其水平距离为°６cos５°≈５．９７其度方向的偏差仅为０􀆰０２３m,２即３t２a３mn５°m≈,２而此差值所引起的高７m,mm,

与路基本身的８７

高度变化及其引起的前、后距离传感器的高度变化相比可以忽略.

基于以上简化,对于第可以得出前距离传感器A１种摊铺厚度测量系统,

第i次高度测量的高度偏差

h′Ai＝

L１L＋２L２hBi－LL１

２

hCi(３)式中:hBi和hCi次测量时前轮中心当后距离传感器B和后轮中心i分别为前距离传感器第C的高度偏差.

的测量位置时,摊铺机已经向前行驶了前D到达前距离传感器、后距离传A之前感器之间的距离其中La为正整数.,得出第为了计i算次厚度方便,测取量步时长l＝L后距离/传感器,

D的高度偏差

h′Di＝L２L＋L３hC(i＋a)－L３

hB(ia)(４)h２L２

＋

式中:B(i＋a)和hC(i＋a)分别为前距离传感器第＋a对于第２种摊铺厚度测量系统Bi次测量时前轮中心和后轮中心C的高度偏差.,前、后距离传感

器的高度偏差就分别是测量时刚性架铰接点,可以得出

E的高度偏差h″Ai＝hEi＝L２L－２L４hBi＋LL４

２

hCi(５

)h″Di＝hE(i＋a)＝L２L－２L４hB(i＋a)＋LL４

２

hC(i＋

a)(６)式中:hEi和hE(i＋a)分别为前距离传感器第i厚度测量时刚性架铰接点E的高度偏差.

、i＋a次设不平整路基偏离理想水平平整路面的偏差函数为

h＝f式中:x为行驶方向上的位移(x.

)

(７

)由于仅当前、后轮中心全部进入此不平整路基时,评估不平整路基对于摊铺厚度测量精度的影响才具有意义,因此第恰好进入不平整路基时进行１次摊铺厚度测量在后轮中心,则

xxCi＝l(i－１xBi＝L２＋l(i)－１)(８)C(i＋

a)＝L＋l(i－１)(１(０９

))　　xB(i＋

a)２而第i次厚度测量时前距离传感器的位置＝L＋L＋l(i－１)(１１)　　x前、

后轮中心的高度偏差分别为Ai＝L１＋L２＋l(i－１)(１２)　　hBi＝f(xBi)＝f[L２＋l(i－１)](１３)８８

　　　　h　　hCi＝f(xCi)hB(i＋a))＝＝x＝

B(f[l)(i－１C(f(i＋a)f[L)]＋Ll(i－１)]((１４))i＋af(xC(i＋a))＝

＝f[L＋l(２i＋－１)](１１５３　６

)实例分析

对于某一具体摊铺机摊铺厚度测量系统,取

L１摊铺厚度测量步长＝２m、L２＝２m、Ll＝３０＝．２m１m、,L则４＝

a１m＝６０,则L＝６m.为了使得计算具有代表性,取不平整路基的随.

行驶距离x变化的高度偏差函数为恒幅而波长逐＝f(x)＝０．０５sinæ渐变化的正弦函数:hçπçxxö

֏

２＋

行驶距离为时,其波长为０时,其波长为＝１０００４４m.第１次４m测;量行驶距离为取后轮位于１５÷ø.０零０m点处,n可以计算出第.

约为１种摊铺厚度测量系统的标准差

差约为５８􀆰１m第２种摊铺机厚度测量系统的标准作为比较１８􀆰９mm,,m同样计算后轮中心的高度偏差.

,即不

平整路基本身的标准差

σC＝

∑ni＝１

hC

２

i　　n≈１

９．５mm由于第１种摊铺厚度测量系统的前、

后距离传感器之间的相对位置关系不仅受摊铺机高度变化的影响,还受摊铺机角度变化的影响,因此其测量标准差相对于不平整路基本身的标准差具有放大效应;第２种摊铺厚度测量系统的前、后距离传感器之间的相对位置关系仅受摊铺机高度变化的影响,消除了摊铺机角度变化的影响,因此其测量标准差明显小于第１种摊铺厚度测量系统.此外,由于刚性架铰接点的高度偏差为前、后轮中心的高度偏差的折中值,因此第２种摊铺厚度测量系统的测量标准差小于不平整路基本身的标准差.

４　新摊铺机摊铺厚度测量系统

基于前述分析,可以发现不平整路基对摊铺厚度测量系统测量精度造成的不利影响根本上是由于摊铺机本身的高度或者角度的变化影响了前、后距离传感器在高度方向上的相对位置.

因此,本文提出一种新的引入找平基准的摊铺厚度测量系统,如图４所示.新测量系统中,前、后

a距离传感器可以是与找平基准上下随动的普通距离传感器,其测量值分别就是摊铺前、后的路面到找平基准的距离;也可以是集成传感器,前距离传感器可以同时测量传感器到摊铺前的路面和找平基准的距离,后距离传感器可以同时测量传感器到摊铺后的路面和找平基准的距离.找平基准可以是相邻的已铺设好的路面,或是现有的路缘,或是常见的人工架设的从一个标桩到另一个标桩的钢丝绳.

图后距离传感器是在高度方向上与找平基４　新摊铺机摊铺厚度测量系统

当前、准上下随动的普通距离传感器时,前、后距离传感器在高度方向上的相互位置关系不受不平整路基引起的摊铺机自身的高度或角度变化的影响.

当前、后距离传感器为集成传感器时,固定安装于摊铺机前侧和后侧的前、后距离传感器在高度方向上的相对位置关系虽然会受摊铺机自身的高度或角度变化的影响,但由于其同时测量到找平基准的距离,因此前、后距离传感器本身的高度偏差在计算中可以被补偿消除.

　结　语

好地用于分析不平整路基对前(１

)摊铺厚度测量系统的简化测量模型可以较、后距离传感器的高度偏差以及摊铺厚度测量系统测量精度的影响.的高度变化和角度变化的双重影响(２

)第１种摊铺厚度测量系统会受摊铺机自身,因此其测量的标准差相对于不平整路基本身的标准差具有放大效应,测量精度较差.

高度变化的影响(３

)第２种摊铺厚度测量系统仅受摊铺机自身,其测量标准差小于不平整路基本身的标准差,优于第１种摊铺机摊铺厚度测量系统.

　　基准作为摊铺厚度测量基准(４

)本文提出了新摊铺厚度测量系统,避免了不平整路基对,引入找平于测量精度的影响,具有较高的应用推广价值.参考文献:

[１]　MYinTEhiRcSLkAsAp,ROQUER．tEsavalnudtatiohnoeIfTmp

loicpaＧtdioonwsfnCorPrackaivneg

mentDesin[Jha]l．tPTraanvsemoertnＧ[２]　M(１２):７９Ｇ８g７．

pationResearchCircular,２００１,５０３ofPERraRcItiLcaLDlEx,VpeArieNncDeTOMMhrouEgLhEouNtEAu,rGop

AeoSPnARDeLter．iAoraRtieovniiew

n[３]　aF孙祖望luJlloyuＧrflne,axlib刘洪olfePa海anvde．沥mSeenm青tiＧr路Eingi面gdLin平eeorn整ig

nＧ度g

li,f２e的０P０传６av,e递７m(规２en)t:s律１０[J及１Ｇ]其１．I０n９te试．rnationＧ验研究[４]　[张新荣J]．筑路机械与施工机械化,,

赵国普,孙祖望．沥青１混９９凝９,土１６(摊１):铺机８Ｇ１熨１,平１６装．

置的动力学分析[[５]　王学颖,J]王松波．西安公路交通大学学报,．沥青混凝土路面平整２０度０１,控２１(制１):探析９[５JＧ]９．８公．路,[６]　２赵国普００６(８．):沥青混凝土摊铺机４５Ｇ４９．

熨平板机构的动态特性分析[筑路机械与施工机械化,２００９,２６(６):３５Ｇ３８．J]．[７]　王秀丽与施工机械化．摊铺机自动找平控制系统自校正探讨[,２０１１,２８(９):４９Ｇ５１,５４．J]．筑路机械[８]　刘洪海,谢王宝,郝玉飞特性[J]．长安大学学报:．摊铺机自动调平熨平板运动学模型与自然科学版,[９]　NAZARIANS,STOKOEII,HUDS２O０N１５W,３５(５):１５３Ｇ１５８．AnalysisofSurfaceWavesMethodforDeterR．miUnasteioonfSofMp

ectordaluliandThicknessesofPavementSystems[J]．TransportationＧＧ[１０]　r袁益镛esearchR,林维正ecord,,孙长俊１９８３(９,３等０)．:混凝土路面厚度超声检测仪研制３８Ｇ４５．

及应用[[１１]　王叔孙,J]谢宗惠．无损检测,,范利平１９．９一种适用５,１７(７):于１８公１Ｇ１路８３建．

设期采用的路面测厚仪[[１２]　邓春为,J]徐宏武．公路交通科技,,邵　雁．探地雷达２００１,１８(在１):公路２１Ｇ路２５面．厚度检测中的应用[[１３]　张慧静J]．．重庆交通学院学报,瑞雷面波法在水泥路面厚度２００５,２４(无５):损检３９Ｇ测４１中．的应用研究[１４]　[孙源泽D]．西安:长安大学,２０１３．

与应用．水电工程进场公路路面摊铺厚度实时监控系统研制[[１５]　栾兆学,D]高丽丽．天津:天津大学,,李２０１４．测技术[　航．沥青路面松铺层高程与厚度实时检[１６]　刘东海,

J]吴．筑路机械与施工机械化,２００８,２５(６):４１Ｇ４３．J]．中国公路学报　优[．路面摊铺厚度的连续检测与可视化实时监控,２０１７,３０(１１):１６[３责任编辑Ｇ１６９．

:杜敏浩]

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５