振动压路机压实度在线检测技术

为了能够很好地保证压实施工的质量,大量的学者和科研机构对车载检测技术进行了研究。目前,最成功的实例就是智能压路机。虽然各国的技术有所不同,但也具有共同点。
在振动压路机工作时,它与被压材料共同组成一个压实系统。研究表明,被压材料的力学性能与振动轮的动力学参数有关联。大量试验已经证明路面被测材料的刚度与压实度存在正相关的关系,而且振动轮加速度与被测材料刚度有一定相关性。因此,可以对振动加速度为主的振动动力学参数进行分析,来间接获得路面压实度的情况。路面填料在压实前期比较疏松,结构强度较小且弹性刚度也小,阻尼大,振动轮的振动能量大量被吸收,被压材料给振动轮的反馈非常小;随着压实过程的推进,压实遍数增多,填料逐渐密实,路基路面形成一定的结构使得路面刚度增加,阻尼变小,反馈给振动轮的作用力也变大;当路面的压实度达到一定程度后,振动压路机会因为振动系统偏心块的不对称性而出现跳振现象,使振动钢轮的加速度发生畸变。在路基路面压实度的变化过程中,振动轮的加速度也跟随其变化。通过测量振动加速度来测定压实度的系统有很多,以下是两种典型的检测系统,它们代表了对加速度信号不同的处理方式。
(1)CMV 系统。
这种测量系统是利用振动加速度谐波信号的典型,由Dynapac 等公司开发。在压实时,被压材料的情况变化使振动轮垂直加速度谐波分量表现出不同的特征,这些特征可反映材料被压实的程度。CMV 检测系统通过加速度传感器( 安装在振动轮上) 按一定的频率实时采集振动轮加速度信号,再经过信号处理及算法得出CMV 值来反映材料压实情况,以此为依据来反映路面压实的状况。
(2)基于振动能量的检测系统。
振动轮和被压材料之间能量交换情况也能体现路面的压实情况。振动轮产生的能量只有一部分被受压材料吸收,另一部分被反弹而回。
压实工艺一旦确定,振动压路机的输出能量为定值,所以路面压实状况可以用有效功率来间接反映。为了便于获得数据,可以通过测量振动加速度再对其做积分等处理得到反映压实度的有效功率值。
以上两类检测系统都是利用加速度传感器测量振动加速度信号,信号分析处理模块对信号进行分析并且保存压实数据,最后显示器实时显示压实数据与材料刚度或有效能量的变化曲线。它们都属于对压实度的间接测量,故需要通过标定才能准确的判断压实与否。
两种方法虽然原理不同但是殊途同归,都实现了在压实过程中对压实度的检测,可以及时对施工中所遇到的问题采取相对应的措施。在线检测可用来辅助驾驶员选择更合理的施工参数、压实工艺,在机器更有效率工作的同时得到更好的压实质量。目前,振动压路机是与压实度在线检测技术结合最主要的工程机械,用于摊铺后压实施工过程的质量监测。随着在线检测技术的不断进步,更多种类的机械将可能与其结合,如与摊铺机结合实现对摊铺压实度的监测,将显著提高沥青路面的综合质量,使我国公路质量更好、使用年限更久。