CN110158430B - 一种桥梁混凝土面自动拉毛覆膜机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁面层或混凝土场地面层浇筑完成后表面自动拉毛覆膜机器，包括有涡轮蜗杆减速电机，传动轴，及安装在传动轴上的车轮，通过车架体，前部设有能转向的引导轮，车架体后部设有可调整高度的拉毛板及可调整角度的覆膜轴及滚轮；该混凝土面拉毛机具有可遥控行驶，自动拉毛机覆膜，并可控制拉毛深度及疏密程度功能，施工过程中拉毛覆膜一次成型、操作智能方便。

Description

一种桥梁混凝土面自动拉毛覆膜机

技术领域

本发明具体涉及一种桥梁混凝土面自动拉毛覆膜机。

背景技术

大型市政桥梁工程，桥梁采用支架法混凝土现浇成型，桥面宽度大，收面拉毛工程量大，通常做法都是混凝土面收光后，待能上人时，人工站在收光混凝土面上拉毛。

待面层混凝土抗压强度达到2-3mpa后，由专业人员使用拉毛机进行拉毛刨切，拉毛机启动时要严格按照墨线行进，每分钟平均推进15m左右，不可过快或过慢，并随时留意刀头磨损程度，拉毛要求整齐，线路要直，深度要平均，且不起毛为度。

因此，传统的桥梁混凝土面拉毛覆膜机需要有人驾驶行车方向和速度，操作拉毛深度，还要有人在跟车实时观察拉毛状况并在严重地噪声环境下指挥车上人员的行驶和操作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够满足桥梁混凝土收面后拉毛要求，携带简单、操作智能方便的混凝土拉毛收面覆膜机械。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种桥梁混凝土面自动拉毛覆膜机，其特征在于包括：

蜗轮蜗杆减速电机、机座、传动轴及行走驱动轮、安装机座上的前方平衡转向轮、固定于机座后方的可调整拉毛装置、安装在机座后方拉毛装置上方的覆膜轴和碾压胶轮，平衡转向轮及拉毛装置均具有可调整及弹簧特性，能根据地形起伏控制统一拉毛深度；

防尘罩，其具有开口朝下的空腔，并容纳拉毛装置和拉毛刷；

还包括：控制器、服务器、多个传感器和无线模块；

多个传感器，均匀地设置在防尘罩内部的顶端，用于采集桥面平整度信息和桥面地理信息；

服务器，用于根据桥面平整度信息计算地形起伏并发出拉毛指令，根据桥面地理信息计算桥梁混凝土面拉毛覆膜机的方位并发出行走指令；

无线模块，用于无线发送所采集的桥面平整度信息和桥面地理信息给服务器，并将服务器的拉毛指令和行走指令发送给控制器；

控制器，用于接受来自服务器的指令，根据行走指令控制平衡转向轮的行进方向以及行走驱动轮的行走速度、根据拉毛指令控制拉毛装置的拉毛深度。

优选的：所述蜗轮蜗杆电机与行走驱动轮匹配，能根据行走指令以一定速度行走。

优选的：机座与前方平衡转向轮，能根据行走指令调节转向。

优选的：所述与机座安装相连的拉毛装置具有可调整装置，能根据拉毛指令可调整拉毛深度及拉毛宽度，能统一控制深度。

优选的：所述机座与后方连接的覆膜轴能挂设筒装薄膜，能通过机器行走自动转动释放薄膜后通过碾压胶轮进行与拉完毛混凝土面的贴合密封。

优选的：蜗轮蜗杆电机、平衡转向轮、可调节弹性拉毛装置、覆膜装置均具有可调节性。

优选的：服务器为多个Node(节点)组成的集群，服务器在存储桥面平整度信息和桥面地理信息过程中，定义Node阈值G，规定每个地理相关信息文件在各个Node中放置的数据块数量小于其Node阈值G，其中，Node_i对应的Node阈值G_i的表达式为：

num_i表示该桥面平整度信息和桥面地理信息已经到达Node_i的数据块数，K表示地理相关信息被分割的数据块大小，P表示Node磁盘读I/O性能，h_i表示Node_i已经使用的空间大小，H_i表示Node_i的总空间大小，θ分别表示权重系数，u_i表示Node_i的CPU性能值。

上述实施例通过采用控制器、服务器、多个传感器和无线模块组成了一套自动化控制***，从而能自动控制桥梁混凝土面自动拉毛覆膜机的行进和拉毛操作，大幅减少了人工劳动和提高了施工效率。

附图说明

图1为本发明一种桥梁混凝土面自动拉毛覆膜机整体正面结构示意图；

图2为本发明一种桥梁混凝土面自动拉毛覆膜机整体侧面结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。

实施例1

如图1-2所示，一种桥梁混凝土面自动拉毛覆膜机，包括有蜗杆蜗轮电机1及安装于电机1上的传动变速箱2，及安装于传动变速箱2上的传动轴3，以及安装在传动轴3上固定车轮4，及固定电机1下的机座5，及安装在机座5前方的引导轮9，及安装机座5上的拉毛装置6，及安装于机座5上的覆膜滚筒挂钩7，及安装在覆膜滚筒挂钩7上的覆膜导向轮10，安装在机座后方拉毛装置上方的覆膜轴11和碾压胶轮16，通过安装在拉毛装置6上的拉毛刷8的疏密，来控制拉毛槽的宽窄效果。

该机械还包括：防尘罩12，其具有开口朝下的空腔，并容纳拉毛装置6和拉毛刷8；

该机械还包括：控制器、服务器、多个传感器和无线模块；

多个传感器，分为GPS模块14和摄像头13，桥面地理信息，均匀地设置在防尘罩内部的顶端，摄像头13用于采集桥面平整度信息，GPS模块14用于采集桥面地理信息；

服务器，用于根据桥面平整度信息计算地形起伏并发出拉毛指令，根据桥面地理信息计算桥梁混凝土面拉毛覆膜机的方位并发出行走指令；

无线模块，用于无线发送所采集的桥面平整度信息和桥面地理信息给服务器，并将服务器的拉毛指令和行走指令发送给控制器；

控制器15，用于接受来自服务器的指令，根据行走指令控制平衡转向轮的行进方向以及行走驱动轮的行走速度、根据拉毛指令控制拉毛装置的拉毛深度。

蜗轮蜗杆减速电机带动传动轴引导主动轮进行行走，前方引导轮控制车辆行驶方向，通过蜗轮蜗杆减速电机的三挡变速来调整车辆行驶速度，机械行走前，调整好拉毛刷进入混凝土深度，加装好覆膜转筒，待混凝土表面形成一定硬度(以手印轻按不留指纹为前提)，开动机械前进，拉毛刷随机械行走自动进行拉毛及覆膜。

传统的桥梁混凝土面拉毛覆膜机需要有人驾驶行车方向和速度，操作拉毛深度，还要有人在跟车实时观察拉毛状况并在严重地噪声环境下指挥车上人员的行驶和操作。而本实施例通过采用控制器、服务器、多个传感器和无线模块组成了一套自动化控制***，从而能自动控制桥梁混凝土面自动拉毛覆膜机的行进和拉毛操作，大幅减少了人工劳动和提高了施工效率。

另外，现有技术中由于有人跟车走，对原有收光混凝土面又留下了好多脚印造成了二次破坏，且人工拉毛间距深度不一，二次破坏面与之前颜色不一致，导致收面形象差，人工拉毛后还需要再次进行人工覆膜覆盖养护，这样又对拉毛好的面造成了再次脚印污染，拉毛覆膜两次施工人工劳动强度大，且混凝土面层质量效果差。本实施例取消了跟车人员，避免了再次脚印污染，并且利用蜗杆蜗轮电机作为驱动电源，带动拉毛装置及覆膜装置一起工作；对比传统人工拉毛及覆膜，大大提高了作业效率，减少了收面拉毛重复返修率；还可实现机械化循环施工，节省了大量劳动力，展示了多面性的设计理念。

优选的：所述蜗轮蜗杆电机与行走驱动轮匹配，能根据行走指令以一定速度行走。

作为优选，所述蜗轮蜗杆电机通过传动轴和车轮连接，蜗轮蜗杆电机具有慢，中，快三挡调节功能，电机转速与车轮直径匹配，满足机械慢、中、快一定的行走速度。

优选的：机座与前方平衡转向轮，能根据行走指令调节转向。

优选的：所述与机座安装相连的拉毛装置具有可调整装置，能根据拉毛指令可调整拉毛深度及拉毛宽度，能统一控制深度。优选的，利用所述蜗轮蜗杆电机驱动来带动拉毛刷进行拉毛。

作为优选，所述机座后方安装的拉毛装置能通过转轴与机械及地面形成一定的角度，从而达到控制拉毛深度的目的，并且拉毛装置具有异形的弹性能克服变化较小的地形带来的阻碍，从而保一致的拉毛深度，拉毛齿采用夹片固定钢钉设计，具有可调节替换功能。

优选的，所述混凝土面自动拉毛覆膜机引导轮及覆膜装置均能弹性调整，保证拉毛深度一致。

导引轮、拉毛刷均利用弹性原理来克服混凝土面的局部起伏状态，保证行走及拉毛深度一致。

优选的：所述机座与后方连接的覆膜轴11能挂设筒装薄膜，能通过机器行走自动转动释放薄膜后通过碾压胶轮进行与拉完毛混凝土面的贴合密封。

优选的，利用所述蜗轮蜗杆电机驱动，对覆膜卷筒进行带动(膜一边固定好后)，达到覆膜目的。

作为优选，所述机座后方安装有挂设薄膜卷筒的挂钩，挂设薄膜卷筒后，一端固定，然后通过机械行走，卷筒转动达到沿线路自动覆膜功能，薄膜后部还具有胶轮转轴对薄膜覆盖的平整度进行调节功能。

作为优选，所述机械能自动行走、拉毛、覆膜于一体功能。

优选的：蜗轮蜗杆电机、平衡转向轮、可调节弹性拉毛装置、覆膜装置均具有可调节性。

优选的：服务器为多个Node组成的集群，服务器在存储桥面平整度信息和桥面地理信息过程中，定义Node阈值G，规定每个地理相关信息文件在各个Node中放置的数据块数量小于其Node阈值G，其中，Node_i对应的Node阈值G_i的表达式为：

num_i表示该桥面平整度信息和桥面地理信息已经到达Node_i的数据块数，K表示地理相关信息被分割的数据块大小，P表示Node磁盘读I/O性能，h_i表示Node_i已经使用的空间大小，H_i表示Node_i的总空间大小，θ分别表示权重系数，u_i表示Node_i的CPU性能值。

服务器为多个Node组成的集群可以大幅提高服务器的处理能力。服务器可以采用远程云例如阿里云来实现。随着Node的逐渐小型化、计算能力和抗干扰能力的进一步提高，也可以考虑将服务器设置到拉毛机上，例如利用FPGA来实现。

如果对一段长距离大桥进行拉毛作业，本发明上述实施例桥面施工所采集的桥面平整度信息和桥面地理信息的数据量将极其巨大，而拉毛作业要求实时地控制机械行走方向速度和拉毛深度等，这就对数据量的存储运算效率提出了很高的要求。本优选实施例通过设置Node阈值从而控制每个地理相关文件在各个Node中放置的数据块数量，能够有效的平衡各Node处理该地理信息文件的数据块的预期完成时间，有利于减少***总的完成时间，提高***性能；本优选实施例设置的Node阈值综合考虑了Node的CPU使用率、磁盘I/O性能以及任务数等因素，从而避免了集群中Node可能会出现的资源利用率不平衡的情况。

优选地，服务器对各个Node中的任务运行进度进行监测，并根据各个Node的进度值计算Node内任务运行的速率，从而判断异常Node，具体为：

假定在t₁时刻汇报的Nodei的任务进度为

在t₂时刻汇报的Node_i的任务进度为

则Δ＝(t₂-t₁)时间段内Node_i的局部任务运行速率为

通过指数平滑后的Node_i的当前任务运行速率为：

其中，

表示t₁时刻Node_i的任务处理速率，β为权重系数，描述了t₁时刻的任务运行速率

对当前任务速率的影响程度，设置自适应调整β值，具体为：

当Node_i的当前任务运行速率小于

和

时(其中，

表示已经完成的任务在该阶段时任务运行的平均速率，

表示当前时刻各个Node上任务运行的平均速率)，即判定该Node为异常Node。

本优选例对于通过监控所得的每个时间段的任务进度，通过指数平滑方法来计算Node中任务运行的局部速度，而任务运行的局部速度更为准确地反映了当前任务运行的真实状况，基于计算所得任务运行的局部速度对Node中任务的完成时间进行预测，这就提高了任务完成时间的预测结果的准确性，因此可以检测出运行较慢的任务。

进一步来说，该优选实施例采用了指数平滑方法，申请人对指数平滑算法的权重系数选取方式进行改进，采用一种动态变化的权重系数，因此避免了时间波动对任务运行的局部速度的计算结果的影响，提高了算法的准确性。在采用的指数平滑算法中，相较于传统的采用固定权重系数的方式，本优选实施例提出一种自适应的β值的计算方法，经过大量测试，证明起到了调整任务速度随时间波动的作用。

优选地，当发现异常Node时，从备份Node中选择新的Node执行备份任务。

具体方案为：计算各个备份Node的备份优先级B，其中，Node_j的备份优先级B_j的表达式为

(式中，task_j表示Node_j中正在运行的任务数，s₁为数值较小的常数，V_j表示Node_j的当前任务运行速率，D_k表示第k个任务要处理的数据量)，当该异常Node存在备份Node时，即从备份Node中选择备份优先级B值最大的备份Node执行备份任务，否则从所有备份Node中选择备份优先级B值最大的备份Node执行该备份任务；

设异常Node为x，选择为该异常Node执行备份任务的备份Node为m，对选择的备份Node_m进行检验，当

时，则启动备份Node_m对异常Node_e上的任务执行备份任务，否则放弃对该异常Node上的任务进行备份,上式中，V_m表示备份Node_m的当前任务运行速率，V_x表示异常Node_x的当前任务运行速率，N_mx表示备份Node和异常Node之间的数据传输率，P_x表示异常Node_x中已经运行的任务进度。

本优选实施例对检测到的落后任务进行备份处理，相较于传统的随意选择云Node进行备份的方法，本优选实施例定义了Node权重的计算方法，并选取具有最高权重的Node作为对落后任务进行数据备份的候选Node，使得选取的进行数据备份的候选Node自身具有较少的任务数的同时，具有较高的任务处理速率，从而能够保证Node之间的负载均衡；此外，当选取了合适的备份Node后，对选择备份Node进行检验，能够有效的避免启动没必要的备份任务，从而造成不必要的资源浪费。

制作说明：

用蜗轮蜗杆机通过***传动轴与电机调速齿轮固定后，传动轴两端安装车轮，车轮上有间距一致的锯齿能保证行走不打滑，在电机前方制作能转向的引导轮，在电机后下方加设拉毛装置，拉毛刷通过轴承与机座相连以便随时调整拉毛角度，覆膜装置与电机机座相连，通过两侧挂钩挂设薄膜卷筒，使薄膜卷筒能在一段薄膜固定下通过机械形式转动旋转达到铺设薄膜的目的，薄膜后部设碾压胶轮对薄膜铺设进行二次定位控制。操作时，开动电机，电机带动传动轴引导主动轮进行行走，前方引导轮控制车辆行驶方向，通过电机的三挡变速来调整车辆行驶速度，机械行走前，调整好拉毛刷进入混凝土深度，加装好覆膜转筒，待混凝土表面形成一定硬度(以手印轻按不留指纹为前提)，开动机械前进，拉毛刷及转动随机械行走自动进行拉毛及覆膜。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种桥梁混凝土面自动拉毛覆膜机，其特征在于包括：

蜗轮蜗杆减速电机、机座、传动轴及行走驱动轮、安装在机座上的前方平衡转向轮、固定于机座后方的可调整拉毛装置、安装在机座后方拉毛装置上方的覆膜轴和碾压胶轮，平衡转向轮及拉毛装置均可调整且具有弹性，能根据地形起伏统一控制拉毛深度；

防尘罩，其具有开口朝下的空腔，并容纳拉毛装置和拉毛刷；

还包括：控制器、服务器、多个传感器和无线模块；

多个传感器，均匀地设置在防尘罩内部的顶端，用于采集桥面平整度信息和桥面地理信息；

服务器，用于根据桥面平整度信息计算地形起伏并发出拉毛指令，根据桥面地理信息计算桥梁混凝土面拉毛覆膜机的方位并发出行走指令；

无线模块，用于无线发送所采集的桥面平整度信息和桥面地理信息给服务器，并将服务器的拉毛指令和行走指令发送给控制器；

控制器，用于接受来自服务器的指令，根据行走指令控制平衡转向轮的行进方向以及行走驱动轮的行走速度、根据拉毛指令控制拉毛装置的拉毛深度；

服务器为多个Node组成的集群，服务器在存储桥面平整度信息和桥面地理信息过程中，定义Node阈值G，规定由桥面平整度信息和桥面地理信息生成的每个地理相关信息文件在各个Node中放置的数据块数量小于其Node阈值G，其中，Node_i对应的Node阈值G_i的表达式为：

num_i表示该桥面平整度信息和桥面地理信息已经到达Node_i的数据块数，K表示地理相关信息被分割的数据块大小，P表示Node磁盘读I/O性能，h_i表示Node_i已经使用的空间大小，H_i表示Node_i的总空间大小，θ分别表示权重系数，u_i表示Node_i的CPU性能值；

服务器对各个Node中的任务运行进度进行监测，并根据各个Node的进度值计算Node内任务运行的速率，从而判断异常Node，具体为：

假定在t₁时刻汇报的Node_i的任务进度为

在t₂时刻汇报的Node_i的任务进度为

则Δ＝(t₂-t₁)时间段内Node_i的局部任务运行速率为

通过指数平滑后的Node_i的当前任务运行速率为：

其中，

表示t₁时刻Node_i的任务处理速率，β为权重系数，描述了t₁时刻的任务运行速率

对当前任务速率的影响程度，设置自适应调整β值，具体为：

当Node_i的当前任务运行速率小于

和

时(其中，

表示已经完成的任务在该阶段时任务运行的平均速率，

表示当前时刻各个Node上任务运行的平均速率)，即判定该Node为异常Node；

当发现异常Node时，从备份Node中选择新的Node执行备份任务。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁混凝土面自动拉毛覆膜机，其特征在于：所述蜗轮蜗杆电机与行走驱动轮匹配，能根据行走指令以一定速度行走。

3.根据权利要求1所述的一种桥梁混凝土面自动拉毛覆膜机，其特征在于：机座与前方平衡转向轮，能根据行走指令调节转向。

4.根据权利要求1所述的一种桥梁混凝土面自动拉毛覆膜机，其特征在于：与所述机座安装相连的拉毛装置具有可调整装置，能根据拉毛指令调整拉毛深度及拉毛宽度，能统一控制深度。

5.根据权利要求1所述的一种桥梁混凝土面自动拉毛覆膜机，其特征在于：所述机座与后方连接的覆膜轴能挂设筒装薄膜，通过机器行走自动转动释放薄膜后，使用碾压胶轮与拉完毛混凝土面的贴合密封。

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