振动压路机振动加速度实时检测及数据处理研究

论文摘要

路基路面的压实是施工组织中的一道重要工序,实践证明,压实可以使路基及路面各结构层的材料具有一定的密实度,提高路基土和路面材料的不透水性及强度稳定性,减少路基、路面在行车载荷作用下产生的永久变形,这对于公路的路基、路面具有重要的意义。振动压路机是如今工程建设中的主要压实机械,振动压路机通过振动轮偏心振子的高速旋转产生一个离心力对压实路面往复冲击,使得路基路面材料的颗粒状态不断的改变,以达到压实的目的。在传统的压实度检测方法不能满足工程需要的前提下,车载式压实度实时检测方法成为当今研究的主要方向。试验证明,在土壤不断的压实过程中,振动压路机振动轮的参数(振动位移、振动加速度)与土壤的压实度是正相关的,即随着土壤压实度的不断增加,振动轮振动位移、振动加速度也在不断的变大。基于两者之间存在的这种关系,可以在振动压路机振动轮上安装加速度传感器,通过实时检测振动加速度的大小来判断土壤压实度的情况。在处理从传感器检测的振动加速度信号的过程中,去除检测信号的干扰噪声,分析信号的奇异点,以及表征振动加速度的特征参数是信号处理的主要内容,分析证明,使用小波分析处理这种非平稳信号有着独特的优势。通过小波分析处理可以很大程度上去除系统中的干扰噪声,同时能非常方便的检测出信号的奇异点发生的位置。实测数据表明,振动加速度和土壤压实度之间虽然在土壤压实的前中期是正相关的,但是两者之间的线性关系并不是很好,基于BP神经网络在处理非线性映射方面的能力和特点,使用BP神经网络来反应两者之间的映射关系,仿真及数据检测表明,BP神经网络的应用是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景及意义
• 1.2 压实技术的发展综述
• 1.2.1 压实机械的发展历程
• 1.2.2 压实技术的发展趋势
• 1.3 振动信号处理的研究综述
• 1.3.1 信号分析处理的发展历程
• 1.3.2 信号处理的方法概述
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 压实连续检测理论基础分析
• 2.1 土壤压实概述
• 2.1.1 土壤的密实度与压实度
• 2.1.2 土壤压实及其物理过程
• 2.1.3 土壤压实的基本方法
• 2.1.4 影响土壤压实的主要因素
• 2.2 振动压实机理
• 2.2.1 振动冲击下颗粒的运动
• 2.2.2 压实过程中土壤的不同阶段
• 2.2.3 与振动压实相关的压路机参数
• 2.3 振动轮与土壤系统动力学分析
• 2.3.1 振动轮—土壤系统建立力学分析的目的
• 2.3.2 振动轮一土壤动力学模型的建立
• 2.3.3 用解析法求解动力学方程
• 2.4 本章小节
• 第三章 振动加速度信号检测与处理
• 3.1 信号检测系统概述
• 3.1.1 检测系统的组成
• 3.1.2 激振加速度信号的特征
• 3.1.3 信号处理方法分析
• 3.1.4 小波理论及其时频化特性
• 3.2 振动加速度信号的前处理
• 3.2.1 消除多项式趋势项
• 3.2.2 信号的去噪方法
• 3.2.3 小波阈值法对振动加速度信号去噪
• 3.2.4 信号的奇异点检测
• 3.3 振动加速度信号的特征提取方法
• 3.4 本章小节
• 第四章 基于BP神经网络的数据处理
• 4.1 神经网络处理的目的
• 4.2 神经网络概述
• 4.2.1 神经网络的发展
• 4.2.2 神经网络的研究内容
• 4.2.3 神经网络的应用
• 4.2.4 神经网络的特点
• 4.3 实验数据的神经网络处理与仿真
• 4.3.1 神经网络模型的确定
• 4.3.2 BP神经网络的特点
• 4.3.3 基于BP神经网络的初步处理方案
• 4.3.4 改进后的BP网络处理
• 4.3.5 不同级配土壤的BP神经网络训练仿真
• 4.4 结论分析
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文所做的工作
• 5.2 本文的创新点
• 5.3 本文的不足和进一步设想
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间发表的论文