CN104589513B - 一种用于胶凝材料的三级快速计量装置 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于胶凝材料的三级快速计量装置，在该计量装置中，进料口设置于物料箱的上端，为下凹的倒圆锥形；物料箱与计量罐之间设有进料管相连通，所述进料管上设有止回阀；计量罐与物料箱相连通的一端还设有出料口，所述出料口穿设有出料管，在出料管上安装有止回阀，在止回阀下方设有承料托盘；传动轴的上端与活塞相连，下端与电机相连，在传动轴上端还设有距离感应器。还公开了使用该计量装置的方法。所述计量装置采用三级快速计量，能够大大提高计量精度，同时使用简单，成本低，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及计量装置设备领域，具体的说是一种用于胶凝材料的三级快速计量装置。
技术背景
我国城镇化的不断深入对水泥、混凝土、稳定土、砂浆、砂石等建材的需求大幅提升。目前随着新型城镇化建设的深入，未来城市经济圈的投资发展有望加速，东部京津冀、长三角、珠三角这些相对成熟的经济圈会得到进一步提升，而中西部地区会加速形成新的增长动力，上述建材的需求量将进一步增加。统计数据显示，我国城镇化率每提升一个百分点，将会有1000万人口转移到城市。按照每人住房面积30平方米计算，每年需新增3亿平方米的住宅，若按照每平方米住房建设需要0.2吨水泥计算，城镇化率每提升一个百分点将拉动水泥需求0.6亿吨。除此之外，每年发改委还审批了若干城际铁路、公路、机场和港口等基建项目。随着项目资金到位，这些项目将陆续开工，将成为刺激例如水泥等建材需求的另一个重要因素。另外，从建设周期和流程来看，地铁项目的建设一般需要4-5年，因此包括商品混凝土、水泥、砂石等原材料供应可能会呈爆发式增加。
目前，凝胶材料通常为浆液形式，例如混凝土浆料，所需浆液添加剂品种多，对于其成分计量的精确度直接影响到产品的性能，然而现有的用于凝胶材料的计量装置往往精度不高，导致制得的产品的性能大大折扣，或者在采用高精度的凝胶计量设备后，虽然精度提高了，但是其设备往往较为复杂，造价成本很高。
CN101586983A公开了一种混凝土搅拌设备中的计量装置，具体地说是一种水泥在线计量装置，所述水泥在线计量装置，包括计量斗底架及安装于计量斗底架上部的计量斗，其特征是：在计量斗底架的上部侧面设置螺旋输送机吊架，在螺旋输送机吊架的下面设置拉力称重传感器；螺旋输送机的进料端安装在计量斗底架的中部，螺旋输送机的出料端连接在拉力称传感器的下面；在螺旋输送机的进料端与位于计量斗下面的出料口间有星形卸料阀；在计量斗底架的顶部对称地布置至少3个压力称重传感器，所述计量斗固定在所述压力称重传感器上。
CN103419283A公开了一种连续式水泥计量装置，包括计量螺旋、计量螺旋驱动减速机、给料转阀、给料转阀驱动电机、工业控制电脑、给料转阀变频器、重量传感器，其特点是：为拉式的重量传感器与计量螺旋吊拉连接，工业控制电脑与可编程序控制器PLC电连接，可编程序控制器PLC的输入信号端通过重量变送器与拉式重量传感器电连接，可编程序控制器PLC的输入信号端与置于计量螺旋轴端的编码器电连接，可编程序控制器PLC的输出信号端通过计量螺旋变频器与计量螺旋连接，可编程序控制器PLC的输出信号端依次与给料转阀变频器、给料转阀驱动电机电连接。
CN103157544A公开了一种添加液体水泥助磨剂用计量装置，包括水泥助磨剂贮槽、液体物料计量泵、液体物料平衡罐和液体物料平衡管，水泥助磨剂贮槽的底部通过第一连接管与液体物料平衡罐的底部连通，液体物料平衡罐的底部通过第二连接管与液体物料计量泵的一侧连通，计量泵的另一侧设有出料管，液体物料平衡管的一端连接于水泥助磨剂贮槽的顶部，液体物料平衡管的另一端连接于液体物料平衡罐的顶部；本发明通过在水泥助磨剂贮槽和液体物料计量泵之间增加一个液体物料平衡罐，在水泥助磨剂贮槽和液体物料平衡罐之间设置一根液体物料平衡管，使得进入液体物料计量泵的物料得到一个均衡物压，保证加入到磨机中的助磨剂的量得到均衡。
CN202836632U公开了一种水泥助磨剂自动计量系统，其包括助磨剂计量泵、助磨剂储存罐、流量计、水泥磨机、DCS系统控制柜和上位机，所述助磨剂储存罐的出口处设有所述助磨剂计量泵，所述助磨剂储存罐的出口与所述助磨剂计量泵的入口通过管道连接，所述助磨剂计量泵的出口与所述水泥磨机的入口通过管道连接，连接所述计量泵的出口与所述水泥磨机的入口的管道上设有所述流量计。
CN102310484A公开了一种拉式计量装置、配料站及混凝土搅拌站，其为拉式计量装置，包括拉式传感器和设置在拉式传感器下方的计量斗，以及连接拉式传感器和计量斗的柔性连接装置。根据本发明的配料站，设置有上述的拉式计量装置。根据本发明的混凝土搅拌站，设置有上述的配料站或拉式计量装置。
EP1405705A1公开了一种混凝土材料的计量装置，其特征在于，它具有下列部件：供应骨料的骨料供应装置；供水装置；收容并计量上述骨料供应装置所供应骨料的骨料计量仓；计量槽，该计量槽用于收容将上述骨料供应装置所供应的骨料与上述供水装置所供应的水混合而成的水浸骨料，并且装有能自由开关的，能使底部开口保持水密性的底盖；计测上述计量槽内的水浸骨料的重量的水浸骨料重量计测装置；计测上述计量槽内的水浸骨料的水位的水位计测装置；以及水位保持装置，该水位保持装置为了使上述计量槽内的水浸骨料的水位保持在所要求的水位上，将超过该所要求的水位的水从上述计量槽中吸出，并计测上述吸水量；上述水位保持装置由下列各部分构成：设置成能自由升降的吸水管；与上述吸水管连接并连通并连接，用于计量所吸入的水量的吸水计量用储存槽；以及与该吸水计量用储存槽连接并连通的吸气装置；并且，使得上述骨料供应装置能将上述骨料分别供应给上述骨料计量仓和上述计量槽。
US2007163333A1公开了一种混凝土材料的计量装置，其特征为：所述混凝土材料的计量装置由骨料供料漏斗、计量槽、液位测量装置、质量测量装置构成；其中，骨料供料漏斗提供骨料；计量槽容纳从该骨料供料漏斗来的骨料和水形成的水浸骨料；液位测量装置设置在该计量槽上方，测量装在所述计量槽内的所述水浸骨料的液位；质量测量装置测量装在所述计量槽内的所述水浸骨料的质量。
WO02060665A1公开了一种混凝土材料的计量装置，其特征为：所述混凝土材料的计量装置由骨料供料漏斗、计量槽、液位测量装置、质量测量装置构成；其中，骨料供料漏斗提供骨料；计量槽容纳从该骨料供料漏斗来的骨料和水形成的水浸骨料；液位测量装置设置在该计量槽上方，测量装在所述计量槽内的所述水浸骨料的液位；质量测量装置测量装在所述计量槽内的所述水浸骨料的质量。
“减量法计量装置在水泥生产中的应用”，王传东，中国建材杂志，1989年第1期，公开了一种减量法计量装置，其靠控制部分(单片机、模拟仪表)不停地计算每一时间间隔—周期中，料仓重量的减少来实现的。其特点是计量精度高，其料仓称重方式本质上属于静态计量，它不受零点漂移等因素的影响，因而计量精度高于电子皮带秤、螺旋秤、冲量流量计等动态计量装置；适应重量范围大，一般连续秤难以完成的特大或特小料的计量，它都能完成。系统只要配备不同的料仓、料斗和相应的传感器，精度能达到0.5％以上；适应物料范围广。减量法计量装置进出料部分采用软连接，采用仓式结构而配用不同的卸料执行机构，因而可适用于粉状、粒状的物料，也适用于粘稠或稀薄的液体；系统的进出料装置均采用全密封方式，可防止有毒、腐蚀性或粉粒状物料向外泄漏和飞扬。由于去掉了除尘设备，系统的造价降低；系统的工艺较简单，与其它连续称重设备比，可动部件少，加工制造方便，维护简单。
“现场校准混凝土渗透仪”；郑丽民，中国计量，2007，(10)，第71页介绍了电接点压力表在混凝土渗透仪上是用来显示试验压力值和压力上下限自动控制的，所以电接点压力表的示值准确是渗透仪主要的计量性能指标。常规办法是把电接点压力表从混凝土渗透仪上拆下，6个月送检一次。而在实际工作中拆装困难，并且拆装过程容易损坏压力表、铜管和连接件。为解决这一问题，只要加装一个转换接头。电接点压力表不经拆卸就可以进行现场校准。转换接头的一端是M16外螺纹与渗透仪压力容器上的注水嘴连接，另一端是M20×1.5内螺纹与(或中间加接一只快速接头)0.4级精密压力表连接，从而实现了标准压力表和电接点压力表接在同一个压力源上。现场校准操作步骤：一是关闭试模控制阀门和0号控制阀门，二是通电、启动电源开关，使水泵工作，打开试模控制阀门和0号控制阀门排出空气，直至无气泡为止；管路上的水压上升，随之电接点压力表和标准压力表压力升高，三是参照JJG52-1999《弹簧管式一般压力表、压力真空表和真空表》检定规程对渗透仪的压力示值进行校准。
然而，如上文所述，在上述现有技术的胶凝材料计量装置中，计量精度不高，或者为了实现高的计量精度，装置结构和操作方法过于复杂，导致计量装置成本过高。目前需要一种能够实现高计量精度和装置成本之间良好平衡且使用寿命长的胶凝材料计量装置。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，在现有技术的基材上，本发明人经过深入研究和大量实验，提出了如下技术方案：
在本发明的一方面，提供了一种用于胶凝材料的三级快速计量装置，包括进料口，物料箱，计量罐，进料管，出料管，止回阀，标尺，液位开关，重量感应器，距离感应器，传动轴，液压器，活塞，电机，控制模块其特征在于，所述进料口设置于物料箱的上端，为下凹的倒圆锥形；物料箱与计量罐之间设有进料管相连通，所述进料管上设有止回阀；计量罐与物料箱相连通的一端还设有出料口，所述出料口穿设有出料管，在出料管上安装有止回阀，在止回阀下方设有承料托盘；所述出料管上还设有支管与进料管相导通；计量罐另一端穿设有传动轴，传动轴的上端(即左端)与活塞相连，下端(即右端)与电机相连，在传动轴上端还设有距离感应器，传动轴的表面设有标尺；液压器一端与驱动电机相连接，另一端与控制模块相连。
优选地，所述进料管与出料管连通的支管为分流支管，其上还设有小口径电磁流量计。所述进料管与出料管可以为进料软管和出料软管的形式，例如可以为常规胶凝材料例如混凝土的泵送软管。
优选地，所述计量罐下方安装有重量感应器，重量感应器与控制模块相连接。
在一个优选实施方式中，所述控制模块为基于ARM的控制模块。该控制模块对感应器的模拟量进行数据采集和处理，经过变送器将模拟量转变为0-3.3V的电压，再由A/D转换器变为数字信号，发送给显示器，如果发现止回阀流量的与设定值存在差异，则向止回阀发出电压信号，调整止回阀流量，例如改变止回阀的电压，从而有效起到校准目的。所述设定值可以由人工根据标尺的计量结果进行输入。所述控制模块可以包括A/D采样模块、LED显示模块、D/A输出模块、PID控制算法模块和速度脉冲模块。通过该设计形式，使得与现有的控制模块相比，控制模块的智能化程度更高、结构更紧凑并且控制精度更高。
在本发明的计量装置中，活塞与计量罐之间保持密封接触，在所述活塞与计量罐的接触部分优选施加有密封圈形式的耐磨密封材料层。耐磨密封材料层的厚度优选为0.1-3mm。
该耐磨密封材料优选为改性聚四氟乙烯材料(PTFE)，该改性聚四氟乙烯材料为玻璃纤维、纳米碳纤维和聚硅氧烷联合改性的聚四氟乙烯材料，基于改性聚四氟乙烯材料的总重量计，包含玻璃纤维2.0-3.0wt.％，纳米碳纤维1.5-2.0wt.％和聚硅氧烷3.5-5.5wt.％。
本发明人发现，在计量器的使用过程中，随着使用时间的增加，活塞会发生磨损，从而导致密封不严，严重导致测试结果的准确性，需要经常更换，导致成本增加。经过深入研究发现，通过玻璃纤维、纳米材料和聚合物的联合使用，使耐磨密封材料的性能得到极大改善。使得前后挡板活塞装置具有耐磨损、使用寿命长的优点。玻璃纤维、纳米碳纤维的加入使得在PTFE层状结构中形成网状节点，从而提高刚度、导热性、抗蠕变性及耐磨性，使密封寿命大大延长，试验过程中发现，在PTFE中加入2wt.％玻璃纤维、2wt.％的纳米碳纤维和3.5wt.％聚硅氧烷，使活塞的耐磨性相比于不加入所述填料可以提高很多，例如提高320倍，比普通橡胶密封圈提高280倍以上。本发明出乎意料地发现，如果仅仅加入所述材料(玻璃纤维和纳米碳纤维)，则会使材料的硬度增大，弹性降低，柔韧性变差，经过大量研究，本发明人向耐磨密封材料中引入聚硅氧烷，帮助摩擦面润滑，从而延长活塞的使用寿命。所述聚硅氧烷优选为支化的聚硅氧烷，更优选为环氧改性支化聚硅氧烷。所述支化聚硅氧烷可以通过使式(a)表示的具有Si-H键的硅氧烷，与式(b)表示的不对称的线性硅氧烷反应来进行制备：
其中n表示12-28的整数，
其中X表示任意卤素，m表示2或3的整数，
反应条件可以包括：在有机溶剂中将(a)和(b)二者混合，在氮气气氛下搅拌过夜，所述混合可以采用滴加方式，例如将式(b)表示的不对称的线性硅氧烷滴加到式(a)表示的具有Si-H键的硅氧烷中。
耐磨密封材料可以通过包括如下步骤的方法制得：将聚四氟乙烯料和玻璃纤维进行高剪切混合，得混合物A，再将纳米碳纤维和聚硅氧烷混合，得到混合物B，然后将混合物A和B进行混合、压制、烧结和切削加工。可以将其加工成带状，以便于施加在活塞上。通过上述混合顺序，可以实现各组分的均匀混合，避免了在所有组分同时混合时，玻璃纤维和纳米材料如纳米碳纤维之间由于缠结而附聚。
所述耐磨密封材料可通过本领域常规的方法施加在活塞的外缘，所述方法例如热熔结合或者使用粘合剂。
由于胶凝材料通常含有多种外加剂，所述进料管、出料管、支管和计量罐的内表面易于发生腐蚀，因此优选在所述进料管、出料管、支管和计量罐的内表面涂覆一层耐磨、耐腐蚀材料，形成耐磨、耐腐蚀涂层。
所述耐磨、耐腐蚀涂层的主要成分及其百分含量配比为：Al2O3粉末20％-30％、MnO2粉末10％-30％、TiO2粉末10％-15％、SiO2粉末2％-4％，0.1-1.0％立方氮化硼(CBN)粉末，30％-50％碳纤维。所述涂层可采用等离子热喷涂工艺进行制备，其成型后的厚度约为20-40μm。耐磨、耐腐蚀涂层赋予了计量装置良好的耐磨、耐蚀性能，有效提高了使用寿命，碳纤维的加入还赋予该涂层一定的韧性。
在本发明的另一方面，还提供了一种操作前述上述计量装置的方法，该方法包括由控制模块控制控制两个止回阀的开启和关闭。
更具体地，控制模块通过计算止回阀的胶凝材料流通速度和开启时间进行计量，距离感应器通过感应活塞在计量罐的运行距离进行计量，标尺通过人工读取进行计量，通过标尺的计量结果对距离感应器和控制模块进行修正，并且通过距离感应器的计量结果和控制模块的计量结果对比判断止回阀的工作状况。
本发明的主要优点在于采用了芯片控制、标尺监控以及感应器配合的三级计量模式，计量速度快，由于传动装置的使用，通常在较短时间内就可以大体积量的胶凝材料的计量，精度高且成本低，同时由于耐磨、耐腐蚀层的施加和密封材料的选择，计量装置使用可靠、使用寿命大大提高。特别应提及的是，本发明的计量装置计量精度高，误差小于千分之五。
附图说明
附图1为本发明的快速计量装置的结构示意图；
图中，1为物料箱；2为计量罐；3为电机；4为支管；5为控制模块；6为液压器；7为距离感应器；8为重量感应器；9为传动轴；10为进料管；11为止回阀；12为出料管；13为承料托盘；14为活塞。
具体实施方式：
实施例1
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
本发明一种用于胶凝材料的三级快速计量装置，包括进料口，物料箱1，计量罐2，进料管10，出料管12，止回阀11，标尺，液位开关，重量感应器8，距离感应器7，传动轴9，液压器6，电机3，控制模块5，所述进料口设置于物料箱的上端，为下凹的倒圆锥形；物料箱1与计量罐2之间设有进料管相连通，所述进料管上设有止回阀；计量罐2与物料箱1相连通的一端还设有出料口，所述出料口穿设有出料管，在出料管上安装有止回阀，在止回阀下方设有承料托盘；所述出料管上还设有支管与进料管相导通；计量罐2另一端穿设有传动轴9，传动轴9的上端与活塞14相连，下端与电机相连，在传动轴上端还设有距离感应器7，传动轴9的表面设有标尺；液压器6一端与驱动电机相连接，另一端与控制模块相连。所述的进料管与出料管连通的支管为分流支管，其上还设有小口径电磁流量计。所述的计量罐2下方安装有重量感应器8，重量感应器8与控制模块5相连接。所述的控制模块5为基于ARM的控制模块。进料管、出料管、支管和计量罐的内表面涂覆一层耐磨、耐腐蚀材料，形成耐磨、耐腐蚀涂层，所述耐磨、耐腐蚀涂层的主要成分及其百分含量配比为(基于材料的总重量计)：Al2O3粉末20％、MnO2粉末20％、TiO2粉末10％、SiO2粉末3.5％，0.5％CBN粉末，46％碳纤维，所述涂层采用等离子热喷涂工艺进行施加，其成型后的厚度为20μm。
对比例1
对比例1与实施例1的区别仅在于所述进料管、出料管、支管和计量罐的内表面没有施加耐磨、耐腐蚀材料层。
通过实施例1和对比例1的比较发现，在常规浇铸用混凝土的制备中，本发明实施例1的计量装置的使用寿命是对比例1的计量装置使用寿命16倍。
本发明的计量装置由于耐磨、耐腐蚀层的施加，工作寿命更长；同时密封性好，使得计量准确，并且能够适用于多种材料的计量；此外，通过控制模块，实施三级计量联动和实时校准，计量精度进一步提高。这些效果是本领域技术人员所预料不到的。
本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域技术人员能够制造和使用本发明。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可以包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或者如果这种其它实例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这种其它实例旨在处于权利要求书的范围之内。在不会造成不一致的程度下，通过参考将本文中参考的所有引用之处并入本文中。
Claims (8)
1.一种用于胶凝材料的三级快速计量装置，包括进料口，物料箱，计量罐，进料管，出料管，止回阀，标尺，液位开关，重量感应器，距离感应器，传动轴，液压器，活塞，电机，控制模块，其特征在于，所述进料口设置于物料箱的上端，为下凹的倒圆锥形；物料箱与计量罐之间设有进料管相连通，所述进料管上设有止回阀；计量罐与物料箱相连通的一端还设有出料口，所述出料口穿设有出料管，在出料管上安装有止回阀，在止回阀下方设有承料托盘；所述出料管上还设有支管与进料管相导通；计量罐另一端穿设有传动轴，传动轴的上端与活塞相连，下端与电机相连，在传动轴上端还设有距离感应器，传动轴的表面设有标尺；液压器一端与驱动电机相连接，另一端与控制模块相连。
2.根据权利要求1所述的用于胶凝材料的三级快速计量装置，其特征在于，所述进料管与出料管连通的支管为分流支管，其上还设有小口径电磁流量计。
3.根据权利要求1或2所述的用于胶凝材料的三级快速计量装置，其特征在于，所述计量罐下方安装有重量感应器，重量感应器与控制模块相连接。
4.根据权利要求1所述的用于胶凝材料的三级快速计量装置，其特征在于，所述控制模块为基于ARM的控制模块。
5.根据权利要求1所述的用于胶凝材料的三级快速计量装置，其特征在于，活塞与计量罐之间保持密封接触，在所述活塞与计量罐的接触部分施加有密封圈形式的耐磨密封材料层。
6.根据权利要求1所述的用于胶凝材料的三级快速计量装置，其特征在于，所述进料管、出料管、支管和计量罐的内表面涂覆有一层耐磨、耐腐蚀材料，形成耐磨、耐腐蚀涂层。
7.一种操作权利要求1所述用于胶凝材料的三级快速计量装置的方法，该方法包括由控制模块控制两个止回阀的开启和关闭。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其中控制模块通过计算止回阀的胶凝材料流通速度和开启时间进行计量，距离感应器通过感应活塞在计量罐的运行距离进行计量，标尺通过人工读取进行计量，通过标尺的计量结果对距离感应器和控制模块进行修正，并且通过距离感应器的计量结果和控制模块的计量结果对比判断止回阀的工作状况。
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