CN106863603B - 注浆用仿生搅拌机及混合动力仿生搅拌系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种注浆用仿生搅拌机及混合动力仿生搅拌系统；其中，注浆用仿生搅拌机包括具有进料口和出浆管的搅拌桶，搅拌桶的底面为一斜度朝向出浆管的斜面；搅拌桶的上端通过支撑架固定安装有一动力部，动力部的动力输出端与搅拌桶内的搅拌轴连接，搅拌轴上垂直或倾斜地设置有若干搅拌桨；当搅拌桨倾斜设置于搅拌轴上时，搅拌桨的倾斜方向与搅拌轴的回转方向相反；搅拌桶的内表面和搅拌桨上均设置有若干仿生非光滑单元，搅拌桶上所有仿生非光滑单元与搅拌桶接触面表面积为搅拌桶的内表面表面积的20％～50％；搅拌桨上所有仿生非光滑单元与搅拌桨接触面表面积为搅拌桨的所有表面表面积的20％～60％。本发明具有环保、高效等优势。

Description

注浆用仿生搅拌机及混合动力仿生搅拌系统

技术领域

本发明涉及注浆作业领域使用的机具，具体涉及一种注浆用仿生搅拌机及混合动力仿生搅拌系统。

背景技术

注浆(Injection Grout)，又称为灌浆(Grouting)，它是将由某些特定材料按照一定比例配制而成的具有凝结能力的浆液，使用压送设备(用气压、液压或电化学原理)将其灌入地层(岩土体)中的裂隙、孔隙或溶穴内，并使其扩散、胶凝或固化，从而达到加固地层或防渗堵漏的目的。目前，注浆技术已广泛应用于水利水电、交通、建筑、矿山等工程中的岩土体加固、防渗，以及作为地质灾害防治与地质环境保护中的边坡护坡、溜砂坡防护、水土保持等常用的技术手段。

搅拌机是制备注浆用浆液的主要机具，其性能的优劣，将对所制备浆液的性能和注浆作业的效率及质量产生较大影响；具体表现为：浆液的搅拌时间和搅拌均匀程度对结石强度有较大影响，浆液的搅拌效率对供浆效率有较大影响等。

随着石油等常规化石能源日益消耗，随之而来的高成本、环境污染和生态破坏等问题日益严峻。作为清洁能源(Clean Energy)和可再生能源(Renewable Energy)的太阳能(Solar Energy)与风能(Wind Energy)，具有清洁、可再生、环保、分布范围广等诸多优势，已广泛应用于人们的日常生活和生产中。

仿生学(Bionics)是通过模仿自然界中包括植物和动物在内的生物的特殊本领，利用其结构和功能原理研制机械或其它新技术的科学技术。生物非光滑表面的形态特征普遍存在于自然界中，仿生非光滑表面技术(Bionic Non-smooth Surface Technology)是以自然界中生物非光滑形态结构为原型，解决实际工程问题的一种科学应用技术。

实施注浆作业，尤其是在野外实施注浆作业，由于施工条件相对比较恶劣，因而有时无法接入市政用电而导致用电问题比较难以解决，通常的做法是使用柴油/汽油发电机自主发电供电，一方面需要消耗大量的柴油/汽油等化石燃料，导致注浆作业成本较高，另一方面柴油/汽油作为化石燃料燃烧后排放出的污染物在一定程度上也会对生态和环境产生不利的影响。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种减阻、降耗、耐磨和防粘性能好且节能环保的注浆用仿生搅拌机及混合动力仿生搅拌系统。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，提供一种注浆用仿生搅拌机，其包括具有进料口和出浆管的搅拌桶，其特征在于，所述搅拌桶的底面为一斜度朝向出浆管的斜面；所述搅拌桶的上端通过支撑架固定安装有一动力部，所述动力部的动力输出端与置于搅拌桶内的搅拌轴连接，所述搅拌轴上垂直或倾斜地设置有若干搅拌桨；当搅拌桨倾斜设置于搅拌轴上时，搅拌桨的倾斜方向与搅拌轴的回转方向相反；

所述搅拌桶的内表面和搅拌桨上均设置有若干仿生非光滑单元，所述搅拌桶上所有仿生非光滑单元与搅拌桶接触面表面积为搅拌桶内表面表面积的20％～50％；所述搅拌桨上所有仿生非光滑单元与搅拌桨接触面表面积为搅拌桨的所有表面表面积的20％～60％。

进一步地，所述仿生非光滑单元为棱纹型凸起；当棱纹型凸起截面的形状为矩形时，所述仿生非光滑单元的高度为其宽度的0.5～1倍；当棱纹型凸起的截面形状为半圆形时，仿生非光滑单元的高度为其直径的0.5～1倍；当棱纹型凸起的截面形状为梯形时，仿生非光滑单元的高度为其底边宽度的0.5～1倍；当棱纹型凸起的截面形状为三角形时，仿生非光滑单元的高度为其底边宽度的0.5～1倍；当棱纹型凸起的截面形状为波浪形时，仿生非光滑单元的高度为其直径的0.5～1倍；当棱纹型凸起的截面形状为V字形时，仿生非光滑单元的高度为其宽度的0.5～1倍；相邻两个仿生非光滑单元之间的中心距为仿生非光滑单元宽度或直径的1～3倍。

进一步地，所述搅拌桨包括通过上层连接翼板固定安装在搅拌轴中上部的上层搅拌桨叶和通过下层连接翼板固定安装在搅拌轴中下部的下层搅拌桨叶；每片上层连接翼板和下层连接翼板等间距交错地设置在搅拌轴上。

进一步地，所述进料口由进水管和进料斗组成；所述进水管距离搅拌桶顶面的垂直距离为5cm～70cm；所述进料斗为向搅拌桶外突出的倒三角扇形腔，且进料斗的底面为一斜度朝向搅拌桶中心的斜面；所述进料斗与搅拌桶内部空间相通的边缘与搅拌桶顶面间的距离为10cm～80cm。

进一步地，所述搅拌桶底面的下表面上均布有至少三个万向轮。

进一步地，所述搅拌桶的底部设置有向外延伸的环形凸缘，所述环形凸缘上等间距地开设有至少三个螺纹孔，所述螺纹孔内安装有用于调整搅拌桶工作时稳定状态的螺柱。

进一步地，所述动力部包括连接在一起的电机和减速器，所述减速器的输出端通过联轴器总成与搅拌轴连接。

进一步地，注浆用仿生搅拌机还包括固定安装于所述支撑架上的安装壳，所述联轴器总成的上部联轴器和轴承位于所述安装壳内，所述减速器固定安装于所述安装壳的顶部。

进一步地，所述搅拌桶的外侧桶壁上至少设置有两个便于搬运的把手。

第二方面，提供一种混合动力仿生搅拌系统，其包括供电模块、供水模块和注浆用仿生搅拌机，所述供电模块包括与动力部连接的配电箱及分别与配电箱电连接的市政用电、柴油/汽油发电机、太阳能发电装置和风力发电装置；所述供水模块包括水箱及导通水箱和进料口的水泵，所述水泵与配电箱电连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

由于搅拌桶的内表面和搅拌桨上均设置有若干仿生非光滑单元，仿生非光滑单元使搅拌桶内壁表面和搅拌桨外表面呈现仿生非光滑形态，在搅拌制浆过程中，可以使水泥浆液对搅拌桶内壁表面和搅拌桨外表面的不间断连续磨蚀变为间断非连续磨蚀，降低了水泥浆液中的固相颗粒对搅拌桶内壁表面和搅拌桨外表面的磨蚀强度，从而保证了仿生搅拌机具备较好的耐磨性能。

此外，由于仿生非光滑单元的设置，使得搅拌桶内壁表面和搅拌桨外表面呈现仿生非光滑形态，这将导致原本连续光滑的表面变得不连续且凹凸不平，当水泥浆液中的固相颗粒撞击或刮擦到搅拌桶内壁表面和搅拌桨外表面后，将会产生反弹效果，进而很容易地改变固相颗粒原本的运动轨迹，从而降低了水泥浆液中的固相颗粒对搅拌桶内壁表面和搅拌桨外表面的磨蚀。

由于仿生非光滑单元的设置，使得搅拌桶内壁表面和搅拌桨外表面呈现仿生非光滑形态，在搅拌制浆过程中，可以使水泥浆液，尤其是水泥浆液中的液相部分，在由相邻棱纹间构成的凹槽内产生反转的涡流，进而引起四种效应：

(1)涡垫效应，凹槽内部反转的涡流造成了凹槽内水泥浆液与凹槽外水泥浆液的“液-液”接触，从而形成“涡垫效应”。

(2)推进效应，处于凹槽内部反转的涡流与在搅拌桨搅拌作用下流动起来的水泥浆液之间的接触表面上的摩阻力形成了附加动力，这对于凹槽外部流动起来的水泥浆液而言产生了“推进效应”。

(3)液力轴承效应，若干凹槽内反转的涡流，宛如若干安装在搅拌桶内壁表面和搅拌桨外表面上的“轴承”一般，能够有效降低水泥浆液在搅拌桨搅拌作用下流动时与搅拌桶内壁表面和搅拌桨外表面之间的摩阻力损耗。

(4)驱离效应，由于若干凹槽内反转的涡流，还可改变水泥浆液中固相颗粒的运动状态，有利于驱离欲与搅拌桶内壁表面和搅拌桨外表面接触的固相颗粒，进而有助于提升搅拌桶内壁表面和搅拌桨外表面的耐磨性能。

基于反转涡流的存在，由于阻力降低从而降低了搅拌制浆过程中的能耗，同时也可起到对水泥浆液的防粘及脱附效果。

仿生非光滑单元的占比能够影响搅拌桶内壁表面和搅拌桨外表面的仿生非光滑形态，进而影响了浆液在凹槽内产生反转涡流的个数和旋转的形态，从而也就影响了上述的效果。

仿生非光滑单元宽(或直径)高及相邻两个仿生非光滑单元的中心距的设置，能够对反转涡流的尺寸范围和涡流形态(强度)得到大幅度提高，进而改善了仿生搅拌机的减阻、降耗、耐磨、防粘和脱附等性能。

仿生非光滑单元尺寸的独特设置，一方面考虑到搅拌桶内壁表面和搅拌桨外表面的尺寸，另一方面也考虑到仿生非光滑单元加工的难易程度及最大程度地发挥仿生非光滑表面的减阻、降耗、耐磨、防粘和脱附等效果。

本方案将搅拌桨设置成上下分布、且相互交错的上层搅拌桨叶和下层搅拌桨叶后，能够有效提升对浆液的搅拌效率，增强对浆液的搅拌均匀程度，进而提高注浆用浆液的供应效率和质量，降低注浆作业的综合成本。

搅拌桶外壁上把手的设置及搅拌桶底部万向轮的设置，可以方便搅拌机快速省力地搬迁；搅拌桶的环形凸缘上设置的螺柱可以便于搅拌机在不平整场地进行局部高度的调节，从而保证了搅拌机在不平整场地搅浆作业时的稳定性。

本发明中的大部分零部件都是通过可拆卸的方式安装在一起的，因而具有很好的可拆装性能，便于搬迁，且对野外复杂施工条件的适应性强；另外，大部分零部件都能够实现独立加工或采购，同时也便于对搅拌机的保养、维修和零部件的更换。

由于本发明的搅拌桶内底面设为斜面，且该斜面的倾斜方向朝向搅拌桶的出浆管，因而搅拌桶在搅拌制浆结束后，有利于浆液沿着斜面流向搅拌桶出浆管，易于出浆且节能。

由于搅拌桶上的进水管呈切向布置，从进水管加水时，水流将沿着搅拌桶内壁面的切线方向进入，在惯性的作用下，水流将以螺旋状贴着搅拌桶内壁面向下运动形成旋流，当注浆作业结束需要清洗搅拌机时，完全可以采用大泵量加水的方式对搅拌桶内壁面及处于搅拌桶内的其它零部件进行清洗，此方法较常规的清洗方法效率更高，省时省电，且有效降低了作业人员的劳动强度和注浆作业的综合成本。

本发明的混合动力仿生搅拌系统采用混合动力主要具有如下优点：

当在野外进行注浆作业无法接入市政用电时，较传统的仅由柴油/汽油发电机提供动力的搅拌机而言，搅拌机采用混合动力，增加了搅拌机的动力来源途径，可以减少注浆作业时对柴油/汽油的依赖，从而增强了注浆作业过程中由于某些突发事件(柴油/汽油用完或发电机故障等)导致的注浆作业中断造成的损失，同时降低了对柴油/汽油等化石燃料的消耗，从而可降低注浆作业的综合成本，减少环境污染和生态破坏，还能起到节能减排的作用。

搅拌系统采用混合动力，当注浆施工现场无法接入市政用电，且柴油/汽油发电机也出现故障无法正常工作时，为使搅浆作业不会被突然中断，可由太阳能光伏发电和风力发电的途径供电，从而保障在紧急情况下的注浆作业不被中断，进而减少或避免由此带来的损失。此外，视天气情况，由太阳能光伏发电和风力发电产生的电能，也可直接作为搅浆作业时的电能来源，从而分担了对市政用电和柴油/汽油发电机产生电能的消耗，使得搅浆作业时的电能来源多样化，且更加地环保、灵活方便。

附图说明

图1为注浆用仿生搅拌机一个实施例的立体图。

图2为注浆用仿生搅拌机的俯视图。

图3为注浆用仿生搅拌机下半段的剖开后的俯视图。

图4为注浆用仿生搅拌机去除支撑架和动力部后一个视角的立体图。

图5为注浆用仿生搅拌机去除支撑架和动力部后另一个视角的立体图。

图6为注浆用仿生搅拌机的搅拌桶的俯视图。

图7为搅拌桶内部斜面剖开后的俯视图。

图8为注浆用仿生搅拌机的搅拌桶的剖视图。

图9为支撑架的横向支撑板的立体图。

图10为支撑架的竖向支撑板的立体图。

图11为上层搅拌桨叶/下层搅拌桨叶的轴测图。

图12为上层搅拌桨叶/下层搅拌桨叶的左视图。

图13为上层搅拌桨叶/下层搅拌桨叶的侧视图。

图14为动力部、搅拌轴、上层连接翼板、下层连接翼板(上层连接翼板和下层连接翼板与搅拌轴垂直)和安装壳组装在一起后的立体图。

图15为图14的剖视图。

图16为动力部、搅拌轴、上层连接翼板、下层连接翼板、搅拌桨(搅拌桨与搅拌轴垂直)和安装壳组装在一起后的立体图。

图17为图16的俯视图。

图18为动力部、搅拌轴、上层连接翼板、下层连接翼板(上层连接翼板和下层连接翼板倾斜设置在搅拌轴上)和安装壳组装在一起后的立体图。

图19为图18的仰视图。

图20为动力部、搅拌轴、上层连接翼板、下层连接翼板、搅拌桨(搅拌桨倾斜设置在搅拌轴上)和安装壳组装在一起后的立体图。

图21为图20的俯视图。

图22为混合动力仿生搅拌系统的结构示意图。

其中，1、搅拌桶；11、进料斗；111、环形顶面；112、顶面孔；12、进水管；13、出浆管；14、截止阀；15、把手；16、环形凸缘；161、螺纹孔；162、螺柱；163、调节螺母；164、万向轮；17、斜面；18、仿生非光滑单元；2、横向支撑板；21、横撑安装孔Ⅰ；22、横撑安装孔Ⅱ；3、竖向支撑板；31、竖撑安装孔Ⅰ；32、竖撑安装孔Ⅱ；

4、电机；5、减速器；6、安装壳；61、壳体安装孔；71、安装螺钉；72、安装螺母；81、上层搅拌桨叶；82、下层搅拌桨叶；83、桨叶安装孔；84、桨叶安装螺钉；85、桨叶安装螺母；911、上部联轴器；912、下部联轴器；92、轴承；93、搅拌轴；941、上层连接翼板；942、下层连接翼板；01、水泵；02、水箱；03、配电箱；04、柴油/汽油发电机；05、太阳能发电装置；06、风力发电装置。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1至图6所示，该注浆用仿生搅拌机包括具有进料口和出浆管13的搅拌桶1，搅拌桶1的底面为一斜度朝向出浆管13的斜面17，此处搅拌桶1的底面的倾斜角度为5°～35°，使得处于搅拌桶1空腔内的浆液有流向出浆管13的趋势，有利于搅拌制浆结束后的顺利排浆。

搅拌桶1上的进料口主要用于制浆时向搅拌桶1内加水、灰(水泥粉末)或其它材料，在实施时，本方案优选进料口由进水管12和进料斗11组成；进水管12距离搅拌桶1顶面的垂直距离为5cm～70cm；进料斗11为呈向搅拌桶1外凸出的倒三角扇形腔，且进料斗11的底面为一斜度朝向搅拌桶1中心的斜面；进料斗11与搅拌桶1内部空间相通边缘距离搅拌桶1顶面的高度为h＝10cm～80cm。

如图4所示，进料斗11的底面设置成斜面，其大体作用与搅拌桶1的底面斜面17的作用相类似，此处就不再赘述。

搅拌桶1是一顶部为开端、内部具有空腔的圆筒状结构，搅拌桶1的主要作用是提供搅拌制浆的空间场所。采用本方案的搅拌桶1进行搅拌制浆时，搅拌桶1内的液面高度应低于进料斗11与搅拌桶1内部空间相通的一侧边缘。

如图1、图3、图4和图5所示，其中的进水管12沿搅拌桶1的切线方向布置，这样流入进水管12的水将沿着搅拌桶1内壁面的切线方向进入，在惯性的作用下，水流将以螺旋状贴着搅拌桶1内壁面向下运动。

如图11至图20所示，搅拌桶1的上端通过支撑架固定安装有一动力部，动力部的动力输出端与置于搅拌桶1内的搅拌轴93连接，搅拌轴93上垂直或倾斜地设置有若干搅拌桨；当搅拌桨倾斜设置于搅拌轴93上时，搅拌桨的倾斜方向与搅拌轴93的回转方向相反。

如图4、图6、图7、图8、图11至图13及图16、图17、图20和图21所示，搅拌桶1的内表面和搅拌桨上均设置有若干仿生非光滑单元18，搅拌桶1上所有仿生非光滑单元18与搅拌桶1接触面表面积为搅拌桶1的内表面表面积的20％～50％；搅拌桨上所有仿生非光滑单元18与搅拌桨接触面表面积为搅拌桨的所有表面表面积的20％～60％。

在实施时，本方案的仿生非光滑单元18可以是先独立加工出来后，通过焊接等方式固定在搅拌桶1的内壁表面和搅拌桨外表面上；仿生非光滑单元18也可以是在搅拌桶1的内壁表面和搅拌桨外表面通过机械加工、激光加工或化学刻蚀等手段除去一部分形成凹槽，之后由相邻凹槽之间形成的棱纹构成仿生非光滑单元18；仿生非光滑单元18还可以是通过3D打印、粉末冶金等一体成型。

再次参考图1至图4、图6、图7、图8、图11至图13及图16、图17、图20和图21，仿生非光滑单元18为棱纹型凸起，仿生非光滑单元18的结构参数主要有宽度或直径a、中心距b和高度(也可以叫仿生非光滑单元18的深度)c，棱纹的排布方式一般为均匀布设，也可采用放射状、同心圆状或其它适宜的排布方式。

实施时，仿生非光滑单元18除了可以设置为棱纹型以外，还可以设为凹坑型、凸包型、耦合型等多种型式，它们的截面形状除了矩形外，还可以设为半圆形、圆形、半球形、梯形、三角形、菱形等多种形式。

当棱纹型凸起的截面形状为矩形时，仿生非光滑单元18的高度(深度)c为宽度a的0.5～1倍；当棱纹型凸起的截面形状为半圆形时，仿生非光滑单元18的高度(深度)c为宽度(直径)a的0.5～1倍；当棱纹型凸起的截面形状为梯形时，仿生非光滑单元18的高度(深度)c为底边宽度a的0.5～1倍；

当棱纹型凸起的截面形状为三角形时，仿生非光滑单元18的高度(深度)c为底边宽度a的0.5～1倍；当棱纹型凸起的截面形状为波浪形时，仿生非光滑单元18的高度(深度)c为宽度(直径)a的0.5～1倍；当棱纹型凸起的截面形状为V字形时，仿生非光滑单元18的高度(深度)c为宽度a的0.5～1倍。

相邻两个仿生非光滑单元18之间的中心距为仿生非光滑单元18宽度或直径的1～3倍。

如图4和图8所示，位于搅拌桶1内表面上的棱纹型仿生非光滑单元18的排布方式呈圆周阵列，且每个仿生非光滑单元18的长度由搅拌桶1顶面延伸至其底面斜面17的顶端。

如图2、图3、图6和图7所示，均布于搅拌桶1底面斜面17上的棱纹型仿生非光滑单元18的排布方式呈线性阵列，且每个仿生非光滑单元18的长度略小于搅拌桶1的内径，以不干涉布设于搅拌桶1内表面上的仿生非光滑单元18为宜。

如图1所示，实施搅拌制浆时，在搅拌桶1的顶部设置有向外延伸的环形顶面111，搅拌桶1的顶面与进料斗11的顶面平齐，环形顶面111为具有一定厚度且凸出搅拌桶1侧壁面的结构，在环形顶面111的两侧对称设有四个用于固定支撑架的顶面孔112。

如图1、图2、图9和图10所示，其中的支撑架由两块横向支撑板2和两块竖向支撑板3组成，横向支撑板2为具有一定厚度的长条板状结构，其主要作用是支撑固定连接于其上的竖向支撑板3和动力部。

在横向支撑板2上对称设有两个用于将其安装于环形顶面111上的横撑安装孔Ⅰ21和两个用于安装竖向支撑板3的横撑安装孔Ⅱ22。两个横向支撑板2对称设置于环形顶面111上，两个横撑安装孔Ⅰ21的位置分别与位于同侧的顶面孔112对应，并由安装螺钉71和安装螺母72将两个横向支撑板2与环形顶面111固定连接。

竖向支撑板3为具有一定厚度的短条板状结构，其主要作用是支撑固定连接于其上的动力部、搅拌轴93和搅拌桨。在竖向支撑板3上对称设有两个用于固定连接横向支撑板2的竖撑安装孔Ⅰ31和一个用于固定连接安装壳6的竖撑安装孔Ⅱ32。

如图14至图21所示，在本发明的一个实施例中，搅拌桨包括通过上层连接翼板941固定安装在搅拌轴93中上部的上层搅拌桨叶81和通过下层连接翼板942固定安装在搅拌轴93中下部的下层搅拌桨叶82；每片上层搅拌桨叶81和每片下层搅拌桨叶82均交错设置(如图16至图20所示)，且上层搅拌桨叶81和下层搅拌桨叶82均等间距地分布在搅拌轴93的圆周面上。

更进一步地说，在搅拌轴93的中上部和中下部分别设有三个互成120°角的上层连接翼板941和三个互成120°角的下层连接翼板942，且上层连接翼板941与下层连接翼板942交错布置。

在每个上层连接翼板941和下层连接翼板942上，均对称设有两个桨叶安装孔83；上层连接翼板941与下层连接翼板942的间距宜为10cm～120cm，视搅拌桶1的内部空间和浆液搅拌效果综合确定；上层连接翼板941和下层连接翼板942可垂(竖)直或倾斜设置在搅拌轴93上，当上层连接翼板941和下层连接翼板942以倾斜方式设置时，上层连接翼板941和下层连接翼板942的倾斜方向宜与搅拌轴93的回转方向相反(即上层连接翼板941和下层连接翼板942的顶面法线方向与搅拌轴93的回转方向一致)，上层连接翼板941和下层连接翼板942的倾斜角度宜为10°～60°。

上层搅拌桨叶81和下层搅拌桨叶82的主要作用是作为搅拌制浆的最终执行元件；如图14、图15和图18所示，在上层搅拌桨叶81和下层搅拌桨叶82上，也对称设有两个桨叶安装孔83；如图16和图19所示，三个上层搅拌桨叶81和三个下层搅拌桨叶82分别由桨叶安装螺钉84和桨叶安装螺母85固定安装在对应的上层连接翼板941和下层连接翼板942上。

此处需要说明的是：上层连接翼板941、下层连接翼板942、上层搅拌桨叶81和下层搅拌桨叶82的结构，不限于本发明附图示出来的结构，其也可根据搅拌制浆时的实际情况，灵活选择其它适宜的结构。

如图11至图13所示，搅拌桨上的棱纹型仿生非光滑单元18包括在上层搅拌桨叶81和下层搅拌桨叶82的前后两面上沿水平方向均匀布设有长度为l₁的棱纹型仿生非光滑单元18，l₁为桨叶(上层搅拌桨叶81或下层搅拌桨叶82)全长减去桨叶安装螺钉84和桨叶安装螺母85的位置(即桨叶全长减去桨叶安装螺母85的宽度)。

在上层搅拌桨叶81和下层搅拌桨叶82的左端面上沿垂直方向均匀布设有长度为l₂的棱纹型仿生非光滑单元18，l₂为桨叶的左端面宽度；在桨叶的上下两面上(包括上层搅拌桨叶和下层搅拌桨叶)沿水平方向均匀布设有长度为l₃的棱纹型仿生非光滑单元18，l₃为桨叶的全长。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，搅拌桶1的外侧桶壁上至少设置有两个便于搬运的把手15。当搅拌机的整体重量较小时，把手15可以设置成两个，把手15采用对称的方式安装在搅拌桶1的桶壁上；当搅拌机的重量较大时，把手15可以设置为多个，此时把手15可以采用等间距的方式安装在搅拌桶1的桶壁上。

为操作方便，把手15的设置位置应避开进水管12和进料斗11所处的位置；把手15的高度以适宜成年人身高且便于搬迁转移等操作为基础进行设置。

出浆管13设置在靠近搅拌桶1底部的位置，在出浆管13上设有用于控制出浆液流量大小的截止阀14；出浆管13的一端与输浆管路相连，另一端与搅拌桶1的内腔底部相通。

如图1、图4和图5所示，在实施时，本方案优选搅拌桶1底面的下表面上均布有至少三个万向轮164。当需要搬迁/转移搅拌机时，可以将万向轮164置于解锁状态，此时只需推动把手即可轻松实现搬迁/转移，待搬迁到位后，若场地路面较为平整，则只需锁定万向轮164即可。

在搅拌桶1的底部设置有向外延伸、具有一定厚度的环形凸缘16，环形凸缘16上等间距地开设有至少三个螺纹孔161(优选等间距地设置有四个螺纹孔161)，螺纹孔161内安装有用于支撑搅拌桶1的螺柱162。

螺柱162从下至上分别插入螺纹孔161中，并在螺纹孔161中的顶面分别将调节螺母163旋入螺柱162中至适当位置(当调节螺母163置于环形凸缘16的顶面上时，对应的螺柱162的底面应高于地面，以至于不影响万向轮164的正常工作)。若搅拌机所处的场地路面不平整，则需根据现场的实际情况灵活调节螺柱162的位置即可使搅拌桶1放置平稳。

在本发明的一个实施例中，动力部包括连接在一起的电机4和减速器5，减速器5的输出端通过联轴器总成与搅拌轴93连接。其中的伺服电机4和减速器5也可以采用目前市面上的将两者集成在一起做成的动力装置。

如图14、图15、图16、图18和图19所示，注浆用仿生搅拌机还包括固定安装于支撑架上的安装壳6，联轴器总成包括上部联轴器911、下部联轴器912和轴承92，其中上部联轴器911和轴承92位于安装壳6内，减速器5固定安装在安装壳6的顶部。

其中，安装壳6的主要作用是支撑置于其上部的电机4和减速器5，以及保护置于其内腔的上部联轴器911和轴承92不被外界环境和加入的水泥粉末污染；安装壳6为具有内部空腔的“草帽”状结构，在安装壳6上对称设有两个用于与竖撑安装孔Ⅱ32固定连接的壳体安装孔61。

如图22所示，本申请提供的另一个技术方案混合动力仿生搅拌系统包括供电模块、供水模块和注浆用仿生搅拌机，供电模块包括与动力部连接的配电箱03及分别与配电箱03电连接的市政用电、柴油/汽油发电机04、太阳能发电装置05和风力发电装置06；供水模块包括水箱02和导通水箱02和进料口(当进料口由进水口和进料斗组成时，此处的水箱02和进水口通过水泵01导通)的水泵01，水泵01与配电箱03电连接。

下面结合附图对本申请的混合动力仿生搅拌系统配制普通水泥浆液为例的实现过程进行详细说明：

注浆施工过程中使用本搅拌系统进行搅拌制浆时，首先将本搅拌系统搬迁运移到施工场地的适当位置处，再将所需的水泵01、水箱02或水池配电箱03、柴油/汽油发电机04、太阳能发电装置05、风力发电装置06以及包括搅拌桶1在内的搅拌机连接起来。

其次，确定配制浆液所需的材料和比例(即确定浆液配方)；以所配制浆液为水泥浆为例，依据注浆施工现场的实际情况确定水泥浆液的水灰比(W/C)，而后计算得出制浆所需的用水量和用灰量，以搅拌桶1内部空腔的容积为基准，计算确定单次搅拌制浆所需的用水量和用灰量。

再次，根据注浆现场的实际情况和天气条件等，从市政用电、柴油/汽油发电机04、太阳能发电装置05和风力发电装置06这四种供电方式中选择适宜的供电方式，通过操控配电箱03对供电方式进行切换。

向水箱02或水池中蓄足单次搅拌制浆所需的水，启动水泵01，将水箱02或水池中的水由进水管12泵送至搅拌桶1内，在加水过程中，从进料斗11向搅拌桶1内逐量加入单次搅拌制浆所需的灰(水泥粉末)；在此过程中，由于加入的水的旋流作用，可对搅拌桶1的内壁面进行冲刷，有助于将加灰过程中粘附在搅拌桶1内壁面上的灰冲刷掉，同时也有助于灰的充分溶解，在一定程度上，有助于提高水泥浆液的搅拌效率和搅拌质量。

启动电机4，由电机4输出轴提供的动力经过减速器5变速后，再经上部联轴器911、轴承92、下部联轴器912传输至搅拌轴93；随着搅拌轴93的转动，将带动上层连接翼板941、下层连接翼板942、上层搅拌桨叶81、下层搅拌桨叶82同步转动，即可实现对搅拌桶1内的水和灰的搅拌制浆作业。

待搅拌一定时间至浆液混合均匀后，关闭电机4，打开截止阀14，使搅拌桶1内制好的浆液由出浆管13排出至储浆罐(池)中，供注浆泵抽吸注浆使用；需要指出的是，在储浆罐(池)中最好再配制至少一个低速回转的搅拌桨叶，以防储浆罐(池)中的水泥浆凝结。如此循环往复，直至完成注浆所需全部水泥浆液的搅拌配制。

浆液搅拌配制完成后，应及时对搅拌机及管路进行清洗，以防粘附在上面的水泥浆凝结硬化后造成结块、堵塞管路等不良影响。清洗时，可向水箱02或水池中蓄一定量的清水，启动水泵01，将水箱02或水池中的清水由进水管12泵送至搅拌桶1内，在水流的旋流作用下，可对粘附在搅拌桶1内的水泥浆液进行冲洗；冲洗之后的废液，可由出浆管13排出至废液存储罐(池)中，最后再对废液进行集中处理，以满足注浆施工过程中的环保要求。

下面结合附图对本发明的混合动力仿生搅拌系统配制SJP水泥浆液为例的实现过程进行详细说明：

以所配制浆液为SJP水泥浆液为例，首先依据注浆施工现场的实际情况确定SJP水泥浆液的水灰比(W/C)和外加助剂的用量，以搅拌桶1内部空腔的容积为基准，计算确定单次搅拌制浆所需的用水量、用灰量和外加助剂量。

与配制普通水泥浆液不同之处在于SJP水泥浆液较普通水泥浆液多添加了外加助剂。考虑到外加助剂的添加方式为溶液注入式，即将外加助剂先溶于水制成溶液后再混入普通水泥浆液中，因而可事先将单次搅拌制浆所需的外加助剂直接加入水箱02或水池的清水中制成溶液，再由水泵01泵送至搅拌桶1内进行搅拌制浆；其余步骤与普通水泥浆液的搅拌制备过程相同，因而不再赘述。

由于SJP水泥浆液为粘度时变性浆液(即其粘度会随着时间的变化而变化)，该浆液的可泵期和凝结时间可控，且具有粘度突变的特性。具体表现为：浆液初始粘度在较长时间段基本不变，之后粘度缓慢上升，接近浆液可泵期终点时，粘度突然快速上升，浆液很快失去流动性；因而需要搅拌机能够在SJP水泥浆液粘度突变(变稠)后仍然能够提供较好的浆液搅拌效果，而不致由于浆液粘度突变后使得搅拌桨被卡住；这就要求配置使用的电机和减速器最好具备自动调节输出转速/扭矩的功能，能够随着SJP水泥浆液的粘度变化相应调整其输出的转速/扭矩，以期最大程度地达到节能且满足搅拌制浆需求的效果。

综上所述，使用本发明进行搅拌制浆作业，具有环保、低耗、制浆效率高且制得浆液的质量好、灵活性和适应性强，以及注浆作业综合成本低等一系列显著优势。

Claims (8)

1.注浆用仿生搅拌机，包括具有进料口和出浆管的搅拌桶，其特征在于，所述搅拌桶的底面为一斜度朝向出浆管的斜面；所述搅拌桶的上端通过支撑架固定安装有一动力部，所述动力部的动力输出端与置于搅拌桶内的搅拌轴连接，所述搅拌轴上垂直或倾斜地设置有若干搅拌桨；当搅拌桨倾斜设置于搅拌轴上时，搅拌桨的倾斜方向与搅拌轴的回转方向相反；

所述搅拌桶的内表面和搅拌桨上均设置有若干仿生非光滑单元，所述搅拌桶上所有仿生非光滑单元与搅拌桶接触面表面积为搅拌桶内表面表面积的20％～50％；所述搅拌桨上所有仿生非光滑单元与搅拌桨接触面表面积为搅拌桨的所有表面表面积的20％～60％；所述进料口由进水管和进料斗组成；进水管沿搅拌桶的切线方向布置；

所述搅拌桨包括通过上层连接翼板固定安装在搅拌轴中上部的上层搅拌桨叶和通过下层连接翼板固定安装在搅拌轴中下部的下层搅拌桨叶；每片上层连接翼板和下层连接翼板等间距交错地设置在搅拌轴上；所述进水管距离搅拌桶顶面的垂直距离为5cm～70cm；所述进料斗为向搅拌桶外突出的倒三角扇形腔，且进料斗的底面为一斜度朝向搅拌桶中心的斜面；所述进料斗与搅拌桶内部空间相通的边缘与搅拌桶顶面间的距离为10cm～80cm。

2.根据权利要求1所述的注浆用仿生搅拌机，其特征在于，所述仿生非光滑单元为棱纹型凸起；当棱纹型凸起截面的形状为矩形时，所述仿生非光滑单元的高度为其宽度的0.5～1倍；当棱纹型凸起的截面形状为半圆形时，仿生非光滑单元的高度为其直径的0.5～1倍；当棱纹型凸起的截面形状为梯形时，仿生非光滑单元的高度为其底边宽度的0.5～1倍；当棱纹型凸起的截面形状为三角形时，仿生非光滑单元的高度为其底边宽度的0.5～1倍；当棱纹型凸起的截面形状为波浪形时，仿生非光滑单元的高度为其直径的0.5～1倍；当棱纹型凸起的截面形状为V字形时，仿生非光滑单元的高度为其宽度的0.5～1倍；相邻两个仿生非光滑单元之间的中心距为仿生非光滑单元宽度或直径的1～3倍。

3.根据权利要求1所述的注浆用仿生搅拌机，其特征在于，所述搅拌桶底面的下表面上均布有至少三个万向轮。

4.根据权利要求3所述的注浆用仿生搅拌机，其特征在于，所述搅拌桶的底部设置有向外延伸的环形凸缘，所述环形凸缘上等间距地开设有至少三个螺纹孔，所述螺纹孔内安装有用于调整搅拌桶工作时稳定状态的螺柱。

5.根据权利要求1所述的注浆用仿生搅拌机，其特征在于，所述动力部包括连接在一起的电机和减速器，所述减速器的输出端通过联轴器总成与搅拌轴连接。

6.根据权利要求5所述的注浆用仿生搅拌机，其特征在于，还包括固定安装于所述支撑架上的安装壳，所述联轴器总成的上部联轴器和轴承位于所述安装壳内，所述减速器固定安装于所述安装壳的顶部。

7.根据权利要求1-6任一所述的注浆用仿生搅拌机，其特征在于，所述搅拌桶的外侧桶壁上至少设置有两个便于搬运的把手。

8.混合动力仿生搅拌系统，其特征在于，包括供电模块、供水模块和权利要求1-7任一所述的注浆用仿生搅拌机，所述供电模块包括与动力部连接的配电箱及分别与配电箱电连接的市政用电、柴油/汽油发电机、太阳能发电装置和风力发电装置；所述供水模块包括水箱及导通水箱和进料口的水泵，所述水泵与配电箱电连接。