CN110355875B - 一种可精准计量智能化固化土振动拌和设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可精准计量智能化固化土振动拌和设备及方法，包括固定基座以及位于固定基座上的振动拌和机构、固化剂精准计量机构、基土与胶结材料初拌机构、智能化控制机构。通过初拌机构，实现对基土、胶结材料的初拌和，同时配合固化剂稀释液精准计量系统、驱动电机、振动电机实现对物料的振动拌和，相比于传统的拌和站，有效的实现精准计量、振动拌和，提高了物料的拌和效果，使固化剂与胶结材料均匀分散，提高固化土施工的质量。可替代现场钩机大面积搅拌，同时也可减少建立搅拌站的繁琐工序，成本低，效率高，可精准计量胶结材料与固化剂，确保固化土质量。

Description

一种可精准计量智能化固化土振动拌和设备及方法

技术领域

本发明涉及交通工程领域，特别涉及一种可精准计量智能化固化土振动拌和设备。

背景技术

自上世纪90年代以来，受国家宏观政策的影响，我国交通建设事业特别是高等级公路的建设迎来了前所未有的发展时期，实现了跨越式发展。截止到2017年年底，全国公路通车总里程突破477万公里，其中高速公路通车里程达到13.6万公里，是中华人民共和国成立初期的50倍以上。但在我国早期已经建成使用的高速公路中，由于受建设时期的社会经济条件、技术水平等的制约，大部分是双向四车道，部分枢纽互通匝道为单向单车道。随着国民经济的迅猛发展，高速公路的交通量持续猛增，目前已有相当一部分高速公路主线或者互通匝道出现交通量饱和的态势，使得高速公路应具有的高速、快捷、畅通的服务水平大打折扣。

与新建公路相比，旧路加宽改造具有施工难度大、工艺复杂、质量要求高等特点。高速公路路基拓宽最大的技术难题是解决新老路基的不均匀沉降。在重交通及狭窄作业面的条件限制下，重交通意味着施工期间保通压力大，狭窄作业面意味着施工作业空间受限、施工困难，这就对相应的设计与施工提出了更高的技术要求。

传统搅拌站具备大方量生产能力的优点，但一般都需要选址、布设临时道路、安装、运输等过程，设备移动性差、占地面积大，同时存在智能化程度低、环保性能不高等缺陷。固化土施工必须严格按照一定的比例在搅拌站中混合均匀后才能达到要求的质量标准，由于土壤固化剂是质量比例很小的添加剂，仅为需固化土质量的0.015～0.02％，固化剂的添加误差对固化土的质量影响非常大，当前搅拌站多采用手工计量、手工添加的方法，这不仅严重限制了搅拌站自动化、智能化水平，同时也提高了劳动成本，并且可能造成生产安全事故，这类问题长期来广为搅拌站厂家所关注。因此，设计一种用于重交通荷载作用下狭小工作面固化土振动拌和设备，成为目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可精准计量智能化固化土振动拌和设备，以解决上述背景技术中提出的现有搅拌站用于固化土施工时因施工作业空间受限、固化剂的添加误差大，导致施工质量的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可精准计量智能化固化土振动拌和设备，包括固定基座以及位于固定基座上的振动拌和机构、固化剂精准计量机构、基土与胶结材料初拌机构、智能化控制机构。

所述的振动拌和机构包括设置在固定支架上的拌和舱、驱动电机、振动电机。

进一步地，拌和舱内平行布置两个旋转拌和轴，拌和轴与驱动电机连接，还可以增加一个振动电机，连接于拌和轴的另一端；拌和舱左壁靠上部分通过固化剂喷洒管与固化剂精准计量机构连接；拌和舱右壁靠上部分通过皮带秤与初拌机构连接；拌和舱下部设有漏斗形混合料出料口。进一步地拌和轴上均匀布设锥形拌和爪；固化剂喷洒管下部均匀开设有多个洒水孔，且相邻洒水孔间隔10cm；出料口为漏斗形，出料口上设置旋转出料门，旋转出料门包括出料门主体、开门限位与关门限位，出料门主体上固定安装有用于驱动开门限位与关门限位的气缸。

所述的固化剂精准计量机构包括支撑架、储液罐、水箱、进水管、压力传感器。

进一步地，所述支撑架顶部固定安装储液罐，储液罐顶部开口连接上水管；储液罐侧壁开口连接上出水口，并延伸至水箱；储液罐下部开口连接下出水管，下出水管安装控制阀，并延伸至水箱。所述支撑架的内侧固定焊接有固定板，固定板上滑动安装水箱，水箱顶面开口，与储液罐上出水管、下出水管连接；水箱位于固定板以上部分有左右对称固定挡块，挡块底侧设有传感器，传感器固定安装在固定板上；水箱底部设有出水管，与搅拌拌合机构固化剂喷洒管连接，出水管上安装有控制阀。进一步地，所述控制阀与传感器与智能控制机构电气连接。

所述的基土与胶结材料初拌机构包括胶结材料储料仓、基土储料仓、变频电机、螺旋机构、传送带，还可以设置电磁制动器用于制动。

进一步地，胶结材料储料仓、基土储料仓上部设有物料投料口，下部均设有物料出料口，出料口上均布置电磁阀，电磁阀与智能控制机构电气连接。螺旋机构通过变频电机带动转动，实现基土与胶结材料的初步拌和，初拌后的物料通过螺旋排土口输送至传送带上。初拌后的物料通过传送带传输至拌和舱内，以进行下一步的振动拌和。

所述的智能化控制机构包括智能化控制箱、传送带上的含水率传感器、水箱上的称重传感器，固体流量监测器(37)。进一步地，所述智能化控制箱接收传感器的采集数据，并向控制阀与发送控制信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过基土与胶结材料初拌机构，实现对基土、胶结材料的初拌和，同时配合精准计量系统、驱动电机、振动电机实现对物料的振动拌和，相比于传统的拌和站，有效的实现精准计量、振动拌和，提高了物料的拌和效果，使固化剂与胶结材料均匀分散，提高固化土施工的质量。

附图说明

为使本发明的目的、特征、优点更加明显，更清楚地说明发明实施例中的技术方案，下面实施例或现有技术描述中的需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面所描述的实施例仅仅是本发明的一部分，而非全部实施例。

图1为本发明种可精准计量智能化固化土振动拌和设备的结构示意图

图中：1-进水管，2-储液罐，3-上出水管，4-下出水管，5-第一控制阀(蝶阀)，6-水箱，7-挡块，8-称重传感器，9-出水口，10-固化剂喷洒管，11-皮带秤，12-胶结材料储料仓，13-基土储料仓，14-第一出料口，15-第二出料口，16-基土、胶结材料进料口，17-螺旋机构，18-电磁制动器，19-变频电机，20-螺旋排土口，21-含水率传感器，22-智能化控制箱，23-振动电机，24-拌和旋转轴，25-锥形拌和爪，26-驱动电机，27-第三出料口，28-基座，29-支撑架，30-支撑架，31-固定板，32-第二控制阀，33-第三控制阀，34-第四控制阀，35-第五控制阀，36-拌和舱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地说明。以下实施例将有助于本领域技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

请参阅图1，本发明提供的一个实施例中，一种可精准计量智能化固化土振动拌和设备，包括固定支架以及位于固定支架上的拌和机构。所述拌和机构包括设置在固定支架上端的拌和舱，所述拌和舱内部平行布置有两个拌和轴，拌和轴两端伸出拌和舱，两端分别与驱动电机、振动电机相连。进一步的，在本发明实施例中，所述拌和轴上均匀设有多个锥形拌和爪。

具体的，由于传统拌和轴主要由拌和叶片和转动轴组成，搅拌叶片普遍为叶片状，在搅拌过程中往往只能利用其体积宽度搅拌混合料，导致部分土颗粒表面干燥且没有被胶结材料、固化剂包裹，通过采用锥形拌和爪可以有效提高搅拌效果，减少部分土颗粒表面干燥且没有被胶结材料、固化剂包裹的情况发生。

进一步的，由于传统拌和机的搅拌运动方式主要有周向运动、轴向运动、径向运动，以上三种混合方式不能让“粘结料团粒”充分弥散形成微小的团粒结构，导致水泥等胶结材料的水化面积减少，混合料不能发挥其应有的性能，影响了混合料的强度与施工效率，通过驱动电机，从而实现对物料的搅拌，同时配合振动电机，从而实现对物料的振动，相比于传统的单一搅拌方式，有效提高了物料拌和效果，进而使胶结材料与固化剂均匀分散，有效提高了施工效率与施工质量。

请参阅图1，所述的固化剂精准计量机构包括支撑架、储液罐、水箱。进一步地，所述支撑架顶部固定安装储液罐，储液罐顶部开口连接上水管；储液罐侧壁开口连接上出水口，并延伸至水箱；储液罐下部开口连接下出水管，下出水管安装蝶阀，并延伸至水箱。所述支撑架顶部固定安装储液罐，储液罐顶部开口连接上水管；储液罐侧壁开口连接上出水口，并延伸至水箱；储液罐下部开口连接下出水管，下出水管安装蝶阀，并延伸至水箱。所述支撑架的内侧固定焊接有固定板，固定板上滑动安装水箱，水箱顶面开口，与储液罐上出水管、下出水管连接；水箱位于固定板以上部分有左右对称固定挡块，挡块底侧设有压力传感器，压力传感器固定安装在固定板上；水箱底部设有出水管，与搅拌拌合机构固化剂喷洒管连接，出水管上安装有蝶阀。

具体的，进水管连接的水泵将固化剂稀释液抽至储液罐内，固化剂稀释液从储液罐进入水箱分为两个阶段：第一阶段实现快速蓄液，即当液体重量小于预设值的90％时，开启第一控制阀，关闭第二控制阀，通过下出水管向水箱内快速蓄液；第二阶段实现精准蓄液，当液体重量大于预设值的90％，小于100％时，关闭第一控制阀，开启第二控制阀，通过上出水管向水箱内缓慢精确蓄液，上出水管的直径小于下出水管。通过分两次加入固化剂稀释的方式，可满足计量精度，并且保证称量效率。在上述过程中，要保证储液罐内的固化剂稀释液液面高于上出水管，这样固化剂稀释液才能从上出水管流入水箱内。

进一步地，水箱下部有出水管，出水管上设有控制阀(电磁阀)，出水管与固化剂稀释液喷洒管连通，固化剂喷洒管上均匀开设有多个洒水孔，且相邻洒水孔间隔10cm。

请参阅图1，所述的初拌机构包括胶结材料储料仓、基土储料仓、电磁制动机、制动器、螺旋机构、皮带秤组成。胶结材料储料仓、基土储料仓下部均设有电磁阀，出料口与承接胶结材料、基土的螺旋机构连接，实现基土与胶结材料的初步拌和，初拌后的物料通过螺旋排土口输送至传送带上。

具体的，通过基土与胶结材料初拌机构实现物料初拌以及机械进料，使得胶结材料与基土初步拌合，提高施工效率，同时避免因采用人工撒布胶结材料而易出现扬尘，并且采用人工撒布胶结材料时，在露天拌和固化土过程中对大气造成二次污染，影响市容市貌，破坏环境质量，同时对施工人员以及居民的健康带来极大危害。

进一步地，初拌后的物料通过螺旋排土口输送至皮带秤上，通过带秤将混合料输送至拌和舱内进行拌和。

请参阅图1，所述的智能化控制机构包括皮带秤上的含水率传感器、水箱上的称重传感器、智能化控制箱，所述智能化控制箱与传感器电性相连。第一出料口、第二出料口和水箱出水管上设有控制阀，与智能化控制箱电气连接。通过含水率传感器、称重传感器与智能化控制箱构成设备的数据采集及信息反馈系统，可以通过数据采集及信息反馈系统控制胶结材料舱出料口、基土舱出料口和固化剂稀释液进口阀门的开启关闭。

可以理解的，所述智能化控制箱内包括电脑(计算机)，物料的配合比直接对接电脑，通过自动称重来进行进料，可以实现全封闭连续性智能化施工，车载电脑通过接收来自传感器的数据进行分析，依据公式编写程序，修正后发送至水箱与物料舱，实时调整固化剂稀释液与胶结材料的进量，整个过程使结果更加准确，操作性更强。

可以理解的，所述智能化控制箱、变频电机、驱动电机与振动电机均为现有技术中的产品，具体根据实际需求设定，这里并不作限定，所述拌和舱、胶结材料储料仓、基土储料仓的舱体采用ω型无衬板耐磨钢组焊接而成。所述拌和舱为长方体结构，且顶部上设有检查口。

进一步的，在本发明实施例中，所述拌和舱底部设有出料口，通过出料口将拌和舱拌和好的物料进行出料，所述出料口为漏斗形，所述出料口上设置有旋转出料门，所述旋转出料门包括出料门主体、开门限位与关门限位，所述开门限位与关门限位均设置在出料门主体上，所述出料门主体上固定安装有用于驱动开门限位与关门限位的气缸，可以理解的，上述开口均密封设置，该设备中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

进一步的，在本发明实施例中，一种可精准计量智能化固化土振动拌和设备，在施工前称取一定量的风干土样，进行化学成份分析、筛分试验以及液塑限测定，并通过击实试验得出基土最大干密度与最佳含水率；然后依据施工强度、地基承载力、沉降要求，根据基土含矿物成分不同以及含水率选取合适的基土、固化剂、胶结材料的配比，将得到的数据结果输入到智能化控制系统中，当基土与胶结材料混合料的现场含水率大于或小于最佳含水率时，智能化控制系统调整控制阀调整胶结材料、基土的传送量以及固化剂稀释液的输入量。

实施例一：

现场土最佳含水为11.8％，最大干密度1.75g/cm³，液限34.9，塑限22.7，塑性指数12.2；根据施工强度要求，现场施工的最优配合比为基土：水泥：白灰：固化剂为92:4:4:0.02，比例均为质量比。

具体的，在施工过程中，启动设备基土与胶结材料通过初拌合经传送带输送到拌和舱，通过预设的最优配比，打开固化剂稀释液控制阀。传送带上的含水率传感器实时反馈基土与胶结材料的含水率，当含水率大于或小于11.8％时，智能化控制系统根据质量比重新计算固化剂稀释液的输入量，并及时传输到控制阀上，实时调节各物料的输入量。经该设备拌和好的固化土混合料通过拌和舱下部的出料口输出，通过运输小车运输至施工现场，用摊铺机摊铺平整，利用压路机压实，根据现场条件养生7～14d，完成养生后测试取芯强度以及弯沉值等其他关键测试项目，具体结果见表1所示。

实施例二：

现场土最佳含水率为10.4％，最大干密度1.94g/cm³，液限43.8，塑限27.5，塑性指数16.3；根据施工强度要求，现场施工的最优配合比为基土：水泥：白灰：固化剂为94:6:0.02，比例均为质量比。

具体的，在施工过程中，启动设备基土与胶结材料通过初拌合经传送带输送到拌和舱，通过预设的最优配比，打开固化剂稀释液控制阀。皮带秤上的含水率传感器实时反馈基土与胶结材料的含水率，当含水率大于或小于10.4％时，智能化控制系统根据质量比重新计算固化剂稀释液的输入量，并及时传输到控制阀上，实时调节各物料的输入量。经该设备拌和好的固化土混合料通过拌和舱下部的出料口输出，通过运输小车运输至施工现场，用摊铺机摊铺平整，利用压路机压实，根据现场条件养生7～14d，完成养生后测试取芯强度以及弯沉值等其他关键测试项目，具体结果见表1所示。

表1实施例结果

项目	7d无侧限抗压强度MPa	取芯强度MPa	弯沉值(0.01mm)
				实施例一	1.8	1.6	74.24
实施例二	2.1	2.0	45.46

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.经该设备拌和、浇注和硬化而成的人工合成复合材料，能满足连续性大面积施工要求，具备强度高、和易性好、匀质性强的技术特点。

2.本发明选择每分钟释放1500次以上振动弹力波的振动电机，振动搅拌不但比普通搅拌机搅拌频率高，同时，搅拌装置每次对混合料撞击能量达到静力搅拌机至少10倍以上，拌合料充分弥散，胶结材料水化更加充分，水化产物、固化剂与素土牢固粘结，强度耐久性及耐冲刷性等指标革命性提升。

3.智能优化施工配合比，科学设计基土、胶结材料、固化剂稀释剂的用量。

4.根据工程实践检验该设备能够满足施工要求符合当前环保指标，全封闭连续性施工，避免扬尘产生。

5.固化土振动搅拌设备生产产量大，生产能力相当于300型以上的大中型拌合站每天的生产量，主要取决于送土设备的产量。

Claims (10)

1.一种可精准计量智能化固化土振动拌和设备，包括固定基座（28）以及位于固定基座（28）上的固化剂精准计量机构、基土与胶结材料初拌机构、振动拌和机构、智能化控制机构；

所述的固化剂精准计量机构用于精准计量固化剂，包括支撑架（30）、储液罐（2）、水箱（6）、进水管（1）、上出水管（3）、下出水管（4）、第一控制阀（5）、第二控制阀（32）、第三控制阀（33）、出水口（9）；支撑架（30）是所述的固化剂精准计量机构的主体框架，储液罐（2）固定安装于支撑架（30）顶部，储液罐（2）顶部开口连接进水管（1），储液罐（2）侧壁上方开口连接上出水管（3），储液罐（2）下部开口连接下出水管（4），水箱（6）底部开有出水口（9），第一控制阀（5）控制下出水管（4）的开关，第二控制阀（32）控制上出水管（3）的开关，第三控制阀（33）控制出水口（9），下出水管（4）用于初步大量排液，上出水管（3）用于精确少量排液；

所述的基土与胶结材料初拌机构用于初拌基土与胶结材料，包括胶结材料储料仓（12）、基土储料仓（13）、变频电机（19）、螺旋机构（17）、传送带（11）、第四控制阀（34）、第五控制阀（35）、基土、胶结材料进料口（16）；胶结材料储料仓（12）和基土储料仓（13）分别用于盛放胶结材料和基土储料，胶结材料储料仓（12）底部设有第一出料管（14），基土储料仓（13）底部设有第二出料管（15），两个出料口的开合分别由第四控制阀（34）、第五控制阀（35）控制，基土、胶结材料通过进料口（16）进入螺旋机构（17），螺旋机构（17）在变频电机（19）的带动下实现基土与胶结材料的初步拌和，并输送至传送带（11）上，然后通过传送带（11）传输至拌和舱（36）内，进行振动拌和；

所述的振动拌和机构用于振动拌合固化剂、胶结材料以及基土储料，包括设置在固定基座上的拌和舱（36）、驱动电机（26）、拌和旋转轴（24）、固化剂喷洒管（10），拌和舱（36）是拌和机构的主体结构，固化剂喷洒管（10）与固化剂精准计量机构的出水口（9）相连，用于喷洒固化剂，拌和旋转轴（24）通过驱动电机（26）驱动旋转，拌和舱（36）底部有第三出料口（27）；

所述的智能化控制机构用于提供控制信号，包括称重传感器（8）、固体流量监测器（37）、含水率传感器（21）、智能化控制箱（22），称重传感器（8）用于检测水箱（6）内的液体重量，固体流量监测器（37）分别位于第一出料管（14）和第二出料管（15）上，用于检测胶结材料和基土储料的投放量，含水率传感器（21）设置在传送带上，用于检测含水率。

2.根据权利要求1所述的一种可精准计量智能化固化土振动拌和设备，其特征在于：所述的固化剂喷洒管（10）下部均匀开设有多个洒水孔，且相邻洒水孔间隔10cm。

3.根据权利要求1所述的一种可精准计量智能化固化土振动拌和设备，其特征在于：所述的第三出料口（27）为漏斗形，且出料口上设置旋转出料门，旋转出料门包括出料门主体、开门限位与关门限位，出料门主体上固定安装有用于驱动开门限位与关门限位的气缸。

4.根据权利要求1所述的一种可精准计量智能化固化土振动拌和设备，其特征在于：所述的拌和舱内水平平行布置两个拌和旋转轴（24）。

5.根据权利要求2所述的一种可精准计量智能化固化土振动拌和设备，其特征在于：所述的拌和旋转轴（24）上均匀布设锥形拌和爪（25）。

6.根据权利要求1所述的一种可精准计量智能化固化土振动拌和设备，其特征在于：所述的所有控制阀与智能化控制箱（22）通过蓝牙配对控制。

7.根据权利要求1所述的一种可精准计量智能化固化土振动拌和设备，其特征在于：还设置了振动电机，用于驱动拌和旋转轴（24）振动。

8.根据权利要求1所述的一种可精准计量智能化固化土振动拌和设备，其特征在于：所述支撑架（30）的内侧固定焊接有固定板（31），固定板（31）上滑动安装水箱（6）；水箱（6）位于固定板（31）以上部分有左右对称固定挡块（7），挡块（7）底部设有称重传感器（8）。

9.根据权利要求1所述的一种可精准计量智能化固化土振动拌和设备，其特征在于：上出水管（3）的直径小于下出水管（4）的直径。

10.一种可精准计量智能化固化土振动拌和方法，基于权利要求1所述的一种可精准计量智能化固化土振动拌和设备，其特征在于：

固化剂精准计量机构的控制过程如下：

当液体重量小于预设值的90%时，开启第一控制阀（5），关闭第二控制阀（32），通过下出水管（4）向水箱（6）内快速蓄液，

当液体重量大于预设值的90%，小于100%时，关闭第一控制阀（5），开启第二控制阀（32），通过上出水管（3）向水箱（6）内缓慢精确蓄液；

当液体重量等于预设值时，同时关闭第一控制阀（5）和第二控制阀（32），停止蓄液；

所述的基土与胶结材料初拌机构的控制过程如下：

当固体流量监测器（37）检测到的重量达到预设值时，则关闭对应的控制阀完成固体投放；

整体控制过程：

含水率传感器实时采集基土与胶结材料的含水率，当含水率不等于现场土最佳含水率时，智能化控制系统根据质量比计算固化剂稀释液、基土与胶结材料的输入量，并及时传输到控制阀上，实时调节各物料的输入量。

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