CN110540072B - 一种气动输送混凝土砂浆的防堵管方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气动输送混凝土砂浆的防堵管方法及装置，主要包括物料仓、输送泵、输送管、气压传感器和控制器。物料仓盛放混凝土砂浆物料，输送泵将物料从料仓泵至输送管起始端，起始端上设有供气管，供气管输入高压气体将物料经输送管吹出，气压传感器串联入供气管，测得实时工作气体压力。正常输料时，输送管内物料均匀，工作气压基本恒定，堵塞时气压急剧增加。控制器读取气压传感器数据，根据实时气压与堵塞气体压力阈值关系，自动判断堵塞情况。出现堵塞时，控制器控制增加供气压力、减少物料泵送量，对管道进行疏通，直至工作气压处于正常范围。当工作气压持续高于堵塞气体压力阈值，控制器自动关闭输送泵，气体全部用于疏通管道。

Description

一种气动输送混凝土砂浆的防堵管方法及装置

技术领域

本发明涉及一种输送砂浆混凝土技术领域，尤其是涉及一种适用于建筑工程、矿业工程和装修工程的气动输送混凝土砂浆的防堵管方法及装置。

背景技术

混凝土加固在建筑工程、矿业工程甚至装修工程等领域都具有举重若轻的作用，它只需预先将水泥、沙、石等加水拌制，输送一定距离后直接喷洒到受喷面上，喷出的物料强度高且分布均匀。整个设备工艺简单，易于操作。目前，混凝土输送通常采用泵送的方式，即利用液压动力通过输送缸将混凝土输送至一定距离，但该方法存在以下问题：(1)在物料配比控制不好时，易发生堵管；(2)管壁清理困难，通常需要用大量清水进行清理。

针对上述症结，不少学者通过精确配比和均匀拌制物料、设置辅助压风管道等方法对气动输送物料条件下的防堵管问题进行了探讨和研究，专利CN204200245U公开了一种新型矿用空气动力喷浆机和专利CN105484770A公开的一种矿用全风动湿式喷浆机，虽然能起到解决问题的作用，但是在实际施工时，由于现场工人专业性的不足、设备稳定性难以控制和设备尺寸大小受限等因素，根本无法精确稳定的控制配合比，实现真正意义上的均匀拌制，而单纯增设压风管也鲜有成效，堵管问题仍难以解决。对于解决长距离输送时管道堵塞的问题，该类方法更是束手无策。

针对上述问题，如果能实时监测输送管堵塞情况，视输送管内物料分布的情况而定量泵送物料，做到有的放矢，必定有非常理想的效果。一旦输送管内堵塞，便降低泵送物料的体量，必要时加大风压自动疏通管道，反之则持续稳定泵送物料，实现物料连续畅通输送。显然，该设备可适用于不同塌落度的混凝土，不同工况下均可使用，其应用领域的增加势必带来更大的经济收益。然而，鉴于输送管是不透明的，物料输送情况并不能肉眼可见，实现上述防堵管输料方法面临以下困难：①如何及时判断堵塞位置：输送管不透明，其堵塞情况难以判断，更别说及时判断。②如何及时有效疏通：即使排查出堵塞位置，也没有有效的方式进行疏通，且二次堵塞仍经常发生，即输送泵仍连续出料导致堵管的距离迅速加长，且砂浆或混凝土不像干料受重击作用即可疏通，随时间的推移砂浆混凝土硬化程度提升，疏通难度显著提升。因此，解决上述问题是现场急待解决的一大难题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供结构简单、操作方便、能保障物料稳定、持续、畅通输出的一种气动输送混凝土砂浆的防堵管方法及装置。

技术方案：本发明的气动输送混凝土砂浆防堵管装置，包括物料仓、动力装置、输送泵、输送管、气压传感器、供气管、伺服阀和控制器；所述的物料仓由支座支撑于地平面；所述的动力装置驱动输送泵，动力装置由油箱、电机和液压马达构成，油箱连接液压马达，电机驱动马达输出高压油，液压马达分别连接A油路和B油路，所述A油路上设有控制摆动臂运动的摆缸伺服阀，B油路上设有控制液压杆运动的活塞伺服阀；所述的输送泵包括水平分布的两个缸体、分别设在两缸体内的液压杆和设在液压杆上的活塞；活塞随液压杆在缸体内前后移动，向摆缸内推送物料；摆缸位于物料仓内，摆缸入口一端正对两缸体的中间，出口一端连接输送管的起始端，摆缸入料口上方设有摆动臂，摆缸在摆动臂的驱动下左右摆动，交替承接水平分布的两个缸体推送的物料；；所述的输送管上设有供气管，供气管上设有分别与控制器相连的气压传感器和供气伺服阀；所述的控制器通过A电缆读取气压传感器的信息，通过B电缆、C电缆和D电缆分别实时控制供气伺服阀、活塞伺服阀和摆缸伺服阀，实现输送管的堵塞情况监测和及时疏通，达到防堵管的作用。

实施上述气动输送混凝土砂浆防堵管装置的防堵管方法，步骤如下：

a.将拌制好的物料送入物料仓内，启动动力装置驱动输送泵，平行分布的两个缸体的液压杆交替运动，推动活塞将料仓内的物料经摆缸连续不断的泵送至输送管内，与此同时，控制器控制供气伺服阀动作，经供气管向输送管内输入高压气体，将进入输送管内的物料向管口吹出；

b.设在供气管上的气压传感器将测得的输送管和供气管内的实时工作气体压力信号反馈给控制器；

c.控制器根据输送管内实时工作气体的压力信号和预设的堵塞气体压力阈值进行比较，自动判断堵塞情况，实时调控供气管上的供气伺服阀、A油路上的摆缸伺服阀和B油路上的活塞伺服阀，实现供气压力和物料泵送量的控制；

d.当压力传感器监测气压值持续高于堵塞气体压力阈值时，控制器自动关闭摆缸伺服阀和活塞伺服阀，停止物料泵送，此时经供气管输入输送管内的高压气体全部用于疏通管道，实现自动疏通输送管的功能；

e.当工作气体压力恢复时，控制器自动开启摆缸伺服阀和活塞伺服阀)，继续泵送物料，此时输入输送管内的高压气体继续输送物料。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明能有效判断出输送管内物料的分布情况，及时确定堵塞程度，自动定量泵送物料，并及时予以疏通，防止堵塞，从而保障物料稳定、持续、畅通的输出。具备功能：①实时监测得出管道堵塞情况，②及时自动疏通管道防止堵管。其优点在于：

1)防堵装置简单便于使用和维护：传统防堵方法，要么依赖多个大型设备组合控制物料配比，要么使用复杂的机械构件，即使拥有一定防堵效果，但受安装费时费力、操作繁琐和维护成本高等因素的制约。本设计的防堵装置，只需一个气压传感器、数个伺服阀，控制器接受气压传感器的反馈信号，通过自动控制伺服阀而调整泵料量和供气压力的大小，达到防堵目的，附加构件少，便于使用和维护。

2)通过工作气压变化实时监测输送管内堵塞情况：传统设计尚未涉及实时监测输送管物料堵塞情况，基本都是出于防患于未然的目的：防堵系统同时甚至早于泵送系统工作，不仅影响了泵料质量，而且防堵效果不佳。本设计通过在供气管上设置一个气压传感器，其数值应为输送管内和供气管的压力值，输送管内畅通时，工作气压值较低；而一旦发生堵塞，工作气压将急剧升高直至等于压风系统的输出气压。输料过程中，压力值持续增大时说明堵塞情况持续加重，反之则表明疏通效果理想；压力值稳定在较大范围，说明堵塞程度较深等，即通过气压传感器的数值即可实时监测物料堵塞程度和疏通情况，以便及时做出相应处理。

3)自动调节泵料量和供气压彻底防堵：目前疏通管道的方法不仅不能视堵塞程度的不同而精准疏通，一方面导致堵塞程度小时清理能力的过剩，另一方面导致堵塞程度大时无法有效疏通，而且也不考虑堵塞后持续泵送的物料造成的二次堵塞，即开始时刻仅有极短部分发生堵塞，但输送泵持续供料后，堵塞部分迅速增长，堵塞物料体量急剧增大，数十米管道被彻底堵死。本设计将预先编写的程序输入控制器，控制器根据气压传感器数值的大小和变化，在不同情况下，调整泵料量和风压的大小，必要时还可直接关闭输送泵，彻底防堵。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：A电缆-1，摆缸伺服阀-2，A油路-3，物料仓-4，B电缆-5，气压传感器-6，C电缆-7，D电缆-8，控制器-9，支座-10，油箱-11，电机-12，液压马达-13，B油路-14，活塞伺服阀-15，缸体-16，液压杆-17，活塞-18，摆动臂-19，摆缸-20，输送管-21，供气伺服阀-22，供气管-23。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：

如图1所示，本发明的气动输送混凝土砂浆防堵管装置，主要由物料仓4、动力装置、输送泵、输送管21、气压传感器6、供气管23、伺服阀和控制器9构成；所述的物料仓4由支座10支撑于地平面；所述的动力装置驱动输送泵，动力装置由油箱11、电机12和液压马达13构成，油箱11连接液压马达13，电机12驱动液压马达13输出高压油，液压马达13分别连接A油路3和B油路14，所述A油路3上设有控制摆动臂19运动的摆缸伺服阀2，B油路14上设有控制液压杆17运动的活塞伺服阀15；所述的输送泵包括水平分布的两个缸体16、分别设在两缸体16内的液压杆17和设在液压杆17上的活塞18；活塞18随液压杆17在缸体16内前后移动，向摆缸20内推送物料；摆缸20位于物料仓4内，摆缸20入口一端正对两缸体16的中间，出口一端连接输送管21的起始端，摆缸20入料口上方设有摆动臂19，摆缸20在摆动臂19的驱动下左右摆动，交替承接水平分布的两个缸体16推送的物料；所述的输送管21上设有供气管23，供气管23上设有分别与控制器9相连的气压传感器6和供气伺服阀22；所述的控制器9通过A电缆1读取气压传感器6的信息，通过B电缆5、C电缆7和D电缆8分别实时控制供气伺服阀22、活塞伺服阀15和摆缸伺服阀2，实现输送管21的堵塞情况监测和及时疏通，达到防堵管的作用。

本发明的气动输送混凝土砂浆防堵管方法，步骤如下：

a.将拌制好的物料送入物料仓4内，启动动力装置24驱动输送泵25，平行分布的两个缸体16的液压杆17交替运动，推动活塞18将料仓4内的物料经摆缸20连续不断的泵送至输送管21内，与此同时，控制器9控制供气伺服阀22动作，经供气管23向输送管21内输入高压气体，工程中常用的高压气体为0.4-0.6MPa，将进入输送管21内的物料向管口吹出；

b.设在供气管23上的气压传感器6将测得的输送管21和供气管23内的实时工作气体压力信号反馈给控制器9；

c.控制器9根据输送管21内实时工作气体的压力信号和预设的堵塞气体压力阈值进行比较，自动判断堵塞情况，实时调控供气管23上的供气伺服阀22、A油路3上的摆缸伺服阀2和B油路14上的活塞伺服阀15，实现供气压力和物料泵送量的控制；

d.当压力传感器6监测气压值持续高于堵塞气体压力阈值时，控制器9自动关闭摆缸伺服阀2和活塞伺服阀15，停止物料泵送，此时经供气管23输入输送管21内的高压气体全部用于疏通管道，实现自动疏通输送管的功能；

e.当工作气体压力恢复时，控制器9自动开启摆缸伺服阀2和活塞伺服阀15，继续泵送物料，此时输入输送管21内的高压气体继续输送物料。

工作过程：实时监测得出管道堵塞情况：所述料仓4盛放已拌制好的物料，液压马达13通过油路14驱动缸体16内的液压杆17、通过油路3驱动摆动臂19，液压杆17带动活塞18，所述活塞18推动物至摆缸20的起始端，摆动臂19使摆缸20交替承接缸体16输出在摆缸起始端的物料至输送管21，所述供气管23输出高压气体，物料沿输送管21吹出，所述气压传感器6测得输送管21和供气管23内实时工作压力(计为P)，输送管21畅通时，均匀分布的物料受高压气体作用持续运动，气压传感器6数值较小，远小于堵塞气体压力阈值；一旦管道发生堵塞，物料运动所需推力增大，则气压传感器6的数值将快速增加，当气压传感器6的数值达到供气管23所能提供的压力限值P_max，说明输送管21内有效横截面基本为零，管内已完全堵死。为了判断管道的堵塞情况，定义堵塞气体压力阈值为P’＝P_max/λ，其中λ>1。所述控制器9通过电缆1读取气压传感器(6)的数值，编写程序：1)当P<P’，说明管道畅通，控制器(9)输出代码001；2)当P’≤P<P_max/η，说明管道堵塞，控制器输出代码002；3)P_max/η≤P，说明管道堵死，控制器输出代码003。(其中η为大于1的安全系数。)

及时自动疏通管道防止堵管：所述控制器9通过D电缆8、C电缆7和B电缆5控制摆缸伺服阀2、活塞伺服阀15和供气伺服阀22，实现减少物料泵送量和增加供气压力。编写程序：1)当控制器9代码为001，输送管21内的压力基本等于正常输送物料所需推力，说明输送管21畅通，物料分布均匀，输送工作正常进行，此时控制器9无需作调整；2)当代码为002，说明输送管21内出现堵塞，物料运输受阻，推动物料所需推力增大，此时控制器9通过控制供气伺服阀22增加供气管23的压力，控制活塞伺服阀15和摆缸伺服阀2减小输送泵25的泵料量直至满足P<P’，目的是减小推动物料所需推力，增加高压气体风压提高推动力，实现自动疏通的功能；3)若代码为003，控制器9自动关闭活塞伺服阀15和摆缸伺服阀2，停止泵料，此时高压气体全部用于疏通管道。

Claims (2)

1.一种气动输送混凝土砂浆防堵管方法，其特征在于：

a.将拌制好的物料送入物料仓（4）内，启动动力装置驱动输送泵，平行分布的两个缸体（16）的液压杆（17）交替运动，推动活塞（18）将料仓（4）内的物料经摆缸（20）连续不断的泵送至输送管（21）内，与此同时，控制器（9）控制供气伺服阀（22）动作，经供气管（23）向输送管（21）内输入高压气体，将进入输送管（21）内的物料向管口吹出；

b.设在供气管（23）上的气压传感器（6）将测得的输送管（21）和供气管（23）内的实时工作气体压力信号反馈给控制器（9）；

c.控制器（9）根据输送管（21）内实时工作气体的压力信号和预设的堵塞气体压力阈值进行比较，自动判断堵塞情况，实时调控供气管(23)上的供气伺服阀（22）、A油路（3）上的摆缸伺服阀（2）和B油路（14）上的活塞伺服阀（15），实现供气压力和物料泵送量的控制；输送管（21）畅通时，均匀分布的物料受高压气体作用持续运动，气压传感器（6）数值较小，远小于堵塞气体压力阈值；一旦管道发生堵塞，物料运动所需推力增大，则气压传感器（6）的数值将快速增加，当气压传感器（6）的数值达到供气管（23）所能提供的压力限值P _max，说明输送管（21）内有效横截面基本为零，管内已完全堵死；d.当压力传感器（6）监测气压值持续高于堵塞气体压力阈值时，控制器（9）自动关闭摆缸伺服阀（2）和活塞伺服阀（15），停止物料泵送，此时经供气管（23）输入输送管（21）内的高压气体全部用于疏通管道，实现自动疏通输送管的功能；为了判断管道的堵塞情况，定义堵塞气体压力阈值为P’=P _max/λ，其中λ>1，λ为安全系数，所述控制器（9）通过A电缆（1）读取气压传感器（6）的数值P，编写程序：

1）当P<P’，说明管道畅通，控制器（9）输出代码为001；

2）当P’≤P< P _max /η，说明管道堵塞，控制器（9）输出代码为002；

3）P _max/η≤P，说明管道堵死，控制器（9）输出代码为003，其中η为大于1的安全系数；

及时自动疏通管道防止堵管：控制器（9）通过D电缆（8）、C电缆（7）和B电缆（5）控制摆缸伺服阀（2）、活塞伺服阀（15）和供气伺服阀（22），实现减少物料泵送量和增加供气压力，编写程序：

1）当控制器（9）代码为001，输送管（21）内的压力基本等于正常输送物料所需推力，说明输送管（21）畅通，物料分布均匀，输送工作正常进行，此时控制器（9）无需作调整；

2）当控制器（9）代码为002，说明输送管（21）内出现堵塞，物料运输受阻，推动物料所需推力增大，此时控制器（9）通过控制供气伺服阀（22）增加供气管（23）的压力，控制活塞伺服阀（15）和摆缸伺服阀（2）减小输送泵（25）的泵料量直至满足P<P’，以减小推动物料所需推力，增加高压气体风压提高推动力，实现自动疏通的功能；

3）若控制器（9）代码为003，控制器（9）自动关闭活塞伺服阀（15）和摆缸伺服阀（2），停止泵料，此时高压气体全部用于疏通管道；

e. 当工作气体压力恢复时，控制器（9）自动开启摆缸伺服阀（2）和活塞伺服阀（15），继续泵送物料，此时输入输送管（21）内的高压气体继续输送物料。

2.实施权利要求1所述方法的气动输送混凝土砂浆防堵管装置，其特征在于：它包括物料仓（4）、动力装置、输送泵、输送管（21）、气压传感器（6）、供气管（23）、伺服阀和控制器（9）；所述的物料仓（4）由支座（10）支撑于地平面；所述的动力装置驱动输送泵，动力装置由油箱（11）、电机（12）和液压马达（13）构成，油箱（11）连接液压马达（13），电机（12）驱动液压马达（13）输出高压油，液压马达（13）分别连接A油路（3）和B油路（14），所述A油路（3）上设有控制摆动臂（19）运动的摆缸伺服阀（2），B油路（14）上设有控制液压杆（17）运动的活塞伺服阀（15）；所述的输送泵包括水平分布的两个缸体（16）、分别设在两缸体（16）内的液压杆（17）和设在液压杆（17）上的活塞（18）；活塞（18）随液压杆（17）在缸体（16）内前后移动，向摆缸（20）内推送物料；摆缸（20）位于物料仓（4）内，摆缸（20）入口一端正对两缸体（16）的中间，出口一端连接输送管（21）的起始端，摆缸（20）入料口上方设有摆动臂（19），摆缸（20）在摆动臂（19）的驱动下左右摆动，交替承接水平分布的两个缸体（16）推送的物料；所述的输送管（21）上设有供气管（23），供气管（23）上设有分别与控制器（9）相连的气压传感器（6）和供气伺服阀（22）；所述的控制器（9）通过A电缆（1）读取气压传感器（6）的信息，通过B电缆（5）、C电缆（7）和D电缆（8）分别实时控制供气伺服阀（22）、活塞伺服阀（15）和摆缸伺服阀（2），实现输送管（21）的堵塞情况监测和及时疏通，达到防堵管的作用；工作时，所述料仓（4）盛放已拌制好的物料，液压马达（13）通过油路（14）驱动缸体（16）内的液压杆（17）、通过油路（3）驱动摆动臂（19），液压杆（17）带动活塞（18），所述活塞（18）推动物至摆缸（20）的起始端，摆动臂（19）使摆缸（20）交替承接缸体（16）输出在摆缸起始端的物料至输送管（21），所述供气管（23）输出高压气体，物料沿输送管（21）吹出，所述气压传感器（6）测得输送管（21）和供气管（23）内实时工作压力P。

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