CN110608962A - 一种混凝土喷射管道磨损试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混凝土喷射管道磨损试验装置及方法，涉及喷射混凝土试验技术领域，包括料筒、密封盖、外壳、驱动电机、中心转盘和试验材料推进机构，料筒的底部设置有中心转盘，驱动电机带动中心转盘转动，料筒的上方设置有密封盖，多个实验材料推进机构设置在料筒的侧面，管道试验材料通过料筒上的开口水平、竖直或倾斜伸入料筒，料筒外侧还包裹有外壳；试验材料推进机构包括液压推杆和夹持装置，管道试验材料设置在两个夹持装置之间，液压推杆推送管道试验材料移动；利用该试验装置放置不同的管道试验材料样本，在料筒内加入混凝土材料，进行磨损试验，定量地分析混凝土物料对对管道的磨损，从而更好的评估混凝土物料管道的性能。

Description

一种混凝土喷射管道磨损试验装置及方法

技术领域

本发明涉及喷射混凝土试验技术领域，尤其是一种混凝土喷射管道磨损试验装置，以及利用该装置进行混凝土喷射管道磨损试验的方法。

背景技术

随着煤矿开采深度的逐渐增加，矿井深部资源的开采中其支护的问题也变得越来越重要，矿井支护过程中一般会进行混凝土喷浆，在喷射混凝土的过程中管道内部的磨损是本领域研究的技术难题。结合国内外井下混凝土管道输送实践经验，喷射混凝土物料对于管道的磨损，存在着巨大的安全隐患，目前也没有很好的测试管道磨损的试验手段。虽然国内外学者对石油、天然气等输送管道磨损问题研究得较多，但其破坏形式与混凝土管道输送的磨损有本质的区别，前者主要是腐烛破坏，而后者主要是极为复杂的冲击磨损破坏。现阶段，国内外相关学者对混凝土管道输送磨损问题还仅处于经验摸索阶段。

混凝土管道自流输送系统中，充填倍线小、流速大和压力大等问题，是影响管道可靠性的重要因素。另外，这些问题导致的管道磨损甚至磨破现象也将是其技术上遇到的难题，如何解决这些问题，提高系统的可靠性具有非常重要的工程与现实意义。为了研究不同管道材料在物料运输时抵抗磨损的能力，以及不同管道的可靠度，从而得出最佳的管道材料。提供了一种可以测试不同管道材料在物料运输时抵抗磨损能力的试验装置及方法，依据比较不同管道的可靠度，从而得出最佳的管道材料。

发明内容

为了实现定量地分析混凝土物料对对管道的磨损，从而更好的评估混凝土物料管道的性能，选择最佳的管道材料，本发明提供了一种混凝土喷射管道磨损试验装置及方法，具体的技术方案如下。

一种混凝土喷射管道磨损试验装置，包括料筒、密封盖、外壳、驱动电机、中心转盘和试验材料推进机构；所述料筒的底部设置有中心转盘，驱动电机带动中心转盘转动，料筒的上方设置有密封盖，料筒的侧面设置有多个试验材料推进机构，外壳包裹在试验材料推进机构的外侧；所述试验材料推进机构包括液压推杆和夹持装置，管道试验材料设置在两个夹持装置之间，液压推杆推送管道试验材料移动，所述管道试验材料通过料筒上的开口水平、竖直或倾斜伸入料筒。

优选的是，密封盖通过设置在料筒上方的驱动马达控制开闭，密封盖密封料筒的顶部。

还优选的是，中心转盘上设置有多个旋转翼，中心转盘沿料筒轴线位置设置的转轴转动。

进一步优选的，试验材料推进机构通过固定板固定在底座框架上，所述液压推杆的活塞端设置有管道试验材料夹，管道试验材料的两侧各设置有夹持装置；所述夹持装置包括辊柱、连杆、弹簧和应力传感器，辊柱从两侧压紧管道试验材料，连杆连接应力传感器和辊柱的固定侧，弹簧套设在连杆上。

还进一步优选的，驱动电机通过插电提供动力，驱动马达和液压推杆通过液压管路提供动力；应力传感器监测到管道试验材料的侧压为0时，液压推杆推动管道试验材料移动固定长度。

一种混凝土喷射管道磨损试验方法，利用上述的一种混凝土喷射管道磨损试验装置，步骤包括：

A.制作管道试验材料，根据试验材料推进机构的尺寸确定管道试验材料的尺寸；

B.将管道试验材料放置在试验材料推进机构的夹持装置之间，管道试验材料从料筒的侧面伸出，将混凝土材料放入料筒内；

C.启动驱动电机并记录时间，并逐个记录管道试验材料侧压为0的时间，然后通过液压推杆推进管道试验材料的长度。

进一步优选的，中心转盘控制混凝土材料的流动速度，用于模拟不同流速状态下混凝土管道的磨损；所述混凝土材料的配比选择用于模拟不同配比混凝土对混凝土管道磨损的影响。

本发明的有益效果包括：

(1)提供了一种混凝土喷射管道磨损试验装置，该装置通过料筒内设置的中心转盘带动混凝土转动，从而有效的模拟喷射混凝土物料在管道内输送过程，在料筒的侧壁通过试验材料推进机构夹持管道试验材料可以实现对管道磨损的模拟，并且定量的得到磨损量。

(2)通过在料筒侧面设置的多个试验材料推进机构，可以对不同的材料同时进行模拟，模拟的其他条件相同，通过对比更好的评估混凝土物料管道的性能，选择最佳的管道材料；另外还具有结构简单，操作方便，试验灵活等优点。

(3)提供了一种混凝土喷射管道磨损试验方法，实现了对喷射混凝土物料的不同配比、流速的模拟，重复试验进行多组对比模拟试验，为研究混凝土管道输送磨损问题提供了可靠的试验手段。

附图说明

图1是部分混凝土喷射管道磨损试验装置结构示意图；

图2是混凝土喷射管道磨损试验装置整体结构示意图；

图3是混凝土喷射管道磨损试验装置外壳内部结构示意图；

图4是试验材料推进机构结构示意图；

图5是夹持装置结构示意图；

图6是液压推杆及管道试验材料安装结构示意图；

图7是两个夹持装置的结构示意图；

图8是驱动电机结构示意图；

图9是减速器结构示意图；

图10是密封盖和驱动马达结构示意图；

图11是中心转盘和中心轴结构示意图；

图中：1-密封盖；2-外壳；3-驱动电机；4-驱动马达；5-料筒；6-试验材料推进机构；7-中心转盘；8-油管及电线；9-中心轴；10-液压推杆；11-夹持装置；12-管道试验材料；13-活塞；14-应力传感器；15-弹簧；16-辊柱；17-底座框架；18-连杆。

具体实施方式

结合图1至图11所示，本发明提供的一种混凝土喷射管道磨损试验装置及方法具体实施方式如下。

混凝土喷射管道的破坏是极为复杂的冲击磨损破坏，混凝土管道自流输送中存在充填倍线小、流速大和压力大的问题，这严重的影响了管道可靠性。为了可以定量地分析混凝土物料对对管道的磨损，更好的评估混凝土物料管道的性能，选择最佳的管道材料，研究混凝土喷射管道输送磨损问题，设置了混凝土喷射管道磨损试验装置，以及利用该装置进行试验的方法。

一种混凝土喷射管道磨损试验装置具体的结构包括料筒5、密封盖1、外壳2、驱动电机3、中心转盘7和试验材料推进机构6等。其中料筒5的底部设置有中心转盘7，驱动电机3带动中心转盘7转动，料筒5的上方设置有密封盖1，料筒5的侧面设置有多个试验材料推进机构6，外壳2包裹在试验材料推进机构6的外侧。该装置通过中心转盘7的转动带动料筒5内的混凝土材料运动，驱动电机3连接的减速器控制中心转盘的转动速度，进而控制混凝土的流动速度；料筒5上方设置密封盖能够防止混凝土洒溅，试验材料推进机构6实现对管道试验材料12的夹持以及固定。

管道试验材料12通过料筒5上的开口水平、竖直或倾斜伸入料筒，从而可以模拟不同方向上混凝土的流动对管道材料磨损的影响；料筒5上设置有与管道试验材料12相适配的开口，根据试验需要任意设置开口的尺寸及方向。其中，试验材料推进机构6包括液压推杆10和夹持装置11，管道试验材料12设置在两个夹持装置11之间，液压推杆10推送管道试验材料12移动。试验材料推进机构6通过固定板固定在底座框架17上，油管及管线8也沿底座框架17布置，底座框架17设置在料筒5的外围、底部，固定板设计呈任意形状从而方便试验材料推进机构6的安装。液压推杆10的活塞13端设置有管道试验材料夹，用于夹住管道实验材料，管道试验材料12的两侧各设置有夹持装置11。夹持装置11包括辊柱16、连杆18、弹簧15和应力传感器14，辊柱16从两侧压紧管道试验材料，连杆18连接应力传感器14和辊柱16的固定侧，弹簧15套设在连杆上，该结构夹持管道试验材料后，较夹持装置11突出的管道试验材料12设定的长度，该突出部分的管道试验材料12受到料桶内试验材料的冲击力影响，即受到侧压力影响，侧压力通过弹簧和连杆反馈至应力传感器。

密封盖1通过设置在料筒5上方的驱动马达4控制开闭，密封盖1密封料筒的顶部，驱动马达4控制密封盖的开闭，防止试验过程中喷射混凝土物料溅出。料筒5轴部设置有中心轴9，中心转盘7沿中心轴转动，中心转盘7上设置有多个旋转翼，中心转盘7沿料筒轴线位置设置的转轴转动。驱动电机3通过插电提供动力，驱动马达4和液压推杆10通过液压管路提供动力。应力传感器14监测到管道试验材料的侧压为0时，液压推杆10推动管道试验材料移动固定长度。中心转盘7转动带动喷射混凝土物料的转动，模拟喷射混凝土物料在管道中运输，管道试验材料被设计成长方体的形状，喷射混凝土物料在料筒中的离心运动会对侧面和底面长方体形状的管道试验材料造成磨损，从而模拟喷射混凝土物料在运输中对管道的磨损。

管道试验材料的具体尺寸可以设计为(50mm*20mm*10mm)，管道试验材料的试验材料推进机构可以根据试验需要进行布置，可以在料筒下方均匀布置4个，料筒侧面均匀布置6个，满足同时对多种材质管道试件的磨损实验的需求。试验材料推进机构于推进实验材料，弹簧和应力传感器共同作用，用于测量管道试验材料所受侧压力，当侧压降为零时，则说明管道试验材料伸出部分已经被磨损消失，需要再推进管道试验材料，管道试验材料两侧辊柱用于减少推进时的摩擦阻力。

一种混凝土喷射管道磨损试验方法，利用上述的一种混凝土喷射管道磨损试验装置，步骤包括：

A.制作管道试验材料，根据试验材料推进机构的尺寸确定管道试验材料的尺寸。其中优选的设计尺寸为50mm*20mm*10mm，该尺寸的管道试验材料制作及使用更加方便。

B.将管道试验材料放置在试验材料推进机构的夹持装置之间，管道试验材料从料筒的侧面伸出，将混凝土材料放入料筒内。根据试验设计需要，可以通过中心转盘控制混凝土材料的流动速度，用于模拟不同流速状态下混凝土管道的磨损；通过混凝土材料的配比选择用于模拟不同配比混凝土对混凝土管道磨损的影响。

C.启动驱动电机并记录时间，并逐个记录管道试验材料侧压为0的时间，然后通过液压推杆推进管道试验材料的长度。其中在侧压力差为零时，记录一次实验材料被磨损设定厚度所需要的时间，再通过试验材料推进机构将管道试验材料推进至设定厚度，继续实验。从而可以实现对喷射混凝土物料的不同配比、流速的模拟，重复试验进行多组对比模拟试验，为研究混凝土管道输送磨损问题提供了可靠的试验手段。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种混凝土喷射管道磨损试验装置，其特征在于，包括料筒、密封盖、外壳、驱动电机、中心转盘和试验材料推进机构；所述料筒的底部设置有中心转盘，驱动电机带动中心转盘转动，料筒的上方设置有密封盖，料筒的侧面设置有多个试验材料推进机构，外壳包裹在试验材料推进机构的外侧；所述试验材料推进机构包括液压推杆和夹持装置，管道试验材料设置在两个夹持装置之间，液压推杆推送管道试验材料移动，所述管道试验材料通过料筒上的开口水平、竖直或倾斜伸入料筒。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土喷射管道磨损试验装置，其特征在于，所述密封盖通过设置在料筒上方的驱动马达控制开闭，密封盖密封料筒的顶部。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土喷射管道磨损试验装置，其特征在于，所述中心转盘上设置有多个旋转翼，中心转盘沿料筒轴线位置设置的转轴转动。

4.根据权利要求2所述的一种混凝土喷射管道磨损试验装置，其特征在于，所述试验材料推进机构通过固定板固定在底座框架上，所述液压推杆的活塞端设置有管道试验材料夹，管道试验材料的两侧各设置有夹持装置；所述夹持装置包括辊柱、连杆、弹簧和应力传感器，辊柱从两侧压紧管道试验材料，连杆连接应力传感器和辊柱的固定侧，弹簧套设在连杆上。

5.根据权利要求4所述的一种混凝土喷射管道磨损试验装置，其特征在于，所述驱动电机通过插电提供动力，所述驱动马达和液压推杆通过液压管路提供动力；所述应力传感器监测到管道试验材料的侧压为0时，液压推杆推动管道试验材料移动固定长度。

6.一种混凝土喷射管道磨损试验方法，利用权利要求1-5任一项所述的一种混凝土喷射管道磨损试验装置，其特征在于，步骤包括：

A.制作管道试验材料，根据试验材料推进机构的尺寸确定管道试验材料的尺寸；

B.将管道试验材料放置在试验材料推进机构的夹持装置之间，管道试验材料从料筒的侧面伸出，将混凝土材料放入料筒内；

C.启动驱动电机并记录时间，并逐个记录管道试验材料侧压为0的时间，然后通过液压推杆推进管道试验材料的长度。

7.根据权利要求6所述的一种混凝土喷射管道磨损试验方法，其特征在于，所述中心转盘控制混凝土材料的流动速度，用于模拟不同流速状态下混凝土管道的磨损；所述混凝土材料的配比选择用于模拟不同配比混凝土对混凝土管道磨损的影响。