CN114888962A - 一种基于物料流变特性测试的立轴搅拌装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于物料流变特性测试的立轴搅拌装置，驱动机构、筒体、扭矩传感器、搅拌装置、联轴装置和支撑架；筒体设置在支撑架上，支撑架上方设置驱动机构，驱动机构通过联轴装置连接搅拌装置，搅拌装置位于筒体内；扭矩传感器设置在联轴装置上，扭矩传感器外接流变仪。本设计的搅拌装置为复合式搅拌叶片，同时包含了铲刀式叶片及螺带式搅拌叶片的优点，在搅拌过程中能同时实现对物料的充分剪切和提升，使得物料不仅在周向搅拌均匀也使得物料在空间轴向也得到充分的搅拌，能够缩短搅拌时间，提高搅拌效率，同时节约能耗。
Description
技术领域
本发明属于物料搅拌技术领域，特别涉及一种基于物料流变特性测试的立轴搅拌装置。
背景技术
混凝土是粗细骨料及粉料(水泥)混合均匀后经过一段时间硬化后形成的多相复合材料，是建筑工程中使用最广泛的材料，广泛应用于各种道路、桥梁等大型混凝土工程中。混凝土的工作性对工程质量有着重要影响。各式各样的混凝土外加剂的出现导致工程所需的混凝土强度基本都可以通过工业试验得到，但工作性仍然是比较大的问题。比如在利用混凝土泵车进行泵送时会发生堵管现象、搅拌好的混凝土流动性过大或者混凝土太干致使无法正常施工使用，造成浪费甚至使工期延误，造成极大的财产损失。但目前针对混凝土流变仪的研究相对较少。
现有技术的缺陷和不足：
现在普遍采用的是利用坍落度来评价混凝土工作性的方法，有待进一步完善，因为坍落度只能用来表征混凝土的屈服应力，不能表征混凝土的塑性粘度，需要一种更加全面而又准确的方式来评价混凝土的工作性。在水泥浆、砂浆和混凝土的流变特性中，流变学是表征混凝土工作性的一种有效方法。现有的流变仪在混凝土施工现场使用时，体积太大，价格太高，所以坍落度试验仍然是测量混凝土和易性最常用的试验方法。目前工程中经常采用坍落度法、L型仪法、U型仪法等来描述混凝土的流变特性，其中坍落度法应用最广，这些经验性的测试方法受人为干扰因素较大，试验操作中较小的变化可能导致不同的结果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于物料流变特性测试的立轴搅拌装置，以解决现有技术经验性的测试方法受人为干扰因素较大，试验操作中较小的变化可能导致不同的结果的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于物料流变特性测试的立轴搅拌装置，驱动机构、筒体、扭矩传感器、搅拌装置、联轴装置和支撑架；筒体设置在支撑架上，支撑架上方设置驱动机构，驱动机构通过联轴装置连接搅拌装置，搅拌装置位于筒体内；扭矩传感器设置在联轴装置上，扭矩传感器外接流变仪。
进一步的，驱动机构包括伺服电机和减速器；伺服电机的输出端连接减速器，减速器的输出端连接联轴装置。
进一步的，支撑架上方设置有电机减速器支架，减速器设置在电机减速器支架上。
进一步的，联轴装置为两个轴向连接的联轴器，扭矩传感器垂直设置在两个联轴器之间。
进一步的，联轴装置通过轴承连接有搅拌轴，搅拌装置设置在搅拌轴上。
进一步的，搅拌装置包括铲刀式叶片和螺带式叶片；螺带式叶片螺旋设置在搅拌轴上，相邻的螺带式叶片之间的搅拌轴上设置有铲刀式叶片。
进一步的，轴承内设置有快换接头，快换接头一端固定连接联轴装置，另一端连接搅拌轴，且连接搅拌轴的一端为矩形槽状，搅拌轴的端部和矩形槽相匹配。
进一步的，支撑架底部设置有定位板，定位板用于给筒体定位。
进一步的，电机减速器支架上设置有吊环。
进一步的，筒体内沿内侧壁设置有筒内挡板。
与现有技术相比本发明有以下技术效果：
本发明的目的在于设计一种新的搅拌测量装置来研究混凝土的流变特性，使得对混凝土的工作性有更加准确的评价。通过本搅拌测量装置既能达到对混凝土的搅拌作用又能实现对新拌混凝土流变特性的测量。搅拌装置与流变仪测量相结合的立轴试验装置能够分析搅拌过程的流变特性，可以避免混凝土因发生过搅拌而造成的离析现象，也可以节约能耗提高经济效益。本试验装置可以对新拌混凝土的流变性能直接进行测量，使得测量的数据更加真实的反映实际情况的流变特性，可以代替目前普遍使用的利用坍落度、扩展度、倒坍落度筒排空时间等来间接评价反映新拌混凝土的流变特性的方法。
采用搅拌装置与流变仪测量相结合的立轴试验装置能够分析搅拌过程的流变特性，可以避免混凝土因发生过搅拌而造成的离析现象，也可以节约能耗提高经济效益。
本设计的搅拌装置为复合式搅拌叶片，同时包含了铲刀式叶片及螺带式搅拌叶片的优点，在搅拌过程中能同时实现对物料的充分剪切和提升，使得物料不仅在周向搅拌均匀也使得物料在空间轴向也得到充分的搅拌，能够缩短搅拌时间，提高搅拌效率，同时节约能耗。
扭矩传感器安装方式有效的避免了采用单端固定会在远端产生一定挠度的问题，相比之下，结构更加合理。
附图说明
图1是本发明的总装示意图。
图2是本发明的支撑架示意图。
图3是本发明的搅拌装置示意图。
图4是本发明的电机减速器支架示意图。
图5是本发明的搅拌轴示意图。
图6是本发明的测量叶片示意图。
图7是本发明的筒内挡板示意图。
图8是本发明的转矩转速传感器示意图。
图9是本发明的快换接头示意图。
图10是本发明的联轴器示意图。
图11是本发明的中间搅拌叶片示意图。
1-伺服电机，2-减速器，3-吊环，4-电机减速器支架，5-扭矩传感器，6-联轴器，7-轴承，8-搅拌轴，9-搅拌装置，10-筒体，11-定位板，12-支撑架，13-快换接头。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1至图11，一种基于物料流变特性测试的立轴搅拌装置，包括筒体10、搅拌装置9、伺服驱动器、伺服电机1、减速器2、扭矩传感器5、搅拌及测量快换装置、流变参数测量叶片、联轴器6及其他附件。具体的：
采用筒体与其他结构相分离布置结构，利用支架将装置的传动系统及搅拌装置支撑于水平地面上，整个装置的重量全部由支撑架来支撑，筒体利用定位板使其轴线位于整个立轴搅拌测量的中心位置，保证了工作时不发生偏心，这样扭矩传感器的测量结果可以排除因为搅拌中心与筒体中心不在一条直线上而出现的测量误差。装置的支撑板通过定位销放置在支架上部，搅拌完成后可以利用电机支架上端的吊环提起来进行测量叶片的安装，此时筒体及支架位置保持不动。
搅拌装置的设计：搅拌装置是整个搅拌机设计中最重要的一个核心部件，搅拌机拌合的混凝土的质量好坏决定于搅拌装置设计的合理与否。立轴搅拌测试装置的筒体确定后可根据筒体的尺寸确定搅拌装置的尺寸，本立轴搅拌试验装置采用的搅拌装置为铲刀式叶片与螺带式叶片相结合的搅拌方式。铲刀式叶片搅拌装置在搅拌过程中是依靠搅拌臂和搅拌叶片对物料的推动和剪切作用，使物料在搅拌筒体内形成大的环流，以此来使物料搅拌均匀，在搅拌过程中能够保证搅拌机中混凝土得到充分的剪切作用，打破水泥颗粒团聚现象，铲刀式叶片如果发生叶片断裂等情况只需要更换有问题的搅拌叶片即可。
螺带式搅拌叶片结构较为复杂，搅拌过程能耗大，在长期使用过程中磨损较为严重，甚至会出现搅拌叶片断裂的情况，螺带式搅拌装置发生断裂时要更换整个搅拌装置，螺带式搅拌装置在搅拌筒体内所占空间较大，但其能加快搅拌筒体内物料的循环流动，对混凝土的剪切效果比较好，搅拌同样均匀程度的物料时所需要的搅拌时间较短，搅拌效率相较铲刀式叶片搅拌装置比较高等。螺带叶片在搅拌过程中的主要作用是提升物料，将物料提升至搅拌装置顶部后使各种物料颗粒由于自重再跌落到搅拌筒体底部，循环往复，使得混凝土在垂直方向上也有较大的混合流动，最终使物料搅拌均匀。铲刀式叶片搅拌效果较好的叶片安装角为45°。本设计的搅拌装置为复合式搅拌叶片，同时包含了铲刀式叶片及螺带式搅拌叶片的优点，在搅拌过程中能同时实现对物料的充分剪切和提升，使得物料不仅在周向搅拌均匀也使得物料在空间轴向也得到充分的搅拌，能够缩短搅拌时间，提高搅拌效率，同时节约能耗。
“快换装置”的结构设计：本设计的立轴搅拌测试装置另外一个功能就是能够在搅拌结束后将搅拌装置在尽可能短的时间内换成新拌混凝土流变参数测量的标准叶片，采用快换装置，利用销轴定位，主要起支撑搅拌装置的作用，所以销轴应满足一定的刚度，不会发生过大变形。同时为了保证同轴度，上连接杆的销孔应一次镗出，将搅拌装置与上部的扭矩传感器输出轴通过联轴器相连。快换接头采用方形框架结构进行定位及扭矩的传递，轴线方向利用销轴进行定位，因为搅拌装置在筒体内进行搅拌时并不是悬空布置，所以搅拌装置的总质量并不是全部作用在销轴上，所以在本装置中销轴的强度、刚度并不是设计计算的重点，但是，因为搅拌过程中搅拌主轴受到的扭矩较大，同时，不排除卡料现象的发生，如果出现卡料情况，此时，接头位置方形框架受到的扭矩值理论上为电机的最大输出扭矩，所以需要对结构薄弱环节进行结构强度分析。
扭矩传感器布置方案的确定：扭矩传感器是用来测量扭矩、转速等物理量的比较精密的测量仪器。利用扭矩传感器来测量搅拌过程中搅拌主轴上的扭矩值及实时转速，通过测得的扭矩、转速等参数绘制混凝土的流变特性曲线，以此来评价混凝土的工作性及搅拌过程分析。在本试验装置中扭矩传感器的安装方式采用垂直安装方式。为了保证扭矩传感器的安装精度，扭矩传感器的支架与电机支架采用焊接连接。为了保证扭矩传感器测量精度，在扭矩传感器输出轴与搅拌装置连接轴上增加一对深沟球轴承，深沟球轴承的性能和特点是：主要承受径向载荷，也可以同时承受小的轴向载荷，相比其他类型的轴承当量摩擦系数最小。结合它在本装置中的功能，主要是为了在混凝土搅拌和测量过程中保证搅拌轴及测量轴不发生径向偏移导致扭矩测量误差，同时考虑到加工制造成本，所以选择一对深沟球轴承来保证扭矩传感器的测量精度。在搅拌和测量过程中，轴承主要承受由于搅拌筒体内物料的不均匀而产生的径向载荷，轴线方向载荷较小。通常一根轴需要两个支撑点来固定，每个支撑点需要一个或者一个以上的轴承来进行定位，如果只进行单端轴承固定，将会在另一端产生挠度，轴在高速转动的情况下会产生振动，会对扭矩的测量产生较大误差导致测量结果失真，所以考虑到这一点，本结构采用两个轴承在支撑板上下两侧并列布置。此种结构有效的避免了采用单端固定会在远端产生一定挠度的问题，相比之下，本结构更加合理。
Claims (10)
1.一种基于物料流变特性测试的立轴搅拌装置，其特征在于，驱动机构、筒体(10)、扭矩传感器(5)、搅拌装置(9)、联轴装置和支撑架(12)；筒体(10)设置在支撑架(12)上，支撑架(12)上方设置驱动机构，驱动机构通过联轴装置连接搅拌装置，搅拌装置位于筒体(10)内；扭矩传感器(5)设置在联轴装置上，扭矩传感器(5)外接流变仪。
2.根据权利要求1所述的一种基于物料流变特性测试的立轴搅拌装置，其特征在于，驱动机构包括伺服电机(1)和减速器(2)；伺服电机(1)的输出端连接减速器(2)，减速器(2)的输出端连接联轴装置。
3.根据权利要求2所述的一种基于物料流变特性测试的立轴搅拌装置，其特征在于，支撑架(12)上方设置有电机减速器支架(4)，减速器(2)设置在电机减速器支架(4)上。
4.根据权利要求1所述的一种基于物料流变特性测试的立轴搅拌装置，其特征在于，联轴装置为两个轴向连接的联轴器(6)，扭矩传感器(5)垂直设置在两个联轴器(6)之间。
5.根据权利要求1所述的一种基于物料流变特性测试的立轴搅拌装置，其特征在于，联轴装置通过轴承(7)连接有搅拌轴(8)，搅拌装置(9)设置在搅拌轴(8)上。
6.根据权利要求5所述的一种基于物料流变特性测试的立轴搅拌装置，其特征在于，搅拌装置(9)包括铲刀式叶片和螺带式叶片；螺带式叶片螺旋设置在搅拌轴(8)上，相邻的螺带式叶片之间的搅拌轴(8)上设置有铲刀式叶片。
7.根据权利要求5所述的一种基于物料流变特性测试的立轴搅拌装置，其特征在于，轴承(7)内设置有快换接头(13)，快换接头(13)一端固定连接联轴装置，另一端连接搅拌轴(8)，且连接搅拌轴(8)的一端为矩形槽状，搅拌轴(8)的端部和矩形槽相匹配。
8.根据权利要求1所述的一种基于物料流变特性测试的立轴搅拌装置，其特征在于，支撑架(12)底部设置有定位板(11)，定位板(11)用于给筒体定位。
9.根据权利要求3所述的一种基于物料流变特性测试的立轴搅拌装置，其特征在于，电机减速器支架(4)上设置有吊环(3)。
10.根据权利要求1所述的一种基于物料流变特性测试的立轴搅拌装置，其特征在于，筒体(10)内沿内侧壁设置有筒内挡板。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220812 |