CN201972870U

CN201972870U - 一种气动单缸单液式化学灌浆泵

Info

Publication number: CN201972870U
Application number: CN2010206706627U
Authority: CN
Inventors: 李浩宇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2020-12-21

Abstract

本实用新型涉及一种气动单缸单液式化学灌浆泵，包括气缸、液缸和活塞杆，其特征在于其还包括通过位移传感器连接杆与活塞杆连接的用于测量液缸位移的位移传感器，所述气缸上设置有出浆电磁气阀和进浆电磁气阀，所述液缸上设置有进浆电磁液阀和出浆电磁液阀。本实用新型通过位移传感器，可以准确计算灌浆时的流量，从而随时调整灌浆速度，保证化学灌浆质量。本实用新型采用软件控制，实时监控和记录化学灌浆时的数据，保证数据的准确性。本实用新型结构简单，轻便，体积适中，计量准确，操作方便。

Description

一种气动单缸单液式化学灌浆泵

技术领域

本实用新型属于一种化学灌浆领域，涉及一种气动单缸单液式化学灌浆泵。

背景技术

化学灌浆(Chemical Grouting)是将一定的化学材料(无机或有机材料)配制成真溶液，用化学灌浆泵等压送设备将其灌入地层或缝隙内，使其扩散、胶凝或固化，以增加地层强度、降低地层渗透性、防止地层变形和进行混凝土建筑物裂缝修补的一项地基处理和混凝土修补技术。即化学灌浆是化学与工程相结合，应用化学科学和化学浆材解决地基和混凝土缺陷处理(加固补强、防渗堵漏)，保证工程的顺利进行或借以提高工程质量的一项工程技术。

化学灌浆中的灌浆条件和终灌条件都以灌浆流量作为一项重要指标，根据《中华人民共和国电力行业标准-水工建筑物化学灌浆施工规范》，化学灌浆的结束标准：帷幕化学灌浆在最大设计压力下，灌浆流量不大于20mL/min后，继续灌注30min或达到胶凝时间；固结化学灌浆在最大设计压力下，灌浆流量不大于50mL/min后，继续灌注30min或达到胶凝时间。所以，灌浆过程中流量的计量是不可缺少的一项工作，灌浆流量将直接决定化学灌浆质量。

由于化学灌浆材料的特殊性，现有技术中并没有能够测量灌浆流量的化学灌浆泵。

中国专利授权公告号为CN 11172086C的发明专利气动柱塞式灌浆泵和配浆机及自动配浆灌浆设备包括驱动气缸、工作液缸和活塞杆，驱动气缸上设置有减压调压阀、换向电磁阀和行程控制开关，压缩空气经减压调压阀、换向电磁阀后进入驱动气缸，推动活塞杆带动工作液缸的活塞往复运动，本发明没有流量计，不能测量灌浆的流量，流量的监控完全依靠工作人员的经验，灌浆质量和稳定性都不能得到保证。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够测量化学灌浆流量的气动单缸单液式化学灌浆泵。

本实用新型包括气缸、液缸和活塞杆，其特征在于其还包括通过位移传感器连接杆与活塞杆连接的用于测量液缸位移的位移传感器，所述气缸上设置有出浆电磁气阀和进浆电磁气阀，所述液缸上设置有进浆电磁液阀和出浆电磁液阀。

所述出浆电磁气阀和进浆电磁气阀设置在进气管上，所述进气管上还设置有可调气阀和总电磁气阀。所述位移传感器上设置有左接近开关和右接近开关。所述出浆电磁液阀设置在灌浆管上，所述灌浆管上还设置有压力传感器。

本实用新型还包括控制电路，所述控制电路包括CPU，传送环境温度和浆液温度信号给CPU的传感器模块，传送灌浆压力信号给CPU的压力传感器模块，传送活塞杆位移信号给CPU的位移传感器模块，接受来自CPU信号的电磁阀控制模块，接受并传送信号给CPU的接近开关模块，用来通信和下载的串口模块，驱动电机转动的电机驱动模块以及控制设备的启动、暂停和停止的输入输出模块。

本实用新型的有益效果是：本发明的液缸内部是一个圆柱体，液缸活塞在液缸内来回运动，把浆液吸进和压出，当浆液压出时，活塞向右运动，通过活塞杆和位移传感器连接杆将活塞的位移传递到位移传感器，用位移传感器适时测量活塞的位移，再由公式1计算出灌浆的体积流量。

q_{v} = {π (\frac{R}{2})}^{2} \frac{ds}{dt}

(公式1)

其中，q_v为体积流量，R为液缸直径，

为灌浆时活塞在单位时间内的位移。

灌浆时的活塞位移s(cm)通过电阻式位移传感器转换成电压信号u(V)，通过二进制A/D转换器，转换成数字信号D，由单片机中的软件完成流量计算，得到的流量数据通过液晶显示屏显示。

在本实用新型中，假设液缸行程L＝5cm，电阻式位移传感器量程等于液缸行程，输出电压信号范围为0～5V，二进制A/D转换器为12位A/D转换器，化学灌浆流量计信号采集与处理系统转换式为：

D＝k₁k₂s (公式2)

其中，k₁是电阻式位移传感器的传递系数，单位是V/cm，k₂是12位A/D转换器的传递系数，单位是1/V。其中k₁和k₂的计算公式如下：

k_{1} = \frac{u}{s} = \frac{5}{5} = 1

(公式3)

k_{2} = \frac{D}{u} = \frac{2^{12}}{5} = 819.2

(公式4)

本实用新型的化学灌浆流量计的误差很小，可满足实际需求。

化学灌浆流量计误差由电阻式位移传感器的误差和A/D转换器的精度决定，可以由下列公式计算：

γ＝γ₁+γ₂ (公式5)

其中，γ₁为电阻式位移传感器的误差，为0.2％，γ₂假设为12位A/D转换器的精度，

所以，化学灌浆流量计误差γ＝0.22％，小于1％，可以满足化学灌浆要求。

本实用新型通过位移传感器，可以准确计算灌浆时的流量，从而随时调整灌浆速度，保证化学灌浆质量。本实用新型采用软件控制，实时监控和记录化学灌浆时的数据，保证数据的准确性。本实用新型结构简单，轻便，体积适中，计量准确，操作方便。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的控制电路的结构原理示意图；

图3是本实用新型控制电路的流程图。

在图中，1气泵接口、2可调气阀、3总电磁气阀、4出浆电磁气阀、5气缸、6活塞杆、7左接近开关、8位移传感器连接杆、9位移传感器、10右接近开关、11气缸活塞、12液缸活塞、13出浆电磁液阀、14压力传感器、15进浆电磁气阀、16液缸、17进浆电磁液阀。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括气缸5、液缸16、活塞杆和通过位移传感器连接杆8与活塞杆6连接的用于测量液缸活塞12位移的位移传感器9，所述气缸5上设置有出浆电磁气阀4和进浆电磁气阀15，所述液缸16上设置有进浆电磁液阀17和出浆电磁液阀13。

所述出浆电磁气阀4和进浆电磁气阀15设置在进气管上，所述进气管上还设置有可调气阀2和总电磁气阀3。所述位移传感器9上设置有左接近开关7和右接近开关10。所述出浆电磁液阀13设置在灌浆管上，所述灌浆管上还设置有压力传感器14。

本实用新型的工作流程可分为3个进程：

(1)复位过程

机器上电启动时，进入复位过程，手动调节可调气阀2，给本实用新型提供一个合适气压，一般为0.4MPa。这时检测右接近开关10，看液缸活塞12是否处于系统复位的位置。如果没有，开出浆电磁液阀13，开出浆电磁气阀4，开总电磁气阀3。把液缸活塞12推到最右端。然后关掉所有阀门，复位过程完成。

(2)进浆过程

本实用新型进浆过程采用的是主动吸浆的一个过程，就是利用密闭的活塞产生负压，通过外界与液缸16内的压强差把浆液压进液缸16内。在这个过程中，首先关掉出浆电磁液阀13，打开进浆电磁液阀17，打开进浆电磁气阀15，打开总电磁气阀3。气缸5推动活塞杆6往左运动。液缸16内产生负压，浆液进入到液缸16内。为了令浆液充分进入液缸16，可以调慢进浆电磁气阀15的进气速度。到检测到左接近开关7时，进浆过程完成。关掉进浆电磁气阀15，关总电磁气阀3，关进浆电磁液阀17。

(3)灌浆过程

1气泵接口、2可调气阀、3总电磁气阀、4出浆电磁气阀、5气缸、6活塞杆、7左接近开关、8位移传感器连接杆、9位移传感器、10右接近开关、11气缸活塞、12液缸活塞、13出浆电磁液阀、14压力传感器、15进浆电磁气阀、16液缸、17进浆电磁液阀。

当进浆完成时，打开出浆电磁液阀13，关闭进浆电磁液阀17，打开出浆电磁气阀4和总电磁气阀3。气缸5推动活塞杆6往右运动，浆液被液缸活塞12向外推出。在整个灌浆过程压力传感器14能适时测量灌浆压力，调节可调气阀2，能调节灌浆压力。通过位移传感器9能适时测量灌浆流量。当液缸活塞12运行到右端终点时，右接近开关10感应到信号。此时灌浆过程完成，关闭出浆电磁液阀13，关出浆电磁气阀4，关总电磁气阀3。

上述控制电路的工作原理结构框图如图2所示，本实用新型控制电路包括以下几个部分：

1、CPU(中央处理单元)：CPU采用的是STC89C58RD+，整个模块包括复位电路，11.0592MHZ的晶振电路，是整个设备的控制核心部件，分析处理来自其它各个模块的信息，然后发出相应的动作指令。

2、温度传感器模块：温度传感器模块采用的是数字温度传感器DS18B20，两个分别用来测试环境温度和浆液的温度。

3、压力传感器模块：压力传感器采用的是SCB3111P平面型压力变送器，用来测试出浆口的压力，输出电流信号。通过10位的TLC1549模数转换后输出数字信号给CPU做出相应的处理。

4、位移传感器模块：位移传感器采用的是KTC系列高精度位移传感器，是计量灌浆量的核心部件，输出电压信号，通过10位的TLC1549模数转换后输出数字信号给CPU做出相应的处理。

5、电磁阀控制模块：电磁阀采用的是SNS系列电磁阀，该模块还包括电磁阀驱动ULN2003和光隔TLP521-1。接收到来自CPU的命令，执行相应开关阀的动作。是控制电磁阀的直接部件。

6、接近开关模块：气动单缸双液式化学灌浆泵采用NPN常开型接近开关来接收缸运行到底的信号。然后把这个信号传输给CPU。

7、串口模块：串口模块包括MAX232的电平转换电路，是设备用来通信和下载的模块。

8、输入输出模块：输入模块包括三个按键，分别控制设备的启动，暂停和停止。输出模块采用OCMJ4＊8C的液晶屏，输出显示灌浆压力、灌浆量、环境温度、浆液温度、灌浆速度和灌浆状态。

如图3所示为本实用新型的控制电路的流程图。

本实用新型的元件通过控制电路控制以实现准确运行。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种气动单缸单液式化学灌浆泵，包括气缸(5)、液缸(16)和活塞杆(6)，其特征在于其还包括通过位移传感器连接杆(8)与活塞杆(6)连接的用于测量液缸活塞(12)位移的位移传感器(9)，所述气缸(5)上设置有出浆电磁气阀(4)和进浆电磁气阀(15)，所述液缸(16)上设置有进浆电磁液阀(17)和出浆电磁液阀(13)。

2.根据权利要求1所述的气动单缸单液式化学灌浆泵，其特征在于所述出浆电磁气阀(4)和进浆电磁气阀(15)设置在进气管上，所述进气管上还设置有可调气阀(2)和总电磁气阀(3)。

3.根据权利要求1所述的气动单缸单液式化学灌浆泵，其特征在于所述位移传感器(9)上设置有左接近开关(7)和右接近开关(10)。

4.根据权利要求1所述的气动单缸单液式化学灌浆泵，其特征在于所述出浆电磁液阀(13)设置在灌浆管上，所述灌浆管上还设置有压力传感器(14)。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的气动单缸单液式化学灌浆泵，其特征在于其还包括控制电路，所述控制电路包括CPU，传送环境温度和浆液温度信号给CPU的传感器模块，传送灌浆压力信号给CPU的压力传感器模块，传送活塞杆位移信号给CPU的位移传感器模块，接受来自CPU信号的电磁阀控制模块，接受并传送信号给CPU的接近开关模块，用来通信和下载的串口模块以及控制设备的启动、暂停和停止的输入输出模块。