一种预拌混凝土智能取样与工作性能监测装置

1.本发明涉及建材智能制造技术领域，具体来讲是一种预拌混凝土智能取样与工作性能监测装置。


背景技术：

2.在土木工程施工中，混凝土通常采用现场搅拌，采用传统现场搅拌浇筑带来占地面积大、噪音大等缺点，并且混凝土质量的离散性较高。因此，迫切需要一种新的搅拌方式满足现场施工的要求。而预拌混凝土得益于其自身的高度专业化和集中化优势，提高了现场工程质量，完善了施工工序，减轻了劳动强度，降低了生产成本，同时也减少了环境污染，预拌混凝土是当前土木工程施工中的首要选择。
3.预拌混凝土把原材料、外加剂和水通过合理的配合比设计，进行混凝土的预搅拌，并通过装车泵送集中运到搅拌站，由搅拌站统一经营管理，《预拌混凝土》gb/t14902-2012规定，预拌混凝土坍落度检验繁琐，至少需要每100盘相同配合比混凝土取样1次。首先，准备好坍落筒和铲子，将坍落筒放在不吸水的刚性板上，漏斗放在坍落桶上，踩踏板，混合料分三层装入坍落筒，每层约为坍落度筒高度的三分之一，每层沿螺旋线从边缘到中心夯25遍，每次夯实应均匀分布在界面上，填充完毕后，用抹子刮去多余的混合料，抹平筒口，并清除桶底周围的混凝土。立即吊起坍落筒体，5-10s内完成，使混凝土不受横向和扭转的影响，从装载开始到拟用坍落度筒的整个过程应在150s内完成。整个过程流程较为复杂，一方面需要质检人员离开工作岗位到运输罐车旁通过斗车取样与检验，另一方面取样与检验过程会中断连续生产，所以目前的取样与检验方法存在取样流程繁琐、操作时间长、低效等重大缺陷。
4.因此迫切需要一种更加智能化的预拌混凝土取样与工作性能监测装置，能更高效、更精准地测试预拌混凝土的坍落度和扩展度。


技术实现要素：

5.为了解决预拌混凝土取样与工作性能监测中所存在的问题，本发明专利提供一种预拌混凝土智能取样与工作性能监测装置，该装置可以同时测量预拌混凝土的坍落度和扩展度，具有无人化和智能化的优点。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
7.一种预拌混凝土智能取样与工作性能监测装置，其特征在于：包括动力系统、取样系统、测试系统、判定系统和清洗系统；其中取样系统设置于所述测试系统正上方，其中取样系统包括带有闸门的倒圆台形取样桶，测试系统位于所述取样桶下方用于接料和样品回收，所述判定系统用于检测所述取样系统中混凝土样品的坍落度和扩展度。
8.进一步地，所述测试系统包括接料盒，位于取样桶下方，接料盒上面刻有180mm～700mm的刻度，间距为20mm；接料盒侧面刻有0mm～180mm的刻度，间距为10mm。
9.进一步地，所述取样桶位于所述接料盒上方35mm处，进料后上升至150mm处，出料
时间为5.3s～10.4s，其上口直径为235mm～280mm，高140mm～200mm，下口直径为135mm～160mm，下口设有水平旋转的闸门。
10.进一步地，动力系统为取样系统、测试系统、清洗系统提供动力，取样系统进料后移动至测试系统上方，开启取样系统下方闸门，接料完成后记录上传判定系统，清洗系统启动准备下一次接料。
11.进一步地，所述动力系统包括电动缸、电机、伸缩杆，电机位于防护罩内，所述电动缸包括第一电动缸、第二电动缸、第三电动缸、第四电动缸，第二电动缸右侧固定在防护罩上，第二电动缸缸上连接有伸缩杆，伸缩杆连接防护罩后侧的拉杆，所述第二电动缸控制取样桶的推送取样，长为1200mm～1400mm，第一电动缸控制接料盒的倾斜倒料，并分别在其前端连接接料盒，右侧连接防护罩；第三电动缸控制取样桶底部闸门的开关；第四电动缸控制取样桶的升降。
12.进一步地，所述判定系统包括激光传感器、智能监控主机、电脑，激光传感器于取样桶的侧面对实验结果进行采集，将实验数据上传电脑进行耦合，结果与国标正相关，相关修正系数由实验确定，通过智能监控主机同步反馈，超过规定值自动报警。
13.进一步地，清洗系统包括清洗水枪，其位于取样桶的正上方，接料盒的右上角，实验完成后，接料盒倾斜，启动清洗水枪清洗实验残留，准备下一次接料。
14.与现有技术相比，本发明有益效果如下：
15.本发明基于宾汉姆流体的能量方程，结合试验数据分析，确定了混凝土流出时间调控方式以及实现了混凝土工作性的实时预判。具有基础数据信息化、生产运转智能化的特点，提升了质量管控智能化程度，实现了预拌混凝土生产过程的自动取样与工作性能监测，在保证混凝土工作性能测试质量的前提下不中断生产，操作简单、高效，实验结果清晰、准确。
附图说明
16.附图1为本发明整体结构示意图。
17.附图2为本发明接料桶尺寸示意图。
18.附图3为本发明接料盒结构示意图。
19.附图4为本发明取样桶结构示意图。
20.附图中：
21.1-第一电动缸，2-第二电动缸，3-第三电动缸，4-取样桶，5-清洗水枪；6-接料盒，7-底座，8-防护罩，9-拉杆，10-激光传感器，11-伸缩杆，12-第四电动缸。
具体实施方式
22.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
23.请参阅图，本发明提供一种技术方案：一种预拌混凝土智能取样与工作性能监测装置，包括动力系统、取样系统、测试系统、判定系统和清洗系统；其中取样系统设置于所述
测试系统正上方35mm处，其中取样系统包括带有闸门的倒圆台形取样桶，测试系统位于所述取样桶下方用于接料和样品回收，所述判定系统用于检测所述取样系统中混凝土样品的坍落度和扩展度。取样系统进料后移动至测试系统上方150mm后，开启取料系统下方闸门，出料时间为5.3s～10.4s。测试完成后记录上传判定系统，清洗系统启动准备下一次测试。
24.进一步优选的实施例中，测试系统包括接料盒6，位于取样桶4下方，分别连接在底座7上侧和电动缸左侧，接料盒6上面刻有180mm～700mm的刻度，间距为20mm；接料盒6侧面刻有0mm～180mm的刻度，间距为10mm。取样桶位于所述接料盒6上方35mm处，出料时间为5.3s～10.4s，其上口直径为235mm～280mm，高140mm～200mm，下口直径为135mm～160mm，下口设有水平旋转的闸门。动力系统为取样系统、测试系统、清洗系统提供动力，取样系统进料后移动至测试系统上方150mm处，开启取样系统下方闸门，接料完成后记录上传判定系统，清洗系统启动准备下一次接料。动力系统包括电动缸、电机、伸缩杆11，电机位于防护罩8内，所述电动缸包括第一电动缸1、第二电动缸2、第三电动缸3、第四电动缸12，第二电动缸2右侧固定在防护罩8上，第二电动缸2缸上连接有伸缩杆11，伸缩杆11连接防护罩8后侧的拉杆9，所述第二电动缸2控制取样桶4的推送取样，长为1200mm～1400mm，第一电动缸1控制接料盒6的倾斜倒料，并分别在其前端连接接料盒6，右侧连接防护罩8；第三电动缸3控制取样桶4底部闸门的开关；第四电动缸12控制取样桶4的升降。判定系统包括激光传感器10、智能监控主机、电脑，激光传感器10于取样桶的侧面对实验结果进行采集，将实验数据上传电脑进行耦合，结果与国标正相关，相关修正系数由实验确定，通过智能监控主机同步反馈，超过规定值自动报警。清洗系统包括清洗水枪5，其位于取样桶的正上方，接料盒6的右上角，实验完成后，接料盒6倾斜，启动清洗水枪5清洗实验残留，准备下一次接料。参照图1发明装置由动力系统、取样系统、测试系统、清洗系统、判定系统等构成。
25.如图2所示，取样桶为倒圆台形，其底部设有闸门，取样桶固定在第二气缸上，材质为不锈钢，下口设有水平旋转的闸门，取样桶4体积v1为5.5
×
106mm，假设料桶下口为地面，式中z1为初始高度等于h，z2为最终高度等于0，α1与α2均为动能修正系数等于1，材料与与空气相接触，则p1为初始压强等于0、p2为最终压强等于0，初始速度v1＝0，v2为成品混凝土流出下口时的速度，m/s；re为雷诺数；重力加速度g为9.8m/s2；l为取样桶的斜高，m；黏性系数μ≥150pa.s；密度ρ为2400kg/m3；h为取样桶的高，m；r为取样桶的上口半径，m；r为取样桶的下口半径，m；v1为取样桶的体积，m3；s为下口面积，m2；t为时间，s；λ为沿程阻力系数；π为圆周率；q为流量，m3/s；d为取样桶的下口内直径，m。则放料时间-进料尺寸关系式(i)为
[0026][0027][0028]
由公式(1)(2)(3)得：
[0029][0030][0031]
由公式(4)(5)得：
[0032][0033][0034]
由上式可得：
[0035][0036]
上述公式中：水头损失公式中计算及公式要求1≈h，因此尺寸要求经测量安装及运行空间要求h＜200mm，实验相关性以及生产要求时间为5.3～10.4s，接料盒6上坍落度及扩展度由混凝土性质及落至接料盒6上最终速度决定，最终速度由取样桶下口流出速度及取样桶工作时高度决定，高度为150mm，则最终速度由流出速度决定，流出时间决定流出速度，小于5.3s流出速度过快，混凝土各部分与接料盒的碰撞中损失能量不一致，实验结果误差过大不具备相关性，5.3s及10.4s时，依据国标《预拌混凝土》gb/t14902-2012测试结果与本装置测试结果呈正相关，则时间在5.3～10.4s时呈正相关关系，大于10.4s流出速度过慢，流出不连续，实验结果误差过大不具备相关性，故时间限制5.3～10.4s。
[0037][0038]
由关系式计算的上口直径为280mm，高为140mm，下口直径为160mm。
[0039][0040]
由关系式计算的上口直径为235mm，高为200mm，下口直径为135mm。
[0041]
故尺寸限制为上口直径为235mm～280mm，高140mm～200mm，下口直径为135mm～160mm。
[0042]
实施例1
[0043]
并结合附图，对本发明专利的技术方案作进一步说明。
[0044]
采用上述技术方案的预拌混凝土智能取样与工作性能监测装置的使用方法，根据理论公式(i)计算出进料体积为5.5
×
106mm，上口直径为390mm，高为80mm，下口直径为200mm，进料时间为2.3s，推送取样桶至成品混凝土下料口接料，将取样桶拉回至接料盒6上方位置，净空高为35mm，取样桶垂直上升至接料盒6上端150mm，取样桶底部闸门打开，成品混凝土自然掉落下方接料盒6，待成品混凝土在接料盒6完全展开后，激光传感器10进行扫描，扫描数据用于后期分析成品混凝土的扩展度和坍落度，取样桶落料完毕后，推送取样桶离开接料盒6上方位置，保证接料盒6有足够翻转空间，接料盒6倾斜向下，将样品倒回至回收区，清洗水枪5打开，对取样桶及接料盒6进行清洗，清洗完毕后，取样桶及接料盒6复位，系统初筛后，质检人员通过与激光传感器10相连的终端判断工作性能。
[0045][0046]
实施例2
[0047]
并结合附图，对本发明专利的技术方案作进一步说明。
[0048]
采用上述技术方案的预拌混凝土智能取样与工作性能监测装置的使用方法，根据理论公式(i)计算出进料体积为5.5
×
106mm，上口直径为280mm，高为140mm，下口直径为160mm，进料时间为5.3s，推送取样桶至成品混凝土下料口接料，将取样桶拉回至接料盒6上方位置，净空高为35mm，取样桶垂直上升至接料盒6上端150mm，取样桶底部闸门打开，成品混凝土自然掉落下方接料盒6，待成品混凝土在接料盒6完全展开后，激光传感器10进行扫描，扫描数据用于后期分析成品混凝土的扩展度和坍落度，取样桶落料完毕后，推送取样桶离开接料盒6上方位置，保证接料盒6有足够翻转空间，接料盒6倾斜向下，将样品倒回至回收区，清洗水枪5打开，对取样桶及接料盒6进行清洗，清洗完毕后，取样桶及接料盒6复位，系统初筛后，质检人员通过与激光传感器10相连的终端判断工作性能。
[0049]
[0050][0051]
实施例3
[0052]
并结合附图，对本发明专利的技术方案作进一步说明。
[0053]
采用上述技术方案的预拌混凝土智能取样与工作性能监测装置的使用方法，根据理论公式(i)计算出进料体积为5.5
×
106mm，上口直径为250mm，高为175mm，下口直径为150mm，进料时间6.9s，推送取样桶至成品混凝土下料口接料，将取样桶拉回至接料盒6上方位置，净空高为35mm，取样桶垂直上升至接料盒6上端150mm，取样桶底部闸门打开，成品混凝土自然掉落下方接料盒6，待成品混凝土在接料盒6完全展开后，激光传感器10进行扫描，扫描数据用于后期分析成品混凝土的扩展度和坍落度，取样桶落料完毕后，推送取样桶离开接料盒6上方位置，保证接料盒6有足够翻转空间，接料盒6倾斜向下，将样品倒回至回收区，清洗水枪5打开，对取样筒及接料盒6进行清洗，清洗完毕后，取样桶及接料盒6复位，系统初筛后，质检人员通过与激光传感器10相连的终端判断工作性能。
[0054][0055]
实施例4
[0056]
并结合附图，对本发明专利的技术方案作进一步说明。
[0057]
采用上述技术方案的预拌混凝土智能取样与工作性能监测装置的使用方法，根据理论公式(i)计算出进料体积为5.5
×
106mm，上口直径为235mm，高为200mm，下口直径为135mm，进料时间为10.4s，推送取样桶至成品混凝土下料口接料，将取样桶拉回至接料盒6上方位置，净空高为35mm，取样桶垂直上升至接料盒6上端150mm，取样桶底部闸门打开，成品混凝土自然掉落下方接料盒6，待成品混凝土在接料盒6完全展开后，激光传感器10进行扫描，扫描数据用于后期分析成品混凝土的扩展度和坍落度，取样桶落料完毕后，推送取样桶离开接料盒6上方位置，保证接料盒6有足够翻转空间，接料盒6倾斜向下，将样品倒回至回收区，清洗水枪5打开，对取样桶及接料盒6进行清洗，清洗完毕后，取样桶及接料盒6复位，系统初筛后，质检人员通过与激光传感器10相连的终端判断工作性能。
[0058][0059]
实施例5
[0060]
并结合附图，对本发明专利的技术方案作进一步说明。
[0061]
采用上述技术方案的预拌混凝土智能取样与工作性能监测装置的使用方法，根据理论公式(i)计算出进料体积为5.5
×
106mm，上口直径为390mm，高为100mm，下口直径为120mm，进料时间为16.8s，推送取样桶至成品混凝土下料口接料，将取样桶拉回至接料盒6
上方位置，净空高为35mm，取样桶垂直上升至接料盒6上端150mm，取样桶底部闸门打开，成品混凝土自然掉落下方接料盒6，待成品混凝土在接料盒6完全展开后，激光传感器10进行扫描，扫描数据用于后期分析成品混凝土的扩展度和坍落度，取样桶落料完毕后，推送取样桶离开接料盒6上方位置，保证接料盒6有足够翻转空间，接料盒6倾斜向下，将样品倒回至回收区，清洗水枪5打开，对取样桶及接料盒6进行清洗，清洗完毕后，取样桶及接料盒6复位，系统初筛后，质检人员通过与激光传感器10相连的终端判断工作性能。
[0062][0063]
由上述实施例可知，实施例1和5其接料桶尺寸不符合要求，超出规定的尺寸，其修正系数无法统一。实施例2-4其尺寸符合要求，未超出规定的尺寸，其修正系数统一且结果与国标正相关。
[0064]
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。