一种混凝土和易性测试装置及其测试方法
【专利摘要】本发明涉及一种测试装置，尤其涉及一种混凝土和易性测试装置及其测试方法，包括机架，固定在机架上的拌缸体，在拌缸体两侧设置有动力设备以及卸料装置；拌缸体内设置有齿轮传动箱和拌缸，拌缸内设置有搅拌轴，在每组搅拌轴上均固定有搅拌臂，在搅拌臂上固定有叶片；搅拌轴与齿轮传动箱相连；动力设备包括电动机，电动机分别与电控箱和减速箱连接，扭矩速度传感器与减速箱和搅拌轴连接；本发明通过扭矩速度传感器得到拌和过程的功率参数，进而得知混凝土的和易性，并准确的反映成品料质量；调整电动机的转速，进而控制搅拌速度，在搅拌过程中对混凝土和易性进行动态过程监测，较为系统全面的得到搅拌过程的混凝土和易性的实时变动情况。
【专利说明】一种混凝土和易性测试装置及其测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测试装置及其测试方法，尤其涉及一种混凝土和易性测试装置及其测试方法。
【背景技术】
[0002]目前，新拌混凝土性能实验中，缺乏一种较全面判别混凝土和易性的方法和装置。实验室和施工现场测试混凝土和易性的方法有坍落度法和维勃稠度法。坍落度法是采用塌落筒通过混凝土塌落高度来度量和易性的方法，操作简易，也便于在工地现场使用，但坍落度的大小只能反映出混凝土的屈服应力，而不能反映出塑性粘度；维勃稠度法是通过一定的做功结合流动性而最终用时间来度量和易性的方法，但它只能反映出塑性粘度，而不能反映出屈服应力。
[0003]以上两种方法受试验人员操作及仪器的精度影响较大，测试结果误差较大，很难准确的反映混凝土的真实性能参数，对施工的指导性不强。此外，现有方法只能测试成品混凝土的和易性，不能监测混凝土在搅拌过程中和易性的动态变化历程。英国的塔特索尔曾在20世纪70年代指出，水泥混凝土的塑性粘度和屈服应力两个参数可以用混凝土搅拌过程中扭矩的大小表示，给出了扭矩与这两个参数之间的关系式，见式(1)。因此，可以认为扭矩由塑性粘度和屈服应力这两个因素共同影响。而塑性粘度是阻碍内部结构流动的一种性能参数，随速度梯度，剪应力的变化而变化；屈服应力则是由混合料各颗粒之间的附着力和摩擦力引起，主要受骨料量、骨料粒径、级配以及外加剂的影响；这两个参数可以较为系统、全面的表征混合料和易性，故扭矩的大小可以较好的反映水泥混凝土的施工和易性。在混凝土搅拌过程中，搅拌设备的转速需要确定，此时搅拌功率与搅拌扭矩成正比，功率大小与扭矩拥有同样的意义，可以用来表征和易性。T = g+hN
[0004](1)
[0005]式中:T一转矩，Ν.m ;
[0006]N一转速，r/min ；
[0007]g—与屈服值成正比的常数；
[0008]h—与塑性粘度成正比的常数。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种能够系统准确的测得混凝土的和易性，并监测搅拌过程中混凝土和易性进行动态变化过程的混凝土和易性测试装置及其测试方法。
[0010]为解决上述问题，本发明采取的技术方案为:本发明的混凝土和易性测试装置包括机架，固定在机架上的拌缸体，在拌缸体两侧设置有固定在机架上的动力设备以及使拌缸体倾翻的卸料装置；
[0011]所述的拌缸体包括拌缸以及与拌缸连接的齿轮传动箱，所述的拌缸内设置有若干组相互平行的搅拌轴，在每组搅拌轴上均固定有搅拌臂，在搅拌臂上固定有叶片；
[0012]所述的搅拌轴与齿轮传动箱相连；
[0013]所述的动力设备包括电动机、减速箱、扭矩速度传感器以及电控箱；
[0014]所述的电控箱内设置有用于调节搅拌轴转速的变频器；
[0015]其中，电动机分别与电控箱和减速箱连接，扭矩速度传感器与减速箱和搅拌轴连接;
[0016]在拌缸上开设有用于添加物料的物料出入口 ；所述的扭矩速度传感器与用于显示扭矩和转速信息的测控仪相连。
[0017]所述的搅拌臂为T形钢板，搅拌臂的末端固定在搅拌轴上，搅拌臂的前端设置有两个相互平行的U形槽；
[0018]所述的搅拌臂和叶片通过穿过U形槽的螺栓连接。
[0019]所述的扭矩速度传感器分别通过联轴器与搅拌轴和减速箱的输出轴连接；
[0020]电动机通过联轴器与减速箱的输入轴连接。
[0021]所述的拌缸体为双卧轴拌缸体。
[0022]所述的齿轮传动箱包括用于传递动力给搅拌轴的传动齿轮组和保证若干组搅拌轴同步转动的同步齿轮组。
[0023]所述的卸料装置包括蜗轮蜗杆减速箱以及带动蜗轮蜗杆减速箱的蜗杆运动的手轮；
[0024]其中，手轮与蜗轮蜗杆减速箱的蜗杆连接，蜗轮的输出轴与拌缸体连接。
[0025]在卸料装置上方设置有用于将拌缸体固定在机架上的销轴固定装置，在机架上固定有与销轴固定装置匹配的螺母，在拌缸体外壁上设置有能够使销轴固定装置旋入的圆柱形套筒。
[0026]所述的销轴固定装置为带有手柄的螺栓。
[0027]所述的减速箱、扭矩速度传感器均通过螺栓固定在机架上。
[0028]本发明的一种混凝土和易性测试装置的测试方法，包括以下步骤:
[0029]1)、将销轴固定装置顺时针旋入拌缸体外壁的圆柱形套筒中将拌缸体固定在机架上;
[0030]2)、将叶片和拌缸之间的距离调节至3mm±2mm ；
[0031]3)、检查测试装置中的扭矩速度传感器、测控仪以及电动机的是否都正确连接电源，检查拌缸体外壳是否漏电，当扭矩速度传感器及测控仪的正常工作指示灯亮，则表示扭矩速度传感器及测控仪都正确连接电源；
[0032]4)、接通电源，打开扭矩速度传感器及测控仪，设置变频器参数；
[0033]5)、开启拌缸体开关，当拌缸运转后，从拌缸的物料出入口向拌缸添加待测物料，通过测控仪将扭矩速度传感器实时采集的扭矩数据记录，并根据公式:
[0034]T = g+hN(1)
[0035]式中:T一扭矩，Ν.m ;
[0036]N一转速，r/min ；
[0037]g—与屈服值成正比的常数；
[0038]h—与塑性粘度成正比的常数；
[0039]由于功率和扭矩成正比，通过扭矩即能够表征和易性，从而得到待测物料的和易性，待搅拌过程结束之后关闭开启拌缸体开关；
[0040]6)、逆时针旋转销轴固定装置，并转动手柄，卸掉拌缸体中的待测物料；
[0041]7)、试验结束后，关闭拌缸体开关，并清洗拌缸体。
[0042]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:本发明的一种混凝土和易性测试装置通过扭矩速度传感器得到拌和过程的功率参数，进而得知混凝土的和易性，准确的反映成品料质量；通过电控箱调整电动机的工作频率从而调整其转速，进而控制搅拌速度，在搅拌过程中对混凝土和易性进行动态过程监测，较为系统全面的得到搅拌过程的混凝土和易性的实时变动情况，能够通过卸料装置倾翻拌缸体，实现方便卸料的功能。
[0043]进一步，设置变频器实现搅拌速度的控制；
[0044]进一步，将齿轮传动箱内置于拌缸体内，齿轮传动箱是密封的，密封不仅可以减少外界对齿轮的影响，还可以更充分的利用润滑剂；
[0045]进一步，由于有U形槽的存在，螺栓就可以在U形槽之间沿着搅拌臂移动，叶片随着螺栓一起移动，从而可以调节叶片与拌缸壁之间的间隙。
[0046]本发明的一种混凝土和易性测试装置的测试方法通过在拌缸体和电动机之间设置有扭矩速度传感器，能够方便的得出拌缸体的功率参数，由于混凝土的塑性粘度和屈服应力两个参数能够用混凝土搅拌过程中扭矩的大小表示，塑性粘度、屈服应力能表征出和易性，所以通过扭矩可以表征出和易性；功率和扭矩成正比，所以通过扭矩能够表征和易性，本发明的操作方法简单，精度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0047]图1为本发明的俯视图；
[0048]图2为本发明的主视图；
[0049]图3为本发明拌缸体的示意图；
[0050]图4为图3的A视图；
[0051]图5为本发明搅拌臂的结构示意图；
[0052]图6为本发明的测试结果图；
[0053]其中，1.电动机，2.减速箱，3.扭矩速度传感器，4.销轴固定装置，5.电控箱，6.机架，7.拌缸体，8.齿轮传动箱，9.拌缸，10.卸料装置，11.搅拌轴，12.传动齿轮组，13.搅拌臂，14.叶片，15.U形槽。
【具体实施方式】
[0054]以下结合附图对本发明做进一步详细说明:
[0055]参见图1至图5，本发明的包括机架6，固定在机架6上的拌缸体7，在拌缸体7两侧设置有固定在机架6上的动力设备以及使拌缸体7倾翻的卸料装置；在拌缸体7包括拌缸9以及与拌缸9连接的齿轮传动箱8，拌缸9内设置有若干组相互平行的搅拌轴11，在每组搅拌轴11上均固定有搅拌臂13，在搅拌臂13上固定有叶片14 ;搅拌轴11与齿轮传动箱8相连；齿轮传动箱8包括用于传递动力给搅拌轴11的传动齿轮组12和保证若干组搅拌轴11同步转动的同步齿轮组，避免搅拌叶片运动干涉；
[0056]其中，卸料装置10包括蜗轮蜗杆减速箱以及带动蜗轮蜗杆减速箱的蜗杆运动的手轮；手轮与蜗轮蜗杆减速箱的蜗杆连接，蜗轮的输出轴与拌缸体7连接。
[0057]在卸料装置10上方设置有用于将拌缸体7固定在机架6上的销轴固定装置4，在机架6上固定有与销轴固定装置4匹配的螺母，在拌缸体7外壁上设置有能够使销轴固定装置4旋入的圆柱形套筒，销轴固定装置4为带有手柄的螺栓。
[0058]本发明的动力设备包括电动机1、减速箱2、扭矩速度传感器3以及用于调节电动机4工作电源频率的电控箱5，在电控箱5内设置有用于调节搅拌轴11转速的变频器；
[0059]其中，电动机1分别通过联轴器与电控箱5和减速箱2的输入轴连接，扭矩速度传感器3通过联轴器与减速箱2的输出轴和搅拌轴11连接；
[0060]在拌缸9上开设有物料出入口，在该物料出入口上设置有盖板；扭矩速度传感器3与用于显示扭矩和转速信息的测控仪相连，测控仪与计算机相连，用于存储扭矩和转速信息数据。
[0061]本发明的搅拌臂13为T形钢板，搅拌臂13的末端固定在搅拌轴11上，搅拌臂13的前端设置有两个相互平行的U形槽15 ;搅拌臂13和叶片14通过穿过U形槽15的螺栓连接，由于有U形槽15的存在，螺栓就可以在U形槽15之间沿着搅拌臂13移动，叶片14随着螺栓一起移动，从而可以调节叶片14与拌缸壁之间的间隙。
[0062]本发明的拌缸体为双卧轴。
[0063]本发明的减速箱2、扭矩速度传感器3均通过螺栓固定在机架6上。
[0064]本发明将齿轮传动箱内置于拌缸体7内，齿轮传动箱8是密封的，密封不仅可以减少外界对齿轮的影响，还可以更充分的利用润滑剂。
[0065]本发明的卸料装置10由两部分组成，第一部分是蜗轮蜗杆减速箱，第二部分是手轮。转动手轮带动蜗杆运动，蜗杆带动涡轮运动，蜗轮的输出动力作用在拌缸体7上，使拌缸体7倾翻，起到卸料作用；卸完料后，反转手轮，基于相同的原理，拌缸体7可以恢复原状
--τ ο
[0066]手轮安装在减速箱的蜗杆上，当正常搅拌时，由于蜗轮蜗杆减速箱的自锁功能以及销轴固定装置作用，将拌缸体固定；当混凝土搅拌完成，需要卸料的时候，打开销轴固定装置，并转动手轮，减速箱蜗轮带动拌缸旋转，使其倾覆，从而实现卸料。
[0067]本发明实现其功能的原理为:1.在动力设备和拌缸体之间设置有扭矩速度传感器，可以方便的得出搅拌机的功率参数，扭矩与塑性粘度、屈服应力之间存在式(1)的关系，
[0068]T = g+hN(1)
[0069]式中:T一转矩，Ν.m ;
[0070]N—转速，r/min ；
[0071]g—与屈服值成正比的常数；
[0072]h—与塑性粘度成正比的常数。
[0073]塑性粘度、屈服应力能表征出和易性，所以通过扭矩可以表征出和易性；功率和扭矩成正比，所以通过功率可以表征和易性。由于扭矩速度传感器可以实时测量并记录数据，所以表征出的和易性具有实时性，不仅能够实现和易性的检测，也可以实现基于和易性的混凝土搅拌参数的确定。
[0074]2.变频器设置在电控箱5内，可以改变电动机1工作电源的频率，进而改变电动机1的转速；由于电动机1到搅拌轴11之间的减速比恒定，故通过变频器可以改变搅拌轴11的转速。
[0075]3.搅拌臂13上设置有U形槽15，连接搅拌轴11和叶片14的螺栓可以在U形槽15上移动，叶片14随着螺栓一起移动，从而调整叶片14到拌缸壁的间隙，实现调节间隙的功能。
[0076]4.通过手轮与蜗轮蜗杆减速箱之间的配合，转动手轮的动力传递到拌缸体上，使得拌缸体7反转，从而实现方便卸料的功能。
[0077]销轴固定装置由三部分组成，第一部分是一端设有手柄的螺栓，第二部分是与第一部分相配合的固结在机架上面的一个螺母，第三部分是焊接于拌缸体外壁上的一个圆柱形套筒，在固定拌缸体时，将螺栓旋入圆柱形套筒之内。
[0078]本发明拌缸采用双卧轴结构设计，从而能够反映工程实际的搅拌情况。通过扭矩速度传感器得到拌和过程的功率参数，进而得知混凝土的和易性；本发明能够全面实时的反映出混凝土和易性的变动情况。通过引入变频器，实现搅拌速度的控制。通过位于搅拌臂末端小钢片上U型槽的设置实现叶片与拌缸壁间隙的调整。通过卸料装置中蜗轮蜗杆减速箱和手轮的配合实现拌缸体的倾翻，达到方便卸料的功能。通过卸料装置中蜗轮蜗杆减速箱中蜗轮蜗杆的自锁功能实现搅拌过程中拌缸体的自锁；
[0079]本发明的混凝土和易性测试装置的测试方法，包括以下步骤:
[0080]1)、将销轴固定装置4顺时针旋入拌缸体7外壁的圆柱形套筒中将拌缸体7固定在机架6上；
[0081]2)、将叶片14和拌缸9之间的距离调节至3mm±2mm ；
[0082]3)、检查测试装置中的扭矩速度传感器3、测控仪以及电动机1的是否都正确连接电源，检查拌缸体7外壳是否漏电，当扭矩速度传感器3及测控仪的正常工作指示灯亮，则表示扭矩速度传感器3及测控仪都正确连接电源；
[0083]4)、接通电源，打开扭矩速度传感器3及测控仪，设置变频器参数；
[0084]5)、然后开启拌缸体7开关，当拌缸9运转后，从拌缸9的物料出入口向拌缸(9)添加待测物料，通过测控仪将扭矩速度传感器3实时采集的扭矩数据记录，并根据公式:
[0085]T = g+hN(1)
[0086]式中:T一扭矩，Ν.m ;
[0087]N—转速，r/min ；
[0088]g—与屈服值成正比的常数；
[0089]h—与塑性粘度成正比的常数；
[0090]由于功率和扭矩成正比，通过扭矩能够表征和易性，从而得到待测混凝土的和易性，待搅拌过程结束之后关闭开启拌缸体7开关；
[0091]6)、逆时针旋转销轴固定装置4，并转动手柄，卸掉拌缸体7中的混凝土 ；
[0092]7)、试验结束后，关闭拌缸体7开关，并清洗拌缸体(7)。
[0093]本发明的有益效果:1.测定的新拌混凝土和易性可以准确的反映成品料质量；
2.可以在搅拌过程中对混凝土和易性进行动态过程监测，较为系统全面的得到搅拌过程的混凝土和易性的实时变动情况；3.可以实现搅拌速度的控制，更加真实的模拟不同型号搅拌机的拌和性能；4.能够通过卸料装置倾翻拌缸体，实现方便卸料的功能。
[0094]本发明的工作过程:使用时，通过入料入口将物料加入拌缸9内，打开电动机4，调整电控箱5的变频器以调节搅拌轴的速度，通过扭矩速度传感器3实时采集搅拌过程中，扭矩和转速信息，并将采集到的信息通过测控仪上显示，并通过测控仪的通讯功能输出给电脑，借助电脑上配套的软件存储数据，测试完毕后，通过卸料装置实现使拌缸体7倾翻，将物料倒出，卸完料后，反转手轮，基于相同的原理，拌缸体7可以恢复原状态。
[0095]参见图6，为本装置的测试图，由图中曲线可见，从搅拌开始到30s之间，集料和水泥加入到搅拌机内，功率逐渐增大；之后加水，功率逐渐减�。唤涟枋奔湓�80s?90s左右，搅拌功率出现最小值，获得了最佳的搅拌效果，混凝土的施工和易性达到最佳；继续搅拌，随着搅拌过程中水分蒸发以及消耗，功率逐渐上升，混凝土的施工和易性下降。将最小消耗功率定义为该混凝土施工和易性测试值，其所对应的时间为最佳拌和时间。
【权利要求】
1.一种混凝土和易性测试装置，其特征在于:包括机架(6)，固定在机架(6)上的拌缸体(7)，在拌缸体(7)两侧设置有固定在机架(6)上的动力设备以及使拌缸体(7)倾翻的卸料装置； 所述的拌缸体(7)包括拌缸(9)以及与拌缸(9)连接的齿轮传动箱(8)，所述的拌缸(9)内设置有若干组相互平行的搅拌轴(11)，在每组搅拌轴(11)上均固定有搅拌臂(13)，在搅拌臂(13)上固定有叶片(14); 所述的搅拌轴(11)与齿轮传动箱(8)相连； 所述的动力设备包括电动机(1)、减速箱(2)、扭矩速度传感器(3)以及电控箱(5); 所述的电控箱(5)内设置有用于调节搅拌轴(11)转速的变频器； 其中，电动机(I)分别与电控箱(5)和减速箱(2)连接，扭矩速度传感器(3)与减速箱(2)和搅拌轴(11)连接； 在拌缸(9)上开设有用于添加物料的物料出入口 ；所述的扭矩速度传感器(3)与用于显示扭矩和转速信息的测控仪相连。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土和易性测试装置，其特征在于:所述的搅拌臂(13)为T形钢板，搅拌臂(13)的末端固定在搅拌轴(11)上，搅拌臂(13)的前端设置有两个相互平行的U形槽(15); 所述的搅拌臂(13)和叶片(14)通过穿过U形槽(15)的螺栓连接。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土和易性测试装置，其特征在于:所述的扭矩速度传感器⑶分别通过联轴器与搅拌轴(11)和减速箱⑵的输出轴连接； 电动机(I)通过联轴器与减速箱(2)的输入轴连接。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土和易性测试装置，其特征在于:所述的拌缸体(7)为双卧轴拌缸体。
5.根据权利要求1所述的一种混凝土和易性测试装置，其特征在于:所述的齿轮传动箱(8)包括用于传递动力给搅拌轴(11)的传动齿轮组和保证若干组搅拌轴(11)同步转动的同步齿轮组。
6.根据权利要求1所述的一种混凝土和易性测试装置，其特征在于:所述的卸料装置(10)包括蜗轮蜗杆减速箱以及带动蜗轮蜗杆减速箱的蜗杆运动的手轮； 其中，手轮与蜗轮蜗杆减速箱的蜗杆连接，蜗轮的输出轴与拌缸体(7)连接。
7.根据权利要求1所述的一种混凝土和易性测试装置，其特征在于:在卸料装置(10)上方设置有用于将拌缸体(7)固定在机架(6)上的销轴固定装置(4)，在机架(6)上固定有与销轴固定装置(4)匹配的螺母，在拌缸体(7)外壁上设置有能够使销轴固定装置(4)旋入的圆柱形套筒。
8.根据权利要求7所述的一种混凝土和易性测试装置，其特征在于:所述的销轴固定装置(4)为带有手柄的螺栓。
9.根据权利要求1所述的一种混凝土和易性测试装置，其特征在于:所述的减速箱(2)、扭矩速度传感器(3)均通过螺栓固定在机架(6)上。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的一种混凝土和易性测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤: I)、将销轴固定装置⑷顺时针旋入拌缸体(7)外壁的圆柱形套筒中将拌缸体(7)固定在机架(6)上； 2)、将叶片(14)和拌缸(9)之间的距离调节至3mm±2mm; 3)、检查测试装置中的扭矩速度传感器(3)、测控仪以及电动机(I)的是否都正确连接电源，检查拌缸体(7)外壳是否漏电，当扭矩速度传感器(3)及测控仪的正常工作指示灯亮，则表示扭矩速度传感器(3)及测控仪都正确连接电源； 4)、接通电源，打开扭矩速度传感器(3)及测控仪，设置变频器参数； 5)、开启拌缸体(7)开关，当拌缸(9)运转后，从拌缸(9)的物料出入口向拌缸(9)添加待测物料，通过测控仪将扭矩速度传感器(3)实时采集的扭矩数据记录，并根据公式: T = g+hN(I) 式中:T一扭矩，N.m ； N—转速，r/min ； g—与屈服值成正比的常数； h—与塑性粘度成正比的常数； 由于功率和扭矩成正比，通过扭矩即能够表征和易性，从而得到待测物料的和易性，待搅拌过程结束之后关闭开启拌缸体(7)开关； 6)、逆时针旋转销轴固定装置(4)，并转动手柄，卸掉拌缸体(7)中的待测物料； 7)、试验结束后，关闭拌缸体(7)开关，并清洗拌缸体(7)。
【文档编号】G01N11/14GK104502234SQ201410835435
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月27日 优先权日:2014年12月27日
【发明者】刘洪海, 南宇星, 张飞, 徐中新, 赵平安, 唐冬冬, 李壮, 刘冰, 郝玉飞, 王守习 申请人:长安大学
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