一种喷射混凝土射流质量和冲击力测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种喷射混凝土射流质量和冲击力测试装置，属于地下工程支护结构检验方法与设备领域。


背景技术：

2.喷射混凝土是一种由压缩空气驱动、形成高速射流、冲击建筑结构表面、附着并自密实的建筑材料。由基本定义可以看出，它不仅是一种材料，更是一种施工工艺，二者共同决定了喷射混凝土的质量水平。喷射混凝土采用预拌混凝土作为湿喷料，材料品质比较稳定，配合比优化技术相对成熟。相比之下，混凝土质量的工艺特性研究稍显不足。根源在于喷射混凝土的射流-附着过程认识不够，缺少有效的测试装备和手段。
3.喷射混凝土由喷嘴射出，是一种紊动射流，料束发散是固有特性，如何认识这种发散行为、并加以利用至关重要。射流发散宏观表现为质量和冲击力的空间分布。得到喷射混凝土质量和冲击力沿着射流截面的空间分布规律对研究射流特性具有重要指导意义。现有技术主要通过理论推导获取冲击力大小和估计质量分布，一直缺少必要的试验验证，研究工作难以深入推进，因此，亟需一种有效的测试手段和试验装置。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型提出了一种喷射混凝土射流质量和冲击力测试装置，该装置解决了喷射混凝土射流质量和冲击力空间分布无法测试，喷射风压、喷射距离、喷射角度等因素的影响程度难以估计的技术难题，摆脱了只依靠理论公式或实践经验估计、没有数据支持的现实问题。
5.为实现上述目的，本实用新型采用如下具体技术方案：
6.本实用新型提供一种喷射混凝土射流质量和冲击力测试装置，由喷枪移动系统、射流质量测试系统、射流冲击力测试系统和支撑系统组成。射流质量测试系统、射流冲击力测试系统相互连接，射流冲击力测试系统布置在射流质量测试系统的尾部，射流质量测试系统的物料收集盒是射流冲击力测试系统的冲击射流运动通道；射流质量测试系统和射流冲击力测试系统共同固定在支撑系统上方；喷枪移动系统是喷射混凝土发射装置和工艺参数调控装置，射流质量测试系统、射流冲击力测试系统和支撑系统是射流物料质量和冲击力接收装置，发射装置与接收装置并向连接。
7.本装置通过空间网格设计，借助质量称重和冲击力量测，能够获得射流质量和冲击力空间分布状况，依靠喷枪移动系统，可简便调节考察因素，如喷射角度、喷射距离和喷射风压等。
8.所述的喷枪移动系统与射流质量测试系统、射流冲击力测试系统、支撑系统并列排放。
9.所述的喷枪移动系统是该测试装置的混凝土发射参数调节部分；其由混凝土喷枪、角度调节手轮（内设刻度尺）、横向导杆、竖向导杆、桁架、纵向滑轨、滑动限位块、十字夹
支架组成；喷枪与角度调节手轮通过横向导杆连接，二者整体连接在竖向导杆上，通过十字夹支架固定，可以上下移动；喷枪利用十字夹支架连接在横向导杆上，可以依靠角度调节手轮沿着顺时针或逆时针方向调节喷射角度；喷枪、角度调节手轮、竖向导杆通过滑块与桁架连接，滑块下部设置滑轮，滑轮放置在纵向滑轨内，在滑块的前后两端分别设置滑动限位块，通过转动滑动限位块螺栓与滑块表面的接触力控制限位块移动；增加螺栓与滑块表面的接触力限制限位块的移动，减小螺栓与滑块表面的接触力，使限位块实现自由移动，控制喷枪的纵向移动。桁架上纵向滑轨设有长度刻度尺，能够准确衡量纵向移动幅度，即喷射距离。
10.所述的射流质量测试系统包括：物料收集器（由多个收集盒构成）、收集器框架底板、收集器框架顶板、收集器框架竖向导杆组成。收集盒为空心棱柱体结构，一端开口，面向喷枪，另一端设有底盖，底盖与冲击力传感器相接，背向喷枪，每个收集盒都对应一个冲击力传感器。收集器由横向、竖向大小相同、数量相等的收集盒组成，收集盒的稳定性由收集器框架竖向导杆和收集器框架顶板、收集器框架纵向支撑和横向支撑控制。竖向、横向支撑分别与收集器框架底板、侧板进行固定连接，顶板与竖向导杆进行铰接，通过螺栓调节框架顶板与导杆之间的接触压力，对框架顶板进行位移约束或释放约束，通过框架顶板、竖向导杆约束物料收集器竖向位移。物料收集器框架后侧设置横向支撑和纵向支撑，用以约束物料收集器水平位移，确保试验过程测试装置整体结构稳定。
11.所述的射流冲击力测试系统由传感器固定架、冲击力传感器、动态数据采集器组成，冲击力传感器通过传感器固定架安装在物料收集盒尾部，二者数量相同，位置一一对应，物料收集盒也是喷射混凝土冲击射流物料的运动通道。动态数据采集器同时连接所有冲击力传感器，自动记录冲击力数据。
12.所述的支撑系统位于射流质量测试系统、冲击力测试系统下方；由支撑框架横条板、支撑框架竖条板、启闭滚轮、支撑框架承重板组成；支撑框架横条板、支撑框架竖条板、支撑框架承重板是钢制材料，共同组成了框架结构；启闭滚轮为钢制轴承类滚轮，能够启闭，兼顾设备移动和射流冲击稳定性。
13.支撑系统与射流质量测试系统、射流冲击力测试系统通过橡胶支座进行连接，在物料收集器框架底板的四个角设有橡胶支座，降低冲击试验损伤，提高设备使用寿命。
14.所述的物料收集器按照网格划分，由多个物料收集盒组成，物料收集盒可拆卸安装于收集器框架内；收集盒长50cm~80cm，截面正方形，边长5~10cm，壁厚1~2mm；物料收集器的收集盒一端开口，另一端设有底盖，底盖内置于收集盒内；收集盒尾部内壁设有2cm长度底盖滑道，外力作用下，底盖能在收集盒尾部2cm范围内滑动，底盖非固定设计，可拆卸安装。
15.所述的冲击力传感器几何尺寸与收集盒截面大小匹配，传感器量程0~50n；冲击力传感器通过传感器固定架固定在物料收集盒底盖上，二者刚性连接，保障冲击力传递效率。
16.有益效果：
17.本实用新型与已有技术相比，具有以下优点：
18.1.可准确测得喷射混凝土射流质量和冲击力的空间分布情况。本实用新型设计了物料收集器，由多个空心棱柱物料收集盒组成，每个收集盒尾部都安装了一个冲击力传感器，收集器和传感器都呈网格化的空间几何分布，通过射流试验，能够记录整个空间分布几
何轨迹，直观获取质量和冲击力的空间分布数据。
19.2.能够考察喷射距离、喷射角度、喷射风压等因素对空间分布情况的影响。通过设计喷枪移动系统，能够精确调整喷射角度、喷射距离、喷射风压，操作简便快捷，稳定可靠。
附图说明
20.图1为射流质量和冲击力测试装置总图；
21.图2为物料收集器详图；
22.图3为冲击力感应器与物料收集器连接部位详图；
23.图4为喷枪移动系统纵向滑块详图；
24.图中1-支撑框架横条板、2-支撑框架竖条板、3-启闭滚轮、4-支撑框架承重板、5-物料收集器框架、6-收集器横向支撑、7-收集器纵向支撑、8-物料收集盒、9-收集器框架顶板、10-传感器固定架、11-冲击力传感器、12-桁架、13-纵向滑轨、14-横向导杆、15-竖向导杆、16-角度调节手轮、17-十字夹支架、18-混凝土喷枪、19-收集器框架底板、20-收集器框架竖向导杆、21-物料收集盒尾部底盖、22-收集盒尾部内壁底盖滑道、23-物料收集盒侧板、24-滑块、25-滑轮、26滑动限位块、27-橡胶支座、28-动态数据采集器。
具体实施方式
25.下面结合附图介绍具体实施方式并对本实用新型进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施方式只用于对本实用新型作进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本实用新型的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本实用新型的保护范围。
26.本实用新型所述的一种喷射混凝土射流质量和冲击力测试装置，技术方案是：
27.如图1、图2、图3、图4所示，本实用新型提供的一种喷射混凝土射流质量和冲击力测试装置，由喷枪移动系统、射流质量测试系统、射流冲击力测试系统和支撑系统组成。射流质量测试系统、射流冲击力测试系统相互连接，射流冲击力测试系统布置在射流质量测试系统的尾部，射流质量测试系统的物料收集盒8是射流冲击力测试系统的冲击射流运动通道；射流质量测试系统和射流冲击力测试系统共同固定在支撑系统上方；喷枪移动系统是喷射混凝土发射装置和参数调控环节，射流质量测试系统、射流冲击力测试系统和支撑系统是射流物料质量和冲击力接收系统，发射系统与接收系统并向连接。
28.所述的喷枪移动系统与射流质量测试系统、射流冲击力测试系统、支撑系统并列排放，是该测试装置的混凝土发射参数调节部分；由混凝土喷枪18、角度调节手轮16（内设刻度尺）、横向导杆14、竖向导杆15、桁架12、纵向滑轨13、滑块24、滑轮25、滑动限位块26、十字夹支架17组成；混凝土喷枪18与角度调节手轮16通过横向导杆14连接，二者整体连接在竖向导杆15上，通过十字夹支架17固定，可以上下移动；混凝土喷枪18利用十字夹支架17连接在横向导杆14上，混凝土喷枪18可以顺时针或逆时针方向按照角度调节，调节设置依靠角度调节手轮16完成；混凝土喷枪18、角度调节手轮16、竖向导杆15通过滑块24与桁架12连接，滑块24下部设置滑轮25，滑轮25放置在纵向滑轨13内，在滑块24的前后两端分别设置滑动限位块26，通过转动滑动限位块螺栓与滑块表面的接触力控制限位块26移动，增加螺栓与滑块表面的接触力限制限位块的移动，减小螺栓与滑块表面的接触力，使限位块实现自
由移动，控制混凝土喷枪18在水平方向的移动。桁架12上的纵向滑轨13设有长度刻度尺，便于准确调节纵向距离，即喷射距离。
29.所述的射流质量测试系统包括：物料收集器（多个物料收集盒8构成）、收集器框架底板19、收集器框架顶板9、收集器框架竖向导杆20组成。物料收集盒8为空心棱柱体结构，一端开口，面向混凝土喷枪18，另一端设有物料收集盒尾部底盖21，连接冲击力传感器11，背向混凝土喷枪18，每个物料收集盒8都对应一个冲击力传感器11。物料收集器由横向、竖向大小相同、数量相等的物料收集盒8组成，物料收集盒8的稳定性由收集器框架竖向导杆20和收集器框架顶板9、收集器纵向支撑7和收集器横向支撑6控制。竖向、横向支撑与收集器框架底板19、侧板固定连接，收集器框架顶板9与收集器框架竖向导杆20铰接，通过螺栓调节收集器框架顶板9与收集器框架竖向导杆20之间的接触压力，对框架顶板进行位移约束或释放约束，通过收集器框架顶板9、收集器框架竖向导杆20约束物料收集器竖向位移。在物料收集器框架后侧设置收集器横向支撑6和收集器纵向支撑7，用以约束物料收集器水平位移，确保试验过程测试装置整体结构稳定。
30.所述射流冲击力空间分布测试系统由传感器固定架10、冲击力传感器11、动态数据采集器28组成，冲击力传感器11通过传感器固定架10安装在物料收集盒8尾部，物料收集盒8也是冲击射流物料的运动通道。动态数据采集器28同时连接所有冲击力传感器11，自动记录冲击力数据。
31.所述的支撑系统位于射流质量测试系统、冲击力测试系统下方；由支撑框架横条板1、支撑框架竖条板2、启闭滚轮3、支撑框架承重板4组成；支撑框架横条板1、支撑框架竖条板2、支撑框架承重板4是钢制材料，共同组成了框架结构；启闭滚轮3为钢制轴承类滚轮，能够启闭，兼顾设备移动和射流冲击稳定性。
32.支撑系统与射流质量测试系统和冲击力测试系统通过橡胶支座27进行连接，在物料收集器框架底板的四个角设有橡胶支座27，减小对试验的扰动，提高设备使用寿命。
33.所述的物料收集器按照网格划分，由多个物料收集盒8组成，物料收集盒8可拆卸安装于收集器框架内。收集盒长50~80cm，截面正方形，边长5~10cm，壁厚1~2mm。物料收集器的收集盒8设计底盖21，收集盒尾部内壁有2cm长度底盖滑道，可拆卸安装，底盖21与冲击力传感器11刚性连接，直接接触，保障冲击力传递效率。
34.所述的冲击力传感器11几何尺寸与收集盒8截面大小匹配，传感器11量程0~50n。传感器固定架10连接冲击力传感器11和物料收集盒底盖。
35.本实用新型所述一种喷射混凝土射流质量和冲击力测试装置，工作流程是：
36.首先，通过纵向滑轨13调整喷射距离、竖向导杆15调整混凝土喷枪18高度、角度调节手轮16调整喷射角度、空压机调整喷射风压，使喷枪尽可能对着物料收集器中心。事先将特定数量的收集盒组装成收集器，再利用收集器框架竖向导杆20、收集器框架底板19、收集器框架侧板、铰接螺栓、收集器横向支撑6、收集器纵向支撑7等固定收集盒。利用传感器固定架10固定冲击力传感器11、连接动态数据采集器和收集盒底盖，接好电源，做好前期准备工作。
37.其次，启动喷射装置（空压机、速凝剂泵、混凝土泵等），使混凝土在压缩空气作用下沿喷枪设定方向对着物料收集器喷射，物料收集过程中，通过收集盒的混凝土物料冲击尾部传感器，动态采集器自动记录冲击力。喷射时间5~15s，之后先关闭空压机、速凝剂泵、
混凝土泵等喷射装置，在把喷枪由水平方向转动至垂直方向。拆卸物料收集器的收集盒，按照固定编号收集物料，记录质量。
38.最后，统计射流质量和冲击力的空间分布，在所有收集盒射流入口构成的几何截面绘制坐标系，划分横、纵坐标，以收集盒几何中心作为定位点，所有收集盒几何中心为坐标原点，物料质量、尾部冲击力都对每个收集盒所处定位点坐标进行赋值。经过如此处理，可以得到喷射混凝土射流质量和冲击力的几何空间分布。