时间: 2025-11-10 12:57:51 | 作者: 环亚体育全站APP
本发明涉及盾构施工，特别是涉及一种用于盾构泥浆密度与马氏漏斗粘度测量的装置及其使用方法。
1、盾构作为机械化的隧道施工装备被大范围的应用，其中泥水盾构以地层沉降小、适应高水压环境在诸多工程被采用。泥水盾构施工中泥浆进行掌子面的支护介质，同时也是携渣介质，其性能直接关乎掌子面稳定和渣土的运移，由于采用人工进行泥浆密度和马氏漏斗测量耗费人力、测量精度不高，无法及时将数据同现有的信息化平台关联，及时作出调整泥浆参数，影响盾构的施工。如何测量泥浆参数，获得泥浆密度、马氏漏斗粘度，对于准确掌握泥浆参数，提高施工的效率具备极其重大意义，是本领域技术人员亟待解决的技术问题，对于扩展施工中泥水循环系统参数及其智能化也有重要的意义。
1、针对泥水盾构泥浆密度及粘度测量的需要，从提高测量的准确性、自动化、数据交互性方面出发，提出了一种用于盾构泥浆密度与马氏漏斗粘度测量的装置及其使用方法，克服了泥浆指标受温度影响、人工测量需要≥2人配合、测量精度不足等缺点，能够摆脱温度影响、无人化操作、数据即时上传、无人工干预，具有测量精度高、数据获取成本低、自动化程度高、数据共享性强，提高盾构施工决策的科学性和自动化水平。
3、一种用于盾构泥浆密度与马氏漏斗粘度测量的装置，包括水循环温度控制单元、泥浆自动采集单元、锥体马氏漏斗单元、泥浆接收单元、清洁烘干单元、基础框架单元和控制单元；所述水循环温度控制单元与泥浆自动采集单元通过水循环管路连接，泥浆由泥浆自动采集单元采集，经锥体马氏漏斗单元流向泥浆接收单元，完成泥浆马氏漏斗粘度测量，在泥浆接收单元称重传感器采集的数据计算泥浆密度，利用清洁烘干单元对上述泥浆自动采集单元、锥体马氏漏斗单元、泥浆接收单元清洗烘干；水循环温度控制单元、泥浆自动采集单元、锥体马氏漏斗单元、泥浆接收单元、清洁烘干单元均与控制单元电连接；水循环温度控制单元、泥浆自动采集单元、锥体马氏漏斗单元、泥浆接收单元、清洁烘干单元、控制单元均安装在基础框架单元上。
4、优选地：所述水循环温度控制单元包括进水管路、进水开关电磁阀、水箱、搅拌作动器、制冷器、加热器、排水管路、第一温度传感器、出水开关电磁阀、循环出水管、出水泵、循环进水管和进水泵；所述水箱顶部安装有对水进行搅拌保证温度均匀的搅拌作动器，所述搅拌作动器包括电机和延伸至水箱底部的螺旋桨，所述水箱侧面固定安装有制冷器和加热器，所述水箱里面设置有第一温度传感器，所述水箱上密封安装有进水管路、出水管路、循环出水管和循环进水管，进水管路、出水管路上分别设置进水开关电磁阀、出水开关电磁阀，循环出水管和循环进水管上分别设置出水泵、进水泵，进水开关电磁阀、搅拌作动器、制冷器、加热器、第一温度传感器、出水开关电磁阀、出水泵、进水泵均与控制单元电连接并接受其控制。
5、优选地：所述泥浆自动采集单元包括第一不锈钢容器、泥浆转运电磁阀、泥浆转运管路、第二温度传感器、齿条导轨、齿轮和提升电机；所述第一不锈钢容器为双层不锈钢壳体结构，内层为泥浆取样容器，其上部开孔对泥浆进行过滤，所述第一不锈钢容器内层上设置有温度传感器， 所述第一不锈钢容器壳体夹层内设置有循环管路，所述循环管路的两端延伸出所述第一不锈钢容器侧面分别与循环出水管、循环进水管密封连接，所述第一不锈钢容器内部底面设置有泥浆转运管路，所述泥浆转运管路延伸出所述第一不锈钢容器侧面，所述泥浆转运管路上设置有泥浆转运电磁阀，所述第一不锈钢容器侧面固定安装有齿条，所述基础框架单元上对应所述齿条位置安装有齿条导轨，所述齿条可在所述齿条导轨上上下移动，所述齿条导轨上端固定安装有提升电机，所述提升电机的输出端上固定安装有齿轮，所述齿轮与所述齿条相啮合；泥浆转运电磁阀、第二温度传感器、步进电机与控制单元电连接并受其控制。
6、优选地：所述锥体马氏漏斗单元包括第一齿条滑轨、移动工作台、锥体马氏漏斗和泥浆下泄电磁阀；第一齿条滑轨上表面设置有齿条，移动工作台卡在所述第一齿条滑轨上移动，移动工作台内置步进电机和齿轮，齿轮固定安装在所述步进电机的输出端上，齿轮与第一齿条滑轨上的齿条相啮合，移动工作台上部安装有锥体马氏漏斗，锥体马氏漏斗底部安装有泥浆下泄电磁阀，泥浆转运管路远离所述第一不锈钢容器一端设置为朝向锥体马氏漏斗轴线°弯头，移动工作台、泥浆下泄电磁阀与控制单元电连接并受其控制。
7、优选地：所述泥浆接收单元包括移动电机、滚珠丝杆副、运动导轨、称重传感器、第二不锈钢容器和光电传感器；移动电机安装在基础框架单元上，所述移动电机的输出端上通过滚珠丝杠副连接有运动导轨，所述运动导轨上固定安装有称重传感器，所述称重传感器上设置有第二不锈钢容器，第二不锈钢容器下部设置有用来排泥浆的阀门，所述第二不锈钢容器上安装有光电传感器；步进电机、称重传感器、光电传感器分别与控制单元电连接并受其控制。
8、优选地：所述清洁烘干单元包括第二齿条滑轨、滑动箱、电缸、支撑杆和吹风机；第二齿条滑轨安装在基础框架单元上，滑动箱卡在第二齿条滑轨上移动，滑动箱内置步进电机和齿轮，齿轮固定安装在所述步进电机的输出端上，齿轮与第二齿条滑轨上的齿条相啮合，滑动箱上端固定安装有电缸，电缸的上端固定安装有支撑杆，所述支撑杆上端固定安装有吹风机和喷头，所述喷头与外部供水系统相连接，电缸、吹风机分别与控制单元电连接并受其控制。
10、优选地：所述控制单元可采用plc、单片机或计算机；控制单元上设置有用来接收指令和数据传输的数据接口。
11、一种用于盾构泥浆密度与马氏漏斗粘度测量的装置的使用方法，使用上述的一种用于盾构泥浆密度与马氏漏斗粘度测量的装置，包括以下步骤：
12、步骤s1：组装水循环温度控制单元、泥浆自动采集单元、锥体马氏漏斗单元、泥浆接收单元、清洁烘干单元和控制单元；
13、步骤s2：控制单元控制泥浆自动采集单元向下运动采集泥浆，按程序设计在最低位置停留设定时间后，泥浆自动采集单元向上运动至上限位点，完成泥浆采集工作；
14、步骤s3：控制单元采集泥浆自动采集单元中温度，若温度处于设定的温度范围内，无需进行温度调节，如温度超出范围，控制单元开启进水开关电磁阀、关闭出水开关电磁阀，采集第一温度传感器温度，开启出水泵、进水泵，同时根据第一温度传感器温度与泥浆要求温度区间比较，选择开启制冷器或者加热器；
15、步骤s4：第一不锈钢容器中泥浆调节至设定的温度范围后，移动工作台移左限位，运动导轨移动至右限位，关闭泥浆下泄电磁阀，开启泥浆转运电磁阀，泥浆流入锥体马氏漏斗，过程中泥浆转运电磁阀开度先大后小，保证锥体马氏漏斗注入1500ml泥浆；
16、步骤s5：锥体马氏漏斗注满泥浆，10~15s之后，运动导轨移动至左限位保持稳定，称重传感器开始称重，开启泥浆下泄电磁阀开始计时，光电传感器光信号中断后停止计时，称重传感器再次开始称重，控制单元计算计时的时间间隔为马氏漏斗粘度，称重传感器两次称重质量差除以接收的泥浆体积，获得泥浆密度；控制单元将数据发送至指定ip位置或设备；
17、步骤s6：开启泥浆转运电磁阀，泥浆下泄电磁阀及第二不锈钢容器的阀门，同时移动滑动箱从右至左喷头喷水，进行泥浆冲洗；冲洗完毕，开启支撑杆降低吹风机位置，开启吹风机进行烘干，随后关闭所有阀门及设备。
19、步骤a、水循环温度控制单元，进水管路连接外部供水系统，排水管路远离水箱一端朝泥浆池方向安装便于直接排水，第一温度传感器安装要注意避开同搅拌作动器干涉损坏第一温度传感器；循环出水管、循环进水管为均软管；
20、步骤b、循环进水管、循环出水管分别与第一不锈钢容器壳体夹层内的循环管路连接，基础框架单元对应泥浆自动采集单元位置避让设置，保证自动采集单元在提升电机的驱动下能够自由上下运动不与其他结构件干涉，泥浆自动采集单元设置在泥浆池正上方，且能够让第一不锈钢容器采集到足够泥浆；
21、步骤c、锥体马氏漏斗单元组装完毕可在轨道上滑动，且滑动至靠近泥浆自动采集单元的极限位置可让泥浆转运管路排出的泥浆进入锥体马氏漏斗中；
22、步骤d、泥浆接收单元位于锥体马氏漏斗单元下方，移动电机驱动运动导轨运动到左极限位置时，正好锥体马氏漏斗的下端与光电传感器测试范围重合，称重传感器运动到左极限确保锥体马氏漏斗溢出泥浆没办法进入泥浆接收单元中，避免影响测量结果；
23、步骤e、滑动箱能水平运动，要求冲洗范围覆盖泥浆自动采集单元、锥体马氏漏斗单元、泥浆接收单元；
24、步骤f、控制单元与上述电性元器件均电连接，数据采集、数据传输、运动控制功能良好。
26、通过借助电磁阀、光电传感器及马氏漏斗等，以锥体马氏漏斗单元中电磁阀开启时间开始计时，泥浆接收单元光电传感器光信号中断为计时截止时间，两者时间间隔为马氏漏斗粘度；另外借助称重传感器，在接收泥浆前进行称重，再接收946ml泥浆后再次进行称重，获得可获得946ml泥浆的质量并计算出其密度值。经过控制单元的数据传输接口可以将测量数据即时上传至云平台等，可以在一定程度上完成对盾构泥浆密度与马氏漏斗粘度的自动化测量，控制单元也可通过数据接口接收测量指令，按指令做测量，通过该自动化测量装置能够准确、定期或不定期（经过控制单元接收单次测量指令）获得上述密度、粘度参数，提高盾构施工参数调控的科学性、同时为泥水循环系统智能化提供数据感知条件。
技术研发人员：王凯,刘永胜,李站国,秦银平,陈瑞祥,陈桥,张合沛,李凤远,冯欢欢,李梦雨,任颖莹,谷田鑫,万雪钰,周振建
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