一种混凝土喷射打击测试试验台的制作方法

本发明涉及混凝土喷浆施工领域，特别涉及一种混凝土喷射打击测试系统。

背景技术：

随着国家对煤矿作业场所职业危害防治工作的加强，喷射混凝土施工工艺在煤矿井下支护中应用比例越来越大，喷射机械成套装备得以快速发展，喷嘴作为喷射机械成套装备的关键设备，其工作特性也受到人们更多的关注。目前喷射混凝土现场存在受喷面有粉尘和回弹率、混凝土喷射不均匀等问题，回弹是喷射工艺常见现象，用平均回弹率表示，即由喷到受喷面后反弹溅落的混凝土的质量与喷射时所用混凝土的总质量的百分比。在煤矿生产过程中，降低湿喷混凝土回弹率有助于提高混凝土的可泵性，不仅可以减少材料消耗，降低成本，同时，可以降低喷射过程中粉尘的产生，进而优化工人的工作环境，降低尘肺病的发生几率。

《煤矿安全规程》规定：所有二氧化硅大于10％的粉尘，煤矿井下不得超过2毫克/立方米,所有二氧化硅小于10％的粉尘，井下不得超过10毫克/立方米；其中呼吸性粉尘所有二氧化硅含量小于10％的粉尘，煤矿井下不得超过3.5毫克/立方米，所有二氧化硅含量大于等于10％的粉尘，煤矿井下不得超过1毫克/立方米。但由于喷射工艺不同，喷嘴设计缺陷，混凝土配比等问题导致混凝土拌合不均匀，匀质性差；抗压强度达不到20MPa，长久支护效果差；回弹率高达30％以上，增加了材料消耗；作业现场粉尘浓度一般为80-100mg/m3，呼吸性粉尘一般为10-20mg/m3，粉尘弥漫，施工环境恶劣。

粉尘产生原因分析：

1)喷射所产生的高速气流会破坏在空气运动过程中混凝土团粒的粘结，并和射流边界内空气中的粉尘形成物料气体双相流，强大的双相流会对混凝土团粒产生破坏作用，从而产生粉尘；

2)喷射过程中所形成的紊流射流的横向掺混作用强烈，在射流边界上的气体与周围气体发生动量交换、把周围气体带到射流中，随同射流一起流动，即所谓的卷吸作用。这种作用使射流的横断面及流量沿射程方向不断增加，形成圆锥型流场。由于动量交换，产生的高速气流会破坏团粒的粘结，并和射流边界附近区域空气中的粉尘再次形成物料气体双相流，从而产生粉尘；

3)由于紊流的间歇现象(即在流动中，某一点测得的流速在一段时间是脉动的而在另一段时间中测不到流速脉动)，在接近射流边缘处的间歇系数甚小，而在射流中心部分，射流流动会呈现脉动。在此流场中水泥、砂和石子三相物料的粒径和重量不同，由于圆形射流紊动特性，悬浮的速度，输送速度和所受的力也不同，导致颗粒的直射、折射和旋转，产生三相物料的团粒分崩离析，气流含尘量高，质量大的石子携带的动能也大，造成回弹，从而产生粉尘；

4)射流中水泥、砂和石子水化成的混凝土团粒高速到达受喷表面时，与巷道表面或已附着的混凝土发生碰撞，团粒结构破坏，从而产生粉尘。

目前，测试喷嘴性能的实验台装置主要是喷嘴生产厂家配备的实验台装置，主要测试喷嘴的流量、喷雾角度、流量分布。喷嘴性能测试用试验台装置一般放置在喷嘴的底端。

另外，现有技术提供的喷嘴性能测试用试验台装置，多测试水、油液等液体，主要涉及高压水射流切割效果，发动机喷油嘴雾化效果等相关测试，液体试验过程中不涉及凝固、粉尘、回弹率测定等。并无对喷射混凝土打击范围、回弹率有效测试手段。

综上所述，如何提供一种混凝土喷射性能测试用实验台装置，以简化混凝土喷射机喷嘴设计工作，进而减少喷浆混凝土施工面粉尘和回弹率，提高喷射均匀度，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

为解决上述技术问题，本发明提供了一种混凝土喷射打击测试系统。本发明的测试系统可以测量混凝土喷射机喷出混凝土的喷射范围、打击力和回弹率。

2.技术方案

本发明的一种混凝土喷射打击测试系统，包括试验台、信号采集传输装置和观测记录机，所述试验台用于测试混凝土喷射打击数据，所述信号采集传输装置用于将所述试验台的混凝土喷射打击数据采集传输至所述观测记录机；

所述试验台包括若干阵列组合的液压缸单体和收集板，上述液压缸单体包括缸体受力打击板、油缸空腔以及设置在油缸空腔中的压力传感器，所述受力打击板封闭在所述液压缸单体的缸体前端，液压缸单体的缸体内形成油缸空腔，所述受力打击板可沿缸体前后端移动压缩所述油缸空腔；所述收集板位于试验台的受力打击板下方。

作为本发明的进一步改进，所述的液压缸单体还包括活柱和活塞，所述活塞位于缸体内缸体受力打击板的后端，所述油缸空腔被压缩为活塞后端的缸体内部空间，所述受力打击板与所述活塞通过活柱连接。

作为本发明的进一步改进，所述液压缸单体还包括端盖，所述端盖设置于活柱外圈。

作为本发明的进一步改进，所述信号采集传输装置的一端与压力传感器电连接，所述信号采集传输装置的另一端与观测记录机电连接。

作为本发明的进一步改进，所述的观测记录机包括处理器与显示屏。

作为本发明的进一步改进，还包括喷嘴托架，所述喷嘴托架用于移动支撑喷枪。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种混凝土喷射打击测试系统，可快速测试得混凝土喷射打击的回弹率、打击范围、打击力，从而进一步为控制提高混凝土喷射降低回弹率、提高混凝土喷射均匀效果提供实验数据支持，简化混凝土喷射机喷嘴或混凝土配比等设计工作。

(2)本发明的一种混凝土喷射打击测试系统，本发明通过设置在试验台前端的收集板，使得混凝土喷射回弹的计算原始数据收集极其简单。

(3)本发明的一种混凝土喷射打击测试系统，试验台由若干液压缸单体阵列组合，将混凝土喷射打击受力面分割成若干单独记数的单位测试装置，测试混凝土打击范围及打击力度变的简单高效。

(4)本发明的一种混凝土喷射打击测试系统，压力传感器检测到的压力通过信号采集传输装置可传输至观测记录机处由显示屏显示，可视化方法是的实验结果直观便捷。

附图说明

图1为混凝土喷射机喷枪作用于本发明一种混凝土喷射打击测试系统的示意图；

图2为混凝土喷射机喷枪作用于本发明中试验台的示意图；

图3为本发明的试验台中单个液压缸的结构示意图。

示意图中的标号说明：1-喷枪、2-喷嘴托架、3-试验台、4-信号采集传输装置、5-观测记录机、6-收集板、7-缸体受力打击板、8-活柱、9-端盖、10-活塞、11-油缸空腔。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

如图1～3所示，本发明的一种混凝土喷射打击测试系统，包括喷嘴托架2、试验台3、信号采集传输装置4和观测记录机5，所述喷嘴托架2用于移动支撑喷枪1，此处，喷嘴托架2可设置为移动式的，从不同位置不同角度装夹混凝土喷射机的喷枪1，测试不同情况下混凝土的喷射结果。所述试验台3用于测试混凝土喷射打击数据，所述试验台3包括若干阵列组合的液压缸单体和收集板6，上述液压缸单体包括缸体受力打击板7、活柱8、端盖9、活塞10、油缸空腔11以及设置在油缸空腔11中的压力传感器(图中未示出)，所述受力打击板7封闭在所述液压缸单体的缸体前端，所述活塞10位于缸体内缸体受力打击板7的后端，所述受力打击板7与所述活塞10通过活柱8连接，液压缸单体的缸体内在所述活塞10的后端形成油缸空腔11，所述受力打击板7可沿缸体前后端移动并通过活柱8带动活塞10移动从而压缩所述油缸空腔11，并由压力传感器检测压力，所述端盖9设置于活柱8外圈，使油缸右腔形成密闭空腔，配合密封圈使用防止油液进入油缸左腔发生泄漏，并在缸体受力打击板7受打击力带动活柱8向右运动过程中，对打击板限位，隔绝粉尘进入油缸污染油液。。所述收集板6位于试验台3的受力打击板7下方，用于收集喷射打击在受力打击板7上回弹掉落的混凝土。所述信号采集传输装置4的一端与压力传感器电连接，所述信号采集传输装置4的另一端与观测记录机5电连接，用于将所述试验台3的混凝土喷射打击数据采集传输至所述观测记录机5；所述的观测记录机5包括处理器与显示屏。本发明的一种混凝土喷射打击测试系统可实现不同喷嘴和不同组份混凝土在喷射距离、喷射风量、喷射压力改变情况下回弹率和打击范围测试，可实现多影响要素的正交试验。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

本实施例以水平喷射为例，将喷枪1装夹在喷嘴托架2上，对油缸施加一定的预压力。开动喷浆机，混凝土从喷枪1处对测试系统进行喷射。混凝土撞击受力打击板7，大部分吸附在受力打击板7上，这部分质量记为W₁，另一部分由于空气卷吸作用和受力打击板7回弹，落入混凝土收集板6和活塞缸左腔缸壁上，这部分质量记为W₂，那么此次喷射的回弹率W₁＝W₂/(W₁+W₂)×100％。

所述试验台3包括若干阵列组合的液压缸单体，本实施例中的液压缸单体阵列中为10x10阵列，液压缸单体的受力打击板7标记为1-1、1-2.......10-9、10-10，当受力打击板7受到冲击时(一般这个冲击力为10-15N)，活柱8将这个力传递给油缸空腔11，油缸空腔11中的油液压力升高，设置于油缸空腔11中的压力传感器将压力变化通过信号采集传输装置4传递给观测记录机5。观测记录机5对压力数据进行记录，并分析喷射打击力范围，进而分析混凝土喷射均匀性。在本实施例中，压力传感器、采集传输装置4、及观测记录机5所采用的技术均为普通的压力传感器、信号传输线缆、信号处理器及显示器，再此，不做赘述。

本实施例中，喷嘴托架2可自动调整喷射距离和喷射角度，实现自动化测量、读取、记录数据，可实现不同参数正交试验，简化测试工作，减小混凝土喷射测试工作的工作量。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。