一种泥水盾构出渣量自动计量装置及其计量方法与流程

1.本发明涉及盾构施工技术领域，特别是一种泥水盾构出渣量自动计量装置及其计量方法。


背景技术：

2.盾构施工过中，掌子面一旦出现塌方，将造成地表沉降超限或地表坍塌，影响地表行人行车安全，损害邻近建(构)物。出渣量是掌子面是否出现坍塌的重要判断指标，但目前没有一种能够对泥水盾构掘进出渣量较为准确计量的设备。因此，为了满足泥水盾构掘进过程中出渣量准确计量的需求，本发明提供一种泥水盾构出渣量自动计量装置。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种能够自动、准确的测量泥水盾构掘进过程中的出渣量，指导泥水盾构施工的泥水盾构出渣量计量装置及其计量方法。
4.设计一种泥水盾构出渣量自动计量装置，包括安装架，在所述安装架上设有取样机构和泥水分离机构，所述取样机构包括通过取样支架安装在安装架上的泥浆取样器和驱动泥浆取样器水平转动的取样驱动器；
5.还包括分别设在泥水盾构进浆管道和排浆管道上的泥浆取样管，在所述泥浆取样管上设有取样电磁阀；
6.所述泥水分离机构包括通过泥水分离支架设在安装架上的泥水分离器，所述泥水分离支架由设在安装架上的竖杆和设在竖杆顶部的横杆组成，且在所述安装架上设有驱动泥水分离器水平旋转的水平驱动器，在所述横杆的顶部设有驱动泥水分离器竖向旋转的竖向驱动器；
7.还包括体积测量传感器，所述体积测量传感器通过主支架固定在安装架上。
8.优选的，所述泥水分离器包括外筒、内筒和设在内筒内的过滤网筒，在所述内筒的侧壁上开设有排水孔，在所述外筒的底部一侧设有排水管，在所述内筒的底部中心处和外筒之间设有转轴，在所述外筒的底部中心位置处设有泥水分离驱动器，所述泥水分离驱动器的输出轴穿过外筒与转轴同轴设置。
9.优选的，在所述过滤网筒的顶部外边缘处圆周分布有多个卡扣，在所述内筒的侧壁上设有多个与卡扣配合的卡槽，所述过滤网筒通过卡扣卡设在卡槽内。
10.优选的，所述泥水取样器包括取样筒和设在取样筒底部的闸门组件、以及驱动闸门组件启闭的闸门驱动器。
11.优选的，在靠近泥水分离器一侧的安装架上设有支撑板，在所述支撑板上设有清洗机构，所述清洗机构包括设在支撑板上的电动伸缩杆、通过固定环固定在电动伸缩杆伸缩端上的高压水喷头、与高压水喷头连接的软管，所述软管与高压水源连接。
12.优选的，在所述安装架上还设有控制器，所述控制器的输出端均与取样驱动器、水平分离驱动器、竖向分离驱动器、闸门驱动器、电动伸缩杆、取样电磁阀电连接，所述控制器
的输入端与体积测量传感器电连接。
13.一种泥水盾构出渣量自动计量方法，包括如下步骤：
14.s1：将计量装置分别安装在循环泥浆进浆管和排浆管上，分别对进浆和排浆中的固形物进行测量；
15.s2：启动取样驱动器使取样支架带动取样筒转动至取样管出口的正下方，打开取样电磁阀，使泥浆注满取样筒，从而得到固定体积的泥浆样本；
16.s3：再次启动取样驱动器，使取样支架带动取样筒旋转至泥水分离器的正上方，然后启动闸门驱动器，使闸门组件打开，将泥浆注入泥水分离器的过滤网筒内，注入完毕后，将闸门组件关闭，将取样筒旋转至初始位置；
17.s4：启动泥水分离驱动器，使其驱动内筒旋转，在离心力的作用下，使泥浆中的水甩至外筒内，并通过排水管流出，从而达到泥水分离的目的；
18.s5：样本泥浆经泥水分离后留在内筒中的固形物，通过启动水平驱动器，从而使泥水分离器旋转至体积测量传感器的下方，并测量内筒中固形物表面的数据，然后计算固形物的体积，即完成一次测量；
19.计算方法如下：由于泥水盾构循环泥浆固形物含量较短时间内相对稳定，因此，可对泥水盾构掘进一环，进浆液中的固形物含量取均值为v0；
20.排浆管处的测量装置的测量间隔时间为t，排浆实时流量为qt，泥浆取样体积为v，测量的排出泥浆中的固形物含量值为vt，若泥水盾构掘进一环，测量装置对排出浆液共进行了n次固形物含量测量，则该循环出渣量v计算公式为：
[0021][0022]
优选的，在测量完毕后，为了保证下一次的测量准确性，还需对泥水分离器进行清理，具体包括以下步骤：
[0023]
s1：测量完毕后，通过启动水平驱动器使泥水分离器绕竖轴旋转至安装架的外侧，再启动竖向驱动器使泥水分离器旋转至开口朝下，将其内筒内的固定物倾倒出；
[0024]
s2：然后再次启动水平驱动器，使泥水分离器转动至高压水喷头的上方，启动电动伸缩杆，使其带动高压水喷头伸入泥水分离器的内筒中，此时启动泥水分离减速电机驱动内筒旋转，同时控制电动伸缩杆反复伸缩，持续冲洗直至将过滤网筒上附着的固形物完全清除；
[0025]
s3：清除完毕后，再次启动水平驱动器和竖向驱动器，将泥水分离器和高压水喷头均恢复至初始位置，即可进行下一次的测量。
[0026]
本发明的有益效果在于：
[0027]
1.本发明通过实时计量泥水盾构掘进的出渣量，若出渣过量则能及时发现并进行处置，避免危及地表建(构)筑物、行人行车的安全，解决泥水盾构出渣量不准的问题；
[0028]
2.通过设置自动进行泥浆取样、泥水分离、计量分离后固形物的体积，并进行数据的反馈，结合泥水循环参数，根据循环泥浆实时流量，自动计算出掘进过程中的实时出渣量。
附图说明
[0029]
图1是本发明结构的整体结构示意图；
[0030]
图2是泥水分离器的结构示意图；
[0031]
图3是泥水分离的爆炸结构示意图；
[0032]
图4清洗机构的结构示意图；
[0033]
图5是泥浆取样器的结构示意图；
[0034]
图6是闸门组件的结构示意图；
[0035]
图7是图6中的a向结构示意图；
[0036]
图8是本发明的电器控制原理框图；
[0037]
图中标号为：1泥水盾构进(排)浆管，2取样电磁阀，3取样管，4泥浆取样器，5取样支架，6取样驱动器，7竖杆，8水平驱动器，9泥水分离器，10横杆，11体积测量传感器，12竖向驱动器，13控制器，14主支架，15清洗机构，16外筒，17内筒，18排水管，19卡扣，20过滤网筒，21转轴，22泥水分离减速电机，23卡槽，24高压水喷头，25固定环，26软管，27电动伸缩杆，28螺纹杆，29支撑板，30取样筒，31闸门驱动器，32闸板，33安装板，34导向块，35导向杆，36安装孔，37移动口，38滑块。
具体实施方式
[0038]
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0039]
实施例1
[0040]
一种泥水盾构出渣量自动计量装置，如图1至图8所示，包括安装架38，在安装架38上设有取样机构和泥水分离机构，取样机构包括通过取样支架5安装在安装架38上的泥浆取样器4和驱动泥浆取样器4水平转动的取样驱动器6；取样支架5为
┌
形支撑杆，取样驱动器6为减速电机，其输出轴与
┌
形支撑杆的底部同轴设置，从而驱动
┌
形支撑杆带动泥浆取样器4旋转。还包括分别设在泥水盾构进浆管道和排浆管道上的泥浆取样管3，在泥浆取样管3上设有取样电磁阀2。
[0041]
泥水取样器包括取样筒30和设在取样筒30底部的闸门组件、以及驱动闸门组件启闭的闸门驱动器31。闸门组件包括设在取样筒30底部的安装板33和闸板32，取样筒30与安装板33固定连接，且在安装板33的底部开设有与取样筒30对应的安装孔36，在安装板33内开设空腔，在空腔内的一侧转动设有横向的双向螺纹杆28，在双向螺纹杆28上的两个方向相反的螺纹段上分别螺纹配合有滑块38，在所述双向螺纹杆28的后侧设有与双向螺纹杆28平行的导向杆35，在导向杆35上穿设有两个与滑块38对应的导向块34，在左、右两侧的滑块38和导向块34的底部分别设有用于开启或关闭取样筒30出口的闸板32，在安装板33的两端分别开设有供闸板32穿过的移动口37，闸门驱动器31包括减速电机，减速电机的输出轴延伸至空腔内并连接有主动伞齿轮，在双向螺纹杆28的一端固定套设有与主动伞齿轮啮合的从动伞齿轮。通过控制减速电机的正反转，使主动伞齿轮啮合从动伞齿轮带动双向螺纹杆28转动，从而使两个闸板32相对或相向移动，从而实现取样筒30底部出口的开启或封闭。
[0042]
泥水分离机构包括通过泥水分离支架设在安装架38上的泥水分离器9，泥水分离支架由设在安装架38上的竖杆7和设在竖杆7顶部的横杆10组成，且在安装架38上设有驱动
泥水分离器9水平旋转的水平驱动器8，在横杆10的顶部设有驱动泥水分离器9竖向旋转的竖向驱动器12；水平驱动器8和竖向驱动器12均为减速电机，水平驱动器8与竖杆7同轴设置，驱动泥水分离器9水平旋转，竖向驱动器12与横杆10同轴设置，驱动泥水分离器9竖向旋转。
[0043]
泥水分离器9包括外筒16、内筒17和设在内筒17内的过滤网筒20，在内筒17的侧壁上开设有排水孔，在外筒16的底部一侧设有排水管18，在内筒17的底部中心处和外筒16之间设有转轴21，在外筒16的底部中心位置处设有泥水分离减速电机22，泥水分离减速电机22的输出轴穿过外筒16与转轴21同轴设置。泥水分离减速电机22带动内筒17和过滤网筒20旋转，使内筒17内的水被甩出，达到泥水分离的目的。
[0044]
为了使过滤网筒20便于更换，在过滤网筒20的顶部外边缘处圆周分布有多个卡扣19，在内筒17的侧壁上设有多个与卡扣19配合的卡槽23，过滤网筒20通过卡扣19卡设在卡槽23内。通过向内拉动卡扣19，使卡扣19脱离卡槽23的限制，即可取下过滤网筒20。
[0045]
还包括体积测量传感器11，体积测量传感器11通过主支架14固定在安装架38上。
[0046]
在靠近泥水分离器9一侧的安装架38上设有支撑板29，在支撑板29上设有清洗机构15，清洗机构15包括设在支撑板29上的电动伸缩杆27、通过固定环25固定在电动伸缩杆27伸缩端上的高压水喷头24、与高压水喷头24连接的软管26，软管26与高压水源连接。
[0047]
在安装架38上还设有控制器13，控制器13的输出端均与取样驱动器6、水平驱动器8、竖向驱动器12、闸门驱动器31、电动伸缩杆27、取样电磁阀2电连接，控制器13的输入端与体积测量传感器电连接。
[0048]
实施例2
[0049]
一种泥水盾构出渣量自动计量方法，包括如下步骤：
[0050]
s1：将计量装置分别安装在循环泥浆进浆管和排浆管上，分别对进浆和排浆中的固形物进行测量；
[0051]
s2：启动取样驱动器6使取样支架5带动取样筒30转动至取样管3出口的正下方，打开取样电磁阀2，使泥浆注满取样筒30，从而得到固定体积的泥浆样本；
[0052]
s3：再次启动取样驱动器6，使取样支架5带动取样筒30旋转至泥水分离器9的正上方，然后启动闸门驱动器31正转，使两个闸板32向两侧打开，将泥浆注入泥水分离器9的过滤网筒20内，注入完毕后，使闸门驱动器31反向转动将两个闸板32向内侧移动，使取样筒30被封堵，将取样筒30旋转至初始位置；
[0053]
s4：启动泥水分离减速电机22，使其驱动内筒17旋转，在离心力的作用下，使泥浆中的水甩至外筒16内，并通过排水管18流出，从而达到泥水分离的目的；
[0054]
s5：样本泥浆经泥水分离后留在内筒17中的固形物，通过启动水平驱动器8，从而使泥水分离器9旋转至体积测量传感器11的下方，并测量内筒17中固形物表面的数据，然后计算固形物的体积，即完成一次测量。固形物的体积计算方法如下：
[0055]
由于泥水盾构循环泥浆固形物含量较短时间内相对稳定，因此，可对泥水盾构掘进一环，进浆液中的固形物含量取均值为v0；
[0056]
排浆管处的测量装置的测量间隔时间为t，排浆实时流量为qt，泥浆取样体积为v，测量的排出泥浆中的固形物含量值为vt，若泥水盾构掘进一环，测量装置对排出浆液共进行了n次固形物含量测量，则该循环出渣量v计算公式为：
[0057][0058]
在测量完毕后，为了保证下一次的测量准确性，还需对泥水分离器9进行清理，具体包括以下步骤：
[0059]
s1：测量完毕后，通过启动水平驱动器8使泥水分离器9绕竖轴旋转至安装架38的外侧，再启动竖向驱动器12使泥水分离器9旋转至开口朝下，将其内筒17内的固定物倾倒出；
[0060]
s2：然后再次启动水平驱动器8，使泥水分离器9转动至高压水喷头24的上方，启动电动伸缩杆27，使其带动高压水喷头24伸入泥水分离器99的内筒17中，此时启动泥水分离减速电机22驱动内筒17旋转，同时控制电动伸缩杆27反复伸缩，持续冲洗直至将过滤网筒20上附着的固形物完全清除；
[0061]
s3：清除完毕后，再次启动水平驱动器8和竖向驱动器12，将泥水分离器9和高压水喷头24均恢复至初始位置，即可进行下一次的测量。
[0062]
以上实施例中，水平驱动器8、竖向驱动器12、泥水分离减速电机22、取样驱动器6中均可采用stm4260a步进电机，闸门驱动器31可采用stm4234a步进电机，控制器可采用西门子simatic s7-200系列型号为6es7 288-1st30-0aa1的plc为自动控制器件。
[0063]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。