一种山区混凝土智能搅拌系统及运行方法与流程

1.本发明属于混凝土搅拌技术领域，具体涉及一种山区混凝土智能搅拌系统及运行方法。


背景技术：

2.随着科技的进步，对于工程建设方面越来越趋于智能化、自动化。在电力建设方面，越来越多的自动化智能设备出现在施工现场。这些设备的出现使工程建设的过程环节更加标准化，施工质量也大大提高。
3.现浇混凝土基础是输电线路工程的基础工程中最常用的一种基础浇筑形式，因为现浇混凝土的使用和制作方便，具有良好的可塑性、且混凝土的整体性好、耐久性好，其结构也具有强度高、刚性大的优点。另外输电线路有相当一部分建设于山区，在一些交通不便利且作业环境处于山区的现场进行作业，就会出现商混泵车无法到达作业现场或作业的环境条件不允许使用商混。在这种情况下现浇混凝土是最好的也是唯一的基础浇筑形式。
4.在基础施工过程中，由于作业层班组施工能力参差不齐以及管理监督不到位等诸多原因，现浇混凝土的配合比控制往往达不到设计方案的要求，导致混凝土质量不达标，影响工程质量，存在重大安全隐患。因此设计山区智能搅拌系统是很有必要的。
5.现浇混凝土基础的施工过程主要存在以下几方面原因：
6.在混凝土物料运输的过程中，由于环境限制或人为因素，有很多的物料中会掺杂其它物料，导致原料成分混杂，这就会导致其配合比出现问题。
7.在混凝土下料过程中，由于是人工下料，所以下料顺序以及配合比根本没有一种严格准确的控制标准。
8.在搅拌的过程中也是完全凭借现场施工人员控制搅拌时间，这便会导致搅拌不到位，出现搅拌不均砂浆分离等问题。


技术实现要素：

9.本发明提供一种山区混凝土智能搅拌系统及运行方法，以解决现浇混凝土的配合比控制达不到设计方案的要求，导致混凝土质量不达标，影响工程质量，存在重大安全隐患的问题。
10.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
11.一方面，本发明提供一种山区混凝土智能搅拌系统，包括：物料输送装置、原料筛分装置、三项物料库、三项称重料斗、搅拌罐、水流量控制泵和控制器；物料输送装置连接原料筛分装置；原料筛分装置连接三项物料库；三项物料库连接三项称重料斗；三项称重料斗的出料口连接搅拌罐；水流量控制泵连接搅拌罐；物料输送装置、原料筛分装置、三项物料库、三项称重料斗、搅拌罐和水流量控制泵分别连接控制器。
12.进一步的，所述物料输送装置包括螺旋输送带和管式输送管道；螺旋输送带设置于管式输送管道内。
13.进一步的，所述原料筛分装置包括物料筛分筒、筛分筒转轴、筒支架和装置支腿；装置支腿上设置有筒支架；筒支架上设有物料筛分筒；筛分筒转轴设于物料筛分筒中轴线上。
14.进一步的，所述三项物料库包括物料库、料库支架、控制阀门和控制电机；料库支架上设有物料库，控制阀门设置于物料库的出料口处，控制电机设置于控制阀门上。
15.进一步的，所述三项称重料斗包括料斗、称重平台、重力感应装置、料斗支架、出料管道、出料口和出料控制电机；料斗支架上设置有称重平台；称重平台上设置有料斗；称重平台和料斗支架间设置有重力感应装置；料斗下部设有出料管道；出料管道一侧设置有出料口，出料管道另一侧设置有出料控制电机。
16.进一步的，所述控制器采用单片机微处理控制器。
17.进一步的，所述搅拌罐上设置有搅拌时间控制装置，用于控制搅拌时间。
18.另一方面，本发明提供一种山区混凝土智能搅拌系统的运行方法，基于所述的一种山区混凝土智能搅拌系统，包括以下步骤：
19.步骤1：先经物料输送装置将物料运输至原料筛分装置，通过控制器控制物料的输送；
20.步骤2：在原料筛分装置中，将物料输送装置运输来的原材料进行过筛；
21.步骤3：将筛分好的物料分别存储在专用的三项物料库中；
22.步骤4：同时将水泥也加入到三项物料库中，在三项物料库中进行中间过程的存储；
23.步骤5：通过控制器，控制三项物料库中的石子、砂子、水泥分别下入对应的三项称重料斗；
24.步骤6：控制水流量控制泵向三项称重料斗中抽水；
25.步骤7：当所有的物料都达到重量要求时，停止向三项称重料斗下料；
26.步骤8：通过控制器控制，将三项称重当料斗中的物料按顺序分别下料至搅拌罐并开始搅拌；
27.步骤9：通过控制器控制搅拌时间控制装置，搅拌充分后浇筑。
28.进一步的，所述步骤2还包括：将石子和砂子筛分出来，分别进入三项物料库；通过控制器对筛分的石子和砂子直径进行控制。
29.进一步的，所述步骤6还包括：控制器控制水流量控制泵在搅拌过程中逐次加水。
30.本发明至少具有以下有益效果：
31.1、本发明通过智能化控制使混凝土搅拌逐渐趋于标准化，实现原料筛分、物料称重、下料速度控制、搅拌顺序和时间控制等功能，实现自动化、智能化的混凝土搅拌过程，可以有效控制混凝土的配合比，从全过程把控混凝土搅拌的质量。
32.2、本发明运行过程中，由于物料运输机械化，可以大力减少人工运输产生的人力消耗，且机械设备代替人工运输也可大幅提高生产效率。
33.3、本发明采用管式输送装置进行物料的输送，具有拆装灵活，设备体积小，运输方便的优点，可以灵活拆装标准节改变输送管道的长度，并且通过支架可灵活升降角度。
附图说明
34.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
35.图1为本发明系统的系统流程图；
36.图2为本发明物料输送装置的结构示意图；
37.图3为本发明原料筛分装置的结构示意图；
38.图4为本发明三项物料库的结构示意图；
39.图5为本发明三项称重料斗的结构示意图。
40.附图标记：11、螺旋输送带；12、管式输送管道；21、物料筛分筒；22、筛分筒转轴；23、筒支架；24、装置支腿；31、物料库；32、料库支架；33、控制阀门；34、控制电机；41、料斗；42、称重平台；43、重力感应装置；44、料斗支架；45、出料管道；46、出料口；47、出料控制电机。
具体实施方式
41.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
42.以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
43.实施例1
44.如图1所示，一种山区混凝土智能搅拌系统，包括：
45.物料输送装置、原料筛分装置、三项物料库、三项称重料斗、搅拌罐、水流量控制泵和控制器；物料输送装置连接原料筛分装置；原料筛分装置连接三项物料库；三项物料库的连接三项称重料斗；三项称重料斗的出料口连接搅拌罐；水流量控制泵连接搅拌罐；物料输送装置、原料筛分装置、三项物料库、三项称重料斗、搅拌罐和水流量控制泵分别连接控制器。
46.如图2所示，物料输送装置包括螺旋输送带11和管式输送管道12；螺旋输送带11设置于管式输送管道12内；还设有支架，通过支架可灵活升降角度。支架采用穿销固定的方式既轻便稳定性更佳。
47.通过人工或索道的形式，将混凝土物料运输到山区的堆料场，由于山区地形的的限制，堆料场距离搅拌机一般有5-20米的距离，如果人工运输物料，会消耗很大的人力来进行搬运，而通过输送装置，可将物料从堆料场运输到混凝土搅拌的位置，就大大节省了人力。通过对两种输送装置进行对比，为应对山区地形，管式输送装置更加适用。管式输送装置具有拆装灵活，设备体积小，运输方便的优点，可灵活拆装标准节改变输送管道的长度。
48.如图3所示，原料筛分装置包括物料筛分筒21、筛分筒转轴22、筒支架23和装置支腿24；装置支腿24上设置有筒支架23；筒支架23上设有物料筛分筒21；筛分筒转轴22设于物料筛分筒21中轴线上。
49.如图4所示，三项物料库包括物料库31、料库支架32、控制阀门33和控制电机34；料
库支架32上设有物料库31，控制阀门33设置于物料库31的出料口处，控制电机34设置于控制阀门33上。
50.如图5所示，三项称重料斗包括料斗41、称重平台42、重力感应装置43、料斗支架44、出料管道45、出料口46、和出料控制电机47；料斗支架44上设置有称重平台42；称重平台42上设置有料斗41；称重平台42和料斗支架44间设置有重力感应装置43；料斗41下部设有出料管道45；出料管道45一侧设置有出料口46，出料管道45另一侧设置有出料控制电机47。
51.水流量控制泵连接称重料斗，当水的重量达到预先设定的值时，控制器会通过电路数字信号的通断来下达是否停止水泵工作的命令，然后在搅拌过程中，可以逐次加水。
52.搅拌罐上设置有搅拌时间控制装置，用于控制搅拌时间。当施工人员按照相应的位置倒入原料并满足设定的标准配合比重量时，装置自动将砂子、石子及水倒入搅拌罐进料口，搅拌罐开始搅拌。在此期间，控制器的搅拌时间控制装置锁止机器，防止搅拌机内的混凝土未达到规程规范要求的搅拌时间就往搅拌罐中继续加料的情况发生。搅拌时间控制装置在三项称重料斗下入原料成后开始锁止机器，两分钟后自动解锁，施工人员方可进行下一次装料倒料。以此来保证混凝土的搅拌时间满足规程规范要求。
53.控制器采用单片机微处理控制器，单片机微处理控制器是一种集成芯片。将大量功能电路整合到一块硅片上，从而构成一个微型计算机系统，广泛应用于各领域中。它能够完成各种逻辑控制功能。这就等同于一个微型的计算机设备，具备大部分计算机所具有的功能。
54.在单片机中，多样化的数据采集和控制系统可以使单片机完成各种复杂的操作，无论是控制操作符号还是给系统下达操作指令，都可以由单片机完成。由此可见，单片机以其强大的数据处理技术和计算功能，在智能电子设备中得到了充分的应用。总之，单片机是一个芯片，这个芯片构成一个系统，通过应用集成电路技术，将数据的操作和处理能力集成到芯片中，实现高速的数据处理。
55.stm32系列的单片机则能处理32位的数据，很显然在运算速度上stm32系列的单片机是有很大有优势的。在功耗方面，stm32系列单片机不具备430系列单片机的超低功耗的模式，但是其低能耗，高性能的特点也很突出。本发明主要考虑到核心板必须要具有良好的性能，不需考虑低功耗的问题。在编程方面，stm32系列单片机在编程方面，具有很大优势，它拥有自己的程序例程库，在编程方面会有很大的优势，编程更加简单就会节省大量设计者的时间成本。在运行速度方面，stm32系列单片机在运行和处理的速度上是非常出色的，对于设计一些高速高精度的仪器设备和系统中，使用是非常广泛的。
56.在综合运用的功能上，stm32系列单片机功能强大，数据处理能力强。在性价比方面，由于stm32突出的良好性能指标，以及其强大的功能，在各类单片机中脱颖而出。而且stm32系列单片机兼容性非常强，在各类应用中都可以被广泛使用。所有的工作指令依靠单片机微控制器的逻辑控制对该系统装置进行操作。
57.还包括监测装置，在搅拌罐内，装设有温度监测装置。通过温度监测装置，测量混凝土搅拌过程中的温度。由于温度过高或过低对混凝土的质量和强度存在一定影响，所以通过该装置可以对混凝土搅拌过程中的温度进行实时的监测，将数据反馈至微控制器。微控制器通过逻辑控制做出判断，只有在设定好的温度范围内进行搅拌，超出该范围就会对搅拌下达终止搅拌的命令。
58.实施例2
59.一种山区混凝土智能搅拌系统的运行方法，包括以下步骤：
60.步骤1：先经物料输送装置将物料运输至原料筛分装置，通过控制器控制物料的输送。
61.步骤2：在原料筛分装置中，将物料输送装置运输来的原材料进行过筛，将直径符合要求的石子和砂子筛分出来，分别进入三项物料库；在设计时可根据实际需求，通过控制器对筛分所需的石子和砂子直径进行控制。
62.步骤3：将筛分好的物料分别存储在专用的三项物料库中。
63.步骤4：同时将水泥也加入到三项物料库中，在三项物料库中进行中间过程的存储。
64.步骤5：通过控制器控制三项物料库中物料是否可投入三项称重料斗；控制三项物料库中的石子、砂子、水泥分别下入对应的三项称重料斗。
65.步骤6：控制水流量控制泵向三项称重料斗中抽水；当水的重量达到预先设定的值时，控制器会通过电路数字信号的通断来下达是否停止水流量控制泵工作的命令，然后在搅拌过程中，可以逐次加水。
66.步骤7：当所有的物料都达到重量要求时，停止向三项称重料斗下料。
67.步骤8：通过控制器控制三项称重当料斗中物料重量达到设定值方可按顺序分别下料至搅拌罐并开始搅拌。
68.步骤9：通过控制器控制搅拌时间控制装置，搅拌充分后方可浇筑。
69.实施例3
70.在现浇混凝土搅拌罐入料口，设置四个独立的三项称重料斗，在三项称重料斗下端设置的称重平台42，可以对各物料进行称重，当施工人员将砂子、石子、水泥和水按照规定倒入相应的三项物料库时，三项物料库下方的三项称重料斗可以将砂子、石子、水泥和水的净重检测并显示在可视屏幕上。将施工方案中的配合比数值导入到原料净重检测装置中，实际净重和标准净重都会显示在可视屏幕上，施工人员可根据可视屏幕上的数值来相应增减各原料的用量，当达到设定的标准配合比时装置方可进行下一步工序。以此来保证现浇混凝土配合比质量的控制。配合比的控制可以通过改变公式中的基准值来进行调整。
71.根据jgj55-2000进行混凝土配合比的计算，包括以下步骤：
72.步骤a：混凝土配制强度的计算
73.f
cu,0
≥f
cu,k
+1.645σ
74.式中：
75.f
cu,0
为混凝土配制强度，mpa；
76.f
cu,k
为混凝土立方体抗压强度标准值，mpa；
77.σ为混凝土强度标准差，mpa；
78.根据gb50204-1992可知，f
cu,k
低于c20时，σ＝4mpa；f
cu,k
为c20～c35时，σ＝5mpa；f
cu,k
高于c35时，σ＝6mpa；
79.步骤b：计算水灰比
80.f
cu,0
＝αaf
ce
(c/w-αb)
[0081][0082]
式中：
[0083]fcu,0
为混凝土配制强度，mpa；
[0084]fce
为水泥28d的实测强度，mpa；
[0085]
αa，αb为回归系数，与骨料品种、水泥品种有关，其数值可通过试验求得；
[0086]
根据jgj55-2000可知，采用碎石时，αa＝0.46，αb＝0.07；采用卵石时，αa＝0.48，αb＝0.33；
[0087]
步骤c：选定单位用水量
[0088]mw0
＝mw(1-δ)
[0089]
式中：
[0090]mw0
为混凝土的单位用水量；
[0091]mw
为单位用水量；
[0092]
δ为减水剂的减水率。
[0093]
步骤d：单位水泥用量
[0094][0095]
式中：mc为单位水泥用量。
[0096]
步骤e：用粉煤灰取代16.5％的水泥，取代系数为λ＝1.3,则有
[0097]
水泥用量：m
c0
＝mc×
(1-16.5％)
[0098]
粉煤灰用量：m
f0
＝mc×
16.5％
×
λ
[0099]
减水剂用量：m
fdn0
＝(m
c0
+m
f0
)
×c减水剂浓度
[0100]
步骤f：计算粗、细骨料用量
[0101]mc0
+m
f0
+m
s0
+m
g0
+m
w0
＝m
cp
[0102]ms0
/(m
s0
+m
g0
)
×
100％＝βs[0103]
式中：m
cp
为混凝土单位容重；m
s0
为细骨料用量；m
g0
为粗骨料用量；βs为砂率；则混凝土配合比为：m
c0
：m
s0
：m
g0
：m
f0
：m
fdn0
：m
w0
。
[0104]
表1标号1-5混凝土的配合比表
[0105][0106]
表2标号6-10混凝土的配合比表
[0107][0108]
表3标号11-14混凝土的配合比表
[0109][0110]
表4标号15-19混凝土的配合比表
[0111][0112]
表5标号20-24混凝土的配合比表
[0113][0114]
表6标号25-29混凝土的配合比表
[0115][0116]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽
管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种山区混凝土智能搅拌系统，其特征在于，包括：物料输送装置、原料筛分装置、三项物料库、三项称重料斗、搅拌罐、水流量控制泵和控制器；物料输送装置连接原料筛分装置；原料筛分装置连接三项物料库；三项物料库连接三项称重料斗；三项称重料斗的出料口连接搅拌罐；水流量控制泵连接搅拌罐；物料输送装置、原料筛分装置、三项物料库、三项称重料斗、搅拌罐和水流量控制泵分别连接控制器。2.根据权利要求1所述的一种山区混凝土智能搅拌系统，其特征在于，所述物料输送装置包括螺旋输送带(11)和管式输送管道(12)；螺旋输送带(11)设置于管式输送管道(12)内。3.根据权利要求1所述的一种山区混凝土智能搅拌系统，其特征在于，所述原料筛分装置包括物料筛分筒(21)、筛分筒转轴(22)、筒支架(23)和装置支腿(24)；装置支腿(24)上设置有筒支架(23)；筒支架(23)上设有物料筛分筒(21)；筛分筒转轴(22)设于物料筛分筒(21)中轴线上。4.根据权利要求1所述的一种山区混凝土智能搅拌系统，其特征在于，所述三项物料库包括物料库(31)、料库支架(32)、控制阀门(33)和控制电机(34)；料库支架(32)上设有物料库(31)，控制阀门(33)设置于物料库(31)的出料口处，控制电机(34)设置于控制阀门(33)上。5.根据权利要求1所述的一种山区混凝土智能搅拌系统，其特征在于，所述三项称重料斗包括料斗(41)、称重平台(42)、重力感应装置(43)、料斗支架(44)、出料管道(45)、出料口(46)和出料控制电机(47)；料斗支架(44)上设置有称重平台(42)；称重平台(42)上设置有料斗(41)；称重平台(42)和料斗支架(44)间设置有重力感应装置(43)；料斗(41)下部设有出料管道(45)；出料管道(45)一侧设置有出料口(46)，出料管道(45)另一侧设置有出料控制电机(47)。6.根据权利要求1所述的一种山区混凝土智能搅拌系统，其特征在于，所述控制器采用单片机微处理控制器。7.根据权利要求1所述的一种山区混凝土智能搅拌系统，其特征在于，所述搅拌罐上设置有搅拌时间控制装置，用于控制搅拌时间。8.一种山区混凝土智能搅拌系统的运行方法，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述的一种山区混凝土智能搅拌系统，包括以下步骤：步骤1：先经物料输送装置将物料运输至原料筛分装置，通过控制器控制物料的输送；步骤2：在原料筛分装置中，将物料输送装置运输来的原材料进行过筛；步骤3：将筛分好的物料分别存储在专用的三项物料库中；步骤4：同时将水泥也加入到三项物料库中，在三项物料库中进行中间过程的存储；步骤5：通过控制器，控制三项物料库中的石子、砂子、水泥分别下入对应的三项称重料斗；步骤6：控制水流量控制泵向三项称重料斗中抽水；步骤7：当所有的物料都达到重量要求时，停止向三项称重料斗下料；步骤8：通过控制器控制，将三项称重当料斗中的物料按顺序分别下料至搅拌罐并开始搅拌；步骤9：通过控制器控制搅拌时间控制装置，搅拌充分后浇筑。
9.根据权利要求8所述的一种山区混凝土智能搅拌系统的运行方法，其特征在于，所述步骤2还包括：将石子和砂子筛分出来，分别进入三项物料库；通过控制器对筛分的石子和砂子直径进行控制。10.根据权利要求8所述的一种山区混凝土智能搅拌系统的运行方法，其特征在于，所述步骤6还包括：控制器控制水流量控制泵在搅拌过程中逐次加水。

技术总结
本发明属于混凝土搅拌技术领域，具体公开了一种山区混凝土智能搅拌系统及运行方法，包括：物料输送装置、原料筛分装置、三项物料库、三项称重料斗、搅拌罐、水流量控制泵和控制器；物料输送装置连接原料筛分装置；原料筛分装置连接三项物料库；三项物料库连接三项称重料斗；三项称重料斗的出料口连接搅拌罐；水流量控制泵连接搅拌罐；物料输送装置、原料筛分装置、三项物料库、三项称重料斗、搅拌罐和水流量控制泵分别连接控制器。本发明通过智能化控制使混凝土搅拌逐渐趋于标准化，实现原料筛分、物料称重、下料速度、搅拌顺序和时间控制等功能，实现自动化、智能化的混凝土搅拌过程，可以从全过程把控混凝土的配合比和混凝土搅拌的质量。质量。质量。


技术研发人员：赵亮 张勇超 廖玉麒 王庆灏 刘肖楠 张新跃 杨利 牛国丰 范泽宇 史登旭 张成伟
受保护的技术使用者：国家电网有限公司 北京电力工程有限公司
技术研发日：2021.12.02
技术公布日：2022/3/8