基于温度黏度流变特性的新型流变仪

技术领域

本发明涉及流变仪技术领域，特别是涉及基于温度黏度流变特性的新型流变仪。

背景技术

盾构掘进施工法是一种安全、高效、环保的地下施工方法，广泛用于水利、交通、采矿等领域。靠旋转并推进刀盘，通过盘形滚刀破碎岩石而使隧洞全断面一次成型的隧道。在城市轨道交通工程的盾构掘进施工中，老黏土地区的地层富水性规律差带来了很多工程方面的问题。故而需要使用渣土改良技术。

目前的渣土改良技术在实验室测定渣土改良剂最优配比所使用传统流变仪以对渣土的流变性质进行分析，但渣土的流变特性受温度较大，传统流变仪难以满足在特定温度控制下同时对于渣土的流变特性进行测定，不能够将温度作为影响渣土改良剂最优配比确定的可变因素，导致实际施工重渣土改良无法达到实验室试验效果，影响盾构施工的工作效率，与实际施工环境差异较大，实验误差不满足误差允许范围，无法对研究人员对掘进过程中较高温度下的渣土性质进行分析提供可靠依据。

因此，亟需设计基于温度黏度流变特性的新型流变仪，用以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供基于温度黏度流变特性的新型流变仪，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了基于温度黏度流变特性的新型流变仪，包括：

机架；

加载机构，所述加载机构包括减速电机和进气搅动部，所述减速电机固接在所述机架上，所述进气搅动部与所述减速电机的输出轴同轴固接，所述进气搅动部上安装有监测组件；

土样承载机构，所述土样承载机构包括土样盒，所述土样盒固接在所述机架上，所述进气搅动部底端伸入所述土样盒内，所述土样盒底端连通有排水管，所述土样盒上方设置有端盖部，所述端盖部与所述土样盒固接，且所述端盖部转动套设在所述进气搅动部上；

水浴温控机构，所述水浴温控机构包括加热筒和加热循环部，所述加热筒固定套设在所述土样盒的外侧，所述加热循环部与所述连通。

优选的，所述加热筒包括导热内壁和隔热外壁，所述导热内壁固定套设在所述土样盒外侧，所述隔热外壁套设在所述导热内壁外侧，所述隔热外壁与所述导热内壁之间形成一封闭的环形水仓，所述加热循环部与所述环形水仓连通。

优选的，所述加热循环部包括隔热筒壁，所述隔热筒壁顶端固接有隔热盖板，所述隔热筒壁内固接有加热棒，所述加热棒固接在所述隔热盖板底端，所述隔热筒壁底端连通有隔热进水管，所述隔热进水管末端与所述环形水仓底部连通，所述隔热进水管上安装有水阀，所述隔热筒壁顶部连通有隔热出水管，所述隔热出水管末端与所述环形水仓顶部连通，所述隔热出水管上安装有压力水泵。

优选的，所述进气搅动部包括转轴和旋转叶片，所述转轴与所述减速电机的输出轴同轴固接，所述转轴为中空结构，所述转轴顶部转动套设有进气组件，所述进气组件与所述转轴连通，所述端盖部转动套设在所述转轴上，所述旋转叶片为十字形结构，所述旋转叶片固定套设在所述转轴底部，所述旋转叶片位于所述土样盒内，所述监测组件安装在所述转轴和所述旋转叶片上。

优选的，所述进气组件包括粗轴和进气管，所述粗轴转动套设在所述转轴顶部，所述进气管固接在所述粗轴的外侧壁，所述粗轴内开设有进气槽，所述转轴顶部开设有若干进气孔，所述进气管和若干所述进气孔均与所述进气槽连通。

优选的，所述监测组件包括数据传输器、扭矩传感器和红外线温度监测探头，所述转轴通过所述扭矩传感器与所述减速电机的输出轴同轴固接，所述数据传输器安装在所述转轴的顶部，所述红外温度监测探头固接在所述旋转叶片上。

优选的，所述端盖部包括盖板，所述盖板位于所述土样盒的上方，所述盖板转动套设在所述转轴上，所述盖板上固接有进水管和安全阀，所述土样盒内固接有调节组件，所述盖板安装在所述调节组件上。

优选的，所述调节组件包括螺栓和螺母，所述土样盒底端内壁固接有若干所述螺栓，若干所述螺栓均贯穿所述盖板，且若干所述螺栓上均螺接有所述螺母，所述螺母位于所述盖板上方。

优选的，所述土样盒底端固接有空心筒，所述空心筒底端与所述机架固接，所述排水管固接在所述空心筒外侧壁，所述排水管通过所述空心筒与所述土样盒连通。

本发明公开了以下技术效果：

1、本发明通过设置水浴温控机构，将温度作为可变因素，创出实验特定温度条件，更加精确的确定渣土改良剂的最优作用环境。

2、本发明通过在旋转叶片上设置红外线温度监测探头，实现温度的实时监测，有效预防泥饼的产生。

3、本发明能够应用于施工过程中对黏度和温度的监测，代替停止盾构施工人工监测黏度的方式，实现更加精确的黏度监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为基于温度黏度流变特性的新型流变仪的结构示意图；

图2为基于温度黏度流变特性的新型流变仪的结构示意图；

图3为实现渣土流变特性监测的盾首结构示意图；

图4为渣土流变数据反馈流程图；

其中，1、数据传输器；2、扭矩传感器；3、减速电机；4、转轴；5、安全阀；6、旋转叶片；7、土样盒；8、进气管；9、排水管；10、进水管；11、水浴温控机构；12、隔热盖板；13、加热棒；14、隔热筒壁；15、水阀；16、隔热进水管；17、环形水仓；18、压力水泵；19、隔热出水管；20、隔热外壁；21、导热内壁；22、盾构刀盘；23、红外线温度监测探头；24、盾构土仓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供基于温度黏度流变特性的新型流变仪，包括：

机架；

加载机构，加载机构包括减速电机3和进气搅动部，减速电机3固接在机架上，进气搅动部与减速电机3的输出轴同轴固接，进气搅动部上安装有监测组件；

土样承载机构，土样承载机构包括土样盒7，土样盒7固接在机架上，进气搅动部底端伸入土样盒7内，土样盒7底端连通有排水管9，土样盒7上方设置有端盖部，端盖部与土样盒7固接，且端盖部转动套设在进气搅动部上；

水浴温控机构11，水浴温控机构11包括加热筒和加热循环部，加热筒固定套设在土样盒7的外侧，加热循环部与连通。

进一步的，土样盒7的高度和直径比例为1.8-2.0。

在本发明的一个实施例中，土样盒7的底面直径为20cm，高度为38cm。

进一步的，加热筒包括导热内壁21和隔热外壁20，导热内壁21固定套设在土样盒7外侧，隔热外壁20套设在导热内壁21外侧，隔热外壁20与导热内壁21之间形成一封闭的环形水仓17，加热循环部与环形水仓17连通。

进一步的，加热循环部包括隔热筒壁14，隔热筒壁14顶端固接有隔热盖板12，隔热筒壁14内固接有加热棒13，加热棒13固接在隔热盖板12底端，隔热筒壁14底端连通有隔热进水管16，隔热进水管16末端与环形水仓17底部连通，隔热进水管16上安装有水阀15，隔热筒壁14顶部连通有隔热出水管19，隔热出水管19末端与环形水仓17顶部连通，隔热出水管19上安装有压力水泵18。

进一步的，隔热盖板12、隔热筒壁14、隔热进水管16和隔热出水管19均采用隔热材料，使得水或者油液在循环过程中的热量损失对水浴温度基本不产生影响。

由于土体的导热性能差，为确保土样盒7内受热均匀，模拟特定实验环境，本发明采用水浴加热机构实现对温度的控制，通过加热棒13对隔热筒壁14内的水或油液进行加热，打开水阀15，通过压力水泵18将加热后的水或油液在环形水仓17内进行循环，水或油液的热量通过导热内壁21传递至土样盒7，进而对土样盒7的土样进行加热，为土样盒7提供均匀的受热环境，创出实验特定温度条件，使得到的实验结果更加准确。

进一步的，加热棒13为螺旋形结构。

进一步的，进气搅动部包括转轴4和旋转叶片6，转轴4与减速电机3的输出轴同轴固接，转轴4为中空结构，转轴4顶部转动套设有进气组件，进气组件与转轴4连通，端盖部转动套设在转轴4上，旋转叶片6为十字形结构，旋转叶片6固定套设在转轴4底部，旋转叶片6位于土样盒7内，监测组件安装在转轴4和旋转叶片6上。

在本发明的一个实施例中，旋转叶片6的单叶片宽度为4cm。

进一步的，进气组件包括粗轴和进气管8，粗轴转动套设在转轴4顶部，进气管8固接在粗轴的外侧壁，粗轴内开设有进气槽，转轴4顶部开设有若干进气孔，进气管8和若干进气孔均与进气槽连通。

进一步的，监测组件包括数据传输器1、扭矩传感器2和红外线温度监测探头23，转轴4通过扭矩传感器2与减速电机3的输出轴同轴固接，数据传输器1安装在转轴4的顶部，红外温度监测探头固接在旋转叶片6上。

进一步的，数据传输器1、扭矩传感器2和红外线温度监测探头23均通过数据传输器1与计算机连接，因此测得数据能够实时的反馈至计算机，以便计算机能够计算出实验结果。

通过数据传输器1实现对工作温度和扭矩的数据反馈，通过设置扭矩传感器2能够实时检测转轴4的扭矩，通过在旋转叶片6上设置红外温度检测探头能够实时监测土样盒7内的温度。

进一步的，端盖部包括盖板，盖板位于土样盒7的上方，盖板转动套设在转轴4上，盖板上固接有进水管10和安全阀5，土样盒7内固接有调节组件，盖板安装在调节组件上。

进水管10能够向土样盒7内加水，安全阀5能够防止土样盒7内压力过高。

进一步的，调节组件包括螺栓和螺母，土样盒7底端内壁固接有若干螺栓，若干螺栓均贯穿盖板，且若干螺栓上均螺接有螺母，螺母位于盖板上方。

盖板通过周围螺栓和螺母进行调节，当进行实验是在土样盒7内装填好土样后便通过螺栓和螺母关闭盖板，实验完成后再打开将土样取出。

进一步的，土样盒7底端固接有空心筒，空心筒底端与机架固接，排水管9固接在空心筒外侧壁，排水管9通过空心筒与土样盒7连通。

工作原理：聚合物在受到外力作用的时候，会发生流动或变形，产生内应力。本发明应用该原理通过旋转叶片6转动，使土样盒7内土体样本发生剪切流动，由扭矩传感器2获得扭矩参数，扭矩传感器2得到的扭矩可换算为剪应力，旋转叶片6的转速可换算成剪应变，因此能够得到实时的流变参数，然后通过应力应变关系分析渣土的流变模型，进而得到对应的黏度值。

在本发明的一个实施例中，将本发明应用于土压平衡盾构机，参照图3-4，在盾构刀盘22内侧安装红外线温度监测探头23，在盾构土仓24上部与下部均安装有旋转叶片6，由于渣土自身重力作用，渣土有向下沉降的趋势，在盾构土仓24下部进入螺旋输送机将渣土排除盾构土仓24，因此下部旋转叶片6测得扭矩与事实误差较小，真实反馈土体黏性，上部旋转叶片6相较于下部旋转叶片6误差较大用于平衡扭矩误差，不作为扭矩真实参考值，所须扭矩通过转轴4后的扭矩传感器2获得，扭矩传感器2得到的扭矩可换算为剪应力，旋转叶片6转速可换算成剪应变，因此能够得到实时的流变参数，然后通过应力应变关系分析渣土的流变模型，进而得到对应的黏度值，同时红外线温度监测探头23将所测得土仓内温度通过数据传输器1传输实时温度，实现盾构施工工程中对于掘进土体温度以及土体黏性的监测。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。