本發(fā)明涉及注漿作業(yè)領(lǐng)域使用的機(jī)具，具體涉及一種注漿用仿生攪拌機(jī)、混合動力仿生攪拌系統(tǒng)及其制漿方法。

背景技術(shù)：

注漿(injectiongrout)，又稱為灌漿(grouting)，是將由某些特定材料按照一定比例配制而成的具有凝結(jié)能力的漿液，使用壓送設(shè)備(用氣壓、液壓或電化學(xué)原理)將其灌入地層(巖土體)中的裂隙、孔隙或溶穴內(nèi)，并使其擴(kuò)散、膠凝或固化，從而達(dá)到加固地層或防滲堵漏的目的；主要包括靜壓注漿(staticpressuregrouting)和高壓噴射注漿(highpressurejetgrouting)等型式。目前，注漿技術(shù)已廣泛應(yīng)用于水利水電、交通、建筑、礦山等工程中的巖土體加固、防滲，以及作為地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)中的邊坡護(hù)坡、溜砂坡防護(hù)、水土保持等常用的技術(shù)手段。

攪拌機(jī)是制備注漿用漿液的主要機(jī)具，其性能的優(yōu)劣，將對所制備漿液的性能和注漿作業(yè)的效率及質(zhì)量產(chǎn)生較大影響；具體表現(xiàn)為：漿液的攪拌時間和攪拌均勻程度對結(jié)石強(qiáng)度有較大影響，漿液的攪拌效率對供漿效率有較大影響等。

隨著石油等常規(guī)化石能源日益消耗，隨之而來的高成本、環(huán)境污染和生態(tài)破壞等問題日益嚴(yán)峻。作為清潔能源(cleanenergy)和可再生能源(renewableenergy)的太陽能(solarenergy)與風(fēng)能(windenergy)，具有清潔、可再生、環(huán)保、分布范圍廣等諸多優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于人們的日常生活和生產(chǎn)中。

仿生學(xué)(bionics)是通過模仿自然界中包括植物和動物在內(nèi)的生物的特殊本領(lǐng)，利用其結(jié)構(gòu)和功能原理研制機(jī)械或其它新技術(shù)的科學(xué)技術(shù)。生物非光滑表面的形態(tài)特征普遍存在于自然界中，仿生非光滑表面技術(shù)(bionicnon-smoothsurfacetechnology)是以自然界中生物體表的非光滑形態(tài)結(jié)構(gòu)為原型，解決實(shí)際工程問題的一種科學(xué)應(yīng)用技術(shù)。

實(shí)施注漿作業(yè)，尤其是在野外實(shí)施注漿作業(yè)，由于施工條件相對比較惡劣，因而有時無法接入市政用電而導(dǎo)致用電問題比較難以解決，通常的做法是使用柴油/汽油發(fā)電機(jī)自主發(fā)電供電，一方面需要消耗大量的柴油/汽油等化石燃料，導(dǎo)致注漿作業(yè)成本較高，另一方面柴油/汽油作為化石燃料燃燒后排放出的污染物在一定程度上也會對環(huán)境和生態(tài)造成不利的影響。此外，現(xiàn)有傳統(tǒng)的攪拌制漿作業(yè)，基本都是將水泥粉末(灰)、水和外加劑等漿材，均從同一個入口人工倒入攪拌桶內(nèi)，在此過程中，時常發(fā)生由于人工操作不當(dāng)?shù)仍蚴節(jié){材很容易部分掉落而未加入到攪拌桶內(nèi)，這將導(dǎo)致漿材的加量很難做到定量控制，從而造成注漿現(xiàn)場由攪拌機(jī)攪拌配制的漿液性能有時與實(shí)驗(yàn)室配制的漿液性能不一致，即現(xiàn)場由攪拌機(jī)攪拌配制的漿液性能達(dá)不到預(yù)期要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供了一種減阻、降耗、耐磨、防粘和脫附性能好且節(jié)能環(huán)保、自動化程度高且可定量控制的注漿用仿生攪拌機(jī)、混合動力仿生攪拌系統(tǒng)及其制漿方法。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

第一方面，提供一種注漿用仿生攪拌機(jī)，其包括具有進(jìn)料口和出漿管的攪拌桶，攪拌桶的底面為一斜度朝向出漿管的斜面；攪拌桶的上端通過支撐架固定安裝有一動力部，動力部的動力輸出端與置于攪拌桶內(nèi)的攪拌軸連接，攪拌軸上垂直或傾斜地設(shè)置有若干攪拌槳；當(dāng)攪拌槳傾斜設(shè)置于攪拌軸上時，攪拌槳的傾斜方向與攪拌軸的回轉(zhuǎn)方向相反；

攪拌桶內(nèi)表面、進(jìn)料口內(nèi)表面、出漿管內(nèi)表面及攪拌槳上均設(shè)置有若干仿生非光滑單元，攪拌桶、進(jìn)料口和出漿管所在處仿生非光滑單元與其接觸面表面積均為所在部件內(nèi)表面表面積的20％～50％；攪拌槳上所有仿生非光滑單元與攪拌槳接觸面表面積為攪拌槳的所有表面表面積的20％～60％。

進(jìn)一步地，優(yōu)選攪拌桶的內(nèi)表面和攪拌槳上的仿生非光滑單元為棱紋型凸起；當(dāng)棱紋型凸起截面的形狀為矩形時，仿生非光滑單元的高度為其寬度的0.5～1倍；當(dāng)棱紋型凸起的截面形狀為半圓形時，仿生非光滑單元的高度為其直徑的0.5～1倍；當(dāng)棱紋型凸起的截面形狀為梯形時，仿生非光滑單元的高度為其底邊寬度的0.5～1倍。

當(dāng)棱紋型凸起的截面形狀為三角形時，仿生非光滑單元的高度為其底邊寬度的0.5～1倍；當(dāng)棱紋型凸起的截面形狀為波浪形時，仿生非光滑單元的高度為其直徑的0.5～1倍；當(dāng)棱紋型凸起的截面形狀為v字形時，仿生非光滑單元的高度為其寬度的0.5～1倍；相鄰兩個仿生非光滑單元之間的中心距為仿生非光滑單元寬度或直徑的1～3倍。

進(jìn)一步地，優(yōu)選攪拌槳包括通過上層連接翼板固定安裝在攪拌軸中上部的上層攪拌槳葉和通過下層連接翼板固定安裝在攪拌軸中下部的下層攪拌槳葉；每片上層連接翼板和下層連接翼板等間距交錯地設(shè)置在攪拌軸上。

進(jìn)一步地，優(yōu)選進(jìn)料口由進(jìn)水管和進(jìn)料斗組成，進(jìn)水管和進(jìn)料斗的內(nèi)表面均設(shè)置有仿生非光滑單元；進(jìn)水管距離攪拌桶頂面的垂直距離為5cm～70cm；進(jìn)料斗為向攪拌桶外突出的倒三角扇形腔，且進(jìn)料斗的底面為一斜度朝向攪拌桶中心的斜面；進(jìn)料斗與攪拌桶內(nèi)部空間相通的邊緣與攪拌桶頂面間的距離為10cm～80cm。

進(jìn)一步地，優(yōu)選進(jìn)水管和出漿管上的仿生非光滑單元為環(huán)槽，環(huán)槽的深度為其寬度的0.2～1.5倍，相鄰環(huán)槽的中心距為其寬度的1～10倍，環(huán)槽的設(shè)置方向?yàn)榇怪庇谶M(jìn)水管和出漿管的內(nèi)壁表面。

進(jìn)一步地，優(yōu)選進(jìn)料斗內(nèi)表面的仿生非光滑單元為凸包，當(dāng)凸包的截面形狀為半球形時，仿生非光滑單元的高度為其直徑的0.5～1倍；當(dāng)凸包的截面形狀為矩形時，仿生非光滑單元的高度為其寬度的0.5～1倍；當(dāng)凸包的截面形狀為梯形時，仿生非光滑單元的高度為其底邊寬度的0.5～1倍；當(dāng)凸包的截面形狀為三角形時，仿生非光滑單元的高度為其底邊寬度的0.5～1倍；進(jìn)料斗內(nèi)表面上相鄰兩個仿生非光滑單元之間的中心距為其直徑或?qū)挾鹊?～3倍。

進(jìn)一步地，優(yōu)選進(jìn)料口的內(nèi)表面設(shè)置有一層采用疏水性材料制成的疏水層。

進(jìn)一步地，優(yōu)選攪拌桶的底部設(shè)置有向外延伸的環(huán)形凸緣，環(huán)形凸緣上等間距地開設(shè)有至少三個螺紋孔，螺紋孔內(nèi)安裝有用于調(diào)整攪拌桶工作時穩(wěn)定狀態(tài)的螺柱。

第二方面，提供一種混合動力仿生攪拌系統(tǒng)，其包括控制模塊、供水模塊和注漿用仿生攪拌機(jī)，注漿用仿生攪拌機(jī)的進(jìn)料斗正上方設(shè)置有自動加灰系統(tǒng)，供水模塊包括若干水箱，每個水箱均通過一根進(jìn)水管道與水泵的進(jìn)水端連接，出漿管和每根進(jìn)水管道上均設(shè)置有一電磁閥；

水泵的出水端通過出水管與注漿用仿生攪拌機(jī)的進(jìn)水管連接，出水管鄰近進(jìn)水管的端部設(shè)置有一流量傳感器；動力部、自動加灰系統(tǒng)、流量傳感器和所有的電磁閥均與控制模塊連接；供電模塊包括與動力部連接的配電箱及分別與配電箱電連接的市政用電、柴油/汽油發(fā)電機(jī)、太陽能發(fā)電裝置和風(fēng)力發(fā)電裝置。

第三方面，提供一種混合動力仿生攪拌系統(tǒng)的制漿方法，其包括以下步驟：

接收當(dāng)前注漿作業(yè)現(xiàn)場至少包括地質(zhì)條件、水文和水溫條件的資料數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述資料數(shù)據(jù)，獲取適用于當(dāng)前注漿作業(yè)現(xiàn)場的漿液配方；

根據(jù)所述漿液配方和攪拌桶的實(shí)際容積，計算單次攪拌制漿所需的漿材用量，所述漿材包括水泥粉末和清水，若當(dāng)前注漿作業(yè)現(xiàn)場需要外加助劑溶液時，所述漿材還應(yīng)至少包括一種外加助劑溶液；

采用自動加灰系統(tǒng)向進(jìn)料斗中加入計算量的水泥粉末；

開啟盛裝清水的水箱處進(jìn)水管道上的電磁閥，清水沿著攪拌桶內(nèi)壁面的切線方向進(jìn)入攪拌桶內(nèi)，直至流量傳感器采集到清水添加量達(dá)到計算量；

當(dāng)清水添加完成后，開啟動力部帶動攪拌槳對攪拌桶內(nèi)的漿液進(jìn)行攪拌，同時判斷是否需要添加外加助劑溶液：

若不需添加外加助劑溶液，則待漿液的攪拌時間達(dá)到設(shè)定時間，開啟出漿管上的電磁閥出漿，當(dāng)出漿完成后，關(guān)閉動力部；

若需要添加外加助劑溶液，則根據(jù)外加助劑溶液的設(shè)定加入順序，開啟盛裝相應(yīng)外加助劑溶液水箱處進(jìn)水管道上的電磁閥，直至流量傳感器采集到相應(yīng)外加助劑溶液添加量達(dá)到計算量；當(dāng)所有外加助劑溶液添加完成，且對漿液的攪拌時間已達(dá)到設(shè)定時間，則開啟出漿管上的電磁閥出漿，當(dāng)出漿完成后，關(guān)閉動力部。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

由于攪拌桶的內(nèi)表面和攪拌槳上均設(shè)置有若干仿生非光滑單元，仿生非光滑單元使攪拌桶內(nèi)壁表面和攪拌槳外表面呈現(xiàn)仿生非光滑形態(tài)，在攪拌制漿過程中，可以使水泥漿液對攪拌桶內(nèi)壁表面和攪拌槳外表面的不間斷連續(xù)磨蝕變?yōu)殚g斷非連續(xù)磨蝕，降低了水泥漿液中的固相顆粒對攪拌桶內(nèi)壁表面和攪拌槳外表面的磨蝕強(qiáng)度，從而保證了仿生攪拌機(jī)具備較好的耐磨性能。

此外，由于仿生非光滑單元的設(shè)置，使得攪拌桶內(nèi)壁表面和攪拌槳外表面呈現(xiàn)仿生非光滑形態(tài)，這將導(dǎo)致原本連續(xù)光滑的表面變得不連續(xù)且凹凸不平，當(dāng)水泥漿液中的固相顆粒撞擊或刮擦到攪拌桶內(nèi)壁表面和攪拌槳外表面后，將會產(chǎn)生反彈效果，進(jìn)而很容易地改變固相顆粒原本的運(yùn)動軌跡，從而降低了水泥漿液中的固相顆粒對攪拌桶內(nèi)壁表面和攪拌槳外表面的磨蝕。

由于仿生非光滑單元的設(shè)置，使得攪拌桶內(nèi)壁表面和攪拌槳外表面呈現(xiàn)仿生非光滑形態(tài)，在攪拌制漿過程中，可以使水泥漿液，尤其是水泥漿液中的液相部分，在由相鄰棱紋間構(gòu)成的凹槽內(nèi)產(chǎn)生反轉(zhuǎn)的渦流，進(jìn)而引起四種效應(yīng)：

(1)渦墊效應(yīng)，凹槽內(nèi)部反轉(zhuǎn)的渦流造成了凹槽內(nèi)水泥漿液與凹槽外水泥漿液的“液-液”接觸，從而形成“渦墊效應(yīng)”。

(2)推進(jìn)效應(yīng)，處于凹槽內(nèi)部反轉(zhuǎn)的渦流與在攪拌槳攪拌作用下流動起來的水泥漿液之間的接觸表面上的摩阻力形成了附加動力，這對于凹槽外部流動起來的水泥漿液而言產(chǎn)生了“推進(jìn)效應(yīng)”。

(3)液力軸承效應(yīng)，若干凹槽內(nèi)反轉(zhuǎn)的渦流，宛如若干安裝在攪拌桶內(nèi)壁表面和攪拌槳外表面上的“軸承”一般，能夠有效降低水泥漿液在攪拌槳攪拌作用下流動時與攪拌桶內(nèi)壁表面和攪拌槳外表面之間的摩阻力損耗。

(4)驅(qū)離效應(yīng)，由于若干凹槽內(nèi)反轉(zhuǎn)的渦流，還可改變水泥漿液中固相顆粒的運(yùn)動狀態(tài)，有利于驅(qū)離欲與攪拌桶內(nèi)壁表面和攪拌槳外表面接觸的固相顆粒，進(jìn)而有助于提升攪拌桶內(nèi)壁表面和攪拌槳外表面的耐磨性能。

基于反轉(zhuǎn)渦流的存在，由于阻力降低從而降低了攪拌制漿過程中的能耗，同時也可起到對水泥漿液的防粘及脫附效果。

仿生非光滑單元的占比能夠影響攪拌桶內(nèi)壁表面和攪拌槳外表面的仿生非光滑形態(tài)，進(jìn)而影響了漿液在凹槽內(nèi)產(chǎn)生反轉(zhuǎn)渦流的個數(shù)和旋轉(zhuǎn)的形態(tài)，從而也就影響了上述的效果。

仿生非光滑單元寬(或直徑)、高及相鄰兩個仿生非光滑單元的間距的設(shè)置，能夠?qū)Ψ崔D(zhuǎn)渦流的尺寸范圍和渦流形態(tài)(強(qiáng)度)得到大幅度提高，進(jìn)而改善了仿生攪拌機(jī)的減阻、降耗、耐磨、防粘和脫附等性能。

仿生非光滑單元尺寸的獨(dú)特設(shè)置，一方面考慮到攪拌桶內(nèi)壁表面和攪拌槳外表面的尺寸，另一方面也考慮到仿生非光滑單元加工的難易程度及最大程度地發(fā)揮仿生非光滑表面的減阻、降耗、耐磨、防粘和脫附等效果。

進(jìn)料斗內(nèi)表面上呈凸包的仿生非光滑單元發(fā)揮防粘、脫附性能的原理為：

設(shè)置于進(jìn)料斗內(nèi)表面上的仿生非光滑單元使得原本連續(xù)光滑的進(jìn)料斗內(nèi)表面變得不連續(xù)且非光滑，呈現(xiàn)仿生非光滑形態(tài)，當(dāng)由進(jìn)料斗向攪拌桶內(nèi)倒入水泥粉末(灰)時，撒落在進(jìn)料斗內(nèi)表面上的水泥粉末為高低起伏的靜止?fàn)顟B(tài)，而非撒落在平面上時平鋪的靜止?fàn)顟B(tài)，因而也就很難形成連續(xù)界面；在攪拌制漿作業(yè)過程中，由伺服電機(jī)、減速器、攪拌槳等設(shè)備機(jī)具工作過程中產(chǎn)生的振動，有助于撒落在進(jìn)料斗內(nèi)表面上的水泥粉末滑落入攪拌桶內(nèi)。

此外當(dāng)從進(jìn)水管沿攪拌桶壁面切線方向進(jìn)入攪拌桶內(nèi)的清水或外加劑溶液濺落在進(jìn)料斗內(nèi)表面上時，液滴在進(jìn)料斗內(nèi)表面上的潤濕角大于90°，因而表現(xiàn)為液滴對進(jìn)料斗內(nèi)表面的不潤濕，即進(jìn)料斗的內(nèi)表面具有疏水性能，此時的液滴將呈近似球狀沿著進(jìn)料斗的傾斜內(nèi)表面向下滾落入攪拌桶內(nèi)，同時液滴也將裹挾撒落在進(jìn)料斗內(nèi)表面上的水泥粉末一起滾落入攪拌桶內(nèi)。進(jìn)料斗內(nèi)表面設(shè)置的疏水層能夠進(jìn)一步提高進(jìn)料斗防粘和脫附的性能。

采用本方案的攪拌系統(tǒng)進(jìn)行攪拌制漿作業(yè)時，當(dāng)清水或外加助劑溶液由水泵泵送流經(jīng)進(jìn)水管至攪拌桶內(nèi)的過程中，在若干環(huán)槽內(nèi)形成的反轉(zhuǎn)渦流，可起到減阻、降耗、耐磨、防粘和脫附等效果，有助于降低水泵的能耗、提升注入清水和外加助劑溶液的效率，進(jìn)而有助于增強(qiáng)本發(fā)明的節(jié)能降耗性能，以及提升攪拌制漿效率等。

在攪拌制漿結(jié)束后，制得的漿液將沿著攪拌桶底部的斜面流向出漿管，當(dāng)漿液流經(jīng)出漿管排出攪拌桶外的過程中，在若干環(huán)槽內(nèi)形成的反轉(zhuǎn)渦流，可起到減阻、降耗、耐磨、防粘和脫附等效果，有助于增強(qiáng)制得漿液排出攪拌桶的順暢程度，以及提升注漿作業(yè)的綜合效率。

本方案將攪拌槳設(shè)置成上下分布、且相互交錯的上層攪拌槳葉和下層攪拌槳葉后，能夠有效提升漿液的攪拌效率，增強(qiáng)對漿液的攪拌均勻程度，進(jìn)而提高注漿用漿液的供應(yīng)效率和質(zhì)量，降低注漿作業(yè)的綜合成本。

攪拌桶的環(huán)形凸緣上設(shè)置的螺柱可以便于攪拌機(jī)在不平整場地進(jìn)行局部高度的調(diào)節(jié)，從而保證了攪拌機(jī)在不平整場地攪漿作業(yè)時的穩(wěn)定性。

本發(fā)明中的大部分零部件都是通過可拆卸的方式安裝在一起的，因而具有很好的可拆裝性能，便于搬遷，且對野外復(fù)雜施工條件的適應(yīng)性強(qiáng)；另外，大部分零部件都能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立加工或采購，同時也便于對攪拌機(jī)的保養(yǎng)、維修和零部件的更換。

由于本發(fā)明的攪拌桶內(nèi)底面設(shè)為斜面，且該斜面的傾斜方向朝向攪拌桶的出漿管，因而攪拌桶在攪拌制漿結(jié)束后，有利于漿液沿著斜面流向攪拌桶出漿管，易于出漿且節(jié)能。

由于攪拌桶上的進(jìn)水管呈切向布置，從進(jìn)水管加水時，水流將沿著攪拌桶內(nèi)壁面的切線方向進(jìn)入，在慣性的作用下，水流將以螺旋狀貼著攪拌桶內(nèi)壁面向下運(yùn)動形成旋流，當(dāng)注漿作業(yè)結(jié)束需要清洗攪拌機(jī)時，完全可以采用大泵量加水的方式對攪拌桶內(nèi)壁面及處于攪拌桶內(nèi)的其它零部件進(jìn)行清洗，此方法較常規(guī)的清洗方法效率更高，省時省電，且有效降低了作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度和注漿作業(yè)的綜合成本。

本仿生攪拌系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的攪拌制漿設(shè)備，分別設(shè)置了用于向攪拌桶內(nèi)加入攪拌制漿所需的水泥粉末(灰)的進(jìn)料斗和加入清水、外加助劑溶液的進(jìn)水管，改變了傳統(tǒng)攪拌制漿設(shè)備向攪拌桶內(nèi)從同一入口加入水泥粉末(灰)、清水和外加助劑溶液的現(xiàn)狀，變更為水泥粉末(灰)、清水和外加助劑溶液從不同通道加入攪拌桶內(nèi)的方式，提高了加入上述漿材的效率，且更加便于實(shí)現(xiàn)加入過程的定量控制。

本發(fā)明的混合動力仿生攪拌系統(tǒng)采用混合動力主要具有如下優(yōu)點(diǎn)：

當(dāng)在野外進(jìn)行注漿作業(yè)無法接入市政用電時，較傳統(tǒng)的僅由柴油/汽油發(fā)電機(jī)提供動力的攪拌機(jī)而言，攪拌機(jī)采用混合動力，增加了攪拌機(jī)的動力來源途徑，可以減少注漿作業(yè)時對柴油/汽油的依賴，從而增強(qiáng)了注漿作業(yè)過程中由于某些突發(fā)事件(柴油/汽油用完或發(fā)電機(jī)故障等)導(dǎo)致的注漿作業(yè)中斷造成的損失，同時降低了對柴油/汽油等化石燃料的消耗，從而可降低注漿作業(yè)的綜合成本，減少環(huán)境污染和生態(tài)破壞，還能起到節(jié)能減排的作用。

攪拌系統(tǒng)采用混合動力，當(dāng)注漿施工現(xiàn)場無法接入市政用電，且柴油/汽油發(fā)電機(jī)也出現(xiàn)故障無法正常工作時，為使攪漿作業(yè)不會被突然中斷，可由太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的途徑供電，從而保障在緊急情況下的注漿作業(yè)不被中斷，進(jìn)而減少或避免由此帶來的損失。此外，視天氣情況，由太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的電能，也可直接作為攪漿作業(yè)時的電能來源，從而分擔(dān)了對市政用電和柴油/汽油發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能的消耗，使得攪漿作業(yè)時的電能來源多樣化，且更加地環(huán)保、靈活方便。

本仿生攪拌系統(tǒng)通過設(shè)置的控制模塊、水泵、多個電磁閥和流量傳感器的相互配合，能夠根據(jù)輸入的地質(zhì)條件、水文和水溫條件等資料數(shù)據(jù)，得到適用于當(dāng)前注漿作業(yè)現(xiàn)場的漿液配方，并通過計算得到的漿材用量，自動控制水泥粉末(灰)、清水和外加助劑溶液的加入量和加入順序，從而達(dá)到對不同類型注漿用漿液的自動配制。

附圖說明

圖1為注漿用仿生攪拌機(jī)一個實(shí)施例的立體圖。

圖2為注漿用仿生攪拌機(jī)的俯視圖。

圖3為注漿用仿生攪拌機(jī)下半段的剖開后的俯視圖。

圖4為注漿用仿生攪拌機(jī)去除支撐架和動力部后一個視角的立體圖。

圖5為注漿用仿生攪拌機(jī)去除支撐架和動力部后另一個視角的立體圖。

圖6為注漿用仿生攪拌機(jī)的攪拌桶的俯視圖。

圖7為攪拌桶底面斜面剖開后的俯視圖。

圖8為注漿用仿生攪拌機(jī)的攪拌桶的剖視圖。

圖9為支撐架的橫向支撐板的立體圖。

圖10為支撐架的豎向支撐板的立體圖。

圖11為上層攪拌槳葉/下層攪拌槳葉的軸測圖。

圖12為上層攪拌槳葉/下層攪拌槳葉的左視圖。

圖13為上層攪拌槳葉/下層攪拌槳葉的側(cè)視圖。

圖14為動力部、攪拌軸、上層連接翼板、下層連接翼板(上層連接翼板和下層連接翼板與攪拌軸垂直)和安裝殼組裝在一起后的立體圖。

圖15為圖14的剖視圖。

圖16為動力部、攪拌軸、上層連接翼板、下層連接翼板、攪拌槳(攪拌槳與攪拌軸垂直)和安裝殼組裝在一起后的立體圖。

圖17為圖16的俯視圖。

圖18為動力部、攪拌軸、上層連接翼板、下層連接翼板(上層連接翼板和下層連接翼板傾斜設(shè)置在攪拌軸上)和安裝殼組裝在一起后的立體圖。

圖19為圖18的仰視圖。

圖20為動力部、攪拌軸、上層連接翼板、下層連接翼板、攪拌槳(攪拌槳傾斜設(shè)置在攪拌軸上)和安裝殼組裝在一起后的立體圖。

圖21為圖20的俯視圖。

圖22為混合動力仿生攪拌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1、攪拌桶；11、進(jìn)料斗；111、環(huán)形頂面；112、頂面孔；12、進(jìn)水管；13、出漿管；14、電磁閥；15、把手；16、環(huán)形凸緣；161、螺紋孔；162、螺柱；163、調(diào)節(jié)螺母；164、萬向輪；17、斜面；18、仿生非光滑單元；2、橫向支撐板；21、橫撐安裝孔??；22、橫撐安裝孔ⅱ；3、豎向支撐板；31、豎撐安裝孔??；32、豎撐安裝孔ⅱ；

4、伺服電機(jī)；5、減速器；6、安裝殼；61、殼體安裝孔；71、安裝螺釘；72、安裝螺母；81、上層攪拌槳葉；82、下層攪拌槳葉；83、槳葉安裝孔；84、槳葉安裝螺釘；85、槳葉安裝螺母；911、上部聯(lián)軸器；912、下部聯(lián)軸器；92、軸承；93、攪拌軸；941、上層連接翼板；942、下層連接翼板；01、水泵；02、水箱；03、配電箱；04、柴油/汽油發(fā)電機(jī)；05、太陽能發(fā)電裝置；06、風(fēng)力發(fā)電裝置。

具體實(shí)施方式

下面對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實(shí)施方式的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。

如圖1至圖6所示，該注漿用仿生攪拌機(jī)包括具有進(jìn)料口和出漿管13的攪拌桶1，攪拌桶1的底面為一斜度朝向出漿管13的斜面17，此處攪拌桶1的底面的傾斜角度為5°～35°，使得處于攪拌桶1空腔內(nèi)的漿液有流向出漿管13的趨勢，有利于攪拌制漿結(jié)束后的順利排漿。

攪拌桶1上的進(jìn)料口主要用于制漿時向攪拌桶1內(nèi)加水、灰(水泥粉末)或其它材料，在實(shí)施時，本方案優(yōu)選進(jìn)料口由進(jìn)水管12和進(jìn)料斗11組成；進(jìn)水管12距離攪拌桶1頂面的垂直距離為5cm～70cm；進(jìn)料斗11為呈向攪拌桶1外凸出的倒三角扇形腔，且進(jìn)料斗11的底面為一斜度朝向攪拌桶1中心的斜面；進(jìn)料斗11與攪拌桶1內(nèi)部空間相通邊緣距離攪拌桶1頂面的高度為h＝10cm～80cm。

如圖4所示，進(jìn)料斗11的底面設(shè)置成斜面，其大體作用與攪拌桶1的底面斜面17的作用相類似，此處就不再贅述。

攪拌桶1是一頂部為開端、內(nèi)部具有空腔的圓筒狀結(jié)構(gòu)，攪拌桶1的主要作用是提供攪拌制漿的空間場所。采用本方案的攪拌桶1進(jìn)行攪拌制漿時，攪拌桶1內(nèi)的液面高度應(yīng)低于進(jìn)料斗11與攪拌桶1內(nèi)部空間相通的一側(cè)邊緣。

如圖1、圖3、圖4和圖5所示，其中的進(jìn)水管12沿攪拌桶1的切線方向布置，這樣流入進(jìn)水管12的水將沿著攪拌桶1內(nèi)壁面的切線方向進(jìn)入，在慣性的作用下，水流將以螺旋狀貼著攪拌桶1內(nèi)壁面向下運(yùn)動。

如圖11至圖20所示，攪拌桶1的上端通過支撐架固定安裝有一動力部，動力部的動力輸出端與置于攪拌桶1內(nèi)的攪拌軸93連接，攪拌軸93上垂直或傾斜地設(shè)置有若干攪拌槳；當(dāng)攪拌槳傾斜設(shè)置于攪拌軸93上時，攪拌槳的傾斜方向與攪拌軸93的回轉(zhuǎn)方向相反。

如圖4、圖6、圖7、圖8、圖11至圖13及圖16、圖17、圖20和圖21所示，攪拌桶1的內(nèi)表面、進(jìn)料口內(nèi)表面、出漿管13內(nèi)表面和攪拌槳上均設(shè)置有若干仿生非光滑單元18，由于進(jìn)料口由進(jìn)水管和進(jìn)料斗組成，所以在進(jìn)料斗11和進(jìn)水管12的內(nèi)表面均設(shè)置有仿生非光滑單元18，其中進(jìn)料斗11的內(nèi)表面為其底面加三個側(cè)壁。

攪拌桶1、進(jìn)料口和出漿管13所在處仿生非光滑單元18與其接觸面表面積均為所在部件內(nèi)表面表面積的20％～50％，即攪拌桶1上的仿生非光滑單元18與攪拌桶1接觸面表面積為攪拌桶1的內(nèi)表面表面積的20％～50％；進(jìn)料斗11上的仿生非光滑單元18與進(jìn)料斗11接觸面表面積為進(jìn)料斗11的內(nèi)表面表面積的20％～50％。

進(jìn)水管12上的仿生非光滑單元18與進(jìn)水管12接觸面表面積為進(jìn)水管12的內(nèi)表面表面積的20％～50％；出漿管13上的仿生非光滑單元18與出漿管13接觸面表面積為出漿管13的內(nèi)表面表面積的20％～50％；其中，攪拌槳上所有仿生非光滑單元18與攪拌槳接觸面表面積為攪拌槳的所有表面表面積的20％～60％。

在實(shí)施時，本方案攪拌桶1和攪拌槳上的仿生非光滑單元18可以是先獨(dú)立加工出來后，通過焊接等方式固定在攪拌桶1的內(nèi)壁表面和攪拌槳外表面上，其也可以是在攪拌桶1的內(nèi)壁表面和攪拌槳外表面通過機(jī)械加工、激光加工或化學(xué)刻蝕等手段除去一部分形成凹槽，之后由相鄰凹槽之間形成的棱紋構(gòu)成仿生非光滑單元18；仿生非光滑單元18還可以是通過3d打印、粉末冶金等一體成型。

進(jìn)料口和出漿管13上的仿生非光滑單元18可以采用攪拌桶1和攪拌槳上的仿生非光滑單元18類似的方式進(jìn)行加工。

再次參考圖1至圖4、圖6、圖7、圖8、圖11至圖13及圖16、圖17、圖20和圖21，攪拌桶1的內(nèi)表面和攪拌槳上的仿生非光滑單元18為棱紋型凸起，仿生非光滑單元18的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有寬度或直徑a、中心距b和高度(也可以叫仿生非光滑單元18的深度)c，棱紋的排布方式一般為均勻布設(shè)，也可采用放射狀、同心圓狀或其它適宜的排布方式。

實(shí)施時，仿生非光滑單元18除了可以設(shè)置為棱紋型以外，還可以設(shè)為凹坑型、凸包型、耦合型等多種型式，它們的截面形狀除了矩形外，還可以設(shè)為半圓形、圓形、半球形、梯形、三角形、菱形等多種形式。

當(dāng)棱紋型凸起的截面形狀為矩形時，仿生非光滑單元18的高度(深度)c為寬度a的0.5～1倍；當(dāng)棱紋型凸起的截面形狀為半圓形時，仿生非光滑單元18的高度(深度)c為寬度(直徑)a的0.5～1倍；當(dāng)棱紋型凸起的截面形狀為梯形時，仿生非光滑單元18的高度(深度)c為底邊寬度a的0.5～1倍；

當(dāng)棱紋型凸起的截面形狀為三角形時，仿生非光滑單元18的高度(深度)c為底邊寬度a的0.5～1倍；當(dāng)棱紋型凸起的截面形狀為波浪形時，仿生非光滑單元18的高度(深度)c為寬度(直徑)a的0.5～1倍；當(dāng)棱紋型凸起的截面形狀為v字形時，仿生非光滑單元18的高度(深度)c為寬度a的0.5～1倍。

相鄰兩個仿生非光滑單元18之間的中心距b為仿生非光滑單元18寬度的1～3倍。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，設(shè)置于進(jìn)水管12和出漿管13的內(nèi)壁表面上的仿生非光滑單元18為環(huán)槽，環(huán)槽型仿生非光滑單元18的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括：環(huán)槽寬度、環(huán)槽深度、相鄰環(huán)槽的中心距(或環(huán)槽個數(shù))以及環(huán)槽的設(shè)置方向；環(huán)槽的深度為其寬度的0.2～1.5倍，相鄰環(huán)槽的中心距為其寬度的1～10倍，環(huán)槽的設(shè)置方向?yàn)榇怪庇谶M(jìn)水管12和出漿管13的內(nèi)壁表面。

在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，進(jìn)料斗內(nèi)表面的仿生非光滑單元為凸包，當(dāng)凸包的截面形狀為半球形時，仿生非光滑單元的高度為其直徑的0.5～1倍；當(dāng)凸包的截面形狀為矩形時，仿生非光滑單元的高度為其寬度的0.5～1倍；當(dāng)凸包的截面形狀為梯形時，仿生非光滑單元的高度為其底邊寬度的0.5～1倍；當(dāng)凸包的截面形狀為三角形時，仿生非光滑單元的高度為其底邊寬度的0.5～1倍；進(jìn)料斗內(nèi)表面上相鄰兩個仿生非光滑單元之間的中心距為其直徑或?qū)挾鹊?～3倍。

為了進(jìn)一步增強(qiáng)進(jìn)料斗11內(nèi)表面，進(jìn)水管12內(nèi)壁表面和出漿管13內(nèi)壁表面的疏水性能，以提高其防粘、脫附性能，還可將其內(nèi)表面的材質(zhì)設(shè)為疏水材料，或在其內(nèi)表面增設(shè)一層由疏水材料制成的疏水層。

如圖4和圖8所示，位于攪拌桶1內(nèi)表面上的棱紋型仿生非光滑單元18的排布方式呈圓周陣列，且每個仿生非光滑單元18的長度由攪拌桶1頂面延伸至其底面斜面17的頂端。

如圖2、圖3、圖6和圖7所示，均布于攪拌桶1底面斜面17上的棱紋型仿生非光滑單元18的排布方式呈線性陣列，且每個仿生非光滑單元18的長度略小于攪拌桶1的內(nèi)徑，以不干涉布設(shè)于攪拌桶1內(nèi)表面上的仿生非光滑單元18為宜。

如圖1所示，實(shí)施攪拌制漿時，在攪拌桶1的頂部設(shè)置有向外延伸的環(huán)形頂面111，攪拌桶1的頂面與進(jìn)料斗11的頂面平齊，環(huán)形頂面111為具有一定厚度且凸出攪拌桶1側(cè)壁面的結(jié)構(gòu)，在環(huán)形頂面111的兩側(cè)對稱設(shè)有四個用于固定支撐架的頂面孔112。

如圖1、圖2、圖9和圖10所示，其中的支撐架由兩塊橫向支撐板2和兩塊豎向支撐板3組成，橫向支撐板2為具有一定厚度的長條板狀結(jié)構(gòu)，其主要作用是支撐固定連接于其上的豎向支撐板3和動力部。

在橫向支撐板2上對稱設(shè)有兩個用于將其安裝于環(huán)形頂面111上的橫撐安裝孔ⅰ21和兩個用于安裝豎向支撐板3的橫撐安裝孔ⅱ22。兩個橫向支撐板2對稱設(shè)置于環(huán)形頂面111上，兩個橫撐安裝孔ⅰ21的位置分別與位于同側(cè)的頂面孔112對應(yīng)，并由安裝螺釘71和安裝螺母72將兩個橫向支撐板2與環(huán)形頂面111固定連接。

豎向支撐板3為具有一定厚度的短條板狀結(jié)構(gòu)，其主要作用是支撐固定連接于其上的動力部、攪拌軸93和攪拌槳。在豎向支撐板3上對稱設(shè)有兩個用于固定連接橫向支撐板2的豎撐安裝孔ⅰ31和一個用于固定連接安裝殼6的豎撐安裝孔ⅱ32。

如圖14至圖21所示，在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，攪拌槳包括通過上層連接翼板941固定安裝在攪拌軸93中上部的上層攪拌槳葉81和通過下層連接翼板942固定安裝在攪拌軸93中下部的下層攪拌槳葉82；每片上層攪拌槳葉81和每片下層攪拌槳葉82均交錯設(shè)置(如圖16至圖20所示)，且上層攪拌槳葉81和下層攪拌槳葉82均等間距地分布在攪拌軸93的圓周面上。

更進(jìn)一步地說，在攪拌軸93的中上部和中下部分別設(shè)有三個互成120°角的上層連接翼板941和三個互成120°角的下層連接翼板942，且上層連接翼板941與下層連接翼板942交錯布置。

在每個上層連接翼板941和下層連接翼板942上，均對稱設(shè)有兩個槳葉安裝孔83；上層連接翼板941與下層連接翼板942的間距宜為10cm～120cm，視攪拌桶1的內(nèi)部空間和漿液攪拌效果綜合確定；上層連接翼板941和下層連接翼板942可垂(豎)直或傾斜設(shè)置在攪拌軸93上，當(dāng)上層連接翼板941和下層連接翼板942以傾斜方式設(shè)置時，上層連接翼板941和下層連接翼板942的傾斜方向宜與攪拌軸93的回轉(zhuǎn)方向相反(即上層連接翼板941和下層連接翼板942的頂面法線方向與攪拌軸93的回轉(zhuǎn)方向一致)，上層連接翼板941和下層連接翼板942的傾斜角度宜為10°～60°。

上層攪拌槳葉81和下層攪拌槳葉82的主要作用是作為攪拌制漿的最終執(zhí)行元件；如圖14、圖15和圖18所示，在上層攪拌槳葉81和下層攪拌槳葉82上，也對稱設(shè)有兩個槳葉安裝孔83；如圖16和圖19所示，三個上層攪拌槳葉81和三個下層攪拌槳葉82分別由槳葉安裝螺釘84和槳葉安裝螺母85固定安裝在對應(yīng)的上層連接翼板941和下層連接翼板942上。

此處需要說明的是：上層連接翼板941、下層連接翼板942、上層攪拌槳葉81和下層攪拌槳葉82的結(jié)構(gòu)，不限于本發(fā)明附圖示出來的結(jié)構(gòu)，其也可根據(jù)攪拌制漿時的實(shí)際情況，靈活選擇其它適宜的結(jié)構(gòu)。

如圖11至圖13所示，攪拌槳上的棱紋型仿生非光滑單元18包括在上層攪拌槳葉81和下層攪拌槳葉82的前后兩面上沿水平方向均勻布設(shè)有長度為l1的棱紋型仿生非光滑單元18，l1為槳葉(上層攪拌槳葉81或下層攪拌槳葉82)全長減去槳葉安裝螺釘84和槳葉安裝螺母85的位置(即槳葉全長減去槳葉安裝螺母85的寬度)。

在上層攪拌槳葉81和下層攪拌槳葉82的左端面上沿垂直方向均勻布設(shè)有長度為l2的棱紋型仿生非光滑單元18，l2為槳葉的左端面寬度；在槳葉的上下兩面上(包括上層攪拌槳葉和下層攪拌槳葉)沿水平方向均勻布設(shè)有長度為l3的棱紋型仿生非光滑單元18，l3為槳葉的全長。

如圖1所示，在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，攪拌桶1的外側(cè)桶壁上至少設(shè)置有兩個便于搬運(yùn)的把手15。當(dāng)攪拌機(jī)的整體重量較小時，把手15可以設(shè)置成兩個，把手15采用對稱的方式安裝在攪拌桶1的桶壁上；當(dāng)攪拌機(jī)的重量較大時，把手15可以設(shè)置為多個，此時把手15可以采用等間距的方式安裝在攪拌桶1的桶壁上。

為操作方便，把手15的設(shè)置位置應(yīng)避開進(jìn)水管12和進(jìn)料斗11所處的位置；把手15的高度以適宜成年人身高且便于搬遷轉(zhuǎn)移等操作為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)置。

出漿管13設(shè)置在靠近攪拌桶1底部的位置，在出漿管13上設(shè)有用于控制出漿液流量大小的電磁閥14；出漿管13的一端與輸漿管路相連，另一端與攪拌桶1的內(nèi)腔底部相通。

如圖1、圖4和圖5所示，在實(shí)施時，本方案優(yōu)選攪拌桶1底面的下表面上均布有至少三個萬向輪164。當(dāng)需要搬遷/轉(zhuǎn)移攪拌機(jī)時，可以將萬向輪164置于解鎖狀態(tài)，此時只需推動把手即可輕松實(shí)現(xiàn)搬遷/轉(zhuǎn)移，待搬遷到位后，若場地路面較為平整，則只需鎖定萬向輪164即可。

在攪拌桶1的底部設(shè)置有向外延伸、具有一定厚度的環(huán)形凸緣16，環(huán)形凸緣16上等間距地開設(shè)有至少三個螺紋孔161(優(yōu)選等間距地設(shè)置有四個螺紋孔161)，螺紋孔161內(nèi)安裝有用于支撐攪拌桶1的螺柱162。

螺柱162從下至上分別插入螺紋孔161中，并在螺紋孔161中的頂面分別將調(diào)節(jié)螺母163旋入螺柱162中至適當(dāng)位置(當(dāng)調(diào)節(jié)螺母163置于環(huán)形凸緣16的頂面上時，對應(yīng)的螺柱162的底面應(yīng)高于地面，以至于不影響萬向輪164的正常工作)。若攪拌機(jī)所處的場地路面不平整，則需根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況靈活調(diào)節(jié)螺柱162的位置即可使攪拌桶1放置平穩(wěn)。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，動力部包括連接在一起的伺服電機(jī)4和減速器5，減速器5的輸出端通過聯(lián)軸器總成與攪拌軸93連接。其中的伺服電機(jī)4和減速器5也可以采用目前市面上的將兩者集成在一起做成的動力裝置。

如圖14、圖15、圖16、圖18和圖20所示，注漿用仿生攪拌機(jī)還包括固定安裝于支撐架上的安裝殼6，聯(lián)軸器總成包括上部聯(lián)軸器911、下部聯(lián)軸器912和軸承92，其中上部聯(lián)軸器911和軸承92位于安裝殼6內(nèi)，減速器5固定安裝在安裝殼6的頂部。

其中，安裝殼6的主要作用是支撐置于其上部的伺服電機(jī)4和減速器5，以及保護(hù)置于其內(nèi)腔的上部聯(lián)軸器911和軸承92不被外界環(huán)境和加入的水泥粉末污染；安裝殼6為具有內(nèi)部空腔的“草帽”狀結(jié)構(gòu)，在安裝殼6上對稱設(shè)有兩個用于與豎撐安裝孔ⅱ32固定連接的殼體安裝孔61。

如圖22所示，本申請?zhí)峁┑牧硪粋€技術(shù)方案混合動力仿生攪拌系統(tǒng)包括控制模塊、供水模塊和注漿用仿生攪拌機(jī)，注漿用仿生攪拌機(jī)的進(jìn)料斗正上方設(shè)置有自動加灰系統(tǒng)，供水模塊包括若干水箱02(一個水箱02用于盛裝清水，其它水箱02用于盛裝外加助劑溶液)，每個水箱02均通過一根進(jìn)水管道與水泵01的進(jìn)水端連接，出漿管13和每根進(jìn)水管道上均設(shè)置有一電磁閥。

水泵01的出水端通過出水管與注漿用仿生攪拌機(jī)的進(jìn)水管連接，出水管鄰近進(jìn)水管的端部設(shè)置有一流量傳感器；動力部、自動加灰系統(tǒng)、流量傳感器和所有的電磁閥均與控制模塊連接；供電模塊包括與動力部連接的配電箱03及分別與配電箱03電連接的市政用電、柴油/汽油發(fā)電機(jī)04、太陽能發(fā)電裝置05和風(fēng)力發(fā)電裝置06。

本仿生攪拌系統(tǒng)通過設(shè)置的控制模塊、水泵01、多個電磁閥和流量傳感器的相互配合能夠根據(jù)輸入的地質(zhì)條件、水文和水溫條件等資料數(shù)據(jù)，得到適用于當(dāng)前注漿作業(yè)現(xiàn)場的漿液配方，并通過計算得到的漿材用量，自動控制水泥粉末(灰)、清水和外加助劑溶液的加入量和加入順序，從而達(dá)到對不同類型注漿用漿液的自動配制。

考慮到當(dāng)清水和外加助劑溶液流過流量傳感器后，還需流經(jīng)一段剩余管路后才進(jìn)入攪拌桶1內(nèi)部，因而這段剩余管路中的少許清水和外加助劑溶液即為流量傳感器檢測數(shù)值的誤差，為了盡量減少該誤差，流量傳感器在設(shè)置時，應(yīng)無限靠近進(jìn)水管，這樣設(shè)置后確保了流量傳感器的采集精度。

其中的控制模塊為操控元件，支持外部數(shù)據(jù)導(dǎo)入和人工操作界面輸入功能，同時還應(yīng)具備人工智能自動分析的功能，控制模塊用于控制自動加灰系統(tǒng)、n+1個電磁閥和水泵01的工作狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)添加水泥粉末(灰)、清水和外加助劑溶液的自動化和定量化；其中的自動加灰系統(tǒng)為向攪拌桶1內(nèi)自動定量添加水泥粉末(灰)的設(shè)備。

在實(shí)施時，優(yōu)選自動加灰系統(tǒng)包括與控制模塊連接的電動機(jī)和安裝于儲料槽內(nèi)的螺旋桿，螺旋桿的一端與電動機(jī)連接，螺旋桿的自由端處設(shè)置有一與控制模塊連接、用于采集螺旋桿旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的編碼器；其中，儲料槽的輸出口位于進(jìn)料斗的正上方。

螺旋桿的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)和螺旋桿每旋轉(zhuǎn)一圈所傳輸物料的量可以達(dá)到物料計量的目的；通過電動機(jī)、控制模塊、編碼器和螺旋桿的相互配合而達(dá)到自動加灰的目的。

另外，本方案的自動加灰系統(tǒng)也可以采用與控制模塊連接的稱重傳感器取代編碼器，不過此時還需要引入安裝稱重傳感器的儲料桶，儲料桶的出口與儲料槽連通。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，在攪拌軸上分別設(shè)置一個扭力傳感器和一個轉(zhuǎn)速傳感器，當(dāng)扭力傳感器檢測到的攪拌軸扭矩值突然增大，且轉(zhuǎn)速傳感器檢測到的攪拌軸轉(zhuǎn)速突然降低，則可判斷為漿液的粘度突變(變稠)，此時則由控制模塊自動調(diào)控伺服電機(jī)4輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速，增大其輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速；反之，當(dāng)扭力傳感器檢測到的攪拌軸扭矩值突然降低，且轉(zhuǎn)速傳感器檢測到的攪拌軸轉(zhuǎn)速突然升高，則可判斷為漿液的粘度變稀，此時則由控制模塊自動調(diào)控伺服電機(jī)4輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速，減小其輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速?？傊?，當(dāng)漿液粘度發(fā)生變化時，則由控制模塊自動調(diào)控伺服電機(jī)4輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速，以滿足對不同粘度的漿液的動態(tài)攪拌需求。

本申請?zhí)峁┑牧硪粋€技術(shù)方案為混合動力仿生攪拌系統(tǒng)的制漿方法，其包括以下步驟：

接收當(dāng)前注漿作業(yè)現(xiàn)場至少包括地質(zhì)條件、水文和水溫條件的資料數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述資料數(shù)據(jù)，獲取適用于當(dāng)前注漿作業(yè)現(xiàn)場的漿液配方；

根據(jù)所述漿液配方和攪拌桶1的實(shí)際容積，計算單次攪拌制漿所需的漿材用量，所述漿材包括水泥粉末和清水，若當(dāng)前注漿作業(yè)現(xiàn)場需要外加助劑溶液時，所述漿材還應(yīng)至少包括一種外加助劑溶液；

采用自動加灰系統(tǒng)向進(jìn)料斗11中加入計算量的水泥粉末；

開啟盛裝清水的水箱處進(jìn)水管道上的電磁閥，清水沿著攪拌桶內(nèi)壁面的切線方向進(jìn)入攪拌桶1內(nèi)，直至流量傳感器采集到清水添加量達(dá)到計算量；

當(dāng)清水添加完成后，開啟動力部帶動攪拌槳對攪拌桶1內(nèi)的漿液進(jìn)行攪拌，同時判斷是否需要添加外加助劑溶液：

若不需添加外加助劑溶液，則待漿液的攪拌時間達(dá)到設(shè)定時間，開啟出漿管13上的電磁閥出漿，當(dāng)出漿完成后，關(guān)閉動力部；

若需要添加外加助劑溶液，則根據(jù)外加助劑溶液的設(shè)定加入順序，開啟盛裝相應(yīng)外加助劑溶液水箱02處進(jìn)水管道上的電磁閥，直至流量傳感器采集到相應(yīng)外加助劑溶液添加量達(dá)到計算量；當(dāng)所有外加助劑溶液添加完成，且對漿液的攪拌時間已達(dá)到設(shè)定時間，則開啟出漿管13上的電磁閥出漿，當(dāng)出漿完成后，關(guān)閉動力部。

當(dāng)采用本仿生攪拌系統(tǒng)進(jìn)行普通水泥漿液(漿材只由水泥和清水組成)的攪拌時，不需要考慮與外加助劑溶液相關(guān)的步驟。

使用本發(fā)明實(shí)施注漿施工中的攪拌制漿作業(yè)時，首先將在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)由多組漿液配比測試實(shí)驗(yàn)得出的漿液配方數(shù)據(jù)導(dǎo)入控制模塊，再由注漿作業(yè)人員將注漿作業(yè)現(xiàn)場的有關(guān)數(shù)據(jù)資料(包括：地質(zhì)條件、水文和水溫條件等)通過操作界面輸入控制模塊，經(jīng)控制模塊內(nèi)置的人工智能計算程序自動分析后，得出適宜于該注漿作業(yè)現(xiàn)場使用的漿液配方，經(jīng)注漿作業(yè)人員確認(rèn)后，即可根據(jù)該優(yōu)選的漿液配方以攪拌桶1內(nèi)的實(shí)際容積為基準(zhǔn)自動換算得出單次攪拌制漿所需的各個漿材用量，再由控制模塊自動控制有關(guān)設(shè)備進(jìn)行自動且定量的向攪拌桶1內(nèi)加入單次攪拌制漿所需的漿材。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的混合動力仿生攪拌系統(tǒng)配制普通水泥漿液為例的實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行詳細(xì)說明：

以配制普通水泥漿液為例，對本發(fā)明的仿生攪拌系統(tǒng)的制漿進(jìn)行敘述：

由于配制普通水泥漿液的漿材僅為水泥粉末(灰)和清水兩種，因而只需設(shè)置一個水泵01、一個水箱02或水池、兩個具備自動控制功能的電磁閥和一個流量傳感器即可。

首先，向水箱02或水池中蓄足攪拌制漿所需的清水，將在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)由多組普通水泥漿液配比測試實(shí)驗(yàn)得出的普通水泥漿液配方數(shù)據(jù)導(dǎo)入控制模塊，再由注漿作業(yè)人員將與注漿施工現(xiàn)場有關(guān)的數(shù)據(jù)資料(包括：地質(zhì)條件、水文和水溫條件等)通過操作界面輸入控制模塊，經(jīng)控制模塊內(nèi)置的人工智能計算程序自動分析后，得出適宜于該注漿施工現(xiàn)場使用的普通水泥漿液的配方，經(jīng)注漿作業(yè)人員確認(rèn)后，即可根據(jù)該優(yōu)選的漿液配方以攪拌桶1內(nèi)的實(shí)際容積為基準(zhǔn)自動換算得出單次攪拌制漿所需的各個漿材用量，再由控制模塊自動控制有關(guān)設(shè)備進(jìn)行自動且定量的向攪拌桶1內(nèi)加入水泥粉末(灰)和清水。

具體過程為：由控制模塊自動控制自動加灰系統(tǒng)向攪拌桶1內(nèi)定量加入單次攪拌制漿所需的水泥粉末量(灰量)，同步地，由控制模塊自動控制電磁閥和水泵01開啟，此時處于水箱02或水池中的清水將沿著進(jìn)水管道在水泵01的抽吸泵送下，流經(jīng)進(jìn)水管12，并沿著攪拌桶1內(nèi)壁的切線方向進(jìn)入攪拌桶1內(nèi)部，在此過程中，由于加入的清水的旋流作用，可對攪拌桶1的內(nèi)壁面進(jìn)行沖刷，有助于將加灰過程中粘附在攪拌桶1內(nèi)壁面上的灰沖刷掉，同時也有助于灰的充分溶解，在一定程度上，有助于提高水泥漿液的攪拌效率和攪拌質(zhì)量。

同時，在此過程中，流入攪拌桶1內(nèi)的清水的流量大小，由流量傳感器實(shí)時檢測并統(tǒng)計，同時將該流量數(shù)據(jù)實(shí)時傳回控制模塊；當(dāng)加入攪拌桶1內(nèi)的水泥粉末量(灰量)和清水量達(dá)到單次攪拌制漿所需的漿材用量時，控制模塊將立即自動控制關(guān)閉自動加灰系統(tǒng)、水泵01和電磁閥，停止向攪拌桶1內(nèi)加入水泥粉末(灰)和清水。

啟動伺服電機(jī)4(也可在向攪拌桶1內(nèi)加入漿材過程中啟動，具體情況可視注漿現(xiàn)場的實(shí)際情況靈活掌握)，由伺服電機(jī)4輸出軸提供的動力經(jīng)過減速器5變速輸出后，再經(jīng)由上部聯(lián)軸器911、軸承92、下部聯(lián)軸器912組成的聯(lián)軸器總成傳輸至攪拌軸93；隨著攪拌軸93的轉(zhuǎn)動，將帶動上層連接翼板941、下層連接翼板942、上層攪拌槳葉81、下層攪拌槳葉82同步轉(zhuǎn)動，即可實(shí)現(xiàn)對攪拌桶1內(nèi)的水和灰的攪拌制漿作業(yè)。

待攪拌一定時間至漿液混合均勻后，關(guān)閉伺服電機(jī)4，打開電磁閥14，使攪拌桶1內(nèi)制好的水泥漿液由出漿管13排出至儲漿罐(池)中，供注漿泵抽吸注漿使用；需要指出的是，在儲漿罐(池)中最好再配制至少一個低速回轉(zhuǎn)的攪拌槳葉以防儲漿罐(池)中的水泥漿凝結(jié)。如此循環(huán)往復(fù)，直至完成注漿所需全部水泥漿液的攪拌配制。

漿液攪拌配制完成后，應(yīng)及時對攪拌機(jī)及管路進(jìn)行清洗，以防粘附在上面的水泥漿凝結(jié)硬化后造成結(jié)塊、堵塞管路等不良影響。清洗時，可向水箱02或水池中蓄一定量的清水，啟動水泵01，將水箱02或水池中的清水由進(jìn)水管12泵送至攪拌桶1內(nèi)，在水流的旋流作用下，可對粘附在攪拌桶1內(nèi)的水泥漿液進(jìn)行沖洗；沖洗之后的廢液，可由出漿管13排出至廢液存儲罐(池)中，最后再對廢液進(jìn)行集中處理，以滿足注漿施工過程中的環(huán)保要求。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的混合動力仿生攪拌系統(tǒng)配制sjp水泥漿液的方法進(jìn)行詳細(xì)說明：

類似地，以配制sjp水泥漿液為例，對本發(fā)明的攪拌制漿過程進(jìn)行敘述。

由于配制sjp水泥漿液的漿材為水泥粉末(灰)、清水和n種外加助劑，因而需要設(shè)置n+1個水箱02或水池、n+2個(清水+n種外加助劑+出漿管)具備自動控制功能的電磁閥。首先，向n+1個水箱02或水池中蓄足攪拌制漿所需的清水，在其中的n個水箱02或水池的清水中分別加入n種外加助劑粉末并配制成n種外加助劑溶液。

將在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)由多組sjp水泥漿液配比測試實(shí)驗(yàn)得出的sjp水泥漿液配方數(shù)據(jù)導(dǎo)入控制模塊，再由注漿作業(yè)人員將與注漿作業(yè)現(xiàn)場有關(guān)的數(shù)據(jù)資料(包括：地質(zhì)條件、水文和水溫條件等)通過操作界面輸入控制模塊，經(jīng)控制模塊內(nèi)置的人工智能計算程序自動分析后，得出適宜于該注漿施工現(xiàn)場使用的sjp水泥漿液的配方，經(jīng)注漿作業(yè)人員確認(rèn)后，即可根據(jù)該優(yōu)選的漿液配方以攪拌桶1內(nèi)的實(shí)際容積為基準(zhǔn)自動換算得出單次攪拌制漿所需的各個漿材用量，再由控制模塊自動控制有關(guān)設(shè)備進(jìn)行自動且定量的向攪拌桶1內(nèi)加入水泥粉末(灰)和清水。

具體過程為：由控制模塊自動控制自動加灰系統(tǒng)向攪拌桶1內(nèi)定量加入單次攪拌制漿所需的水泥粉末量(灰量)，同步地，加入清水，待當(dāng)清水添加完成后，開啟動力部帶動攪拌槳對攪拌桶1內(nèi)的漿液進(jìn)行攪拌，同時按照sjp水泥漿液的配方以外加助劑溶液規(guī)定的先后添加順序，由控制模塊自動控制相應(yīng)進(jìn)水管道上電磁閥的開啟順序，依次加入n種外加助劑溶液，在此過程中，由于加入的清水和外加助劑溶液的旋流作用，可對攪拌桶1的內(nèi)壁面進(jìn)行沖刷，有助于將加灰過程中粘附在攪拌桶1內(nèi)壁面上的灰沖刷掉，同時也有助于灰的充分溶解，在一定程度上，有助于提高水泥漿液的攪拌效率和攪拌質(zhì)量。

當(dāng)稱重傳感器和流量傳感器采集的數(shù)據(jù)反映加入攪拌桶1內(nèi)的水泥粉末量(灰量)、清水和n種外加助劑溶液的量達(dá)到單次攪拌制漿所需的漿材用量時，控制模塊將立即自動控制關(guān)閉自動加灰系統(tǒng)和水泵01。

之后的其余步驟與普通水泥漿液的攪拌制備過程相同，因而不再贅述。

此外，還可進(jìn)一步優(yōu)化的是：由于sjp水泥漿液為粘度時變性漿液(即其粘度會隨著時間的變化而變化)，該漿液的可泵期和凝結(jié)時間可控，且具有粘度突變的特性。具體表現(xiàn)為：漿液初始粘度在較長時間段基本不變，之后粘度緩慢上升，接近漿液可泵期終點(diǎn)時，粘度突然快速上升，漿液很快失去流動性；因而需要攪拌機(jī)能夠在sjp水泥漿液粘度突變(變稠)后仍然能夠提供較好的漿液攪拌效果，而不致由于漿液粘度突變后使得攪拌槳被卡住，這就要求配置使用的伺服電機(jī)4和減速器最好具備自動調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速/扭矩的功能，能夠隨著sjp水泥漿液的粘度變化相應(yīng)調(diào)整其輸出的轉(zhuǎn)速/扭矩，以期最大程度地達(dá)到節(jié)能且滿足攪拌制漿需求的效果。

綜上所述，使用本發(fā)明進(jìn)行攪拌制漿作業(yè)，具有環(huán)保、低耗、制漿效率高且制得漿液的質(zhì)量好、靈活性和適應(yīng)性強(qiáng)，以及注漿作業(yè)綜合成本低等一系列顯著優(yōu)勢。