一种真空自吸固定式水下混凝土试件提取装置的制作方法

1.本发明涉及输水建筑物现场原位试验测试技术领域，具体涉及一种真空自吸固定式水下混凝土试件提取装置。


背景技术：

2.为了在有压输水建筑物中开展现场混凝土试验，解决试件投放量大、安装固定及吊取困难，以及试验成本高等系列问题，又能够确保输水结构安全运行及调水计划科学合理，通常仅使用简易钢框架投放笼，导致试件装配量少，牢固固定技术难度极大。
3.目前，对于有压输水建筑物现场混凝土试件投放主要使用简易制作钢框架投放笼，采用方钢焊接成框架，钢片扣紧试件，利用上述装置能够完成混凝土试件投放试验，但是采用上述装置存在着诸多问题，例如若采用此简易钢框架，不仅混凝土试件装配量少而且框架在湍急水流中难以保持稳定，具有一定重量的投放笼在水中撞击会对建筑物结构安全产生影响，同时破坏自身框架结构的坚固性；在投放笼提取过程中除了与建筑物结构之间的撞击，也很大程度上影响了输水建筑物内水流流态，导致取出后试件的表观状态达不到所要求的效果，并对各个提取周期下的试验结果带来干扰，从而影响试验的最终成果。
4.采用上述简易装置最大的问题是不能保证投放笼在水流冲击下的稳定，不能减弱对水流流态的影响，同时混凝土试件数量受限，对实验数据的数量及精确度有一定影响。


技术实现要素：

5.针对上述存在的问题，本发明提供了一种真空自吸固定式水下混凝土试件提取装置，提高了有压输水建筑物现场混凝土试件提取固定装置的稳定性、坚固性，也提升试验效率，保证试验数据信息量、精确度，并且能够定期提取试验所需混凝土试样，但又不影响有压输水建筑物调水计划，克服了在简易钢框架投放笼提取固定过程中，不能稳固装置而又大量的提取混凝土试件的缺点，同时该装置不会影响输水建筑物结构安全、调水计划等风险。
6.所述技术方案如下：
7.一种真空自吸固定式水下混凝土试件提取装置，包括试件装配笼，所述试件装配笼内通过设置多个横隔板，从上至下依次分隔为第一层、第二层、第三层和第四层，每层内放置多个混凝土试件块，所述试件装配笼的底部固定设置有底轮，所述试件装配笼的侧壁固定设置有防止试件装配笼倒向建筑物侧壁的侧壁导向轮，所述试件装配笼的底部通过竖直杆和“l”支撑杆连接有橡胶吸盘，所述“l”支撑杆上设置有可调节试件装配笼高度的自动伸缩锁止机构，所述橡胶吸盘的上部通过吸盘吸气管连接有利用水动力制造负压环境的吸气涡轮，所述吸气涡轮设置于试件装配笼的顶部。
8.优选地，所述第二层和第四层之间的两个隔板纵向的中心线处开设有两个通槽，所述通槽内竖向放置混凝土试件板，所述混凝土试件块和混凝土试件板的每个角均设置有将其固定的钢片扣件。
9.优选地，所述试件装配笼的侧壁倾斜设置有两根一号钢支撑，所述一号钢支撑的下端相接，且固定设置于试件装配笼的侧壁底部，所述试件装配笼的侧壁固定设置有一根二号钢支撑，所述二号钢支撑的两端分别与两根三号钢支撑焊接，所述侧壁导向轮转动设置于三号钢支撑和一号钢支撑相接处。
10.优选地，所述试件装配笼的底面设置有底板，所述底板的下端面固定设置有两组底钢撑，所述底钢撑和”l”支撑杆之间设置有转轴，所述底轮设置于转轴上。
11.优选地，所述”l”支撑杆的水平端与竖直杆一体成型连接，所述竖直杆的上端固定设置于所述底板的下端面，所述“l”型支撑杆的末端连接有吸盘金属垫，所述吸盘金属垫“l”支撑杆、竖直杆和试件装配笼的侧壁均开孔后设置有吸盘吸气管，所述吸盘吸气管在试件装配笼的顶层管壁内汇聚后，与试件装配笼顶端的气吸涡轮连接。
12.优选地，所述吸气涡轮由吸气口、排气口、涡轮叶片组成，所述排气口前设置有堵住吸气涡轮内表面圆孔的橡胶球。
13.优选地，所述自动伸缩锁止机构由锁止件、压杆、弹簧和锁止外壳组成，所述锁止外壳的外壁开设有轨道，所述弹簧设置于压杆的上部，所述压杆的外壁开设有与轨道配合的卡槽，所述压杆外壁还开设有上斜坡槽，所述锁止件的外壁开设有与上斜坡槽配合的下斜坡槽，所述压杆从锁止外壳的上部安装，且压杆外壁的卡槽与锁止外壳的轨道配合，所述锁止件从锁止外壳的下端安装，且锁止件的下斜坡槽与压杆的上斜坡槽配合，所述锁止件和压杆中均开设有通孔，所述“l”型支撑杆的竖杆部包括上杆和下杆，所述压杆的上端与上杆固定连接。
14.一种真空自吸固定式水下混凝土试件提取装置的使用方法，使用时，首先在每一层放置好混凝土试件块，在通槽内内放置混凝土试件板，通过钢片扣件固定，有压输水建筑物中存在一定的自然水流，带动涡轮叶片的旋转，水流由于惯性向外运动，离开涡轮叶片流向吸气涡轮的内表面，形成一个运动的水流圆环，即水环，因此水环、涡轮叶片和吸气涡轮之间形成若干容积不同的空腔，并且各空腔随着涡轮叶片的旋转其容积将发生周期性的变化，在涡轮叶片间空腔容积逐渐增大的过程中，与吸气口相通则可吸入空气；当空腔容积逐渐减小时，气体将压缩，涡轮叶片旋转到适当位置后，与排气口相通，则可排出气体，如此循环可完成抽送气体的作用，制造橡胶吸盘内部的负压环境，同时在外部水压力作用下使试件装配笼底部的橡胶吸盘紧紧吸附在地面上。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.在针对有压输水建筑物现场混凝土试件定期投放、提取试验的过程中，各试验阶段之间互不干扰，并通过考虑其设计尺寸及投放位置减弱了输水建筑物中水流流态的影响，不影响输水建筑物运行期调水、分配计划，保证试验周期完整性，同时该装置通过吸盘可稳固吸附在建筑物结构的斜坡面或是平面部位，不需要另外设置底轮行走的轨道来保持稳定，避免安装轨道对于混凝土结构的损坏，且使用机械起吊、水流带动吸气涡轮提供持续负压，进而控制吸附压力，确保试验人员自身安全及输水建筑物结构安全，装置也可多次循环利用。
附图说明
17.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实
施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
18.在附图中：
19.图1为本发明整体结构示意图；
20.图2为本发明a—a截面示意图；
21.图3为本发明b—b截面示意图；
22.图4为本发明c—c截面示意图；
23.图5为本发明钢片扣件示意图；
24.图6为本发明自动伸缩锁止机构的结构件示意图；
25.图7为本发明吸气涡轮示意图；
26.图8为本发明吸气涡轮排气口的示意图；
27.图9为本发明上杆和下杆的结构示意图；
28.其中：1.试件装配笼，2.一号钢支撑，3.侧壁导向轮，4.顶端起吊挂钩，5.前端牵引挂钩，6.混凝土试件块，7.底轮，8.钢片扣件， 9.橡胶吸盘，10.吸盘金属垫，11.吸盘吸气管，12.自动伸缩锁止机构，13.吸气涡轮，14.第一层，15.第三层，16.第四层，17.二号钢支撑，18.底钢撑，19.竖向支撑杆，1901.上杆，1902.下杆，20.底板，21.竖直杆，22.横隔板，23.混凝土试件板，24.第二层，25.涡轮叶片，26.三号钢支撑，27.锁止件，28.压杆，29.锁止外壳，30. 内部轨道，31.弹簧，32.吸气口，33.水环，34.橡胶球，35.排气口，36.卡槽，37.上斜坡槽，38.下斜坡槽，39.通孔。
具体实施方式
29.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。
30.实施例：
31.参照附图1-9，一种真空自吸固定式水下混凝土试件提取装置，包括试件装配笼1，所述试件装配笼1内水平焊接有多个横隔板22，将试件装配笼1的内腔从上至下依次分隔为第一层14、第二层24、第三层15和第四层16，每层内按顺序间隔放置多个混凝土试件块6，进而对混凝土试件块6进行试验。
32.所述试件装配笼1的底面设置有底板20，所述底板20的下端固定设置有两组底钢撑18和“l”支撑杆19，所述底钢撑18和“l”支撑杆19之间设置有转轴，所述底轮7设置于转轴上，所述底轮7 均配有防水承重轴承。
33.所述“l”支撑杆19的末端一体连接有竖直杆21，所述竖直杆 21的末端焊接有直径大于“l”型支撑杆19杆径的吸盘金属垫10，所述吸盘金属垫10、“l”支撑杆19、竖直杆21和试件装配笼1的侧壁均设置有吸盘吸气管11，所述吸盘吸气管11在试件装配笼1的顶层管壁内汇聚后，与试件装配笼1顶端的气吸涡轮13连接。
34.所述吸盘金属垫10的下表面粘接设置有橡胶吸盘9，所述橡胶吸盘9与“l”支撑杆19中的吸盘吸气管11贯通连接，进而可以实现吸附于地面的功能。
35.所述吸气涡轮13由吸气口32、排气口35、涡轮叶片25组成，所述吸气口32和排气口35设置于吸气涡轮13上，所述排气口35前设置有堵住吸气涡轮13内表面圆孔的橡胶球34，即辅助排气阀，每个橡胶球34都是位于一整片橡胶之上，橡胶片另一端是圆环形状，可套在
叶片的轴上，当涡轮叶片之间气体的压力达到排气压力之后，气体会在此处自动释放，可消除叶片运行过程中产生的过压缩和压缩不足现象，这两种现象均会引起能量损耗。
36.所述试件装配笼1的侧壁倾斜设置有两根一号钢支撑2，所述一号钢支撑2的下端相接，且焊接于试件装配笼1的侧壁底部中心处，其上端倾斜向外设置，所述试件装配笼1的侧壁水平焊接设置有一根二号钢支撑17，所述二号钢支撑17的两端分别与两根三号钢支撑26 焊接，所述三号钢支撑26的另一端与一号钢支撑2焊接固定，进而形成三角的支撑架，所述侧壁导向轮3转动设置于二号钢支撑17和一号钢支撑2相接处。
37.进一步的，所述第二层24和第四层16之间的两个隔板纵向的中心线处开设有两个通槽，所述通槽内竖向放置混凝土试件板23，所述混凝土试件块6和混凝土试件板23的每个角均设置有将其固定的钢片扣件8。
38.进一步的，所述试件装配笼1的上端面中心位置设置有起吊挂钩 4，所述试件装配笼1的右侧壁中心位置设置有牵引挂钩5。试件装配笼1顶端起吊挂钩4栓绑钢丝绳，绳子另一端栓绑在建筑物外部起吊位置，且只有起吊期间才承受拉力，前端牵引挂钩5栓绑牵引钢丝绳。
39.所述自动伸缩锁止机构12由锁止件27、压杆28、弹簧31和锁止外壳29组成，所述锁止外壳29的外壁开设有轨道30，所述弹簧 31设置于压杆28的上部，所述压杆28的外壁开设有与轨道30配合的卡槽36，所述压杆28外壁还开设有上斜坡槽37，所述锁止件27 的外壁开设有与上斜坡槽37配合的下斜坡槽38，所述压杆28从锁止外壳29的上部安装，且压杆28外壁的卡槽36与锁止外壳29的轨道30配合，所述锁止件27从锁止外壳29的下端安装，且锁止件27 的下斜坡槽38与压杆28的上斜坡槽37配合，所述锁止件27和压杆 28中均开设有通孔39，所述“l”型支撑杆19的竖杆部包括上杆1901 和下杆1902，所述锁止件27可以在锁止外壳29的内部移动和旋转，所述压杆28的上端与上杆1901固定连接，所述锁止件27的下端与下杆1902上端为面面接触，非固定连接。
40.进一步的，所述吸盘吸气管11位于压杆28、锁止件27、下杆1902 以及橡胶吸盘9部分的结构为可以伸缩的波纹管，该波纹管的上部分固定设置于压杆28的内壁，其下部分固定设置于锁止件27、下杆1902 和橡胶吸盘9的内壁，可以承受一定的扭力。进而在自动伸缩锁止机构12压缩或者伸长时，可以相对应的发生压缩或者伸长。使用完后，下次使用则更换波纹管。
41.本发明的原理：
42.利用吸气涡轮13、吸盘吸气管11和橡胶吸盘9组成的负压系统，随着涡轮叶片25的旋转，水流由于惯性向外运动，离开涡轮叶片25 流向吸气涡轮13的内表面，形成一个运动的水流圆环，即水环，因此水环、涡轮叶片25和吸气涡轮13之间形成若干容积不同的空腔，并且各空腔随着涡轮叶片25的旋转其容积将发生周期性的变化，在涡轮叶片25间空腔容积逐渐增大的过程中，与吸气口32相通则可吸入空气；当空腔容积逐渐减小时，气体将压缩，涡轮叶片25旋转到适当位置后，与排气口35相通，则可排出气体，当涡轮叶片25之间气体的压力达到排气压力之后，气体会在此处自动释放，可消除涡轮叶片25运行过程中产生的过压缩和压缩不足现象，这两种现象均会引起能量损耗。如此循环可完成抽送气体的作用，制造吸盘内部的负压环境，同时在外部水压力作用下使试件装配笼1底部的橡胶吸盘9 紧紧吸附在地面上。
43.同时，通过对装配笼施加压力的方式可以控制吸盘的升降，首先将压杆28、锁止外壳29和锁止件27按照上、中、下的顺序依次连安装，组合为一个整体，压杆28在锁止外壳29的内部沿着轨道30 上下移动，锁止件27可在内部移动并随着按压而旋转，压杆28在下压后，再上升过程中，锁止件27受到压杆28末端弹簧31的弹力，沿着上斜坡槽37向右旋转，然后压杆28落入锁止件27下斜坡槽38 内，可实现伸出锁止；压杆28再次下压，随后上升的过程中，锁止件27再次向右旋转，然后压杆28落入锁止件27斜坡槽38内，压杆 28下压一次，即可完成伸出或缩回，并实现锁止。
44.本发明的使用流程：
45.使用时，将装有混凝土试件块6和混凝土试件板23的试件装配笼1，通过吊装钢丝绳将试件装配笼1整体下放到建筑物内部，此时吊装和牵引钢丝绳的外部端要固定在建筑物外部，在橡胶吸盘9下放的状态下(橡胶吸盘9低于底轮7，吊装时不需要使底轮7行走)，将试件装配笼1投放到输水建筑物中，调整方向，使吸气涡轮13面对水流方向，涡轮叶片25在水动力的冲击下不断旋转，通过吸盘吸气管11 将橡胶吸盘9内的空气和水排出，创造出真空的环境，在外部水压力作用下，将橡胶吸盘9紧紧按压在地面，从而达到不破坏建筑物地面而固定装配笼的目的。
46.在各个试验周期提取试件装配笼1的时候，通过对试件装配笼1 整体施加向下的压力，自动伸缩锁止机构12将处于收缩状态，此时底轮7落地，橡胶吸盘9抬起并脱离地面，高于底轮7，因吸盘金属垫10的尾部与吸气管口连接，金属垫10与橡胶吸盘9同时抬起时，吸盘吸气管11发生折叠变短，收入到吸盘金属垫10内，然后在建筑物外部通过机械牵引将试件装配笼1拉动至出口，并通过起吊绳将笼子取出。
47.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。