一种基于深层水泥搅拌法的多自由度搅拌头装调系统的制作方法

本发明属于搅拌头，更具体地，涉及一种基于深层水泥搅拌法的多自由度搅拌头装调系统。

背景技术：

1、我国沿江沿海区域存在较多堆积较厚的软弱冲积土，在建造防波堤和护岸等港湾构造物时，处理软弱地基逐渐成为越来越重要的课题。对于软弱地基，采取的对策可考虑深层水泥搅拌法，该方法是一种地基处理方法，其工作原理是利用水泥等材料作为固化剂通过特制的搅拌机械，就地将软土和固化剂(水泥浆)强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳性和定强度的水泥加固土，形成复合地基，共同承担上部载荷。在上述技术中，相同施工工艺参数下，深层水泥搅拌桩的成桩质量与搅拌头具体形状有关。现场施工过程中，经常出现在同一场地施工型号相同的钻机由于所采用的搅拌头结构上不同，在基础开挖后常出现桩体中水泥与土搅拌的均匀性并不相同的现象。因此，设计一种多自由度搅拌头装调系统，不仅有利于结构特征对桩体搅拌均匀性影响的试验系统，也将有助于搅拌头的机构优化设计，提高水泥土的均匀性及成桩质量。

2、为解决上述技术问题，中国实用新型专利cn212283608u公开了一种实验室搅拌头装置，包括搅拌轴、左搅拌叶片、右搅拌叶片和限位装置，搅拌轴下端设有开口向下且左右贯通的安装槽。本实用新型结构合理而紧凑，通过上下移动调节套能够调节左搅拌叶片和右搅拌叶片转动后的最大张开角度，即调整左搅拌叶片和右搅拌叶片的最大搅拌直径，以适用于在不同规格的容器内搅拌，搅拌轴在转动时，左搅拌叶片和右搅拌叶片的下端在离心力的作用向上转动，左搅拌叶片和右搅拌叶片的张开角度可在0°至180°范围内调整，以一套工具完成不同器皿内的搅拌工作，能适应化验室中不同形状、口径的容器，实现搅拌器工作的通用性，其适应性强，方便安全，省去重复购置的浪费。

3、上述专利技术实现了搅拌头结构的可变调节，但存在如下技术问题或改进之处：(1)上述专利技术中虽可实现叶片间距调整，但未公开有关叶片个数调整及不同宽度叶片更换方案，因而对于全面探究搅拌头结构特征对搅拌特性的影响规律方面存在不便性，也不利于搅拌头结构的适应性调整；(2)叶片扭转角也是影响搅拌头之搅拌特性的重要特征，但上述专利技术中也未公开关于叶片的扭转角变换方案；(3)相对于叶片间距调整或多型号叶片更换方案而言，叶片扭转角调整方案难度更大，因而应当同时提出叶片扭转角精确调整的技术方案，以便增加实验数据可信性。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种基于深层水泥搅拌法的多自由度搅拌头装调系统，通过在主导管中集成搅拌叶片装调单元、自由叶片装调单元及切削叶片装调单元，从而有效实现了搅拌头的搅拌叶片、自由叶片及切削叶片的相邻间距、叶片扭转角及不同型号叶片的高效调整，从而加快了搅拌头结构特性研究进展，进而对搅拌头结构设计具有重要指导意义。与此同时，本发明采用角度调整辅助单元，可实现叶片扭转角的辅助精确调整，解决了人为手动调整精度掌控难度大的技术问题。

2、为了实现上述目的，一种基于深层水泥搅拌法的多自由度搅拌头装调系统，包括：

3、搅拌头、用于调整所述搅拌头内叶片扭转角的角度调整辅助单元；

4、所述搅拌头，包括侧部竖向阵列设有预设定位孔且底部设有锥形端头的主导管、套设于所述主导管上段以用于实现搅拌叶片安装与轴向移动调节的搅拌叶片装调单元、套设于所述主导管中段以用于实现自由叶片安装与轴向移动调节的自由叶片装调单元、套设于所述主导管下段以用于实现切削叶片安装与轴向移动调节的切削叶片装调单元、用于辅助调整搅拌叶片及切削叶片扭转角的角度调整辅助单元；所述主导管侧壁还设有浆液加注孔；

5、所述搅拌叶片装调单元，包括滑动套设于所述主导管上段的第一轴向滑移套筒、等距圆周阵列设置于所述滑移套筒外侧面的第一侧向凸块、搅拌叶片、固定设置于所述搅拌叶片一端且与第一侧向凸块末端面固定连接的第一叶片连接块、贯穿开设于所述第一叶片连接块以用于实现手动调节搅拌叶片扭转角的第二弧形定位槽、安装于所述第二弧形定位槽内并用于固连第一叶片连接块与第一侧向凸块末端面的螺钉；贯穿开设于所述滑移套筒侧壁的第一轴向定位孔、用于锁位第一轴向定位孔及预设定位孔的定位螺钉。

6、优选的，所述角度调整辅助单元，包括：

7、在所述第一侧向凸块中间径向截面处断开并嵌入安装的叶片角度锁紧组件、作为外部辅助角度调整辅助工具的叶片角度调整组件；

8、通过所述叶片角度调整组件解锁叶片角度锁紧组件，并同时驱动叶片角度锁紧组件转动，实现搅拌叶片扭转角的控制调整。

9、优选的，所述自由叶片装调单元，包括：

10、套设于所述主导管外壁并保持滑动连接的第二轴向滑移套筒、用于定位所述第二轴向滑移套筒与主导管之间相对位置的第二轴向定位孔、开设于所述第二轴向滑移套筒外侧壁的侧面环形槽、转动套装于所述侧面环形槽内的自由转动环、设于所述自由转动环外侧壁的侧部定位块、与所述侧部定位块固定连接的自由叶片。

11、优选的，所述叶片角度锁紧组件，包括:

12、固定轴段、沿轴向套设于所述固定轴段末端的转动轴段、设于所述固定轴段与转动轴段两者之间的段间防脱组件、用于锁定所述固定轴段与转动轴段两者之间相对转动角度的相变锁紧环；

13、所述固定轴段，包括辅助所述叶片角度调整组件定位安装基准的基准卡槽、开设于所述固定轴段末端的阶梯轴段、设于所述固定轴段左端面的第二定位法兰，在所述第二定位法兰边缘开设有第二凸块安装孔；所述第二凸块安装孔用于将第一侧向凸块沿中间径向截面处断开成的左侧凸块段和固定轴段固定连接；

14、所述转动轴段，包括开设于其左端面以用于贯入所述阶梯轴段的轴段套孔、固定设于所述转动轴段右端面的第一定位法兰、在所述第一定位法兰边缘处开设的第一凸块安装孔；所述第一凸块安装孔用于将第一侧向凸块沿中间径向截面处断开成的右侧凸块段和转动轴段固定连接；

15、分别对位开设于所述固定轴段与转动轴段之间接触面并用于安装相变锁紧环的第一环槽与第二环槽。

16、优选的，所述固定轴段与转动轴段接触端面为圆锥面。

17、优选的，所述段间防脱组件，包括：

18、开设于所述转动轴段之轴段套孔底面的孔内装配槽、安装于所述孔内装配槽内的第一轴承、装配于所述第一轴承轴孔内的中间连接轴、固定于所述中间连接轴右端以防止轴向窜出的端部挡块、设于所述中间连接轴靠近第一轴承左端面截面处的卡环、用于将第一轴承固定至孔内装配槽内的第一端盖；

19、开设于所述阶梯轴段右端面的轴承定位孔、安装于所述轴承定位孔内的第二轴承、开设于轴承定位孔底面的轴端贯入孔、用于将第二轴承固定至轴承定位孔内的第二端盖；所述中间连接轴前端贯穿套设于第二轴承轴孔内，并深入所述轴端贯入孔之中；

20、在轴端贯入孔垂直方向上分别对位开设于所述固定轴段与转动轴段的顶丝螺纹孔与顶丝过孔、安装于所述顶丝螺纹孔内并抵接紧定中间连接轴前端的紧固顶丝。

21、优选的，所述叶片角度调整组件，包括：

22、主壳体、位设于所述主壳体左右两侧的第一滑槽与第二滑槽、位设于所述主壳体中间区域的中间腔室；

23、安装于所述第一滑槽与第二滑槽内用于产生夹紧动作的夹紧驱动组件；

24、与所述夹紧驱动组件输出端固定连接并安装于所述中间腔室内的固定轴夹紧执行组件、相变诱导组件及转动轴夹紧执行组件、设置于转动轴夹紧执行组件内的扭转角控制组件；

25、所述固定轴夹紧执行组件，包括与所述夹紧驱动组件输出端固定连接的固定轴夹紧块、设于所述固定轴夹紧块内侧壁的橡胶防滑垫层、正对设置于一对所述固定轴夹紧块中间位置正上方并与主壳体固定连接的下方伸出部、设于下方伸出部下端的基点定位块；所述基点定位块与所述基准卡槽卡接定位；

26、所述相变诱导组件，包括与所述夹紧驱动组件输出端固定连接的夹紧导热块、设于所述夹紧导热块内侧壁的制冷部；通过制冷部降温，使相变锁紧环缩小，实现固定轴段与转动轴段之间锁位解除；

27、通过夹紧驱动组件产生夹紧动作，使固定轴夹紧执行组件与转动轴夹紧执行组件分别夹紧叶片角度锁紧组件的固定轴段与转动轴段，并通过相变诱导组件控制固定轴段与转动轴段的锁合状态，并通过扭转角控制组件实现固定轴段与转动轴段相对转动角度调整。

28、优选的，所述夹紧驱动组件，包括：

29、与所述主壳体固定连接的夹紧驱动电机、与所述夹紧驱动电机输出轴同轴固定连接且位于第二滑槽内的反向驱动丝杆、分别与所述反向驱动丝杆相反方向直线传动连接的第一传动螺母与第二传动螺母、平行于所述反向驱动丝杆并设置于第一滑槽内的导向光杆、均与所述导向光杆滑动连接的第一导向滑块与第二导向滑块、连接固定于传动螺母与导向滑块之间的第一连接杆与第二连接杆、成对固定设置于第一连接杆与第二连接杆的第一固定块、第二固定块与第三固定块；

30、所述第一固定块与所述固定轴夹紧执行组件固定连接，所述第二固定块与所述相变诱导组件固定连接，所述第三固定块与所述转动轴夹紧执行组件固定连接。

31、优选的，所述转动轴夹紧执行组件，包括：

32、与所述第三固定块固定连接的一对转动轴夹紧块；

33、所述转动轴夹紧执行组件中的扭转角控制组件，包括与所述转动轴夹紧块固定连接的角度调整电机、连接于所述角度调整电机输出轴的锥齿轮组、与所述锥齿轮组输出端同轴固定连接的主动齿轮、与所述转动轴夹紧块保持转动连接的从动齿轮；所述主动齿轮与从动齿轮均同时与设置在转动轴段外侧面的侧部环形齿啮合传动连接。

34、优选的，所述转动轴夹紧执行组件，还包括：

35、正对设于一对所述转动轴夹紧块正中心上方并与主壳体固定连接的标记检测器、设置于所述转动轴段外侧面的角度标记；

36、通过标记检测器检测转动轴段上的角度标记，以标定所需转动的绝对角度。

37、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

38、1.本发明的一种基于深层水泥搅拌法的多自由度搅拌头装调系统，通过在主导管中集成搅拌叶片装调单元、自由叶片装调单元及切削叶片装调单元，从而有效实现了搅拌头的搅拌叶片、自由叶片及切削叶片的相邻间距、叶片扭转角及不同型号叶片的高效调整，从而加快了搅拌头结构特性研究进展，进而对搅拌头结构设计具有重要指导意义，同时也能够适应于现场环境做出适应性调整。与此同时，本发明采用角度调整辅助单元，可实现叶片扭转角的辅助精确调整，解决了人为手动调整精度掌控难度大的技术问题；

39、2.本发明的一种基于深层水泥搅拌法的多自由度搅拌头装调系统，通过在轴向滑移套筒侧壁的侧向凸块220内安装叶片角度锁紧组件，并采用基于热胀冷缩原理的相变锁紧环，实现固定轴段510与转动轴段520相对锁定或转动的状态控制。同时本发明设计了叶片角度调整组件6辅助工具，通过借助相变诱导组件降温实现相变锁紧环收缩，完成固定轴段510与转动轴段520相对状态解锁，并采用固定轴夹紧执行组件、转动轴夹紧执行组件实现对固定轴段510与转动轴段520的夹紧与角度调整操作。该过程采用自动化设备工具完成，相对于叶片扭转角人手调整方法而言，本装置极大提高了调整精度。