1 摘要

水工泄洪、排沙建筑物长期承受高速含砂水流冲刷，环氧树脂砂浆修补材料、水工混凝土、UHPC超高性能混凝土的抗冲磨性能是评价材料耐久性的核心指标。传统单工位抗冲磨试验机检测效率低，难以满足大批量工程送检与科研试验需求。TDDL5193-K2型一拖三/一拖六全自动智能环氧树脂砂浆抗冲磨试验系统，依托模块化PLC集中控制架构，实现单控制柜同步管控3台或6台试验主机独立并行试验。设备采用伺服闭环调速、PT100恒温测控、电磁流速实时反馈，自动完成冲磨流程、数据采集与结果运算，可对接实验室 LIMS系统实现数据远程上传与监控。工程应用表明，该设备满足DL/T5193—2021等现行水工试验标准，试验重复性好，大幅提升检测效率，适用于水利工程质量检测、新材料研发与教学试验。

2 引言

我国大量水利枢纽、航道与跨海工程泄水建筑物长期遭受挟沙水流冲磨破坏，高速水流裹挟砂粒持续撞击材料表面，造成表层剥蚀，缩短结构服役年限。环氧树脂砂浆作为水工修补常用材料，其抗冲磨性能检测是材料选型、配合比设计与工程验收的关键试验项目。DL/T 5193—2021附录K规定的含砂水流法为该类材料抗冲磨性能的标准测试方法。

传统单台抗冲磨试验机一次仅能开展一组试件试验，在检测机构样品集中送检、科研单位大批量配合比筛选场景下，试验周期长、设备占用率高，人工记录数据还易引入人为误差。为此，河北天棋星子检测设备有限公司研发一拖三/一拖六多工位全自动智能抗冲磨试验机，在遵循标准试验原理基础上，引入多工位独立控制、闭环流速调控与网络化数据管理，解决传统设备效率低、自动化程度不足的痛点。

3 设备工作原理与系统架构

整套设备由多台TDDL5193-K2型试验主机与TDDL5193-KZ-3/6型集中控制系统组成。主机采用伺服电机驱动离心冲刷叶轮，在不锈钢试样容器内制备稳定的水砂环流场，砂粒在离心力作用下持续冲击弧形试件内弧面，模拟真实水工含砂水流冲磨工况。

每台主机配置速，形成流速闭环控制，保证试验全过程流速稳定在设定值±2%以独立流速传感器与PT100温度采集单元，PLC接收传感器信号，动态调节伺服电机转内；温控系统将试验介质稳定维持在20℃±2℃，消除温升对材料冲磨损失的干扰。各工位可独立设置流速、周期、恒温参数，既可同步启动并行试验，也可单独启停互不干扰。试验结束系统自动采集试件质量数据，计算抗冲磨强度与磨损率，试验过程曲线、原始数据可本地存储、U盘导出或上传至服务器。

设备配备机电联锁防护罩、过流、过载、超速多重电气保护，从硬件层面保障高速旋转工况下的操作安全。

4 关键技术特点

4.1 多工位模块化集中控制

控制系统采用模块化扩展架构，标准一拖三配置可扩展至一拖六。各工位独立伺服驱动与信号采集通道，多任务分时调度，实现多组试件同步开展不同流速、不同方案的对比试验，相比传统单工位设备，检测能力提升3~6倍。三级权限管理机制区分操作员、管理员权限，保障试验操作可追溯。

4.2 伺服闭环流速稳定技术

采用5kW交流伺服电机+高精度编码器闭环控制，转速控制精度±1r/min，可在 10~40m/s范围内无级设定水流速度，覆盖标准规定22.72m/s、28.83m/s、38.45m/s 三档典型流速。电磁式流速传感器实时采集环流速度，动态修正电机输出，解决普通变频设备负载变化带来流速漂移问题，提升同组、不同工位之间试验结果一致性。

4.3 全流程自动化试验与数字化数据管理

从参数录入、自动调温、计时冲磨到试验结果计算，实现试验流程自动化，减少人工值守。系统记录全过程流速、温度、转矩时序数据并生成曲线；支持RS485Modbus协议、以太网通讯，可接入智慧实验室LIMS平台，实现远程监控、报警推送、远程诊断。网络中断时本地缓存，恢复联网自动续传，保证原始试验数据不丢失。

4.4 安全防护体系

主机防护罩配置机电联锁装置，防护罩开启即切断动力电源；系统集成过热、过载、超速保护。检修操作强制断电，电气回路配置漏电保护，适配实验室安全管理规范。

5 试验应用与标准符合性

设备严格依据DL/T 5193—2021《环氧树脂砂浆技术规程》附录K、DL/T 5150—2017、SL 352—2020等水工试验规程设计，同时兼容UHPC超高性能混凝土抗冲磨性能测试，满足科研、质检、工程验收多场景需求。

试验时，弧形标准试件安装于容器内壁，采用0.5~1.0mm石英砂，水砂质量比 100:7.5，按标准周期开展冲磨。设备可同步开展多组不同配合比材料平行试验，降低批次试验之间环境、操作差异带来的系统误差。试验结果按标准方法自动计算抗冲磨强度fa 与磨损率L，并按照规范剔除异常测值，自动生成可溯源试验报告。

6 维护要点

该设备属于高速旋转类水工检测仪器，定期维护是长期稳定运行的基础。每次试验结束必须冲洗干净容器、叶轮，防止砂垢沉积磨损主轴密封；每周检查紧固件、密封件；每月完成流速、温度传感器校准，检测接地电阻；定期检查叶轮磨损状态，叶片出现缺口、磨圆后及时更换，避免流场畸变。长期停用需排空积水，金属部件做防锈处理，定时通电驱潮。

7 结论

一拖三/六全自动智能环氧树脂砂浆抗冲磨试验机，在保持标准试验方法不变前提下，引入多工位并行测试、伺服闭环调速、恒温测控与数字化数据采集，有效提升水工抗冲磨试验检测效率，降低人为操作误差。设备支持实验室数字化平台对接，满足水利工程质量检测机构、科研院校对大批量材料耐久性试验需求，可用于环氧树脂砂浆、水工混凝土、UHPC等抗冲磨材料的性能评估与配方优化，在泄洪建筑物、港口航道、跨海桥梁工程材料检测领域具备良好应用前景。

参考文献

[1] DL/T 5193—2021 环氧树脂砂浆技术规程 [S].

[2] DL/T 5150—2017 水工混凝土试验规程 [S].

[3] SL 352—2020 水工混凝土试验规程 [S].

[4] GB/T 31387—2025 超高性能混凝土 [S].