攪拌機(jī)設(shè)計(jì)流程

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1、摘要 攪拌機(jī)是攪拌設(shè)備的心臟。在攪拌機(jī)設(shè)計(jì)及使用過(guò)程中,合理的選取攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)和工作參數(shù)，直接關(guān)系到混凝土等材料的攪拌質(zhì)量和攪拌效率.論文對(duì)攪拌臂的排列、攪拌葉片的安裝角、拌筒長(zhǎng)寬比、攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速和攪拌時(shí)間等主要參數(shù)的選取進(jìn)行分析與試驗(yàn)研究。通過(guò)歸納，給出了雙臥軸攪拌機(jī)的主要參數(shù)，包括攪拌臂排列、葉片安裝角、拌筒長(zhǎng)寬比、攪拌線速度等；給出了評(píng)價(jià)攪拌機(jī)參數(shù)合理與否的準(zhǔn)則；給出了攪拌臂排列的基本原則.論文通過(guò)試驗(yàn)研究，建議用葉片推動(dòng)的物料量與該攪拌機(jī)的公稱容量的比值rl，來(lái)綜合評(píng)定攪拌臂的個(gè)數(shù)，葉片面積和其他參數(shù)匹配的合理性，并作為設(shè)計(jì)時(shí)的參考；雙臥軸攪拌機(jī)的葉片的安裝角范圍為3l一45，對(duì)

2、國(guó)內(nèi)廣泛使用的寬短型雙臥軸攪拌機(jī)葉片安裝角度推薦為45；對(duì)目前國(guó)內(nèi)外普遍使用的雙臥軸攪拌機(jī)，它的長(zhǎng)寬比的選擇范圍為0．7—1．3,推薦使用值為小于1;攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速主要受攪拌過(guò)程中混合料不發(fā)生離析現(xiàn)象所限制,對(duì)目前常用的雙臥軸攪拌機(jī)，推薦的葉片線速度為1．4m／s—1．7m／s／;合理的攪拌時(shí)間是保證攪拌質(zhì)量符合要求條件下的最短攪拌時(shí)間，它受充盈率等多種因素影響，合理的攪拌時(shí)間應(yīng)通過(guò)試拌來(lái)確定。 [關(guān)鍵詞］：攪拌機(jī)、主要參數(shù)、合理性、實(shí)驗(yàn)研究 第1章 前言 1．1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 19世紀(jì)40年代,在德、美、俄等國(guó)家出現(xiàn)了以蒸氣機(jī)為動(dòng)力源的白落式攪拌機(jī)，其攪拌腔由多面體狀的木制筒

3、構(gòu)成，一直到19世紀(jì)80年代，才開始用鐵或鋼件代替木板,但形狀仍然為多面體.1888年法國(guó)申請(qǐng)登記了第一個(gè)用于修筑戰(zhàn)前公路的混凝土攪拌機(jī)專利。20世紀(jì)初，圓柱形的拌筒自落式攪拌機(jī)才開始普及，其工作原理如圖1．2所示。形狀的改進(jìn)避免了混凝土在拌筒內(nèi)壁上的凝固沉積,提高了攪拌質(zhì)量和效率.1903年德國(guó)在斯太爾伯格建造了世界上第一座水泥混凝土的預(yù)拌工廠。1908年,在美國(guó)出現(xiàn)了第一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的攪拌機(jī)，隨后電動(dòng)機(jī)則成為主要?jiǎng)恿υ?。?913年，美國(guó)開始大量生產(chǎn)預(yù)拌混凝土,到1 950年，亞洲大陸的日本開始用攪拌機(jī)生產(chǎn)預(yù)拌混凝土。在這期間，仍然以各種有葉片或無(wú)葉片的自落式攪拌機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用為主?。自落

4、式攪拌機(jī)依靠被拌筒提升到一定高度的物料的自落完成攪拌。工作時(shí),隨著拌筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，物料被攪拌筒內(nèi)壁固定的葉片提升到一定高度后,依靠自重下落。由于各物料顆粒下落的高度、時(shí)問(wèn)、速度、落點(diǎn)和滾動(dòng)距離不同，從而物料各顆粒相互穿插、滲透、擴(kuò)散，最后達(dá)到均勻混合。自落式攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，維護(hù)簡(jiǎn)單，功率消耗小,拌筒和葉片磨損輕,但攪拌強(qiáng)度不高，生產(chǎn)效率低,攪拌質(zhì)量不易保證。此種攪拌機(jī)適于拌制普通塑性混凝土,廣泛應(yīng)用于中小型建筑工地。按拌筒形狀和卸料方式的不同,有鼓筒式攪拌機(jī)、雙錐反轉(zhuǎn)出料攪拌機(jī)、雙錐傾翻出料攪拌機(jī)和對(duì)開式攪拌機(jī)等,其中鼓簡(jiǎn)式攪拌機(jī)技術(shù)性能落后，已于1987年被我國(guó)建設(shè)部列為淘汰產(chǎn)品。隨著

5、多種商品混凝土的廣泛使用以及建筑規(guī)模的大型化、復(fù)雜化和高層化對(duì)混凝土質(zhì)量、產(chǎn)量不斷提出的更高要求,有力地促進(jìn)了混凝土攪拌設(shè)備在使用性能和技術(shù)水平方面的提高與發(fā)展.各國(guó)研究人員開始從混凝土攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)形式、傳動(dòng)方式、攪拌腔襯板材料以及攪拌生產(chǎn)工藝等方面進(jìn)行改進(jìn)和探索。20世紀(jì)40年代后期，德國(guó)ELBA公司最先發(fā)明了強(qiáng)制式攪拌機(jī)，和自落式攪拌機(jī)的工作原理不同，強(qiáng)制式攪拌機(jī)利用旋轉(zhuǎn)的葉片強(qiáng)迫物料按預(yù)定軌跡產(chǎn)生剪切、擠壓、翻滾和拋出等強(qiáng)制攪拌作用，使物料在劇烈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中得到勻質(zhì)攪拌.強(qiáng)制式攪拌機(jī)工作原理如圖1．3,與自落式攪拌機(jī)相比，強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌作用強(qiáng)烈，攪拌質(zhì)量好，攪拌效率高，但拌筒和葉片磨損

6、大，功耗增大。此種攪拌機(jī)適于拌制干硬性、輕骨料混凝土以及特種混凝土和專用混凝土，多用于施工現(xiàn)場(chǎng)的混凝土攪拌站和預(yù)拌混凝土攪拌樓。根據(jù)構(gòu)造特征不同，主要有立軸渦漿式攪拌機(jī)、立軸行星式攪拌機(jī)、立軸對(duì)流式攪拌機(jī)、單臥軸攪拌機(jī)和雙臥軸攪拌機(jī)等。 圖1．2 自落式攪拌機(jī)工作原理示意圖圖1．3強(qiáng)制式攪拌機(jī)工作原理示意圖 隨著技術(shù)的發(fā)展,強(qiáng)制式攪拌機(jī)在德國(guó)的BHS公司和ELBA公司、美國(guó)的JOHNSON 公司和REX WORKS公司、意大利的SICOMA公司和SIMEN公司、日本的日工株式會(huì)社和光洋株式會(huì)社等企業(yè)發(fā)展迅速,目前已形成系列產(chǎn)品。比如德國(guó)的EMC系列、 EMS系列攪拌站和UBM系列、EM

7、T系列攪拌樓,意大利的MAO系列攪拌站、MSO 系列大型攪拌基地等。我國(guó)混凝土攪拌設(shè)備的生產(chǎn)從20世紀(jì)50年代開始。1952年，天津工程機(jī)械廠和上海建筑機(jī)械廠試制出我國(guó)第一代混凝土攪拌機(jī)，進(jìn)料 容量為400L和1000L。20世紀(jì)70年代未至80年代初，我國(guó)為適應(yīng)建筑業(yè)商品混凝土大規(guī)模發(fā)展的需要，在引進(jìn)國(guó)外樣機(jī)的基礎(chǔ)上，有關(guān)院所廠家陸續(xù)開發(fā)了新一代Jz型雙錐自落式攪拌機(jī)、．D型單臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī).其中，JS型雙臥軸攪拌機(jī)在80年代初研制成功。80年代末,我國(guó)混凝土攪拌產(chǎn)品開發(fā)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向商品混凝土成套設(shè)備，研制出了10多種混凝土攪拌樓（站）.經(jīng)過(guò)引進(jìn)吸收、自主開發(fā)等幾個(gè)階段，到本世紀(jì)初，國(guó)內(nèi)混

8、凝土攪拌機(jī)技術(shù)得到長(zhǎng)足發(fā)展,在產(chǎn)品規(guī)格和生產(chǎn)數(shù)量上,都達(dá)到了一定規(guī)模，出現(xiàn)了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)，逐步形成了一個(gè)具有一定規(guī)模和競(jìng)爭(zhēng)能力的行業(yè)。2006年，我國(guó)生產(chǎn)裝機(jī)容量O．5~6m3的攪拌站2100多臺(tái),已成為混凝土攪拌設(shè)備的生產(chǎn)大國(guó). 1．2國(guó)內(nèi)外攪拌機(jī)參數(shù)的研究現(xiàn)狀 對(duì)攪拌設(shè)備來(lái)說(shuō)，攪拌機(jī)構(gòu)是核心裝置，混凝土攪拌質(zhì)量的好壞，攪拌機(jī)生產(chǎn)率的高低以及使用維修費(fèi)用的多少都與它有關(guān)，目前,雙臥軸攪拌機(jī)是國(guó)內(nèi)的主導(dǎo)機(jī)型，因此,國(guó)內(nèi)外對(duì)臥軸攪拌機(jī)技術(shù)進(jìn)行了比較廣泛、深入的研究。國(guó)外對(duì)臥軸攪拌機(jī)技術(shù)的研究起因于對(duì)瀝青混和料拌和抽樣和方法準(zhǔn)確度的分析，由于試驗(yàn)中采用的1t間歇式臥軸強(qiáng)制攪拌器

9、，抽取的樣品測(cè)試數(shù)據(jù)顯示了在攪拌器的一種設(shè)計(jì)與另一種設(shè)計(jì)之間，由于槳葉的排列方式不同，有可能成為造成混合料均勻度的明顯差別的主要原因。研究人員分析認(rèn)為：所用的雙軸槳葉式攪拌器中，材料的主要運(yùn)動(dòng)是一種在與軸垂直的平面內(nèi)，圍繞著每根軸的不規(guī)則轉(zhuǎn)動(dòng)。在槳葉相遇或重疊的部位，材料在一根軸之間的區(qū)域內(nèi)相互交換著,材料的輔助運(yùn)動(dòng)是與兩根軸平行的，從攪拌軸的一個(gè)旋轉(zhuǎn)平面到另一旋轉(zhuǎn)平面。在用來(lái)構(gòu)成輔助運(yùn)動(dòng)方面,不同設(shè)計(jì)方案的攪拌器，變化是很廣泛的.混合料在兩根軸之間的區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)是不規(guī)則的，但是在軸的兩側(cè),物料則圍繞著攪拌器內(nèi)壁在水平面內(nèi)作某種循環(huán)運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)的程度都會(huì)受到槳葉端面與它們移動(dòng)方向的夾角的影響。為了

10、找到在攪拌器其它設(shè)計(jì)特點(diǎn)保持不變的情況下,由于改變槳葉端面的角度和安裝方式而產(chǎn)生的不同方案的輔助運(yùn)動(dòng)，以及對(duì)被攪拌的混和料均勻度的影響程度，研究人員制造了一套帶有可調(diào)槳葉的特殊槳臂。通過(guò)央緊作用，將槳葉緊固到槳臂的圓柱部分，并可按任意角度調(diào)整,而且可按根右旋或左旋螺距來(lái)安裝于攪拌軸上.在一些攪拌器中，將垂直于它們移動(dòng)方向的平面槳葉,向左和向右交替地轉(zhuǎn)一定角度，使這些槳葉的排列方式不是按照產(chǎn)生一種有規(guī)則的輔助運(yùn)動(dòng)，所以在攪拌器內(nèi)材料的輸送不是始終如一地從一端到另一端。當(dāng)使物料由軸的兩端向中心運(yùn)動(dòng)時(shí)。物料向中心堆積，有一些物料則從堆積料的頂端溢出,再?gòu)膬啥朔祷?，那旱物料的水平面要低得多。在另外一?/p>

11、攪拌器中，槳葉的排列可使物料產(chǎn)生有規(guī)則的輔助運(yùn)動(dòng)。一軸上的所有槳葉端面都使物料朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，而另一根軸上的所有槳葉端面部使物料朝相反的方向運(yùn)動(dòng)。在槳葉相對(duì)于攪拌軸不同的傾斜角度情況下，分別采用兩種槳葉排列方式進(jìn)行試驗(yàn)：①將所有槳葉調(diào)至使物料向攪拌器的中心運(yùn)動(dòng)：②將一根軸上的所有槳葉都安裝成使物料向右運(yùn)動(dòng)，而另一根軸上的所有槳葉都安裝成使物料向左運(yùn)動(dòng),以便能使物料 在平面內(nèi)圍繞著攪拌器產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻难h(huán)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng).這兩種排列方式被稱為“向心”方式和“旋轉(zhuǎn)”方式。試驗(yàn)按18批物料作為一個(gè)系列來(lái)進(jìn)行，它覆蓋的變化因素包括：三種槳葉角度(15、30和45)、兩種槳葉排列方式和三種攪拌時(shí)間（1mi

12、n、2min和4min)。獲得拌和勻質(zhì)性分析的樣品總數(shù)為213個(gè)。分別計(jì)算出每批混和料樣品中粘結(jié)料的百分比標(biāo)準(zhǔn)離差和通過(guò)給定篩子的物料百分比標(biāo)準(zhǔn)離差，將標(biāo)準(zhǔn)離差轉(zhuǎn)換為離差系數(shù)，以便提供不同混和料之間合理有效的比較. 第2章攪拌機(jī)主要參數(shù) 2．1雙臥軸攪拌機(jī)的主要參數(shù) 本文以目前廣泛使用的雙臥軸攪拌機(jī)為主,對(duì)攪拌裝置幾何和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的合理取值范圍進(jìn)行分析和試驗(yàn)研究。攪拌裝置參數(shù)主要有：攪拌臂的排列、攪拌葉片的安裝角、拌筒的長(zhǎng)寬比及攪拌線速度等，其結(jié)構(gòu)如圖2 1(a）所示,主要參數(shù)如圖2 1（b）所列： 圖2．1(a）雙臥軸攪拌機(jī)結(jié)構(gòu) 圖2．1雙臥軸攪拌機(jī)主要參數(shù) 2．2攪拌機(jī)參數(shù)選取的

13、準(zhǔn)則 目前國(guó)內(nèi)外廣泛使用的自落式和強(qiáng)制式攪拌機(jī)己沿用了50余年。但在攪拌機(jī)設(shè)計(jì) 和使用中，仍采用類比法這樣的經(jīng)驗(yàn)方法,缺乏合理性；由于對(duì)攪拌過(guò)程的機(jī)理研究不夠，對(duì)如何選擇這一參數(shù),說(shuō)法不一,缺乏科學(xué)性；在攪拌過(guò)程中，混合料的物理一化學(xué)性能都發(fā)生了變化,這一過(guò)程極其復(fù)雜而影響因素又較多，但由于對(duì)諸參數(shù)綜合優(yōu)化的試驗(yàn)研究不深入,且設(shè)計(jì)和使用者在選擇轉(zhuǎn)速值時(shí)缺少依據(jù).攪拌機(jī)是混凝土制備設(shè)備的心臟,它必須滿足攪拌質(zhì)量與攪拌效率等性能要求。攪拌質(zhì)量就是生產(chǎn)出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的新拌混凝土；攪拌效率就是在滿足攪拌質(zhì)量的前提下,攪拌時(shí)間要盡量短，以提高設(shè)備的生產(chǎn)率和設(shè)備的利用率，降低生產(chǎn)成本.百年大計(jì)，質(zhì)

14、量第一?；炷潦侵匾慕ㄖ牧希掳杌炷临|(zhì)量是對(duì)攪拌機(jī)性能的最基本的要求，也是首要的性能要求?；炷临|(zhì)量用其宏觀及其微觀均勻度來(lái)評(píng)價(jià)，宏觀均勻性用拌和物中砂漿密度的相對(duì)誤差塒

15、表示拌缸（或拌筒)三維坐標(biāo)(x，y，z)或(z，r，由）及其順序。該式的物理意義是：合理的攪拌機(jī)參數(shù)應(yīng)保證在滿足給定的均勻度指標(biāo)的前提下，在拌缸內(nèi)各個(gè)方向的攪拌時(shí)間相接近。這時(shí)選取的攪拌機(jī)的主要參數(shù)較合理?？衫脤?shí)驗(yàn)來(lái)調(diào)整攪拌機(jī)的參數(shù)，使其趨于合理。在不同的攪拌時(shí)間，按三維坐標(biāo)方向測(cè)攪拌的均勻度就可知道，在所有方向都達(dá)到給定的均勻度的時(shí)間.一般來(lái)｝兌，在三個(gè)方向同時(shí)都達(dá)到給定的均勻度指標(biāo)是不可能的，總會(huì)有先有后.應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，調(diào)整攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的參數(shù)，使得能夠在攪拌室內(nèi)所有方向上能接近同時(shí)達(dá)到給定的均勻度. 2．3試驗(yàn)樣機(jī)與實(shí)驗(yàn)條件 2．3．l試驗(yàn)樣機(jī) 試驗(yàn)樣機(jī)主要攪拌參數(shù)見(jiàn)表2 l

16、,主體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2．2 表2．1試驗(yàn)樣機(jī)主要攪拌性能參數(shù) 圖2．2雙臥軸攪拌機(jī)主體結(jié)構(gòu)圖 該試驗(yàn)樣機(jī)攪拌的基本工作原理與普通雙臥軸攪拌機(jī)一樣，動(dòng)力從電機(jī)通過(guò)擺線針輪減速器，變速后由彈性畦軸器直接傳遞給一對(duì)同步齒輪，從而帶動(dòng)兩根攪拌軸作反向同步轉(zhuǎn)動(dòng)。軸端密封共采用三道密封技術(shù)，印迷宮環(huán)、浮封環(huán)O型圈和骨架油封。卸料采用手動(dòng)方式，通過(guò)攪拌筒底部的偏心旋轉(zhuǎn)扇形閘門來(lái)控制。由于試驗(yàn)條件的限制．也為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，該樣機(jī)沒(méi)有設(shè)計(jì)耐磨襯板和L料機(jī)構(gòu)，試驗(yàn)中采用人上料，這雖然會(huì)對(duì)攪拌質(zhì)爵和攪拌時(shí)捌產(chǎn)生一些影響,但由于是在相同條件下進(jìn)行試驗(yàn)．所以仍然能夠完成試驗(yàn)任務(wù)。 攪拌機(jī)構(gòu)是本次試驗(yàn)研究的重點(diǎn)。由于試驗(yàn)

17、中要分別比較拌筒不同長(zhǎng)寬比和攪拌臂不同排列形式以及攪拌葉片不同安裝角度對(duì)攪拌質(zhì)量的影響,因此要求拌筒的長(zhǎng)寬比、攪拌臂的排列和攪拌葉片的安裝必須能夠調(diào)節(jié),而且要求拆裝、維護(hù)方便。 2．3．2攪拌機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ●攪拌葉片的設(shè)計(jì) 攪拌葉片的形狀是根據(jù)拌簡(jiǎn)直徑、葉片安裝角度（軸向和徑向安裝角度)、葉片在軸向和徑向所占攪拌區(qū)域長(zhǎng)度和葉片設(shè)定高度等參數(shù)設(shè)計(jì)的。其中，側(cè)攪拌葉片分左旋和右旋兩種。攪拌葉片的外緣利用拌簡(jiǎn)直徑構(gòu)成的圓柱體，通過(guò)曲線擬合得到.考慮葉片與拌筒內(nèi)壁的間隙大小對(duì)葉片使用壽命和攪拌能耗的影響,設(shè)計(jì)攪拌葉片的外緣與拌筒內(nèi)壁的間隙≤4mm，并且成變間隙的楔形,見(jiàn)圖2．3。先接觸物料的前端間

18、隙小于后端，相差1--2mm，利于集料一旦被卡后的釋放. 對(duì)于攪拌臂和攪拌葉片的安裝設(shè)計(jì)，則都采用了抱瓦結(jié)構(gòu),通過(guò)螺栓的央緊作用分別固定在相應(yīng)的攪拌軸和攪拌臂上，具體結(jié)構(gòu)如圖2．4所示。試驗(yàn)中，根據(jù)拌 筒長(zhǎng)寬比的不同和試驗(yàn)研究的要求，攪拌葉片的數(shù)量可以相應(yīng)的增減;通過(guò)調(diào)節(jié)攪拌軸抱瓦，可以調(diào)節(jié)單軸攪拌臂相位和雙軸攪拌臂相位差;通過(guò)調(diào)節(jié)攪拌臂抱瓦，可以調(diào)節(jié)攪拌葉片的軸向安裝角. ●拌簡(jiǎn)長(zhǎng)寬比 拌筒長(zhǎng)寬比變化是通過(guò)在攪拌筒中橫置擋板實(shí)現(xiàn)圖2．4攪拌臂和攪拌葉片結(jié)構(gòu) 的，即保持拌筒寬度不變而對(duì)拌筒長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。擋板的形狀與攪拌筒橫截面是一致的，可以通過(guò)螺栓固定在與拌筒焊接的角鋼上，從而將拌筒

19、由窄長(zhǎng)形分隔為寬短形。樣機(jī)設(shè)計(jì)窄長(zhǎng)形拌筒的長(zhǎng)寬比為1．11，寬短形拌筒的長(zhǎng)寬比為O．78. 2．3．3試驗(yàn)用混凝土配合比的設(shè)計(jì) 混凝土配合比設(shè)計(jì)必須滿足四項(xiàng)基本要求；a）施工性能一混凝土拌和物應(yīng)具備滿足施工操作的和易性；b)力學(xué)性能一硬化后的混凝土應(yīng)滿足工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或施工進(jìn)度所要求的強(qiáng)度和其它有關(guān)力學(xué)性能；c)耐久性能一硬化后的混凝土必須滿足抗凍性、抗?jié)B 圖2．4攪拌臂和攪拌葉片結(jié)構(gòu) 圖2．3楔形間隙示意圖 性等耐久性要求；d）經(jīng)濟(jì)性能一應(yīng)在保證混凝土全面質(zhì)量的前提下，盡量節(jié)約水泥，合理利用原材料，降低成本.影響水泥混

20、凝土性能的因素很多，其中各組成材料的質(zhì)量和其配合比是影響混凝土性能的內(nèi)因.一個(gè)合理的配合比，對(duì)提高水泥混凝土在各方面的性能，有著重要的作用?；炷恋呐浜媳仍O(shè)計(jì)，實(shí)質(zhì)上就是確定四項(xiàng)材料用量之間的三個(gè)對(duì)比關(guān)系，即三個(gè)參數(shù)。 (1）水灰比W／C：水與水泥之間的比例關(guān)系,用水與水泥用量的質(zhì)量比表示。 （2）砂率廈：砂子與石子之間的比例關(guān)系，用砂子重量占砂石總重的百分?jǐn)?shù)表示。 (3）單位用水量mwD:水泥凈漿與骨料之間的比例關(guān)系，用lm3混凝土的用水量 表示。水灰比、砂率、單位用水量三個(gè)參數(shù)與混凝土的各項(xiàng)性能之間有著密切的關(guān)系，如圖2．5所示(圖中，粗實(shí)線表示直接關(guān)系，細(xì)實(shí)線表示主要關(guān)系，虛線表

21、示次要關(guān)系）.正確地確定這三個(gè)參數(shù)，就能保證混凝土滿足一定的設(shè)計(jì)要求. 圖2．5配合比參數(shù)與混凝土性能關(guān)系 考慮本次試驗(yàn)研究的目的，因此在試驗(yàn)過(guò)程中保持混凝土組成材料及其配合比的恒定，即各組試驗(yàn)所用的混凝土均采用同一配合比設(shè)計(jì)： 水泥31kg，水17kg，砂66kg，石子127kg。 第3章攪拌臂的排列 對(duì)于雙臥軸攪拌機(jī)，攪拌臂的排列形式主要包括攪拌臂的料流排列和攪拌臂的相對(duì)位置關(guān)系。其中攪拌臂的相對(duì)位置關(guān)系主要是指單根軸上相鄰兩個(gè)攪拌臂之間的相對(duì)位置關(guān)系和雙軸上攪拌臂之間的相對(duì)位置關(guān)系.本節(jié)主要討論攪拌臂的料流排列。攪拌臂的不同排列形式，可使拌筒內(nèi)的混凝土混合料產(chǎn)生不同的料流運(yùn)動(dòng)形式

22、。臥軸攪拌機(jī)拌筒內(nèi)的料流形式因攪拌軸數(shù)量和混凝土攪拌生產(chǎn)的方式不同有所差別.分析拌筒內(nèi)的料流形式，可以知道影響雙臥軸攪拌機(jī)攪拌筒內(nèi)物料運(yùn)動(dòng)的主要因素是攪拌臂的排列以及葉片參數(shù).對(duì)于雙臥軸攪拌機(jī)拌簡(jiǎn)內(nèi)的物料運(yùn)動(dòng)形式，通過(guò)初步試驗(yàn)及分析，認(rèn)為由于攪拌臂的排列及其葉片的安裝形式不同，使物料表現(xiàn)“對(duì)流"和“圍流"兩種不同的運(yùn)動(dòng)軌跡.這兩種料流形式孰優(yōu)孰劣，可以通過(guò)理論分析和試驗(yàn)研究得出結(jié)論。 3．1對(duì)流和圍流 對(duì)流攪拌臂的排列如圖3．1所示。在攪拌葉片推動(dòng)下，混合料由攪拌機(jī)兩端向中央運(yùn)動(dòng)，并在中央處以錐體形狀堆積。這時(shí)有些物料就會(huì)從料堆頂部溢出,流向拌筒的兩端，然后再由葉片將其從兩端推回中央，從而

23、完成物料的一個(gè)循環(huán). 圍流攪拌臂的排列如圖3．2所示。其中一根軸上的葉片推動(dòng)混合料沿軸朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，而另一根軸上的葉片推動(dòng)混合料沿軸朝另一個(gè)相反方向運(yùn)動(dòng)。在兩軸末端,各有返回葉片把混合料扒離拌筒端面，并從一根軸處轉(zhuǎn)送到另一根軸處，使混合料完成大循環(huán)運(yùn)動(dòng)。在兩軸之間的區(qū)域，左邊軸上的葉片將混合料推向右邊，右邊軸上的葉片將混合料推向左邊，完成混合料的小循環(huán)運(yùn)動(dòng). 圖3．1攪拌臂對(duì)流排列圖 圖3．2攪拌臂圍流排列 3．2分析與試驗(yàn) 分析物料的運(yùn)動(dòng)形式可知,兩種攪拌臂排列都實(shí)現(xiàn)了物料的循環(huán)流動(dòng)，理論上任一物料質(zhì)點(diǎn)都能到達(dá)拌筒內(nèi)任意位置，但兩種排列使物料在拌筒中的分布

24、狀態(tài)是不一樣的.對(duì)流排列中,物料主要積存在拌筒的中央，而兩端卻較少，因此中央的攪拌葉片受載大，兩端處的葉片受載小，容易造成個(gè)別攪拌臂和葉片過(guò)載損壞。而圍流排列可使混合料在拌筒內(nèi)均勻分布，從而保證沿軸全長(zhǎng)上的攪拌葉片受載相同，拌筒底部和葉片的磨損均勻。從這一點(diǎn)來(lái)看，攪拌臂圍流排列要比對(duì)流排列更具優(yōu)勢(shì)。對(duì)其攪拌質(zhì)量的影響可依靠試驗(yàn)研究進(jìn)行比較。通過(guò)對(duì)攪拌臂及葉片的不同排列、安裝，在不同形狀的拌筒內(nèi)，進(jìn)行關(guān)于逆流和圍流的比較試驗(yàn),測(cè)定相應(yīng)的混凝土拌和物勻質(zhì)性和28d的硬化混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊的抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)采用相同的混凝土配合比，mco（水泥)：mwo(水)：mso（砂)：mGo(石子）=1:0．55：

25、 2．13:4．096。混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C20，混凝土拌和物坍落度為10、30mm,水泥用425號(hào)普通硅酸鹽水泥，細(xì)骨料用中砂，粗骨料用5——一40mm連續(xù)級(jí)配碎石。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表分析物料的運(yùn)動(dòng)形式可知，兩種攪拌臂排列都實(shí)現(xiàn)了物料的循環(huán)流動(dòng),理論上任一物料質(zhì)點(diǎn)都能到達(dá)拌筒內(nèi)任意位置，但兩種排列使物料在拌筒中的分布狀態(tài)是不一樣的。對(duì)流排列中，物料主要積存在拌筒的中央，而兩端卻較少,因此中央的攪拌葉片受載大，兩端處的葉片受載小，容易造成個(gè)別攪拌臂和葉片過(guò)載損壞.而圍流排列可使混合料在拌筒內(nèi)均勻分布，從而保證沿軸全長(zhǎng)上的攪拌葉片受載相同，拌筒底部和葉片的磨損均勻。從這一點(diǎn)來(lái)看，攪拌臂圍流排列要比對(duì)流

26、排列更具優(yōu)勢(shì)。對(duì)其攪拌質(zhì)量的影響可依靠試驗(yàn)研究進(jìn)行比較。通過(guò)對(duì)攪拌臂及葉片的不同排列、安裝，在不同形狀的拌筒內(nèi)，進(jìn)行關(guān)于逆流和圍流的比較試驗(yàn)，測(cè)定相應(yīng)的混凝土拌和物勻質(zhì)性和28d的硬化混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊的抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)采用相同的混凝土配合比，mco(水泥）：mwo（水):mso（砂)：mGo(石子)=1：0．55:2．13：4．096?；炷恋膹?qiáng)度等級(jí)為C20，混凝土拌和物坍落度為10，、,30mm，水泥用425號(hào)普通硅酸鹽水泥，細(xì)骨料用中砂，粗骨料用5--一40mm連續(xù)級(jí)配碎石.試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3．1。 表3．1 對(duì)流與圍流的比較試驗(yàn)測(cè)試指標(biāo)值 由表3．1可見(jiàn)，不同拌筒內(nèi)物料運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)對(duì)流時(shí)，混凝

27、土的勻質(zhì)性指標(biāo)全都不合格，即不滿足AM<0．8％、AG〈5%的國(guó)標(biāo)要求，而對(duì)于攪拌臂圍流排列，雖然這兩個(gè)指標(biāo)會(huì)隨著其他攪拌參數(shù)的改變而變化，但是卻都滿足塒

28、4所示)，而且中央主攪拌區(qū),兩軸問(wèn)的物料還有強(qiáng)烈的高頻次逆流。 圖30逆時(shí)鐘圍濰圖3順時(shí)針圍流 如果以I、II來(lái)表示軸的序號(hào),以n來(lái)表示葉片的序號(hào)，那么之間這種運(yùn)動(dòng)就稱為逆流。拌區(qū)的次序有先有后，所上必然存在相位差。相位差太大．造成作用時(shí)間上的延遲，進(jìn)而逆流作用的效果就比較弱;相位差太小，甚至為零時(shí)，意味著兩攪拌臂幾乎同時(shí)到達(dá)攪拌區(qū)，并且二者對(duì)物料推動(dòng)的方向相反，類似于在周向形成一堵“墻",即彤成局部“死循環(huán)"現(xiàn)象，料流的大循環(huán)運(yùn)動(dòng)被阻斷.所以．逆流相位差大小應(yīng)該有一個(gè)合理的取值范圍，在此范圍的逆流才被認(rèn)為足合理的。若能通過(guò)合理布置和兩攪拌臂，使其到達(dá)攪拌區(qū)的相位時(shí)間差更合理，頻次更多，那

29、么物料揉搓和擠壓的作用就越充分，攪拌效果就越好。同時(shí)，由于這種逆流是在兩攪拌軸之間的強(qiáng)制作用，如果柿黃合理，使得物料作用頻次快，強(qiáng)度大，靠近攪拌軸音｜f分的物料就會(huì)充分運(yùn)動(dòng)起柬．就能在某種程度上改善普通強(qiáng)制式攪拌機(jī)所固有的,園速度梯度所產(chǎn)生的攪拌低效區(qū)問(wèn)題。但逆流是以不破壞物料的大循環(huán)流動(dòng)為前提的。另外，由于I和II之間的相互關(guān)系又與單軸及雙軸上攪拌臂的相位及其排列有關(guān),如果布置合理,那么這種逆流運(yùn)動(dòng)不但起不到強(qiáng)化攪拌的作用，反而有可能破壞整體的大循環(huán)運(yùn)動(dòng),會(huì)惡化攪拌質(zhì)量。因此，攪拌臂排列形式優(yōu)化的最終目的就是盡可能加快物料軸向大循環(huán)的頻次,同時(shí)增加物料合理逆流，從而增加物料與攪拌葉片直接接觸

30、并發(fā)生強(qiáng)制作用的機(jī)會(huì),提高攪拌質(zhì)量.由此可以得到雙臥軸拌筒內(nèi)攪拌臂及葉片布置的基本原則如下: ①物料在拌筒內(nèi)合理流動(dòng)，在盡量短的時(shí)間內(nèi)把物料拌成勻質(zhì)混凝土; ②在攪拌軸旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，盡量讓參與攪拌的葉片數(shù)目相等，以達(dá)到攪拌電機(jī)負(fù)荷均勻,減少?zèng)_擊的目的； ⑧物料在拌筒內(nèi)分布均勻，不要在拌筒的局部區(qū)段產(chǎn)生堆積，避免個(gè)別葉片和攪 拌臂過(guò)載而損壞. 3．4單軸攪拌臂的排列形式 單軸攪拌臂排列形式取決于其上相鄰兩個(gè)攪拌臂之間的相位布置，包括相鄰拌臂間的相位角及其正、反排列形式。 3．4．1相位角及其正、反排列形式 單根軸上相鄰兩個(gè)攪拌臂之間的相位布置,國(guó)內(nèi)外不盡相同。目前，用于攪拌普通混

31、凝土的攪拌機(jī)中，比較主流的布置相位角是900和60.。也有采用其他角度布置的，比如日本日工公司的產(chǎn)品就是450。用于攪拌大骨料混凝土?xí)r,會(huì)采用1200甚至1800相位角。從單軸上攪拌臂的相位方向與攪拌軸旋轉(zhuǎn)方向的關(guān)系來(lái)看，同一相位角在單根軸上的攪拌臂排列可以有兩種形式：一種稱為正排列，另一種稱為反排列。其中對(duì)于正排列的規(guī)定是：當(dāng)逆著混合料流動(dòng)方向看,攪拌臂排列的相位方向應(yīng)與攪拌軸轉(zhuǎn)向相同;若順著混合料流動(dòng)方向看，二者方向則相反。相反的情況就是反排列。 圖l所示為單軸上900相位角的攪拌臂排列形式，圖中“·”表示物料流出紙面，其中，圖3．5（a)為攪拌臂正排列,圖3．5(b）為攪拌臂反排列.

32、 圖3．5單根軸上90相位角的攪拌臂排列形式 3．4．2分析與試驗(yàn) 以攪拌臂相位角900為例,對(duì)正、反排列做比較分析.先討論反排列布置。依據(jù)物料連續(xù)遞推式地前進(jìn)，當(dāng)?shù)谒臄嚢璞凵系娜~片將混合料向前推攪后，同軸的第三攪拌臂上的葉片需要旋轉(zhuǎn)270。才能繼續(xù)將混合料向前推動(dòng)，然后再經(jīng)過(guò)一個(gè)270。旋轉(zhuǎn)輪到第二攪拌臂。顯然,混合料從一個(gè)攪拌臂處被推攪到下一個(gè)相鄰的攪拌臂處，每一次攪拌軸都要旋轉(zhuǎn)270。，如果有n個(gè)攪拌臂,那么就需要n一1 倍的2700。而對(duì)于正排列布置，由第四攪拌臂上的葉片向前推攪的混合料，只需要經(jīng)過(guò)90.就可被同軸的第三攪拌臂上的葉片繼續(xù)推攪。同樣,當(dāng)混合料輪到第二攪拌臂推攪時(shí)，

33、仍然只需要旋轉(zhuǎn)90。。于是混合料從第一個(gè)攪拌臂傳到第n個(gè)攪拌臂，只需經(jīng)過(guò)n一1倍的900就能實(shí)現(xiàn)。圖3．6所示為單軸上600相位角的攪拌 臂排列形式，圖中“·"表示物料流出紙面,圖3．6（a）為反排列，圖3．6(b）為正排列.在圖3．6(a)的反排列布置下物料被連續(xù)遞推式前進(jìn)，當(dāng)?shù)谄邤嚢璞凵系娜~片將物料向前推攪后,同軸第六攪拌臂上的葉片需要。相位角的攪拌臂排列3000才能繼續(xù)將物料向前推進(jìn)。顯然，如果有n個(gè)攪拌臂，那么就需要n一1倍的3000；對(duì)于圖3．6（b)的正排列：則只需經(jīng)過(guò)n一1倍的60。就能實(shí)現(xiàn).由此可見(jiàn)，在攪拌時(shí)間、拌臂數(shù)目及相位角一定的情況下，攪拌臂正排列要比反排列推攪的快,物

34、料獲得的軸向流動(dòng)次數(shù)更多,攪拌裝置的利用率更高.這對(duì)攪拌臂圍流排列的攪拌機(jī)，完成物料從拌筒的一端運(yùn)動(dòng)到另一端的作用則更加明顯.但同時(shí)也說(shuō)明單軸上采用較小的相位角可使物料得到較多的流動(dòng)次數(shù)。但相位角太小,物料在拌筒內(nèi)周向翻動(dòng)的劇烈程度降低，它還要受制于混凝土拌和物粗骨料最大粒徑的限制。現(xiàn)在選用國(guó)內(nèi)某廠生產(chǎn)的JS500型雙臥軸攪拌機(jī)為例進(jìn)行計(jì)算分析。該機(jī)每根軸上有7個(gè)攪拌臂，圍流排列，相位角為90。，轉(zhuǎn)速35r／rain，攪拌周期45s。于是在一個(gè)攪拌周期內(nèi)，攪拌軸轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)為 圖3.6單根軸上60相位角的攪拌臂排列 對(duì)于攪拌臂反排列，物料完成一個(gè)軸向的推攪需要轉(zhuǎn)過(guò) 那么，一個(gè)周期內(nèi)物料在單

35、根軸上完成的流動(dòng)次數(shù)為 若采用攪拌臂正排列，物料完成一個(gè)軸向的推攪需要轉(zhuǎn)過(guò) 于是，一個(gè)周期內(nèi)物料在單根軸上完成的流動(dòng)次數(shù)為 可見(jiàn),這種JSS00型雙臥軸攪拌機(jī)單根軸上攪拌臂正排列得到的流動(dòng)次數(shù)是反排列的（17．5／5．8≈）3倍。這同時(shí)也表明單根軸上采用較小的相位角可以獲得較多的流動(dòng)次數(shù)。但也不是說(shuō)單根軸上攪拌臂問(wèn)的相位角越小,攪拌質(zhì)量就越好。因?yàn)檩^小的相位角雖然可以實(shí)現(xiàn)物料沿軸向的快速均布,但物料在拌筒內(nèi)翻動(dòng)的劇烈程度卻相應(yīng)變差，即物料的周向流動(dòng)變差，這顯然不利于物料在整個(gè)空間方向的均布。顯然，單根軸上相鄰攪拌臂間的相位角是與軸上攪拌臂的數(shù)量密切相關(guān)的.對(duì)于圍流排列,若以11表示單根軸

36、上攪拌臂的數(shù)目,0表示相鄰攪拌臂間的相位角，則理論上對(duì)于相位角的取值范圍應(yīng)滿足關(guān)系式：3600≤noO≤7200。 從前面對(duì)對(duì)流、圍流的比較試驗(yàn)數(shù)據(jù)（參見(jiàn)表3．1)來(lái)看，對(duì)于所攪拌的混凝土來(lái) 說(shuō)，單軸上相鄰拌臂間60.相位角要比90。的攪拌質(zhì)量好。為了進(jìn)一步研究對(duì)普通混凝土攪拌時(shí)單軸上相鄰攪拌臂相位角的較優(yōu)值，選擇450、60。和900,在不同長(zhǎng)寬比的拌筒中，取滿足上述關(guān)系式的不同數(shù)目的攪拌臂，在攪拌葉片不同的安裝角和工作線速度下，攪拌粗骨料最大粒徑為40mm的普通混凝土，測(cè)得試驗(yàn)數(shù)據(jù)列于表3．2中.從表中數(shù)據(jù)可以看出:攪拌臂相位角600布置時(shí)，能夠得到相對(duì)較好的攪拌效果，對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)測(cè)試指

37、標(biāo)的均值都優(yōu)于900和450相位角的情況,尤其是混凝土的7天抗壓強(qiáng)度平均值，都在20MPa以上。從前面的理論分析也可以知道，相同條件下，60。相位角時(shí)物料在軸向獲得比900布置時(shí)更多的流動(dòng)次數(shù)，因而更容易實(shí)現(xiàn)物料在軸向的均勻分布。 由此可知，就試驗(yàn)中采用的粗骨料最大粒徑為40ram的普通混凝土來(lái)說(shuō)，攪拌臂相位600布置是較合理的。 表3．2單軸上相鄰拌臂間相位角的比較試驗(yàn) 表3．2單軸上相鄰拌臂間相位角的比較試驗(yàn)(續(xù)） 3．2．3小結(jié) 3．5葉片安裝角的定義 攪拌葉片安裝角是攪拌機(jī)的主要結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)之一.對(duì)攪拌質(zhì)量和攪拌效率都有著直接的影響。本文以雙臥軸攪拌機(jī)的葉片安裝角為研究對(duì)

38、象，其方法也可用來(lái)確定其它類型攪拌機(jī)的葉片安裝角。它是指攪拌葉片斜面與攪拌軸線間所夾的銳角，見(jiàn)圖4．1中的Q角. 圖4．1物料單元受力圖圖4．2葉片前的密實(shí)核心 ●定性分析 攪拌機(jī)工作時(shí)，拌缸內(nèi)的攪拌葉片應(yīng)推動(dòng)混合料沿拌缸的縱向和橫向循環(huán)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)混合料在三維空間內(nèi)的流動(dòng).當(dāng)安裝角Q過(guò)小時(shí)，葉片主要帶動(dòng)混合料圍繞攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而缺乏必要的軸向運(yùn)動(dòng)；極限情況是當(dāng)a=0時(shí)，攪拌葉片變成和軸平行的一塊平板，不起攪拌作用。當(dāng)安裝角a過(guò)大時(shí),葉片推動(dòng)混合料的橫向運(yùn)動(dòng)就很弱；當(dāng)Q=90。時(shí),葉片就成為與攪拌軸垂直的平板,和Q=0.時(shí)一樣也喪失了攪拌功能.因此,攪拌葉片一定要相對(duì)于攪拌軸成一定角度安裝。

39、為了使混合料的橫向和軸向運(yùn)動(dòng)都較大，目前國(guó)內(nèi)外葉片安裝角的常用值為Q=45。。若將某一瞬間攪拌葉片對(duì)某單元混合料的作用情況簡(jiǎn)化為圖4．1所示,可以看出，要使混合料能夠沿葉片寬度方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)軸向運(yùn)動(dòng),必須滿足E-E≥0,即: 對(duì)于普通的塑性混凝土,。攪拌機(jī)T作時(shí)，葉片的前面將形成密實(shí)的核心，混合料沿著密實(shí)核心的側(cè)棱運(yùn)動(dòng)，見(jiàn)圖4．2，圖中AB、BC為密實(shí)核心側(cè)棱；口為葉片的安裝角;y為密實(shí)核心側(cè)棱與攪拌軸間的夾角.由于AB和BC兩側(cè)棱間的夾角180。．2y為混合料穩(wěn)定堆放的安息角，葉片的橫向攪拌速度系數(shù)6:就是口≠00時(shí)密實(shí)核心的截面積與口=00時(shí)密實(shí)核心最大面積之比： 葉片的軸向攪拌速度系數(shù)％就是密實(shí)核心兩側(cè)棱在攪拌軸上的投影差與葉片在攪拌軸上投影之比 為了兼顧混合料在橫向和軸向都有較大的運(yùn)動(dòng)速度,葉片的安裝角應(yīng)使總的攪拌速度系數(shù)6具有最大值.總攪拌速度系數(shù)6為 致謝 本文在*＊＊老師的悉心指導(dǎo)下完成，導(dǎo)師對(duì)專業(yè)的一絲不茍，對(duì)學(xué)生嘔心瀝血， 使我很受感動(dòng)，在此向尊敬的*＊*老師致以最崇高的敬意和衷心的感謝。 在理論和課題研究過(guò)程中，得到相關(guān)實(shí)驗(yàn)室老師的鼎力協(xié)助和輔導(dǎo)，得到授課老師的寬容和幫助,同時(shí)也得到＊***老師的大力支持，還有許多在讀碩士和博士 的無(wú)私幫助，在此一致表示誠(chéng)摯的謝意。 由于本人水平有限，論文中錯(cuò)誤在所難免，敬希各位老師和同學(xué)不吝指正。