混凝土搅拌站计量精度提升

混凝土搅拌站计量精度

提升

YUKI was compiled on the morning of December 16, 2020

混凝土搅拌站计量精度提升

几年随着国家对工程质量的要求不断提高，各个施工项目都对工程质量进行了重点监控，对施工单位的原材料质量、混凝土质量、搅拌设备的计量精度和系统软件功能等都提出了具体的要求。特别是在国家正在大规模进行的铁路施工中，铁路总公司对施工方使用的搅拌设备的计量精度、准确率和系统软件功能等提出了更高要求，并进行实时数据采集，对在生产时出现的计量误差、配方数据等进行分级别报警。铁路施工单位也相应的总结施工经验，认真分析配料精度要求和误差产生因素，和生产厂家对设备进行全面升级，以期提高计量精度和准确率。

本文通过调研混凝土搅拌站物料配料数据，统计配料超差数据，分析混凝土搅拌站物料配料时超差原因，以高速铁路混凝土搅拌站物料配料精度要求为标准，并结合在大量施工项目的应用实际上，与设备的配套生产厂家一道来探讨混凝土搅拌站配料系统和控制方式的改进提升设计及设备整体优化，能够在较短的时间内实现并达到其要求。

精度要求标准

从2014年起，在铁路工程施工中，铁路施工用混凝土搅拌站物料计量精度及准确率级别进一步严格，报警级别和对应级别处理要求如下：

原材料每盘计量误差报警级别

初级报警每盘水泥、矿物添加剂、水、外加剂等误差值在±1%～3%。骨料计量误差在±2%～5%。

中级报警每盘水泥、矿物添加剂、水、外加剂等误差值在±3%～5%。骨料计量误差在±5%～10%。

高级报警每盘水泥、矿物添加剂、水、外加剂等误差值在±5%以上。骨料计量误差在±10%以上。

超标报警处置

初级报警时，驻站监理和站有关人员需对混凝土生产过程数据进行跟踪观察。

中级报警时，驻站监理和站有关人员需加大对混凝土生产过程数据的监控力度，当连续3次出现中级报警时，监理分站、驻站监理要回帖施工项目共同分析原因。连续出现5次中级报警，监理项目部对拌和站下达停工指令。

高级报警时，监理项目部同施工项目部分析超标原因，连续出现2次高级报警或12h 出现3次报警，监理项目部对搅拌站下达停工指令。

超差原因分析

传统数据

传统设备物料计量精度数据收集及统计见表1。

表1 传统设备物料计量精度数据收集及统计

注：1.以上数据来源为调研铁路施工单位的20套传统混凝土搅拌站上万盘次统计结果。2.超差率计算方式为：超差率=该物料超差盘数/生产总盘数×100%。

超差原因分析

通过调研混凝土搅拌站生产现场及数据统计分析，混凝土搅拌站物料配料时超差原因有以下几个方面：

物料质量原因砂含水、含泥量（含石粉量）大，达不到建筑用砂标准要求，容易在料仓内起拱，造成物料下料不畅，料流不稳定，造成配料时超差。

物料流动性及用量原因部分项目的混凝土配方中，碎石每立方混凝土用量约100kg，因碎石流动性较好，在配料时出现超差频率较高。

设备的机械结构设计不适应现有物料质量和物料用量骨料料仓结构不能有效解决湿砂起拱问题，造成下料不畅，影响计量精度。料门开口大小不满足较小用量物料的计量。粉料计量称体排气不畅，造成粉料配料、卸料时称体内出现正负气压问题，影响系统对实际称量值的取值不准确，影响粉料计量精度。

设备部分设计参数不匹配原因为提升生产效率，在配置粉料输送螺旋机时常选用输送量较大设备，在补料时经常出现补料超量情况，水及液体掺合料的输送泵流量配置较大，造成计量超差现象。

控制系统精度不足控制系统的配料控制方式及算法不满足高精度配料要求，如控制系统中的配料落差算法、点动补称算法、扣称算法等不能满足高铁对配料精度的要求。

操作人员因素操作者对设备的操作不够熟练，特别是对控制系统的专业术语及专用调整参数等没有深入了解，在生产时对物料配料参数设置不合理、对系统的补偿、扣称等功能不能完全正确使用。

提升改进设计方案

基于以上在物料质量、机械结构、设备设计参数匹配、控制系统及人员等因素所造成的现有混凝土搅拌设备在生产时经常出现的物料超差，不仅造成了一定的材料浪费和经济损失，也给施工单位的工作带来一定的难度。所以，采取怎样具体的方案对现有混凝土搅拌站设备结构进行设计改进、优化配置参数和完善系统功能，不仅可以有效提高物料的配料精度和准确率，更能节约资源、提高工程质量。结合实际工作需要，对混凝土搅拌站的配料系统和控制系统的设计改进提出以下方案。

对骨料配料系统的改进设计方案

料斗斗体设计优化，使斗体斜面角度突破砂石料骨料的休止角45°（参考湿砂参数），斗体四面角度均＞50°，并在砂仓上成对安装振动破拱装置，以避免骨料在料斗内起拱，下料不畅，影响骨料配料精度。

料斗斗口设计优化，充分考虑物料起拱和石子卡门情况，采用减压式料口和大间隙大斗门结构设计料口和料门结构（参见图1），本料口结构减小了整个料斗中物料对料口处的压力，避免物料压实起拱，大间隙大斗门结构利用骨料的休止角和橡胶件共同作用封闭料口，如果料门发卡时，骨料从大间隙漏下。采用减压式料口和大间隙大斗门结构设计料口和料门结构，能有效的防止料门卡门，保证料门正常开启和关闭，提高配料精度。

料门设置机械调节机构，可调节料门开口大小，调节骨料流量，可提高流动性较好且每方用量较少的骨料配料精度。

料门开关门速度调节，结构（参见图2），通过在气缸上安装调节阀，控制气缸伸出及缩回速度，使料门慢开快关，通过系统控制，在配料时可以精确的补料，提高骨料配料精度。

图1 料门结构

图2 料门开关结构

对粉料配料系统的改进设计方案

粉料输送由传统单一螺旋喂料改为采用精确螺旋（子母螺旋）喂料，结构（参见图3），通过子螺旋的二次输送配料，大幅提升粉料的配料精度。通过控制系统合理的参数设置，在初始配料时，子螺旋和母螺旋同时启动工作，称量值达到设定目标值的一定比例后，母螺旋停止工作，子螺旋继续转动，将子母螺旋间存储的物料以更小的输送量输送到粉称量斗中。根据现有高速铁路用搅拌站的粉料用量，通过大量的实践应用，将子螺旋的输送量设计为～s，即可满足粉料配料精度的要求。如某种粉料的单方配料用量较少，可以对子螺旋进行点动控制，进一步提高配料精度。

图3 精确螺旋（子母螺旋）喂料结构

水、外加剂计量精度提升的改进设计方案

水、外加剂的配料采用大给、小给及点动配料方式（结构参见图4），通过储液装置的的二次精计量配料，大幅提升水、外加剂的配料精度。通过控制系统合理的参数设置，在初始配料时，输送水或外加剂的泵及储液装置的精确配料阀门同时启动工作，称量值达到设定目标值的一定比例后，泵停止工作，储液装置的精确配料阀门继续开启，将储液装置存储的液体物料以更小的输送量输送到水或外加剂称量斗中。根据现有高速铁路用搅拌站的水、外加剂用量多少不同，储液装置配置通径大小不同的精确给料阀门，可满足配料在3kg以上液体配料精度的要求。如某种外加剂的单方配料用量较少，可以对储液装置的精确配料阀门进行点动控制，进一步提高配料精度。

图4 水、外加剂计量精度提升改进改进

采用合理的除尘方式解决主机及粉称量过程的正负压问题

搅拌过程中，当物料投入搅拌器时，主机系统内为正压，粉料计量斗内为负压，使得粉料称量斗底部阀门的上下压力不均衡（下面是正压，上面是负压），主机内含尘气体对粉料称量斗产生向上的推力，导致粉料计量斗的称量值比实际值偏小，造成配料误差，并增加粉料（水泥、粉煤灰和矿粉等）用量。主机搅拌后卸料时，主机系统内为负压，而螺旋机输送粉料时，粉料称量斗内为正压，粉料计量斗内含尘气体对粉料称量斗产生向下的压力，使粉料计量斗的称量值偏大，造成配料误差，并少用了粉料。主楼安放箱体式重力除尘装置，利用箱体来收集粉尘，粉尘依靠自身的重量沉降，箱体实质上是一个重力沉降，通过在箱体侧面配置一片除尘滤布，可以对箱体内的含尘气体进行过滤排放，同时也可以与大气交换气体，缓解除尘箱体内的气体压力，以消除搅拌机进料和卸料时产生的正负压问题。箱体侧面通过弯管与粉料称连接，以消除粉料称量斗进料和卸料时产生的正负压问题。通过除尘装置，使粉称量斗、主机相连通，并通过除尘装置滤布与大气相通，使主机内气压和粉料计量斗内气压平衡，不会产生正负压，不对粉料配料精度产生影响。

配料秤提升设计优化方案

适当选用非线性误差、重复性误差、滞后性误差都很小的高精度称重传感器。保证各点传感器受力均衡，避免受侧向力或受扭。控制系统的配料控制方式及算法进行优化方案。系统上能够实现智能点动补秤及扣秤算法。砂石含水率可随机调整，系统自动完成加减水功能。操作台无按钮设计，结构简单化，零几率误操作设计。

方案验证

通过和生产配套厂家的共同研究和探讨，对部分传统设备进行了升级整改，按照提升改进设计方案进行了逐步设施，改进前后的数据进行调研统计分析，同样物料的超差率统计结果见下附表2。

表2 改进前后同样物料的超差率统计

从以上的对比结果来看，经过提升改进设计后，搅拌站配料计量精度得到很大提高，能完全满足铁路施工对设备计量精度的要求标准。但同时必须认识到，要让搅拌站设备的计量精度在保证准确率的条件下还必须保证设备计量精度的高可靠性和高动态稳定性，还需要设备使用施工方和设备生产厂家共同进行进一步的研究和探讨。