搅拌设备设计_第八讲_智能化搅拌设备

通信地址： 陕西省西安市南二环中段 育部重点实验室（ !"##$% ） “ 施工技术与 装 备 ” 教
（ 收稿日期： 6,,$!,6!+7 ） 工程机械
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5""""结语
本文对搅拌设备的智能化问题进行了初步探 讨， 首次提出了： （ 搅拌设备智能化的概念及其核心技术。 智能 +） 化搅拌设备应具有对不同作业材料及作业工况的适 应能力， 充分发挥机器的潜力， 保证作业质量和作业 效率的最优。 （ 搅拌设备智能化的必要条件： 机电液信一体 6） 化的硬件条件及可靠的作业过程管理软件。这是搅 拌设备智能化的努力方向及应完成的主要任务。 我国水泥产量居世界第一。随着公路事业的发 展， 我国已成为沥青混凝土生产大国。 混凝土作为当 今最大宗的建筑材料， 广泛地用于工业、 农业、 交通、 国防、 水利、 市政和民用等基本建设中， 在国民经济 中占有有重要地位。 因此， 提高混凝土搅拌设备的技 术水平具有重要的经济和社会意义。 我国的混凝土搅拌设备是在引进和吸收国外先 进技术的基础上迅速发展起来的。加强我国搅拌设 备的技术水平，尽快完成我国搅拌设备的智能化进 程， 是发挥后发优势， 实现我国搅拌设备跨越式发展 的必由之路， 我们应该为此而努力。
#<"""搅拌设备智能化的概念
工程机械
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专 题 讲 座
动力配置及部件的几何尺寸，也只有通过变速控制 才能实现。针对不同材料及配合比， 对投料顺序、 搅 拌作业参数、 搅拌时间进行集成优化与控制， 保证搅 拌质量和效率最好，这应该是搅拌设备智能化的核 心技术。
用完善已达二十余年。 通过大量的基础研究， 对不同 材料、不同工况时的搅拌过程进行统计分析和综合 优化， 这是实现搅拌设备智能化应完成的主要任务。 还须指出，搅拌过程是一个极其复杂的动态变化过 程。 如水泥混凝土搅拌时， 砂、 石、 水泥和水进入搅拌 室后， 物料各成分间既存在物理作用， 又存在化学作 用， 不论从微观上， 还是宏观上， 物料的状态和结构 既发生了量的变化， 又发生了质的变化。 这种变化既 可看成是随机的“ 生灭” 过程， 又可认为是确定的， 有 一定规律的。 因此， 搅拌机参数的优化不可能采用常 规的机械工程优化方法。在对搅拌过程模型化的基 础上，笔者建议通过试验研究来优化搅拌机构的参 数。 其优化目标是： 若在搅拌室内不同坐标方向达到 给定均匀度和强度的搅拌时间是相近的，那么这种 搅拌机械的搅拌时间将最短， 即其结构和参数最优。 用数学关系式来表达为：
!""""搅拌设备智能化的必要条件
公路等基础建设对机器的作业质量、作业可靠 性和作业效率等性能要求很高，机电一体化技术的 普遍应用已成为现代工程机械的显著标志之一。不 论是工程机械的外形， 还是其内部结构的变化， 主要 是由机电一体化技术的广泛运用引起的。从这个意 义上说， 机电一体化技术， 主要是计算机技术及液压 伺服控制技术的应用，引起了工程机械结构及其性 能的根本变化。 区别于其他机械的是， 工程机械的机 电一体化实质是机电液一体化。国外 #$%以上的工 程机械采用了液压传动，这是由工程机械作业特点 及液压传动的优越性决定的。工程机械作业时速度 低， 所需输出的转矩或力很大， 而空载行驶时速度却 相对较高， 变速和换向频繁。 只有液压传动才能较好 地适应各种工作要求，而且液压传动比机械传动系 统占空间少。 此外， 液压传动易于实现自动控制。 工 程机械的电控装置与工作装置之间，从力和功率的 传递及匹配来看， 合理的方案是采用液压传动。 包括 柴油机（ 电动机） 在内， 机电液一体化系统的动态性 能及其合理匹配，不仅对开发工程机械的新产品是 必须研究和解决的问题，而且是智能工程机械和实 现机群合理匹配的基础，是实现机器作业状态的现 场检测、 通讯和实时控制的基础。 而目前搅拌设备的 搅拌主机一般都采用机械传动，不便实现频繁的无 级变速及其控制， 应该将其改成液压传动。 搅拌设备 的机电液一体化是实现智能化的首要条件。 工程机械的作业工况复杂且多变，属于随机多 变量的复杂系统。 只有在大量的试验研究基础上， 采 用统计分析的方法， 对机器的作业过程， 特别是对工 作装置与作业对象的相互作用过程的诸因素集成优 化且建立数学模型，才能形成对作业过程可靠控制 的管理软件。作业过程的动态控制与管理软件是实 现搅拌设备智能化的第二个必要条件。&’()* 公 司 的 智 能 型 压 实 系 统 研 究 了 近 +, 年 ， -./)0)1 公司也用了近 +, 年积累了数万个试验数据才建立 了压实管理系统， 摊铺机 (12 、 (13 微控制器的使 — 36 —
专 题 座
!""""工程机械智能化现状
近 #$ 年来， 信息技术等各种高新技术在工程机 械中得到了广泛的应用，现代工程机械正成为机电 液信一体化的高端产品。智能化工程机械成为国内 外工程机械的发展趋势。 就拿路面机械的三大主导产品来说。 %&’() 公司于 !**+ 年开发了双钢轮压路机的自动控制压 简 称 %,’ ， 它能根据地面条件 实 系 统 ,-./01-2/3 ， 自动判别和控制所需压实力的大小。在 %,’ 基础 上， 针对单钢轮振动压路机开发成功的 ,-./03042.05 系统， 简称 %,6 或智能型压实系统， 能自动地根据 土壤实际情况输出最佳的压实能量，使材料得到均 匀的压实和相对一致的承载能力。789(:(6 公司 在大量的试验研究的基础上，开发成功了压实过程 的智能化管理系统， 也能实现类似的功能。 摊铺机上 广泛采用了 ’6+ 、 保证了摊铺速 ’6; 等微控制器， 度的恒定和摊铺平整度。搅拌设备各总成的协调工 作已由计算机控制来完成，可根据混凝土产量和配 合比要求实现自动化生产。 工程机械作为人类改造自然的一类工具，其工 作装置与作业对象的相互作用过程是机器工作的主 要功能。工程机械的作业对象多变， 环境恶劣， 首先 要求机器要有良好的自适应能力和高的可靠性。要 满足这些要求，在很大程度上取决于机器的智能化 程度，机器上必须有能够对作业过程进行识别与实 现最优控制的电控系统。为了能对机器的作业过程 进行智能控制，压路机上开始装备能对不同压实材 料及其工况有一定自适应能力的微控制器，摊铺机 的微控制器已能根据作业工况对部分作业参数进行 调控，而搅拌设备对不同类别和级配的混合料却缺 乏随机应变的适应能力。
搅拌设备设计（ 第八讲）
智能化搅拌设备
长安大学 冯忠绪 赵利军 工程机械的智能化是国家“ 九五” =+> 计划的研 究课题， 并提出的新概念， 曾以智能化摊铺机作为研 究对象， “ 十五” 又对机群智能化工程机械立项研究。 发展智能化工程机械是响应中央领导提出的 “ 在完 成工业化的过程中注意运用信息技术改造传统产 业， 以信息化带动工业化， 发挥后发优势， 努力实现 技术的跨越式发展” 的战略号召的重要举措。 国家科 技部将工程机械智能化项目列入 “ 机器人技术” 领 域， 提出了很高的目标要求。 什么是工程机械的智能化？对这一概念至今仍 存在着不同的理解。 例如， 智能工程机械应象机器人 一样能感知外界信息、 辩识推理并实现预期动作， 它 具有在线监测及显示、 预警、 通讯、 自动控制、 状态记 录及存储等功能。工程机械的作业环境及作业对象 多变， 负荷变化剧烈， 为保证作业质量和作业效率， 要求智能化工程机械应象人一样能对不同工况和周 围环境迅速适应， 充分发挥其潜在能力。因此， 工程 机械对不同作业工况的适应能力是其智能化程度的 主要标志。 搅拌设备是将不同组分和配合比的工程材料混 合均匀的专用设备， 搅拌机是搅拌设备的心脏。 目前 的水泥混凝土搅拌设备能对千余种不同配合比的材 料进行级配选择， 而这时的投料顺序、 搅拌机作业参 数、 搅拌时间却都是相同的， 还没有感知和适应工况 变化的能力。 众所周知， 搅拌轴转速是重要的作业参 数。 它不仅关系到搅拌机的生产效率， 而且关系到搅 拌质量， 保证不出现混合料离析等现象。严格地说， 即是在同一材料的搅拌过程中，搅拌速度也应该是 不相同的。 因为随着搅拌过程的深入， 水泥浆均匀地 分布在集料中间， 水化反应逐渐充分， 水泥混凝土由 “ 生” 变“ 熟” ， 各组分间摩擦系数和粘性降低， 当搅拌 速度不变而搅拌过程过长时，必然要越来越频繁地 发生离析现象， 搅拌机就向离心分离机转变， 这是绝 对不允许的。另外， 若希望搅拌机恒功率工作， 降低 — ;! —