搅拌机设计流程

摘要

搅拌机是搅拌设备的心脏。在搅拌机设计及使用过程中，合理的选取搅拌机的结构，运动和工作参数，直接关系到混凝土等材料的搅拌质量和搅拌效率。论文对搅拌臂的排列、搅拌叶片的安装角、拌筒长宽比、搅拌机转速和搅拌时间等主要参数的选取进行分析与试验研究。通过归纳，给出了双卧轴搅拌机的主要参数，包括搅拌臂排列、叶片安装角、拌筒长宽比、搅拌线速度等；给出了评价搅拌机参数合理与否的准则；给出了搅拌臂排列的基本原则。论文通过试验研究，建议用叶片推动的物料量与该搅拌机的公称容量的比值rl，来综合评定搅拌臂的个数，叶片面积和其他参数匹配的合理性，并作为设计时的参考；双卧轴搅拌机的叶片的安装角范围为3l一45，对国内广泛使用的宽短型双卧轴搅拌机叶片安装角度推荐为45；对目前国内外普遍使用的双卧轴搅拌机，它的长宽比的选择范围为0．7—1．3，推荐使用值为小于1；搅拌机的转速主要受搅拌过程中混合料不发生离析现象所限制，对目前常用的双卧轴搅拌机，推荐的叶片线速度为1．4m ／s-1．7m／s／；合理的搅拌时间是保证搅拌质量符合要求条件下的最短搅拌时间，它受充盈率等多种因素影响，合理的搅拌时间应通过试拌来确定。

[关键词]：搅拌机、主要参数、合理性、实验研究

第1章前言

1．1国内外研究现状及发展趋势

19世纪40年代，在德、美、俄等国家出现了以蒸气机为动力源的白落式搅拌机，其搅拌腔由多面体状的木制筒构成，一直到19世纪80年代，才开始用铁或钢件代替木板，但形状仍然为多面体。1888年法国申请登记了第一个用于修筑战前公路的混凝土搅拌机专利。20世纪初，圆柱形的拌筒自落式搅拌机才开始普及，其工作原理如图1．2所示。形状的改进避免了混凝土在拌筒内壁上的凝固沉积，提高了搅拌质量和效率。1903年德国在斯太尔伯格建造了世界上第一座水泥混凝土的预拌工厂。1908年，在美国出现了第一台内燃机驱动的搅拌机，随后电动机则成为主要动力源。从1913年，美国开始大量生产预拌混凝土，到1 950年，亚洲大陆的日本开始用搅拌机生产预拌混凝土。在这期间，仍然以各种有叶片或无叶片的自落式搅拌机的发明与应用为主⋯。自落式搅拌机依靠被拌筒提升到一定高度的物料的自落完成搅拌。工作时，随着拌筒的转动，物料被搅拌筒内壁固定的叶片提升到一定高度后，依靠自重下落。由于各物料颗粒下落的高度、时问、速度、落点和滚动距离不同，从而物料各颗粒相互穿插、渗透、扩散，最后达到均匀混合。自落式搅拌机结构简单，可靠性高，维护简单，功率消耗小，拌筒和叶片磨损轻，但搅拌强度不高，生产效率低，搅拌质量不易保证。此种搅拌机适于拌制普通塑性混凝土，广泛应用于中小型建筑工地。按拌筒形状和卸料方式的不同，有鼓筒式搅拌机、双锥反转出料搅拌机、双锥倾翻出料搅拌机和对开式搅拌机等，其中鼓简式搅拌机技术性能落后，已于1987年被我国建设部列为淘汰产品。随着多种商品混凝土的广泛使用以及建筑规模的大型化、复杂化和高层化对混凝土质量、产量不断提出的更高要求，有力地促进了混凝土搅拌设备在使用性能和技术水平方面的提高与发展。各国研究人员开始从混凝土搅拌机的结构形式、传动方式、搅拌腔衬板材料以及搅拌生产工艺等方面进行改进和探索。20世纪40年代后期，德国ELBA公司最先发明了强制式搅拌机，和自落式搅拌机的工作原理不同，强制式搅拌机利用旋转的叶片强迫物料按预定轨迹产生剪切、挤压、翻滚和抛出等强制搅拌作用，使物料在剧烈的相对运动中得到匀质搅拌。强制式

搅拌机工作原理如图1．3，与自落式搅拌机相比，强制式搅拌机搅拌作用强烈，搅拌质量好，搅拌效率高，但拌筒和叶片磨损大，功耗增大。此种搅拌机适于拌制干硬性、轻骨料混凝土以及特种混凝土和专用混凝土，多用于施工现场的混凝土搅拌站和预拌混凝土搅拌楼。根据构造特征不同，主要有立轴涡浆式搅拌机、立轴行星式搅拌机、立轴对流式搅拌机、单卧轴搅拌机和双卧轴搅拌机等。

图1．2 自落式搅拌机工作原理示意图图1．3强制式搅拌机工作原理示意图

随着技术的发展，强制式搅拌机在德国的BHS公司和ELBA公司、美国的JOHNSON 公司和REX WORKS公司、意大利的SICOMA公司和SIMEN公司、日本的日工株式会社和光洋株式会社等企业发展迅速，目前已形成系列产品。比如德国的EMC系列、EMS系列搅拌站和UBM系列、EMT系列搅拌楼，意大利的MAO系列搅拌站、MSO

系列大型搅拌基地等。我国混凝土搅拌设备的生产从20世纪50年代开始。1952年，天津工程机械厂和上海建筑机械厂试制出我国第一代混凝土搅拌机，进料容量为400L和1000L。20世纪70年代未至80年代初，我国为适应建筑业商品混凝土大规模发展的需要，在引进国外样机的基础上，有关院所厂家陆续开发了新一代Jz型双锥自落式搅拌机、．D型单卧轴强制式搅拌机。其中，JS型双卧轴搅拌机在80年代初研制成功。80年代末，我国混凝土搅拌产品开发重点转向商品混凝土成套设备，研制出了10多种混凝土搅拌楼(站)。经过引进吸收、自主开发等几个阶段，到本世纪初，国内混凝土搅拌机技术得到长足发展，在产品规格和生产数量上，都达到了一定规模，出现了一批具有自主知识产权的新技术，逐步形成了一个具有一定规模和竞争能力的行业。2006年，我国生产装机容量O．5～6m3的搅拌站2100多台，已成为混凝土搅拌设备的生产大国。

1．2国内外搅拌机参数的研究现状

对搅拌设备来说，搅拌机构是核心装置，混凝土搅拌质量的好坏，搅拌机生产率的高低以及使用维修费用的多少都与它有关，目前，双卧轴搅拌机是国内的主导机型，因此，国内外对卧轴搅拌机技术进行了比较广泛、深入的研究。国外对卧轴搅拌机技术的研究起因于对沥青混和料拌和抽样和方法准确度的分析，由于试验中采用的1t间歇式卧轴强制搅拌器，抽取的样品测试数据显示了在搅拌器的一种设计与另一种设计之间，由于桨叶的排列方式不同，有可能成为造成混合料均匀度的明显差别的主要原因。研究人员分析认为：所用的双轴桨叶式搅拌器中，材料的主要运动是一种在与轴垂直的平面内，围绕着每根轴的不规则转动。在桨叶相遇或重叠的部位，材料在一根轴之间的区域内相互交换着，材料的辅助运动是与两根轴平行的，从搅拌轴的一个旋转平面到另一旋转平面。在用来构成辅助运动方面，不同设计方案的搅拌器，变化是很广泛的。混合料在两根轴之间的区域内运动是不规则的，但是在轴的两侧，物料则围绕着搅拌器内壁在水平面内作某种循环运动，运动的程度都会受到桨叶端面与它们移动方向的夹角的影响。为了找到在搅拌器其它设计特点保持不变的情况下，由于改变桨叶端面的角度和安装方式而产生的不同方案的辅助运动，以及对被搅拌的混和料均匀度的影响程度，研究人员制造了一套带有可调桨叶的特殊桨臂。通过央紧作用，将桨叶紧固到桨臂的圆柱部分，并可按任意角度调整，而且可按根右旋或左旋螺距来安装于搅拌轴上。在一些搅拌器中，将垂直于它们移动方向的平面桨叶，向左和向右交替地转一定角度，使这些桨叶的排列方式不是按照产生一种有规则的辅助运动，所以在搅拌器内材料的输送不是始终如一地从一端到另一端。当使物料由轴的两端向中心运动时。物料向中心堆积，有一些物料则从堆积料的顶端溢出，再从两端返回，那旱物料的水平面要低得多。在另外一些搅拌器中，桨叶的排列可使物料产生有规则的辅助运动。一轴上的所有桨叶端面都使物料朝一个方向运动，而另一根轴上的所有桨叶端面部使物料朝相反的方向运动。在桨叶相对于搅拌轴不同的倾斜角度情况下，分别采用两种桨叶排列方式进行试验：①将所有桨叶调至使物料向搅拌器的中心运动：②将一根轴上的所有桨叶都安装成使物料向右运动，而另一根轴上的所有桨叶都安装成使物料向左运动，以便能使物料

在平面内围绕着搅拌器产生顺时针方向的循环或旋转运动。这两种排列方式被称