機械畢業(yè)設(shè)計68攪拌機設(shè)計論文

摘要 攪拌機是攪拌設(shè)備的心臟。在攪拌機設(shè)計及使用過程中，合理的選取攪拌機的結(jié)構(gòu)，運動和工作參數(shù)，直接關(guān)系到混凝土等材料的攪拌質(zhì)量和攪拌效率。論文對攪拌臂的排列、攪拌葉片的安裝角、拌筒長寬比、攪拌機轉(zhuǎn)速和攪拌時間等主要參數(shù)的選取進行分析與試驗研究。通過歸納，給出了雙臥軸攪拌機的主要參數(shù)，包括攪拌臂排列、葉片安裝角、拌筒長寬比、攪拌線速度等；給出了評價攪拌機參數(shù)合理與否的準(zhǔn)則；給出了攪拌臂排列的基本原則。 第 1 章 前言 1 1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 19世紀(jì) 40年代，在德、美、俄等國家出現(xiàn)了以蒸氣機為動力源 的白落式攪拌機，其攪拌腔由多面體狀的木制筒構(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年法國申請登記了第一個用于修筑戰(zhàn)前公路的混凝土攪拌機專利。 20世紀(jì)初，圓柱形的拌筒自落式攪拌機才開始普及，其工作原理如圖 1 2所示。形狀的改進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，在美國出現(xiàn)了第一臺內(nèi)燃機驅(qū)動的攪拌機，隨后電動機則成為主要動力源。從 1913年，美國開始 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生產(chǎn)預(yù)拌混凝土。在這期間，仍然以各種有葉片或無葉片的自落式攪拌機的發(fā)明與應(yīng)用為主 。自落式攪拌機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，隨著拌筒的轉(zhuǎn)動，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、時問、速度、落點和滾動距離不同，從而物料各顆粒相互穿插、滲 透、擴散，最后達(dá)到均勻混合。自落式攪拌機結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，維護簡單，功率消耗小，拌筒和葉片磨損輕，但攪拌強度不高，生產(chǎn)效率低，攪拌質(zhì)量不易保證。此種攪拌機適于拌 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、雙錐反轉(zhuǎn)出料攪拌機、雙錐傾翻出料攪拌機和對開式攪拌機等，其中鼓簡式攪拌機技術(shù)性能落后，已于 1987年被我國建設(shè)部列為淘汰產(chǎn)品。隨著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)雜化和高層化對混凝土 質(zhì)量、產(chǎn)量不斷提出的更高要求，有力地促進了混凝土攪拌設(shè)備在使用性能和技術(shù)水平 方面的提高與發(fā)展。各國研究人員開始從混凝土攪拌機的結(jié)構(gòu)形式、傳動方式、攪拌腔襯板材料以及攪拌生產(chǎn)工藝等方面進行改進和探索。 20世紀(jì) 40年代后期，德國 ELBA公司最先發(fā)明了強制式攪拌機，和自落式攪拌機的工作原理不同，強制式攪拌機利用旋轉(zhuǎn)的葉片強迫物料按預(yù)定軌跡產(chǎn)生剪切、擠壓、翻滾和拋出等強制攪拌作用，使物料在劇烈的相對運動中得到勻質(zhì)攪拌。強制式攪拌機工作原理如圖 1 3，與自落式攪拌機相比，強制式攪拌機攪拌作用強烈，攪拌質(zhì)量好，攪拌效率高，但拌筒和葉片磨損大，功耗增大。此種攪拌機適于拌制干硬性、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、立軸行星式攪拌機、立軸對流式攪拌機、 單臥軸攪拌機和雙臥軸攪拌機等。 圖 1 2 自落式攪拌機工作原理示意圖圖 1 3 強制式攪拌機工作原理示意圖 隨著技術(shù)的發(fā)展，強制式攪拌機在德國的 BHS公司和 ELBA公司、美國的 JOHNSON 公司和 REX WORKS公司、意大利的 SICOMA公司和 SIMEN公司、日本的日工株式會社和光洋株式會社等企業(yè)發(fā)展迅速，目前已形成系列產(chǎn)品。比如德國的 EMC系列、 EMS系列攪拌站和 UBM系列、 EMT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，天津工程機械廠和上海建筑機械廠試制出我國第一代混凝土攪拌機，進料 容量為 400L和 1000L。 20世紀(jì) 70年代未至 80年代初，我國為適應(yīng)建筑業(yè)商品混凝土 大規(guī)模發(fā)展的需要，在引進國外樣機的基礎(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、 D型單臥軸強制式攪拌機。其中， JS型雙臥軸攪拌機在 80年代初 研制成功。 80年代末，我國混凝土攪拌產(chǎn)品開發(fā)重點轉(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)過引進吸收、自主開發(fā)等幾個階段，到本世紀(jì)初，國內(nèi)混凝土攪拌機技術(shù)得到長足發(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產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)，逐步形成了一個具有一定規(guī)模和競爭能力的行 業(yè)。 2006年，我國生產(chǎn)裝機容量 O 5 6m3的攪拌站 2100多臺，已成為混凝土攪拌設(shè)備的生產(chǎn)大國。 1 2國內(nèi)外攪拌機參數(shù)的研究現(xiàn)狀 對攪拌設(shè)備來說，攪拌機構(gòu)是核心裝置，混凝土攪拌質(zhì)量的好壞，攪拌機生產(chǎn)率的高低以及使用維修費用的多少都與它有關(guān)，目前，雙臥軸攪拌機是國內(nèi)的主導(dǎo)機型，因此，國內(nèi)外對臥軸攪拌機技術(shù)進行了比較廣泛、深入的研究。國外對臥軸攪拌機技術(shù)的研究起因于對瀝青混和料拌和抽樣和方法準(zhǔn)確度的 分析，由于試驗中采用的 1t間歇式臥軸強制攪拌器，抽取的樣品測試數(shù)據(jù)顯示了在攪拌器的一種設(shè)計與另一種設(shè)計之間，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 要運動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。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，材料的輔助運動是與兩根軸平行的，從攪拌軸的一個旋轉(zhuǎn)平面到另一旋轉(zhuǎn)平面。在用來構(gòu)成輔助運動方面，不同設(shè)計方案的攪 拌器，變化是很廣泛的。混合料在兩根軸之間的區(qū)域內(nèi)運動 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)運動，運動的程度都會受到槳葉端 面與它們移動方向的夾角的影響。為了找到在攪拌器其它設(shè)計特點保持不變的情況下，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動，以及對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安裝于攪拌軸上。在一些攪拌器中，將垂直于它們移動方向的平面槳葉，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)則的輔助運動，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動時。物料向中心堆積，有一些物料則從堆積料的頂端溢出，再從兩端返回，那旱物料的水平面要低得多。在另外一些攪拌器中，槳葉的排列可使物料產(chǎn)生有規(guī)則的輔助運動。一軸上的所有槳葉端面都使物料朝一個方向運動，而另一根軸上的所有槳葉端面部使物料朝相反的方向運動。在槳葉相對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行試 驗：將所有槳葉調(diào)至使物料向攪拌器的中心運動：將一根軸上的所有槳葉都安裝 成使物料向右運動，而另一根軸上的所有槳葉都安裝成使物料向左運動，以便能使物料 在平面內(nèi)圍繞著攪拌器產(chǎn)生順時針方向的循環(huán)或旋轉(zhuǎn)運動。這兩種排列方式被稱為“向心”方式和“旋轉(zhuǎn)”方式。試驗按 18批物料作為一個系列來進行，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間 (1min、 2min和 4min)。獲得拌和勻質(zhì)性分析的樣品總數(shù)為 213個。分別計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 章攪拌機主要參數(shù) 2 1雙臥軸攪拌機的主要參數(shù) 本文以目前廣泛使用的雙臥軸攪拌機為主，對攪拌裝置幾何和運動參數(shù)的合理取值范圍進行分析和試驗研究。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)雙臥軸攪拌機結(jié)構(gòu) 圖 2 1雙臥軸攪拌機主要參數(shù) 2 2攪拌機參數(shù)選取的準(zhǔn)則 目前國內(nèi)外廣泛使用的自落式和強制式攪拌機己沿用了 50余年。但在攪拌 機設(shè)計 和使用中，仍采用類比法這樣的經(jīng)驗方法，缺乏合理性；由于對攪拌過程的機理研究不 夠，對如何選擇這一參數(shù)，說法不一，缺乏科學(xué)性；在攪拌過程中，混合料的物理一化 學(xué)性能都發(fā)生了變化，這一過程極其復(fù)雜而影響因素又較多，但由于對諸參數(shù)綜合優(yōu)化的試驗研究不深入，且設(shè)計和使用者在選擇轉(zhuǎn)速值時缺少依據(jù)。攪拌機是混凝土制備設(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，質(zhì)量第一?；炷潦侵匾慕ㄖ牧?，新拌混凝土質(zhì)量是對攪拌機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評價，宏觀均勻 性用拌和物中砂漿密度的相對誤差塒 O 8和粗骨料質(zhì)量的相對誤差 AG5來衡 量 ，微觀均勻性用混凝土強度的平均值豆，標(biāo)準(zhǔn)差盯和離差系數(shù) G來衡量 。豆值越 高 、 G值越小，說明混凝土質(zhì)量越好；反之亦然。因此，攪拌機械應(yīng)在保證新拌混凝土質(zhì)量滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下高效節(jié)能的工作，這就是確定攪拌機合理參數(shù)的準(zhǔn)則。攪 拌機在設(shè)計和使用中主要參數(shù)的選取準(zhǔn)則也可用數(shù)學(xué)表達(dá)式 來表示。 對攪拌攪拌過程進行綜合模擬，給出了攪拌機參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)： 式中，攪拌的平均時間 f的角標(biāo)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)各個方向的攪拌時間相接近。這時選取的攪拌機的主要參數(shù)較合理?？?利用實驗來調(diào)整攪拌機的參數(shù)，使其趨于合理。在不同的攪拌時間，按三維坐標(biāo)方向測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間。一般來 兌，在三個方向同時都達(dá)到給定的均勻度指標(biāo)是不可能的，總會有先 有后。應(yīng)根據(jù)實驗結(jié)果，調(diào)整攪拌機結(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達(dá)到給定的均勻度。 2 3試驗樣機與實驗條件 2 3 l 試驗樣機 試驗樣機主要攪拌參數(shù)見表 2 l，主體結(jié)構(gòu)見圖 2 2 表 2 1試驗樣機主要攪拌性能參數(shù) 圖 2 2雙臥軸攪拌機主體結(jié)構(gòu)圖 該試驗樣機攪拌的基本工作原理與普通雙臥軸攪拌機一樣，動力從電機通過擺線針輪減速器，變速后由彈性畦軸器直接傳遞給一對同步齒輪，從而帶動兩根攪拌軸作反向同步轉(zhuǎn)動。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 方式，通過攪拌筒底部的偏心旋轉(zhuǎn)扇形閘門來控制。由于試驗條件的限制也為了簡化設(shè)計，該樣機沒有設(shè)計耐磨襯板和 L料機構(gòu)，試驗中采用人上料，這雖然會對攪拌質(zhì)爵和攪拌時捌產(chǎn)生一些影響，但由于是在相同條件下進行試驗所以仍然能夠完成試驗任務(wù)。 攪拌機構(gòu)是本次試驗研究的重點。由于試驗中要分別比較拌筒不同長寬比和攪拌臂 不同排列形式以及攪拌葉片不同安裝角度對攪拌質(zhì)量的影響，因此要求拌筒的長寬比、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、維護方便。 2 3 2 攪拌機構(gòu)的設(shè)計 攪拌葉片的設(shè)計 攪拌葉片的形狀是根 據(jù)拌簡直徑、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)域長度和葉片設(shè)定高度等參數(shù)設(shè)計的。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直徑構(gòu)成的圓柱體，通過曲線擬合得到?？紤]葉片與拌筒內(nèi)壁的間隙大小對葉片使用壽命和攪拌能耗的影響，設(shè)計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，見圖 2 3。先接觸物料的前端間隙小于后端，相差 1-2mm，利于集料一旦被 卡后的釋放 。 對于攪拌臂和攪拌葉片的安裝設(shè)計，則都采用了抱瓦結(jié)構(gòu)，通過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。試驗中，根據(jù)拌 筒長寬比的不同和試驗研究的要求，攪拌葉片的數(shù)量可以相應(yīng)的增減；通過調(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。 拌簡長寬比 拌筒長寬比變化是通過在攪拌筒中橫置擋板實現(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拌筒長度進行調(diào)節(jié)。擋板的形狀與攪拌筒橫截面是一致的，可以通過螺栓固定在與拌筒焊接的角鋼上，從而將拌筒由窄長形分隔為寬短形。樣機設(shè)計窄長形拌筒的長寬比為 1 11，寬短形拌筒的長寬比為 O 78。 2 3 3 試驗用混凝土配合比的設(shè)計 混凝土配合比設(shè)計必須滿足四項基本要求； 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)計或施工進度所要求的強度和其它有關(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。一個合理的配合比，對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，實質(zhì)上就是確定四項材料用量之間的三個對比關(guān)系，即三個參數(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、單位用水量三個參數(shù) 與混凝土的各項性能之間有著密切的關(guān)系，如 圖 2 5所示 (圖中，粗實線表示直接關(guān)系，細(xì)實線表示主要關(guān)系，虛線表示次要關(guān)系 )。 正確地確定這三個參數(shù)，就能保證混凝土滿足一定的設(shè)計要求。 圖 2 5配合比參數(shù)與混凝土性能關(guān)系 考慮本次試驗研究的目的，因此在試驗過程中保持混凝土組成材料及其配合比的恒定，即各組試驗所用的混凝土均采用同一配合比設(shè)計： 水泥 31kg，水 17kg，砂 66kg，石子 127kg。 第 3 章攪拌臂的排列 對于雙臥軸攪拌機，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 位置關(guān)系。其中攪拌臂的相對位置關(guān)系主要是指單根軸上相鄰兩個攪拌臂之間的相對位 置關(guān)系和雙軸上攪拌臂之間的相對位置關(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)生不同的料流運動形式。臥軸攪拌機拌筒內(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攪拌筒內(nèi)物料運動的主要因素是攪拌臂的排列以及葉片參數(shù)。對于雙臥軸攪拌機拌簡內(nèi)的物料運動形式，通過初步試驗及分析，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)“對流 和 “圍流”兩種不同的運動軌跡。 這兩種料流形式孰優(yōu)孰劣，可以通過理論分析和試驗研究得出結(jié)論。 3 1對流和圍流 對流攪拌臂的排列如圖 3 1所示。在攪拌葉片推動下，混合料由攪拌機兩端向中央 運動，并在中央處以錐體形狀堆積。這時有些物料就會從料堆頂部溢出，流向拌筒的兩 端，然后再由葉片將其從兩端推回中央，從而完成物料的一個循環(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混合料沿軸朝一個方向運動，而另一根軸上的葉片推動混合料沿軸朝另一個相反方向運動。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)運動。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)運動。 圖 3 1攪拌臂對流排列圖 圖 3 2攪拌臂圍流排列 3 2分析與試驗 分析物料的運動形式可知，兩種攪拌臂排列都實現(xiàn)了物料的循環(huán)流動，理論上任一 物料質(zhì)點都能到達(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，容易造成個別攪 拌臂和葉片過載損壞。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。從這一點來看，攪拌臂圍流排列要比對流排列更具優(yōu)勢。對其攪拌質(zhì)量的影響可依靠試驗研究進行比較。通過對攪拌臂及葉片的不同排列、安裝，在不同形狀的拌筒內(nèi)，進行關(guān)于逆流和圍流的比較試驗，測定相應(yīng)的混凝土拌和物勻質(zhì)性和 28d的硬化混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊的抗壓強度。試驗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。混凝土的強度等級為 C20，混凝土拌和物坍落度為 10、 30mm，水泥用 425號普通硅酸鹽水泥，細(xì)骨料用中砂，粗骨料用 5-一 40mm連續(xù)級配碎石。試驗結(jié)果見表分析物料的運動形式可知，兩種攪拌臂排列都實現(xiàn)了物料的循環(huán)流動，理論上任一 物料質(zhì)點都能到達(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，容易造成個別攪拌臂和葉片過載損壞。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。從這一點來看，攪拌臂圍流排列要比對流排列更具優(yōu)勢。對其攪拌質(zhì)量的影響可依靠試驗研究進行比較。通過對攪拌臂及葉片的不同排列、安裝，在不同形狀的拌筒內(nèi)，進行關(guān)于逆流和圍流的比較試驗，測定相應(yīng)的混凝土拌和物勻質(zhì)性和 28d的硬化混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊的抗壓強度。試驗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恋膹姸鹊燃墳?C20，混凝土拌和物坍落度為 10,、 ,30mm，水泥用 425號普通硅酸鹽水泥，細(xì)骨料用中砂，粗骨料用 5-一 40mm連續(xù)級配碎石。試驗結(jié)果見表 3 1。 表 3 1 對流與圍流的比較試驗測試指標(biāo)值 由表 3 1可見，不同拌筒內(nèi)物料運動呈現(xiàn)對流時，混凝土的勻質(zhì)性指標(biāo)全都不合格，即不滿足 AM0 8、 AG5的國標(biāo)要求，而對于攪拌臂圍流排列，雖然這兩個指標(biāo) 會隨著其他攪拌參數(shù)的改變而變化，但是卻都滿足塒 O 8、 G5的要求。這正 說明了采用攪拌臂圍流排列要優(yōu)于對流排列。 3 3基于圍流形式的攪拌臂排列原則 目前 國內(nèi)外魯廠家?guī)缀跻捕疾捎脭嚢璞坂隽髋帕械男问?。其典型特征可歸納為： 物料的流向應(yīng)當(dāng)符合右 (占： )手定則，即當(dāng) 有 (左 )手四指順著攪拌軸旋轉(zhuǎn)方向時，拇指的指向就是物料的流動方向：并且兩軸上攪拌葉片推動物料軸向流動分量和徑向流動分量的方向相反，如圖 3 3所示。此時，物科不但有大范圍的循環(huán)流動f可以是逆時針也可以是順時針，如圖 3 4所示 )，而且中央主攪拌區(qū)，兩軸問的物料還有強烈的高頻次逆流。 圖 30逆時鐘圍濰圖 3順時針圍流 如果以 I、 II來表示軸的序號，以 n來表示葉片的序號，那么 之間這種運動就稱為逆流。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間上的延遲，進而逆流作用的效果就比較弱；相位差太小，甚 至為零時，意味著兩攪拌臂幾乎同時到達(dá)攪拌區(qū)，并且二者對物料推動的方向相反，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)運動被阻斷。所以逆流相位差大小應(yīng)該有一個合理的取值范圍，在此范圍的逆流才被認(rèn)為足合理的。若能通過合理布置 和兩攪拌 臂，使其到達(dá)攪拌區(qū)的相位時間差更合理，頻次更多，那么物料揉搓和擠壓的作用就越充分，攪拌效果就越好。同時，由于這種逆流是在兩攪拌軸之間的強制作用，如果柿黃合理，使得物料作用頻次快，強度大，靠近攪拌軸音 |f分的物料就會充分運動起柬就能在某種程度上改善普通強制式 攪拌機所固有的，園速度梯度所產(chǎn)生的攪拌低效區(qū)問題。但逆流是以不破壞物料的大循環(huán)流動為前提的。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，那么這種逆流運動不但起不到強化攪拌的作用，反而有可能破壞整體的大循環(huán)運動，會惡化攪拌質(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，同時增加物料合理逆流，從而增加物料與攪拌葉片直接接觸并發(fā)生強制作用的機會，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： 物料在拌筒內(nèi)合理流動，在 盡量短的時間內(nèi)把物料拌成勻質(zhì)混凝土； 在攪拌軸旋轉(zhuǎn)的過程中，盡量讓參與攪拌的葉片數(shù)目相等，以達(dá)到攪拌電機負(fù)荷均勻，減少沖擊的目的； 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，避免個別葉片和攪 拌臂過載而損壞。 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 單根軸上相鄰兩個攪拌臂之間的相位布置，國內(nèi)外不盡相同。目前，用于攪拌普通混凝土的攪拌機中，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。其中對于正排列 的規(guī)定是：當(dāng)逆著混合料流動方向看，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。 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 以攪拌臂相位角 900為例，對正、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，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，然后再經(jīng)過一個270。旋轉(zhuǎn)輪到第二攪拌臂。顯然，混合料從一個攪拌臂處被推攪到下一個相鄰的攪拌臂處，每一次攪拌軸都要旋轉(zhuǎn) 270。，如果有 n個攪拌臂，那么就需要 n一 1 倍的 2700。而對于正排列布置，由第四攪 拌臂上的葉片向前推攪的混合料，只需要經(jīng)過 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，仍 然只需要旋轉(zhuǎn) 90。于是混合料從第一個攪拌臂傳到第 n個攪拌臂，只需經(jīng)過 n一 1倍的 900就能實現(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，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。顯然，如果有 n個攪拌臂，那么就需要 n一 1倍的 3000； 對于圖 3 6(b)的正排列：則只需經(jīng)過 n一 1倍的 60。就能實現(xiàn)。由此可見，在攪拌時間、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，物料獲得的軸向流動次數(shù)更多，攪拌裝置的利用率更高。這對攪拌臂圍流排列的攪拌機，完成物料從拌筒的一端運動到另一端的作用則更加明顯。但同時也說明單軸上采用較小的相位角可使物料得到較多的流動次數(shù)。但相位角太小，物料在拌筒內(nèi)周向翻動的劇烈程度降低，它還要受制于混凝土拌和物粗骨料最大粒徑的限制。現(xiàn)在選用國內(nèi)某廠生產(chǎn) 的 JS500型雙臥軸攪拌機為例進行計算分析。該機每根軸上 有 7個攪拌臂，圍流排列，相位角為 90。，轉(zhuǎn)速 35r rain，攪拌周期 45s。于是在一個攪 拌周期內(nèi)，攪拌軸轉(zhuǎn)過的圈數(shù)為 圖 3.6單根軸上 60相位角的攪拌臂排列 對于攪拌臂反排列，物料完成一個軸向的推攪需要轉(zhuǎn)過 那么，一 個周期內(nèi)物料在單根軸上完成的流動次數(shù)為 若采用攪拌臂正排列，物料完成一個軸向的推攪需要轉(zhuǎn)過 于是，一個周期內(nèi)物料在單根軸上完成的流動次數(shù)為 可見，這種 JSS00型雙臥軸攪拌機單根軸上攪拌臂正排列得到的流動次數(shù)是反排列的 (17 5 5 8 )3倍。這同時也表明單根軸上采用較小的相位角可以獲得較多的流動次數(shù)。但也不是說單根軸上攪拌臂問的相位角越小，攪拌質(zhì)量就越好。因為較小的相位角雖然 可以實現(xiàn)物料沿軸向的快速均布，但物料在拌筒內(nèi)翻動的劇烈程度卻相應(yīng)變差，即物料 的周向流動變差，這顯然不利于物料在整個空間方向的均布。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。對于圍流排列，若以 11表示單根軸上攪拌臂的數(shù)目， 0表示相鄰攪拌臂間的相位角，則理論上對于相位角的取值范圍應(yīng)滿足關(guān)系式： 3600 noO 7200。 從前面對對流、圍流的比較試驗數(shù)據(jù) (參見表 3 1)來看，對于所攪拌的混凝土來 說，單軸上相鄰拌臂間 60。相位角要比 90。的攪拌質(zhì)量好。為了進一步研究對普通混凝土攪拌時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，測得試驗數(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，能夠得到相對較好的攪拌效果，對應(yīng)的各項測試指標(biāo)的均值都優(yōu)于 900和 450相位 角的情況，尤其是混凝