双卧轴强制连续式搅拌机设计汕头市公路局机械修配厂张展文关键词 稳定土厂拌设备 搅拌机 搅拌桨叶 拌缸 混合料1搅拌机结构特点如图 1, 搅拌机主要由搅拌装置、 拌缸、 驱动系统、 机架等部分组成 其中搅拌装置由两根卧轴、 搅拌臂、 搅拌桨叶等部件组成, 如图 2拌缸由壳体、 衬板、 盖板 等部件组成 进料口设置在拌缸一端盖板的上部, 卸料受力分析图 3 拌缸结构 桨叶拌料时的动力与运动分析拌和时, 松散的混合料在桨叶作用下, 其动力与运口可设置在拌缸另一端的下部或端部, 如图 32动形态极为复杂 为进行定性分析, 将某一瞬间桨叶对 混合料的作用情况简化为图 4、 图 5 所示图 1 搅拌机结构图 4 桨叶动力图 211动力分析图 5 桨叶运动图如图 4 所示, 设桨叶工作表面对混合料的作用力的合力为 F , 则混合料对桨叶的反作用力 F ′= FF ′ 分 解成两分力: 沿桨叶工作表面宽度方向的滑移力 F 1 和垂直于桨叶工作表面的正压力 F 2F 1、F 2 按下式计算:图 2 搅拌装置结构品的整体质量亟待提高 我们有相当一部分产品是本世纪六七十年代开发 研制的产品, 长期以来并未采用较先进的配套件和技 术逐步提高其性能和质量, 而只是简单地扩大再生产。
此外, 有的厂家不断地重复生产, 这些趋势应加以改 变 目前市场上还在销售污染环境、 操作条件差、 甚至 有安全隐患的产品, 这些均应通过严格考核令其改造 (3) 专业路面机械制造厂要适当地加快集团化进程, 实现优势互补, 增强整体实力和市场竞争能力, 联 合起来尽快地参与国际市场竞争, 这样才能使我国路面机械走向更高档次的竞争 (4) 针对我国高等级公路机械化配套施工中出现 的技术和管理等诸多问题, 交通部应组织有关部门和 专家, 在充分研讨的基础上, 制订出适合我国具体条 件、 具有一定指导和实用价值的修建和养护高等级公 路机械化配套施工技术指南性的技术文件, 以避免简 单的相互重复, 减少施工中出现不合理的机械配套及 应用, 不注重社会、 经济效益等一系列弊端, 逐步提高 和完善我国机械化施工技术水平作者地址: ( 100088) 北京市北三环中路 48 号 ( 收稿日期: 1999102103)— 4 —摘要 在修筑各级公路和城市道路中, 双卧轴强制连续式搅拌机被广泛用于各种级配混合料的搅拌 在介绍了该型搅拌 机的结构特点, 并对其搅拌桨叶拌料时的动力与运动进行分析后, 较为详实地阐述了搅拌机主要技术参数的确定方法, 以及此设计方法用于稳定土厂拌设备后的实际应用情况。
第 16 卷 (总第 79 期)筑 路 机 械 与 施 工 机 械 化199912F 1 = F ′sin Κ,F 2 = F ′co sΚ,度减小以上结果表明: ( 1) 混合料的搅拌时间与桨叶的 线速度、 安装角密切相关2) 桨叶的安装角 Κ= 40°～45° 时, 搅拌效率最佳鉴于此, 国外许多厂家的搅拌机上, 将桨叶设计成安装角可调的形式, 传动系统也采用 液压无级调速方式, 通过对安装角和转速的调节, 改变 混合料的搅拌时间, 以适应搅拌不同的混合料但是, 桨叶线速度和安装角的变化, 会改变搅拌机 生产率, 而生产率的变化将影响设备其它系统的工况,而且, 桨叶速度的调整也有一定的限制 (待后叙述) , 因 此, 初步设计搅拌机时, 一般先确定搅拌机生产率, 然 后再计算和确定其它技术参数 3搅拌机主要技术参数的确定式中, Κ为桨叶在搅拌轴上的投影与轴中心线夹角 此外, 混合料与桨叶表面作相对运动时, 在相对运 动表面有一摩擦力 F fF f 计算公式为F f = F 2 f ,式中, f 为混合料与桨叶工作表面的摩擦系数, 可查阅 《机械设计手册》 确定。
从图 4 可知, 当 F 1 -F 2 f > 0 时, 混合料即沿桨叶 工作表面移动; 当 F 1 - F 2 f ≤0, 即 F 1 ≤F 2 f时, 混合料 在桨叶宽度方向不会移动, 此时, 搅拌机生产率等于0将 F 1 ≤F 2 f 变换后得: F ′sin Κ ≤F ′co sΚf , 即当 Κ ≤ 时, 桨叶的运动不能推动混合料沿搅拌轴方向a rc tgf 移动拌缸横截面流量Q搅拌机工作时, 混合料在搅拌装置的作用下, 不断 翻动、 掺合, 其流态非常复杂, 但从宏观上分析, 由于搅 拌机是连续工作的, 根据连续性原理, 拌缸内各横截面 的流量相等212运动分析如图 5 所示, 混合料在桨叶的作用下, 一方面与桨 叶一起作圆周运动, 另一方面沿桨叶工作表面的宽度 方向滑动 混合料沿桨叶工作表面宽度方向的滑动速度 v 可 分解为两个分速度: 轴向速度 v 1 和切向速度 v 2 图 5 中各速度计算方法如下:311(m 3 ƒh ) ,Q =Q 进 + q液 ]ƒΧ式中: Q 进—进料口流量, tƒh;Χ —混合料密度, tƒm 3;q液—加入拌缸的液体质量 tƒh。
312拌缸的有效容积 GG 是指在搅拌机工作时, 搅拌桨叶能够翻动、 搅拌 到的那部分混合料所占有的体积 此体积与拌缸的大 小、 桨叶结构尺寸和安装角度以及桨叶线速度等密切 相关, 不易计算 初步设计时, 可按下式计算:G = Q t (m 3 ) ,式中: Q —拌缸横截面流量, m 3 ƒh ,t—搅拌时间, h; 据有关资料, 稳定土 t = 20～30 s, 水 泥 混 凝 土 t = 40～ 60 s, 当 Q 大 时(150m 3ƒh 以上) 取大值, Q 小时取小值313桨叶线速度V根据国内外产品的经验, 搅拌机叶片顶部线速度v 1 =v 2 =V L =v co sΚ,v sin Κ,V - v 2 =V - v sin Κ;式中: V —桨叶线速度(设计时确定) ;V L —混合料的线速度;Κ —与动力分析时相同 将动力与运动综合起来分析, 可以得出: 当 Κ一定 时(大于 a rc tgf ) , V 增大→F 增大→F 1 - F 2 f = F ( sin Κf co sΚ) 增大→v 增大→v 1 增大→混合料沿轴向的运- 动速度加快; 反之, V 减小→混合料沿轴向的运动速 度降低。
当V 为定值, Κ= a rc tgf ～ 40° 时, Κ增大→F ( sin Κ- f co sΚ) 增大→v 增大; 此时, 由于 v 的增大速度比co sΚ的减小速度快 (经验结论) , v 1 = v co sΚ增大, 混合 料沿轴向的运动速度加快V 应为 115～ 117m ƒs 当V大于此经验速度时, 搅拌 当 V 为定值, Κ= 40°～ 50° 时, Κ增大→F ( sin Κ-机衬板和桨叶端部的间隙中将产生大量的碎石楔住现 象, 这不仅增加功率消耗和桨叶、 衬板的磨损, 而且会 不适当地粉碎石料, 降低混合料的质量 当然, 采用无 衬板技术的稳定土搅拌机不存在以上问题, 因而这一 结构的桨叶顶部线速度可在 215～ 3m ƒs 间选取314 搅拌装置各几何尺寸的计算 参考国内有关资料, 搅拌装置 ( 如图 2) 各几何尺fco sΚ) 增大→v 增大; 此时, 由于 v 的增大速度与 co sΚ 的减小速度相当, v 1 = v co sΚ基本不变, 混合料沿轴向 的运动速度基本不变 当 V 为定值, Κ= 50°～ 90° 时, Κ增大→F ( sin Κ-fco sΚ) 增大→v 增大; 此时, 由于 v 的增大速度小于 co sΚ 的减小速度, v 1 = v co sΚ减小, 混合料沿轴向的运动速— 5 —V o l . 16 (Ser ia l N o. 79)R o a d M a c h ine ry 当拌缸横截面 为双圆弧形时, Ω 取小值, 其它形状时取大 值; Β—充满系数, 通常取 Β= 018～ 110; 当桨叶安装 角为 40°～ 45° 时, Β 取小值; 其他角度时, Β 取大值;G —拌缸有效容积, m 3。
2) 桨叶宽度W图 8 输送机械截面图M 值的大小还与送料机械的卸料高度有关当卸 料高度较大时, 可将进料口设计成漏斗状, 这时M 取 小值; 当卸料高度较小时, 为避免皮带回料, M 值 (2) 出料口尺寸 E、F取大如图 7 所示, 当搅拌机出料口设置在拌缸端部下 面时, 尺寸 E 的大小对搅拌时间有一定的影响, 因此 在保证出料顺畅的情况下, E 应尽量小 参照水力学的 有关知识, E 与物料粒度有关, 初步设计时, 按下式计 算:W = (014～(m )0157) R 桨叶宽度根据液体喷洒压力取值, 当喷入拌缸的 液体压力在 115～ 2M P a 时, W 取大值; 当液体自流和小压力喷入拌缸时,W取小值3)桨叶高度 bE = (215～ 315) d 式中, d 为物料最大粒径, m m ) ,b = (016～ 018)Wb 的取值方法与W(m )如图 7 所示, 尺寸 F 的计算公式为F = a + 2R sin Ν (m ) ,桨叶的形状可以是长方形、 方 形、 带圆角方形等 以上桨叶参数 是初步设计值图 6桨叶尺寸图 式中: Ν —物料安息角, Ν= 手册》 确定;a —两轴中心距, m ;180°- 2Υ, 可查阅 《机械设计两轴中心距 aa = R(4)c tgΑ (m ) ,R —桨叶最大旋转半径, m 。
3) 拌缸长度L在以上参数确定后, L 按下试计算:式中, Α为搅拌轴中心和桨叶最大旋转半径交点的联 线与搅拌轴中心水平线的夹角 (如图 2 所示) 根据国 内有关资料, 通常取 Α= 34°～ 40°315拌缸几何尺寸的计算拌缸尺寸如图 7 所示G + M E ,L =+S 1 + S 2 22式中: G —拌缸有效容积;S 1 —混合料在搅拌轴以上占有的截面面积, m 2 ,S 1 = H (2R + a ) ; 其中, H是搅拌过程中, 假设混合料在搅拌轴以上占有的平均高度, 参 考有关资料, H = (1ƒ4～ 2ƒ5) R ;S 2 —在搅拌轴以下混合料占有的截面面积, m 2 ,图 7 拌缸几何尺寸图 (1) 进料口尺寸M 、N 进料口尺寸应与送料机械的卸料口相匹配 当送(a ƒ2R )a rcco s如 图 2, S 2 = ΠR 2 ( 2 -) +90R 2- a 2 ƒ4; 将 a = R c tg Α代入得: S 2 = R2 料机械为皮带输送机时 ( 图 8) , 可初定 N = B (B 带宽度) , 然后按下式计算M 。
为皮2[ Π- 015 ( ΠΑ- sin 2Α) ; 当 Α= 34°～ 40° 时, S 290M = (2～ 4) h(m ) ,(2194～ 3) R 2=式中: h —输送机横截面料高, m , 如图 8; 当皮带机为V(4)拌缸宽度 KK = a + 2R + 2CB型托时, h =sin Η, 其中 Η为 V 型托倾角;(m ) , 2 式中: C —桨叶顶部与拌缸衬板表面的间隙; 根据实际— 6 —第 16 卷 (总第 79 期)筑 路 机 械 与 施 工 机 械 化199912应用经验, C = 5～ 8mm , 当采用无衬板结构 时, C = 混合料最大粒径+ 20mm 4搅拌机驱动功率的初步计算411受力工况如图 9, 桨叶旋转时, 在 q 段, 粒料在重力作用下 有向下运动趋势, 而桨叶从。