搅拌机设计流程.docx

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31—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、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J OHNSON 公司和REXWORKS公司、意大利的SICOMA公司和SIME N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1000L20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It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 为“向心”方式和“旋转”方式试验按18批物料作为一个系列来进行，它覆盖 的变化因素包括：三种桨叶角度（15、30和45）、两种桨叶排列方式和三种搅拌时 间（lmin、2min和4min）获得拌和匀质性分析的样品总数为213个分别计算出 每批混和料样品中粘结料的百分比标准离差和通过给定筛子的物料百分比标准 离差，将标准离差转换为离差系数，以便提供不同混和料之间合理有效的比较第 2 章搅拌机主要参数2．1双卧轴搅拌机的主要参数本文以目前广泛使用的双卧轴搅拌机为主，对搅拌装置几何和运动参数的合理取 值范围进行分析和试验研究搅拌装置参数主要有：搅拌臂的排列、搅拌叶片的 安装角、拌筒的长宽比及搅拌线速度等，其结构如图2 1(a)所示，主要参数如图 2 1(b)所列：图2. l(a)双卧轴搅拌机结构单轴蛻幷臂排列*排列方式,:取轴柑位取轴搅打苗排列・排列方衣」11 L反排列正排列柯对位连关系交锚 平冇 取正排列 双反捧列 正反權列乂连续扌鼻列旎拌肾数口 呻片面职叶片安装也筮益型图 2. 1 双卧轴搅拌机主要参数2．2搅拌机参数选取的准则目前国内外广泛使用的自落式和强制式搅拌机己沿用了50余年。

但在搅拌机设计 和使用中，仍采用类比法这样的经验方法，缺乏合理性；由于对搅拌过程的机理 研究不够，对如何选择这一参数，说法不一，缺乏科学性；在搅拌过程中，混合 料的物理一化学性能都发生了变化，这一过程极其复杂而影响因素又较多，但由 于对诸参数综合优化的试验研究不深入，且设计和使用者在选择转速值时缺少依 据搅拌机是混凝土制备设备的心脏，它必须满足搅拌质量与搅拌效率等性能要 求搅拌质量就是生产出符合国家标准要求的新拌混凝土；搅拌效率就是在满足 搅拌质量的前提下，搅拌时间要尽量短，以提高设备的生产率和设备的利用率， 降低生产成本百年大计，质量第一混凝土是重要的建筑材料，新拌混凝土质 量是对搅拌机性能的最基本的要求，也是首要的性能要求混凝土质量用其宏观 及其微观均匀度来评价，宏观均匀性用拌和物中砂浆密度的相对误差埘<0. 8% 和粗骨料质量的相对误差AG<5%来衡量，微观均匀性用混凝土强度的平均值豆， 标准差盯和离差系数G来衡量豆值越高、G值越小，说明混凝土质量越好；反之 亦然因此，搅拌机械应在保证新拌混凝土质量满足国家标准要求的前提下高效 节能的工作，这就是确定搅拌机合理参数的准则搅拌机在设计和使用中主要参 数的选取准则也可用数学表达式来表示。

对搅拌搅拌过程进行综合模拟，给出了 搅拌机参数优化的目标函数：亓肿 S N Am （2- 1 ）式中，搅拌的平均时间f的角标表示拌缸（或拌筒）三维坐标（X, y，z）或（z, r， 由）及其顺序该式的物理意义是：合理的搅拌机参数应保证在满足给定的均匀 度指标的前提下，在拌缸内各个方向的搅拌时间相接近这时选取的搅拌机的主 要参数较合理可利用实验来调整搅拌机的参数，使其趋于合理在不同的搅拌 时间，按三维坐标方向测搅拌的均匀度就可知道，在所有方向都达到给定的均匀 度的时间一般来｝兑，在三个方向同时都达到给定的均匀度指标是不可能的， 总会有先有后应根据实验结果，调整搅拌机结构及相应的参数，使得能够在搅 拌室内所有方向上能接近同时达到给定的均匀度2．3试验样机与实验条件2．3．l 试验样机试验样机主要搅拌参数见表2 1,主体结构见图2. 2 表 2．1 试验样机主要搅拌性能参数性能難数单位数悄L .100叶片贱述.度m/s1.47电犀 机器里号一BWD7.5-4-29功事kw7.5-29辅出料速r/min502rr\1-1-搅怡壮机2-M步齿轮ATI咏座I 4-W^H 4搅拌机构6-卸斜机构7-ftllM II 8振初电机图2. 2双卧轴搅拌机主体结构图该试验样机搅拌的基本工作原理与普通双卧轴搅拌机一样,动力从电机通过摆线 针轮减速器,变速后由弹性畦轴器直接。