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来源：职称驿站所属分类：材料科学论文 发布时间：2012-05-10浏览：58次
摘要：双卧轴强制式搅拌机是目前我国沥青混合料搅拌设备普遍使用的拌和主机。为了提高沥青混合料的搅拌质量和效率，根据搅拌机内混合料的运动特点，研究了不同桨臂布置形式对混合料搅拌性能的影响，并在试验的基础上，给出了较优的桨臂布置形式。
关键词：沥青混合料；强制式搅拌机；双卧轴搅拌机；桨臂布置
0引言
双卧轴强制式搅拌机是目前我国沥青混合料搅拌设备普遍使用的拌和主机，其性能和水平直接决定着整个设备的生产质量和效率，影响着公路施工的质量和速度。长久以来，国内外有关搅拌机方面的研究主要集中在优化投料顺序、搅拌时间、充盈率等搅拌工艺参数，或是通过改善衬板材料来延长其使用寿命，或是通过改进卸料门结构、传动系统结构等来提高机器的使用性能等方面，而对搅拌过程和搅拌装置与混合料间相互作用关系这个关键环节却重视和研究不够。究其原因，一方面是因为混合料搅拌与设备、材料及施工工艺等密切相关，分属于不同的学科而相互脱离；另一方面是因为搅拌过程中，混合料的容积和性质都变化了，过程的复杂性使人们对其认知不足。
一台性能良好的搅拌机，应首先具有结构设计先进、搅拌性能良好的搅拌装置，否则其他方面再好也是没有意义的。双卧轴强制式搅拌机的搅拌装置参数涉及桨叶参数，桨臂布置，拌筒几何参数和运动参数等，其中桨臂布置是最为复杂，也是影响搅拌质量和效率的最重要参数[1]。目前国内沿用的方法主要是通过仿制和测绘，没有严格的理论依据和试验数据，导致在桨臂布置设计上存在着很大的盲目性[2,3]。本文采用理论分析和试验研究相结合的方法，分析了桨臂布置与混合料间的相互作用关系，确定了其对搅拌质量和效率的影响，并给出了合理的桨臂布置形式。
1桨臂布置形式分析
搅拌装置是双卧轴搅拌机的核心部分，它包括水平安置的双圆槽形拌筒、两根按相反方向转动的搅拌轴和其上安装的桨臂及叶片等。工作时，搅拌轴带动桨臂及叶片旋转，强迫混合料按预定的轨迹产生剧烈的相对运动。目前现有的双卧轴搅拌机，其桨臂布置形式具有涡旋搅拌特征。在搅拌过程中，一根轴上的叶片推动混合料沿轴向朝一个方向运动，而另一根轴上的所有叶片则推动混合料沿轴向朝另一个相反方向运动。在两轴的末端，各有返回叶片把混合料扒离机壳端面，并从一根轴处转送到另一根轴处，使混合料完成按轴向的循环运动。在两轴之间的区域，左边轴上的叶片将混合料推向右边，右边轴上的叶片将混合料推向左边，完成混合料的轴间循环运动。因此，物料在拌筒内不但有沿轴向闭合的大循环运动，还有轴间的小循环运动。轴向大循环是主要运动，能够实现物料在拌筒内的均布；轴间小循环是辅助运动，能够使两轴的物料产生强烈逆流，增大物料颗粒间的碰撞和揉搓，强化搅拌效果。
但这仅仅是确定了桨臂的总体形式，而对于桨臂在搅拌轴上的具体布置，各厂家产品各有特点。德国的Benninghoven和Ammann等公司采用单排桨臂布置，其特点是搅拌轴上同一桨臂序号轴截面处只有一个桨臂；而英国的Parker和意大利的Marini等公司则采用双排桨臂对置，其特点是搅拌轴上同一桨臂序号轴截面处有两个桨臂，且这两个桨臂相对布置在搅拌轴两侧。
显然，对于一定长度的搅拌轴，双排桨臂对置要比单排桨臂布置有更多的叶片数，因此，参与工作的叶片数目就多，对混合料搅动的次数也就多，也就更容易使其快速地分散均匀。然而，在拌筒容量一定的条件下，双排桨臂要比单排桨臂占用更多的拌筒空间，如果此时采用相同的拌筒充盈率，那么混合料产生运动的活动区域就会减少，所以混合料在垂直方向的运动就会随之减弱，而且叶片在搅拌机底部的翻拌作用也由于材料参与翻拌机会的减少而受到消弱，从而导致混合料难以快速拌匀。此外，对于双排桨臂，其参与工作的叶片数目多，因此在相同的搅拌速度下，也要比桨臂单置的功率消耗有所增加。
2搅拌性能试验
为进一步验证效果，对两种桨臂布置形式进行了对比试验。试验设备为国内某公司生产的4000型沥青混合料搅拌设备。设备所用的双卧轴强制式搅拌机采用低速端齿轮同步技术，每一搅拌轴通过独立电机和减速器驱动。
试验是在相同的沥青混合料组成材料和配比的情况下进行的，所用的沥青混合料类型为AC-16Ⅱ。两种桨臂布置试验所用的搅拌速度和搅拌时间有所区别，其中单排桨臂的搅拌时间为28s，搅拌轴转速51r/min；双排桨臂的搅拌时间为24s，搅拌轴转速43r/min。参照《间歇强制式沥青混合料搅拌设备》(JT/T270－2002)[4]和《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)[5]，试验主要测算了成品料的沥青含量偏差和矿料级配组成，同时对两种桨臂布置形式下的搅拌功率和生产效率也进行了对比。
沥青含量对比结果如下：两种布置形式的沥青含量均值都符合设计值的4.4%，沥青含量偏差都符合JT/T270－2002标准规定的0.3%，但各成品料的沥青含量具有一定的差别，表现为单排桨臂的标准差和偏差要远远大于双排桨臂的。矿料级配对比结果如下，两种布置形式的成品料矿料级配均值都符合JTGF40-2004标准规定的AC-16Ⅱ混合料，但各成品料的矿料级配标准差存在着一定差别，单置正反排列的标准差最大，表现双排桨臂的要小于单排桨臂。因此，从搅拌质量上来看，双排桨臂由于其对混合料搅动的次数增多，因而更利于混合料在拌筒内的均匀分布。而单排桨臂为提高混合料在拌筒内的循环运动，确保搅拌质量和效率，只得增大了搅拌速度，从而增加了功率消耗。虽然从理论上说，双排桨臂由于参与工作的叶片数目多会导致功耗的增大，但实际使用中该种布置的桨臂能够在改善搅拌质量的条件下，节约搅拌时间，提高搅拌效率，而且还可以降低搅拌速度，因此单位能量消耗是下降的。通过验算得出双排桨臂的生产率比单排桨臂的增加约10.1％，单位生产量能量消耗减少约18.9％。
3结论
在不同的桨臂布置下，搅拌机的性能是不一样的。与单排桨臂布置相比，双排桨臂可以通过更多的工作叶片数，提高对混合料的搅动次数和循环次数，实现更快更均匀的拌和。因此，从提高搅拌质量和生产效率综合考虑，推荐双卧轴强制式搅拌机采用双排桨臂布置。
参考文献：
[1]何挺继,朱文天,邓世新.筑路机械手册[M].北京:人民交通出版社,1998
[2]李世坤.我国沥青混合料搅拌设备发展综述[J].中国公路,2005,(23)：83-85
[3]冯忠绪.混凝土搅拌理论与设备[M].北京:人民交通出版社,2001
[4]JT/T270－2002,间歇强制式沥青混合料搅拌设备[S].北京:人民交通出版社,2004
[5]JTGF40-2004,公路沥青路面施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2005
《沥青混合料搅拌机桨臂布置形式的比较》
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