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转速的选择与搅拌机类型有关 由于工作原理 的不同 ! 自落式搅拌机的转速与同容量的强制式肯 定不同 另外 ! 由于工作过程的差异 ! 类型相同而结 构不同的搅拌装置的转速也必然不同 对于目前最常用的双卧轴搅拌机来说 ! 它的转 速与拌筒长宽比 #搅拌臂排列形式 $包括单轴相位与 排列 #双轴相位与排列 %# 搅拌叶片安装角 # 搅拌叶片 数量等参数有关 表 ! 中所列数据为这些参数给定 时的试验结果 在振动作用下 ! 物料间的粘滞力和内摩擦力减 小 ! 物料颗粒运动的惯性增大 ! 根据前面的分析 ! 这 时搅拌机的合理转速肯定应比物料静态时低 对公 称容量为 )* 的立轴强制式振动搅拌机的试验结 果见表 ,
搅拌机转速与混凝土均匀度的关系 目前 ! 国内外使用的搅拌机按工作原理来分主 要有两大类型 , 利用重力工作的自落式和强制物料 按预定轨迹运动的强制式 & 自落式的搅拌原理是 ! 当搅拌筒转动时 ! 依靠安 装在滚筒内的固定叶片带动各组成材料上升到滚筒 直径约 &89 处时 !借重力使材料落下 & 分布在滚筒内 不同部分的物料 ! 由于其颗粒不同 ! 其下落的时间 ( 落点及滚动的距离不同 ! 而使物料相互穿叉 ( 翻拌 ( 混合 ! 达到扩散均匀 ! 其工作原理见图 &
平均值 # ! 标准差 和离差系数 $% 来衡量 & # 值越 高 !(!% 值越小 ! 说明混凝土质量越 好 ’ 反 之 亦 然 & 因此 ! 搅拌机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地工作 ! 这是确定搅拌机 合理转速的准则 &
常 说 的 搅 拌 机 转 速 )/0123* 是 指 搅 拌 机 的 轴 转 速 & 由于搅拌轴带动其上安装的搅拌臂和叶片旋 - :& 图 ! ! 自落式搅拌机工作原理示意图 工程机械
高 !离差系数小 ! 但搅拌时间长 ! 生产率低 # 搅拌速度 过快时 ! 混凝土强度下降 ! 离差系数增大 这是因为 速度大时混合料的离心力大 ! 混合料中粒径不同的 各组份的惯性力不同且大于叶片间的摩擦力时 ! 以 不同的速度抛离搅拌叶片而造成了物料离析 ! 反而 使混合料的均匀度下降 因此 !自落式搅拌机工作时
试验证明 ! 用上述两类搅拌机搅拌混凝土 ! 一 般在较短时间内就可达到宏观上的均匀 但对这种 拌和料仔细观察时 !发现有些骨料表面是干燥的 !另 外还有一些干的小水泥团 如果把搅拌后宏观上均 匀的混凝土中的水泥浆放在显微镜下 ! 还会发现水 泥颗粒并没有均匀地分散在水中 有 $%&!!%& 的水 泥颗粒三三两两地聚在一起 ! 形成微小的水泥团 !如 图 ’()* 所示 水泥的这种团聚现象影响着混凝土的 和易性和强度的提高 因为水泥的水化作用只在水 泥颗粒的表面进行 !如果水泥颗粒聚团 !则水化作用 的面积减小 ! 使混凝土具有强度的水化生成物减少 ! 所以 ! 必须把聚团的水泥颗粒分开 ! 使其尽可能接近 图 ’(* 所示的理想分布状态 就自落式和强制式这 两类搅拌机的工作原理而言 ! 要增加物料颗粒间的 碰撞次数和相互摩擦 ! 提高混合料各单元参与运动 的次数和运动轨迹交叉的频率 ! 在保证生产率不变
叶片搅拌机参数优化试验时得到的一组数据-!*. 试验表明 ! 各参数对这种新结构的搅拌机的功 率消耗都有影响 !其中转速是首要因素 它的合理转 速为 !, #!$’!& #!$ !要比普通双卧轴搅拌机低
长安大学 冯忠绪 王卫中 姚运仕 赵利军 江建卫 目前国内外广泛使用的自落式和强制式搅拌机 已沿用了五十余年 !转速是其基本参数 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 # 化学性能发生了变化 ! 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 ! 致使设计和使用者在选择转 速值时缺少依据 笔者及其课题组从 !## 年起承担 了 $ 混凝土搅拌理论及其设备的研究 % 课题多项 ! 在 理论分析的基础上 ! 对搅拌机转速的确定进行了大 量的试验研究 ! 本文将对这一问题进行专题讨论 & 转 ! 实现混合料的搅拌过程 ’ 而叶片的线速度 %&#
临界转速时 ! 物料在离心力的作用下会依附于滚筒 内壁与之共转 !不能达到搅拌目的 对于强制式搅拌 机 !当搅拌速率过快时 !混凝土强度反而会下降 图
通过以上讨论 !可得到以下几点结论 ’ $! %搅拌机的转速 !确切地说是指搅拌叶片的最 大线速度 ! 它主要受搅拌过程中混合料不发生离析 现象所限制 $, %本文提出了评判转速是否合理的准则 ’首先 应保证混合料的搅拌质量 ! 又能达到较高的搅拌效
强制式搅拌机的主要工作部件是一个圆盘 ! 在 圆盘内装有若干沿径向分布的搅拌叶片 圆盘旋转 时 ! 处于不同角度和位置的叶片通过料层时 ! 克服了 物料的惯性力 # 摩擦力和粘滞阻力 ! 强制物料产生环 向 # 径向和竖向运动 ! 从而产生搅拌作用 ! 其工作原 理见图 !
的情况下使混合料达到宏观及微观上的均匀 ! 就必 须提高工作机构的转速
混合料的搅拌过程是混合料与搅拌装置相互作 用的过程 ! 材料不同 !搅拌速度必然不同 若用混凝 土 搅 拌 机 搅 拌 砂 浆 ! 速 度 为 搅 拌 混 凝 土 时 的 4’& 倍 & 搅拌水泥浆时 ! 为 &’) 倍 一方面是这些材料粒 径较均匀 ! 不存在严重的离析现象 &另一方面是高速 搅拌可明显消除水泥聚团现象 !并提高生产率 由于 搅拌过程中材料性质的变化 ! 同一种混合料在整个 搅拌过程中的速度也不同 间歇式搅拌刚开始时 !干 拌阻力大 ! 磨损大 ! 速度就不可能太高 & 在快结束搅 拌时 !由于水泥浆或砂浆的均匀分布 !混合料各相间 的摩擦力减小 !材料离析的趋势增加 !搅拌速度也应 适当降低 目前国内外的搅拌设备都没有对外界材 料状况的感知能力 !也不能自动调速 !搅拌速度是相 对固定的 为了提高搅拌设备的适应能力和技术水 平 ! 我们课题组在多年研究积累的基础上 ! 正在研制 对不同塌落度 #不同充盈率 $ 容积利用系数 %# 不同级 配和不同骨料都能较好适应的高效智能化搅拌设备
由表 , 中结果可知 ! 在不同搅拌叶片和搅拌转 速时 !相应混凝土拌和物的宏观均质性差异并不大 ! 而相应硬化混凝土试件的抗压强度的差异则较明 显 ! 表现出不同搅拌叶片和搅拌转速的组合对混凝 土的微观均质性的影响不同 通过试验数据的综合 比较 ! 应选用单刮板螺旋形叶片 ! 搅拌转速为 !/
# #)104*!# 是轴心到叶片端部的距离 ! 可见叶片的 线速度在各点是不一样的 ! 存在速度梯度 ,-! 如图 !
搅拌机转速是保证其正常工作的基本参数 ! 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 ! 宏观均匀度用拌和物中砂 浆密度的相对误差 !!%&’() 和粗骨料质 量 的 相 对 误差 * %) 来衡量 ’ 微观均匀度用混凝土强度的
式中 & ! ’ ’’ 混凝土的实际剪应力 ( ’’ 屈服剪应力 ( !%’ ’’ 混凝土的塑性粘度 ( ’ ’’ 混凝土的剪切变形速率 4!54’ 图 6 表示了塑性粘度 7与剪应力 ! 以 及 变 形 速 率 4!54 与 剪 应 力 的 关 系 曲 线; 可 以 看 出 ! 当 4!54 小于某值时 !! 小于某定值 8 $!9具有确定的最 大值 !! 此时的混凝土混合料表现为固态特性 ! 虽 然也会发生缓慢的流动 !但实际上几乎觉察不到 随 着 4!54 的增加 !! 值增加 ! 则大大降低 这时混凝 土混合料的凝聚结构开始破坏 ! 表现出较好的流动 性 ( 当 4!54 增大到某一值时 !! 达到 !! 值 ! 下降到 最小值 3 此时混凝土的凝聚结构完全遭到破坏 ! 流动性达到最佳 ! 为实现快速搅拌创造了条件 ! 因 此 ! 从提高搅拌效率的角度来看 ! 希望搅拌速率要高 一些 然而 ! 当自落式搅拌机的滚筒转速等于或超过
转速升高时 !物料运动的阻力增大 ! 在搅拌机衬 板和叶片端部的间隙中会产生较多的碎石夹楔现 象 ! 从而使功率消耗增大 ! 加剧了叶片和衬板的磨 损 ! 也使骨料二次破碎的概率增加 ! 表 4 是对双排
基于上述分析 ! 对双卧轴搅拌机的线速度值进 行了试验’,(! 表 % 列出了得到的几组典型数据 & 从试验结果可知! 随着搅拌叶片线
转速与能耗的关系转速升高时物料运动的阻力增大在搅拌机衬板和叶片端部的间隙中会产生较多的碎石夹楔现象从而使功率消耗增大加剧了叶片和衬板的磨损也使骨料二次破碎的概率增加叶片搅拌机参数优化试验时得到的一组数据l0试验表明各参数对这种新结构的搅拌机的功率消耗都有影响其中转速是首要因素
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