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      淺談攪拌機的設計及使用

      1 攪拌機參數選取的原則
       
      目 前**內外廣泛使用的自落式和
       
      強制式攪拌機已沿用了 50 余年。 但在攪拌機設計和使用中,仍采用類比法這
       
      樣 的經驗方法,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,說法不一,缺乏科學性;在攪拌過程中,混合料的物理一化學性能都發生了變化,這一過程極其復雜而影響因素又較多,但由于對諸參數綜合優化的試驗研究不深入,且設計和使用者在選擇轉速值時缺少依據。 攪拌機是混凝土制備設備的心臟,它**滿足攪拌質量與攪拌效率等性能要求。 攪拌質量就是生產出符合**家標準要求的新拌混凝
       
      土;攪拌效率就是在滿足攪拌質量的前提下,攪拌時間要盡量短,以提高設備的生產率和設備的利用率,降低生產成本。
       
      2 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系。 其中攪拌臂的相對位置關系主要是指單根軸上相鄰兩個攪拌臂之間的相對位置關系和雙軸上攪拌臂之間的相對位置關系。 本節主要討論攪拌臂的料流排列。 攪拌臂的不同排列形式,可使拌筒內的混凝土混合料產生不同的料流運動形式。 臥軸攪拌機拌筒內的料流形式因攪拌軸數量和混凝土攪拌生產的方式不同有所差別。分析拌筒內的料流形式,可以知道影響雙臥軸攪拌機攪拌筒內物料運動的主要因素是攪拌臂的排列以及葉片參數。對于雙臥軸攪拌機拌簡內的物料運動形式, 通過初步試驗及分析, 認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 “對流"和“圍流”兩種不
       
      同的運動軌跡。 這兩種料流形式孰優孰劣,可以通過理論分析和試驗研究得出
       
      結論。
       
      2.1 對流和圍流
       
      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。 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,并從一根軸處轉送到另一根軸處,使混合料完成大循環運動。 在兩軸之間的區域,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運動。
       
      2.2 基于圍流形式的攪拌臂排列原則
       
      目前**內外魯廠家幾乎也都采用攪拌臂圉流排列的形式。 其典型特征可歸納為: 物料的流向應當符合右手定則,即當有(左)手四指順著攪拌軸旋轉方向時,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。此時, 物科不但有大范圍的循環流動 f
       
      可以是逆時針也可以是順時針,而且中央主攪拌區,兩軸間的物料還有強烈的高頻次逆流(見圖 1)。
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
      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**為零時,意
       
      味著兩攪拌臂幾乎同時到達攪拌區,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”現象,料流的大循環運動被阻斷。所以,逆流相位差大小應該有一個合理的取值范圍,在此范圍的逆流才被認為是合理的。 若能通過合理布置和兩攪拌臂,使其到達攪拌區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
       
      速度梯度所產生的攪拌低效區問題。 但
       
      逆流是以不破壞物料的大循環流動為前提的。
       
      2.3 半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。
       
      2.4 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,**內外不盡相同。 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品就是 450。 用于攪拌大骨料混凝土時,會采用 1200 甚** 1800 相位角。 從單軸上攪拌臂的相位方向與攪拌軸旋轉方向的關系來看,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定是:當逆著混合料流動方向看,攪拌臂排列的相位方向應與攪拌軸轉向相同;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 2 所示為單軸上 90 相位角的攪
       
      拌 臂排列形式,圖中 “·”表示物料流出紙面,(a)為攪拌臂正排列,(b)為攪拌臂反排列。

      葉片安裝角。 它是指攪拌葉片斜面與攪拌軸線間所夾的銳角, 見圖 3 中的 Q
      角。
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
      圖 3 葉片前的密實核心
       
      4 定性分析
       
      攪拌機工作時,拌缸內的攪拌葉片應推動混合料沿拌缸的縱向和橫向循環運動,實現混合料在三維空間內的流動。 當安裝角 Q 過小時,葉片主要帶動混合料圍繞攪拌軸轉動,而缺乏必要的軸向運動;極限情況是當 a=0 時,攪拌葉片變成和軸平行的一塊平板,不起攪拌作用。 當安裝角 a 過大時,葉片推動混合料的橫向運動就很弱; 當 Q=90。
       
      時, 葉片就成為與攪拌軸垂直的平板,和 Q=0。 時一樣也喪失了攪拌功能。 因
       
      此,攪拌葉片一定要相對于攪拌軸成一定角度安裝。 為了使混合料的橫向和軸向運動都較大,目前**內外葉片安裝角的常用值為 Q=45。。 若將某一瞬間攪拌葉片對某單元混合料的作用情況簡化為圖 3 所示,可以看出,要使混合料能
      為葉片的安裝角;y 為密實核心側棱與攪拌軸間的夾角。 由于 AB 和 BC 兩側棱間的夾角 180。 2y 為混合料穩定堆放的安息角,葉片的橫向攪拌速度系數 6:
       
      就是口≠00 時密實核心的截面積與口=
       
      00 時密實核心**大面積之比:
       
      sin2 α b1′=S / Smax 即 b1′=1- sin2 γ
      葉片的軸向攪拌速度系數%就是密實核心兩側棱在攪拌軸上的投影差與葉片在攪拌軸上投影之比:
       
      b11′= b1-b2 即 b11′= tgα b0 tgγ
      為了兼顧混合料在橫向和軸向都有較大的運動速度,葉片的安裝角應使總的攪拌速度系數 6 具有**大值。 總攪拌速度系數 6 為:
       
      sin2 α tgα b=b1′b11′=(1- sin2 γ )·tgγ
      令 b′ (α) =0, 得 到 b′ (α) =
      sin2γ-sin2α(1+cos2α)
      tgγcos2αsin2γ =0, 即 sin2γ -sin2α
      (1+cos2α)=0
      當 γ=55°~70°時,得到 α=31°~40°。
       
      5 結語
       
      攪拌機是攪拌設備的心臟。 在攪拌機設計及使用過程中,合理的選取攪拌機的結構,運動和工作參數,直接關系到混凝土等材料的攪拌質量和攪拌效率。
       
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