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      攪拌機葉片安裝角的確定方法

      0  引 言
       
      攪拌葉片安裝角是攪拌機的主要結構和工作參
      數之一 , 對攪拌質量和攪拌效率都有著直接的影
      [ 1] 。由于葉片安裝角與其他攪拌機參數相互關
      聯 ,每一個參數的變化都會引起攪拌機性能的變化,因此很難找出確定的目標關系式[ 2 3] 。目前中**沿用的方法是仿制和測繪, 沒有嚴格的理論依據和試驗數據,導致攪片葉片安裝角在設計上存在著很大的盲目性。
      本文將主要討論目前**常用的雙臥軸攪拌機的葉片安裝角,通過對攪拌葉片前密實核心的定性分析和試驗研究, 分析了葉片安裝角與其他攪拌機結構和運動參數的關系, 并給出了葉片安裝角的合理取值范圍 ,其方法也可用來確定其他類型攪拌機的葉片安裝角。
       
      1 葉片安裝角的定義
       
      葉片安裝角是指攪拌葉片斜面與攪拌軸線間的夾角,見圖 1 中的 α銳角。葉片前的密實核心見圖 2。

      式中 :攪拌的平均時間 t 的角標表示拌缸(或拌筒)
      三維坐標及其順序。該式的物理意義是 :合理的攪拌
      機參數應保證在滿足給定的均勻度指標的前提下 ,
       
      在拌缸內各個方向的攪拌時間相接近。這時的攪拌2 雙臥軸攪拌機的葉片安裝角
       
      2. 1 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 α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α=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 α過大時, 葉片推動混合料的橫向運動就很弱;當 α= 90°時 ,葉片就成為與攪拌軸垂直的平板,和 α=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 α=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 1 所示, 可以看出 ,要使混合料能夠沿葉片寬度方向運動 , 實現軸向運動, **滿足 F1 -
      F f  ≥0 ,即 F tanα- F f  ≥0 ,于是得到條件式  
      α≥arctan f (2)
      式中:F 為驅動力, 可在葉片表面分解為 F1 =Ftanα 和 F2 =F /cosα;Ff 為混凝土與葉片表面間的摩擦力 ,F f =F f , f 為混凝土對鋼的摩擦系數;對于普通的塑性混凝土, 若取 f =0. 62 時, α≥31°。
       
      攪拌機工作時 ,葉片的前面將形成密實的核心,混合料沿著密實核心的側棱運動, 見圖 2 。 圖中 AB 、B C 為密實核心側棱;α為葉片的安裝角;γ為密實核心側棱與攪拌軸間的夾角。由于 AB 和B C 兩側棱間的夾角 180°- 2γ為混合料穩定堆放的安息
       
      角 ,它一般為 40°~ 70°,所以 γ=55°~ 70°。
       
      葉片的橫向攪拌速度系數 b′⊥ 就是 α≠0°時密實核心的截面積與 α=0°時密實核心**大面積之比


      2. 2 試驗研究
       
      以上的定性分析沒有考慮葉片安裝角與其他結構和運動參數相互間的制約和影響。事實上, 葉片安裝角與攪拌臂的料流排列、攪拌臂的相位角、拌筒長寬比、攪拌葉片個數等結構參數和線速度等運動參數都有關 ,應將多因素綜合考慮并加以優化。例如,目前**內外常用的拌缸長寬比有窄長型和寬短型兩類 ,相應的葉片安裝角就不相同。窄長型拌缸軸向距離相對較大, 而橫向尺寸相對較小,按上述優化目標,要使拌缸三維方向同時得到均勻,這時軸向運動就應強一些 ,橫向運動可慢一點,相應的葉片安裝角應在 31°~ 45°范圍取較大值。同理 , 窄短型拌缸的葉片安裝角可取較小值。表 1 為對攪拌臂的料流排列(A)、攪拌臂的相位布置(B)、拌臂的長寬比(C)和葉片的安裝角(D)4 個因素不同組合后的試驗結果[ 4] 。表 2 為同時考慮葉片個數和線速度時的試驗結果[ 5] 。試驗中, 攪拌質量指標按**標要求測 
      混凝土拌和物的勻質性 , 保證試樣的粗骨料質量的相對誤差 G <5 %, 砂漿密度的相對誤差 M < 0. 8 %[ 6 ] , 同時測 28 d 或 7 d 硬化試塊的抗壓強度平均值 R 和離差系數CV 。以上試驗的不足之處是沒有安裝角為 40°時的結果。分析給定條件下得到的結果 ,可認為寬短型拌缸(長寬比為 0. 78)的葉片安裝角為 35°, 窄長型拌缸(長寬比為 1. 11)的葉片安裝角可取到 45°, 這時的攪拌效果較好, 與上述的理論分析結果相一致。
       
      3 其他類型攪拌機的葉片安裝角
       
      3. 1 立軸間歇式攪拌機的葉片安裝角
       
      取常用的葉片安裝角 α=45°, 見圖 3 。文獻[ 7] 中的多處結果證明 ,這時的安裝角度可滿足攪拌機的性能要求。
       
      這種新型的攪拌機的線速度要比普通雙臥軸攪拌機低,雙排葉片使橫向運動得到了加強,而減弱了軸向運動。試驗中取大葉片的 α=35°、45°和 55°, 與其他參數組合, 結果證明[ 8] ,較合理的參數是拌缸為窄長型(長寬比為 1. 11)和安裝角度為 45°。
       
      4 結 語
       
      (1)提出了判斷葉片安裝角合理與否的準則。(2)葉片安裝角與其他結構參數和運動參數相互制約和影響, 選擇葉片安裝角時應根據優化目標 , 綜合考慮諸多參數間的關系, **好通過試驗研究來
       
      確定。
       
      (3)通過分析和試驗研究, 得到雙臥軸攪拌機的葉片安裝角范圍為 31°~ 45°, 對中**廣泛使用的寬短型雙臥軸攪拌機,攪拌葉片安裝角的推薦值約為 35°。

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