双卧轴强制连续式搅拌机设计1

双卧轴强制连续式搅拌机设计

摘要在修筑各级公路和城市道路中，双卧轴强制连续式搅拌机被广泛用于各种级配混合料的搅拌。在介绍了该型搅拌机的结构特点，并对其搅拌桨叶拌料时的动力与运动进行分析后，较为详实地阐述了搅拌机主要技术参数的确定方法，以及此设计方法用于稳定土厂拌设备后的实际应用情况。

关键词稳定土厂拌设备搅拌机搅拌桨叶拌缸混合料受力分析

Design of Forced Continuous Mixer with Double Axle

The double axle forced continuous mixer is used in construction of different highway. This paper introduces the structure of the machine, analyzes the mixing oars movement, and expounds the determination of main technical parameters, finally, gives the practical application to stabilized soil mixing plant.

Key words: Stabilized Soil Mixing Plant, Mixer, Oar, Mixing V at, Mixture, Acting Force Analysis

1搅拌机结构特点

如图1，搅拌机主要由搅拌装置、拌缸、驱动系统、机架等部分组成。其中搅拌装置由两根卧轴、搅拌臂、搅拌桨叶等部件组成，如图2。拌缸由壳体、衬板、盖板等部件组成。进料口设置在拌缸一端盖板的上部，卸料口可设置在拌缸另一端的下部或端部，如图3。

图1搅拌机结构

图2搅拌装置结构

图3拌缸结构

2桨叶拌料时的动力与运动分析

拌和时，松散的混合料在桨叶作用下，其动力与运动形态极为复杂。为进行定性分析，将某一瞬间桨叶对混合料的作用情况简化为图4、图5所示。

图4桨叶动力图

图5桨叶运动图

2.1动力分析

如图4所示，设桨叶工作表面对混合料的作用力的合力为F，则混合料对桨叶的反作用力F′=F。F′分解成两分力：沿桨叶工作表面宽度方向的滑移力F1和垂直于桨叶工作表面的正压力F2。F1、F2按下式计算：

F1=F′sinλ,F2=F′cosλ，

式中，λ为桨叶在搅拌轴上的投影与轴中心线夹角。

此外，混合料与桨叶表面作相对运动时，在相对运动表面有一摩擦力Ff。Ff计算公式为

Ff=F2f，

式中，f为混合料与桨叶工作表面的摩擦系数，可查阅《机械设计手册》确定。

从图4可知，当F1-F2f>0时，混合料即沿桨叶工作表面移动；当F1-F2f≤0，即F1≤F2f 时，混合料在桨叶宽度方向不会移动，此时，搅拌机生产率等于0。将F1≤ F2f变换后得：F′ sinλ≤F′ cosλf，即当λ≤arctgf时，桨叶的运动不能推动混合料沿搅拌轴方向移动。

2.2运动分析

如图5所示，混合料在桨叶的作用下，一方面与桨叶一起作圆周运动，另一方面沿桨叶工作表面的宽度方向滑动。

混合料沿桨叶工作表面宽度方向的滑动速度v可分解为两个分速度：轴向速度v1和切向速度v2。图5中各速度计算方法如下：

v1=v cosλ，

v2=v sinλ，

VL=V-v2=V-v sinλ；

式中：V-桨叶线速度(设计时确定)；

VL-混合料的线速度；

λ-与动力分析时相同。

将动力与运动综合起来分析，可以得出：当λ一定时(大于arctgf)，V增大→F增大→F1-F2f=F(sinλ-f cosλ)增大→v增大→v1增大→混合料沿轴向的运动速度加快；反之，V 减小→…混合料沿轴向的运动速度降低。

当V为定值，λ=arct gf～40°时，λ增大→F(sinλ-f cosλ)增大→v增大；此时，由于v的增大速度比cosλ的减小速度快(经验结论)，v1=v cosλ增大，混合料沿轴向的运动速度加快。

当V为定值，λ=40°～50°时，λ增大→F(sinλ-f cosλ)增大→v增大；此时，由于v的增大速度与cosλ的减小速度相当，v1=v cosλ基本不变，混合料沿轴向的运动速度基本不变。

当V为定值，λ=50°～90°时，λ增大→F(sinλ-f cosλ)增大→v增大；此时，由于v的增大速度小于cosλ的减小速度，v1=v cosλ减小，混合料沿轴向的运动速度减小。

以上结果表明：(1) 混合料的搅拌时间与桨叶的线速度、安装角密切相关。(2) 桨叶的安装角λ=40°～45°时，搅拌效率最佳。鉴于此，国外许多厂家的搅拌机上，将桨叶设计成安装角可调的形式，传动系统也采用液压无级调速方式，通过对安装角和转速的调节，改变混合料的搅拌时间，以适应搅拌不同的混合料。

但是，桨叶线速度和安装角的变化，会改变搅拌机生产率，而生产率的变化将影响设备其它系统的工况，而且，桨叶速度的调整也有一定的限制(待后叙述)，因此，初步设计搅拌机时，一般先确定搅拌机生产率，然后再计算和确定其它技术参数。

3搅拌机主要技术参数的确定

3.1拌缸横截面流量Q

搅拌机工作时，混合料在搅拌装置的作用下，不断翻动、掺合，其流态非常复杂，但从宏观上分析，由于搅拌机是连续工作的，根据连续性原理，拌缸内各横截面的流量相等。Q=［Q进+q液］／γ(m3／h)，

式中：Q进-进料口流量，t/h;

γ-混合料密度，t/m3；

q液-加入拌缸的液体质量t/h。

3.2拌缸的有效容积G

G是指在搅拌机工作时，搅拌桨叶能够翻动、搅拌到的那部分混合料所占有的体积。此体积与拌缸的大小、桨叶结构尺寸和安装角度以及桨叶线速度等密切相关，不易计算。初步设计时，可按下式计算：

G=Qt (m3)，

式中：Q-拌缸横截面流量，m3/h，

t-搅拌时间，h;据有关资料，稳定土t=20～30s，水泥混凝土t=40～60 s，当Q大时(150m3/h以上)取大值，Q小时取小值。

3.3桨叶线速度V

根据国内外产品的经验，搅拌机叶片顶部线速度V应为1.5～1.7m/s。当V大于此经验速度时，搅拌机衬板和桨叶端部的间隙中将产生大量的碎石楔住现象，这不仅增加功率消耗和桨叶、衬板的磨损，而且会不适当地粉碎石料，降低混合料的质量。当然，采用无衬板技术的稳定土搅拌机不存在以上问题，因而这一结构的桨叶顶部线速度可在2.5～3m/s 间选取。

3.4搅拌装置各几何尺寸的计算

参考国内有关资料，搅拌装置(如图2)各几何尺寸按如下公式计算。

(1) 搅拌桨叶最大旋转半径

式中：ψ-壳体形状系数，ψ=1.1～1.4；当拌缸横截面为双圆弧形时，ψ取小值，其它形状时取大值；

β-充满系数，通常取β=0.8～1.0；当桨叶安装角为40°～45°时，β取小值；其他角度时，β取大值；

G-拌缸有效容积，m3。

(2) 桨叶宽度W

W=(0.4～0.57)R(m)。

桨叶宽度根据液体喷洒压力取值，当喷入拌缸的液体压力在1.5～2MPa时，W取大值；当液体自流和小压力喷入拌缸时，W取小值。

图6桨叶尺寸图

(3) 桨叶高度b

b=(0.6～0.8)W(m)。

b的取值方法与W相同。