搅拌设备设计_第四讲_搅拌机合理转速的确定
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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
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工程机械
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变差 !与上面的理论分析结果完全一致 ! 该参数比较 合理的范围是 !"& #!$’!"( #!$ "
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 "
图# 工程机械
新拌混凝土粘 $ 塑性随剪应力变化关系
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专 题 讲 座
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图! 叶片线速度与相对强度及离差系数的关系
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
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 &
"ห้องสมุดไป่ตู้...转速的定义
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
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图 !! ! 搅拌叶片的速度梯度
7$$$$影响搅拌机转速的主要因素
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搅拌机转速与混凝土均匀度的关系 目前 ! 国内外使用的搅拌机按工作原理来分主 要有两大类型 , 利用重力工作的自落式和强制物料 按预定轨迹运动的强制式 & 自落式的搅拌原理是 ! 当搅拌筒转动时 ! 依靠安 装在滚筒内的固定叶片带动各组成材料上升到滚筒 直径约 &89 处时 !借重力使材料落下 & 分布在滚筒内 不同部分的物料 ! 由于其颗粒不同 ! 其下落的时间 ( 落点及滚动的距离不同 ! 而使物料相互穿叉 ( 翻拌 ( 混合 ! 达到扩散均匀 ! 其工作原理见图 "&
# #)104*!# 是轴心到叶片端部的距离 ! 可见叶片的 线速度在各点是不一样的 ! 存在速度梯度 ,"-! 如图 !
所示 & 因此 ! 严格说 ! 搅拌机转速是指搅拌叶片端部 的最大线速度 %156&
!$$$评判转速合理与否的准则
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
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
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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 "
拌筒 长宽比
单轴 相位
双轴 相位
双轴 排列
叶片 角度
叶片数
线速度
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专 题 讲 座
!"# 转速与搅拌装置的关系
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 $包括单轴相位与 排列 #双轴相位与排列 %# 搅拌叶片安装角 # 搅拌叶片 数量等参数有关 " 表 ! 中所列数据为这些参数给定 时的试验结果 " 在振动作用下 ! 物料间的粘滞力和内摩擦力减 小 ! 物料颗粒运动的惯性增大 ! 根据前面的分析 ! 这 时搅拌机的合理转速肯定应比物料静态时低 " 对公 称容量为 )* + 的立轴强制式振动搅拌机的试验结 果见表 , "
物料的离心力应小于其重力 !即
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! 所示为强制式搅拌机叶片线速度与相对强度及离
差系数的关系曲线 ! 图中以最低转速下搅拌 !"#$ 的 强度为 %""& " 由图可见 !搅拌速度低 ! 混凝土强度
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强制式搅拌机工作时物料的离心力应不大于它 与搅拌叶片间的摩擦力 ! 即
"####结语
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
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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! 随着搅拌叶片线速度从
线速度值的试验结果
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匀质性 各指标的试验结果
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5
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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
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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 "6#" 可 以 看 出 ! 当 4!54" 小于某值时 !! 小于某定值 8 $!9具有确定的最 大值 "!! 此时的混凝土混合料表现为固态特性 ! 虽 然也会发生缓慢的流动 !但实际上几乎觉察不到 "随 着 4!54" 的增加 !! 值增加 !" 则大大降低 " 这时混凝 土混合料的凝聚结构开始破坏 ! 表现出较好的流动 性 ( 当 4!54" 增大到某一值时 !! 达到 !! 值 !" 下降到 最小值 "3" 此时混凝土的凝聚结构完全遭到破坏 ! 流动性达到最佳 ! 为实现快速搅拌创造了条件 ! 因 此 ! 从提高搅拌效率的角度来看 ! 希望搅拌速率要高 一些 " 然而 ! 当自落式搅拌机的滚筒转速等于或超过
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!"$ 转速与搅拌材料的关系
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 !/
专 题 讲 座
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图" 水泥颗粒分布情况
一般认为 ! 新拌混凝土是一种宾汉姆体 $-./01
2)3%!其流变特性可表示为"’#, !"!#$" %! %"
图! 强制式搅拌机工作原理示意图
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专 题 讲 座
搅拌设备设计 !第四讲 "
搅拌机合理转速的确定
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 %&#
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新拌混凝土粘 $ 塑性随剪应力变化关系
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图! 叶片线速度与相对强度及离差系数的关系
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
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7$$$$影响搅拌机转速的主要因素
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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 "&
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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 !"
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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 !/
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