搅拌机设计流程

摘要

搅拌机是搅拌设备的心脏。在搅拌机设计及使用过程中，合理的选取搅拌机的结构，运动和工作参数，直接关系到混凝土等材料的搅拌质量和搅拌效率。论文对搅拌臂的排列、搅拌叶片的安装角、拌筒长宽比、搅拌机转速和搅拌时间等主要参数的选取进行分析与试验研究。通过归纳，给出了双卧轴搅拌机的主要参数，包括搅拌臂排列、叶片安装角、拌筒长宽比、搅拌线速度等；给出了评价搅拌机参数合理与否的准则；给出了搅拌臂排列的基本原则。论文通过试验研究，建议用叶片推动的物料量与该搅拌机的公称容量的比值rl，来综合评定搅拌臂的个数，叶片面积和其他参数匹配的合理性，并作为设计时的参考；双卧轴搅拌机的叶片的安装角范围为3l一45，对国内广泛使用的宽短型双卧轴搅拌机叶片安装角度推荐为45；对目前国内外普遍使用的双卧轴搅拌机，它的长宽比的选择范围为0．7—1．3，推荐使用值为小于1；搅拌机的转速主要受搅拌过程中混合料不发生离析现象所限制，对目前常用的双卧轴搅拌机，推荐的叶片线速度为1．4m ／s-1．7m／s／；合理的搅拌时间是保证搅拌质量符合要求条件下的最短搅拌时间，它受充盈率等多种因素影响，合理的搅拌时间应通过试拌来确定。

[关键词]：搅拌机、主要参数、合理性、实验研究

第1章前言

1．1国内外研究现状及发展趋势

19世纪40年代，在德、美、俄等国家出现了以蒸气机为动力源的白落式搅拌机，其搅拌腔由多面体状的木制筒构成，一直到19世纪80年代，才开始用铁或钢件代替木板，但形状仍然为多面体。1888年法国申请登记了第一个用于修筑战前公路的混凝土搅拌机专利。20世纪初，圆柱形的拌筒自落式搅拌机才开始普及，其工作原理如图1．2所示。形状的改进避免了混凝土在拌筒内壁上的凝固沉积，提高了搅拌质量和效率。1903年德国在斯太尔伯格建造了世界上第一座水泥混凝土的预拌工厂。1908年，在美国出现了第一台内燃机驱动的搅拌机，随后电动机则成为主要动力源。从1913年，美国开始大量生产预拌混凝土，到1 950年，亚洲大陆的日本开始用搅拌机生产预拌混凝土。在这期间，仍然以各种有叶片或无叶片的自落式搅拌机的发明与应用为主?。自落式搅拌机依靠被拌筒提升到一定高度的物料的自落完成搅拌。工作时，随着拌筒的转动，物料被搅拌筒内壁固定的叶片提升到一定高度后，依靠自重下落。由于各物料颗粒下落的高度、时问、速度、落点和滚动距离不同，从而物料各颗粒相互穿插、渗透、扩散，最后达到均匀混合。自落式搅拌机结构简单，可靠性高，维护简单，功率消耗小，拌筒和叶片磨损轻，但搅拌强度不高，生产效率低，搅拌质量不易保证。此种搅拌机适于拌制普通塑性混凝土，广泛应用于中小型建筑工地。按拌筒形状和卸料方式的不同，有鼓筒式搅拌机、双锥反转出料搅拌机、双锥倾翻出料搅拌机和对开式搅

拌机等，其中鼓简式搅拌机技术性能落后，已于1987年被我国建设部列为淘汰产品。随着多种商品混凝土的广泛使用以及建筑规模的大型化、复杂化和高层化对混凝土质量、产量不断提出的更高要求，有力地促进了混凝土搅拌设备在使用性能和技术水平方面的提高与发展。各国研究人员开始从混凝土搅拌机的结构形式、传动方式、搅拌腔衬板材料以及搅拌生产工艺等方面进行改进和探索。20世纪40年代后期，德国ELBA公司最先发明了强制式搅拌机，和自落式搅拌机的工作原理不同，强制式搅拌机利用旋转的叶片强迫物料按预定轨迹产生剪切、挤压、翻滚和抛出等强制搅拌作用，使物料在剧烈的相对运动中得到匀质搅拌。强制式搅拌机工作原理如图1．3，与自落式搅拌机相比，强制式搅拌机搅拌作用强烈，搅拌质量好，搅拌效率高，但拌筒和叶片磨损大，功耗增大。此种搅拌机适于拌制干硬性、轻骨料混凝土以及特种混凝土和专用混凝土，多用于施工现场的混凝土搅拌站和预拌混凝土搅拌楼。根据构造特征不同，主要有立轴涡浆式搅拌机、立轴行星式搅拌机、立轴对流式搅拌机、单卧轴搅拌机和双卧轴搅拌机等。

图1．2 自落式搅拌机工作原理示意图图1．3强制式搅拌机工作原理示意图

随着技术的发展，强制式搅拌机在德国的BHS公司和ELBA公司、美国的JOHNSON

公司和REX WORKS公司、意大利的SICOMA公司和SIMEN公司、日本的日工株式会社和光洋株式会社等企业发展迅速，目前已形成系列产品。比如德国的EMC系列、

EMS系列搅拌站和UBM系列、EMT系列搅拌楼，意大利的MAO系列搅拌站、MSO

系列大型搅拌基地等。我国混凝土搅拌设备的生产从20世纪50年代开始。1952年，天津工程机械厂和上海建筑机械厂试制出我国第一代混凝土搅拌机，进料容量为400L和1000L。20世纪70年代未至80年代初，我国为适应建筑业商品混凝土大规模发展的需要，在引进国外样机的基础上，有关院所厂家陆续开发了新一代Jz型双锥自落式搅拌机、．D型单卧轴强制式搅拌机。其中，JS型双卧轴搅拌机在80年代初研制成功。80年代末，我国混凝土搅拌产品开发重点转向商品混凝土成套设备，研制出了10多种混凝土搅拌楼(站)。经过引进吸收、自主开发等几个阶段，到本世纪初，国内混凝土搅拌机技术得到长足发展，在产品规格和生产数量上，都达到了一定规模，出现了一批具有自主知识产权的新技术，逐步形成了一个具有一定规模和竞争能力的行业。2006年，我国生产装机容量O．5～6m3的搅拌站2100多台，已成为混凝土搅拌设备的生产大国。

1．2国内外搅拌机参数的研究现状

对搅拌设备来说，搅拌机构是核心装置，混凝土搅拌质量的好坏，搅拌机生产率的高低以及使用维修费用的多少都与它有关，目前，双卧轴搅拌机是国内的主导机型，因此，国内外对卧轴搅拌机技术进行了比较广泛、深入的研究。国外对卧轴搅拌机技术的研究起因于对沥青混和料拌和抽样和方法准确度的分析，由于试验中采用的1t间歇式卧轴强制搅拌器，抽取的样品测试数据显示了在搅拌器的一种设计与另一种设计之间，由于桨叶的排列方式不同，有可能成为造成混合料均匀度的明显差别的主要原因。研究人员分析认为：所用的双轴桨叶式搅拌器中，材料的主要运动是一种在与轴垂直的平面内，围绕着每根轴的不规则转动。在桨叶相遇或重叠的部位，材料在一根轴之间的区域内相互交换着，材料的辅助运动

是与两根轴平行的，从搅拌轴的一个旋转平面到另一旋转平面。在用来构成辅助运动方面，不同设计方案的搅拌器，变化是很广泛的。混合料在两根轴之间的区域内运动是不规则的，但是在轴的两侧，物料则围绕着搅拌器内壁在水平面内作某种循环运动，运动的程度都会受到桨叶端面与它们移动方向的夹角的影响。为了找到在搅拌器其它设计特点保持不变的情况下，由于改变桨叶端面的角度和安装方式而产生的不同方案的辅助运动，以及对被搅拌的混和料均匀度的影响程度，研究人员制造了一套带有可调桨叶的特殊桨臂。通过央紧作用，将桨叶紧固到桨臂的圆柱部分，并可按任意角度调整，而且可按根右旋或左旋螺距来安装于搅拌轴上。在一些搅拌器中，将垂直于它们移动方向的平面桨叶，向左和向右交替地转一定角度，使这些桨叶的排列方式不是按照产生一种有规则的辅助运动，所以在搅拌器内材料的输送不是始终如一地从一端到另一端。当使物料由轴的两端向中心运动时。物料向中心堆积，有一些物料则从堆积料的顶端溢出，再从两端返回，那旱物料的水平面要低得多。在另外一些搅拌器中，桨叶的排列可使物料产生有规则的辅助运动。一轴上的所有桨叶端面都使物料朝一个方向运动，而另一根轴上的所有桨叶端面部使物料朝相反的方向运动。在桨叶相对于搅拌轴不同的倾斜角度情况下，分别采用两种桨叶排列方式进行试验：①将所有桨叶调至使物料向搅拌器的中心运动：②将一根轴上的所有桨叶都安装成使物料向右运动，而另一根轴上的所有桨叶都安装成使物料向左运动，以便能使物料

在平面内围绕着搅拌器产生顺时针方向的循环或旋转运动。这两种排列方式被称为“向心”方式和“旋转”方式。试验按18批物料作为一个系列来进行，它覆盖的变化因素包括：三种桨叶角度(15、30和45)、两种桨叶排列方式和三种搅拌时间(1min、2min和4min)。获得拌和匀质性分析的样品总数为213个。分别计算出每批混和料样品中粘结料的百分比标准离差和通过给定筛子的物料百分比标准离差，将标准离差转换为离差系数，以便提供不同混和料之间合理有效的比较。

第2章搅拌机主要参数

2．1双卧轴搅拌机的主要参数

本文以目前广泛使用的双卧轴搅拌机为主，对搅拌装置几何和运动参数的合理取值范围进行分析和试验研究。搅拌装置参数主要有：搅拌臂的排列、搅拌叶片的

安装角、拌筒的长宽比及搅拌线速度等，其结构如图2 1(a)所示，主要参数如图2 1(b)所列：

图2．1(a)双卧轴搅拌机结构

图2．1双卧轴搅拌机主要参数

2．2搅拌机参数选取的准则

目前国内外广泛使用的自落式和强制式搅拌机己沿用了50余年。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

料的物理一化学性能都发生了变化，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，且设计和使用者在选择转速值时缺少依据。搅拌机是混凝土制备设备的心脏，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，宏观均匀性用拌和物中砂浆密度的相对误差埘

式中，搅拌的平均时间f的角标表示拌缸(或拌筒)三维坐标(x，y，z)或(z，r，由)及其顺序。该式的物理意义是：合理的搅拌机参数应保证在满足给定的均匀度指标的前提下，在拌缸内各个方向的搅拌时间相接近。这时选取的搅拌机的主要参数较合理。可利用实验来调整搅拌机的参数，使其趋于合理。在不同的搅拌时间，按三维坐标方向测搅拌的均匀度就可知道，在所有方向都达到给定的均匀度的时间。一般来}兑，在三个方向同时都达到给定的均匀度指标是不可能的，总会有先有后。应根据实验结果，调整搅拌机结构及相应的参数，使得能够在搅拌室内所有方向上能接近同时达到给定的均匀度。

2．3试验样机与实验条件

2．3．l试验样机

试验样机主要搅拌参数见表2 l，主体结构见图2．2

表2．1试验样机主要搅拌性能参数

图2．2双卧轴搅拌机主体结构图

该试验样机搅拌的基本工作原理与普通双卧轴搅拌机一样，动力从电机通过摆线针轮减速器，变速后由弹性畦轴器直接传递给一对同步齿轮，从而带动两根搅拌轴作反向同步转动。轴端密封共采用三道密封技术，印迷宫环、浮封环O型圈和骨架油封。卸料采用手动方式，通过搅拌筒底部的偏心旋转扇形闸门来控制。由于试验条件的限制．也为了简化设计，该样机没有设计耐磨衬板和L料机构，试验中采用人上料，这虽然会对搅拌质爵和搅拌时捌产生一些影响，但由于是在相

同条件下进行试验．所以仍然能够完成试验任务。

搅拌机构是本次试验研究的重点。由于试验中要分别比较拌筒不同长宽比和搅拌臂不同排列形式以及搅拌叶片不同安装角度对搅拌质量的影响，因此要求拌筒的长宽比、搅拌臂的排列和搅拌叶片的安装必须能够调节，而且要求拆装、维护方便。

2．3．2搅拌机构的设计

●搅拌叶片的设计

搅拌叶片的形状是根据拌简直径、叶片安装角度(轴向和径向安装角度)、叶片在轴向和径向所占搅拌区域长度和叶片设定高度等参数设计的。其中，侧搅拌叶片分左旋和右旋两种。搅拌叶片的外缘利用拌简直径构成的圆柱体，通过曲线拟合得到。考虑叶片与拌筒内壁的间隙大小对叶片使用寿命和搅拌能耗的影响，设计搅拌叶片的外缘与拌筒内壁的间隙≤4mm，并且成变间隙的楔形，见图2．3。先接触物料的前端间隙小于后端，相差1--2mm，利于集料一旦被卡后的释放。对于搅拌臂和搅拌叶片的安装设计，则都采用了抱瓦结构，通过螺栓的央紧作用分别固定在相应的搅拌轴和搅拌臂上，具体结构如图2．4所示。试验中，根据拌筒长宽比的不同和试验研究的要求，搅拌叶片的数量可以相应的增减；通过调节搅拌轴抱瓦，可以调节单轴搅拌臂相位和双轴搅拌臂相位差；通过调节搅拌臂抱瓦，可以调节搅拌叶片的轴向安装角。

●拌简长宽比

拌筒长宽比变化是通过在搅拌筒中横置挡板实现图2．4搅拌臂和搅拌叶片结构的，即保持拌筒宽度不变而对拌筒长度进行调节。挡板的形状与搅拌筒横截面是一致的，可以通过螺栓固定在与拌筒焊接的角钢上，从而将拌筒由窄长形分隔为宽短形。样机设计窄长形拌筒的长宽比为1．11，宽短形拌筒的长宽比为O．78。

2．3．3试验用混凝土配合比的设计

混凝土配合比设计必须满足四项基本要求；a)施工性能一混凝土拌和物应具备满足施工操作的和易性；b)力学性能一硬化后的混凝土应满足工程结构设计或施工进度所要求的强度和其它有关力学性能；c)耐久性能一硬化后的混凝土必须满足抗冻性、抗渗

图2．4搅拌臂和搅拌叶片结构图2．3楔形间隙示意图

性等耐久性要求；d)经济性能一应在保证混凝土全面质量的前提下，尽量节约水泥，合理利用原材料，降低成本。影响水泥混凝土性能的因素很多，其中各组成材料的质量和其配合比是影响混凝土性能的内因。一个合理的配合比，对提高水泥混凝土在各方面的性能，有着重要的作用。混凝土的配合比设计，实质上就是确定四项材料用量之间的三个对比关系，即三个参数。

(1)水灰比W／C：水与水泥之间的比例关系，用水与水泥用量的质量比表示。

(2)砂率厦：砂子与石子之间的比例关系，用砂子重量占砂石总重的百分数表示。

(3)单位用水量mwD：水泥净浆与骨料之间的比例关系，用lm3混凝土的用水量表示。水灰比、砂率、单位用水量三个参数与混凝土的各项性能之间有着密切的关系，如图2．5所示(图中，粗实线表示直接关系，细实线表示主要关系，虚线表示次要关系)。正确地确定这三个参数，就能保证混凝土满足一定的设计要求。

图2．5配合比参数与混凝土性能关系

考虑本次试验研究的目的，因此在试验过程中保持混凝土组成材料及其配合比的恒定，即各组试验所用的混凝土均采用同一配合比设计：水泥31kg，水17kg，砂66kg，石子127kg。

第3章搅拌臂的排列

对于双卧轴搅拌机，搅拌臂的排列形式主要包括搅拌臂的料流排列和搅拌臂的相对位置关系。其中搅拌臂的相对位置关系主要是指单根轴上相邻两个搅拌臂之间的相对位置关系和双轴上搅拌臂之间的相对位置关系。本节主要讨论搅拌臂的料流排列。搅拌臂的不同排列形式，可使拌筒内的混凝土混合料产生不同的料流运动形式。卧轴搅拌机拌筒内的料流形式因搅拌轴数量和混凝土搅拌生产的方式不同有所差别。分析拌筒内的料流形式，可以知道影响双卧轴搅拌机搅拌筒内物料运动的主要因素是搅拌臂的排列以及叶片参数。对于双卧轴搅拌机拌简内的物料运动形式，通过初步试验及分析，认为由于搅拌臂的排列及其叶片的安装形式不同，使物料表现“对流"和“围流”两种不同的运动轨迹。这两种料流形式孰优孰劣，可以通过理论分析和试验研究得出结论。

3．1对流和围流

对流搅拌臂的排列如图3．1所示。在搅拌叶片推动下，混合料由搅拌机两端向中央运动，并在中央处以锥体形状堆积。这时有些物料就会从料堆顶部溢出，流向

拌筒的两端，然后再由叶片将其从两端推回中央，从而完成物料的一个循环。围流搅拌臂的排列如图3．2所示。其中一根轴上的叶片推动混合料沿轴朝一个方向运动，而另一根轴上的叶片推动混合料沿轴朝另一个相反方向运动。在两轴末端，各有返回叶片把混合料扒离拌筒端面，并从一根轴处转送到另一根轴处，使混合料完成大循环运动。在两轴之间的区域，左边轴上的叶片将混合料推向右边，右边轴上的叶片将混合料推向左边，完成混合料的小循环运动。

图3．1搅拌臂对流排列图图3．2搅拌臂围流排列

3．2分析与试验

分析物料的运动形式可知，两种搅拌臂排列都实现了物料的循环流动，理论上任一物料质点都能到达拌筒内任意位置，但两种排列使物料在拌筒中的分布状态是不一样的。对流排列中，物料主要积存在拌筒的中央，而两端却较少，因此中央的搅拌叶片受载大，两端处的叶片受载小，容易造成个别搅拌臂和叶片过载损坏。而围流排列可使混合料在拌筒内均匀分布，从而保证沿轴全长上的搅拌叶片受载相同，拌筒底部和叶片的磨损均匀。从这一点来看，搅拌臂围流排列要比对流排列更具优势。对其搅拌质量的影响可依靠试验研究进行比较。通过对搅拌臂及叶片的不同排列、安装，在不同形状的拌筒内，进行关于逆流和围流的比较试验，测定相应的混凝土拌和物匀质性和28d的硬化混凝土标准试块的抗压强度。试验采用相同的混凝土配合比，mco(水泥)：mwo(水)：mso(砂)：mGo(石子)=1：0．55：2．13：4．096。混凝土的强度等级为C20，混凝土拌和物坍落度为10、30mm，

水泥用425号普通硅酸盐水泥，细骨料用中砂，粗骨料用5--一40mm连续级配碎石。试验结果见表分析物料的运动形式可知，两种搅拌臂排列都实现了物料的循环流动，理论上任一物料质点都能到达拌筒内任意位置，但两种排列使物料在拌筒中的分布状态是不一样的。对流排列中，物料主要积存在拌筒的中央，而两端却较少，因此中央的搅拌叶片受载大，两端处的叶片受载小，容易造成个别搅拌臂和叶片过载损坏。而围流排列可使混合料在拌筒内均匀分布，从而保证沿轴全长上的搅拌叶片受载相同，拌筒底部和叶片的磨损均匀。从这一点来看，搅拌臂围流排列要比对流排列更具优势。对其搅拌质量的影响可依靠试验研究进行比较。通过对搅拌臂及叶片的不同排列、安装，在不同形状的拌筒内，进行关于逆流和围流的比较试验，测定相应的混凝土拌和物匀质性和28d的硬化混凝土标准试块的抗压强度。试验采用相同的混凝土配合比，mco(水泥)：mwo(水)：mso(砂)：mGo(石子)=1：0．55：2．13：4．096。混凝土的强度等级为C20，混凝土拌和物坍落度为10,、,30mm，水泥用425号普通硅酸盐水泥，细骨料用中砂，粗骨料用5--一40mm连续级配碎石。试验结果见表3．1。

表3．1 对流与围流的比较试验测试指标值

由表3．1可见，不同拌筒内物料运动呈现对流时，混凝土的匀质性指标全都不合格，即不满足AM<0．8％、AG<5％的国标要求，而对于搅拌臂围流排列，虽然

这两个指标会随着其他搅拌参数的改变而变化，但是却都满足埘

G<5％的要求。这正说明了采用搅拌臂围流排列要优于对流排列。

3．3基于围流形式的搅拌臂排列原则

目前国内外鲁厂家几乎也都采用搅拌臂圉流排列的形式。其典型特征可归纳为：物料的流向应当符合右(占：)手定则，即当有(左)手四指顺着搅拌轴旋转方向时，拇指的指向就是物料的流动方向：并且两轴上搅拌叶片推动物料轴向流动分量和径向流动分量的方向相反，如图3．3所示。此时，物科不但有大范围的循环流动f可以是逆时针也可以是顺时针，如图3．4所示)，而且中央主搅拌区，两轴问的物料还有强烈的高频次逆流。

图30逆时钟围潍图3顺时针围流

如果以I、II来表示轴的序号，以n来表示叶片的序号，那么之间这种运动就称为逆流。拌区的次序有先有后，所上必然存在相位差。相位差太大．造成作用时间上的延迟，进而逆流作用的效果就比较弱；相位差太小，甚至为零时，意味着两搅拌臂几乎同时到达搅拌区，并且二者对物料推动的方向相反，类似于在周向形成一堵“墙”，即彤成局部“死循环”现象，料流的大循环运动被阻断。所以．逆流相位差大小应该有一个合理的取值范围，在此范围的逆流才被认为足合理的。若能通过合理布置和两搅拌臂，使其到达搅拌区的相位时间差更合理，频次更多，那么物料揉搓和挤压的作用就越充分，搅拌效果就越好。同时，由于这种逆流是

在两搅拌轴之间的强制作用，如果柿黄合理，使得物料作用频次快，强度大，靠近搅拌轴音|f分的物料就会充分运动起柬．就能在某种程度上改善普通强制式搅拌机所固有的，园速度梯度所产生的搅拌低效区问题。但逆流是以不破坏物料的大循环流动为前提的。另外，由于I和II之间的相互关系又与单轴及双轴上搅拌臂的相位及其排列有关，如果布置合理，那么这种逆流运动不但起不到强化搅拌的作用，反而有可能破坏整体的大循环运动，会恶化搅拌质量。因此，搅拌臂排列形式优化的最终目的就是尽可能加快物料轴向大循环的频次，同时增加物料合理逆流，从而增加物料与搅拌叶片直接接触并发生强制作用的机会，提高搅拌质量。由此可以得到双卧轴拌筒内搅拌臂及叶片布置的基本原则如下：

①物料在拌筒内合理流动，在尽量短的时间内把物料拌成匀质混凝土；

②在搅拌轴旋转的过程中，尽量让参与搅拌的叶片数目相等，以达到搅拌电机负荷均匀，减少冲击的目的；

⑧物料在拌筒内分布均匀，不要在拌筒的局部区段产生堆积，避免个别叶片和搅拌臂过载而损坏。

3．4单轴搅拌臂的排列形式

单轴搅拌臂排列形式取决于其上相邻两个搅拌臂之间的相位布置，包括相邻拌臂间的相位角及其正、反排列形式。

3．4．1相位角及其正、反排列形式

单根轴上相邻两个搅拌臂之间的相位布置，国内外不尽相同。目前，用于搅拌普通混凝土的搅拌机中，比较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产品就是450。用于搅拌大骨料混凝土时，会采用1200甚至1800相位角。从单轴上搅拌臂的相位方向与搅拌轴旋转方向的关系来看，同一相位角在单根轴上的搅拌臂排列可以有两种形式：一种称为正排列，另

一种称为反排列。其中对于正排列的规定是：当逆着混合料流动方向看，搅拌臂排列的相位方向应与搅拌轴转向相同；若顺着混合料流动方向看，二者方向则相反。相反的情况就是反排列。

图l所示为单轴上900相位角的搅拌臂排列形式，图中“·”表示物料流出纸面，其中，图3．5(a)为搅拌臂正排列，图3．5(b)为搅拌臂反排列。

图3．5单根轴上90相位角的搅拌臂排列形式

3．4．2分析与试验

以搅拌臂相位角900为例，对正、反排列做比较分析。先讨论反排列布置。依据物料连续递推式地前进，当第四搅拌臂上的叶片将混合料向前推搅后，同轴的第三搅拌臂上的叶片需要旋转270。才能继续将混合料向前推动，然后再经过一个270。旋转轮到第二搅拌臂。显然，混合料从一个搅拌臂处被推搅到下一个相邻的搅拌臂处，每一次搅拌轴都要旋转270。，如果有n个搅拌臂，那么就需要n一1

倍的2700。而对于正排列布置，由第四搅拌臂上的叶片向前推搅的混合料，只需要经过90。就可被同轴的第三搅拌臂上的叶片继续推搅。同样，当混合料轮到第二搅拌臂推搅时，仍然只需要旋转90。。于是混合料从第一个搅拌臂传到第n个搅拌臂，只需经过n一1倍的900就能实现。图3．6所示为单轴上600相位角的搅拌

臂排列形式，图中“·”表示物料流出纸面，图3．6(a)为反排列，图3．6(b)为正排列。在图3．6(a)的反排列布置下物料被连续递推式前进，当第七搅拌臂上的叶片将物料向前推搅后，同轴第六搅拌臂上的叶片需要。相位角的搅拌臂排列3000才能继续将物料向前推进。显然，如果有n个搅拌臂，那么就需要n一1倍的3000；对于图3．6(b)的正排列：则只需经过n一1倍的60。就能实现。由此可见，在搅拌时间、拌臂数目及相位角一定的情况下，搅拌臂正排列要比反排列推搅的快，物料获得的轴向流动次数更多，搅拌装置的利用率更高。这对搅拌臂围流排列的搅拌机，完成物料从拌筒的一端运动到另一端的作用则更加明显。但同时也说明单轴上采用较小的相位角可使物料得到较多的流动次数。但相位角太小，物料在拌筒内周向翻动的剧烈程度降低，它还要受制于混凝土拌和物粗骨料最大粒径的限制。现在选用国内某厂生产的JS500型双卧轴搅拌机为例进行计算分析。该机每根轴上有7个搅拌臂，围流排列，相位角为90。，转速35r／rain，搅拌周期45s。于是在一个搅拌周期内，搅拌轴转过的圈数为

图3.6单根轴上60相位角的搅拌臂排列

对于搅拌臂反排列，物料完成一个轴向的推搅需要转过

那么，一个周期内物料在单根轴上完成的流动次数为

若采用搅拌臂正排列，物料完成一个轴向的推搅需要转过

于是，一个周期内物料在单根轴上完成的流动次数为

可见，这种JSS00型双卧轴搅拌机单根轴上搅拌臂正排列得到的流动次数是反排列的(17．5／5．8≈)3倍。这同时也表明单根轴上采用较小的相位角可以获得较多的流动次数。但也不是说单根轴上搅拌臂问的相位角越小，搅拌质量就越好。因为较小的相位角虽然可以实现物料沿轴向的快速均布，但物料在拌筒内翻动的剧烈程度却相应变差，即物料的周向流动变差，这显然不利于物料在整个空间方向的均布。显然，单根轴上相邻搅拌臂间的相位角是与轴上搅拌臂的数量密切相关的。对于围流排列，若以11表示单根轴上搅拌臂的数目，0表示相邻搅拌臂间的相位角，则理论上对于相位角的取值范围应满足关系式：3600≤noO≤7200。从前面对对流、围流的比较试验数据(参见表3．1)来看，对于所搅拌的混凝土来说，单轴上相邻拌臂间60。相位角要比90。的搅拌质量好。为了进一步研究对普通混凝土搅拌时单轴上相邻搅拌臂相位角的较优值，选择450、60。和900，在不同长宽比的拌筒中，取满足上述关系式的不同数目的搅拌臂，在搅拌叶片不同的安装角和工作线速度下，搅拌粗骨料最大粒径为40mm的普通混凝土，测得试验数据列于表3．2中。从表中数据可以看出：搅拌臂相位角600布置时，能够得到相对较好的搅拌效果，对应的各项测试指标的均值都优于900和450相位角的情况，尤其是混凝土的7天抗压强度平均值，都在20MPa以上。从前面的理论分析也可以知道，相同条件下，60。相位角时物料在轴向获得比900布置时更多的流动次数，因而更容易实现物料在轴向的均匀分布。

由此可知，就试验中采用的粗骨料最大粒径为40ram的普通混凝土来说，搅拌臂

相位600布置是较合理的。

表3．2单轴上相邻拌臂间相位角的比较试验

表3．2单轴上相邻拌臂间相位角的比较试验(续)

3．2．3小结

3．5叶片安装角的定义

搅拌叶片安装角是搅拌机的主要结构和工作参数之一。对搅拌质量和搅拌效率都有着直接的影响。本文以双卧轴搅拌机的叶片安装角为研究对象，其方法也可用来确定其它类型搅拌机的叶片安装角。它是指搅拌叶片斜面与搅拌轴线间所夹的锐角，见图4．1中的Q角。

图4．1物料单元受力图图4．2叶片前的密实核心

●定性分析