在修筑各級公路和城市道路中，雙臥軸強(qiáng)制連續(xù)式混凝土攪拌機(jī)被廣泛用于各種級配混合料的攪拌。在介紹了該型攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并對 其攪拌槳葉拌料時(shí)的動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析后，較為詳實(shí)地闡述了攪拌機(jī)主要技術(shù)參數(shù)的確定方法，以及此設(shè)計(jì)方法用于穩(wěn)定土廠拌設(shè)備后的實(shí)際應(yīng)用情況。
　　1　混凝土攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
　　攪拌機(jī)主要由攪拌裝置、拌缸、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)架等部分組成。其中攪拌裝置由兩根 臥軸、攪拌臂、攪拌槳葉等部件組成。拌缸由殼體、襯板、蓋板等部件組成。進(jìn)料口設(shè)置在拌缸一端蓋板的上部，卸料口可設(shè)置在拌缸另一端的下部或端部，

2　槳葉拌料時(shí)的動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)分析
　　拌和時(shí)，松散的混合料在槳葉作用下，其動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)形態(tài)極為復(fù)雜。為進(jìn)行定性分析，將某 一瞬間槳葉對混合料的作用情況簡化

2.1　混凝土攪拌機(jī)動(dòng)力分析
　　設(shè)槳葉工作表面對混合料的作用力的合力為f，則混合料對槳葉的反作用力f′=f。f′分解成兩分力：沿槳葉工作表面寬度方向的滑移力f1和垂直于槳葉工作 表面的正壓力f2。f1、f2按下式計(jì)算：
f1=f′sinλ,　f2=f′cosλ，
式中，λ為槳葉在攪拌軸上的投影與軸中心線夾角。
　　此外，混合料與槳葉表面作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，在相對運(yùn)動(dòng)表面有一摩擦力ff。ff計(jì) 算公式為
ff=f2f，
式中，f為混合料與槳葉工作表面的摩擦系數(shù)，可查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》確定。
　　當(dāng)f1-f2f>0時(shí)，混合料即沿槳葉工作表面移動(dòng)；當(dāng)f1-f2f≤0，即 f1≤f2f時(shí)，混合料在槳葉寬度方向不會(huì)移動(dòng)，此時(shí)，攪拌機(jī)生產(chǎn)率等于0。將f1≤ f2f變換后得：f′ sinλ≤f′ cosλf，即當(dāng)λ≤arctgf時(shí)，槳葉的運(yùn)動(dòng)不 能推動(dòng)混合料沿?cái)嚢栎S方向移動(dòng)。
2.2　運(yùn)動(dòng)分析
　　混合料在槳葉的作用下，一方面與槳葉一起作圓周運(yùn)動(dòng)，另一方面沿槳葉工作 表面的寬度方向滑動(dòng)。
　　混合料沿槳葉工作表面寬度方向的滑動(dòng)速度v可分解為兩個(gè)分速度：軸向速度v1和切向速度v2。速度計(jì)算方法如下：
v1=v　cosλ，
v2=v　sinλ，
vl=v-v2=v-v　sinλ；
式中：v-槳葉線速度(設(shè)計(jì)時(shí)確定)；
vl-混合料的線速度；
λ-與動(dòng)力分析時(shí)相同。
　　將動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)綜合起來分析，可以得出：當(dāng)λ一定時(shí)(大于arctgf)，v增大→f增大→f1-f2f=f(sinλ-f cosλ)增 大→v增大→v1增大→混合料沿軸向的運(yùn)動(dòng)速度加快；反之，v減小→…混合料沿軸向的運(yùn) 動(dòng)速度降低。
　　當(dāng)v為定值，λ=arctgf～40°時(shí)，λ增大→f(sinλ-f cosλ)增大→v增大； 此時(shí)，由于v的增大速度比cosλ的減小速度快(經(jīng)驗(yàn)結(jié)論)，v1=v cosλ增大，混 合料沿軸向的運(yùn)動(dòng)速度加快。
　　當(dāng)v為定值，λ=40°～50°時(shí)，λ增大→f(sinλ-f cosλ)增大→v增大；此時(shí)， 由于v的增大速度與cosλ的減小速度相當(dāng)，v1=v cosλ基本不變，混合料沿軸向 的運(yùn)動(dòng)速度基本不變。
　　當(dāng)v為定值，λ=50°～90°時(shí)，λ增大→f(sinλ-f cosλ)增大→v增大；此時(shí)， 由于v的增大速度小于cosλ的減小速度，v1=v cosλ減小，混合料沿軸向的運(yùn)動(dòng) 速度減小。
　　以上結(jié)果表明：(1) 混合料的攪拌時(shí)間與槳葉的線速度、安裝角密切相關(guān)。(2) 槳葉的安裝 角λ=40°～45°時(shí)，攪拌效率。鑒于此，國外許多廠家的攪拌機(jī)上，將槳葉設(shè)計(jì)成安 裝角可調(diào)的形式，傳動(dòng)系統(tǒng)也采用液壓無級調(diào)速方式，通過對安裝角和轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，改變 混合料的攪拌時(shí)間，以適應(yīng)攪拌不同的混合料。
　　但是，槳葉線速度和安裝角的變化，會(huì)改變攪拌機(jī)生產(chǎn)率，而生產(chǎn)率的變化將影響設(shè)備其它 系統(tǒng)的工況，而且，槳葉速度的調(diào)整也有一定的限制(待后敘述)，因此，初步設(shè)計(jì)攪拌機(jī)時(shí) ，一般先確定攪拌機(jī)生產(chǎn)率，然后再計(jì)算和確定其它技術(shù)參數(shù)。
3　混凝土攪拌機(jī)主要技術(shù)參數(shù)的確定
3.1　拌缸橫截面流量q
　　攪拌機(jī)工作時(shí)，混合料在攪拌裝置的作用下，不斷翻動(dòng)、摻合，其流態(tài)非常復(fù)雜，但從宏 觀上分析，由于攪拌機(jī)是連續(xù)工作的，根據(jù)連續(xù)性原理，拌缸內(nèi)各橫截面的流量相等。
q=［q進(jìn)+q液］／γ　(m3／h)，
式中：q進(jìn)-進(jìn)料口流量，t/h;
　　　γ-混合料密度，t/m3；
　　　q液-加入拌缸的液體質(zhì)量t/h。
3.2　拌缸的有效容積g
　　g是指在攪拌機(jī)工作時(shí)，攪拌槳葉能夠翻動(dòng)、攪拌到的那部分混合料所占有的體積。此體積 與拌缸的大小、槳葉結(jié)構(gòu)尺寸和安裝角度以及槳葉線速度等密切相關(guān)，不易計(jì)算。初步設(shè) 計(jì)時(shí)，可按下式計(jì)算：
g=qt (m3)，
式中：q-拌缸橫截面流量，m3/h，
　　　t-攪拌時(shí)間，h;據(jù)有關(guān)資料，穩(wěn)定土t=20～30s，水泥混凝土 t=40～60 s，當(dāng)q大時(shí)(150m3/h以上)取大值，q小時(shí)取小值。
3.3　槳葉線速度v
　　根據(jù)國內(nèi)外產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)，攪拌機(jī)葉片頂部線速度v應(yīng)為1.5～1.7m/s。當(dāng)v大于此經(jīng)驗(yàn) 速度 時(shí)，攪拌機(jī)襯板和槳葉端部的間隙中將產(chǎn)生大量的碎石楔住現(xiàn)象，這不僅增加功率消耗和 槳葉、襯板的磨損，而且會(huì)不適當(dāng)?shù)胤鬯槭?，降低混合料的質(zhì)量。當(dāng)然，采用無襯板技 術(shù) 的穩(wěn)定土攪拌機(jī)不存在以上問題，因而這一結(jié)構(gòu)的槳葉頂部線速度可在2.5～3m/s間 選取。
3.4　攪拌裝置各幾何尺寸的計(jì)算
　　參考國內(nèi)有關(guān)資料，攪拌裝置各幾何尺寸按如下公式計(jì)算。
　　(1) 攪拌槳葉Zui大旋轉(zhuǎn)半徑
 
式中：ψ-殼體形狀系數(shù)，ψ=1.1～1.4；當(dāng)拌缸橫截面為雙圓弧 形時(shí)，ψ取小值，其它形狀時(shí)取大值；
　　　β-充滿系數(shù)，通常取β=0.8～1.0；當(dāng)槳葉安裝角為40°～45°時(shí)，β取小值； 其他角度時(shí)，β取大值；
　　　g-拌缸有效容積，m3。
　　(2) 槳葉寬度w
　　　　　　　　　w=(0.4～0.57)r　(m)。
　　槳葉寬度根據(jù)液體噴灑壓力取值，當(dāng)噴入拌缸的液體壓力在1.5～2mpa時(shí)，w取大 值；當(dāng)液體自流和小壓力噴入拌缸時(shí)，w取小值。
 
　　(3) 槳葉高度b
　b=(0.6～0.8)w　(m)。
　　b的取值方法與w相同。
　　槳葉的形狀可以是長方形、方形、帶圓角方形等。以上槳葉參數(shù)是初步設(shè)計(jì)值。
　　(4) 兩軸中心距a
a=rctgα(m)，
式中，α為攪拌軸中心和槳葉Zui大旋轉(zhuǎn)半徑交點(diǎn)的聯(lián)線與攪拌軸中心水平線的夾角。根據(jù)國內(nèi)有關(guān)資料，通常取α=34°～40°。
3.5　拌缸幾何尺寸的計(jì)算
　
　　(1) 進(jìn)料口尺寸m、n
　　進(jìn)料口尺寸應(yīng)與送料機(jī)械的卸料口相匹配。當(dāng)送料機(jī)械為皮帶輸送機(jī)時(shí)，可初定n=b(b 為皮帶寬度)，然后按下式計(jì)算m。
m=(2～4)h 　(m)，
式中：h-輸送機(jī)橫截面料高，m，如圖8；當(dāng)皮帶機(jī)為v型托時(shí)，h=( b)/(2) sinθ，其中θ為v型托傾角；當(dāng)皮帶機(jī)為槽形托時(shí)，h(2b )/(5)sinθ。
　　m值的大小還與送料機(jī)械的卸料高度有關(guān)。當(dāng)卸料高度較大時(shí)，可將進(jìn)料口設(shè)計(jì)成漏斗狀， 這時(shí)m取小值；當(dāng)卸料高度較小時(shí)，為避免皮帶回料，m取大值。
　　(2) 出料口尺寸e、f
　　如圖7所示，當(dāng)攪拌機(jī)出料口設(shè)置在拌缸端部下面時(shí)，尺寸e的大小對攪拌時(shí)間有一定的影響 ，因此在保證出料順暢的情況下，e應(yīng)盡量小。參照水力學(xué)的有關(guān)知識，e與物料粒度有關(guān)， 初步設(shè)計(jì)時(shí)，按下式計(jì)算：
e=(2.5～3.5)d 　(m)，
式中，d為物料Zui大粒徑，m。
　　如圖7所示，尺寸f的計(jì)算公式為
f=a+2r sinξ　(m)，
式中：ξ-物料安息角，ξ=180°-2φ，可查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》確定；
　　　a-兩軸中心距，m；
　　　r-槳葉Zui大旋轉(zhuǎn)半徑，m。
　　(3) 拌缸長度l
　　在以上參數(shù)確定后，l按下試計(jì)算：
 
式中：g-拌缸有效容積；
　　　s1-混合料在攪拌軸以上占有的截面面積，m2，s1=h(2r+a)；其中，h 是 攪拌過程中，假設(shè)混合料在攪拌軸以上占有的平均高度，參考有關(guān)資料，h=(1/4～2/5)r；
　　　s2-在攪拌軸以下混合料占有的截面面積，m2，
 
　　(4) 拌缸寬度k
　　　　　　k=a+2r+2c　(m)，
式中：c-槳葉頂部與拌缸襯板表面的間隙；根據(jù)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，c=5～8mm，當(dāng) 采用無襯板結(jié)構(gòu)時(shí)，c=混合料Zui大粒徑+20mm。
4　混凝土攪拌機(jī)驅(qū)動(dòng)功率的初步計(jì)算
4.1　受力工況
　　槳葉旋轉(zhuǎn)時(shí)，在q段，粒料在重力作用下有向下運(yùn)動(dòng)趨勢，而槳葉從底部向上旋轉(zhuǎn)， 此 時(shí)槳葉被碎石楔緊的可能性Zui大。設(shè)攪拌裝置裝有x對槳葉(單臂時(shí)為x把)，則x/2把槳葉同 時(shí)被楔形碎石楔緊時(shí)，拌和負(fù)荷Zui大。
 
4.2　槳葉受力分析(楔緊時(shí))
　　在上述工況，攪拌槳葉受攪拌混合料的力fj和楔緊力fx的作用，如圖9。
4.3　受力計(jì)算
　　(1) 攪拌力fj
　　為簡化計(jì)算，設(shè)攪拌裝置工作時(shí)，將拌缸有效容積混合料整體推動(dòng)。這時(shí)，總攪拌力為
∑fj=gγf ，
式中：∑fj-總攪拌力，kg；
　　　g-拌缸有效容積，m3；
　　　γ-混合料密度，kg/m3；
　　　f-混合料與拌缸襯板表面的摩擦系數(shù)，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》確定。
　　(2) 楔緊力fx
　　槳葉被楔緊時(shí)，必須將楔石擠碎才能繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。fx按下式計(jì)算：
fx=lbσf　(kg)，
式中：l-槳葉與楔石的接觸長度，mm;為了使槳葉端部輪廓與拌缸襯板 表面的 間隙處處相等，槳葉端部為弧形，經(jīng)實(shí)際測量，l=5～10mm，弧度大時(shí)取大值，弧度小 時(shí)取小值；
　　　b-槳葉與楔石接觸寬度，經(jīng)實(shí)際測量，b=4mm;
　　　σ-碎石抗壓強(qiáng)度，kgf/mm2；
　　　f-碎石與鋼的摩擦系數(shù)。
4.4　攪拌軸扭矩mq的計(jì)算
　　∑fj和fx確定后，按下式計(jì)算mq：
mq=［∑fj+(x2)fx］r 　(kg*m)，
式中：x-攪拌裝置槳葉對數(shù)，單臂時(shí)為把數(shù)；
　　　r-槳葉Zui大旋轉(zhuǎn)半徑，m。
4.5　驅(qū)動(dòng)功率p的計(jì)算
p=mqn/975η 　(kw)，
式中：n-攪拌軸轉(zhuǎn)速，r/min，n=60v/2πr;
　　　η-總傳動(dòng)效率。
5　應(yīng)用情況
　　本設(shè)計(jì)已先后用于我廠wbs-50型穩(wěn)定土廠拌設(shè)備攪拌機(jī)主要技術(shù)參數(shù)的校核和修正，wbs- 200型穩(wěn)定土廠拌設(shè)備和hbs300型連續(xù)式水泥混凝土廠拌設(shè)備攪拌機(jī)的初步設(shè)計(jì)。這三種機(jī) 型中，除hbs300型尚未經(jīng)過工業(yè)性試驗(yàn)外，wbs-50型，wbs-200型已通過省級鑒定。至目 前為止，wbs-50型已銷售近百套，wbs-200型銷售近20套。所有投入使用的攪 拌機(jī)均達(dá)到設(shè)計(jì)和使用要求，故障率不到1%(不計(jì)槳葉、襯板等易損件的更換)。
　　通過檢測，本設(shè)計(jì)尚有不足之處，主要有：
　　(1) 按本設(shè)計(jì)確定的驅(qū)動(dòng)功率比攪拌機(jī)工作時(shí)的實(shí)測值大1/3，富余量過大。
　　(2) 初步設(shè)計(jì)時(shí)，攪拌機(jī)各主要技術(shù)參數(shù)是根據(jù)生產(chǎn)率確定的，但按本設(shè)計(jì)計(jì)算確定的各主 要技術(shù)參數(shù)制造的攪拌機(jī)，其生產(chǎn)率比理論值大1/2。
　　對于功率富余過大問題，可根據(jù)實(shí)測值重新選配電機(jī)(電機(jī)功率應(yīng)大于高峰值10%～20%)。
　　實(shí)際生產(chǎn)率過大，會(huì)影響攪拌質(zhì)量，實(shí)際應(yīng)用時(shí)只要配料系統(tǒng)生產(chǎn)率不超過設(shè)計(jì)值，就可 保證攪拌質(zhì)量。
　　由本設(shè)計(jì)可知，在主要技術(shù)參數(shù)確定的條件下，拌缸長度與攪拌時(shí)間成正比。當(dāng)混合料攪拌 時(shí)間需要增加時(shí)，拌缸長度也應(yīng)增加；拌缸長度的增加既增加了功率消耗，又增大了制造難 度和成本。為了解決這一問題，國內(nèi)外某些廠家設(shè)計(jì)制造了內(nèi)循環(huán)攪拌機(jī)。所謂內(nèi)循環(huán)就是 混合料沿軸向來回循環(huán)，就象繞∞字一樣，這種攪拌機(jī)可用較短的拌缸獲得較長的攪拌時(shí)間 。本設(shè)計(jì)是否適合內(nèi)循環(huán)攪拌機(jī)正在探索中。