水上混凝土攪拌站的選型設(shè)計(jì)

    摘　要：為解決大橋梁混凝土的施工問題，結(jié)合多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，介紹了水上混凝土攪拌站的設(shè)計(jì)要求，從整體布置尺寸的確定和主要機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)方面，總結(jié)了水上混凝土攪拌站的選型設(shè)計(jì)方案。
  
    關(guān)鍵詞：水上混凝土攪拌站，選型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案
 
    隨著我國橋梁建設(shè)特別是大橋梁建設(shè)的發(fā)展，混凝土質(zhì)量要求越來越高，澆筑的數(shù)量越來越大，澆筑速度越來越快。為解決大橋梁混凝土的施工問題，有必要研制一種水上混凝土攪拌站，以滿足大橋梁的混凝土施工需求。以下結(jié)合工程實(shí)踐，就水上混凝土攪拌站的研制進(jìn)行了一些探討。

    1 　設(shè)計(jì)要求
    
    根據(jù)水上混凝土攪拌站的應(yīng)用特點(diǎn)，應(yīng)滿足如下要求：
    1) 保證工程所需的混凝土生產(chǎn)質(zhì)量及生產(chǎn)率要求。
    2) 能自動(dòng)完成砂、石、水泥、水、粉煤灰、添加劑等混凝土配料的計(jì)量配方工作，并符合國家有關(guān)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。
    3) 設(shè)備整體布局合理，重心低，滿載和空載時(shí)確保船體的平衡性和一定的抗風(fēng)浪能力。
    4) 投資費(fèi)用低，使用維修方便，各部件盡量應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化。
    5) 可靠性要求高，確保生產(chǎn)的連續(xù)性。

    2 　設(shè)計(jì)方案
    水上混凝土攪拌站主要由攪拌機(jī)、水泥、粉煤灰倉及螺旋輸送機(jī)、砂石料倉及皮帶輸送機(jī)、水泥粉煤灰稱斗、砂石料稱斗、水及添加劑稱量斗等幾個(gè)部分組成，其整體布置根據(jù)船體的尺寸、生產(chǎn)率要求、可靠程度要求等選擇方案。

    2 .1 　整體布置尺寸的確定
    考慮水上混凝土攪拌站的整體布置尺寸時(shí)，首先考慮的因素就是要保證船體在滿載和空載時(shí)的平衡性及一定的抗風(fēng)能力，以及各部件功能的完整性和合理性。
    
    1) L 1 、L 2 的確定。假設(shè)已知船件尺寸L 、B 及滿載物料時(shí)的重力布置，就可以根據(jù)船體的平衡方程在縱向?qū) 進(jìn)行分配成L 1 和L 2 ，并在空載時(shí)進(jìn)行校驗(yàn)。且可重新確定滿載物的允許值。
    
    2) 橫向尺寸B1 、B2 、B3 、B4 可按船體的對稱原則確定。
    
    3) h1 、h2 、h3 、h4 的確定?？梢砸揽楷F(xiàn)場使用混凝土泵的接料斗高度來確定h1 (攪拌機(jī)出料口高度) ，在滿足的前提下，盡量減少h1 的值，以降低重心及其上料機(jī)構(gòu)的提升高度。將h1 加上水泥稱量斗的高度就可確定h2 。根據(jù)確定的砂石料斗外形尺寸，并在滿足可以卸料至攪拌機(jī)提升斗的條件下，盡量將斗落倉，確保h3 最小。砂石倉的高度h4 必須滿足小于卸料皮帶的允許提升高度。

    2. 2 　主要機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)
    
    2. 2.1 　主機(jī)系統(tǒng)。根據(jù)生產(chǎn)率V 和坍落度要求選定混凝土攪拌機(jī)。機(jī)架底高保證滿足H1 ，上部安裝水泥稱量斗、添加劑及水稱量斗，保證高度為H2 ，一邊可以安裝螺旋輸送機(jī)，另一邊安裝提升料斗機(jī)構(gòu)。
    
    2.2.2 　砂、石稱料斗。取設(shè)計(jì)生產(chǎn)率為V (m3/ h) ，每拌生產(chǎn)量為Q (m3) ，設(shè)定每拌配方砂為G1 ， 石為G2 ，則可確定稱料斗容量：
    V = ( G1 + G2) r ，
    式中： r ———容積系數(shù)，取1。 5～2 。
    確保上料高度滿足小于H3 值。
    傳感器量值范圍滿足小于( G1 + G2 ) ，精度符合國家有關(guān)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。采用累計(jì)稱量方式。
    料斗上安裝附著式振動(dòng)器，保證卸料干凈。采用氣動(dòng)開門或皮帶卸料方式。
    根據(jù)以上要求，可以選用合適的結(jié)構(gòu)形式，有定型產(chǎn)品，也可訂制非定型產(chǎn)品。

    2.2.3 　砂石料運(yùn)輸機(jī)構(gòu)———皮帶輸送機(jī)的選型
    1) 皮帶輸送機(jī)長度的確定
    式中： L2 、H3 ———確定值；
    H5 ———可調(diào)整值，是砂石倉落艙調(diào)度；
    A ———拌合機(jī)中心至稱料斗中心距。
    A = ( H1 + a + H5) ·ctgα+ b1 + b2 ，
    式中： a ———拌合機(jī)高度；
    b ———提升料斗落艙高度；
    b1 ———稱料斗寬度；
    α———提升傾斜角，一般出廠為α= 60°；
    b2 ———提升寬度。
    驗(yàn)算傾角α，使α滿足：
    調(diào)整H5 及A 值，使得滿足上式。
    
    2) 寬度B 帶，功率N1 ，帶速V 2 的確定
    帶速按標(biāo)準(zhǔn)一般選擇V 2 = 1。6 m/ s。
    運(yùn)輸能力設(shè)定為Q1 時(shí)，可以根據(jù)生產(chǎn)率V 及配方值G1 、Gn求得。
    那么： 
    式中： Kα ———傾角系數(shù)；
    Ka ———斷面系數(shù)；
    Kv ———速度系數(shù)；
    Φ———物料動(dòng)坡角；
    Q1 ———運(yùn)輸能力。
    
    3) 驅(qū)動(dòng)功率N1 的確定
    分析主要運(yùn)行阻力：載物皮帶上直線運(yùn)行阻力W1 ，曲線區(qū)段運(yùn)行阻力W2 ，裝載阻力W3 ，卸載阻力W4 。
    按照逐點(diǎn)計(jì)算法準(zhǔn)則，可知任意兩點(diǎn)的張力關(guān)系是：
        S n = S n - 1 + W ( n - 1) - n 。
    那么在驅(qū)動(dòng)滾輪處的輸入S入、輸出S出張力關(guān)系為：
       S入= S出+ W0 ，
式中： W0 ———所有阻力之和。
    即： S入= S出+ ( W1 + W2 + W3 + W4) ，
    則： S入- S出= W1 + W2 + W3 + W4 。
    S入- S出就是電動(dòng)滾輪克服荷載的圓周力。
    則驅(qū)動(dòng)功率N1 為：
    
    電機(jī)功率：
    
    式中： K ———功率安全系數(shù)；
     η———傳動(dòng)功率。
 
    2.2.4 　砂石儲(chǔ)料倉。
    由于船寬B 、高度H4 、底部落艙尺寸H5已知，那么可以根據(jù)貯藏容量確定其結(jié)構(gòu)尺寸。出料口采用弧形氣動(dòng)門，門頂部設(shè)置減壓錐，以減少料對弧形門的重力作用。

    2.2.5 　水泥、粉煤灰倉。
    水泥、粉煤灰倉的大小可以根據(jù)容量要求制造，一般20t 、30t 、60t 各種規(guī)格都可以。
    
    進(jìn)料采用氣力輸送。一般散裝運(yùn)輸罐廠都設(shè)有此裝置。若沒有，可以自行選用離心式鼓風(fēng)機(jī)和羅茨鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)。
    
    料倉上部設(shè)有分離器和除塵器，作用是將物料從氣物混合物中分離出來，并將清潔空氣排入大氣中。二者往往是結(jié)合在一起的，有離心式和振動(dòng)式兩種。
    
    下部出口處設(shè)有氣動(dòng)破拱裝置和減壓錐，有利于物料順利通過出料口流至螺旋輸送機(jī)內(nèi)。料倉上下設(shè)料位指示器。

    2.2.6 　水泥、粉煤灰稱量系統(tǒng)。
    根據(jù)每次攪拌所需水泥，粉煤灰的量確定斗的大小，采用三點(diǎn)傳感器稱量方式，氣動(dòng)卸料。并安裝附著式振動(dòng)器，確保卸料干凈。采用累計(jì)稱量，保證精度滿足計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。

    2.2.7 　水、添加劑系統(tǒng)。
    在攪拌機(jī)下面安裝水和添加劑貯料箱，用泵向安裝在攪拌機(jī)上面的稱量計(jì)加料，采用累計(jì)計(jì)量，氣動(dòng)卸料。

    2.2.8 　氣動(dòng)控制回路。
    攪拌站的氣動(dòng)控制主要包括砂石倉供料氣系統(tǒng)、稱料斗卸料系統(tǒng)、攪拌機(jī)料門開啟系統(tǒng)、氣動(dòng)破拱裝置等。

    2.2.9 　配料控制系統(tǒng)。
    配料控制系統(tǒng)共設(shè)置了三套稱料系統(tǒng)，共選用配料控制器三個(gè)，有各種混凝土配方貯存和自動(dòng)控制功能，并能記憶打印，自動(dòng)除皮和自動(dòng)補(bǔ)償誤差。

    2.2.10 　電氣控制系統(tǒng)。
    整個(gè)控制電路分為五大塊：1) 砂石配料系統(tǒng)；2) 水泥和粉煤灰配料系統(tǒng)；3) 水和添加劑配料系統(tǒng)；4) 攪拌機(jī)給料、攪拌、卸料系統(tǒng)；5) 綜合控制系統(tǒng)。1) ～3) 動(dòng)作可以由配料控制器完成，4) 在攪拌機(jī)油泵啟動(dòng)，卸料門關(guān)閉的前提下，執(zhí)行各卸料氣缸動(dòng)作，完成攪拌機(jī)的供料攪拌工作，5) 是綜合控制系統(tǒng)，將前四塊電路在滿足各部塊之間的動(dòng)作關(guān)系的前提下進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)三種控制方式。 
    
    該設(shè)計(jì)方案，按水上混凝土攪拌站的設(shè)計(jì)方案研制的水上混凝土攪拌站在工程施工中發(fā)揮了重要作用。