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搅拌机叶片安装角的确定方法

0  引 言
 
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
[ 1] 。由于叶片安装角与其他搅拌机参数相互关
联 ,每一个参数的变化都会引起搅拌机性能的变化,因此很难找出确定的目标关系式[ 2 3] 。目前中国沿用的方法是仿制和测绘, 没有严格的理论依据和试验数据,导致搅片叶片安装角在设计上存在着很大的盲目性。
本文将主要讨论目前**常用的双卧轴搅拌机的叶片安装角,通过对搅拌叶片前密实核心的定性分析和试验研究, 分析了叶片安装角与其他搅拌机结构和运动参数的关系, 并给出了叶片安装角的合理取值范围 ,其方法也可用来确定其他类型搅拌机的叶片安装角。
 
1 叶片安装角的定义
 
叶片安装角是指搅拌叶片斜面与搅拌轴线间的夹角,见图 1 中的 α锐角。叶片前的密实核心见图 2。

式中 :搅拌的平均时间 t 的角标表示拌缸(或拌筒)
三维坐标及其顺序。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。这时的搅拌2 双卧轴搅拌机的叶片安装角
 
2. 1 定性分析
 
搅拌机工作时, 拌缸内的搅拌叶片应推动混合料沿拌缸的纵向和横向循环运动, 实现混合料在三维空间内的流动。
 
当安装角 α过小时, 叶片主要带动混合料围绕搅拌轴转动 ,而缺乏必要的轴向运动 ;极限情况是当α=0°时, 搅拌叶片变成和轴平行的一块平板 ,不起搅拌作用。当安装角 α过大时, 叶片推动混合料的横向运动就很弱;当 α= 90°时 ,叶片就成为与搅拌轴垂直的平板,和 α=0°时一样也丧失了搅拌功能。因此,搅拌叶片一定要相对于搅拌轴成一定角度安装。为了使混合料的横向和轴向运动都较大 ,目前国内外叶片安装角的常用值为 α=45°。
 
若将某一瞬间搅拌叶片对某单元混合料的作用情况简化为图 1 所示, 可以看出 ,要使混合料能够沿叶片宽度方向运动 , 实现轴向运动, 必须满足 F1 -
F f  ≥0 ,即 F tanα- F f  ≥0 ,于是得到条件式  
α≥arctan f (2)
式中:F 为驱动力, 可在叶片表面分解为 F1 =Ftanα 和 F2 =F /cosα;Ff 为混凝土与叶片表面间的摩擦力 ,F f =F f , f 为混凝土对钢的摩擦系数;对于普通的塑性混凝土, 若取 f =0. 62 时, α≥31°。
 
搅拌机工作时 ,叶片的前面将形成密实的核心,混合料沿着密实核心的侧棱运动, 见图 2 。 图中 AB 、B C 为密实核心侧棱;α为叶片的安装角;γ为密实核心侧棱与搅拌轴间的夹角。由于 AB 和B C 两侧棱间的夹角 180°- 2γ为混合料稳定堆放的安息
 
角 ,它一般为 40°~ 70°,所以 γ=55°~ 70°。
 
叶片的横向搅拌速度系数 b′⊥ 就是 α≠0°时密实核心的截面积与 α=0°时密实核心**大面积之比


2. 2 试验研究
 
以上的定性分析没有考虑叶片安装角与其他结构和运动参数相互间的制约和影响。事实上, 叶片安装角与搅拌臂的料流排列、搅拌臂的相位角、拌筒长宽比、搅拌叶片个数等结构参数和线速度等运动参数都有关 ,应将多因素综合考虑并加以优化。例如,目前国内外常用的拌缸长宽比有窄长型和宽短型两类 ,相应的叶片安装角就不相同。窄长型拌缸轴向距离相对较大, 而横向尺寸相对较小,按上述优化目标,要使拌缸三维方向同时得到均匀,这时轴向运动就应强一些 ,横向运动可慢一点,相应的叶片安装角应在 31°~ 45°范围取较大值。同理 , 窄短型拌缸的叶片安装角可取较小值。表 1 为对搅拌臂的料流排列(A)、搅拌臂的相位布置(B)、拌臂的长宽比(C)和叶片的安装角(D)4 个因素不同组合后的试验结果[ 4] 。表 2 为同时考虑叶片个数和线速度时的试验结果[ 5] 。试验中, 搅拌质量指标按国标要求测 
混凝土拌和物的匀质性 , 保证试样的粗骨料质量的相对误差 G <5 %, 砂浆密度的相对误差 M < 0. 8 %[ 6 ] , 同时测 28 d 或 7 d 硬化试块的抗压强度平均值 R 和离差系数CV 。以上试验的不足之处是没有安装角为 40°时的结果。分析给定条件下得到的结果 ,可认为宽短型拌缸(长宽比为 0. 78)的叶片安装角为 35°, 窄长型拌缸(长宽比为 1. 11)的叶片安装角可取到 45°, 这时的搅拌效果较好, 与上述的理论分析结果相一致。
 
3 其他类型搅拌机的叶片安装角
 
3. 1 立轴间歇式搅拌机的叶片安装角
 
取常用的叶片安装角 α=45°, 见图 3 。文献[ 7] 中的多处结果证明 ,这时的安装角度可满足搅拌机的性能要求。
 
这种新型的搅拌机的线速度要比普通双卧轴搅拌机低,双排叶片使横向运动得到了加强,而减弱了轴向运动。试验中取大叶片的 α=35°、45°和 55°, 与其他参数组合, 结果证明[ 8] ,较合理的参数是拌缸为窄长型(长宽比为 1. 11)和安装角度为 45°。
 
4 结 语
 
(1)提出了判断叶片安装角合理与否的准则。(2)叶片安装角与其他结构参数和运动参数相互制约和影响, 选择叶片安装角时应根据优化目标 , 综合考虑诸多参数间的关系, **好通过试验研究来
 
确定。
 
(3)通过分析和试验研究, 得到双卧轴搅拌机的叶片安装角范围为 31°~ 45°, 对中国广泛使用的宽短型双卧轴搅拌机,搅拌叶片安装角的推荐值约为 35°。

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