水上混凝土攪拌站的選型設(shè)計

    摘　要：為解決大橋梁混凝土的施工問題，結(jié)合多年的工程實踐經(jīng)驗，介紹了水上混凝土攪拌站的設(shè)計要求，從整體布置尺寸的確定和主要機構(gòu)、系統(tǒng)的選型設(shè)計方面，總結(jié)了水上混凝土攪拌站的選型設(shè)計方案。
  
    關(guān)鍵詞：水上混凝土攪拌站，選型設(shè)計，設(shè)計方案
 
    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)合工程實踐，就水上混凝土攪拌站的研制進行了一些探討。

    1 　設(shè)計要求
    
    根據(jù)水上混凝土攪拌站的應(yīng)用特點，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) 能自動完成砂、石、水泥、水、粉煤灰、添加劑等混凝土配料的計量配方工作，并符合國家有關(guān)計量標準。
    3) 設(shè)備整體布局合理，重心低，滿載和空載時確保船體的平衡性和一定的抗風(fēng)浪能力。
    4) 投資費用低，使用維修方便，各部件盡量應(yīng)標準化。
    5) 可靠性要求高，確保生產(chǎn)的連續(xù)性。

    2 　設(shè)計方案
    水上混凝土攪拌站主要由攪拌機、水泥、粉煤灰倉及螺旋輸送機、砂石料倉及皮帶輸送機、水泥粉煤灰稱斗、砂石料稱斗、水及添加劑稱量斗等幾個部分組成，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，首先考慮的因素就是要保證船體在滿載和空載時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 及滿載物料時的重力布置，就可以根據(jù)船體的平衡方程在縱向?qū) 進行分配成L 1 和L 2 ，并在空載時進行校驗。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 　主要機構(gòu)及系統(tǒng)的選型設(shè)計
    
    2. 2.1 　主機系統(tǒng)。根據(jù)生產(chǎn)率V 和坍落度要求選定混凝土攪拌機。機架底高保證滿足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，另一邊安裝提升料斗機構(gòu)。
    
    2.2.2 　砂、石稱料斗。取設(shè)計生產(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)計量標準。采用累計稱量方式。
    料斗上安裝附著式振動器，保證卸料干凈。采用氣動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 　砂石料運輸機構(gòu)———皮帶輸送機的選型
    1) 皮帶輸送機長度的確定
    式中： L2 、H3 ———確定值；
    H5 ———可調(diào)整值，是砂石倉落艙調(diào)度；
    A ———拌合機中心至稱料斗中心距。
    A = ( H1 + a + H5) ·ctgα+ b1 + b2 ，
    式中： a ———拌合機高度；
    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
    帶速按標準一般選擇V 2 = 1。6 m/ s。
    運輸能力設(shè)定為Q1 時，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———物料動坡角；
    Q1 ———運輸能力。
    
    3) 驅(qū)動功率N1 的確定
    分析主要運行阻力：載物皮帶上直線運行阻力W1 ，曲線區(qū)段運行阻力W2 ，裝載阻力W3 ，卸載阻力W4 。
    按照逐點計算法準則，可知任意兩點的張力關(guān)系是：
        S n = S n - 1 + W ( n - 1) - n 。
    那么在驅(qū)動滾輪處的輸入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出就是電動滾輪克服荷載的圓周力。
    則驅(qū)動功率N1 為：
    
    電機功率：
    
    式中： K ———功率安全系數(shù)；
     η———傳動功率。
 
    2.2.4 　砂石儲料倉。
    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。
    
    進料采用氣力輸送。一般散裝運輸罐廠都設(shè)有此裝置。若沒有，可以自行選用離心式鼓風(fēng)機和羅茨鼓風(fēng)機設(shè)計該系統(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，有離心式和振動式兩種。
    
    下部出口處設(shè)有氣動破拱裝置和減壓錐，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，采用三點傳感器稱量方式，氣動卸料。并安裝附著式振動器，確保卸料干凈。采用累計稱量，保證精度滿足計量標準。

    2.2.7 　水、添加劑系統(tǒng)。
    在攪拌機下面安裝水和添加劑貯料箱，用泵向安裝在攪拌機上面的稱量計加料，采用累計計量，氣動卸料。

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

    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，有各種混凝土配方貯存和自動控制功能，并能記憶打印，自動除皮和自動補償誤差。

    2.2.10 　電氣控制系統(tǒng)。
    整個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) 攪拌機給料、攪拌、卸料系統(tǒng)；5) 綜合控制系統(tǒng)。1) ～3) 動作可以由配料控制器完成，4) 在攪拌機油泵啟動，卸料門關(guān)閉的前提下，執(zhí)行各卸料氣缸動作，完成攪拌機的供料攪拌工作，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作關(guān)系的前提下進行聯(lián)動控制方式，實現(xiàn)自動、半自動和手動三種控制方式。 
    
    該設(shè)計方案，按水上混凝土攪拌站的設(shè)計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。