混凝土攪拌機(英文名:混凝土 mixer)是將水泥、骨料、外加劑和水均勻攪拌制備混凝土的專用機械。其在拌合過程中充分利用機構的特點,使各組分的運動軌跡在相對集中區域內互相交錯穿插、切割、重組,為混凝土拌合料實現宏觀和微觀勻質性創造最有利的條件,提高了混凝土產品的工程適應性。
混凝土攪拌機最早發明于荷蘭、比利時等歐洲國家,已有七十多年的歷史。早在蒸汽時代就出現了混凝土攪拌機,利用蒸汽作為動力。19世紀末德國公司發明制造了世界上第一臺雙臥軸混凝土攪拌機。
混凝土攪拌機主要由上料裝置、攪拌機構、供水系統、卸料機構所組成。混凝土攪拌機有多種類型,按作業方式分有循環作業式和連續作業式兩種,按攪拌方式分有自落式攪拌、強制式攪拌兩種,按裝置方式分有固定式和移動式。是建筑、市政、水利等部門廣泛應用的主要機械之一,用于混凝土工程等各種工程項目。
發展簡史
國際
19世紀末德國公司發明制造了世界上第一臺雙臥軸混凝土攪拌機,開創了建筑業預拌混凝土的先河,城市基礎建設由現場人工挫制轉變為機械化生產。
19世紀40年代,德、美、俄等國出現了以蒸汽機為動力源的自落式攪拌機,到1950年日本開始用攪拌機生產預挫混凝土,在此期間,以各種有葉片或無葉片的自落式攪拌機的應用為主。
進入20世紀,美國、英國、法國和意大利相繼在建筑業混凝土也形成了商品化,比德國稍晚了20多年。日本在第二次世界大戰后商品混凝土市場發展較快,先是引進西方混凝土設備,而后消化仿造。
20世紀40年代后期,德國德國BHS-桑索霍芬機械和礦業公司推出了強制式雙臥軸攪拌機,但當時在使用過程中因軸端密封技術不成熟,其發展基本處于停滯狀態。
20世紀70年代初,由于密封技術得到突破,該機型在意大利SICOMA公司等又重新發展起來,已形成系列產品。同時立軸渦槳式、立軸行星式等強制式攪拌機也先后面世。
2013年,意大利SICOMA公司已經擁有雙臥軸渦槳式、行星式和連續式4大系列幾十種型號的混凝土攪拌機,產品出料容量MAO標準系列為1~9、MPC行星式系列為0.2~3,均具有良好的可靠性、耐久性和經濟性,其完善的監控系統獨特的傳動系統、有效的軸端密封潤滑系統、多攪刀攪拌系統、多管多路噴水系統、液壓卸料裝置、測濕傳感器和稱重系統,被中國和國際上許多大中型混凝土攪拌(樓)站用作攪拌主機。
中國
1952年,首先由天津工程機械廠和上海建筑機械廠試制出國產第一臺混凝土攪拌機,進料容量為400L和1000L。當時的400L即后來定型生產的JG250,當然在結構方面有很大改進,至今仍有生產。
1958年為了修建武漢長江大橋,鄭州第二柴油機廠自行設計和制造了800L攪拌機,沒有料斗和提升機構,僅有攪拌裝置和供水系統。該攪拌機因容量大(出料容量800L),可靠性較好,為修建武漢長江大橋立了汗馬功勞。
1963年,中國混凝土機械生產廠家為21家,其中攪拌機年產量為274臺,946噸。1964~1965年,天津攪拌機廠和華東建筑機械廠先后在測繪學國際樣機的基礎上研制出JW250型(原375L)和JW1000型(原1500L)立軸渦獎式攪拌機,開始了中國強制式攪拌機生產的新篇章。
1965年前后,長沙建筑機械研究所與天津攪拌機廠合作,在吸收法國和保加利亞兩臺進口樣機的基礎上,自行研制成功JZM350(原500L)錐形反轉出料攪拌機。1975年混凝土機械行業組織聯合設計,長沙建筑機械研究所、天津攪拌機廠等單位派員參加,對JZM350型攪拌機進行了修改設計為混凝土攪拌機的升級換代作了前期準備。到1978年為止,全國混凝土機械生產廠家增加到79家,其中攪拌機年產量為6339臺,19489噸,已經初具規模。
1988年以后,混凝土機械技術進步的重點轉向開發“商品混凝土成套設備”。1989年長沙建筑機械研究所與山東省建筑機械廣研制成功JS1000雙臥軸攪拌機。目前中國攪拌機年生產數量可以說是世界之最,據中國建設機械協會近年統計,1993年~1996年這4年中共計生產各種規格攪拌機26萬臺。其中1993年產量最高,估計約11.512萬臺;以后逐年有所下降,1996年約為7.1萬臺。
工作原理
各類攪拌機的工作原理是不同的。水泥、砂、石、水等剛投入攪拌機時,互相之間非常不均勻地堆集在簡中,經過充分地攪拌,才能均勻混合。自落式攪拌機是通過簡身的轉動,將一部分物料提升至不同高度,然后物料靠自重自由下落而相互混合。由于物料下落的時間、落點和滾動距離不同,而使物料顆粒相互穿插、翻拌,以達到混合均勻的目的。強制式攪拌機是通過簡身內葉片的轉動面進行攪拌,當不同角度和位置的葉片通過料層時,撥動并強制物料產生環向、徑向、豎向運動;葉片通過后的空間,又被翻越葉片的物料、兩側倒堝的物料和相鄰葉片推過來的物料所填充。這種由葉片強制物料之間產生剪切位移,而達到混合均勻的目的。
組成結構
攪拌機要完成攪拌作業的全過程,由上料裝置、攪拌機構、供水系統、卸料機構所組成。
上料裝置
上料裝置由料斗、上料架、料斗提升系統組成。
主要作用是將各種物料按照一定的比例和順序送入攪拌機內,以進行均勻攪拌和混合。工作時,在鋼絲繩的牽引下,上料斗通過前后兩對滾輪分別沿上料架內外導軌爬行升起。當前滾輪運行到內導軌止點時,料斗便以前滾輪為支點向上傾翻,物料通過料斗嘴口逐漸進入拌簡。當傾翻到料斗底面與水平線呈55°夾角時,料斗將受到限位裝置的控制而停止運動。由于轉軸傾角已大于物料安息角,物料便全部進入拌筒。上料斗下落時,由鋼絲繩的松動使料斗反向運動恢復原位。
料斗:是裝載攪拌物料的容器作為小型攪拌機的料斗,它需裝載供攪拌機攪拌一罐次的砂石、水泥用料。料斗根據它的運行軌跡,一般分為翻斗,爬翻斗和爬斗三種型式。
上料架:上料架的導軌部分滿足一定的剛性要求,導軌部分不能有明確變形。上料架的上部橫梁上還需要裝轉向滑輪(爬斗式)或卷揚商(翻斗和爬翻斗型式),受力都比較大。
獨立驅動料斗提升系統:是料斗提升有一臺單獨的動力一般用制動電機,經減速帶動卷揚商,然后經滑輪鋼絲繩牽引料斗。
液壓料千提升系統:料斗提升采用液壓油缸直接頂升翻斗,或用液壓油缸活塞桿牽引滑輪組帶動爬斗提升的方式,因定位準確,過載可自動保護,在一些小容量攪拌機上得到了廣泛應用。
集中驅動料斗提升系統:指的是采用機械離合器方式,實現料斗的提升與下降以及料斗到達卸料位置離合器能自動脫開和料斗能可靠地停在卸料位置這樣一套裝置。
攪拌機構
攪拌機構:是攪拌機的核心部分,其功能主要是將加入到拌筒中的砂、石、水泥、水、添加劑、摻和料等材料拌合成勻質混凝土,并且要求這種混凝土有良好的施工性能(和易性)。
正反轉攪拌機構是在攪拌主軸上設置的一種特殊裝置,主要包括攪拌驅動件、傳動件、正向轉動軸、齒輪傳動組件、反向轉動套筒、反向攪拌槳以及正向攪拌獎等,正反轉攪拌機構可以給攪拌箱內腔中的瀝青混凝土原料同時施加正向的剪切力和反向的剪切力,將攪拌箱內腔中的瀝青混凝土中的結塊擠壓開,同時伴隨正反轉攪拌機構的不斷攪拌將瀝青混凝土原料攪拌均勻。
葉片排布:在強制式攪拌機中,攪拌葉片是在攪拌過程中可以做到相互交叉,由于其攪拌葉片的半徑設計為相互交叉,并且攪拌葉片與轉動軸存在一定的角度,各個攪拌葉片之間在空間上都存在一定的錯位,使得葉片在上下左右前后都具有一定的空間位置。這樣的設計好處在于能夠使得攪拌過程更加的勻質。
供水系統
采用虹吸式水箱定量給水:是混凝土攪拌機最早的供水方式,鼓筒型攪拌機就是用這種結構。雖然這種結構比較復雜,制造成本較高,但它的可靠性不錯,用戶對它已經習慣,所以在老式攪拌機上還一直沿用。
渦輪流量計:渦輪的旋轉發出相應的電脈沖數,通過電脈沖計數和數字符合電路實現定量供水。在計算機控制的混凝土攪拌站(樓)上應用較多。
卸料機構
卸料機構大體可分為氣動、手動和機動三種形式。機動卸料即電動機通過蝸輪一蝸桿減速器及扇形齒輪減速后,利用電動機的正反轉而完成卸料。
基本分類
按工作原理分類
連續作業式
其作業過程,無論裝料、攪拌和卸料都是連續不斷進行的,因而生產率高,但混凝土的配合比與拌合質量難以控制,一般建筑施工中很少采用,多用于混凝土需要量大的路橋工程。
周期作業式
其裝料、攪拌和卸料等工序是周而復始地分批進行。構造簡單,容易控制配合比與拌合質量,是建筑施工中常用的類型。
按攪拌方式分類
自落式
攪拌機的主要部分是一個水平擱置的圓簡,圓簡內裝有徑向葉片,工作時,攪拌機攪拌簡旋轉,簡內壁固定的葉片將物料帶到一定高度,然后物料靠自重落下,如此反復進行,使物料得到均勻拌合。
強制式
這種攪拌機的主要部分是一個圓盤,在盤內裝有若干沿盤內圓弧線運動的葉片。工作時,攪拌機攪拌筒固定不動,簡內物料由攪拌軸上的攪拌臂和攪拌葉片強制擠壓、翻轉和拋擲,使物料拌合。這種攪拌機生產率高,拌合質量好,但耗能大。
按卸料方式分類
傾翻式
攪拌機攪拌筒的軸線位置是可變的,卸料時須將攪拌簡傾翻至一定角度,使拌合料從筒內卸出。根據攪拌簡的形狀不同又可分為單錐形和雙錐形兩種。
不傾翻式
攪拌筒的旋轉軸線固定不變。攪拌筒為鼓形或雙錐形,兩端各有一個開口供裝料和卸料用。根據出料方式不同,又可分為反轉卸料式和斜槽卸料式兩種。
按移動方式分類
固定式
攪拌機和基礎固定的攪拌機,一般容量較大。
移動式
移動式攪拌機有牽引式和自行式兩種。牽引式由汽車牽引移動,多用于中、小型工程。
按使用動力分類
電動式
采用電動機作動力,工作可靠,使用簡便,費用較低,但需要有電源。電動式使用較普遍。
內燃式
采用內燃機作動力,使用維護比較復雜,成本高,適用于無電源處。
按攪拌鼓的形狀分類
有梨形、鼓筒形、雙錐形、圓盤立軸式和圓槽臥軸式五種。前三種是自落式攪拌,后兩種為強制式攪拌。
按攪拌容量分類
有大型(出料容量1.0~3.0m3)、中型(出料容量0.3~0.5m3)和小型(出料容量0.10~0.25m3)。
攪拌機分類及代號表
性能參數
整機技術性能
主要部件性能
主要部件的制造和裝配質量要求
主參數
應用領域
建筑工程
在建筑工程中,常用的混凝土攪拌設備主要有自落式攪拌機和強制式攪拌機這兩種,它們在工程施工中有著不同的應用效果。混凝土攪拌站有著十分重要的意義,但是由于現場混凝土攪拌在建筑工程施工中的使用時間不長,因此施工人員一般都采用簡易式的混凝土攪拌站,應用到建筑工程施工中。
水利工程
90年代前中小型水利水電工程的攪拌采用幾臺攪拌機配以附屬設備組成的現場攪拌站,這種方式生產率低、鹼質量不穩定、粉塵污染嚴重、不能生產高性能碎等,僅靠增加水泥用量和人工消耗來保證價的質量和澆筑強度,因而也加大了鹼的成本,難以在中小型水利水電工程中推廣應用。
鐵路工程
中國正進行著大規模的基礎設施建設,鐵路客運專線等國家一系列重點工程相繼啟動,施工工藝標準也在逐步提高,混凝土的市場需求量呈現不斷遞增的趨勢。為生產出高質量的混凝土,縮短攪拌時間,滿足快速施工的需求,在高速鐵路工程建設中,應十分重視混凝土攪拌站的工作效能問題。
發展趨勢
主要發展方向
智能化控制技術通過對工程混凝土攪拌站工況進行分析,開發智能化控制系統,實現少人化甚至無人化的混凝土生產。打破現有雙站控制系統互相獨立、互不關聯的壁壘,采用智慧互聯、、自學習等手段,開發攪拌站一機雙控系統,實現智能下單、一機多控、雙機同步、雙站協同等功能;一臺電腦可司時控制兩臺攪拌主機的生產,當工控電腦出現故障時,可一鍵切換至備用電腦“無縫”生產極大地提高了生產系統的穩定性、可靠性和安全性。
健康管家系統,故障預測:監測輸送機、泵、卸料門的生產工況,評估健康指數。提前預警故障維護智能提醒:分析各零部件的生產工況及異常報警次數,智能提醒維護時間。攪拌機組的健康評估:對精度、效率等進行分析,提供生產建議。
設備遠程升級技術,技術是不斷更新的,為了使先進的技術能夠快速地更新和使用,軟件必須具備遠程升級技術系統遠程升級技術的研發與應用,通過搭載ECC云服務平臺,利用SBOX進行數據傳輸,實現工程混凝土攪拌站程序遠程升級;升級過程操作簡單、穩定可靠。
生產效率不斷提高,攪拌技術不斷創新,研制出了新一代雙螺帶臥軸攪拌主機。與傳統攪拌主機相比,內外螺帶葉片實現靠近攪拌軸的物料與靠近罐壁的物料徑向逆流,從而增加物料之間的碰撞和揉搓,獲得最佳的混凝土攪拌均質性,提高攪拌質量;采用最新的攪拌主機除塵技術和罐內視頻監控技術,可實時監控攪拌主機內混凝土的攪拌狀態。后續可采用AI圖像識別技術或其他落度檢測儀器,確定攪拌均質最佳攪拌時間,以節省攪拌時間,提高工程混凝土攪拌站生產效率。還可以根據不同的混凝土配方要求或地域、外部溫度、外加劑反應時間等因素,結合攪拌主機變頻技術,實現快速攪拌,大大降低工程成本。
面臨的挑戰
供料計量問題,一般的中小型混凝土攪拌機都沒配上料控制系統,上料靠人工,勞動強度大,配合比靠人工掌握,操作人員的素質參差不齊,造成計量誤差超標,故所生產的混凝土質量受“人為”因素影響大,難以保持穩定。
造成生產率低,主要原因是攪拌機自身質量低、使用袋裝水泥難以達到攪拌機額定的投料量、攪拌機的失修脫保,造成機器故障增多,功率下降、施工組織不嚴密。
供水誤差大,通常使用的JZ、JS、JD型攪拌機,其供水系統均用時間繼電器控制水泵間接控制供水量供水誤差遠遠超過《混凝土攪拌機技術條件》(GB9142-88)中3%的要求,最大者達到20%。造成供水誤差過大的原因主要有兩個:一是供水系統本身的原因,如接觸器的動作誤差吸水管漏氣、吸水底閥漏水及活動不靈、排水管阻力變化等;二是外部原因,如電源電壓波動、自發電的電源頻率變化都會導致水泵電機轉速的變化,使得供水量不穩。另外,蓄水池水面的高低變化使水泵吸水高度發生變化,也會造成供水量不穩。
電氣元件的損壞,JZ系列反轉出料的攪拌機最常見的毛病是攪拌筒轉動控制接觸器經常燒壞,其原因是:操作不當。如挫合物出料時攪拌筒未停轉就使電機反轉,造成沖擊電流過大;攪拌筒電機帶負載啟動,啟動時間過長而燒壞接觸器等;機械脫保嚴重,各運動副摩阻力過大電機工作不正常,導致工作電流過大而燒壞接觸器。
相關標準
參考資料 >
術語在線.術語在線.2023-12-09
在線預覽|GB/T 9142-2021.國家標準全文公開系統.2023-12-09
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