水上混凝土搅拌站的选型设计

    摘　要：为解决大桥梁混凝土的施工问题，结合多年的工程实践经验，介绍了水上混凝土搅拌站的设计要求，从整体布置尺寸的确定和主要机构、系统的选型设计方面，总结了水上混凝土搅拌站的选型设计方案。
  
    关键词：水上混凝土搅拌站，选型设计，设计方案
 
    随着我国桥梁建设特别是大桥梁建设的发展，混凝土质量要求越来越高，浇筑的数量越来越大，浇筑速度越来越快。为解决大桥梁混凝土的施工问题，有必要研制一种水上混凝土搅拌站，以满足大桥梁的混凝土施工需求。以下结合工程实践，就水上混凝土搅拌站的研制进行了一些探讨。

    1 　设计要求
    
    根据水上混凝土搅拌站的应用特点，应满足如下要求：
    1) 保证工程所需的混凝土生产质量及生产率要求。
    2) 能自动完成砂、石、水泥、水、粉煤灰、添加剂等混凝土配料的计量配方工作，并符合国家有关计量标准。
    3) 设备整体布局合理，重心低，满载和空载时确保船体的平衡性和一定的抗风浪能力。
    4) 投资费用低，使用维修方便，各部件尽量应标准化。
    5) 可靠性要求高，确保生产的连续性。

    2 　设计方案
    水上混凝土搅拌站主要由搅拌机、水泥、粉煤灰仓及螺旋输送机、砂石料仓及皮带输送机、水泥粉煤灰称斗、砂石料称斗、水及添加剂称量斗等几个部分组成，其整体布置根据船体的尺寸、生产率要求、可靠程度要求等选择方案。

    2 .1 　整体布置尺寸的确定
    考虑水上混凝土搅拌站的整体布置尺寸时，首先考虑的因素就是要保证船体在满载和空载时的平衡性及一定的抗风能力，以及各部件功能的完整性和合理性。
    
    1) L 1 、L 2 的确定。假设已知船件尺寸L 、B 及满载物料时的重力布置，就可以根据船体的平衡方程在纵向将L 进行分配成L 1 和L 2 ，并在空载时进行校验。且可重新确定满载物的允许值。
    
    2) 横向尺寸B1 、B2 、B3 、B4 可按船体的对称原则确定。
    
    3) h1 、h2 、h3 、h4 的确定。可以依靠现场使用混凝土泵的接料斗高度来确定h1 (搅拌机出料口高度) ，在满足的前提下，尽量减少h1 的值，以降低重心及其上料机构的提升高度。将h1 加上水泥称量斗的高度就可确定h2 。根据确定的砂石料斗外形尺寸，并在满足可以卸料至搅拌机提升斗的条件下，尽量将斗落仓，确保h3 最小。砂石仓的高度h4 必须满足小于卸料皮带的允许提升高度。

    2. 2 　主要机构及系统的选型设计
    
    2. 2.1 　主机系统。根据生产率V 和坍落度要求选定混凝土搅拌机。机架底高保证满足H1 ，上部安装水泥称量斗、添加剂及水称量斗，保证高度为H2 ，一边可以安装螺旋输送机，另一边安装提升料斗机构。
    
    2.2.2 　砂、石称料斗。取设计生产率为V (m3/ h) ，每拌生产量为Q (m3) ，设定每拌配方砂为G1 ， 石为G2 ，则可确定称料斗容量：
    V = ( G1 + G2) r ，
    式中： r ———容积系数，取1。 5～2 。
    确保上料高度满足小于H3 值。
    传感器量值范围满足小于( G1 + G2 ) ，精度符合国家有关计量标准。采用累计称量方式。
    料斗上安装附着式振动器，保证卸料干净。采用气动开门或皮带卸料方式。
    根据以上要求，可以选用合适的结构形式，有定型产品，也可订制非定型产品。

    2.2.3 　砂石料运输机构———皮带输送机的选型
    1) 皮带输送机长度的确定
    式中： L2 、H3 ———确定值；
    H5 ———可调整值，是砂石仓落舱调度；
    A ———拌合机中心至称料斗中心距。
    A = ( H1 + a + H5) ·ctgα+ b1 + b2 ，
    式中： a ———拌合机高度；
    b ———提升料斗落舱高度；
    b1 ———称料斗宽度；
    α———提升倾斜角，一般出厂为α= 60°；
    b2 ———提升宽度。
    验算倾角α，使α满足：
    调整H5 及A 值，使得满足上式。
    
    2) 宽度B 带，功率N1 ，带速V 2 的确定
    带速按标准一般选择V 2 = 1。6 m/ s。
    运输能力设定为Q1 时，可以根据生产率V 及配方值G1 、Gn求得。
    那么： 
    式中： Kα ———倾角系数；
    Ka ———断面系数；
    Kv ———速度系数；
    Φ———物料动坡角；
    Q1 ———运输能力。
    
    3) 驱动功率N1 的确定
    分析主要运行阻力：载物皮带上直线运行阻力W1 ，曲线区段运行阻力W2 ，装载阻力W3 ，卸载阻力W4 。
    按照逐点计算法准则，可知任意两点的张力关系是：
        S n = S n - 1 + W ( n - 1) - n 。
    那么在驱动滚轮处的输入S入、输出S出张力关系为：
       S入= S出+ W0 ，
式中： W0 ———所有阻力之和。
    即： S入= S出+ ( W1 + W2 + W3 + W4) ，
    则： S入- S出= W1 + W2 + W3 + W4 。
    S入- S出就是电动滚轮克服荷载的圆周力。
    则驱动功率N1 为：
    
    电机功率：
    
    式中： K ———功率安全系数；
     η———传动功率。
 
    2.2.4 　砂石储料仓。
    由于船宽B 、高度H4 、底部落舱尺寸H5已知，那么可以根据贮藏容量确定其结构尺寸。出料口采用弧形气动门，门顶部设置减压锥，以减少料对弧形门的重力作用。

    2.2.5 　水泥、粉煤灰仓。
    水泥、粉煤灰仓的大小可以根据容量要求制造，一般20t 、30t 、60t 各种规格都可以。
    
    进料采用气力输送。一般散装运输罐厂都设有此装置。若没有，可以自行选用离心式鼓风机和罗茨鼓风机设计该系统。
    
    料仓上部设有分离器和除尘器，作用是将物料从气物混合物中分离出来，并将清洁空气排入大气中。二者往往是结合在一起的，有离心式和振动式两种。
    
    下部出口处设有气动破拱装置和减压锥，有利于物料顺利通过出料口流至螺旋输送机内。料仓上下设料位指示器。

    2.2.6 　水泥、粉煤灰称量系统。
    根据每次搅拌所需水泥，粉煤灰的量确定斗的大小，采用三点传感器称量方式，气动卸料。并安装附着式振动器，确保卸料干净。采用累计称量，保证精度满足计量标准。

    2.2.7 　水、添加剂系统。
    在搅拌机下面安装水和添加剂贮料箱，用泵向安装在搅拌机上面的称量计加料，采用累计计量，气动卸料。

    2.2.8 　气动控制回路。
    搅拌站的气动控制主要包括砂石仓供料气系统、称料斗卸料系统、搅拌机料门开启系统、气动破拱装置等。

    2.2.9 　配料控制系统。
    配料控制系统共设置了三套称料系统，共选用配料控制器三个，有各种混凝土配方贮存和自动控制功能，并能记忆打印，自动除皮和自动补偿误差。

    2.2.10 　电气控制系统。
    整个控制电路分为五大块：1) 砂石配料系统；2) 水泥和粉煤灰配料系统；3) 水和添加剂配料系统；4) 搅拌机给料、搅拌、卸料系统；5) 综合控制系统。1) ～3) 动作可以由配料控制器完成，4) 在搅拌机油泵启动，卸料门关闭的前提下，执行各卸料气缸动作，完成搅拌机的供料搅拌工作，5) 是综合控制系统，将前四块电路在满足各部块之间的动作关系的前提下进行联动控制方式，实现自动、半自动和手动三种控制方式。 
    
    该设计方案，按水上混凝土搅拌站的设计方案研制的水上混凝土搅拌站在工程施工中发挥了重要作用。