第三章穩(wěn)定土拌合機械設(shè)計

第三章穩(wěn)定土拌合機械設(shè)計第1頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1穩(wěn)定土拌合機械的用途、類型

及作用原理1、路拌機即在路基上就地拌合施工的機械。（1）特點：所需配套設(shè)備少，所占施工場地少，機動靈活，成本低，但拌合計量精度較低。（2）種類：按行走方式分：輪胎式：機動性好，穩(wěn)定性、附著性不如履帶式；履帶式：附著力大，穩(wěn)定性、通過性好，機動性差。第2頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1穩(wěn)定土拌合機械的用途、類型

及作用原理按移動能力分：自行式、半懸掛式、拖式；按轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向分：正轉(zhuǎn)式：作業(yè)阻力小，破碎性差，拌合質(zhì)量差；反轉(zhuǎn)式：破碎性、拌合質(zhì)量好，但阻力大，消耗功率大。按轉(zhuǎn)子布置方式分：轉(zhuǎn)子后置式、轉(zhuǎn)子中置式。第3頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1穩(wěn)定土拌合機械的用途、類型

及作用原理2、廠拌式——穩(wěn)定土廠拌設(shè)備即將土、碎石、水泥、石灰、粉煤灰、水等按一定級配，在一固定地點攪拌均勻的專用設(shè)備。特點：采用定量級配，葉槳強制攪拌；級配精度高，拌合質(zhì)量好；但所需配套機械多，占場地大。第4頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1穩(wěn)定土拌合機械的用途、類型

及作用原理三、路拌機的作用原理路拌機工作是通過轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)帶動轉(zhuǎn)子上的刀具經(jīng)如下幾個過程完成拌合的。1.切削，由刀具將土壤切削起；2.拋擲，切下的土壤被刀具拋起拋向轉(zhuǎn)子罩充分破碎；3.攪拌，刀具旋轉(zhuǎn)過程中，將堆集的松土等其它材料攪拌均勻。四、主要性能參數(shù)寬度、深度、速度、功率、拌合精度、計量精度。第5頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1穩(wěn)定土拌合機械的用途、類型

及作用原理五、結(jié)構(gòu)組成1、基礎(chǔ)車轉(zhuǎn)子后置式：整體車架，偏轉(zhuǎn)前輪轉(zhuǎn)向，前部設(shè)配重箱，行走、轉(zhuǎn)子均為液壓驅(qū)動，轉(zhuǎn)向橋為擺動式，剛性懸掛。轉(zhuǎn)子中置式：整體車架，剛性懸掛，前后輪全輪偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向，行走液壓驅(qū)動（便于控制），轉(zhuǎn)子機械傳動（目的提高效率，可提高20%），前橋為轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，后橋為擺動式。第6頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1穩(wěn)定土拌合機械的用途、類型

及作用原理2、轉(zhuǎn)子工作裝置后置式:轉(zhuǎn)子、罩殼、舉升臂、操縱油缸等；第7頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1穩(wěn)定土拌合機械的用途、類型

及作用原理中置式：僅為懸掛方式不同。第8頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1穩(wěn)定土拌合機械的用途、類型

及作用原理3、粘結(jié)液和水的計量噴灑系統(tǒng)第9頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2路拌穩(wěn)定土拌合機設(shè)計計算一、拌合寬度及深度確定1、穩(wěn)定土拌合機拌合寬度的確定應(yīng)根據(jù)被處理路基的寬度適當考慮重疊量，以最少整倍數(shù)為好。即：一般取2.0～2.4m。其中：B：被處理車道寬度m；

n：穩(wěn)定土拌合機通過的趟數(shù)；

Δb：兩趟間重疊寬度0.1～0.2m。輪距：2～2.2m，輪胎外沿寬度2.5～2.6m，若寬度過大會使工作質(zhì)量及配重過大，整機性能降低，且轉(zhuǎn)子驅(qū)動馬達在外也會影響通過性。第10頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2路拌穩(wěn)定土拌合機設(shè)計計算2、拌合深度應(yīng)以路基施工標準和規(guī)程來確定，一般路基穩(wěn)定土層厚度，單層＜20cm，兩層26～28cm，機場單層30cm，故穩(wěn)定土拌合機拌合深度一般取300～400mm。二、轉(zhuǎn)子的直徑、轉(zhuǎn)速確定1、轉(zhuǎn)子直徑D（刀刃圓規(guī)跡半徑）根據(jù)拌合深度確定，一般≮700～900mm，最小直徑Dmin≥0.9D，即刀具磨損后最小直徑。一般用低速大扭矩馬達驅(qū)動選1.2～1.3m；高速馬達驅(qū)動為0.9～1m。2、轉(zhuǎn)速根據(jù)切削速度確定，據(jù)實驗切削速度Vpe不應(yīng)超過14m/s，過大功率消耗與刀具磨損過大，過小生產(chǎn)率低。即：n=Vpe/πD(轉(zhuǎn)/秒)=60Vpe/πD(轉(zhuǎn)/分)；一般取Vpe＝9～13m/s。第11頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2路拌穩(wěn)定土拌合機設(shè)計計算三、工作速度拌合機的工作速度取決于滾筒截面上的刀數(shù)及切削土屑的厚度。根據(jù)實驗，土屑最佳切削厚度h1＝2～5cm；截面銑刀數(shù)為Z：一般Z=4～6把，多數(shù)用6把；則工作速度：VP＝h1×n×Z(m/s)切削厚度增加，生產(chǎn)率提高，但破碎性降低，據(jù)實驗粘土要達規(guī)定粉碎質(zhì)量，其最大切削厚度應(yīng)為2～5cm，且粘性越大，越應(yīng)取小值。目前作業(yè)速度一般0～3km/h左右，行駛0～20km/h，實際拌合作業(yè)一般0.5～1.5km/h銑削作業(yè)0.2～0.5km/h，此時泵排量應(yīng)為15～50%。四、整機質(zhì)量與橋荷分配：對后置式：前橋30±2%；對中置式：后支承橋≮30%。整機質(zhì)量在滿足整機穩(wěn)定性要求的前提下，越小越好，一般拌寬在2.0～2.3m間的機重為13～16T。第12頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2路拌穩(wěn)定土拌合機設(shè)計計算五、銑刀的安裝布置銑刀沿銑削滾筒寬度方向應(yīng)成螺旋布置（目的在任何時刻與土壤接觸的刀刃數(shù)相同）。一般相鄰排兩刀間夾角，在垂直于轉(zhuǎn)子軸線方向平面內(nèi)12～40°（個別達60～65°）；過小易粘土，過大載荷不均。刀刃切土角：45～55°,過大阻力大,過小不利于拋土;相鄰刀盤間隙：一般取刀刃寬度的1～1.24倍；刀刃寬度：60～130mm；刀刃厚度：7～15mm。第13頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2路拌穩(wěn)定土拌合機設(shè)計計算六、發(fā)動機功率及轉(zhuǎn)子驅(qū)動力矩計算穩(wěn)定土拌合機發(fā)動機功率主要消耗于：牽引行走、銑削土壤及其它附助功率。1、切削土壤所耗功率N1

（kw）其中：n：轉(zhuǎn)速（rpm）；Z：銑削滾筒銑刀數(shù)；h1：切屑厚度（m）；h：切削深度（m）；b：銑刀寬度（m）；P0：土壤切削阻力（Pa）Ⅰ級土壤：70～80kPaⅡ級土壤：130～140kPaⅢ級土壤：200～220kPa如為預(yù)先耙松的土，相應(yīng)降低15～20%。第14頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2路拌穩(wěn)定土拌合機設(shè)計計算2、拋擲土壤所耗功率N2

(kw)其中：k0：拋擲系數(shù)，窄刀：0.75，寬刀：1；

m：每秒拋擲土的質(zhì)量（kg）；

v0：銑刀圓周速度(m/s)；

B：銑削寬度（m）；

h：銑削深度（m）；

ρ：土的密度（kg/m3），ρ=1800～2000；

vp：平均行駛速度（m/s）。第15頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2路拌穩(wěn)定土拌合機設(shè)計計算3、拌合機行駛阻力所耗功率N3

（kw）其中：G：機械重量（T）；

f：滾動阻力系數(shù)，一般為0.15～0.19（取決于土壤種類、強度及輪胎氣壓，見下頁表。）

vp：平均工作速度，因為正常工作時v＝0.5～

1.5km/h，所以vp＝8～9m/s；一般情況下轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)式穩(wěn)定土拌合機：行走功率：占15～25%；轉(zhuǎn)子功率：占75～85%；正轉(zhuǎn)式穩(wěn)定土拌合機：行走功率：占5～15%；轉(zhuǎn)子功率：占85～95%。第16頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2路拌穩(wěn)定土拌合機設(shè)計計算輪胎在土壤中的滾動阻力系數(shù)f及附著系數(shù)φ土的相對濕度輪胎氣壓（MPa）ω/ωbnω/ω00.10.20.30.40.5fφfφfφfφfφ粘性松土0.40.670.10.830.140.750.170.70.180.670.190.650.61.00.110.820.150.720.180.660.190.630.200.610.71.170.120.80.160.680.190.620.210.580.220.550.81.330.120.770.180.610.210.530.230.470.240.44第17頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2路拌穩(wěn)定土拌合機設(shè)計計算4、發(fā)動機所需功率其中：η1：發(fā)動機到滾筒間傳動效率（液壓傳動65％，機械傳動：75~85％）；η2：發(fā)動機到驅(qū)動輪傳動效率，一般可取65％；N4：噴灑系統(tǒng)等輔助功率，一般可取10~15％；另外，可按經(jīng)驗初選：其中：h：拌合深度；B拌合寬度。第18頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.2路拌穩(wěn)定土拌合機設(shè)計計算七、銑削滾筒軸扭矩Mkp

（Nm）其中：n：轉(zhuǎn)速（r/min）最大扭矩Mkpmax其中：k1為動載系數(shù),k1=1.5～2;轉(zhuǎn)子上每把拌刀所受作用力P0KP其中：z為同時作用拌刀數(shù)；D為轉(zhuǎn)子作用半徑。第19頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3穩(wěn)定土拌合設(shè)備設(shè)計§3.3.1穩(wěn)定土廠拌設(shè)備的類型，主要結(jié)構(gòu)組成一、穩(wěn)定土拌合設(shè)備的類型1、按生產(chǎn)率分：小型：Q＜200T/h；中型：Q=200～400T/h；大型：Q=400～600T/h；特大型：Q＞600T/h國外已形成200～1200T/h的系列化產(chǎn)品。國內(nèi)主要為50～300T/h的中小型產(chǎn)品。2、按攪拌器型式分：非強制跌落式：依靠不斷提升，下落攪拌（也稱滾筒式）強制間歇式：即每一鍋每一鍋攪拌，攪拌器為葉槳式；強制連續(xù)式：單臥軸強制連續(xù)式；雙臥軸強制連續(xù)式（目前應(yīng)用最多）。第20頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3.1穩(wěn)定土廠拌設(shè)備的類型

與主要結(jié)構(gòu)組成3、按移動方式分：移動式：將全部裝置安裝在一個專用底盤上，可及時轉(zhuǎn)移場地，設(shè)備吊裝無需專用吊裝機具，依靠自身液壓機構(gòu)可實現(xiàn)，主要為中小型拌合設(shè)備；分總成移動式：將各主要總成分別安裝在幾個專用底盤上，形成多個半掛車（或全掛車），現(xiàn)場安裝需借助起吊機具，布置形式可根據(jù)現(xiàn)場調(diào)節(jié)，主要為大中型，公路工程采用較多；第21頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3.1穩(wěn)定土廠拌設(shè)備的類型

與主要結(jié)構(gòu)組成部分移動式：將主要幾個總成安裝在一個或幾個專用底盤上，其他（小部件）則拆移安裝，主要為中大型；可搬移式：即將各主要總成分別安裝在幾個機架上，轉(zhuǎn)移時通過拆卸，吊裝到運輸車輛上轉(zhuǎn)移場地，此種形式結(jié)構(gòu)簡單成本低，為我國所多用；第22頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3.1穩(wěn)定土廠拌設(shè)備的類型

與主要結(jié)構(gòu)組成固定式：即固定安裝在選好的場地上，一般不搬移，通常為大型或特大型。第23頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3.1穩(wěn)定土廠拌設(shè)備的類型

與主要結(jié)構(gòu)組成二、主要結(jié)構(gòu)組成主要組成：礦料配料機組、集料皮帶輸送機、結(jié)合料儲存與配給裝置、攪拌器、水箱及供水系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、成品料輸送皮帶、成品料儲斗等組成。第24頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3.1穩(wěn)定土廠拌設(shè)備的類型

與主要結(jié)構(gòu)組成1、配料機組一般由2～4個料斗，配料計量皮帶輸送裝置，皮帶輸送機及機架等組成。作用：將物料從料斗中帶出并計量（或稱量），按規(guī)定配比將物料參配并輸送到集料皮帶輸送機上。計量方式：一般為料斗閘門開度（1～200mm）+可調(diào)速電機（用于改變速度），或+重量計量方式調(diào)節(jié)，國外先進設(shè)備已開始應(yīng)用連續(xù)自動測濕度裝置。第25頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3.1穩(wěn)定土廠拌設(shè)備的類型

與主要結(jié)構(gòu)組成2、集料皮帶輸送機作用：用于將配料機配好的集料輸送到攪拌器中。結(jié)構(gòu)：為普通皮帶輸送裝置。3、結(jié)合料（水泥、石灰等）儲存配給總成作用：用于存儲水泥或石灰等粉狀結(jié)合料，并將其計量輸送到攪拌器中。型式：有立式、臥式兩種。立式：占地面積小，容量大，出料順暢，主要用于固定式。臥式：安裝和轉(zhuǎn)移方便，廣泛應(yīng)用于中小型設(shè)備上。組成：倉體、機架、螺旋輸送裝置、粉料計量裝置等組成，其中計量裝置有容積式和稱重式兩種，目前因容積式結(jié)構(gòu)簡單成本低，工作可靠，而被廣泛采用。第26頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3.1穩(wěn)定土廠拌設(shè)備的類型

與主要結(jié)構(gòu)組成4、攪拌器作用：用于攪拌物料使其均勻混合；型式：滾筒式、葉槳式；連續(xù)式、間歇式；單軸式、雙軸式；有襯板式、無襯板式。組成：殼體、葉槳、驅(qū)動裝置。第27頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3.1穩(wěn)定土廠拌設(shè)備的類型

與主要結(jié)構(gòu)組成5、供水裝置作用：存儲并向攪拌器計量、噴射水；型式：手動控制式、自動控制式；組成：水泵、水箱、管路、調(diào)節(jié)閥、流量計、噴嘴等。6、其他裝置成品料輸送皮帶裝置；成品料儲斗（5～8m3）；電器控制裝置（系統(tǒng)）。第28頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3.2總體設(shè)計及主要參數(shù)確定一、配料機組的設(shè)計配料機組一般由2～4個配料機組成，各配料機結(jié)構(gòu)尺寸見圖。1、料斗上部幾何尺寸確定（1）配料斗上部總高度應(yīng)根據(jù)裝載機最大卸載高度確定，裝載機的最大卸載高度一般為2.6～3.0m，故總高度一般應(yīng)≯2.5m；（2）配料斗上部寬B應(yīng)不少于裝載機的最小斗寬度。裝載機斗寬一般ZL50以下者為1.8～3.0m，故料斗內(nèi)寬度應(yīng)≮3.2m。第29頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3.2總體設(shè)計及主要參數(shù)確定（3）料斗壁與水平面夾角α，α′為保證物料沿斗壁自由下滑，α，α′應(yīng)大于αmin式中：f：物料與斗壁的摩擦系數(shù)（一般鋼對砂：f=0.8；鋼對中等粘土：f=1.0；鋼對重粘土：f=1.2。）一般α，α′≮50°土的自然坡度角：碎石礫石粗砂中砂細砂肥粘土貧粘土輕亞粘土種植土干35°40°

30°

28°

25°

45°

50°

40°

40°濕45°40°

32°

35°

30°

35°

40°

30°

35°混合25°35°

37°

25°

20°

15°

30°

20°

25°第30頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3.2總體設(shè)計及主要參數(shù)確定2、配料機最大生產(chǎn)率計算單斗配料機生產(chǎn)率（最大）可按下式計算，其值應(yīng)保證拌合機最大生產(chǎn)率?！谑街校篠：出料口面積m2，s=h·B；vmax：皮帶給料機最大線速度m/s；ρ：物料容重T/m3；η：容積效率；

Q：拌合機組最大設(shè)計生產(chǎn)率；

i：配料機個數(shù)。第31頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3.2總體設(shè)計及主要參數(shù)確定3、皮帶給料機驅(qū)動功率計算(1)計算公式式中：K3：安全系數(shù)，K3＝1.05～1.2；P1：驅(qū)動滾筒的功率kw；P2：弦板阻力所消耗的功率kw；P3：皮帶上物料與其上部斗中物料間摩擦阻力所消耗的功率；η總：傳動總效率。第32頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3.2總體設(shè)計及主要參數(shù)確定（2）驅(qū)動滾筒功率計算

(kw)式中：A：滾筒中心距m；H：提升高度m。（3）弦板阻力所消耗功率

(kw)式中：h：出料門開口高度m（一般為1～200mm）；e：弦板計算長度m；v：皮帶線速度m/s；ρ：物料密度kN/m3；μ：側(cè)壓系數(shù)，μ=(v+1.2)/(1+sinφ′)，一般μ=1～1.18f：物料與弦壁摩擦系數(shù)；φ′：物料內(nèi)摩擦角見后表。第33頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3.2總體設(shè)計及主要參數(shù)確定（4）克服皮帶上物料與其上部物料間摩擦阻力所消耗功率

(kw)式中：m：上部物料質(zhì)量kg（即斗內(nèi)物料質(zhì)量）；μˊ：物料內(nèi)摩擦阻力系數(shù)；上述中有關(guān)皮帶輸送機線速度、帶寬、傳動系統(tǒng)計算，可按一般皮帶輸送機計算方法選取與計算。常見幾種物料物理性能見下頁表。第34頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月常見幾種物料物理性能.物料狀態(tài)容重kN/m3內(nèi)摩擦角φ′內(nèi)摩擦阻力系數(shù)μ′砂干砂16.5~18.530~35°0.667~0.7自然含水量1840°0.839飽和含水量2025°0.416亞粘土干1540~46°0.839~1.003濕1920~25°0.364~0.466粘土干15.740~50°0.839~1.192濕19.620~25°0.364~0.466砂石干17.6~18.235~40°0.7~0.839濕18.325°0.466礫石有棱角17.645°0.99圓形17.630°0.577第35頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3.2總體設(shè)計及主要參數(shù)確定二、雙臥軸強制連續(xù)式攪拌器設(shè)計1、攪拌器性能參數(shù)確定（1）生產(chǎn)率計算攪拌器生產(chǎn)率應(yīng)根據(jù)拌合設(shè)備生產(chǎn)率確定，應(yīng)不少于最大生產(chǎn)率。即：Q攪≮Q拌合機（2）葉槳旋轉(zhuǎn)線速度確定v葉提高v葉可加速拌合，減少拌合時間，提高生產(chǎn)率。但v葉過高，會加速襯板與葉槳磨損，發(fā)生物料楔住現(xiàn)象。一般取值：v葉＝1.5～2.0m/s第36頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3.2總體設(shè)計及主要參數(shù)確定（3）葉槳相對攪拌軸的安裝角度的選擇葉槳相對于攪拌軸的安裝角度直接影響到攪拌過程中物料沿其軸向攪拌強度和橫向攪拌強度的比例。λ＝0，僅有橫向的拌合作用，而無軸向的移動；λ≥55，橫向攪拌作用開始減少。一般取值λ＝31°～45°第37頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3.2總體設(shè)計及主要參數(shù)確定（4）拌合時間的選擇拌合時間增加，拌合均勻性提高，但生產(chǎn)率下降。選擇原則：在拌合均勻性滿足要求的前提下，盡可能縮短拌合時間。一般為：t＝15～20s(5)攪拌器的有效容積V

(m3)式中：V：拌合器有效容積(m3)；Q：攪拌器生產(chǎn)率(T/h)；t：攪拌時間(s)；ρ：混合料密度（松方）(T/m3)。第38頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3.2總體設(shè)計及主要參數(shù)確定2、攪拌器主要幾何尺寸的確定（1）攪拌器葉槳旋轉(zhuǎn)半徑R的確定

式中：n：攪拌器殼體形狀系數(shù)，一般：n＝1.1～1.4；β：充滿系數(shù)，通常β＝0.8～1.0。（2）攪拌器攪拌軸中心距C的確定

C=2Rcosθ式中：θ：攪拌軸中心與殼體底弧線交點水平夾角。一般θ＝40～50°；若取θ＝40～45°，則：C＝（1.53～1.41）R；θ影響：θ↑混合料在攪拌器中橫向摻合↑，而混合料各成份均勻分布所需時間則↓。最佳：θ＝40°～45°第39頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3.2總體設(shè)計及主要參數(shù)確定（3）攪拌器殼體寬度bk的確定

(m)式中：ΔR：槳葉與殼體之間間隙，一般ΔR＝3～7mm。(4)攪拌器長度LK確定式中：S1：攪拌軸以下混合料占有的截面面積m2；

S2：攪拌軸以上混合料占有的截面面積m2；