混凝土拌和楼结构及工作原理

1.1.4　混凝土拌和楼结构及工作原理

一、配料系统

配料系统主要包括储存机构、运送机构、计量机构。

1．储存

（1）骨料

骨料储存一般分为地仓式、星形料场、钢制直列式料仓及圆筒形料仓等形式。

1）地仓式

地仓式储料方式一般由地下储料仓、地下长廊、水平皮带机组成。每个仓的间隔—般为4～6m，有时也可以在地下直接进行计量。这种结构的特点是料场直接作为料仓，容积大、骨料上料简单、效率髙，规模较大的搅拌设备采用—台推土机或装载机即可。但也有缺点，主要是占地面积大，地下工程量大，一次性建设费用高。这种形式一般应用于投资较大、场地限制小、生产率髙的大型一阶式搅拌设备。

2）星形料场

星形料场一般是配合拉铲使用，通常可以储存3～6种不同规格的骨料，中间由隔墙隔开，隔墙由隔仓柱及隔板组成。

星形料场必须采用混凝土地面防止污染骨料，如有必要应增加排水设施和供热采暖设施。一般情况下用量多的骨料放在中间隔仓中，使用骨料种数少于隔仓数时，空余的隔仓也应堆到满仓料量的2/3，以免隔墙因一边受力过大而倒塌。

星形料场的半径和髙度不同，储料量也不同，生产率为50～75m³/h的拌和站，料场容积一般为1000～2000m³，活料区容积一般为100～200m³。

星形料场的骨料方式以悬臂拉铲为主，目前经常使用的拉铲有机械式和气动式两种。星形料场相对来讲占地面积小，由于以拉铲工作为主，装载机工作量较小。存在死料区，90%左右的材料得不到充分利用，因此对生产率小于100m³/h的固定式拌和站或小于500m³/h外的拆迁式拌和站较为合适。

3）钢制直列式料仓

这种储料仓一般由料仓、料门和支架等组成，有3～4个料仓，每个仓的容积为5～15m³或者更大，一般采用装载机上料，对于较大的料仓，也有采用皮带机上料的方式。一般情况下，这种料仓与骨料计量装置做在一起，形成一个运输单元。

这种料仓的特点是运输方便，占地小，无死料区，因此比较适合转移性较强的搅拌设备。

4）圆筒形料仓

圆筒形料仓大多数采用钢结构，由仓体和料门组成。如拌和楼采用混凝土结构，仓体可由钢筋混凝土制成。圆筒形料仓大多数情况下与地仓结合使用，其容积为60～200m³，可同时存4～8种骨料。上料方式可采用皮带机上料或斗提机上料。为了将各种骨料送到各储仓中，故采用回转布料器。回转布料器是由机架、驱动系统和回转漏斗组成，机架由型钢拼焊而成，固定于顶部平台上，驱动系统由电机经减速机组减速后，带动回转漏斗转动，回转漏斗将皮带机送上来的料送往对应的储料仓，位置由限位开关控制，传送信号至控制台，由操作人员确定对应料仓。

（2）粉料包括水泥、粉煤灰、粉状外加剂等，其储存方式一般为圆筒形水泥仓

可运输形式的水泥仓一般容量为50～100 t，较大的水泥仓如200～500 t可做成固定式，如图1-6所示。

料位计分为极限料位计和连续式料位计两类。极限料位计有电容式、音叉式及阻旋式等形式。阻旋式料位计属于机械式料位计，结构简单，成本低，但由于砂石及水泥的冲击及阻力大，这种料位计很容易损坏。音叉式料位计可靠性髙，现场不需标定但耐冲击及耐黏胎性差，一般适用于流动性很好的粉料。电容式料位计由于耐冲击、耐黏附、耐髙温性能好，虽然需要现场标定，仍然是混凝土搅拌设备中的首选产品。连续式料位计有重锤式、超声波式、射频电容式等。重锤式料位计属于机械式测量原理，适应能力强，成本低，但使用维护量大，寿命短。超声波料位计属于非接触式，在粉尘较少的块状物的测量中有较大的优势，但成本高。射频式料位计虽然属于接触式测量，但由于电极静止放置在仓内无机械运动，中度粉尘和黏附对测量无影响，而且成本适中，所以适宜水泥料位的测量。

图1-6　水泥筒仓结构示意图

1—进料管；2—下料位指示器；3—爬梯；4—除尘装置；5—上料位指示器；6—筒体；7—出料口；8—支架

水泥仓的另一种难解决的问题是破拱。由于各种水泥的表观密度不同，同一种水泥温度、湿度等不断变化，因此很难找出准确的水泥起拱点，这就给破拱这一看似简单的问题带来一定困难：有时在一个地区行之有效的办法，在另一个地区却不行；同一水泥仓这种水泥不起拱，而另一种水泥起拱严重。尽管这样，有一些方法还是能起到一定的作用。

常用的破拱方法有气吹破拱，这是目前普遍采用的方法，即在仓体锥体离出料口 1/3锥体长度的圆上设3～6个吹气孔进行气吹破拱。气吹破拱由于气嘴位置同定，有时效果不明显。另外还应注意由于压缩空气中含水量较大，易造成气嘴阻塞。另一种方式是气动锤击法，在仓体锥体安装一个行程很小的气缸，气缸活塞杆前端部安装一平板，气缸动作时平板锤击仓壁，从而达到破拱效果。这种方式的优点是可以人工控制锤击频率，缺点是噪声大，打击过程中对仓壁有破坏。第三种方法是采用气流破拱气垫方式，该方法是利用气垫的推力作用推动起拱物料。

2．输送

骨料的输送常采用带式输送机或提升斗；水泥及掺和料的输送常采用螺旋输送机。

（1）水平皮带机如图1-7所示。改向滚筒用于改变输送带的运行方向或增加输送带与传动滚筒间的围包角。调节螺杆用于张紧输送带和调节输送带运行状态，使输送带运行在正常位置。托辊是用于支承输送带及输送带上所承载的物料，保证输送带稳定运行的装置。清扫器用于清扫输送带上黏附的物料。导料斗用于调整所输送物料的落料点，使它落到设定位置上。

图1-7　水平皮带机

1—调节螺杆；2—改向滚筒；3—槽形托辊；4—平行下托辊；5—输送带；6—机架；7—驱动装置；8—清扫器

（2）斗式提升机。斗式提升机用于工程混凝土拌和站，其有体积小安装方便的特点，主要由提升斗、轨道、卷扬机、钢丝绳等组成，主要有倾翻式和底开门式两种，都是应用带制动卷扬机并通过滑轮组、钢丝绳而牵引，达到升降料斗的目的。

（3）螺旋输送机工作。其借助旋转的螺旋叶片，或者靠带内螺旋面，而自身又能旋转的料槽来输送物体的输送机。在混凝土拌和楼（站）中所使用的粉状物料是由螺旋输送机来输送。其倾角可达45°，一般较大的倾角可达60°每条螺旋的最大长度不应超过14m。更长的输送距离，可用螺旋接力的方式实现。较长的螺旋管规定要采用中间支承和可以润滑的联轴节，以便安装，如图1-8所示。

一般情况下，采用皮带输送机上料，占地面积大，但成本低、效率髙、故障少；而采用斗提机上料占地面积小，但成本较髙，故障较多。无论哪一种上料方式，一般均适用于生产率较大的一阶式搅拌设备。

对于二阶式搅拌设备还存在计量后骨料的提升问题，目前采用的方式一般为提升斗或皮带机两种形式。由于拌和站设计周期对于骨料提升有时间要求，一般要求在20～25s之内应当将所有骨料投入搅拌机中，所以大多数采用提升斗形式，但有时采用大倾角皮带机也能满足要求。

图1-8　螺旋输送机

1—电动机；2—齿轮减速器；3—齿轮减速器轴密封；4—进料口；5—管形外壳；6—观察口；7—中间轴承；8—出口端轴承；9—螺旋叶片；10—吊眼；11—序列号；12—进口端轴承

3．称量

计量设备是混凝土生产过程中的—项关键工艺设备，控制着各种混合料的配比，直接影响混凝土质量。因此，精确、高效的计量设备不仅能提高生产率，而且是生产优质高强度混凝土的可靠保证。

（1）计量方式的分类

搅拌物料的计量方式一般采用重力计量，也有采用体积计量的。由于混凝土的配合比为重量配比，按体积计量的称量器难以正确地控制配合比，因此，除特殊情况，骨料和粉料一般采用重力计量，而水和外加剂的容积受外界条件影响很小，两种计量方式均可采用。

根据一个计量斗（也称秤斗或称量斗）中所称量物料种类，计量方式可分为单独计量和累积计量。单独计量是每个计量斗只称一种物料，物料在各自的料斗内称量完毕，集中到一个总料斗后再加入搅拌机。累枳计量是每个计量斗可称多种物料，即称完一种物料后，在同一斗屮再累加称另一种物料。通常双阶式搅拌装置多采用累积计量，单阶式搅拌装置采用单独计量。单独计量方式计量精度高，但计费斗太多就难以布置，从而使机构复杂。目前的搅拌设备倾向于将骨料分成粗骨料和细骨料两组，进行累积计量，而水和外加剂等则采用单独计量。

按计量设备的构造，计量方式可以分为杠杆秤、电子秤和杠杆电子秤3种。杠杆秤的特点是使用可靠、维修方便，可采用手动操作，也可采用自动操作，但这种称体积大，耗钢量大，表头弹簧、摆锤等制造工艺复杂，因此成本相对较高。电子秤的优点是取消了复杂的杠杆系统，以电子拉力传感器来测量重量。因而结构简单，占空间小，测量和控制容易，自动化程度也极易提髙，但须使用多个传感器，对传感器要求较高，一个传感器损坏时，检查较困难。杠杆电子秤保留了杠杆称的杠杆部分，而将难制造的表头部分改换为传感器，结构简单，可靠性较高，而且可以通过杠杆传动比使传感器受冲击力大大减小。总体而言，随着传感器技术和微机技术的发展，大部分拌和楼（站）将采用电子秤或杠杆电子秤计最方式。

按作业方式可以分为周期分批计量与连续计量，周期分批计量适应于周期式搅拌装置，而连续计量适应于连续式搅拌装置。

无论采用何种计量方式，对计量设备的要求首先是准确。一般计量器自身的精度都能达到0.1%～0.5%，但由于物料下落时的冲击，给料装置与称斗间有一定距离等原因，计量达不到这样的精确度。按照《GB 10172—88混凝土拌和楼（站）技术条件》规定，各种材料的计量精确度见表1-9。

表1-9　计量精度

计量的误差对混凝土的强度影响很大，特别是水灰比计量精度，因为强度与水灰比是线性关系。生产中，假定砂的水分有3%的波动，原材料计量系统也有3%的误差，设计水灰比为2，那么混凝土强度可能出现20%的误差。所以，在计量时要提髙水泥和水的计量精度，并应测定骨料的含水率，以此对搅拌用水进行修正。

对计量设备的第二个要求是快速。采用高性能的称量器，可以使一套计量设备为2～4台搅拌机供料，这样大大节省了计量设备的数量。快速与准确两者是矛盾的，为了解决这一矛盾，许多自动计量设备都把称量过程分为粗称和精称两个阶段。在粗称阶段大量给料，缩短给料时间，当给料量达到要求量的90%时，开始精称，在精称阶段小量给料以提高称量精度。

（2）骨料计量设备

骨料的计量大部分采用重力计量法，也有部分情况采用容积计量，例如骨料的散装重量变化较大，或具有较大含水量的轻质骨料就宜采用体积计量法。混凝土拌和楼（站）中，重力计量式计量装置的称重秤一般采用4点支撑式杠杆秤、电子秤、杠杆电子秤或皮带秤。

1）杠杆秤

杠杆秤的主要组成部分是秤斗和杠杆系统，这两部分均悬挂在储料斗下面，结构紧凑，占空间小。用来称量骨料的秤斗常常是长方形，敞口的，而用来称量水等液体的秤斗多为圆形，并在斗门设有橡胶垫，以保证密闭。斗门可以人力启闭，也可以采用气缸控制启闭，气缸有利于实现远距离和自动控制。为了称量各种不同的材料和配合各种容量的搅拌机，有各种不同构造和容量的秤斗。表1-10给出秤斗容量参考系列。

表1-10　秤斗容量参考系列

杠杆系统工作原理如图1-9所示。

图1-9　杠杆系统工作原理

1—主杠杆；2—主秤杆；3—吊架；4、5—秤杆；6、7—砝码；8、9、10—平衡重；11—零位指示盘；12—止动阀

秤斗以4个吊点挂在主杠杆上。荷载经传力杠杆传至秤杆。主秤杆以吊架与秤杆相连（秤杆的数目可以是1根、2根或4根）。秤杆支点右面的刻度是整数，左面是分数。通过调整砝码的位置，即可得到要求的重量值。平衡重借以调整整个杠杆系统的平衡。如图中所示，秤杆落在吊架上，而秤杆被止动阀抬起，脱离吊架，也就脱离了整个杠杆系统。

在称箱中设置2根（或4根）秤杆有两种目的。其一是为配制2种（或4种）不间配比的混凝土。这时，把2种（或4种）配合比所要求的某种材料的重量分别设定在2根（或4根）秤杆上。在变换配合比时，不用拨动砝码，只需更换秤杆即可，也可以实现远距离控制。其二是为便于累计计量。用一台称量器称量两种物料时，将第一根秤杆的砝码定在第一种物料（如石子）的重量上，而第二根秤杆定在第―、第二两种物料（如石子加砂子）的总重量上。用第一根秤称第一种物料，然后换第二根杠杆秤称第二种料。

在手动或自动化搅拌装置中都常采用累计秤来称量砂和石子。采用累计秤可以节省金属，节省空间，但称量循环时间要相应延长。

为了显示被称物料重量，很多杠杆秤都采用一个带有指针的圆盘表头。表头最大指示范围与搅拌机的出料容量有关，一般容量1m³搅拌机杠杆秤的称量范围大约定为2500kg。由于大多数圆盘表头指针对碰撞和冲击不太敏感，因此采用弹性测量头（弹簧）进行力的测量，如图1-10所示。

图1-10　带指针的圆盘表头

1—拉杆；2—横梁；3—弹簧；4—齿条；5—螺栓6—弹簧悬挂梁；7—指针；8—小齿轮

图1-11 摆锤式表头

1—拉杆；2—钢带；3—摆锤；4—扇形赤坂 5—凸轮；6—齿条导轨；7—横梁；8—指针；9—小齿轮；10—齿条

在拉杆1上向下施加一个力，通过小横梁将力分加到2条弹簧上。上部弹簧悬挂梁通过螺栓进行预调整，使称量前圆盘指针指向零位。下面横梁上带有齿条，齿条与指针轴上的小齿轮啮合并使指针转动。这样，由载荷使弹簧拉伸，齿条与横梁同步下移，通过啮合小齿轮带动指针偏转，在刻度圆盘上可读出重量值。

在有些杠杆秤上，也有使用摆锤式表头的。图1-11所示的是一种双摆锤称量表头，这种表头造价较高，但测量精度高，灵敏性好。

在拉杆1上向下施加一个力，通过一个小横梁传递到2条钢带上。钢带分别与2个凸轮贴合，带动摆锤摆动而达到力的平衡。表盘内固定有2根齿条导轨，在凸轮上固定着2个扇形齿板，扇形齿板与导轨齿条相啮合。当载荷向下拉动钢带时，凸轮、扇形齿板和摆锤一起沿导轨向上爬升。横梁连接左右两套摆锤和扇形齿板，在横梁上还固定有一根小齿条，与小齿条啮合的还有一个小齿轮，指针与小齿轮同轴转动。当齿板沿导轨爬升时，同时带动横梁和小齿条上升，并使指针摆动，在表头刻度盘上读出相应称重值。

2）电子秤和杠杆电子秤

电子秤是一种没有杠杆的计量装置，如图1-12所示。

电子秤由秤斗和传感器组成，秤斗上安装冇气缸控制的弧形斗门，并被直接吊在3～4个拉力传感器上。计量完毕后，由气缸拉动弧形斗门将料卸入搅拌机或输送装置中。

图1-12　骨料电子秤

1—限位开关；2—斗门气缸；3—传感器；4—称斗

杠杆电子秤结合了杠杆秤和电子秤的优点，实际物重通过杠杆比进行缩小，缩小后的重量作为拉力作用在拉力传感器上进行称量。如图1-13所示杠杆电子秤由传感器、杠杆和秤斗组成，该秤斗既作计量斗又作提升斗。物料计量完毕后，秤斗开始，至卸料位置时斗门由叉轨打开，将物料卸在搅拌机中。

图1-14所示的是一种带悬臂式应变梁传感器的杠杆电子秤。应变梁上贴有应变片，当应变梁上加载时，能使应变片的电阻发生变化，并通过桥式电路将这一电阻变化信号检测输出，并经放大器放大，最后以模拟显示方式或数字显示方式。检测、显示电路如图1-15所示。

图1-13　杠杆电子秤

1—杠杆；2—刀刃；3—刀承；4—调整杆；5—传感器

图1-14　带悬臂式传感器的杠杆电子秤

1—悬臂式传感器；2—杠杆

图1-15　检测电路示意图

电子秤或杠杆电子秤中的传感器将感受到的重力信号转换成电信号，很容易通过电缆传输到控制系统中，实现自动控制。如图1-16所示是单片机控制3种骨料和水泥计量的硬件系统方框图。放大器将传感器送来的信号放大后通过多路开关扫描，再将此模拟信号送至采样保持器（S/H）经A/D转换后变成数字信号，此数字信号通过I/O输入/输出接口模块送至单片机（CPU）。单片机产生的同步控制信号同时也通过I/O接口送至多路开关、采样保持器、A/D转换器。由BCD码拨盘预置的计量数据信号和随机产生的行程开关触发信号、手动-自动转换开关的开关信号也通过I/O接口送至单片机。单片机则按固化在只读存储器（EP-ROM）中的程序对送入单片机的所有信息、数据进行处理。预先置入的工作参数及中间数据送至随机存储器（RAM）存放，同时，计算处理产生的结果即控制信号和数据信号则通过I/O接口和驱动电路送至各个执行元件、显示器、电磁计数器，从而产生相应的机械动作和数字显示。图1-16中电磁气阀1～4分别控制3种骨料和水泥储料斗门的开关，各种骨料累计计量，其间插入触发水泥螺旋输送机驱动电机，对水泥单独计量。

图1-16　调节振幅控制物料流量的皮带秤

1—主秤；2—放大器；3—振动给料器；4—激磁电抗器；5—称量带；6—物料输入

3）皮带秤

在连续式搅拌装置中，为实现物料的连续计量，常采用皮带秤。图1-16和图1-17是两种皮带秤的工作原理图。

图1-16中，振动给料器均匀地向称里带输送物料，而称量带整体悬挂于主秤的机械杠杆上。主秤称得的重量信号与设定值不断进行比较，输出的误差信号控制振动给料器的振幅或频率，从而控制卸料的流量。图1-17则通过传感器称得称量带上的物料重量，实测重量与设定值的误差信号经处理输出，并改变调速电机的转速，从而改变给料速度，使实际物料配比达到恒定值。

图1-17　调节带速控制物料流量的皮带秤

1—称量传感器；2—测量放大器；3—计算机；4—调节器；5—数字快算表；6—直流电动机；7—可控硅控制装置；8—额定值设置；9—电压频率换能器；10—输送量计数器；11—输送厚度/输送皮带载荷显示；12—恒压电源

混凝土拌和楼（站）中，根据实际需要，骨料计量设备可采用多种布置形式。为了增大储料仓活料区的存料量，减小拉铲对骨料的爬升高度，骨料称量料斗往往安装在地面之下，如图1-18所示。

为了避免地坑挖得过深，在地面上常设置一台可移动的计量小车。如图1-19所示，计量小车由电机驱动，可沿导轨在提升料斗上方卸料。这种布置方式可减少地坑的开挖量30%～40%。

图1-18　计量设备布置于地下

1—地坑；2—称量料斗；3—储料区；4—活料区

图1-19　计量小车

1—星形配料装置；2—计量小车；3—地坑

（3）粉料计量设备

粉料计量设备用于称量水泥、粉煤灰和粉状外加剂。目前，混凝土拌和楼（站）中的粉料大多采用重力法计量。与骨料计量类似，同样可用杠杆秤、电子秤和杠杆电子秤等计量设备，只是称量斗结构略有不同。

如图1-20所示为用于粉料计量的杠杆电子秤。由于粉料多数采用螺旋输送机进行输送，因此，在称量斗上方设置了进料口。进料口与螺旋输送机卸料口之间一般采用连接套连接，该连接套常用具有弹性的软材料制作，以免对计量系统产生影响。物料加入计量斗时，应当让斗中空气能顺利排出，为此在计量斗上方留有排气口。为了不污染环境，在计量斗的排气口上常须安装一个过滤器。过滤器要注意经常清理，否则排气不畅会造成计量斗处于超压状态。在超压状态下计量往往会造成水泥重量不足，并导致混凝土强度下降。计量斗的下部设置了卸料门，卸料门的圆周安装一圈弹性密封，以防止粉状物料泄漏。卸料门的启闭一般采用气缸控制。为了加快粉状物料的卸料速度，常在计量斗上安装有电动或气动式振动器。

图1-20　粉料秤

1—进料口；2—排气口；3—料斗；4—杠杆；5—传感器；6—气缸；7—斗门

水泥、粉煤灰和添加剂都可以进行累积计量，这样可以减少计量设备的数量。在累积计量时，由于水泥的流动性好，应该首先称水泥。粉状物料的计量时间与称量物料的品种数量、添加量和螺旋机的生产率等因素有关，但计量时间一般不应超过40s。

（4）水计量设备

混凝土拌和楼（站）中水的计费方式大体分为4种类型：定时计量、定量计量、重量计量及容积计量。

1）定时计量

定时计量指利用控制供水时间的长短来控制供水量。控制方式是由时间继电器控制水泵从启动到停止这段时间来决定水泵供水量，误差一般为±2%。这种供水系统结构简单、成本低，供水精度适度，是搅拌单机常用的供水系统。

但德国BAA40型全自动拌和站的供水计量装置也采用定时计量法。该装置配备一水箱，装有进排水电磁阀以及用于限制水位的两个电极。根据水在一定压力和一定管径内具有一定流量的原理，采用由电压及温度稳定的电子式时间继电器进行控制，用粗、精、细分级调节时间，控制水的重量，供水误差可达±1%。

2）定量计量

定量计量是指用定量控制仪直接控制水量的装置，常见的有自动水表和涡轮流量计。自动水表是一种简单的定量供水装置，如图1-21所示是水表的外形图，如图1-22所示是其构造简图。

图1-21　自动水表

1—表盘盖；2—电磁水阀；3、4—控制回路引出线；5—表盖螺钉；6—指针

图1-22　自动水表构造

1—指针；2—指针回位弹簧；3—指针定位螺钉；4—螺旋叶轮；5—电磁水阀

开始工作前，把表盘盖打开，将指针拨到所需水量刻度上（例如90kg），拧紧指针定位螺钉，关上表盖。这时按启动按钮，电磁水阀打开，开始供水。水流经水表时，推动螺旋叶轮旋转。在电磁水阀通电的同时，控制一对小齿轮的电磁铁Y₂也通电，使其控制的一对小齿轮与相应的大齿轮啮合。这时叶轮可通过一套传动装置带动指针反向旋转（向刻度小的方向），当转至“0”位时，指针轴上的凸轮碰断微动开关P，电磁水阀关闭，停止供水。与此同时Y₂也断电，一对小齿轮复位，指针在回位弹簧的作用下回到原设定水位（90kg）刻度上，等待下一次配水。

这种方法供水设备误差不超过满刻度值的±2%，具有价格便宜、结构简单、操作方便等优点。缺点是计量精度低，而且自动水表不能超过80℃使用，北方冬季需用热水供水时，自动水表不适宜。

涡轮流量计可用数字定量仪进行自动供水计量，也对用微机进行处理。如图1-23和图1-24所示为流费数字定量控制仪供水系统图和控制原理框图。

当控制仪接收到涡轮流量计水脉冲信号f，经放大整形使之变为矩形波，经系数器整定成流量的单位脉冲量，通过计数器减到设定值的20%时发出脉冲，控制器发出信号使J_A释放，关闭大电磁阀；当减到零时发出脉冲，控制器发出信号使J_B释放，关闭小电磁阀，停止供水。采用大小电磁阀分时控制，可使供水计量误差达到±0.5%。

图1-23　数字定量仪控制供水系统

1—水泵；2—输水管；3—过滤器；4—冲洗管；5—小电磁阀；6—大电磁阀；7—涡轮变速器；8—引水杯

图1-24　数字定量仪控制原理图

图1-25、图1-26为单片机控制供水系统图及控制原理框图。由涡轮流量计产生的水脉冲信号经光电耦合器隔离送入D型触发器，然后输入CPU中INT口申请中断。CPU响应中断后进行中断服务程序处理，如图1-27所示。水量达到设定值时，由CPU发出开关量信号，经I/O接口电路、驱动器、光电耦合器，使中间继电器控制电磁阀动作，从而通过气缸关闭截止阀停止供水。在整个供水过程中，CPU将水的重量值经键盘和显示接口送至数码管显示，便于操纵者管理控制。单片机控制的供水系统水的计量误差小于±1%，具有计量精度高、可靠性好、操作方便、性价比高等优点。

图1-25　单片机控制供水系统

1—水泵；2—输水管；3—过滤器；4—冲洗管；5—冲洗管阀；6—回水截止阀；7—截止阀；8—涡轮变速器；9—引水杯

图1-26　单片机控制供水原理框图

用自动水表或涡轮流量计供水时，水不经过中间环节直接加进搅拌机，供水时间的长短决定于供水量和水压。在不同水压情况下供水会影响供水精度，最好是采用恒压供水方式。现在一般采用一台专用水泵，可以很好解决这一问题。另外需要强调的是，自动水表和涡轮流量计只适用于清洁淡水的计量。由于回收来的工业用水中可能有杂质，容易使供水设备发生故障，最好用水秤进行计量。

3）重量计量法

定量计量法涉及的控制元件较多，而且对元件动作精度要求较高，这是由于拌和楼（站）的供水时间有限（如HZS75型拌和站供水时间约为17.5s），系统元件的执行动作误差必须小于0.4s才能达到计量精度要求。和其他物料一样，水的计量也可通过计量斗 称重进行重力计量。采用重力计量法供水时，只需将如图1-23所示的涡轮流量计去除，将去搅拌机的水引入计量斗进行称重。供水时，两电磁阀同时打开，当达到额定供水量的85%～95%之时，关闭大阀，由小管径管道继续供水到额定供水量，然后再将计量斗中的水全部供入搅拌筒内，保证了供水系统的称量精度。

图1-27　供水中断服务程序框图

重力计量法速度快，计量精度高，是目前大中型拌和楼（站）中用得最多的一种水计量方式。可采用杠杆秤、电子秤或杠杆电子秤对水进行称量。不过为防止水泄漏，水计量斗斗门需做特殊密封处理。如图1-28所示为电子水秤结构示意图，进水阀可采用电磁阀或电磁气阀，排水阀采用电磁阀。经过计量的添加水靠重力流入搅拌机，也可在水计量斗下方安装一台水泵，向搅拌机进行压力供水，这样快速供水的同时可以起到冲洗搅拌装置的效果。

4）容积计量法

容积计量法是指通过计量水的容积大小，间接得到水重量的水计量设备。日本石川岛产的拌和楼供水系统就是采用这种装置。其构造是利用钢板焊成一截面积相同的水箱容器，内装有微型接近开关、排供水电磁阀。其控制过程是，当系统发出排水信号时，排水电磁阀动作，开始排水；当水位降到下限定位处，微型接近开关动作，关闭排水电磁阀，停止排水；延迟一段时间后，供水电磁阀动作，开始供水。

图1-28　电子水秤

1—秤；2—排水电磁铁；3—导水管；4—水计量料斗；5—进水阀

（5）外加剂计量设备

混凝土制备过程中，往往要加入一些化学外加剂，如泵送剂、缓凝剂、速凝剂、发泡剂、防冻剂等。这些外加剂的使用，可以改善混凝土的性质，并给混凝土施工带来极大方便，因此外加剂成为混凝土中不可缺少的成分。外加剂的用量一般与水泥用量有关，通常为水泥用量的0.1%～2%。

如图1-29所示为外加剂供给系统示意图。外加剂从溶解箱由外加剂泵泵向单向阀，再经电磁阀（全开）进入计量筒。当计量达到约90%设定值时，电磁阀半开；当达到100%设定值时，电磁阀关闭，停止供应。计量筒采用圆筒形透明有机玻璃制作。

图1-29　外加剂供给系统示意图

1—外加剂溶解箱；2—一次截止阀；3—外加剂泵；4—二次截止阀；5—单向阀；6—溢流阀；7—回流阀；8—计量阀；9—滤网；10—电磁阀；11—计量筒

外加剂计量方式有容积计量和重力计量两类，其中容积计量包括活塞浮筒型和电容式料位计型，重力计量则采用物料计量控制仪。

活塞浮筒型原理较简单，玻璃计量筒内设有活塞，活塞上安装一齿条。当外加剂进入计量筒时，活塞上升，齿条通过安装在固定轴上的小齿轮带动电位器转过一个角度，使电阻值发生变化。将因电阻改变引起的电压变化作为模拟量输出，并与设计值比较，从而实现外加剂的计量。

电容式料位计的工作原理是用一根钢管深入外加剂计量筒内作为一个电极，而筒体作为另一个电极，待测液位的液体外加剂是一种介质，液面的升降引起电容的变化，经测量电路转换成直流电流输出，在电容式料位计上显示其容积值。

物料计量控制仪的工作原理是用电阻应变式压力传感器作为测重元件，传感器将感受到的重力信号变成电压传送至物料计量仪，显示液体重量值。

比较上述三种形式，活塞浮筒型原理简单，计量精度较低；电容式料位计结构紧凑、合理，但影响计量精度的因素较多，如介质种类、介质浓度等，可操作性较差；物料计量控制仪的计量筒直接悬吊在传感器上，称量采用机械电子秤，计量精度高且不受介质种类、浓度等因素的影响。

二、搅拌系统

混凝土搅拌机是混凝土搅拌设备的主要组成部分，其功能是把配料拌成均匀的符合质量要求的混合物。混凝土搅拌机的原动机主要有电动机、汽油机、柴油机等。混凝土搅拌机的种类繁多，分类情况如表1-11。

表1-11　混凝土搅拌机的分类

为了获得搅拌均匀的混凝土，混凝土搅拌机必须具备下列条件：

（1）能对混凝土的各种组合材料进行均匀的搅拌，并使水泥浆均匀地包裹骨料表面；

（2）能将搅拌后的混凝土均匀地卸出；

（3）搅拌和出料的时间短；

（4）占地面积小；

（5）功率消耗小，符合环保要求。

影响混凝土搅拌质量的与搅拌机有关的主要因素有：

（1）混凝土搅拌机的形式和它的旋转速度；

（2）混凝土搅拌机的出料容量与拌筒几何容积的比率，即容积利用系数的大小；

（3）搅拌叶片和衬板的磨损状况；

（4）各种组合材料的加料程序。

混凝土搅拌机的型号是用汉语拼音字母和出料容量（单位为L）表示的。其中：J表示搅拌机，F表示锥形顺翻出料，Z表示锥形反转出料，G表示鼓形，W表示涡桨，X表示行星，S表示双卧轴，D表示单卧轴，R表示内燃机驱动的。

1．自落式搅拌机

自落式搅拌机都是以鼓筒作为工作装置，因此又称为鼓筒形搅拌机，在鼓筒形搅拌机上，鼓筒绕一根水平轴线或倾斜轴线旋转，且多数鼓筒两侧呈圆锥形，因此又称双锥形搅拌机或锥形搅拌机。

（1）鼓筒式搅拌机

鼓筒式搅拌机的搅拌过程如下：借助于安装在鼓筒内的搅拌叶片使物料抬起，直到物料与搅拌叶片之间的摩擦力小于使物料下滑的重力力时，物料靠自身重量跌落。通过搅拌鼓筒的旋转和搅拌叶片的偏角（与拌筒母线或旋转轴心线的夹角）使骨料产生轴向窜动，改善了搅拌效果。这种结构原理是最古老的，其历史可追溯至一百多年以前。这种搅拌机的出料，是靠一个可翻转的出料溜槽，在出料时把它伸入拌筒，将自由下落的混凝土向外引出。鼓筒式搅拌机如图1-30所示。

图1-30　鼓筒式搅拌机

鼓筒形搅拌机的筒径不能过大，因为筒径增大，物料的落差也跟着增大，这样会使从高处落下的大骨料损坏叶片和拌筒筒体，并加剧磨损。鉴于这种原因，所以鼓筒形搅拌机不能用于搅拌含有大骨料的混凝土。这种搅拌机的搅拌叶片与拌筒母线平行，物料的提升、自落基本只是上下运动，而很少有轴向窜动，因此搅拌时间长，生产效率低。若它的搅拌叶片向进料口方向有一倾斜角度，就能增强物料的轴向窜动能力，但出料榴槽需要增长并更多地伸入拌筒内部，这样必然要减少出料溜槽的溜坡角，影响搅拌机的出料时间。用出料溜槽卸料，卸料时间长，这是它的固有缺点。此外，这种搅拌机也只适宜搅拌坍落度较大的混凝土，因为当它在搅拌坍落度小的混凝土时，既不能均匀搅拌，又不易将料卸出。这种搅拌机的优点是构造非常简单且牢固耐用。我国已下令停止生产这种搅拌机，但由于它的使用可靠性较好，现在还有少量生产和使用。

（2）双锥反转出料搅拌机

双锥反转出料混凝土搅拌机，是鼓筒型搅拌机的更新换代产品。这种搅拌机的旋转轴线如同鼓筒式搅拌机一样呈水平配置，拌筒与鼓筒式搅拌机的拌筒类似，是由一端装料，而由另一端卸料一卸料是通过改变拌筒旋转方向（反转）进行的。在装料时拌筒转向又回复到正转搅拌的方向。图1-31为它的拌筒结构示意图，图1-32为拌筒内部叶片布置展开示意。

从中可以看出，此种搅拌机拌筒中的高、低叶片均与拌筒母线成40°左右的夹角，而且倾斜方向相反。在搅拌时，低叶片将物料推向进料侧，高叶片将物料推向出料侧；推向进料侧的物料被进料锥挡回拌筒，推向出料侧的物料被出料锥和出料叶片背面钢板挡住而折回拌筒这种叶片布置方式使物料除提升、自落之外，物料在拌筒中的轴向窜动比较剧烈。

图1-31　双锥反转出料式搅拌机

图1-32　双锥反转出料式拌筒叶片布置

双锥反转出料搅拌机是正转搅拌，反转出料，因此存在一个重载启动的问题，搅拌机容量不可能做得很大，这种搅拌机适合于搅拌坍落度大于1cm以上的低流动性混凝土和塑性混凝土。

（3）双锥倾翻出料式搅拌机

双锥倾翻出料混凝土搅拌机的搅拌和出料不需要改变拌筒旋转方向，而是用气缸或液压油缸改变拌筒旋转轴线与水平面的夹角来实现，不存在重载启动问题，因而搅拌机容量可以做得很大。

双锥倾翻出料搅拌机的拌筒有两种形式。其中一种是有一进料口和一出料口，拌筒由进料锥、出料锥和一个很短的圆柱体所组成。在短圆柱体的外圆上套有一带有托轮滚道的大齿圈，图1-33是这种拌筒的外形示意图。搅拌时拌筒成水平状，出料时拌筒轴线与水平面夹角为55°。由于出料口朝下，拌筒边卸料，边旋转，卸料速度快而且卸得干净。图1-34为倾翻拌筒内部叶片布置示意，进料锥和出料锥体内各装有四块叶片。叶片呈弧形，都向中部倾斜。物料搅拌时，沿叶片左右交叉流动，其搅拌效果与锥形反转出料搅拌机相同，且不会产生溢料溢浆现象。这种搅拌机拌筒的径向尺寸较大，问题主要是圆柱部分太短。近年一些大容量的双锥倾翻出料搅拌机，已经把圆柱部分加长，拌筒直径有所减小。

图1-33　倾翻拌筒外形图

1—出料锥；2—大齿圈；3—托轮滚道；4—进料锥

图1-34　倾翻拌筒内部叶片布置示意

1—进料锥；2—圆柱部分；3—出料锥

双锥倾翻出料式混凝土搅拌机拌筒的另一种形式是，拌筒只有一个口，装料和卸料都通过这个口进行，习惯称这种搅拌机为“梨形”搅拌机。

这种搅拌机拌筒的支撑方式与前述双锥倾翻搅拌机不同。这种搅拌机的U形梁1是水平安装的。拌筒是通过一对圆锥滚子轴承支撑在U形梁上的一根心轴10上。搅拌机拌筒驱动是用两台电动机2，通过两个摆线针轮减速器3、两个小齿轮4和与拌筒底部固定的大齿圈5 啮合驱动的。拌筒内装有三块搅拌叶片9，筒内壁镶有耐磨衬板8。搅拌时，拌筒口朝斜上方，与水平面夹角为15°；出料时，拌筒口朝斜下方，与水平面成55°夹角。这种拌筒的优点是容积利用系数最高，可以达到0.5以上。另一个优点是搅拌功率特别小。这种搅拌机虽然也属自落式，也是靠拌筒内叶片将物料提升到一定高度，靠物料自重下落，但它不像鼓筒形那样，物料是自由落体，而是在拌筒内下部物料堆角斜面上由高处滚向低处。这样的物料运动方向，避免了冲击，不会因石块粒径大而砸坏搅拌叶片，特别适合大骨料搅拌。

（4）对开式搅拌机

对开式搅拌机是比利时SGMEJ公司专利。该搅拌机属自落式，也可以做成强制自落式。对开式搅拌机的工作原理如图1-35所示。

进料锥一侧一般只旋转；而卸料锥一侧既可旋转，亦可轴向移动。在两锥中间，有一个能调整压紧力的橡胶垫，能确保两锥在关闭时具有良好的密封性。卸料时，拌筒从中部分开，卸料迅速干净。对开式搅拌机所需功率是双卧轴强制搅拌机的50%，而衬板寿命是双卧轴的两倍，且允许较大尺寸的骨料进入搅拌筒。

图1-35　对开式搅拌机的工作原理

2．强制式搅拌机

与自落式搅拌机不同，强制式搅拌机不是通过重力作用进行搅拌，而是借助于搅拌叶片对物料进行强制导向搅拌。其搅拌叶片可以是铲片形式，也可以是螺旋带形式；叶片可以绕水平轴旋转（卧轴式），也可以绕垂直轴旋转（立轴式）。这种搅拌机的搅拌强度通过叶片速度来确定。与自落式搅拌机相比，强制式的搅拌作用强烈，一般在30～60s 的搅拌时间就可将混合料拌成匀质混凝土。在制备特种混凝土和专用混凝土时，在相同的搅拌质量下则需较长的时间。而用自落式搅拌机根本不可能搅拌特种混凝土，或制备感到困难。在相同的搅拌容量时，强制式搅拌机的驱动功率比自落式的要大，但这个不足可以通过强制搅拌机只需较短的搅拌时间来弥补。在卧轴式搅拌机上，适应的最大骨料粒径可以达到150mm，当骨料粒径超过这一数值时，一般应当优先选用自落式搅拌机。

对同规格的自落式搅拌机和立轴涡桨式强制搅拌机搅拌出来的混凝土样品，经捣实28d正常固化后，作比较试验得出混凝土强度（MPa）比值为：6/6.5、12/12. 5、19/20、28/30、36/（39～50），此时水泥耗量相应为100、200、300、400、500、600kg/m³。这说明，强制式混凝土搅拌机可以提高水泥的经济性和混凝土强度。

（1）立轴涡桨式搅拌机

立轴涡桨式搅拌机是1953年由瑞典的法姆利（FEIMRI）公司研究成功的。图1-36是其结构示意图。

拌筒由拌筒盖1、筒身2、内筒8 所组成，整个拌筒焊接在机架3上。筒身内壁、内筒外壁和拌筒底部分别用螺钉固定有外衬板11、内衬板7和底衬板13，以提高拌筒使用寿命。搅拌机构的传动是由电机4，经两级行星减速器5，带动回转体6实现搅拌机构旋转。在回转体上焊接有若干个搅拌臂固定座，搅拌叶片和内、外刮板通过螺栓固定在搅拌臂固定座上。叶片10和搅拌臂9用螺栓连在一起，调整搅拌臂上下位置，即可调整叶片与底衬板13之间的间隙。搅拌好的混凝土可通过打开卸料门14卸入运输工具中。卸料门与卸料门轴12连接在一起，一般用气缸经拐臂推动卸料门旋转而实现拌筒卸料。

图1-36　立轴涡桨式搅拌机结构示意图

1—拌筒盖；2—筒身；3—机架；4—电机；5—行星减速器；6—回转体；7—内衬板；8—内筒；9—搅拌臂；10—叶片；11—外衬板；12—卸料门轴；13—底衬板；14—卸料门

它的搅拌叶片布置如图1-37所示。

图1-37　叶片布置图

1—外叶片；2—内刮板；3—内叶片；4—外刮板；5—内筒；6—外筒

由内筒5和外筒6构成的圆槽内，布置有4块外叶片1和2块内叶片3。外叶片的作用是将拌筒靠近外环的搅拌物料推向拌筒内环，而内叶片3则是将物料推向外环，实现内外环物料交换窜动。内刮板2和外刮板4的作用是分别刮除黏结在拌筒内外衬板上的混凝土。立轴涡桨式搅拌机的拌筒的中央部分有一内筒，这里被传动装置所占据，实际能利用的只是内外筒所组成的圆环形空间。这种搅拌机拌筒的装料高度不能太高，否则搅拌效果不佳。一般最大利用高度只有拌筒（圆柱部分）高度的1/3左右。由于拌筒容积利用系数比卧轴式搅拌机低，拌筒直径一般都设计得比较大。由于拌筒直径大，因此搅拌叶片的线速度比较高，对于大容量搅拌机，一般限制其最大线速度为3m/s。如果超过3m/s，受离心力作用，粗骨料容易被抛到拌筒的外缘处，产生混凝土离析现象。

为了防止在搅拌过程中叶片卡料，立轴涡桨搅拌机应带有防卡装置。如图1-38所示为常用的一种防卡装置。

图1-38　防卡装置示意图

1—调整螺钉；2—滑动轴承；3—压缩弹簧；4—底衬板；5—搅拌臂

搅拌臂5做成空间弯曲形状，一般用圆钢制作，它支撑在两个滑动轴承2 上，搅拌臂可在滑动轴承中转动。搅拌臂的两侧各焊有一块小板，其中一块是压缩弹簧3的支座，另一块板上装有间隙调整螺钉1。它的动作原理是当搅拌叶片和底衬板4卡入骨料时，搅拌臂会跟随叶片抬起，即搅拌臂绕滑动轴承中心摆动一个角度，在搅拌臂摆动的同时压紧了压缩弹簧3。当被卡骨料释放后，搅拌臂在压缩弹簧作用下又回到正常工作位置。调整螺钉1是用来调整搅拌叶片与底衬板之间的起始间隙的。当叶片磨损后，间隙变大，将调整螺钉向上松几扣，搅拌臂在压缩弹簧作用下，叶片会向底衬板靠近，从而达到间隙调整的目的。每根搅拌臂都有一套如图1-38所示的防卡装置，搅拌臂的水平部分和其他压缩弹簧等零件都装在回转体上（见图1-38所示），并用罩壳保护起来，防止粉尘、水泥砂浆等侵入。因为一台搅拌机的搅拌机构有多条搅拌臂，每一套防卡装置要占据一定空间，而回转体上方的空间有限，安装有一定难度。如图1-39所示为橡胶弹簧防卡装置示意图。

图1-39　橡胶弹簧防卡装置示意

1—调整螺钉；2—铰点支撑；3—橡胶弹簧；4—搅拌臂

搅拌臂4可绕铰点支撑2摆动，橡胶弹簧迫使叶片向下运动，调整螺钉1可调整叶片向下运动的极限位置，即可调整叶片与底衬板之间的间隙。所谓橡胶弹簧，它是用一短矩形橡胶块，厚度约5cm，沿厚度方向钻有若干圆孔，形状如图1-40所示。

图1-40　橡胶弹簧

橡胶厚度及钻多少孔等，要根据叶片释放骨料粒径要求换算到橡胶需要的压缩量，再经压力试验机测试出橡胶变形与压力的关系曲线来决定。采用橡胶弹簧，取材容易，制作简单，它又不怕黏结混凝土，所以这种防卡装置可以放在搅拌机构回转体的侧面，布置空间不像在回转体上部那样受限制。装有防卡装置的搅拌机，卡料的尖叫声明显减少。这对降低能耗和提高叶片、衬板寿命都有好处。

（2）带有反向运动叶片的涡桨式搅拌机

这种搅拌机是上述涡桨式搅拌机的变形，其特点是具有三对在不同平面的正向和反向运动的叶片，如图1-41所示。

图1-41　带反向运动叶片的涡桨式搅拌机

除驱动装置外，涡桨式搅拌机的原理对这种搅拌机结构也是适用的。通过正向和反向运动的叶片的搅拌作用，对于在搅拌过程中有效地利用所产生的能量是有利的。由于搅拌叶片的速度较高，受搅拌动力学及磨损的限制，上述立轴涡桨式搅拌机不适于搅拌料径100mm以上的骨料，而本搅拌机适用的骨料粒径一般不得超过60mm。

（3）立轴行星式搅拌机

立轴行星式搅拌机有定盘式和转盘式之分（如图1-42所示），它也是由立轴涡桨式搅拌机发展而成的。

在定盘式中，搅拌叶片除了绕着自己的轴线转动（自转）外，搅拌叶片组的转轴还围绕圆盘的中心轴旋转（公转）。

图1-42　圆盘式强制搅拌机的原理

圆盘形拌筒由四个支座支撑。搅拌机的顶部装有一台立式电机，经V形皮带一次减速后，与大皮带轮同轴的小齿轮带动大齿轮，使齿轮传动箱围绕圆盘形拌筒的中心轴旋转。齿轮箱内的另一组齿轮，又使装有4 个叶片臂杆的十字接头轴旋转。这样，4个叶片在围绕拌筒的中心轴作公转运动的同时，又围绕其十字轴作自转。从图中叶片的运动轨迹可见，它能对处于拌筒内所有物料进行。

此外，4个叶片也是排列在不同的高度上，从而能对不同高度的料层进行搅拌。叶片的臂杆均装有缓冲装置，叶片的高度也都能进行调节。两个铲刮叶片也是由齿轮箱带动旋转的，在盘底上设有两个扇形卸料口，由气缸操纵扇形卸料门。根据搅拌容量不同，配置在行星架上的搅拌叶片组数也有差异，大型搅拌机上有的配置三组。叶片的大小、形状、高低有不同的组合，以求达到最佳搅拌效果。传动系统有单电机，也有双电机，特大容量的搅拌机甚至有采用三电机驱动的。这种搅拌机叶片的运动轨迹是比较复杂的，它的运动速度和方向也是时刻变化的。正因如此，搅拌物料在拌筒中能得到充分搅拌，除能搅拌一般普通混凝土外，还可搅拌特殊混凝土，如彩色混凝土、发泡混凝土等。转盘式行星强制搅拌机的结构。

在转盘式行星强制搅拌机中，装设搅拌叶片的十字轴，只自转而不作公转运动，它是靠整个圆盘作相反方向的旋转运动，而达到行星强制搅拌作用。这种搅拌机在搅拌时的物料运动轨迹如图1-43所示。

立式行星搅拌机是一种用途广泛、适应性强的机型，将得到较好的发展和应用。

图1-43　转盘式搅拌机物料

（4）立轴对流式搅拌机

这种搅拌机的搅拌筒与行星搅拌筒相同，但是这种结构的拌筒总是回转的，其回转方向可以是对流式（与搅拌叶片回转方向相反），也可以是横流式（与搅拌叶片回转方向相同）。搅拌叶片安装轴相对拌筒的几何中心是偏置的，搅拌叶片绕其轴线旋转时，轴的位置是相对固定的，叶片的运动轨迹与行星式搅拌机相同，搅拌效果也与前述行星搅拌机近似。在特殊使用情况下，搅拌筒内还可以安装一个涡流器，以提高物料的搅拌强度。高速旋转的涡流器产生强烈的摩擦和重力作用，使那些难于溶解的材料或小剂量的材料能快速地得到均匀搅拌、掺入和溶解。这种附加装置（涡流器）特别适合制备细颗粒混凝土时使用。

（5）单卧轴式搅拌机

单卧轴搅拌机是德国ELBA公司的专利产品，20世纪70年代就进入市场。单卧轴搅拌机的搅拌叶片有两种形式，一种是螺旋带式叶片，如图1-44所示。

图1-44　螺旋带式搅拌装置示意图

1—搅拌轴；2—左叶片；3—搅拌臂；4—右叶片；5—拌筒；6—搅拌方向

在搅拌轴上用搅拌臂对称布置有左右两块螺旋带状叶片，螺旋的方向左右相反，都是将搅拌物料从拌筒两端推向拌筒中部。一块螺旋带式叶片占据圆周角107°左右。作业时，物料在拌筒内像一条龙一样，一会儿向左，一会儿向右，从外表上看好像是搅拌物料在整体移动。实际上物料在叶片带动下，强迫物料产生挤压、剪切、搓动等复杂运动，搅拌十分强烈。为了提高叶片的使用寿命，常常把叶片做成100mm左右的宽度；材料用耐磨铸铁等，用螺栓固定在螺旋带式的叶片托板上，以便叶片磨损后更换。

另一种是铲片式的叶片，每片宽200mm左右，高度120mm左右。叶片的排列也是按螺旋方向，只是不连续，我们可以把它当成断续式螺旋。搅拌物料的运动轨迹也和带式叶片相同，都是将物料从拌筒两端推向拌筒中部。这种叶片布置方式的搅拌机构，在作业时，拌筒中的混凝土不断被叶片挑起，好像开锅一样，似乎这种叶片布置方式的搅拌效果比带式的好。通过比较试验，证明两种叶片布置方式的搅拌效果、能耗都没有什么区别。但从制造工艺性来说，铲片式的制作要简单一些，叶片和拌筒衬板之间的合理间隙1～4mm比较容易达到。图1-45所示为拌筒倾翻卸料机构示意图。

图1-45　拌筒倾翻卸料示意

1—拌筒；2—倾翻油缸；3—销轴；4—搅拌方向；5—出料槽

其优点是卸料速度可以人为控制，当接料运输工具已装满时，可以让出料槽上翘，停止卸料，特别适合于手推翻斗车接料运输，因此小型单卧轴搅拌机采用这种方式的特别多。拌筒的倾翻动力，用油缸的比较多，可靠性好。对于大、中型单卧轴搅拌机，因为拌筒外形尺寸大，采用侧开门结构的居多。如图1-46为这种机构示意图。

侧开门卸料机构并不很复杂，但制作要求很高，特别是卸料门的大小形状都必须与拌筒侧面的出料矩形孔配制，如若配合不严，容易产生漏浆。动力源1必须有足够的推力，因搅拌叶片挤压搅拌物料，对卸料门产生一个很大的径向推力，如果调整不好，容易产生漏浆现象。

图1-46　侧开门机构示意

1—电动推杆、液压油缸或气缸；2—摇杆I；3—双头螺母；4—摇杆II；5—卸料门；6—锁轴；7—卸料溜槽

（6）双卧轴搅拌机

双卧轴搅拌机的拌筒内有两根搅拌轴，它们同步回转，相应的就有四个轴支撑和四套轴端密封，因此相同容量的单、双卧轴搅拌机的售价，双卧轴搅拌机相对要稍微高一些。但单、双卧轴搅拌机的性能基本相同。它的两根搅拌轴的转速相等，旋转方向相反，如图1-47中箭头所示。

图1-47　搅拌物料分布示意图

装在这两根轴上的搅拌叶片将拌筒内物料刮向拌筒中间部分，物料在拌筒中的分布如图1-47所示。可看出，拌筒内壁的AB段和CD段，根本接触不到搅拌物料，其衬板可用一般普通钢板制造；而EF、FG（卸料门段）、GH这三段衬板在搅拌时始终与物料相接触，因此这个区段的衬板比较容易磨损。失效后必须更换，而且必须是整体更换。否则衬板因新旧不同，衬板厚薄不同，造成叶片与衬板之间的间隙不同，这样容易卡料，衬板更易磨损和破碎。如图1-47所示的拌筒外形比较适合中、小型搅拌机，因为上部进料口变小了，拌筒的刚性较好。对于大、中型搅拌机，它们大都是作为拌和楼（站）的主机来使用，在搅拌机上方有砂和石进料口、水泥称量斗、外加剂称量装置、搅拌用水计量装置等，希望搅拌机上盖的面积大一些。因此一般把拌筒外形设计成上方下圆形状，即从B、D点向上为垂直线，把AB段和CD段圆弧线拉直，以增大拌筒上口尺寸。拌筒内搅拌叶片布置原则是：使物料在拌筒内合理流动，在尽量短的搅拌时间内拌出匀质混凝土；在搅拌轴旋转的过程中，尽量让参与搅拌的叶片数量相等，以达到搅拌电机负荷均匀，减少冲击；让物料在拌筒内分布均匀，不要在拌筒的局部区段产生堆积，避免个别叶片和搅拌臂过载而损坏。

搅拌叶片的形状是根据拌筒直径、叶片安装角度（一般角度定为40°～45°）、叶片在轴向方向所占搅拌区域长度和叶片设定高度等参数设计的。叶片的弧线部分实际是拌筒直径（衬板内表面直径）构成的圆柱体的斜切剖面（斜切角为叶片安装角，一般为40°～50°）外缘轮廓线的一部分，因为该斜切剖面实际是一椭圆，因此叶片的弧线即是该椭圆的一段曲线。因为叶片的弧线部分与衬板内表面构成一丝间隙，水泥砂浆对这一部位磨损较大。为了提高叶片使用寿命，往往把叶片制成对称形状，当一边的弧线部位磨损后，还可将叶片掉转180°继续使用。

叶片与衬板的间隙大小，对叶片使用寿命、搅拌能耗均有很大影响。如果叶片已经磨损形成很大间隙，操作者又不及时调整，大粒径石子，特别是楔形石块卡入叶片与衬板缝隙之间时，容易造成闷车、搅拌臂弯扭变形、搅拌主轴弯曲等重大事故。进口搅拌机的叶片衬板间隙非常小，要用塞尺才能检测出来，而国产搅拌机因制造工艺等所限，一般只能达到1～4mm间隙的水平。一般将叶片与衬板之间装配为等间隙，也有设计者认为，叶片与衬板之间的间隙应该是变化的，理由是，当砂石料在小间隙之处卡料，叶片继续旋转时，因后部的间隙增大，便于被卡物料的释放，这样物料不容易卡死。另一种变间隙的设计是让搅拌轴回转中心不与拌筒中心重合（如图1-48所示）。

图1-48　变间隙设计示意图

1—搅拌臂；2—焊缝；3—搅拌轴；4—焊缝

图1-49 搅拌臂与搅拌轴固定连接结构示意

图1-48中O₁为拌筒中心，O₂为搅拌轴回转中心，O₁与O₂偏移距离一般为5mm左右，目的也是防止叶片卡料。图中阴影部分是叶片与衬板之间间隙变化示意。

为提高叶片、衬板使用寿命，它们一般都得用耐磨材料制造。

搅拌叶片是通过螺栓连接在搅拌臂上，而搅拌臂与搅拌轴的连接又可分为可拆式和固定式两种连接方式。如图1-49所示的是固定式连接方式。这种连接方式结构简单，搅拌轴光滑无物，不易黏结混凝土，搅拌轴易于清洗。这种搅拌轴可能有焊接变形，两端装配轴承的位置还需精加工，为了安全起见，伸出在搅拌轴外的这些搅拌臂要用薄钢板做成一个圆筒将它们罩起来。这种结构只适于对开式拌筒，或者拌筒端面是可拆式连接结构，否则搅拌轴没法装到拌筒中去。

搅拌臂与搅拌轴采用可拆式连接结构的较多，如图1-50（a）、图1-50（b）、图1-50（c）所示的三种结构较为常见。

图1-50　可拆式连接结构示意图

1—搅拌臂；2—螺栓；3—搅拌轴；4—扇形板

图1-50（a）搅拌轴是方形，搅拌臂分为上下两体，用4条螺栓将搅拌臂抱在搅拌轴上。图1-50（b）所示的结构与1-50（a）结构相似，但下体部分是与搅拌轴焊死在一起。图1-50（c）所示结构是在搅拌轴上焊有一扇形板，扇形板上有3～5个铰制孔，搅拌臂的端部也制成扇形，用3～5个高强螺栓将搅拌臂贴紧在扇形板上。

如图1-51所示的螺母拉紧式结构也是常见的可拆式连接。

搅拌轴的下方锪出一个平面，便于放置垫圈。搅拌轴上方加工出一个宽度为b的长形槽，在搅拌臂的下部将大径D的两边也切去一部分，留下部分的宽度也是b。装配时，让搅拌臂卡入长形槽的两侧台肩，可以防止搅拌轴受力扭转，保证搅拌叶片的正确位置。图1-52为连接套式结构，也是一种可拆式连接。搅拌臂也是做成上下两体式，其上体用平键与搅拌轴相连，靠平键来传递扭矩；下体贴着搅拌轴，用连接套将搅拌臂的上下两体合为一体。连接套是圆筒，两端面有定位止口，和搅拌臂的圆筒形端部止口相配合，搅拌轴末端用大螺母将搅拌臂和连接套并紧。连接套的外径即是整根回转轴的外径，非常平滑，不易黏结混凝土，清洗容易。连接套和搅拌轴构成为一个整体，增强了搅拌轴的抗弯能力，这样搅拌轴直径可以小一些。但这种结构需加工的零件较多，制造成本相对要高一些。

图1-51　螺母拉紧式结构示意

1—搅拌臂；2—搅拌轴；3—垫圈；4—螺母　　　　　　　　

图1-52　连接套式结构示意

1—平键；2—搅拌臂；3—连接套；　　4—搅拌臂；5—搅拌轴

图1-53　活动环安装示意图

1—搅拌轴；2—活动环

在一些大容量搅拌机的搅拌机构上，由于搅拌臂与搅拌轴的连接结构很难没有凹凸部分，而靠近搅拌轴的地方，线速度很低，黏附在这里的混凝土很难自行脱离。如图1-52、图1-53所示，在搅拌臂与搅拌轴的连接部位（一般此处为圆柱面），套上一个椭圆形活动环，它可以起到自动清除黏结混凝土的效果。

搅拌轴强度一般都不是问题，主要是当搅拌叶片发生卡料时，搅拌轴会受到一个很大的径向力，容易使搅拌轴产生弯曲变形。为了增强搅拌轴的抗弯能力，搅拌轴的直径一般都选择得比较粗大。为了减轻质量，如果结构允许时，可用厚壁钢管来制作搅拌轴。

搅拌机构的轴端密封是非常重要的。现普遍使用的浮动密封结构，如图1-54所示。

轴套6空套在搅拌轴5上，通过键14，将轴套和搅拌轴连接在一起，跟随搅拌轴旋转。由粉末冶金制成的一对浮动环3，靠两只O形密封圈支撑在浮动环座7和轴套6上。浮动环座和轴套零件上都有一个带斜度的圆锥面。调整垫16的厚薄，可以调整浮动环座与轴套之间的间隙8，即调整O形圈2的压缩量。间隙δ一般设计为3～4mm，保证在O形圈压缩后传到浮动

密封环上的压力为0.4～0.7MPa。浮动环座用螺钉1固定在拌筒法兰12上。

图1-54　浮动密封结构示意

1—螺钉；2—O形圈；3—浮动环；4—骨架油封，5—搅拌轴；6—轴套；7—浮动环座；8、9—黄油环；10—衬板；11—拌筒侧板；12—拌筒法兰；13—螺钉；14—键；15—垫板；16—调整垫

由浮动环、O形圈、浮动环座和轴套组成两个密封腔，称之为内腔和外腔。内腔由黄油杯8供油，外腔由黄油杯9供油。由拌筒一侧窜进外腔的水泥浆由黄油杯9供给的黄油挤到拌筒内；由黄油杯8供给的黄油主要保持内腔有一定压力，使水泥浆和污染的黄油不易渗入内腔。右边浮动环通过右边的O形圈与轴套圆锥面相接触，而轴套是跟随搅拌轴一起转动的，所以通过摩擦力的作用，右边的浮动环是转动的。左边的浮动环是通过左边的O形圈与浮动环座的圆锥面相接触，而浮动环座是不动的，所以左边的浮动环就可能不转动。这样左右浮动环的接合端面产生相对运动，这个面是一个很窄的特别光滑的环形带，摩擦阻力也非常小。为了保证浮动密封效果，左右浮动环的接触面应该贴紧，而且应保持0.4～0.7MPa的压力。压力太小就会密封不严，内外腔的黄油可能相互渗漏。特别是外腔的被污染的润滑油一旦进入环形密封带，浮动环的光滑表面很快被破坏，浮动密封会马上失效。为了保证浮动环的接触压力，各零件加工的轴向尺寸应该严格控制。在装配前，应该将轴套、浮动环座、O形圈、浮动环这几件试装一次，在压力机上试压，并测量出这几个零件在达到规定压力时的外廓轴向长度，然后按此将成组零件再装到产品上去，用增减调整垫的办法达到压力试验时所测得的外廓轴向长度。浮动环密封面的压力也不能太大，否则会增大密封面的摩擦阻力，加大密封环面的磨损。

浮动环密封的维护是非常重要的，及时加注润滑油才能保持良好润滑。一般要求轴端密封部位的两个黄油杯每工作4h 必须加注一次钙基润滑脂。为了防止轴端密封破坏之后不致损坏轴承，一般搅拌轴的支撑轴承与轴端密封是分离的，轴承座安装在机架上。如果结构设计不允许作为两体，也必须在轴端密封和轴承之间留出泻浆孔。搅拌物料通过设置在拌筒底部中央的卸料门卸到运输工具中。由于双卧轴拌筒内的混凝土都在卸料门的上方，卸料迅速，一般12s左右就能将拌筒中的物料卸尽。如图1-55所示为卸料门示意图。

图1-55　双卧轴搅拌机拌筒卸料门示意

1—拌筒衬板；2—筒体；3—压板条；4—螺钉；5—卸料门衬板；6—卸料门轴；7—橡胶密封条

图1-56　偏置式卸料门结构示意

1—卸料口；2—卸料门

卸料门的轴向长度方向的密封靠橡胶密封条7。当密封条磨损后，可以松开螺钉4和压板条3，将橡胶密封条向里移动一段距离，重新固定即可。卸料门的两端各有一个圆盘，它的径向密封原设计各有一道O形橡胶圈。靠O形圈来密封的缺点是难以调整，卸料门的转动阻力大，现在一般都取消了这道密封，靠装配间隙来保证它的密封效果。在拌筒清洗时会出现漏水现象，但搅拌混凝土时不会漏浆。当间隙过大时，可以在卸料门轴的轴承固定座上增减垫片，保证卸料门与拌筒筒体之间的合适间隙。如图1-55所示的卸料门的几何中心和卸料门轴是同轴线的，其缺点是当卸料门附近的砂浆清洗不干净并有所凝固时，卸料门回转起来阻力较大，卸料门开启的全过程都很费劲。如图1-56所示的偏置式卸料门结构，回转中心O′不与卸料门几何中心O重合，而是偏移约5mm。这种结构的优点是：只是卸料门开启瞬间阻力比较大；而在关门时，间隙由大变小，密封性能也会改善。卸料门的旋转角度一般都是90°。大、中容量搅拌机的卸料大多用双气缸，其中一个气缸活塞杆伸出，另一个气缸活塞杆收回，卸料门轴在卸料时基本上是只承受扭矩。双卧轴搅拌机的容积利用系数为0.35～0.40。

3．连续式搅拌机

连续式搅拌机同其他形式的搅拌机相比，它的投资费用和能量消耗都较小，而且易于同各种混凝土的运输车辆匹配。美国在20世纪40年代就有人致力于连续式混凝土搅拌机的研究，但是由于受连续称量精度的牵制，所以发展迟缓。近年来，由于较好地解决了连续配料和连续称量的难题，所以连续式搅拌机就有了新的生命力。连续式搅拌机有自落式和强制式两种形式。自落式的拌筒为鼓筒，鼓筒是倾斜安装的，鼓筒内壁具有搅拌叶片，它能使物料产生附加的轴向运动，将物料输送到卸料位置。强制式是应用螺旋搅拌原理，有单轴式和双轴式两种。在这种结构形式中，在拌筒中运转的螺旋以适当的转速和螺距，像螺旋输送机一样进行搅拌和输送，将物料推向卸料位置。

（1）卧轴式连续搅拌机

卧轴式连续搅拌机有单轴式，也有双轴式，生产中常采用双轴式。搅拌螺旋安装在开式或闭式的搅拌槽（拌筒）中，一般具有1～2.5m的长度，大都与水平面成15°倾斜安装。骨料和水泥是分别添加的，在短距离混合后，然后加水拌匀。搅拌作用建立在螺旋与搅拌筒内壁之间形成的摩擦及螺旋与物料之间摩擦的基础上。

（2）鼓筒式连续搅拌机

这种搅拌机所用的骨料和黏结剂的配料一般在输送带或称重螺旋输送机上进行。添加水从水管中喷出。其搅拌过程与鼓筒式搅拌机一样，是通过重力自落和受叶片导向沿鼓筒轴线方向运动而进行的。

4．二次搅拌装置

在这种搅拌方式中，先将黏结剂和添加水搅拌成胶质，并加入砂制成砂浆，然后加入粗骨料搅拌成混凝土。二次搅拌有多种结构，如螺旋式搅拌机以及用涡流器作为搅拌装置的搅拌机等。一次搅拌的目的是在强烈的搅拌作用下，让水泥充分分散，使之减少水泥用量。这个目的不是容易达到的，往往因砂石含水量的不定因素达不到应有的效果。因此在较难达到环境温度控制和称量准确度的情况下，采用水泥浆质量称量或流量计量方法是有效的。二次搅拌中砂浆裹石的另一优点是减少了粗骨料在搅拌机内的搅拌时间，降低了骨料破碎引起的粉尘增加的可能性，降低了能耗，提高了叶片、衬板的使用寿命。

如图1-57所示是日本太平洋机械与工程公司制造的专用盘形强制式混凝土搅拌机，为两台叠放，以便于两级搅拌。

图1-57　两级盘形搅拌机

根据两级工艺程序，在快速搅拌机中，首先用部分水预拌水泥砂浆，然后水泥砂浆进入慢速搅拌机中，此时加入大颗粒骨料和另一部分水，进行最终的搅拌。整个循环时间60～90s。两台搅拌机的搅拌过程是同时进行的，在慢速搅拌机中作混凝土搅拌时，在快速搅拌机中进行下一批水泥砂浆的搅拌。快速搅拌机的容量比慢速搅拌机的容量小，前者的容量是后者的1/2～1/3，两台搅拌机的底部都设有卸料阀门。搅拌叶片轴和卸料门是分别驱动的。搅拌机采用微机控制。双级盘形混凝土搅拌机能提高混凝土的匀质性，并能降低水耗5%～10%，说明这种搅拌机能提高混凝土强度和节约水泥，但搅拌过程的能耗以及设备金属消耗量增加了。

三、控制系统

在混凝土拌和站里控制系统是必需的，控制系统的主要功能就是集中地控制整个混凝土拌和站，以确保混凝土拌和站的工作顺利。

混凝土拌和站控制系统的优点有：

（1）能自动配料、连续搅拌、手动卸料装车等全部控制，为了方便维护，控制系统还有手动控制切换功能；

（2）控制系统具有显示各物料的流量和累计量、故障报警信息和参数修改等功能；

（3）动态工艺流程显示，各设备的运行状态；

（4）控制系统具有数据储存时间长，班报、日报、月报和年报的统计及打印功能。

我国混凝土拌和站的研制是从20世纪50年代开始的，在其发展过程中，控制系统也经历了继电器直接控制，继电器直接控制线路简单、触点多、故障率高，现已逐渐被淘汰。随着微电子技术和计算机通信技术的飞速发展，目前混凝土拌和站的控制系统主要有两种方式：一种是“工业控制计算机+显示仪表”方式，另一种是“工业控制计算机+PLC+仪表”方式。

“工业控制计算机+显示仪表”方式如图1-58所示。

图1-58　“工业控制计算机+显示仪表”方式

该控制系统是基于Windows 98/NT/2000/XP为控制平台，主要针对混凝土拌和站的控制，分有一机一控、一机双控及双机单控，工业控制机内置输入输出卡和数据采集卡，每一路称料斗对应一个显示仪表，显示仪表完成称料的显示，显示仪表为混凝土行业专业配料仪表，由数据采集卡来采集显示仪表的显示秤值，由输入卡来采集外围斗门开关状态和电机启停状态信号，工业控制计算机根据这两种信号来决定输出卡的输出信号状态，以此控制外围各个斗门开关和电机启停，达到自动控制生产的目的。

“工业控制计算机+PLC+仪表”方式如图1-59所示。

该控制系统由电子称量、可编程控制器、外围执行器件、检测器件以及电视监视等组成，软件包括监控软件、数据管理软件。可编程序控制器是一级控制单元，实现对生产过程的控制；工业控制计算机作为二级控制单元，其作用是输入或修改各种基础数据和运行参数，显示生产流程，存储统计各种数据、制表打印，实现对生产流程的监控和工厂的管理。

随着PLC技术的飞速发展，硬件配置、软件编程、通信联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步，从而为工业自动化控制注入了前所未有的生机和活力。基于PLC的混凝土拌和站控制系统的设计与应用，已经成为现代生产过程自动化的一个主要发展趋势。

图1-59　“工业控制计算机+PLC+仪表”方式