3第三章稳定土拌合机械设计

第三章稳定土拌合机械设计§3.1稳定土拌合机械的用途，类型及作用原理一、用途稳定土拌合机械是修筑道路稳定基层的一种专用机械。其作用是将土壤（包括土、骨料、粉煤灰）、稳定剂材料（水泥、石灰、沥青）、水根据工程设计的配比拌合均匀。二、类型按拌合工艺不同分路拌机和厂拌设备两大类。§3.1稳定土拌合机械的用途、类型及作用原理1、路拌机即在路基上就地拌合施工的机械。（1）特点：所需配套设备少，所占施工场地少，机动灵活，成本低，但拌合计量精度较低。（2）种类：按行走方式分：轮胎式：机动性好，稳定性、附着性不如履带式；履带式：附着力大，稳定性、通过性好，机动性差。§3.1稳定土拌合机械的用途、类型及作用原理按移动能力分：自行式、半悬掛式、拖式；按转子旋转方向分：正转式：作业阻力小，破碎性差，拌合质量差；反转式：破碎性、拌合质量好，但阻力大，消耗功率大。按转子布置方式分：转子后置式、转子中置式。§3.1稳定土拌合机械的用途、类型及作用原理2、厂拌式——稳定土厂拌设备即将土、碎石、水泥、石灰、粉煤灰、水等按一定级配，在一固定地点搅拌均匀的专用设备。特点：采用定量级配，叶桨强制搅拌；级配精度高，拌合质量好；但所需配套机械多，占场地大。§3.1稳定土拌合机械的用途、类型及作用原理三、路拌机的作用原理路拌机工作是通过转子旋转带动转子上的刀具经如下几个过程完成拌合的。1.切削，由刀具将土壤切削起；2.抛掷，切下的土壤被刀具抛起抛向转子罩充分破碎；3.搅拌，刀具旋转过程中，将堆集的松土等其它材料搅拌均匀。四、主要性能参数宽度、深度、速度、功率、拌合精度、计量精度。§3.1稳定土拌合机械的用途、类型及作用原理五、结构组成1、基础车转子后置式：整体车架，偏转前轮转向，前部设配重箱，行走、转子均为液压驱动，转向桥为摆动式，刚性悬挂。转子中置式：整体车架，刚性悬挂，前后轮全轮偏转转向，行走液压驱动（便于控制），转子机械传动（目的提高效率，可提高20%），前桥为转向驱动桥，后桥为摆动式。§3.1稳定土拌合机械的用途、类型及作用原理2、转子工作装置后置式:转子、罩壳、举升臂、操纵油缸等；§3.1稳定土拌合机械的用途、类型及作用原理中置式：仅为悬掛方式不同。§3.1稳定土拌合机械的用途、类型及作用原理3、粘结液和水的计量喷洒系统§3.2路拌稳定土拌合机设计计算一、拌合宽度及深度确定1、稳定土拌合机拌合宽度的确定应根据被处理路基的宽度适当考虑重叠量，以最少整倍数为好。即：一般取2.0～2.4m。其中：B：被处理车道宽度m；n：稳定土拌合机通过的趟数；Δb：两趟间重叠宽度0.1～0.2m。轮距：2～2.2m，轮胎外沿宽度2.5～2.6m，若宽度过大会使工作质量及配重过大，整机性能降低，且转子驱动马达在外也会影响通过性。nbnBb1§3.2路拌稳定土拌合机设计计算2、拌合深度应以路基施工标准和规程来确定，一般路基稳定土层厚度，单层＜20cm，两层26～28cm，机场单层30cm，故稳定土拌合机拌合深度一般取300～400mm。二、转子的直径、转速确定1、转子直径D（刀刃圆规迹半径）根据拌合深度确定，一般≮700～900mm，最小直径Dmin≥0.9D，即刀具磨损后最小直径。一般用低速大扭矩马达驱动选1.2～1.3m；高速马达驱动为0.9～1m。2、转速根据切削速度确定，据实验切削速度Vpe不应超过14m/s，过大功率消耗与刀具磨损过大，过小生产率低。即：n=Vpe/πD(转/秒)=60Vpe/πD(转/分)；一般取Vpe＝9～13m/s。§3.2路拌稳定土拌合机设计计算三、工作速度拌合机的工作速度取决于滚筒截面上的刀数及切削土屑的厚度。根据实验，土屑最佳切削厚度h1＝2～5cm；截面铣刀数为Z：一般Z=4～6把，多数用6把；则工作速度：VP＝h1×n×Z(m/s)切削厚度增加，生产率提高，但破碎性降低，据实验粘土要达规定粉碎质量，其最大切削厚度应为2～5cm，且粘性越大，越应取小值。目前作业速度一般0～3km/h左右，行驶0～20km/h，实际拌合作业一般0.5～1.5km/h铣削作业0.2～0.5km/h，此时泵排量应为15～50%。四、整机质量与桥荷分配：对后置式：前桥30±2%；对中置式：后支承桥≮30%。整机质量在满足整机稳定性要求的前提下，越小越好，一般拌宽在2.0～2.3m间的机重为13～16T。§3.2路拌稳定土拌合机设计计算五、铣刀的安装布置铣刀沿铣削滚筒宽度方向应成螺旋布置（目的在任何时刻与土壤接触的刀刃数相同）。一般相邻排两刀间夹角，在垂直于转子轴线方向平面内12～40°（个别达60～65°）；过小易粘土，过大载荷不均。刀刃切土角：45～55°,过大阻力大,过小不利于抛土;相邻刀盘间隙：一般取刀刃宽度的1～1.24倍；刀刃宽度：60～130mm；刀刃厚度：7～15mm。§3.2路拌稳定土拌合机设计计算六、发动机功率及转子驱动力矩计算稳定土拌合机发动机功率主要消耗于：牵引行走、铣削土壤及其它附助功率。1、切削土壤所耗功率N1（kw）其中：n：转速（rpm）；Z：铣削滚筒铣刀数；h1：切屑厚度（m）；h：切削深度（m）；b：铣刀宽度（m）；P0：土壤切削阻力（Pa）Ⅰ级土壤：70～80kPaⅡ级土壤：130～140kPaⅢ级土壤：200～220kPa如为预先耙松的土，相应降低15～20%。nZhbhPN101601§3.2路拌稳定土拌合机设计计算2、抛掷土壤所耗功率N2(kw)其中：k0：抛掷系数，窄刀：0.75，宽刀：1；m：每秒抛掷土的质量（kg）；v0：铣刀圆周速度(m/s)；B：铣削宽度（m）；h：铣削深度（m）；ρ：土的密度（kg/m3），ρ=1800～2000；vp：平均行驶速度（m/s）。20008.920002002002vBhvkmvkNp§3.2路拌稳定土拌合机设计计算3、拌合机行驶阻力所耗功率N3（kw）其中：G：机械重量（T）；f：滚动阻力系数，一般为0.15～0.19（取决于土壤种类、强度及轮胎气压，见下页表。）vp：平均工作速度，因为正常工作时v＝0.5～1.5km/h，所以vp＝8～9m/s；一般情况下转子反转式稳定土拌合机：行走功率：占15～25%；转子功率：占75～85%；正转式稳定土拌合机：行走功率：占5～15%；转子功率：占85～95%。ppvfGvfGN8.93§3.2路拌稳定土拌合机设计计算轮胎在土壤中的滚动阻力系数f及附着系数φ土的相对湿度轮胎气压（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§3.2路拌稳定土拌合机设计计算4、发动机所需功率其中：η1：发动机到滚筒间传动效率（液压传动65％，机械传动：75~85％）；η2：发动机到驱动轮传动效率，一般可取65％；N4：喷洒系统等辅助功率，一般可取10~15％；另外，可按经验初选：其中：h：拌合深度；B拌合宽度。423121NNNNN2/220~180mkwhBN§3.2路拌稳定土拌合机设计计算七、铣削滚筒轴扭矩Mkp（Nm）其中：n：转速（r/min）最大扭矩Mkpmax其中：k1为动载系数,k1=1.5～2;转子上每把拌刀所受作用力P0KP其中：z为同时作用拌刀数；D为转子作用半径。nNNMKP)(3021KPKPMkM1maxzDMPKPKPmax02§3.3稳定土拌合设备设计§3.3.1稳定土厂拌设备的类型，主要结构组成一、稳定土拌合设备的类型1、按生产率分：小型：Q＜200T/h；中型：Q=200～400T/h；大型：Q=400～600T/h；特大型：Q＞600T/h国外已形成200～1200T/h的系列化产品。国内主要为50～300T/h的中小型产品。2、按搅拌器型式分：非强制跌落式：依靠不断提升，下落搅拌（也称滚筒式）强制间歇式：即每一锅每一锅搅拌，搅拌器为叶桨式；强制连续式：单卧轴强制连续式；双卧轴强制连续式（目前应用最多）。§3.3.1稳定土厂拌设备的类型与主要结构组成3、按移动方式分：移动式：将全部装置安装在一个专用底盘上，可及时转移场地，设备吊装无需专用吊装机具，依靠自身液压机构可实现，主要为中小型拌合设备；分总成移动式：将各主要总成分别安装在几个专用底盘上，形成多个半挂车（或全挂车），现场安装需借助起吊机具，布置形式可根据现场调节，主要为大中型，公路工程采用较多；§3.3.1稳定土厂拌设备的类型与主要结构组成部分移动式：将主要几个总成安装在一个或几个专用底盘上，其他（小部件）则拆移安装，主要为中大型；可搬移式：即将各主要总成分别安装在几个机架上，转移时通过拆卸，吊装到运输车辆上转移场地，此种形式结构简单成本低，为我国所多用；§3.3.1稳定土厂拌设备的类型与主要结构组成固定式：即固定安装在选好的场地上，一般不搬移，通常为大型或特大型。§3.3.1稳定土厂拌设备的类型与主要结构组成二、主要结构组成主要组成：矿料配料机组、集料皮带输送机、结合料储存与配给装置、搅拌器、水箱及供水系统、电控系统、成品料输送皮带、成品料储斗等组成。§3.3.1稳定土厂拌设备的类型与主要结构组成1、配料机组一般由2～4个料斗，配料计量皮带输送装置，皮带输送机及机架等组成。作用：将物料从料斗中带出并计量（或称量），按规定配比将物料参配并输送到集料皮带输送机上。计量方式：一般为料斗闸门开度（1～200mm）+可调速电机（用于改变速度），或+重量计量方式调节，国外先进设备已开始应用连续自动测湿度装置。§3.3.1稳定土厂拌设备的类型与主要结构组成2、集料皮带输送机作用：用于将配料机配好的集料输送到搅拌器中。结构：为普通皮带输送装置。3、结合料（水泥、石灰等）储存配给总成作用：用于存储水泥或石灰等粉状结合料，并将其计量输送到搅拌器中。型式：有立式、卧式两种。立式：占地面积小，容量大，出料顺畅，主要用于固定式。卧式：安装和转移方便，广泛应用于中小型设备上。组成：仓体、机架、螺旋输送装置、粉料计量装置等组成，其中计量装置有容积式和称重式两种，目前因容积式结构简单成本低，工作可靠，而被广泛采用。§3.3.1稳定土厂拌设备的类型与主要结构组成4、搅拌器作用：用于搅拌物料使其均匀混合；型式：滚筒式、叶桨式；连续式、间歇式；单轴式、双轴式；有衬板式、无衬板式。组成：壳体、叶桨、驱动装置。§3.3.1稳定土厂拌设备的类型与主要结构组成5、供水装置作用：存储并向搅拌器计量、喷射水；型式：手动控制式、自动控制式；组成：水泵、水箱、管路、调节阀、流量计、喷嘴等。6、其他装置成品料输送皮带装置；成品料储斗（5～8m3）；电器控制装置（系统）。§3.3.2总体设计及主要参数确定一、配料机组的设计配料机组一般由2～4个配料机组成，各配料机结构尺寸见图。1、料斗上部几何尺寸确定（1）配料斗上部总高度应根据装载机最大卸载高度确定，装载机的最大卸载高度一般为2.6～3.0m，故总高度一般应≯2.5m；（2）配料斗上部宽B应不少于装载机的最小斗宽度。装载机斗宽一般ZL50以下者为1.8～3.0m