连续式混凝土稳定土搅拌站设计

山东博硕电子有限公司地址:山东省济南市齐鲁软件园A2座3层邮编:250101电话:[phone]传真:[phone]连续式混凝土稳定土搅拌站设计山东博硕电子有限公司张永涛【摘要】本文介绍一种多功能的连续式搅拌站，即可连续搅拌稳定土，也可以连续搅拌干硬性砼。非常适合用于高速公路砼路面、货场、机场、港口等需要稳定材料的工程。解决了我国连续式搅拌站的计量不准确、标定困难、外加剂混合不均匀等问题。【关键词】连续式；低能耗；低成本；减量秤；PLY1500；PID。一、连续式混凝土稳定土搅拌站连续式搅拌工艺在国外的广泛应用，为其带来良好的社会和经济效益。但目前我国仍以间歇式搅拌为主，连续式搅拌工艺还未在我国得到推广。下面我们就一种新型的连续式混凝土稳定土搅拌站（下称连续式搅拌站）进行一些的讨论，籍此抛砖引玉，希望可以促进连续式搅拌站在我国的发展。连续式搅拌站由砂石系统、粉料系统、水和外加剂系统、传输-搅拌-储存系统、低压电器及自控系统组成（见图1），是一种大型的一机两用的全自动混凝土、稳定土搅拌设备。连续式搅拌站搅拌能力强，搅拌均匀迅速，生产效率高。不仅可连续搅拌稳定土，还可以连山东博硕电子有限公司地址:山东省济南市齐鲁软件园A2座3层邮编:250101电话:[phone]传真:[phone]续搅拌干硬性砼，一般适用于高速公路砼路面高效率机械化施工，也应用于货场，机场，港口等需要稳定材料的工程。连续式搅拌站特点：1）主机工作平稳：原材料在相对较长的时间段均匀进入搅拌机，无间歇式突发投料过程。2）成品进车平稳：混凝土在较长时间段均匀进车，无间歇式突发卸料过程。3）空间占用较少：减少了大成品斗及骨料中储斗，高度低、占地面积小。4）耐磨件磨损低：无冲击，平稳搅拌，同时搅拌量少。5）能耗低：装机功率小，同时搅拌量少，原材料少量均匀进入搅拌机而极易混合均匀。6）使用及维护费用低：结构环节少、皮带短、工作平稳。748连续式搅拌机平皮带9斜皮带水泥螺旋5外加剂秤6水秤调节阀2调节阀13骨料秤1骨料秤2骨料秤3骨料秤4水泥秤2预混设备出料口进料口1连续式搅拌站控制系统液剂管道图1山东博硕电子有限公司地址:山东省济南市齐鲁软件园A2座3层邮编:250101电话:[phone]传真:[phone]①骨料配料采用电子皮带秤。②水泥配料采用减量秤，水泥秤用软连结连接到水泥螺旋。③物料先进入一级搅拌预混设备，在预混设备中先进行拌和。④预混料进二级搅拌缸料口。⑤外加剂配料采用减量秤，用软管与液剂管道相连接。⑥水配料采用减量秤，用软管与液剂管道相连接。⑦加长连续式搅拌机可以边搅拌边将拌和料向前推进到出料口。⑧搅拌机出料口。⑨搅拌站控制系统。二、系统设计（一）机械系统设计连续式搅拌站和间歇式搅拌站有很大的不同，在机械设计上笔者建议注意以下几点。1）骨料配料采用电子皮带秤上料。这样有两个明显的好处。其一，与间歇式配料机相比，每秤节约一个料仓；其二，皮带秤应用在骨料秤上与减量秤相比，可以直接使用装载机上料，不必考虑减量秤上料死区的问题。2）水泥、水及外加剂配料采用减量秤。水泥是整个生产线成本控制、质量控制的核心。减量秤的计量方式能提供更高的计量精度，而且长期稳定性要远远高于螺旋秤。山东博硕电子有限公司地址:山东省济南市齐鲁软件园A2座3层邮编:250101电话:[phone]传真:[phone]更为关键的是减量秤的标定非常的简单方便，应用静态秤的标定方法即可实现减量秤的标定，这对于普遍存在的稳定土、混凝土生产企业中，操作人员文化程度偏低的现状来说，尤为重要。在大多的稳定土生产中使用流量计，甚至直接使用容积法来进行液剂计量，这在稳定土的低标准要求下其计量精度是可以接受的。流量计精度较差的同时，还存在现场校准极其困难的问题，如果用来生产混凝土则其精度难以达到要求，尤其是外加剂计量，采用流量计更加不合理。所以此处建议采用减量秤，校准方便并且计量精度高。3）采用两级搅拌。第一级搅拌缸为双卧轴强制式搅拌；第二级搅拌缸为加长双卧轴强制式搅拌。其优点：①两级搅拌可以更灵活的调整生产工艺，保证水泥砼的搅拌按要求的工艺进行；②在保证足够长的净拌时间前提下，使用两个拌缸可以减少每个拌缸的长度，避免了采用单一长拌缸结构，对钢材强度要求过高等一系列的问题；③第二级搅拌缸的位置可以灵活布置，对稳定土的生产可以直接使用一级搅拌；4）水和外加剂的卸料可以采用调节阀来控制。在连续式搅拌的生产过程中，没有大量物料短时间进入密闭空间造成搅拌机内气压剧增，依靠重力自然卸水困难的问题，所以水和外加剂的卸料无需增压泵，直接使用一个开度可以连续调整的调节阀即可满足减量秤配料的需要，且体积小、安装简便。山东博硕电子有限公司地址:山东省济南市齐鲁软件园A2座3层邮编:250101电话:[phone]传真:[phone]/85）水和外加剂先通过液剂管道进行充分混合再进入搅拌机。在间歇式搅拌站的投料过程中，一般是先将外加剂投入水秤中，使外加剂与水充分混合后再进入搅拌机，这样能使外加剂尽量的均匀的掺入混凝土中。而在连续式搅拌站中采用的是连续的减量式卸料，显然不能采用将外加剂先投入水秤中再一并投入搅拌机中的方法，此处我们可以采用一个相对较长的液剂管道（如图1所示），液剂卸料口在卸水口的下游，外加剂经水的冲刷可以先充分的溶入水中再进入搅拌机，这样非常有利于外加剂均匀的掺入混凝土中。6）设计料仓出料口大小可调，并正确的选用输送设备。生产时输送设备大部分时间运转在额定输送量的60%~70%为最佳。一般设备在输送率过低时，系统稳定性差。7）传感器量程选用适当。传感器选用到其量程的60%~70%，信号变化范围宽，对提高称量精度极为有利。8）减量秤相关设备。对于减量秤来说，机械结构设计要确保物料流动性好，同时保证补料时间短，补料不应过于频繁。9）在砂仓安装含水率测试仪，自动调水调砂，保证混凝土的质量。德国弗朗兹-路德维希测量和控制技术有限公司生产的微波-湿度测量探头可以很好的完成这个设计。山东博硕电子有限公司地址:山东省济南市齐鲁软件园A2座3层邮编:250101电话:[phone]传真:[phone]（二）、控制系统设计1.1.减量秤简介水泥、水和外加剂采用减量秤进行计量是本系统的关键技术之一，对于现阶段大量使用间歇式搅拌站系统的厂家来说，减量秤还是一个新鲜事物，此处进行简单介绍。减量秤的全称是差分式减量秤，也叫失重秤（英文Loss-in-weight）九十年代开始应用于连续计量的工业过程控制中。减量秤是将称量斗及给料机构作为整个秤体，通过连续的对秤体进行重量信号的采样，计算出重量在单位时间的变化比率作为瞬时流量，再通过各种软硬件的滤波技术处理，得出作为控制对象的“实际流量”。然后通过PID反馈算法，进行逼近目标流量的控制运算，输出调节信号去控制变频器、调节阀等给料机构。从原理上可以看出，它不受秤体与给料机构的机械变化影响，只是计算单位时间的重量差值，与传统动态计量手段相比，其长期稳定性、计量精度、易标定、易安装使用等方面的优点是不言而喻的。对于控制对象为流量，而且物料可输送性好，计量精度要求高时，采用减量法计量是一种最佳方案，其在计量精度上已经接近静态秤。由于国内连续式搅拌设备计量停留在传统的方法上，因此，减量秤应用前景将十分广阔。减量秤在稳定土搅拌、混凝土连续搅拌、沥青连续搅拌站上的应用，将对连续式搅拌工艺的革新起到关键性的作用。山东博硕电子有限公司地址:山东省济南市齐鲁软件园A2座3层邮编:250101电话:[phone]传真:[phone]/82.2.控制工艺流程连续式搅拌站工艺主要有以下几个流程：1）开始生产后各原材料按其距搅拌机进口的距离顺序启动均匀配料过程、同步到达拌缸口；2）各物料按比例均匀进入搅拌机进料口；3）搅拌机回旋搅拌的同时将料向前推进,料从进口开始搅拌、推进到出口即变为成品；4）生产到预先设定方量后，各物料按距搅拌机进料口的距离顺序停止；5）从启动生产到生产结束，配料、搅拌、推进、出料是连续进行的。3.3.本设计选用的控制系统在本设计中，控制系统选用山东博硕电子有限公司专门为连续式搅拌站设计的PLY1500配料控制器。它将八个秤集成在一个仪表中，每个秤可以配置为皮带秤或者是减量秤；支持各种测速信号，包括脉冲、电流等；采用MODBUS通信协议，特别方便组态。关键之处还在于它采用了优化的PID控制，系统控制精度和反应速度大大的得到了优化。对于当前大部分混凝土设备生产厂家没有连续式搅拌站设计经验来说，无需研究控制算法即可应用专业的控制算法达到很高的控制精度是很难能可贵的。相对于每路单独使用皮带秤和减量秤分别控制的方案，在设计简便、成本控制及配料精度等方面有天然的优势。山东博硕电子有限公司地址:山东省济南市齐鲁软件园A2座3层邮编:250101电话:[phone]传真:[phone]选用PLY1500配料控制器的另一个好处是无需PLC，所有的开关量输入输出点都直接连接PLY1500，只需要简单的设定一些仪表参数，即可实现全自动的连续式搅拌站的生产。针对上述工艺流程最少只需：1）设定各个秤的延迟启动停止时间；2）按配比设定各秤流量；3）启动生产。三、结语本设计一机两用，搅拌能力强，搅拌均匀、迅速，生产效率高。既可以连续搅拌稳定土，又可以连续搅拌干硬性砼，适应高速公路砼路面高效率机械化施工要求。连续拌和大大提高生产效率，设备单位投资减少，设备故障率和能耗降低，经实际测算，与生产能力相当的间歇式搅拌站相比，其投资减少约1/3。在当前交通运输行业大力推进“节能减排”、“低碳环保”的背景下，由于连续式搅拌站在生产效率、节能环保等方面的优势，将会得到越来越广泛的应用。