强制式混凝土搅拌机：结构、控制和生产率分析

采用机械搅拌，不仅能提高搅拌速度和拌和物的均匀度，而且可提高混凝土的力学强度，也能大大地节约劳动力，并提高生产效率。因此，搅拌机械是制备预制混凝土构件产品的必要设备。

（一）搅拌机

1.搅拌机分类

为了适应不同混凝土的搅拌要求，现有的搅拌机种类很多，结构和性能也各不相同，按搅拌原理、工作过程、结构特征可作如下分类。

（1）按搅拌原理分为自落式和强制式

自落式混凝土搅拌机：搅拌机的拌筒内安装若干搅拌叶片，当拌筒旋转时，装入筒内的物料被叶片带至一定的高度，然后借自重下落，周而复始，物料获得均匀的拌和，其工作原理如图3.1所示。自落式混凝土搅拌机的优点是结构简单，消耗功率较小，磨损程度小，易损件少，使用维护也较简单，且可拌制粗集料粒径较大的塑性混凝土，故应用较广。其缺点是靠重力自落实现搅拌，搅拌强度不大，而且转速和容量受到限制，生产效率低，不宜拌制干硬性混凝土。

图3.1　自落式混凝土搅拌机工作原理

—混凝土拌和料；2—搅拌筒；3—搅拌叶片；4—托轮。

强制式混凝土搅拌机：物料由旋转的搅拌叶片强制搅拌的搅拌机。按搅拌轴的布置形式，可分成立轴式强制搅拌机和卧轴式强制搅拌机两种，其工作原理如图3.2所示。其搅拌机构是由垂直或水平设置在搅拌筒内的搅拌轴组成，轴上安装搅拌叶片，工作时，转轴带动叶片对筒内物料进行剪切、挤压、翻转和抛出等多种强制搅拌[其中水平轴（即卧轴式）同时具有自落式的搅拌效果]，使物料在剧烈的相对运动中得到均匀的拌和。

图3.2　强制式混凝土搅拌机工作原理

1—混凝土拌和料；2—搅拌筒；3—搅拌叶片。

强制式混凝土搅拌机搅拌作用强烈，拌和时间短，特别适用于拌和干硬性混凝土和轻质集料混凝土。但这种搅拌机结构比较复杂，搅拌工作部件磨损快，叶片易被粗集料卡住，故一般不宜拌制集料粒径较大的混凝土。

目前，我国主要使用自落式和强制式混凝土搅拌机，这两种搅拌机在结构上存在差异，有若干基本机型，详见表3.2。

表3.2　自落式和强制式混凝土搅拌机的机型

（2）按工作过程分为周期式和连续式

周期式混凝土搅拌机：搅拌机的装料、搅拌和出料按周期分批进行，在前一批拌和物搅拌好并卸出后，才能进行下一批的装料和拌制。这种搅拌机构造简单，容易准确控制混凝土配合比和拌和质量。

连续式混凝土搅拌机：搅拌机的装料、搅拌和出料都是连续不断地进行的。这种搅拌机生产率高，但混凝土的配合比和拌和质量难以控制。

（3）按卸料方式分为倾翻式和不倾翻式

倾翻式搅拌机：搅拌筒的旋转轴线是可变的，卸料时须将搅拌筒倾翻至一定角度，从而使拌和料从筒内卸出。

不倾翻式搅拌机：卸料时，搅拌筒的旋转轴线固定不动。根据出料方式不同，又可分为反转卸料和卸料槽卸料两种。

2.搅拌机型式、代号和基本参数

自落式和强制式混凝土搅拌机的型式、代号如表3.3所列。

表3.3　搅拌机型式和代号

搅拌机型号的编制方法如下：

如公称容量为250 L、内燃机驱动、自落式锥形反转出料的搅拌机应编制为：混凝土搅拌机 JZR250A GB/T 9142—2000；公称容量为350 L、电动机驱动的强制式单卧轴式机械上料的搅拌机应编制为：混凝土搅拌机 JD350 GB/T 9142—2000。

搅拌机的基本参数一般包括出料容量（公称容量）、进料容量、搅拌额定功率、工作周期和骨料最大粒径，自落式和强制式搅拌机的基本参数取值详见表3.4—表3.7。

表3.4　自落式锥形反转出料搅拌机的基本参数

续表

表3.5　自落式锥形倾翻出料搅拌机的基本参数

表3.6　强制式涡桨搅拌机、强制式行星搅拌机的基本参数

续表

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表3.7　强制式单卧轴搅拌机、强制式双卧轴搅拌机的基本参数

续表

（二）给料机械

1.砂石给料机

（1）胶带给料机

胶带给料机由机架、驱动滚筒、改向滚筒、电动机、减速箱、胶带及托辊等组成。电动机经减速带动驱动滚筒旋转，胶带在驱动滚筒带动下传动。在胶带上方装有能上下移动的挡料板，用以调整给料量。

胶带给料机的胶带宽度应宽于下料口的尺寸，一般采用宽度为500 mm左右的胶带。在满足给料速度的情况下，为保证称量精度的要求，应降低胶带的运行速度，可在15～30 m/min的范围内选取。

胶带给料机作为给料设备，具有运行稳定，运转时无噪声，设备磨损小，使用寿命长，能满足一定称量精度要求等优点。因此，作为砂、石的给料设备被广泛地使用。然而，胶带给料机与其他给料机相比，结构复杂，体积大，自重大，造价较高。

（2）电磁振动给料机

电磁振动给料机是一种定量给料设备。它可以输送松散的粒状物料，也可以输送400～500 mm的块料及粉状物料。

电磁振动给料机的结构示意图如图3.3所示。电磁激振器电磁线圈的电流一般是经过单相半波整流的。当电流接通后，在正半周内有电压加在电磁线圈上，因而线圈有电流通过（图3.4），在衔铁与铁芯之间便产生一脉冲电磁力，互相吸引。这时槽体向后运动，激振器的主弹簧发生变形，储存一定的势能，由于板弹簧的作用，衔铁与铁芯朝相反方向离开，槽体向前运动。这样，电磁振动给料机以交流电源的频率，做每分钟3 000次的往复振动。由于槽体的底平面与激振器的激振力作用线有一定的夹角，因此，槽体中的物料沿抛物线轨迹连续地向前运动。

图3.3　电磁振动给料机的结构示意图

1—斜槽；2—连接叉；3—铁芯；4—线圈；5—衔铁；6—机壳；7—板弹簧；8—减振器。

图3.4　电磁振动给料机的工作原理图

—斜槽；2—连接叉；3—空气隙；4—减振器；5—板弹簧；6—衔铁；7—机壳；8—铁芯。

2.水泥给料机械

（1）螺旋给料机

螺旋给料机由电动机、减速箱、螺旋体、外壳等组成，其结构示意图如图3.5所示。电动机经减速箱驱动两端装有轴承的螺旋体旋转，螺旋体推动物料向前移动。为便于密封，机壳采用钢管制成。螺旋给料机适应性好，给料距离灵活，结构紧凑，便于安装。它不但能水平送料，而且可以向上倾斜输送物料。

图3.5　螺旋给料机的结构示意图

1—机体；2—机架；3—空气螺旋体；4—料斗；5—消洗液槽；6—驱动装置。

图3.6　弹簧给料机示意图

1—电动机；2—小皮带轮；3—V形带；4—大皮带轮；5—轴承座；6—安装底座；7—出料口；8—导管；9—料池；10——螺旋弹簧。

（2）弹簧给料机

弹簧给料机由电动机、皮带、机壳、轴承、螺旋弹簧及导管等组成（图3.6）。电动机经三角皮带驱动装有螺旋弹簧的轴高速旋转。此时弹簧以同样转速旋转。为防止弹簧另一端在弹簧旋转时径向摆动，用导管做弹簧的径向定位。

由于螺旋弹簧高速旋转产生的离心力和螺旋弹簧推进力，物料越靠近管壁越密实，越靠近弹簧中心越稀疏。在螺旋弹簧推进力的作用下，弹簧钢丝附近的物料向前运动，远离弹簧钢丝的物料由于物料颗粒间的内摩擦力作用被运动的物料带动向前运动。弹簧给料机结构简单，重量轻，产量高，加工制造容易，使用寿命长，是较理想的水泥给料设备。

（三）计量与控制

目前，一般预制厂均采用重量计量法，而不采用体积计量法，是因为体积计量方法精度较低，且水泥用振动给料器给料，粉尘较大，污染环境，故只用于精度要求低的情况。重量定量秤可分杠杆秤和电子秤两大类。

1.杠杆秤

杠杆秤在中小型预制厂中使用较为普遍。其基本构造是在秤杆端部装一个开关（如水银开关、微动开关、舌簧管等），当料重达到给定量时，秤杆上翘，拨动开关，切断给料系统的电源，停止给料，完成一定称量过程。

杠杆秤的优点是构造简单、制造方便、造价低廉，缺点是称量误差大，尤其是料流的冲击可能使秤杆上翘到拨动开关的程度，而实际上却为欠量，有时则因料流的惯性，使物料超重。杠杆秤改变称量值较麻烦，需要换砣或者拨游砣，在混凝土配合比及搅拌量变化频繁时极不方便，也易出差错。此外，秤上积灰后会影响其灵敏度及精确度。

电磁秤是一种特殊的杠杆秤，由秤杆、秤砣和电磁铁组成。在秤杆上按要求重量的不同位置，将秤砣悬挂在电磁铁所附带的横杆重力臂端头，用电磁铁来控制秤砣的起落，以实现远距离控制。这种秤的优点是在操纵室内可改变称重值，组合方便、灵活，提供了复称的可能性。

2.电子秤

电子秤采用电阻式拉力或压力传感器测定重量，具有体积小、重量轻、结构简单、安装使用方便等优点。电子秤有表盘式和数字式两种。因电子秤的输出是一个电压信号，所以能适应大型或配合比变化频繁的搅拌站对称量精度和自动化的要求，便于实现自动控制。但电子秤对粉尘、温度、湿度、振动等方面的要求较高，否则会影响称量精度。

称量水的装置有以下三种：配水箱、自动定量水表和水秤，它们是一般搅拌站的常备装置。