沥青混凝土转运车集料螺旋设计及应用研究.pdf

2 0 1 2年第 3期 广 东 公 路 交 通 G u a n g D o n g G o n g L u J i a o T o n g 总第 1 2 2期 文章编号 ： 1 6 7 1 7 6 1 9 ( 2 0 1 2) 0 3 0 1 2 7一 o 4 沥青混凝土转运 车集料螺旋设计及应用研 究 徐春惠 ，李 勇 ( 1 广东省石油化工职业技术学校， 广州 5 1 0 3 2 0 ； 2 徐工集团工程机械股份有限公司科技分公司技术中心 ， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 4 ) 摘要： 沥青混凝土转运车是一种新型的路面施工机械， 其核心部件为集料螺旋， 具有搅拌和输送两大功能， 搅拌 的目的是均匀混合料， 减少混合料的离析。对螺旋集料设计方法进行分析并对螺旋集料使用后对沥青混合料的 影响进行研究 。 关键词： 沥青混凝土； 转运车；集料螺旋 中图分类号 ：U 4 1 5 5 2 文献 标识码 ： A O 概述 热铺沥青混合料( H MA) 离析是造成沥青路面 早期破损的一个重 要原 因。为解决 HM A材料离 析这一道路施工中的普遍性问题 ， 国外在 2 O世纪 末 由路面机械专业生产厂家开发设计 了一种新型 的道路施工机 械一沥青混凝土转运车。该设备的 使用对提高路面质量、 增加路面的使用寿命有明 显的效果 J 。 拌和系统是沥青混凝土转运车的重要系统之 一 ，贯穿于 昆 合料在转运车中输送运动的全过程， 作为其核心部件的集料螺旋具有搅拌和输送两大 功能。其中搅拌的目的是均匀混合料， 减少混合料 的离析。本文对螺旋集料设计方法进行分析并对螺 旋集料使用后对沥青混合料的影响进行研究 。 1 集料螺旋搅料机理 螺旋搅拌器在转动过程 中， 由于螺旋叶片的 推拨作用( 实为碰撞过程) ， 沥青混合料将沿圆周 方 向向上运动 ( 升到一定位置 向下塌落 ) ， 同时物 料也沿 轴 向方 向流 动。在 这种 复 杂 的运 动过 程 中， 由于叶片挤入混合料时对 混合料 的剪切作用、 混合料受离心力的抛离作用 、 物料流层 间的剪切 作用以及上下层 混合 料双 向交叉 流动 的拌 和作 用， 使 昆 合料获得充分的搅拌 ， 从而达到均匀混合 料 ， 减少混合料离析的 目的。 2 集料螺旋动力学分析 将螺旋 的搅拌作用简化为螺旋叶片以一定 的 速度对初速度为零的混合料骨料的碰撞， 即螺旋 搅拌器 的搅料过程被认 为是螺旋叶片对混合料 的 碰撞过程。 螺旋旋转时， 搅拌叶片作用在物料上的力， 按 力学原理分解为轴 向推力 和径向剪切力 F ， 见 图 1 。径向剪切力 F 就是使搅拌材料产生翻滚的 力 ， 它使搅 拌材料起始 受力沿 圆周倾斜一 角度 届 ( 图2 ) ， 0为物料的堆积角。其 中的摩擦力及物料 自重则平衡 了切 向力。当圆周力增大时， 倾斜角 也增大 ， 大到一定程度就使物料沿圆周方向翻滚。 图 1 叶片作用在物料上的力分解图 图2 物料受力示意图 一 般情况下 ， 螺旋面对物料的作 用力 F与螺 旋面法线夹角为物料的外摩擦角 ， 0 作为F的分 作者简介： 徐春惠( 1 9 7 3 4一) ， 女， 本科 ， 机械讲师， 研究方向： 机械电气工程。Em a i l ： z l w x c h 1 6 3 c o rn 1 2 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 3期 广东公路交通 总第 1 2 2期 力 ， 轴向力 和圆周切 向力 ， 。 f = F s ( + ) 【 F =F s i n( + ) 式中： 一 螺旋面升角 ， ：a r c t a n ： 27 c S 一螺距； r 一 _ 一 螺旋面上的任意点到螺旋轴的距离； 一 外摩擦角， =a r c t a n ； 一 钢与混合料的摩擦系数 。 显然， 在螺旋面螺距相等的地方， 越靠近螺旋 轴的点， 到螺旋轴的距离 r 越小， 螺旋升角 越大 ( 图3 ) ， 因此圆周力 F 越大， 使物料扭转程度也越 大。当圆周力超过 物料 的摩擦力及 自重时 ， 圆周 力带着物料随螺旋轴翻滚。由式 ( 1 ) 可知 ， 物料最 容易翻滚的地方是靠近螺旋轴的部分， 即靠近螺 旋轴的一部分物料随螺旋轴旋转， 而远离螺旋轴 的一部分物料扭转到一定角度后与圆周切 向力相 平衡 ， 在螺旋面轴 向力 的推动下沿轴 向前 进。因 此在翻滚物料与不翻滚物料之 间存在 一个界面 ， 称为滑移过渡界面 力， 这个界面到螺旋轴线的距离 假定为 r ， 如图 4所示 。 图3 螺旋轴距离与螺旋升角关系示意图 图 4翻滚过 渡界面 根据相关文献的理论分析结果， 在搅料器稳 定输送过程中， 过渡界面处的滑移体受到螺旋面 的作用力6 、 ， 滑移面 力 上 的正应 力 和摩 擦剪应力 0 、 0以及重力而处于平衡 ， 由虚位移 原理得滑移体所作虚功相等， 建立平衡方程为： + + = 0 ( 2 ) 1 2 8 式 中 ： 一 滑移体作 虚位移 ， 旋转一 虚角 妇 ， 螺 旋 面圆周切向应力所做虚功 ； 一 滑移面 上 圆周 剪应 力 T o 所作虚功 ； 一 在虚位移 如 下 ， 物料重力所作虚功。 代入有关的理论分析结果 ， 得 ： 亡( r 一 ) C+ rR l 一 ) ( r + 1 ) tg ( 4 5 。 + 争) c o s O sin a = O ( 3 ) 式中： R 一螺旋叶片的内半径 ； A 一内摩擦角， A= a r c ta n 严 混合料问内摩擦系数 ； 一 物料堆积角 ， 0=1 8 0 ； 一 物料充填系数 ， 4 7 1 2 4 L k l c D3 n p； c 倾斜输送修正系数， c ： 1 ； J9 一移动混合料密度； k 一螺距 Is和螺 旋叶 片直 径 D的 比值 ， k = S D。 物料靠近螺旋轴处 容易 翻滚 ， 因此 当 r 接近 R 时 ， 翻滚角 增 大。当确定一 个接 近 的 r 时 ， 式 ( 3 ) 就是 的三角 函数方程。求解方程 ( 3 ) 得到 值， 当 0 + 的值接近 1 8 0 。 时， 物料就可能 从螺旋的一边翻滚到另一边。为了使物料能可靠 地输送， 应控制 0 + 的值， 使之小于 1 8 0 。 ， 这样才 能保证生产效率。 3 集料螺旋的应用研究 对转运车接料斗和卸料 口沥青混合料级配试 验分析。 3 1 取样位置 ( 1 ) 转运车接 料斗 内左 、 中两个位置 同时取 样 ； ( 2 ) 转运车卸料 口。 3 2 取样频率 ( 1 ) 在接料 斗内 ， 每车一次 ， 共取 5组 ( 5车) 试样 ， 每组左、 中各取一个试样 ， 共计 1 O个试样 ； ( 2 ) 在卸料 口处 ， 取样周期根据转运车材料输 送速度确定， 以混合料从接料斗到卸料口所需的 时间 为准， 共取 5 组， 每组 2 个试样， 共计 1 O 个试样。科研合作单位取 3个样进行抽提筛分平 行实验比较 。 3 3 试验分析 表 1 和表 2 分别是转运车接料斗和卸料 口取 样筛分的结果， 图5一 图7分别是转运车接料斗和 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 3期 徐春惠 ， 李 勇 沥青混凝土转运车集料螺旋设计及应用研究 总第 1 2 2期 卸料 口级配均值 、 标准差及变异系数图示 。 从图 5可以看 出， 转运车卸 料 口和接料 斗处 沥青混合料级配均值没有 明显差异。但从 图 6和 图 7可 以看 出， 卸料 口沥青混合 料级配 的标 准差 和变异系数都比接料斗处小 。这说 明沥青混合料 通过转运车集料螺旋的二次搅拌处理后， 集料离 析情况得到了明显改善。 表 1 转运车接料斗取料抽提 筛分 图 5 转运车接料斗和卸料口处集料级配均值 图6 转运车接料斗和卸料口处集料级配标准差 1 2 9 - 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 3期 广东公路交通 总第 1 2 2期 图 7 转运车接料 斗和卸料 口处集料级酉 变异 系数 4 结语 ( 1 ) 通过转运车集料螺旋对沥青 混合料的二 次搅拌 ， 减少了沥青混合料 的离析 ， 有利于提高沥 青混凝土的路用性能。 ( 2 ) 从实际应用来看 ， 螺旋转速也是影响沥青 混合料离析状态 的一个重要因素 ， 在选择 0 +O L 的 值时， 要充分考虑在保证生产效率 的情况下保持 低转速 。 ( 3 ) 限于篇 幅 ， 本文未对 变螺距和变节径单 头螺旋 的螺旋 方式对 沥青混 合料 的离 析影响进 行分析。 参考文献 ： 1 A T I O O O A型沥青砼转运车操作说明书 R 徐 州： 徐工集团， 2 0 0 2 2 朱梦良， 等沥青混合料离析的有效控制方法 J 筑路机械与施工机械化， 2 0 0 4， ( 2 ) ： 4 6 3 曾利文沥青摊铺机螺旋分料离析产生机理及 解决措施运 用的研究 M 北京：人 民交通 出版社， 2 0 0 5 4 苏斌机械原因造成的沥青路面骨料离析及解 决方法 J 筑路机械与施工机械化 ， 2 0 0 3 ， ( 3 ) ： 4 4 4 5 5 曾利文沥青砼转运车电控液动 自动开合接料 装置的设计、 运用 c 广州： 广东省长大公路工程有限 公司 ， 2 0 0 6 ( 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 4 2 O ) De s i g n a n d App l i c at i o n Re s e a r c h o f M i x t ur e S c r e w f o r As pha l t Con c r e t e Tr a ns po r t Ve hi c l e XU C hu n hu i ，L I Y o n g2 ( 1 G u a n g d o n g P r o v i n c i a l P e t r o c h e mi c a l T e c h n o l o g y S c h o o l ，G u a n g z h o u 5 1 0 3 2 0； 2 X C M G T e c h n o l o gy C e n t e r ， X u z h o u J i a n g s u 2 2 1 0 0 4 ) Ab s t r a c t ：As p h a l t c o n c r e t e t r a n s p o r t v e h i c l e i s a n e w t y p e o f p a v e me n t c o n s t r u c t i o n ma c h i n e r y As i t s c o r e c o n p o n e n t i s t h e mi x t u r e s c r e w f o r b o t h mi x i n g a n d d e l i v e r y ，w h i l e t h e p u r p o s e o f mi x i n g i s t o ma k e mi x t u r e u n i for m a n d r e d u c e s e g r e g a t i o n o f mi x t u r e I n t h i s p a p e r ，the d e s i g n me tho d o f mi x t u r e s c r e w a n d i t s e f f e c t s o n a s p h a l t c o n c r e t e mi x t u r e h a v e b e e n s t u d i e d Ke y wo r d s：a s p h a l t c o n c r e t e；t r a n s p o rt v e hi c l e；mi x t ur e s c r e w l 3O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m