WCB300稳定土厂拌设备配料机组研究

WCB300稳定土厂拌设备配料机组研究

第一章绪论

随着国民经挤的迅速发展，国家对道路、桥梁及城市基础设施建设的投入大增。尤其是2000年以后的10~20年是中国公路建设的重要的历史时期，这个时期为我国的工程机械及其成套设备提供了难得的发展机遇。为了满足交通量和车辆轴载日益增加的需要，公路建设对道路的整体性能要求越来越高，采用稳定土强化道路的基层和底基层，是提高道路整体强度、水稳性以及延长道路使用寿命的一种非常有效的措施。

稳定土厂拌设备是路面工程机械的重要机种之一，是专用于拌制各种以水硬性材料为结合剂的稳定混合料的搅拌机组，其将土、碎石、水泥、石灰、粉煤灰、水等材料按施工配合比在固定地点进行均匀拌和。由于混合料的拌制是在固定场地集中进行，厂拌设备具材料级配准确、搅拌均匀、节省材料、便于计算机自动控制统计打印各种数据等优点，因而广泛用于公路和城市道路的墓层、底基层施工，也适用于其它货场、停车场、机场等需要稳定材料的工程。

1.1稳定土厂拌设备的发展现状和发展趋势

双卧轴强制式搅拌设备是相对于间歇式搅拌设备而言的，二者在计量原理、搅拌原理、混合料特性等方面均有不同。其本质区别是：双卧轴强制式搅拌设备是一条流水生产线，此产线使搅拌工艺的所有工序在时间上重合；在空间上连续：而间歇式搅拌设备则是一台单机，其让搅拌工艺过程的所有工序在空间上重合，在时间上连续。

1.1.1 稳定土厂拌设备国外和国内发展水平

WCB系列模块式稳定土厂拌设备采用工业微控制系统，具有搅拌均匀，生产率高、级配种类多、模块化程度高，便于安装、调试、维护等特点。在国家工程建设领域，尤其是路基路面工程施工中得到了广泛的应用。美国ASTEC公司于80年代中期，推出丁集中了连续式和强制式搅拌双重优点的“双滚筒”专利，把双卧轴强制式搅拌设备的优越性发挥得淋漓尽致。

稳定土厂拌设备在国外发展较早。有关资料表明：在80年代初，前苏联科列明楚克筑路机械厂己生产有生产率为240t/h，主机为连续作用的双轴叶片式稳定土厂拌设备:日木新泻铁工所生产有NM系列生产率为40-300t/h和NDM系列生产率为120-600 t/h的两大系列稳定土厂拌设备，主机分别为双轴叶片连续式和鼓筒式。国外产品均各具特色，不同厂家有不同的风格.目前法国SAE公司、澳大利亚ARAN公司、意大利MARIN公司等厂商生产的稳定土厂拌设备，在国际市场上有较高的知名度，其产品技术具有一定的代表性。

发达国家生产的稳定土厂拌设备集料计量大多采用自动控制的连续称量技术，级配准确、精度高，搅拌器结构随厂家不同而各有特点，但都具有传动合理、适应性强、拌合效率高、使用寿命长和易于保养等优点，同时重视采用计量、防污染、防离析等方面的新技术，并在不断改进和发展。

20世纪90年代之前，我国的公路基层材料主要采用路面现场拌和(路拌)施工工

艺。从90年代开始研制稳定土厂拌设备，至今已生产近千台套，在我国公路建设事业

中发挥着重要作用.生产制造厂已从开始的一两家增加为多家，产品品种规格较少。生

产率在50-300t/h，虽然在技术性能、外观质量、耐用性、制造精度等方面和国际先进

设备相比还存在一定的差距，但是国产设备基本技术性能一般都能达到施工技术规范所规定的要求.因此，在路面机械市场上和已投入使用的稳定土厂拌设备中，大多数是国产产品，进口产品较少。同其它路面机械产品相比，我国的稳定土厂拌设备生产能力是较强的。

1.1.2 稳定土厂拌设备的发展趋势

稳定土厂拌设备发展趋势可归纳如下几点：

1. 设备大型化

机械化施工设备的配套性要求，促使稳定土厂拌设备的向大型化方向发展。近年市场对稳定土厂拌设备生产率的需求已从前几年的100t/h上升为300-400t/h还有进一步发展为600-800t/h的趋势。

2. 细粒料动态含水率控制

水量的多少对水硬性结合料的力学性能和施工性能有着重要的影响，因此所有厂拌设备都必须能进行精确的水计量和控制，原材料中含水率受气候影响变化较大，特别是砂料、粉煤灰等细料的含水率变化更大，含水串的变化直接影响到搅拌过程中的供水量和骨料级配的准确性。影响稳定土含水率的主要因素是小杜径集料含水量的不均匀，只有对小粒径集料的含水率和稳定土成品料的含水率进行有效的监控，才能实现有效的自动控制，从而保证成品料的质量.目前的问题是连续动态检测取样装置的精度、寿命和由此而带来产品成本的增加。

3. 结构模块化

可解决大型化所带来装、拆、吊、运等不利因素，既有利于制造厂生产和产品系列化，又符合公路工程施工的特点.结构模块化是固定式稳定土厂拌设各的必由之路。另外，多数厂家生产的稳定士厂拌设备，都由多个总成相互组配而成，因此，在保证设备基本性能的前提下，标准化的模块可以根据用户实际需要进行不同的组合，其总体布局亦可根据用户施工场地的要求而变化。

4. 扩展多用途厂拌设备

为了扩大厂拌设备的使用范围，使稳定土厂拌设备不仅能拌制稳定土材料，还能拌制各种属于冷拌范围的路面材料，如碾压混凝土，乳化沥青混凝土等。国外一些生产厂家正在研制多用途的厂拌设备，这种厂拌设备具有连续搅拌作业和间歇搅拌作业两种功能，通过在控制室操作键盘可方便地转换物料计量程序，实现物料的连续计量与输送，或分批计量与输送。在连续计量时，搅拌器中的搅拌桨叶安装角度一致，构成常用的双卧轴强制连续搅拌器，可满足连续生产稳定土材料的需要。在间歇计量时，搅拌器中的各个桨叶通过改变安装角度，使物科在搅拌器中循环运动，构成双卧轴强制间歇搅拌器，其搅拌时间可随意设定，这种分批计量与搅拌的工作方式，能满足拌制水泥混凝土或其它需要长时间搅拌特殊材料的需要。

5. 建立用户联络控制中心

通讯技术发展迅速，一些厂家便充分利用国际电话网络等先进可靠的通讯手段与电子计算机技术，同用户建立直接联系，在生产制造厂家设立控制中心飞控制中心的计算机和用户厂拌设备的控制计算机通过国际通讯网络联网，用控制中心的计算机能及时查询用户设备的工作运转情况，亦能方便地调节和改变用户设备的工作状古，让用户尽快掌握厂拌设备的使用技术。目前，这种利用控制中心为用户提供服务的机构在发达国家已经出现，并愈来愈多的被实际应用。

1.2连续式计量方法在搅拌设备上的应用

1.2.1 连续式计量方法在连续式搅拌设备上使用现状

连续式搅拌设备包括：稳定土厂拌设备、水泥混凝土连续式搅拌设备、沥青连续式搅拌设备。就计量精度而言，目前这些设备还不能与间歇式搅拌相提并论，这也是连续式搅拌方法受不到广大用户育睐的主要原因之一。科学分析表明，这两种计量方法决定的搅拌工艺都有其适用的场合，不能由于暂时的技术限制而影响连续式搅拌的推广应用。

目前，我国连续式搅拌设备均采用容积法或皮带秤/螺旋秤两类来计量，七十年代

从欧洲引进开发连续搅拌工艺至今，一直未有突破。事实上，这两种计危方法在欧洲使用能够达到很高的计量精度，例如德国申克(Scheck)的皮带配料秤，动态配料精度可以达到2%，而在中国却不行，原因在于我国机械制造及材料等基础工业的落后。目前我国公路行业使用的皮带秤计量精度一般只能达到5%，与容积计量相差无几，长期稳定性较差。

1.2.2连续称重的革命一减法秤

减法秤(或称失重秤)是九十年代开始应用于工业过程称重的连续计量技术。减法

秤正逐渐替代皮带种、螺旋秤，甚至累加秤，作为一种全新的计量方法，正逐步应用到更多的物料计量领域。

减法秤将称量斗和给料机构作为秤体，通过仪表或上位机不停地对秤体进行重量信号的采样，计算出单位时间内的重量变化率作为瞬时流量，再通过各种软硬件建波技术处理，得到可以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等给料机控制器。

随着电子控制技术的飞速发展，减法秤通过采用新的技术，其计量精度由0.3%-0.5%提高到了0.1%-0.2%，甚至到超过静态秤，这一新技术的核心即数字式称重传感器的应用。

为了满足动志测量的需要，称重系统中作为系统输入端的传感器至关重要。特别在需要智能化的场合，传感器的直接或间接安装己必不可少，此时测量不确定度和测量速度往往是一对矛盾，两者很难兼得，需要根据实际情况拆衷选择。在称重领域，我国目前大量生产和使用的都是传统的模拟式传感器，模拟信号的输出电压值较小。以生产量最大、采用电阻应变原理的称重传感器为例，一般最大输出电压值为30-90mV，信号易受射频千扰，电缆传输距离也短，通常在10m以内。

在使用多个传感器并联的容器称重系统(料斗科式配料秤)、平台称重系统或秤桥

(汽车衡或轨道衡)中，利用数字系统可实现“自校准” 。这是因为多通道的数字传感

器系统，不存在阻抗匹配问题，用户输入各传感器的地址、科量和灵敏度，即可自动进行秤的“四角”或“边角”平衡，不必一次次地反复调整信号：而在模拟系统中多个传感器关联接线后，每个传感器的特性就不再是可辨别的了，校准时需在每一个传感器上施加硅码并利用接线盒中的分压器进行调整，由于调整时存在着交互作用，因而调整工作需要反复多次。在数字系统中.只需要分别复核作为单体的征一个传感器。校准装有数字传感器系统的所有花费的时间，通常仅为模拟系统的1/4。

利用数字系统可以实现“自诊断” ，即诊断程序连续地检查各传感器信号是否中

断、输出是否明显超出范围等。若有问题，在仪表或控制器面板上会自动显示或报警，

用户利用面板上的键即可寻找各个传感器，确定出现问题的位置和原因，并进行故障排除，这种故障诊断和排除能力，对用户显然是一种重要优点，而在挨拟传感器系统中则是很难以低成本实现的。

在称里领域中，典型模拟传感器系统的模/数变换器的分辨率为16位，即有50,000

个可用计数；而数字系统中每一个传感器的分辨率为20位，即有1,000,000个可用计数，所以，一个装有4个数字传感器的系统可提供4,000,000个计数的分辨率。这种高分辨率的优点，特别适用于种架自重大而被称物重毋小的场合。例如：在配料称重系统中。有时配方中某种物料仅占很小比例，但准确度要求却仍然很高。这在传统的模拟系统中同样是很难实现的。

由于国内连续式搅拌设备计量主要还集中在传统方法上，因此，失重秤的应用前景十分广阔。给稳定土厂拌、水泥连续搅拌、沥青连续搅拌工艺带来革命性的改变，对流量的高精度控制将会有效提高拌合料的质量.连续式拌和工艺结构简单，维护费用低，一旦在产品级配上把好关，将彻底改变连续式拌和的市场占有率低的现状。而减法秤的使用是提高计量精度的一种重要环节。

1.3课题的提出和本文研究的内容

1.3.1 课题的提出

目前稳定土厂拌设备与国外同类产品相比，主要差距表现在配料精度、可靠性、人机交互和环境保护等方面。

在交通部颁发的《稳定土厂拌设备技术要求》中，骨料的计量精度要求为±3%，粉料的计量精度要求为±1%。粉料的计量精度要求比对骨料的计量精度要求高出很多，而从稳定土材料构成成本分析，在每吨成品料中所含粉料比例(例如水泥)只有5%左右，但其价值却与其它95%的骨料价值总和相当。实际使用中看，用户对骨料的计量精度较少提出异议，而对粉料的计量精度抱怨较多，因为粉料计量精度的提高，在保证成品料质量的前提下，减少粉科使用量能让用户得到最大的经济效益。所以，提高粉料计量的精度不仅是用户保证质量、控制成本的有效手段，也是稳定土厂拌设备配料控制系统设计者所追求的目标之一。

因此，可以从以下三个方面进行创新:

1. 在作业性能、人机交互、环境保护、能源利用等方面；

2. 提高稳定土厂拌设备计量精度。特别是提高水泥等粉料的计量精度；

3. 整体上完善提高产品的综合性能，适应高等级公路建设的需要。

1.3.2 本文的研究内容

本文将从以下几个方面，对连续式稳定土厂拌设备技术进行研究；

1. 调研与检索稳定土厂拌设备的技术水平、现状、发展前最以及相关专利技术；

2. 阐述和分析连续式稳定土拌合设备的结构和工作原理；

3. 研究和解析减法称量系统的结构和工作原理，以及此专利技术在稳定士厂拌设备粉料称量中的应用；

4. 减法称量控制系统的算法研究；

5. 减法称量控制系统的硬件设计、软件设计。

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