水泥混凝土攪拌站鋼纖維自動投料裝置的設(shè)計與應(yīng)用研究

陳劍輝

【摘要：】鋼纖維混凝土顯著改善了普通混凝土的抗拉、抗彎、抗沖擊及抗疲勞性能而被廣泛使用。但在鋼纖維混凝土大方量生產(chǎn)過程中，還未實現(xiàn)鋼纖維的自動投料生產(chǎn)，存在產(chǎn)能低效、計量粗略、浪費人力的現(xiàn)象。文章結(jié)合工程實例，以簡單易用易制作為前提，通過機械和電器控制裝置研制了鋼纖維自動投料裝置，并介紹了該鋼纖維自動投料裝置的組件設(shè)計、技術(shù)原理、操作工藝流程與應(yīng)用實踐情況，為類似鋼纖維混凝土生產(chǎn)線建設(shè)提供參考。

【關(guān)鍵詞：】鋼纖維混凝土;自動投料;設(shè)計;應(yīng)用

U445.3A391304

0 引言

在交通強國建設(shè)的背景下，各地方政府大力推進基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。各種新型建筑材料應(yīng)用越來越廣泛，而以往的普通混凝土已不能滿足特大跨徑等重大橋梁工程的建設(shè)需要，鋼纖維混凝土需求日趨旺盛。在現(xiàn)有的鋼纖維混凝土生產(chǎn)領(lǐng)域中，還沒有一種簡單有效的投料方法可以實現(xiàn)對鋼纖維進行自動投料，即如何在混凝土攪拌過程中自動添加鋼纖維的問題。目前預(yù)拌鋼纖維混凝土大方量生產(chǎn)中采取鋼纖維自動投料方面的研究應(yīng)用極少。

1 研究背景

培森柳江特大橋是廣西賀州至巴馬高速公路（象州至來賓段）的重點控制性工程，主橋為整幅布置的（145+280+145）m預(yù)應(yīng)力混凝土部分斜拉橋，橋面寬29 m。該橋在主墩墩頂及墩底采用CF50鋼纖維混凝土，箱梁0#塊及合龍段、索塔根部采用CF60鋼纖維混凝土。全橋鋼纖維混凝土總方量約為6 000 m3。目前，現(xiàn)有混凝土拌和站還沒有鋼纖維混凝土批量供應(yīng)能力。為更好地服務(wù)特大橋項目建設(shè)，亟須充分保障鋼纖維混凝土的正常供應(yīng)。因此，有必要研發(fā)一種適用于鋼纖維混凝土生產(chǎn)的水泥混凝土攪拌站鋼纖維自動投料裝置，進行鋼纖維混凝土批量生產(chǎn)供應(yīng)。

2 技術(shù)原理

鋼纖維自動投料裝置是以現(xiàn)有的HZS-120水泥混凝土攪拌站為主體，通過增設(shè)改造部分結(jié)構(gòu)和電氣化系統(tǒng)，從而形成全自動鋼纖維混凝土生產(chǎn)的一種裝置，各結(jié)構(gòu)在自動控制系統(tǒng)下通過信號控制進行混凝土的生產(chǎn)。其總裝圖如圖1所示。

鋼纖維自動投料裝置僅作為鋼纖維混凝土生產(chǎn)的一部分結(jié)構(gòu)，不需要進行鋼纖維混凝土生產(chǎn)時可以關(guān)閉，不影響其他標(biāo)號的混凝土生產(chǎn)，具有可控制性和選擇性。該鋼纖維自動投料裝置，設(shè)計的生產(chǎn)能力為80 m3/h。

（1）鋼纖維自動投料裝置由5部分構(gòu)成：①配料倉;②輸送皮帶;③稱重系統(tǒng);④卸料斗;⑤控制系統(tǒng)。如圖2所示。

（2）設(shè)計思路。本設(shè)計考慮鋼纖維的特性，因其細(xì)長且不規(guī)則、流動性差，每盤使用的重量約為80 kg，稱量較小，為此考慮采用容量為5 m3的料倉，鋼纖維稱量范圍為0～200 kg。因鋼纖維流動性不好，所以料倉出口采用專利設(shè)計的內(nèi)振動式結(jié)構(gòu)，配以合適的振動器，以保證出料順暢。為了滿足不同工藝配方要求，需要稱量的范圍可大可小，按照倉門開度高低可以調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。為了稱量準(zhǔn)確，采用皮帶機驅(qū)動方式，考慮到總量要求，速度宜低速但是能滿足生產(chǎn)率要求，如果有必要時再采取變頻調(diào)速，以便實時調(diào)控流量，保證準(zhǔn)確稱量。稱量完成后，要保證順利落料到斜皮帶機，為此稱斗采用斜體式內(nèi)加直體式料斗結(jié)構(gòu)，秤斗門采用雙開式結(jié)構(gòu)，讓卸下的鋼纖維落入斜皮帶機中線，防止落點不好導(dǎo)致皮帶跑偏、鋼纖維撒出皮帶外，可以使鋼纖維順利進入斜皮帶機，再進入攪拌主機。在控制方面，為了保證鋼纖維進入攪拌機時比較容易攪拌均勻，要控制好鋼纖維落料的時間點、落料量，最佳的落料時間就是骨料通過斜皮帶機鋼纖維秤斗下時，落料最佳時間是骨料剛好全部通過鋼纖維斗時，且應(yīng)依據(jù)各工藝配方實時調(diào)整開度、時間。

（3）電氣控制原理如下頁圖3～5所示。

（4）鋼纖維自動投料裝置的工藝流程如圖6所示。

料倉門的控制是鋼纖維自動投料裝置中的操作關(guān)鍵。由于是采用PLC控制，因鋼纖維是針片狀，卸料過程中容易卡料，料倉門開度已經(jīng)設(shè)定，在卸料和稱重過程中，如果卸料不夠，料倉門就會一直補料，導(dǎo)致整個水泥混凝土攪拌站生產(chǎn)一盤鋼纖維混凝土的時間過長，達不到預(yù)期效果。因此，必須在料倉底部加設(shè)一個破拱器進行輔助卸料，這樣卸料會及時和精準(zhǔn)。

3 應(yīng)用方法與效果

3.1 實際應(yīng)用

水泥混凝土攪拌站鋼纖維自動投料裝置在廣西賀州至巴馬高速公路（象州至來賓段）一分部1#、2#水泥混凝土攪拌站同時進行了應(yīng)用，這套設(shè)備入選廣西路建工程集團有限公司2021年度科技項目計劃，并生產(chǎn)出培森柳江特大橋主墩墩頂及墩底所需的CF50鋼纖維混凝土，箱梁0#塊及合龍段、索塔根部所需的CF60鋼纖維混凝土;已累計生產(chǎn)主墩墩底、箱梁0#塊、索塔根部的鋼纖維混凝土方量約為3 000 m 產(chǎn)值180多萬元，節(jié)省人工費用10多萬元。該設(shè)備運行正常，鋼纖維混凝土試塊強度保證率達到100%，其他指標(biāo)也均符合設(shè)計要求。該技術(shù)的應(yīng)用在廣西區(qū)內(nèi)尚屬首家，特別是在培森柳江特大橋高性能鋼纖維混凝土生產(chǎn)中的應(yīng)用取得建設(shè)方的好評。

3.2 效果

（1）水泥混凝土拌和站鋼纖維自動投料裝置必將取代傳統(tǒng)的人工投放方式，這是我國建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢。另外，交通建筑行業(yè)對混凝土的要求越來越高，各種外加劑的高性能混凝土應(yīng)運而生，鋼纖維自動投料裝置不僅能投放鋼纖維，還可以投放其他顆粒狀或者粉狀的外加劑，且在水泥混凝土預(yù)拌方面更具應(yīng)用潛力。

（2）鋼纖維自動投料裝置是一種可拆卸裝置，在需要生產(chǎn)鋼纖維混凝土?xí)r啟動該裝置，而生產(chǎn)其他普通混凝土?xí)r則可關(guān)閉。在生產(chǎn)過程中采取嚴(yán)格按照配合比、控制材料質(zhì)量、加強工序管理等措施，能夠確保其質(zhì)量符合設(shè)計要求。

（3）鋼纖維自動投料裝置適用于大方量鋼纖維混凝土生產(chǎn)，能有效節(jié)省人工，縮短生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)效率。

（4）鋼纖維自動投料裝置是一個高效節(jié)能的裝置，可以大范圍推廣，應(yīng)用到對混凝土生產(chǎn)要求較高的重大橋梁及水泥混凝土路面工程。今后將繼續(xù)對該裝置進行研究和開發(fā)，升級為多功能自動投料裝置。

4 結(jié)語

本文從水泥混凝土拌和站骨料倉投放理論入手，學(xué)習(xí)借鑒國內(nèi)外相關(guān)水泥混凝土拌和站理論及電子計量理論，對水泥混凝土攪拌站鋼纖維自動投料裝置進行了系統(tǒng)的分析研究，得出以下結(jié)論：

（1）針對鋼纖維自動投料的問題，不再進行以往的人工投放，而是將其升級為一種專門自動投料裝置的運行機構(gòu)，這樣處理就使得大方量鋼纖維混凝土生產(chǎn)變得標(biāo)準(zhǔn)化和自動化，后期根據(jù)實際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)的問題，可以再對該裝置進行技術(shù)升級和改造，確保該裝置不僅能夠?qū)︿摾w維進行自動投料，還能夠?qū)ζ渌饧觿┻M行投放;不僅能應(yīng)用在水泥混凝土方面，還能夠應(yīng)用在瀝青混凝土方面。

（2）從設(shè)計理念方面出發(fā)，總結(jié)了水泥拌和站廠家的設(shè)計理念，分析其可借鑒和不足之處，設(shè)計出一個符合市場對生產(chǎn)不同混凝土拌和站要求的裝置，并列舉實例證明其實用性和可操作性。

（3）初步構(gòu)建鋼纖維自動投料控制系統(tǒng)，設(shè)計增加了鋼纖維自動投料裝置，并實踐應(yīng)用，實現(xiàn)了鋼纖維混凝土自動化生產(chǎn)。同時提出了鋼纖維混凝土生產(chǎn)過程中投放鋼纖維相關(guān)事項，對鋼纖維自動投料裝置從設(shè)計進入到實際應(yīng)用進行了初步的探索。

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