间歇式沥青混合料搅拌设备搅拌周期的探讨

间歇式沥青混合料搅拌设备搅拌周期的探讨

河北省沥青路面智能装备技术创新中心

廊坊德基机械科技有限公司 张春铮

间歇式沥青搅拌设备在我国公路建设中的作用已经被业界广泛认同。为保障良好的沥青混合料质量，间歇式设备与目前中国材料市场的现状非常契合，从而保证了中国公路建设又快又好的发展。

沥青混合料的质量与很多因素有关，这里不谈其他许多因素的影响，着重分析一下沥青搅拌周期过程与质量、效率、能源消耗之间的关系。

沥青混合料产品质量是有质量标准要求的。为了达到这个产品质量，生产企业参考有关资料、实验数据等制定了生产工艺指导文件。从而保证了中国公路建设中合格的沥青混合料源源不断的供应到建设中。

在业内一般认知中，间歇式沥青搅拌设备的搅拌周期通常为45秒。虽然不是一个强制性标准，但是，也基本上引导了相关部门（工程设计、设备设计、监理等）成为遵守的依据。

搅拌周期包含了与之相关的各个工艺步骤，也可以说是一个搅拌时序。有些工序在时序上是重叠的，有些是独立的，独立的工序时序，在搅拌周期中是必须要保证的，因此它是限制搅拌周期缩短的主要因素。各个设备生产厂在设计产品时都在或多或少的通过分析时序图以及相关要素并延申出去的工序来设计、优化、组织各自的产品。

下面通过模拟分析搅拌过程进行分析。混合料级配以标准工况为准。

搅拌周期中包含以下工序：

1. 配料—6种骨料的顺序计量；3种粉料的顺序计量；沥青的计量；

2. 各料仓数值稳定时间及开关门时间；

3. 三个称开门放料至空称，关门信号发出时间；

4. 搅拌---三种材料全部放到搅拌锅中后开始计时搅拌；

5. 拌锅放料门开至拌锅放空，关门完成发信号的开关门时间。

上面的第1项，粉料、沥青与骨料可以同时计量，也就是可以在时间上重叠。取其中最长的时间。从上面的分析和实际生产中可以看出，骨料量占级配的比例在90%以上，6种骨料计量时间最长。所以，每个生产企业都研发了不同的改进方案：一种是加大骨料仓门的面积。使放料速度加快，缩短各种骨料的计量时间。但是，随之而来的是骨料计量结束时的飞料误差很大。市场上现存设备所采取的措施就是不同的大小门方案。但是，要找出快速与误差最小的平衡点，还有一种方法就是多骨称同时计量。相当于时间的重叠，也可以减少骨料计量时间。同样误差的处理也可以采取上述的方法或者是直接小门限定材料下落量。但是，后一种方法对于材料和级配允许的情况下的补料是比较难实现的。

第2项，各种材料的计量需要一个称，通过称量给控制系统反馈信号，实施开关门。这个过程需要时间，缩短开关门时间、缩短计量信号稳定时间、缩短计算机计算后发信号的传输时间是各个厂家都在研究的课题。也是计量准确性和稳定性的体现，各个厂家的控制系统也体现在这里。

第3项，各个门的动作速度是各种机械部件性能的体现，包括气缸、电磁阀、信号传感器的安装位置等。这里面涉及到设计人员选型时的思想、现场安装调试人员的技术水平和对工艺的理解程度。这个时间要达到理想的最短时间。

第4项，搅拌时间。当所有材料放到拌锅中后，开始搅拌并计时，直到经验时间数据和实验结果告诉你已经搅拌均匀，达到沥青料的质量要求。这也是没有具体数值的时间项目。现在，基本上是遵循工程设计人员、监理的要求按照他们给出的时间去设定搅拌时间。一般实验室不去验证这个时间，而这个时间在实际生产循环中占的比重非常大。是否合理值得商榷。后面详细论述。

第5项，拌锅放料门开停留时间。这与拌锅的设计有直接的关系，简单的说就是门的大小。但是，如何确定拌锅内的料已经放空，关系到循环时间，也是决定这个时间的关键。

通过上面的分析我们将一个沥青混合料的搅拌生产循环时序分析清楚了。

这个时序搞清楚后就可以有针对性的在结构设计、部件的选型、安装调试、生产工艺参数的设定中起到指导性作用，并又快又好的生产出沥青混合料。时间的缩短就可带来节能减排的效应。
搅拌时间是生产过程中必须要保证的。在机械结构设计上主要是搅拌锅、拌臂及搅拌叶片的设计，从现有拌锅的种类上看，拌臂、搅拌叶片的倾角、搅拌轴的转速、叶片的线速度都比较接近，这里就不在对比分析。对于搅拌锅的种类有两个流派：一个是专用于沥青混合料搅拌用的拌锅，另一个就是改良的水泥混凝土拌锅。沥青混合料搅拌锅主要体现在搅拌臂和叶片的数量上，最具代表性的就是早期的MARINI的小锅快拌。实际上，其锅并不小，而快拌倒是他的特点。通过对两种拌锅进行比较，发现，水泥型拌锅与沥青型拌锅在拌臂数量上相差很多，在相同的搅拌时间内搅拌臂和叶片作用在搅拌锅内材料的次数就多了很多。不难理解，这种快拌模式下两种锅达到搅拌均匀所需的时间就会明显的缩短（就像搅拌一堆水泥，两个人、两把锹与一个人一把锹比较，哪个快显而易见），也有学者认为水泥锅叶片大，也会对搅拌均匀有利。各有各的特点吧！从能量守恒来分析，同规格的搅拌锅，从其实际能耗上看，快拌要大。这些能耗是在短时间内消耗给材料的混合上了。换句话说就是相同时间内的产量会增加。生产率增加对于整机设备生产来说就是节约了能耗。

遗憾的是业内生产管理中，认知的惯性造成了搅拌时间工艺参数的惯常要求，甚至有些工程项目的质量监理要求必须达到多少秒的搅拌时间，而不是以产品质量为标准。这是保守的体现。这种做法不利于设备技术创新，不利于市场竞争。

这是搅拌时间上的分析。对于搅拌锅门的设计，重点应该是考虑减少放空时间。对于放空时间，搅拌臂和叶片数量增加同样有利于缩短放空时间。
各种门的开关过程的运行速度受制于部件性能，在部件的选型上如何达到一个快速、稳定、长寿命的平衡点是设计人员最大限度的考虑缩短时间的出发点。

最后是安装调试。安装调试非常重要，调试工程师的专业水平直接影响生产工艺参数的设定，只有充分理解了各个生产工艺参数对缩短辅助生产时间的作用和搅拌锅特性后的科学设置，才能使生产设备发挥出应有的生产能力。而一个搅拌周期都是用秒来计算的。每缩短一秒小时产量就会增加3%左右。综合能耗就有可观的降低。

所以，以搅拌周期作为间歇式沥青搅拌设备的设计主线，通过分析其中的各种影响因素、相互关系并延伸开来，不断的分析研究，从逆向设计走向正向设计，是提高沥青搅拌设备生产效率的关键。