HZS型砼攪拌站系統(tǒng)研究與粉料計量的提升

王麗萍

摘 要：加快混凝土攪拌站升級，提升混凝土質量，對于國內基礎建設有著重要的意義。文章簡要介紹了HZS型混凝土攪拌站的優(yōu)勢、結構與原理以及主要生產(chǎn)系統(tǒng)。文章針對HZS型混凝土攪拌站存在的問題，提出提升粉料計量的技術與措施，不斷提高混凝土攪拌效率和混凝土質量，提升攪拌站的穩(wěn)定性。對于促進產(chǎn)業(yè)升級和節(jié)能減排，淘汰落后產(chǎn)能有著重要的意義。

關鍵詞：HZS型砼攪拌站；雙臥軸攪拌主機；粉料計量；控制系統(tǒng)

中圖分類號：TU642 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）08-0143-03

近年來，隨著國內基礎設施建設的不斷擴大，混凝土的需求也越來越大，而且要求越來越高。在此背景下，混凝土攪拌技術得到了很快的發(fā)展，特別是HZS系列砼攪拌站的建設與推廣，大大提高了砼的生產(chǎn)能力和質量。HZS系列砼攪拌站由物料供給、計量、攪拌及電氣控制系統(tǒng)組成。采用先進的模塊化設計，實現(xiàn)了分單元運輸，安裝時將各單元組合，縮短了建設周期；采用人機一體化設計，具有配比儲存、落差自動補償、砂含水率補償、可實現(xiàn)攪拌過程的手動、全自動控制，并配有打印系統(tǒng)，可進行全過程顯示和監(jiān)控，并配有生產(chǎn)管理和物料消耗統(tǒng)計等功能。能生產(chǎn)不同型號的砼滿足不同的用戶需求，不僅提高了砼的生產(chǎn)效率，而且可靠性高、能耗低等。

1 HZS型砼攪拌站的結構與原理

砼攪拌站設有主樓，一般為鋼結構，主樓下部為雙臥軸攪拌主機。骨料秤、水泥秤、水秤及外加劑等的計量設備全部在主樓內。主樓外部布置有筒倉，大小和數(shù)量由混凝土攪拌站的大小而定。骨料配料和上料系統(tǒng)由配料機、斜皮帶機共同組成。此外，還設置有獨立的控制室，對整個生產(chǎn)系統(tǒng)進行集中控制與管理。其原理為：骨料采用裝載機上料，進入配料機，配料機可儲存四種骨料，骨料配好后通過皮帶機輸送到骨料倉中。根據(jù)不同的需要，粉料倉可設置為2個水泥倉，2個摻和料倉，水泥和摻和料經(jīng)螺旋機送入計量斗中。水和外加劑由泵輸送到計量斗。通過控制室下達指令，將計量好的各種材料依次送入攪拌機中，經(jīng)一定時間攪拌后，就可生產(chǎn)出合格的混凝土。同時，通過除塵系統(tǒng)將收集到的粉塵加入攪拌機中，避免了粉塵過大影響生產(chǎn)。通過打印機和監(jiān)視器還可對整個生產(chǎn)系統(tǒng)進行集中控制與管理，從而實現(xiàn)自動化和智能化生產(chǎn)。其生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

2 HZS型砼攪拌站主要生產(chǎn)系統(tǒng)

2.1 骨料輸送、儲存及稱量系統(tǒng)

主要包括配料機、斜皮帶機和中間倉，在生產(chǎn)之前，先將砂石儲存于配料機儲料倉中，在生產(chǎn)時，通過控制系統(tǒng)開啟氣缸，儲料倉中的砂石就會先后從儲料倉底部進入骨料稱斗中，并進行稱量，再通過水平皮帶機和斜皮帶機輸送至骨料暫存?zhèn)}。當攪拌機進行工作時，再通過控制系統(tǒng)打開氣缸，將暫存?zhèn)}內的砂石送入主機中進行攪拌。

2.2 粉料計量系統(tǒng)

粉料計量供給系統(tǒng)包括筒倉、螺旋輸送機、骨料儲料斗、水泥計量斗、粉煤灰計量斗、水計量斗、液體外加劑計量斗和支架組成。

2.2.1 筒 倉

筒倉為圓柱形鋼結構，出口安裝在底錐部，出料口上裝有翻板式卸料門，控制粉料從倉體卸出。頂部裝有電動除塵器，當除塵器上集塵較多時，在控制臺上操縱振動電機，將集塵抖落。料倉上下部各裝有一只料位計，該料位計與控制臺相連，通過電信號可及時、正確地了解料倉儲料情況。

為防止粉料起拱，在料倉錐部裝有吹氣破拱裝置，利用電磁閥控制壓縮空氣的釋放進行粉料破拱，電磁閥由微機根據(jù)粉料供給時間控制，即粉料在供料30 s后仍達不到規(guī)定量后自動破拱，也可手動控制破拱。

料倉內的料是由水泥車直接將粉料送往倉內的，倉內有一根直通倉頂?shù)墓苈酚糜谳斔头哿稀?/p>

2.2.2 螺旋輸送機

在粉料稱及粉料倉之間配有螺旋輸送機，水泥或粉煤灰螺旋輸送機安裝需要有一定的傾角，傾角和輸送量與混凝土攪拌站的規(guī)模有關。

螺旋輸送機是由電機經(jīng)減速機驅動螺旋軸將粉料從倉體中送往粉料稱中。螺旋輸送機分三節(jié)組裝，每兩節(jié)中間設有中間支承，螺旋葉片為變螺距葉片，以便于輸送。螺旋輸送機進料端通過球鉸法蘭連接到粉料倉出料口法蘭上。螺旋輸送機另一端用鋼絲繩吊掛在粉料倉上，每一節(jié)上均有檢測孔和維修孔。為了保證螺旋輸送機正常工作，粉料不得有結塊或異物，并應適當調整粉料卸料門，使粉料落量與螺旋輸送機輸送量相適應。當粉料長時間不用時，應將螺旋輸送機內料放凈，以免粉料受潮結塊，造成阻塞。

2.2.3 骨料暫存?zhèn)}

骨料暫存?zhèn)}用于儲存一罐計量好的骨料，它由倉體和卸料門組成。暫存?zhèn)}由成型板配焊而成，固定于機架上；卸料門為懸臂單氣缸卸料門，由單氣缸控制卸料門啟閉，卸料門上安裝有一個關門限位，當一罐料卸完，卸料門關閉后，給微機一個信號，以運送下一罐計量好的料，卸料門底部通過橡膠套與主機蓋連接，以達到防塵目的。

2.2.4 水泥、粉煤灰計量斗

水泥計量斗由斗體和卸料門組成，由三只傳感器吊掛于機架上。斗體由成型好的板材配焊而成，卸料門采用WAM單法蘭蝴蝶閥，密封性能好，蝶閥由氣缸控制啟閉。水泥料由螺旋輸送機送入，螺旋輸送機與料斗之間用防水帆布連接，計量斗出口與攪拌機罩蓋之間用橡膠套連接。計量斗上端設有除塵口通過骨料儲料斗與除塵系統(tǒng)相通，達到除塵效果，所有帆布（橡膠）套與除塵管不應繃得過緊，以便保證水泥計量精度。運輸狀態(tài)時，應將傳感器卸下，用吊環(huán)代替，以防止運輸時對傳感器造成破壞。水泥計量斗上裝有振動電機，當計量斗卸料不凈時，振動電機自動動作幫助將料卸凈。粉煤灰計量斗與水泥計量斗結構型式及工作原理相同。

2.2.5 水計量斗

水計量斗由斗體、蝴蝶閥等組成，由三只傳感器吊掛于機架上。斗體是由板材和型鋼組焊而成，蝴蝶閥由氣缸、閥體和電磁閥等組成。稱量好的水經(jīng)卸水蝶閥及加壓泵打入攪拌機內。運輸狀態(tài)將傳感器拆下，水計量斗由吊桿吊掛，固定于機架上。

2.2.6 外加劑計量斗

外加劑計量斗是由板材組焊而成的鋼圓筒，出口設有蝶閥，整個計量斗通過傳感器吊掛于水計量斗機架上方的外加劑稱量機架上。外加劑的出口處配有出料漏斗，可以防止外加劑外濺影響稱量精度。

2.2.7 支 架

支架都是由型材拼焊而成。工作狀態(tài)，機架用螺栓固定于主樓機架上，上邊安裝有骨料儲料斗、水泥、粉煤灰、水及液體外加劑計量斗。運輸狀態(tài)，因各計量斗、儲料斗底部伸出機架下平面，運輸時需拆下支架發(fā)貨。

2.2.8 除塵系統(tǒng)

一般來說除塵機由馬達、風扇系統(tǒng)、噴氣系統(tǒng)、缸體、底座、塵袋及密封膠條等組成，它分別與攪拌機罩蓋除塵口及骨料儲料斗罩蓋相連，達到除塵目的。選用除塵機應注重低耗電量、低維修率、長使用壽命，快速除塵及單位面積除塵能力。

2.3 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)、微機控制系統(tǒng)和強電控制系統(tǒng)組成。包括兩種控制方式：①手動控制方式，主要通過工作人員通過手動控制各種按鈕完成混凝土的生產(chǎn)；②自動控制方式，主要通過計算機設置一定參數(shù)來實現(xiàn)混凝土的生產(chǎn)與管理，可根據(jù)需要對2種控制方式進行自由切換。

監(jiān)控系統(tǒng)由彩色攝像機、自動光圈鏡頭、彩色四畫面分配器和彩色顯示器等組成。管理人員可通過監(jiān)視器可清晰的觀察到配料狀況、攪拌狀況以及混凝土的卸料狀況，便于生產(chǎn)調度，一旦出現(xiàn)狀況可及時行進處理，提高了生產(chǎn)效率。

微機控制系統(tǒng)的核心是計算機自控技術，具有信號監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理和人機對話的功能。目前，該項技術不僅應用于混凝土攪拌站，在其他領域都有很廣泛的應用。采用計算機自動控制技術，極大地提高了商品混凝土攪拌站的生產(chǎn)效率，規(guī)范了混凝土的生產(chǎn)與管理。工業(yè)微機控制系統(tǒng)由電腦硬件、控制專業(yè)軟件及外部打印機組成，具有配比儲存、落差自動補償、砂石含水率補償?shù)裙δ埽軠蚀_、方便地輸入、調出和修改各物料的設定值及配方號；可對整個生產(chǎn)操作做出提示，使得整個生產(chǎn)和管理輕松自如，并可以將有關的生產(chǎn)數(shù)據(jù)儲存或隨時以各種報表形式打印出來。同時，微機控制系統(tǒng)的信號處理器有很好的抗干擾能力。

強電控制系統(tǒng)由電氣柜和操作臺組成。具有完善的自鎖、互鎖功能，以保證系統(tǒng)準確、可靠地運行，并具有常見故障檢測及報警功能。

2.4 攪拌及卸料系統(tǒng)

攪拌系統(tǒng)由主機與主機蓋組成，主機采用雙臥軸強制式攪拌機，固定于主機架上。攪拌主機蓋上設有骨料進料口，水泥、粉煤灰、水及液體外加劑進料管和除塵口等，各進料口與各儲料斗、計量斗連接。此外，還有檢修門并裝有觸點式安全開關，打開檢修門攪拌機就會自動停止運行，便于維修。

卸料系統(tǒng)有卸料門、液壓油缸、液壓油泵、限位接近開關組成，自動運行時，一般設置全開、全關、半開三種狀態(tài)。液壓油缸采用直行程油缸，用液壓油泵提供的液壓油經(jīng)耐壓油管來推動卸料門角行程。

3 粉料計量的提升

3.1 粉料計量的原理與存在的問題

在HZS型混凝土攪拌站生產(chǎn)過程中，粉料計量精度是混凝土質量的關鍵因素，目前HZS型攪拌站粉料計量過程：粉料儲存在粉料倉內，通過螺旋機將粉料輸送到粉料計量斗內，稱量斗下部的傳感器將重量轉換為電信號送到稱量控制儀進行稱量控制。

粉料稱量控制原理：在攪拌站開始生產(chǎn)前，需要在稱量控制儀上輸入混凝土配合比（混凝土各種物料設定值），設定落差值（也可由系統(tǒng)自動生成），落差修正范圍（依據(jù)計量精度設定）。每一盤計量過程中，稱量控制儀發(fā)出螺旋機開機指令，螺旋機向粉料斗輸送粉料，當粉料斗粉料重量達到定值（定值等于粉料設定值-設定落差值）時，稱量控制儀發(fā)出螺旋機停機指令，螺旋機斷電，由于螺旋機慣性作用，螺旋機會繼續(xù)旋轉一定的角度，輸出部分粉料，加上螺旋機斷電時出口至稱量斗粉料表面之間正在下落的粉料，形成實際落差值，實際落差值加上定值為粉料的實際重量。當一盤粉料計量結束后，稱量控制儀對實際落差值與設定落差值進行比較，誤差在落差修正范圍內時，下盤粉料計量原設定落差值計量，誤差超出落差修正范圍時，稱量控制儀自動修正設定落差值，下盤粉料計量按修正后的落差值計量。

螺旋機斷電后由于慣性作用繼續(xù)旋轉角度的大小受電壓的波動、粉料的粘度、螺旋機潤滑狀態(tài)、磨損情況的影響，由于電壓的波動、粉料的粘度、螺旋機潤滑狀態(tài)、磨損情況隨機性因素較多，使得螺旋機慣性輸出部分粉料無法控制，從而造成實際落差值變化較大，稱量控制儀頻繁修正設定落差值，結果為多盤混凝土配合比各物料重量總量不超標，單盤混凝土配合比各物料重量超標，嚴重的影響到混凝土質量。

3.2 粉料計量裝置的提升與改進

由落差導致的粉料計量誤差在生產(chǎn)中是不可避免的，通過修正對混凝土質量的影響較小。而螺旋機產(chǎn)生的慣性導致的計量誤差相對要大很多，對混凝土的質量影響也比較大，在實際生產(chǎn)中，可通過改進生產(chǎn)設備來降低慣性對粉料計量精度的影響。

為了HZS型混凝土攪拌站粉料計量精度達到國家標準規(guī)定，保證HZS型攪拌站生產(chǎn)出合格的混凝土，中鐵六局太原鐵路建設有限公司發(fā)明了一種新型混凝土攪拌站粉料計量裝置（專利號：ZL 2014 2 0551313.7），本實用新型涉及提高HZS型混凝土攪拌站粉料計量精度的裝置，特別是凝土攪拌站粉料動態(tài)計量精度，確保混凝土攪拌站粉料動態(tài)計量精度控制在國家標準范圍內。該項技術成功地解決上述技術問題，采用的技術方案是：在螺旋機出口處加裝與螺旋機出口直徑適配的氣動蝶閥，包括蝶閥下連接件、控制電路及氣路。

本實用新型適用于HZS型混凝土攪拌站粉料計量，采用新型計量裝置后，有效的消除了螺旋機對實際落差值的影響，實際落差值只受螺旋機出口至稱量斗粉料表面之間高程及粉料比重變化的影響，而螺旋機出口至稱量斗粉料表面之間高程是固定的，粉料比重變化很小，因而實際落差值變化很小，保證實際落差值與設定落差值的誤差在落差修正范圍內。如圖2、圖3和圖4所示。

具體實施方式為：

①在螺旋機出口處焊接與蝶閥適配的法蘭。

②將蝶閥與螺旋機出口處法蘭連接。

③將下連接件與蝶閥連接。

④將稱量斗與下連接件用蛇形管連接。

⑤從控制螺旋機接觸器的繼電器上連接控制蝶閥上的電磁閥控制信號線。

⑥從稱量斗下方蝶閥氣路上安裝氣路三通，連接螺旋機下方蝶閥氣路接頭。

⑦計算螺旋機出口至稱量斗粉料表面之間粉料重量作為落差設定值輸入稱量控制儀。

⑧按粉料誤差要求計算落差修正范圍（取值大小要適中），輸入稱量控制儀。

⑨開機試生產(chǎn)，經(jīng)過幾盤生產(chǎn)，稱量控制儀將設定落差值自動調整到與實際落差值相適應的值。

4 結 語

目前，國內混凝土攪拌站生產(chǎn)企業(yè)眾多，產(chǎn)品已形成系列化，但技術水平參差不齊，只有部分產(chǎn)品接近國際先進水平，有些技術已經(jīng)超過進口混凝土攪拌站的水平，其中部分產(chǎn)品具有自動化程度高、生產(chǎn)能力高、稱量精度高、投資少、攪拌質量好，能實現(xiàn)多倉號、多配合比、不間斷地連續(xù)生產(chǎn)以及主機及其主要元器件的國產(chǎn)化程度高等優(yōu)點，但國內的混凝土攪拌站還存在著整體技術含量不高、普及率不高、地區(qū)差異較大、智能化程度不高和環(huán)保性能不高等缺點。因此，加大HZS型砼攪拌站的應用與推廣，不斷提升攪拌系統(tǒng)的性能，提升粉料計量的精度。同時，引進國外先進技術與設備，消化吸收，努力創(chuàng)新，不斷提高攪拌站質量和穩(wěn)定性，降低生產(chǎn)成本，對于促進國家基礎建設的意義重大。

參考文獻：

[1] 汪立.混凝土攪拌站自動控制系統(tǒng)[D].長沙：中南大學，2006.

[2] 耿貴軍.城市商品混凝土攪拌站粉塵及噪聲控制關鍵技術研究[J].建設機械技術與管理，2008，（3）.