（机械设计及理论专业论文）间歇式沥青搅拌设备振动筛筛孔配置研究.pdf

摘要 本文从沥青混合料及其级配理论、间歇式沥青搅拌设备的原理、振动筛及其 相笑理论以及沥青混合料的生产控制技术等多方面出发，结合了十木与工程机械 两个学科的内容，通过理论分析及试验验证的办法对间歇式沥青搅拌设备中振动 筛筛网筛孔配置方法进行了研究，用以指导施工实践。首先在物料筛分概率理论 的基础上，以利于提高筛分效率为目标，并考虑了其他实际施工环境及条件的约 束，研究了振动筛筛网筛孔配置的方法，建立了模型，给出了计算流程，并以具 体实例进行了配筛计算及配筛试验，试验结果表明配筛效果较好。其次，以振动 筛筛面上物料层厚度与筛孔尺寸的比值关系为线索，综合考虑了多个实际因素研 究了沥青搅拌设备振动筛配筛方法，并进行了实例计算及配筛试验，最后给出了 试验结果及分析。 关键词：间歇式沥青搅拌设备；振动筛；筛孔；配置 a b s t r a c t t h r o u g ht h ef o l l o w i n ga s p e c t so fa s p h a l tm i x t u r ea n dt h et h e o r yo fg r a d a t i o n ， p r i n c i p l eo fb a t c ha s p h a l tm i x i n gp l a n t ，v i b r a t i n gs c r e e na n dc o r r e l a t i o nt h e o r y , a n d p r o d u c t i o nc o n t r o lt e c h n i q u eo fa s p h a l tm i x t u r e ，t h i sp a p e rc o m b i n e st w os u b j e c t so f c i v i le n g i n e e r i n ga n dc o n s t r u c t i o nm a c h i n e ，a n ds t u d i e st h ec o n f i g u r a t i o nm e t h o d so f s c r e e nc l o t hf o rb a t c ha s p h a l tm i x i n gp l a n tb yt h e o r e t i c a la n a l y s i sa n de x p e r i m e n t a l v e r i f i c a t i o nt og u i d ec o n s t r u c t i o n f i r s t ，a tt h eb a s i so fm a t e r i e ls i e v i n gt h e o r y , a i m i n g a ti m p r o v i n gs c r e e n i n ge f f i c i e n c y , i tc o n s i d e r sp r a c t i c ec o n s t r u c t i o ne n v i r o n m e n t sa n d c o n d i t i o n s ，a n ds t u d i e st h ec o n f i g u r a t i o nm e t h o do fs c r e e na p e r t u r e i nt h em e t h o d ，i t p r e s e n t sm a t h e m a t i c a lm o d e l ，c a l c u l a t ep r o c e s s ，o b j e c te x a m p l e t h er e s u l t o f e x p e r i m e n t a t i o ni n d i c a t e st h a tt h em e t h o di se f f e c t i v e s e c o n d ，o nt h ec l u eo fr a t i o r e l a t i o nb e t w e e nh e i g h to fl a y e ra n da p e r t u r es i z e ，a n da tt h eb a s i so fc o m p r e h e n s i v e c o n s i d e r a t i o no fs e v e r a lp r a c t i c ef a c t o r s ，t h ep a p e rs t u d i e st h ec o n f i g u r a t i o nm e t h o do f s c t e e n a p e r t u r e a n d p r e s e n t s c a l c u l a t e e x a l i p e ，a tl a s t 百y e s t h er e s u l to f e x p e r i m e n t a t i o na n da n a l y s i s k e yw o r d s ：b a t c ha s p h a l tm i x i n gp l a n t ；v i b r a t i n gs c r e e n ； s c r e e n a p e r t u r e c o n f i g u r a t i o n 第一章绪论 1 1 问题的提出及国内外研究现状 沥青混合料搅拌设备是最主要的沥青路面施工机械之，在我国公路施j ：机 械中占有举足轻重的地位。沥青混合料搅拌设备在施工机械投资中占的比例最 大，它的档次高低，质量好坏，决定着能否生产出满足要求的高质量的沥青混合 料，进而直接影响沥青路面质量；它的生产率水平决定着后续工作机械设备类型、 数量和生产能力的选择与配置，决定着整个公路工程施工周期的长短。 沥青混合料搅拌设备分为连续式沥青搅拌设备和间歇式沥青搅拌设备。间歇 式沥青搅拌设备由于有振动筛的“二次筛分”及电子称量系统的“二次计量和搭 配”，能更好的保证沥青混合料的级配及油石比，因此在我国的公路施工中得 到了广泛的应用，尤其在对沥青混合料的质量要求较高时，例如高速公路、一级 公路、高等级城市道路等重点工程建设中，几乎全部采用的是间歇式沥青搅拌设 各。 间歇式沥青搅拌设备是一个庞大的系统，由许多机械部件和环节组成。施工 现场调研发现，目前间歇式沥青搅拌设备的振动筛环节存在不少问题，主要表现 就是处理能力不足引起沥青搅拌设备产量下降，筛分效率低引起热骨料仓的混仓 率偏高，以及热料仓的溢料和待料问题。这些问题影响了沥青搅拌设备的生产能 力和成品沥青混合料的级配，造成浪费和环境污染等。生产能力是沥青搅拌设备 的一个主要技术经济指标，生产能力达不到设计要求是目前沥青搅拌设备存在的 比较突出的一个问题，而振动筛已成为制约间歇式沥青搅拌设备生产率提高的 “瓶颈”之一。 振动筛不是间歇式沥青搅拌设备的专用机械，它在其他许多行业如矿山、煤 炭、石油、冶金、化工、粮食等都有着广泛的应用。当振动筛应用于间歇式 沥青搅拌设备生产沥青混合料这一特定环境时，除了振动筛的通用机械特性以 外，还涉及到其它学科的内容，包括间歇式沥青搅拌设备、施工组织、路面材料 及设计等。沥青搅拌设备中振动筛环节存在的问题，也必然牵涉到所有这些方面， 包括振动筛的设计制造如振动筛的结构、参数配置，振动筛的安装、操作如筛面 倾角调整、筛网配置，间歇式沥青搅拌设备的整体性能及设备调试、操作技术， 沥青混合料级配设计、控制、砂石料舰格特性等。对于沥青混合料的牛产现场， 振动筛一般安装于沥青搅拌设备的顶部，其结构类型、特征参数等都已确定，基 本上不能改变或很难调整，沥青搅拌设备和砂石集料、沥青混合料的设计级配等 也已确定，故影响振动筛工作效果的绝大部分条件都已确定。然而，生产前施工 人员还有一项重要工作就是为沥青搅拌设备振动筛配置筛网筛孔。 沥青混合料的生产实践表明，间歇式沥青搅拌设备二次筛分用振动筛分级筛 网筛孔的选择配置非常重要，对于振动筛的筛分效率和处理能力、沥青搅拌设备 的生产率、成品沥青混合料级配质量以及热料仓溢料与待料情况的发生等，都有 相当重要的意义嘲“”1 。 尽管间歇式沥青搅拌设备施工中二次筛分用振动筛筛网筛孔尺寸的配置很 重要，然而，到目前为止，还没有一套用于指导施工中如何配置筛网筛孔尺寸统 一的、科学合理的方法。我国沥青路面施工规范中没有给出具体的配筛方法；有 关沥青路面机械和路面施工方面的专业文献中没有关于如何对间歇式沥青搅拌 设备中振动筛筛孔进行选择确定的具体的方法；沥青搅拌设备生产厂家，对其产 品的使用说明、操作维修手册中也没有关于这方面的详细描述；沥青搅拌设备振 动筛筛孑l 配置问题涉及多个学科，以往也从未见到对此问题的综合的较为深入地 研究报道。在间歇式沥青混合料搅拌设备的施工现场，施工人员无从指导，往往 凭经验粗略配筛，带有很大的随意性不同施工场合、不同的施工人员，即使 在外部环境相同的情况下所配筛网筛孔可能差异很大。例如据调研，不同施工中 同样生产a c 一2 5i 类型的沥青混合料，为搅拌设备振动筛四层筛网配置筛孔规格 尺寸( m m ) 有( 3 6 、2 2 、1 8 、9 ) 、( 3 5 、2 1 、1 0 、2 5 ) 、( 3 5 、2 0 、1 0 、4 ) 、( 3 6 、 1 9 、1 5 、6 ) 四种之多；同样生产a c 一2 0i 类型的料，配置四种规格筛网筛孔尺 寸( m ) 有( 3 1 、1 9 、1 5 、6 ) 、( 2 5 、1 1 、6 、3 ) 、( 3 0 、1 1 、6 、2 5 ) 、( 3 7 、2 2 、 1 1 、7 ) 、( 3 0 、1 7 、1 0 、4 ) 五种之多。 此外，有些施工对其沥青搅拌设备振动筛筛网配置不够重视，对筛网更换反 应“迟钝”。例如，在陕西某施工工地，沥青搅拌设备使用两年来，生产不同类 型的沥青混合料时只是更换最大孔径的筛网，丽其余各分级筛网筛孔尺寸始终如 一，这势必带来影响沥青搅拌设备的产量和生产质量等问题。 由此可见，问歇式沥青混合料搅拌设备振动筛筛孔配置问题有必要提到日程 上来，给予重视并深入研究，找出比较科学合理的配筛方法，以指导生产施工。 在我国的公路建设中，公路沥r i 路面施工技术规范( i i l j 0 3 2 9 4 ) 发挥了 重要的规范指导作用。该规范第7 41 y ( 热拌沥青混合料的拌制部分) 中指出， 间歇式拌合机热矿料二次筛分用的振动筛筛孔应根据矿料级配要求选用，其安装 角度应根据材料的可筛分性、振动能力等由试验确定。同时规范在附件中强调了 拌和机进行“_ 二次筛分”用的振动筛筛孔选择很重要，并给出了参照美国沥青协 会m s 一3 a s p h a l tp l a n tm a n u a l 对等效筛孔的建议及我国生产实践经验提出 的问歇式拌和机用振动筛等效筛孔表，供施工单位参考”1 。但是，规范没有给出 筛孔确定的具体实施办法。 在施工实践中业界人士关于间歇式沥青搅拌设备振动筛筛孔配置问题，也总 结了一些经验办法。其中有一种方法”1 如下：确定筛孔坚持的原则，一是除去热 集料中超大规格材料，二是配备其它筛孔尺寸时考虑热料仓的个数及各热料仓分 料百分数的均匀性，即生产配合比接近各热料仓所能提供的热料比例。首先确定 振动筛标准筛孔尺寸( 振动筛的理论筛孔尺寸，即假设筛分效率为1 0 0 时应选 用的筛孔尺寸) ，在标准筛孔尺寸计算中，严格按照热量仓进料量比例与容量比 例一致，例如某拌和设备四个热料仓容量比5 0 ：2 0 ：1 5 ：1 5 ，则在筛孔确 定时就按照该比例选择标准筛孔。具体实施就是，先根据四个热料仓容量比例及 规范要求沥青混合料级配中值数据表确定各级筛网标准筛孔的取值范围，而后利 用级配曲线公式确定各标准筛孔尺寸。标准筛孔尺寸确定以后，利用对施工规范 推荐振动筛孔与标准筛孔等效关系表线性回归得出回归方程的办法求得实际振 动筛筛孔尺寸。此方法主要遵循了通过配筛使分离产品的质量比例与各热料仓的 容量比例相同这一想法。还有一种配筛办法“3 指出：孔径最大筛板筛孔尺寸根据 规范对沥青混合料最大粒径的要求确定；孔径最小和次小筛板的尺寸从达到容易 控制级配线右段走向的要求进行确定；其余孔径筛板的尺寸采用“假定筛板尺寸 模拟验算法”及满足基本符合各个料仓分配尽量均衡的原则来确定。具体实施就 是：第一步先确定标准筛孔，最大孔径筛孑l 按照沥青混合料最大矿料粒径及筛面 倾角投影关系确定，次小和最小筛孔尺寸取6 m m 、5 m m 或2 5 m m 、2 m m 以控制细集 料部分的级配，中间筛孔确定按照各热料仓进料比例与容量比例一致的办法：篇 二步从标准筛孔到实际振动筛孔的转化是利用筛面倾角的投影关系 置= s 。c o s ( a ) ( x 。：标准筛孔尺寸，m m ；s i ：实际振动筛筛孔尺寸，i n n l ；a ： 筛面倾角，。) 来完成的。此方法重点考虑了振动筛筛面倾角、细集料级配段、 热料仓容量等因素。此外，关于施工中间歇式沥青搅拌设备振动筛筛孔配置问题 还有一些粗略的说法，如筛孔尺寸的选择要与目标级配类型相适应，筛孔间隔要 合理，筛孔选择考虑与冷料仓的料相对应、热料仓分料均衡等等州”仲1 m “。 美国沥青协会在其专业著作p r i n c i p l e so fc o n s t r u c t i o no fh o t m i x a s p h a l tp a v e 旺n t s 中关于间歇式沥青搅拌设备的振动筛筛网部分指出：筛分 设备包括几个不同规格的振动筛( 网) ，第一道筛是租筛，将超规格的集料弃除 和运掉，然后，则是第二道及三道中等孔径的筛网；孔径从上往下逐渐缩小，这 组筛网的底部是砂筛。“。这仅是从原理上阐述了间歇式沥青搅拌设备振动筛筛网 的作用，并没有给出各道筛孔具体该如何选择。 美国b a r b e r g r e e n e 公司是早些年具有代表性的专业生产间歇式沥青混合 料搅拌设备的公司，该公司出版的技术资料大多得到沥青工程界同行的认可。公 司的专业文献b i t u m i n o u sc o n s t r u c t i o nh a n d b o o k 中，关于间歇式沥青搅拌 设备振动筛部分，从振动筛在搅拌设备中的作用、筛选装置的生产能力和筛分效 率及其衡量等方面进行了论述。对于筛网规格的选择( 即筛孔配置) 问题，也简 单地给出了方法和坚持的原则：“我们可以以总的粒料在划分格仓时的技术要求， 作一曲线来确定热料仓的分格数。我们必须牢记每个料斗所装载的粒料的百分数 基本上是相等的。并以此要求去考虑筛选装置的分格。”“4 1 其实质就是，筛网筛 孔的确定是要让分级所得各种热料的比例近似或相等。它给出的具体实施办法 是：根据热骨料的分级数( 等于热料仓数) 按照各热料仓进料相等这一原则决定 各级筛网的通过率，再在沥青混合料的级配曲线上查找各个通过率对应的各级筛 网筛孔尺寸。 沥青搅拌设备振动筛筛孔配置问题跨越土木与机械两个领域，涉及到多方面 的知识和内容，以往从未见到对此问题较多的研究( 现有的一些方法经验仅是针 对某个方面做的一些比较简单的研究) 。本文针对该问题进行了初步研究探讨， 由于第一次涉足该问题，不可能面面俱到和一步到位，必然需要较多的后续试验 及理论研究工作。 1 2 本论文的研究目的及意义 本论文研究的目的主要是：以目前间歇式沥青搅拌设备振动筛环节存在的问 题出发，研究j 影响因素并试图找出有利于问题解决的办法：针对目前间歇式沥 青搅拌设备振动筛筛孔配置方法欠缺的现状，从振动筛筛分理论、影响筛孑l 确定 的因素，以及筛嘲筛孔与沥青混合料的级配的关系、筛网筛孔j 沥青搅拌设备及 其生产过程的关系等多方面出发，以利f 提高振动筛在工作过程中的处理能力和 筛分效率减轻振动筛对搅拌设备的制约作用为目标，研究间歇式沥青混合料搅拌 设备中振动筛多级筛网筛孔配置问题，以期找出统一的、比较科学合理的筛孔配 置方法。 本论文的研究对于更好的发挥振动筛在间歇式沥青搅拌设备中的作用，提高 沥青路面施工中间歇式沥青搅拌设备的性能和沥青混合料的生产质量，尤其对问 歇式沥青搅拌设备在施工中的科学配筛工作有较大的指导意义，最终有益于我国 公路建设事业的发展。此外，本研究对于其它使用振动筛行业的配筛工作也有一 定的参考价值。 第二章沥青混合料与沥青搅拌设备 2 1 沥青混合料与级配n 枷“”， 沥青混合料在路面中直接承受车轮荷载和各种自然因素一日照、温度、空气、 雨水等的作用，其性能和状态都会发生变化，以至影响路面的使用性能和使用寿 命。为了使沥青路面长期保持良好的使用状态，沥青混合料必须具有良好的路用 性能，即具有较高的力学强度以承受车辆荷载的作用；具有良好的耐久性以抵抗 自然因素的作用；具有良好的抗滑性以保证行车的安全和舒适；为便利施工还应 具备有施工的和易性等。 级配是集料各级粒径颗粒的分配情况，沥青混合料是由矿料和沥青结合料经 拌和而成的，级配和沥青含量是沥青混合料两个重要的方面，但级配是沥青混合 料最重要的方面，因为它对沥青混合料各方面的性能都有影响，如高温稳定性低 温抗裂性、疲劳、渗透性、水稳定性、施工和易性等等。矿料级配决定了矿料骨 架空隙率，直接影响沥青混合料的空隙率的大小，同时还影响到沥青用量和沥青 与矿料的油膜薄厚和粘结耐久性；矿料级配直接影响沥青混合料内摩擦角的大 小，同时影响混合料的强度和变形性能；矿料级配影响到路面成型后的外观粗糙 度与行车车轮的摩阻系数和使用性能，同时影响交通安全性；矿料级配还是影响 沥青混合料旆工和易性的重要因素，如粗细矿料的颗粒大小相距过大，缺乏中间 尺寸，混合料容易分层层积，如细集料太少，沥青层就不容易均匀地分布在粗颗粒 表面，使拌和困难，当沥青用量过少，或矿粉用量过多时，混合料容易产生松散不 易压实，反之如沥青用量过多，或矿料质量不好，则容易使混合料粘结成团块，不 易摊铺。 2 2 矿质集料的级配组成。” 一个良好的矿料级配组成，应该是在热稳定性容许的条件下矿料空隙率最 小，以及为保证有足够的裹覆沥青所需的结构表面积，以保证矿料之间处于最紧 密的状态，并为矿料与沥青之间相互作用创造良好的条件，使沥青混合料最大限 度地发挥其结构强度的效应，从而获得最好的使用品质。矿料级配组成主要有连 续级配和间断级配两种形式。 ( 1 ) 连续级配 连续级配足桀混合料在标准筛孔 0 成的套筛中进行筛析时，所得的级配曲 线平顺圆滑，具有连续的( 不间断的) 中i ：质，相邻粒径的粒料之问，有一定的比例 关系( 按重量计) 。这种由大到小，逐级粒径均有，按比例互相搭配组成的矿质混 合料，称为连续级配混合料。用连续级配组成最佳级配的理论主要有下述几种： 富勒最大密度曲线。w b 富勒( w b f u l l e r ) 根据试验提出一种理想级配， 认为：级配曲线愈接近抛物线时，则其密实度愈大，空隙率愈小，矿质混合料的 通过百分率与粒径的关系为 只= k d ， ( 2 1 ) 式中 粒径为以时矿料的通过百分率( ) ； 蜀比例系数； d ，欲计算的某级配矿料的粒径( m ) ，当粒径等于最大粒径d 时，则 通过率等于1 0 0 。 泰波公式。”1 。a n 泰波( a n t a l b 0 1 ) 认为泰勒曲线为一种理想的级配曲 线，实际矿料的级配应允许在一定范围内波动，故将富勒最大密实度曲线改为n 次幂的通式，即： 纠o o ( 甜 浯z ， 式中d 矿料的最大粒径( m m ) ； n 试验指数； 、d ，同式( 2 - 1 ) 。 从( 2 - 2 ) 式可以看出，当n = 1 2 时的抛物线，即为富勒曲线。根据试验 认为n = 0 3 - 一0 6 之间，级配具有较好的密实度。 我国的简化公式。“”3 。我国在实践的基础上，提出了直接以矿料通过百分 率的递减率i 为参数的计算公式： 只= l o o ( 0 “1 ( 2 3 ) 式中p 第x 级配料的通过百分率( ) ； x 矿料按粒径分级的顺序数。当最大粒径为d 时，盖= 1 ：矿料粒径 按1 2 递减，当d ：d 2 时，x = 2 ；d = d 4 ，x = 3 ，余类推； i 通过百分率的递减率，即矿料中最大粒径为d 时，其通过百分率为 1 0 0 ；粒径为d 2 时，其通过百分率为1 0 0 i ，其余类推。i = 0 7 - 0 7 5 ， 北方取0 7 ，南方取0 7 5 为好。 ( 2 ) 间断级配 在矿质混合料中剔除一个分级或几个分级形成一种不连续的混合料，这种混 合料称为间断级配混合料。但在实际使用中，由于矿质混合料的最大粒径往往受 到限制，不能任意增大，因而其分级数也受到限制，且大小粒级间尺寸相对过于 悬殊，在用于流动性较大的混凝土拌和物中，集料易产生离析现象。通常以一个 连续级配的集料为骨料，在保证集料骨架不被挤开的条件下，用另一个连续级配 的细集料来填隙，亦可形成一个既具有高密实度，又具有高内阻力的密实骨架结 构。 虽然可以用级配理论计算矿料级配，但实际上由理论法计算的矿料级配很 难直接应用，一方面计算得到的级配范围很难适用于所有筛孔，使用上有困难： 另一方面在实际使用中粒径必须根据路面的结构组成及混合料的使用部位( 层次 或路面等级等) 对级配作不同的调整。这就使选择理论用的n 、f 等系数发生困难， 因此由长期实践得出的经验便非常宝贵。在经验的基础上，根据工程实践的具体 情况对级配作一些微调，使之路用性能更佳，并尽量使级配曲线顺滑。 绘制级配范围曲线的方法在我国用半对数坐标。即首先按对数计算出各种颗 粒粒径( 或筛孔尺寸) 在横坐标上的位置，而表示通过( 或存留) 百分率的纵坐标则 按普通算术坐标绘制。不同类型级配睦线示例如下图所示： 式 v 簪 采 妞 帮 舞 赫扎蠢径( m m ， 图2 - 1 不同类型矿料级配曲线示例 8 2 3 沥青搅拌设备中影响产量和级配精度的环节 沥青搅拌设备是将不同粒径的骨料耳丁】填料按规定的比例掺台在一起，用沥青 做结合料，在规定的温度下拌台成均匀沥青混合料的专用机械。，在沥青路面施 工巾发扦着重要作用。沥青搅拌设备主要分为连续式沥青搅拌设备与间歇式沥青 搅拌设备。围2 2 一图2 - 4 为几种间歇式沥青搅拌设备的外形圉。 生产能力是沥青搅拌设备的一个主要技术经济指标，对整个公路施工过程影 响很大，生产能力达不到设计要求是沥青搅拌设各存在的比较普遍的一个问题。 级配对沥青混合料非常重要，骨料级配精度也是沥青搅拌设备的重要指标之一。 下面分析沥青搅拌设各中影响这两个指标的环节。 下面分析沥青搅拌设备中影响运两个指标的环节。 图2 - 2 美国i t s t e c 一5 0 s 型沥青搅拌设备 阁2 - 3 德国地宁荷夫沥青搅拌设墨 9 图2 - 4l b 3 0 0 0 型沥青搅拌设备 2 3 1 沥青搅拌设备中影响产量的环节 间歇式沥青搅拌设备的几个主要总成冷骨料供给装置、烘干筒、振动筛和搅 拌器均对其产量有较大的影响和制约作用。 冷骨料供给装置一般由冷骨料储仓、给料器、冷骨料输送机等组成“，是保 证各种骨料按比例均衡供给的重要部分。冷骨料的供料是否均衡、稳定，将直接 影响到设备的产量和成品料的质量啪3 。 烘干筒将冷骨料加热到一定温度，并充分脱水，以保证计量的精确和准确的 油石比，使沥青对骨料均匀裹覆。生产中要求烘干筒把冷骨料加热到规定的温度 范围之内，并要保证加热均匀、防止骨料在滚筒中离析等。烘干筒生产率受烘干 筒的直径和长度、燃气的速度、叶片的结构和布置、回转速度、骨料特性等的制 约，进而影响整个沥青搅拌设备的产量乜0 ”2 。 振动筛对烘干后的热骨料进行筛分分级。振动筛本身的筛分能力是有限的， 而且受许多因素的影响，如骨料特性、筛网配置等。当热骨料提升机的上料量超 过振动筛的处理能力时，混合料来不及筛分，会出现严重的混仓现象，影响生产 进行“2 “。据对大量施工现场的调查，振动筛己成为影响间歇式沥青搅拌设备生 产率的“瓶颈”之一。 搅拌器把按一定配合比称量好的骨料、石粉和沥青均匀的搅拌成成品料“。 搅拌器的处理能力和性能同样对整个搅拌设备的产量有较大影响”“2 “。 2 3 2 影响沥青混合料级配精度的环节 从生产的工艺过程分析，影响沥青混合料级配精度的环节主要是冷配料系 统、振动筛和电子称量系统。 1 0 间歇式沥青搅拌设备通过冷配料系统按照目标配合比进料完成沥青混合料 的初级配。冷配料系统的精度和供料稳定性对保证沥青混合料的级配精度相当重 要。”。此外，f e 产时冷配料系统的标定，冷骨料：料时的串仓、离析等问题同 样影响成品沥青混合料的级配精度。 振动筛环节直接控制进入各个热骨料仓的热料量和骨料级配，是影响沥青混 合料级配精度的重要环节。只有当振动筛的处理能力和筛分效率较高时，才能保 证良好的生产级配。振动筛本身的筛分性能、被筛分物料的特性、筛网配置、筛 网破损、堵塞等因素均影响筛分效果，进而影响沥青混合料生产的级配精度 1 1 2 】【2 1 电子称量系统按照生产配比依次称量被筛分后各个热料仓内的骨料质量并 进行搭配。要提高所生产的沥青混合料的级配精度，必须提高电子称量系统的计 量精确度，还要解决好诸如“飞料补偿”、“二次计量”等问题。，沥青搅拌设备 对这个系统的要求是比较高的“。 以上三个环节是相互牵连、相互影响的。只有当冷配料系统的供料比例和供 料速度，振动筛的筛分能力和相对应的筛网尺寸、筛网布置，以及高精度的电子称 量系统合理调控，才能满足矿料级配的精度要求“。例如，冷配料系统供料的变 化影响振动筛的筛分效果，进而影响热料仓内的骨料级配，这就要求电子秤根据 变化了的情况按照新的配比进行称量，保证级配精度“。 2 4 振动筛与沥青搅拌设备不匹配的原因 由上面分析可知，作为间歇式沥青搅拌设备的总成之一，振动筛对搅拌设备 的产量和沥青混合料的级配精度均有重要影响。据调研，目前沥青混合料生产中 存在振动筛影响沥青搅拌设备产量和生产质量的问题，例如筛分能力低、筛分效 率差，热料仓混仓率高以及溢料和待料等，并且有时还很严重。可以说振动筛与 沥青搅拌设备不匹配。振动筛与沥青搅拌设备不匹配的原因，除了振动筛本身的 原因以外，还与施工中的下列因素有关： ( 1 ) 砂石料规格不符合要求 集料生产工业落后是我国公路施工中存在的非常突出的问题，已经引起了业 界的共鸣。原材料的均匀性、规格的一致性是保证混合料拌和质量，减少混合料 级配组成变异性的前提。然而，在我国目前的情况下，许多因素的影响使得砂石 料规格不合乎要求。“。例如我国公路施工单位一般没有石料加工厂，而是采购许 多集体和个人开办的小型加工厂，破碎筛分等加工工艺落后，从多个石料厂进料， 各石料厂碎石机和筛分机的型号规格不一致，集料品种杂、质量难以保证 “”“。砂石料规格不符台要求，使得沥青搅拌设备中振动筛的筛分效果差， 筛分不稳定，造成振动筛与沥青搅拌设备不匹配。 ( 2 ) 沥青混合料搅拌场对冷料的管理不善 搅拌场冷骨料的管理如料场的清洁、冷料的隔离、堆料的技术、冷骨料的防 雨、防潮等对沥青混合料的生产很重要哺1 。对原材料管理不善，使得原材料级配、 含水量、松散密度等发生随机性的变异，引起进入振动筛的石料流性质的变化， 从而影响振动筛的筛分性能，造成振动筛与搅拌设备不匹配。 ( 3 ) 筛网配置不合理 间歇式沥青搅拌设备中振动筛有多种规格筛网，对热骨料多级分级。筛网筛 孔尺寸的选择对振动筛的处理能力和筛分效率均有影响，同时影响进入各个热料 仓的热料的数量与仓内骨料级配。生产沥青混合料前应给振动筛合理配置各层筛 网筛孔，当生产工艺改变之后，应及时更换各层筛网以适应新的生产工艺。沥青 混合料搅拌站在实际生产中，常常因配筛不合理，或是生产工艺改变后，未能及 时、合理的更换筛网，导致生产配合比设计难以满足质量和产量兼顾的要求，从 而使生产能力远远低于沥青搅拌设备的设计生产能力，生产的混合料的质量也达 不到要求“1 。 2 5 振动筛与沥青搅拌设备不匹配的后果 振动筛与沥青搅拌设备不匹配时会产生下面的后果： ( 1 ) 沥青搅拌设备的生产率下降 骨料在沥青混合料中占9 0 以上，沥青混合料生产过程中振动筛是骨料的必 经环节，当施工中振动筛与沥青搅拌设备不匹配时，振动筛无法完成对热骨料的 处理量，不能与其它环节协调一致，从而影响沥青混合料的产量，使得沥青搅拌 设备的实际生产率达不到要求的生产率。 ( 2 ) 影响沥青混合料的级配质量 振动筛对烘干后的热骨料不能合理分级、筛分效率差造成热料仓混仓严重， 使得后续环节的生产配比及级配精度无从保证，最终引起成品沥青混合料的级配 偏离设计要求。 ( 3 ) 造成浪费和污染 振动筛与搅拌没备不匹配时，会造成比较严重的热料仓溢料和待料现象，不 但降低搅拌设备的产量，而且造成材料和燃料的浪费，引起环境污染。此外，不 断派专人清理溢出的料，增加设备和人员消耗及工时消耗。当溢料和待料严重时 沥青混合料甚至无法正常生产。 由此可见，振动筛与沥青搅拌设备不匹配的后果对沥青搅拌设备及工程施工 来说是严重的，此问题应该得到重视。 第三章振动筛及其理论 3 1 振动筛及其分类”7 “”“ 振动筛是利用振动的多孔工作面，将颗粒大小不同的混合物料按照粒度进行 分级的机械。这种分级作业叫做筛分。利用筛分可以把物料加工成成品( 独立筛 分) ，可以为下道工序做准备( 预备筛分) ，可以为破碎作业服务( 辅助筛分) ，还 可以脱水、脱泥、脱介等。当用于分级时，一层筛面可获得两种产品，n 层筛面 筛分即可得到n + 1 种产品。 振动筛的种类繁多，分类方法也各不相同。按驱动装置的形式分为惯性振动 筛、弹性连杆式振动筛、电磁式振动筛和其他形式的振动筛；按筛箱的运动轨迹 形式分为直线振动筛、圆振动筛和椭圆筛等；按偏心轴的根数分单轴式、双轴式 和多轴式等；按振动频率比分为近共振点工作( z = o 8 - 0 9 ) 的共振筛和远离共 振点工作( z = 4 6 ) 的惯性筛等；按筛网的层数分为单层筛、双层筛和多层筛等 砌日i 3 2 筛分作业的顺序嘲 振动筛对物料进行多级分级时，由于同时存在两种以上不同孔径的筛网，就 存在一个筛分作业的顺序问题。按照筛分作业的顺序不同可分为由粗到细筛分 ( 层层筛分) 、由细到粗筛分( 阶梯筛分) 和混合筛分三种形式。 ( 1 ) 由粗到细筛分( 层层筛分) 这种筛分顺序将多层筛面按孔径大小从上到下重叠布置，孔径大的在上面， 小的在下面，如图3 1 所示。这种安排方法，振动筛结构紧凑，尤其是筛体长度 可以较小，孔径大的筛网在上面，不易磨损。但是，最细的颗粒必须穿过所有筛 面，增加了在粗粒级产品中夹杂细粒的机会，而且安排在筛体下面的对应于各个 筛网的导料板和接料斗不好布置。 p ，一#， 物料 图3 - 1 由粗到细筛分( 层层筛分) ( 2 ) 由细到粗筛分( 阶梯筛分) 这种筛分方式是将几段孔径不同的筛面拼接到一起形成一个整体，小孔径在 前，大孑l 径在后，如下图3 - 2 所示。它便于出料和安排各个受料斗，并能减少细 颗粒夹杂，细颗粒先筛分出来，然后是粗颗粒。采用这种布置，筛机的结构尺寸 较大，当分级筛网数量较多时筛体可能变得很长，占用空间大，并且由于所有物 料都通过细孔筛面，会加快细孔筛面的破损。 物料 b 夕7 - 一 卜f f ? o | | | j j o x ”l 、 、 j _ 一l i、j 图3 - 2 由细到粗筛分( 阶梯筛分) ( 3 ) 混和筛分 这种顺序综合了前面两种的特点，一般分几层，每层筛网均是由几段不同孔 径筛网拼接而成，层与层之间是由粗到细筛分，每层筛网各自由细到粗筛分。如 下图3 3 所示。 物料 f ，7 f 一 图3 - 3 混合筛分 3 3 物料筛分的概率理论。7 瑚“ 3 3 1 物料筛分过程 对于物料的筛分过程可以看成由下列两个阶段组成的： 小于筛孔尺寸的颗粒( 理论上应该筛下的颗粒) 通过大于筛孔尺寸的物料 颗粒所组成的物料层的阻碍，到达筛面； 到达筛面的小于筛孔尺寸的颗粒透过筛孔进入筛下。 要使筛分过程能够顺利进行，就要使不同颗粒尺寸大小的物料之间具有相对 运动，以及使被筛物料与筛面具有相对运动。首先，使筛面上物料处于松散状态， 物料层将会产生离析现象( 按粒度分层) ，大颗粒物料位于上层，小颗粒物料位 于下层，才能使小于筛孔尺寸的物料颗粒有更多的机会接触筛网而透筛。由于筛 面上物料在运动过程中，混合物料颗粒尺寸的质量不等，获得的能量不等，跳离 筛面的高度不等，物料层的离析现象是容易实现的。其次，物料与筛面之间具有 相对运动，物料与筛面不断碰撞，这样小于筛孔尺寸的颗粒才有机会穿过筛孔进 入筛下。此外，物料与筛面的运动，通过振动和互相碰撞，促使卡在筛孔上的物 料颗粒脱离筛面，增加小于筛孔尺寸的颗粒透筛的机会。 3 3 2 物料筛分的概率理论 物料在振动筛筛面上的筛分过程，是按照物料在筛面上的透筛概率理论进行 的。在振动筛中，物料通常对筛面作连续的跳动，在每次跳动过程中，将有部分 细粒物料透过筛孔。每次跳动透过筛孔的物料的百分率，称为某一级别物料的透 筛概率。例如，相对粒度为x = d a ( d 为物料颗粒尺寸，a 为筛孔尺寸) 的物 料的质量为1 ( 即1 0 0 ) ，若每次跳动时，透过筛孔的物料量为2 0 ，则该级别 物料每次跳动的透筛概率为0 2 。 物料的透筛概率受许多因素的影响，如筛孔大小、颗粒与筛孑l 的相对大小、 筛子的有效面积、颗粒运动方向与筛面所成的角度、待筛物料的粒度组成、含水 量、含泥量、颗粒形状等，其中对透筛概率影响最直接和最重要的是物料颗粒与 筛孔尺寸的相对大小。忽略其他因素的影响，重点考虑物料颗粒尺寸与筛孔尺寸 的比值，在理想状况下， 于可以透过的面积n 0 一d + 妒6 ) 2 和筛面总面积，1 0 + 6 ) 2 之比，即 如等铲；i ( 1 - d + 尹i , 6 - - ) 净， 式中 e 。相对粒度为x 。的物料的透筛概率： 妒考虑物料与筛丝内侧碰撞后仍能落入筛孔的系数。系数妒小于1 ， 口口口口白日日口口 把相对粒度d a = 0 7 作为易筛颗粒与难筛颗粒的分界点。即把相对粒度为 d a = 0 0 7 的物料叫做易筛物料，把相对粒度为d a = 0 7 - - 1 的物料叫做难筛 物料，而把相对粒度为d a = l 一1 5 的物料叫做阻碍物料。 理论研究和生产实践均表明，易筛物料的相对粒度小，在筛分过程中，很容 易与大颗粒物料产生离析现象而迅速分层，到达筛面，在与筛面接触过程中由于 相对粒度小，很容易透筛。因此易筛粒料筛分迅速，对这些物料的筛分，发生在 筛分的初始阶段就能完成，筛分的干净，筛分效率高。难筛物料相对粒度大，与 大于筛孔尺寸的颗粒较为接近，不容易与它们产生离析现象，分层较为困难，即 不易穿过大颗粒物料层而到达筛面，并且，难筛物料与筛面接触碰撞的过程中， 透筛概率低，难于透筛且易于堵塞筛孔，相对粒度越接近于1 ，情况越严重。造 成的结果就是，难筛粒料在筛面上停留的时间长，不易筛净，筛分效率较低。相 对粒度为1 1 5 的物料，由于与易筛粒和难筛粒相对尺寸差异不大，在相互运 动过程中离析困难，阻止易筛粒和难筛粒透过料层而接触筛面，尤其对难筛粒的 阻碍严重，因此把它们称作阻碍物料，并且该段粒料中也有一部分易于堵塞筛孔。 而相对粒度大于1 5 的物料，对易筛粒和难筛粒的干扰很小，基本上不产生影响。 3 4 振动筛的筛分效率及影响因素”7 ”“剐。2 “。”3 筛分的目的是要筛出比筛孔尺寸小的细物料，但实际筛分过程中受各种因素 影响，总有一些细物料不能落人筛下，于是用筛分效率这一指标来衡量筛分的完 全程度。筛分效率一般可定义为实际得到的筛下物重量与入筛原料中所有小于筛 孔尺寸的物料重量之比的百分数。筛分效率是筛分机械的主要技术指标之一，工 业上广泛使用的各种形式振动筛的筛分效率一般为8 0 一8 5 。 影响振动筛筛分效率的因素众多，主要分析如下： ( 1 ) 被筛分物料的性质 物料粒度的组成特性。被筛分物料的粒度组成特性对筛分过程有很大影 响。入筛物料中易筛粒含量愈多，筛子的生产率愈高，若保持一定的生产率则可 得到较高的筛分效率。相反，入筛物料中含难筛粒和阻碍粒较多时筛分效率则降 低。 物料的含水量及含泥量。物料的外表水分使细粒粘结成团，或附在粗粒上 而不易透筛。在一定范围内，筛分效率随水分含量增加而降低。水分的影响还与 物料含泥量有关，当含泥量高时，少量水分即r ；i 起物料的严重粘结和堵塞筛孔， 甚至造成筛分作业不能进行。 物料的密度。般密度较大物料，在筛面上运动状态良好，分层容易，物 料易于接触筛面透过筛孔，筛分效率较高；相反，对密度很小的物料筛分，物料 在筛面上运动状态不佳，离析困难，不利于透筛。 物料的颗粒形状及大小等。球状、立方体状或接近于球状、立方体状的物 料对方孔和圆孔透筛较容易，且不易堵塞筛孔，筛分效率较高；相反，长条状、 针片状物料对方孔、圆孔透筛概率低，而且容易堵塞筛孔，降低有效筛分面积， 使筛分效率降低。另外，对粉状物料筛分，由于透气性不好，在粉料和筛面之间 容易形成“气垫”，影响物料透筛，降低筛分效率。 ( 2 ) 振动筛的运动形式 直线振动筛振动加速度矢量方向只有一个，即沿振动方向角的方向，物料对 筛孔的透筛概率较低，筛分效率相对较低；圆振动筛振动加速度矢量方向沿整个 圆周方向，筛面对物料有揉搓效果，便与物料透筛，筛分效率较高；椭圆振动筛 介于直线筛和圆振筛之间。 ( 3 ) 筛面的结构参数( 筛面尺寸和筛孔形状、尺寸、开孔率等) 理论和实践表明，对一定物料，生产率主要取决于筛面宽度；筛分效率主 要取决于筛面长度。筛面愈长，物料在筛面上被筛时间愈长，筛分效率也愈高， 但要适度，筛长增加并不能无限增加筛分效率。筛面宽度必须适当，且要与长度 保持一定比例。在筛子负荷相等时，筛子宽度小长度大，料层必然较厚，难于透 筛；当筛子宽度很大而长度小时，由于颗粒在筛上停留时间很短，筛分效率必然 降低。 筛孔形状的选择，取决于对筛分产物粒度和对筛子生产能力的要求。圆形 筛孔在名义尺寸相同的情况下，筛下产物的粒度较小；长方形孔有效面积大，生 产能力较高，处理含水量较多的物料时不易堵孔，但易使条状和片状通过筛孔； 处理块状物料应采用正方形孔，处理板状物料应采用长方形筛孔等。 筛孔尺寸。被筛分物料一定的情况下，筛孔尺寸就决定了被筛分物料的粒 度分离界限以及筛上和筛。f 的物料量，因此对筛分效果影响较大。 筛面开孑l 率( 筛面上所有筛孔的总面积与整个筛面的面积之比) 越大，有 效筛分面积越大，物料颗粒就越容易透过筛孔，筛分效率就越高。 ( 4 ) 筛机的运动学参数( 振幅、振动次数、筛面倾角、振动方向角等) 振幅增大，物料动能增大，跳离筛面距离远，物料与筛面接触时有利于物 料透筛，筛分效率就越高。 振动次数越大，物料与筛面接触的次数就多，有利于透筛，筛分效率提高。 筛面倾角太小，排料困难；角度太大，排料太快，物料被筛分时间缩短， 筛分效率就降低。而且，筛面倾斜时，筛孔有效尺寸变小，透筛概率变小，筛分 效率降低。 振动方向角增大，物料跳离筛面距离高，不易堵塞筛孔，且落回筛面时与 筛面夹角增大，增加了透筛概率，因此筛分效率就提高。 ( 5 ) 给料量 在其他条件相同的情况下，给料量增加，相应筛分效率就会降低，筛子负荷 过大后，甚至就成为一个溜槽，只起到运输物料的作用。 ( 6 ) 振动筛的操作条件 生产过程中沿整个筛宽连续均匀地给料，使物料沿整个筛面的宽度上铺成一 薄层，增大了有效筛分面积，便于细粒透过料层和筛孔，可使筛子获得较高的生 产率和筛分效率。相反，给料不连续、不均匀，不沿筛宽给料，则筛分效率降低。 ( 7 ) 筛面上物料层厚度与物料的运动速度 筛面上料层越厚，小于筛孔尺寸的颗粒越不易透过料层接触筛面，降低透 筛概率，筛分效率就低；反之，薄料层筛分的情况下，物料容易接触筛面，增加 透筛机会，物料在筛面上运动良好，因此有利于提高筛分效率。 物料在筛面上的运动速度越慢，物料与筛孔接触机会增加，物料越容易透 过筛孔，筛分效率就高：反之，运动速度快，物料来不及透筛就从筛面上方排除， 筛分效率就低。 3 5 振动筛生产率的计算。7 “。” 振动筛的生产率q ( t h ) 一般可以按照流量法计算： q = 3 6 0 0 h b v ? ( t h ) ( 3 - 2 ) 式中h 料层厚度( m ) ； b 筛面宽度( m ) ； 2 0 v 物料在筛向上的实际平均运动速度( m s ) 7 物料层松散密度( t m 1 ) 。 由上式可知，根据筛而上物料层厚度、筛研宽度、物料实际平均运动速度、 松散密度等参数就能计算振动筛的生产率。 3 6 间歇式沥青搅拌设备中振动筛的特点 目前国内外沥青搅拌设备的生产厂家众多，在我国公路施工中服役的沥青搅 拌设备国内国外产品均有，其中振动筛也是各有特点。 ( 1 ) 从振动筛的运动形式看，直线筛、圆振筛、椭圆筛在间歇式沥青搅拌设备 中均有应用，常见的是直线筛和圆振筛，椭圆筛较少。直线振动筛的运动轨迹为 直线，物料在筛面上的运行状态良好，对安装倾角要求较低甚至可以水平安装。 圆振动筛运动轨迹为圆形或近似于圆形，安装倾角一般要求较大，一般为单轴， 具有结构和技术简单、制造成本低、维修工作量少等优点。椭圆振动筛的研究 起步较晚，使用和调整难度较大，故应用较少。 ( 2 ) 振动筛筛网一般为金属丝编织方孔筛网“”1 。 ( 3 ) 振动参数的范围。沥青搅拌设备中振动筛，单轴振动筛振幅通常为4 - 6 m 、 振动频率为2 0 - 2 5 h z ，双轴筛振幅通常为9 - 1 1 硼、振动频率一般为1 8 - 2 0 h z ”。 筛面倾角一般在5 。一1 5 。范围内，振动方向角( 直线筛) 一般为4 0 。一4 5 。等。 ( 4 ) 振动筛在与其相连的部件之间设有隔振和减振措施，以保证其他机件的正 常工作，并增加搅拌设备的稳定性。并且，一般振动筛安装了电机反相制动装置， 以消除振动筛将要停止但还没有停止所出现的跳动和不规则运动“。 ( 5 ) 振动筛工作时产生