道路半刚性基层材料室内旋转跌落式振动拌合设备的制作方法

本发明属于交通运输设备技术领域，具体涉及道路半刚性基层材料室内旋转跌落式振动拌合设备。

背景技术

现行的jtg/tf20-2015《公路路面基层施工技术细则》和《公路无机结合料试验规程》中，对于无机结合料配合比设计中混合料的拌合均没有给出明确的方法。到目前为止，室内试验中无论是最大干密度、最佳含水量的确定还是无侧限抗压强度试件的成型，所用混合料均采用手工拌合。对于新拌水泥基材料，土呈粘-塑状态，属于宾汉姆体(bingham)，混合料各组分相表面间的粘结力使它完全拌匀变得特别困难，特别是水和水泥的分散均匀性无法保证。而在实际生产中振动搅拌设备已经得到了大规模的应用，采用振动拌合可以改善水泥和水在集料颗粒间分布的均匀性，减少因拌合产生的缺陷。施工现场拌合和室内试验拌合的差异性导致了室内试验结果与实际生产间存在较大不一致，无法实现室内试验对实际生产的指导。

现有的振动搅拌设备主要有以下几类：

（1）旋转振动搅拌设备：激振器上下两端的偏心块被调整成一夹角，两偏心块产生的离心力和的合力将使物料绕振动搅拌槽的轴线旋转，而对物料的力矩将使其产生翻滚运动。这种振动混合设备由于激振的振幅较大，频率较高，导致水稳碎石在拌合过程中出现沉积、离析的现象。

（2）卧轴振动搅拌机：利用搅拌轴、搅拌臂及其上安装的搅拌叶片作为振动活化源，使振动和搅拌在搅拌轴上同时完成，这种方法的弊端在于振动轴的作用范围有限，无法作用在所有的材料上，效果不明显。

（3）立轴振动搅拌机：采用的是振动单元和搅拌单元分离的设计，通过振动棒搅拌，通过旋转叶片进行拌合，这种振动搅拌设备的缺陷和上述相同，即振动作用范围有限，无法作用到所有材料。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有的搅拌设备存在沉积、离析的现象或作用范围有限，无法作用到所有材料上的问题，提供道路半刚性基层材料室内旋转跌落式振动拌合设备，该设备通过料筒的旋转作用，使物料提高，增加势能，在最高点跌落，使粗细集料拌合均匀；通过箱体的高频整体振动，水和水泥等材料混合均匀，即通过旋转跌落和振动作用，使半刚性基层材料达到宏观和细观的拌合均匀，并且振动的频率可以控制，不会使材料产生离析等不良现象。该设备用于半刚性基层材料的室内试验，可满足宽频幅的旋转跌落振动拌合，从而使半刚性基层材料达到均匀稳定的状态，发挥水泥等胶结材料的最大作用，达到室内试验与实际生产相一致的条件。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

道路半刚性基层材料室内旋转跌落式振动拌合设备，所述的设备包括设备外框架、料筒、电磁振动片、旋转电机、碳刷、旋转轴、摆线针轮减速器及控制箱；

所述的设备外框架上转动安装有旋转轴，所述的料筒倾斜焊接在旋转轴上，料筒的上端具有可开启或关闭的门，所述的旋转轴的一端与摆线针轮减速器的输出轴连接，所述的摆线针轮减速器的输入轴与旋转电机的输出轴连接，旋转电机固定在设备外框架上，所述的电磁振动片为两个，分别粘贴在料筒的两个相对面上，所述的碳刷与旋转轴的另一端连接，用于给电磁振动片供电；所述的控制箱信号输出端通过电缆连接旋转电机和碳刷的信号输入端。

本发明相对于现有技术的有益效果是：使用本发明的设备进行拌和的过程中，半刚性基层材料既产生宏观的横向往复运动和竖向跌落运动，又有细观的振动，宏观的运动使粗细集料分布均匀，细观的振动使水和水泥均匀地分布在材料表面，并相互作用渗入集料的空隙中，不但使粗、细集料、水和水泥混合均匀，还能增加材料的熟度，提高其施工和易性；同时，本发明振动频率可调范围为30~60hz，振幅为0.1~1mm，以保证不同材料的振动效果，不会出现离析、沉积和拌合死角等现象；整体跌落式拌合效果显著，保证了材料混合的更加充分。此外本发明操作简单，通过控制箱对整台仪器进行控制，方便快捷。本发明的设备拌和的材料设计与实际生产在模态上相一致，室内试验可指导实际生产，通过本发明实现室内材料设计与实际生产的一致性，从而更好的对实际生产进行指标控制。

附图说明

图1为本发明的道路半刚性基层材料室内旋转跌落式振动拌合设备结构图；

图2为设备外框架示意图；

图3为料筒的主视图；

图4为料筒的俯视图；

图5为控制箱电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。

本发明的工作原理是：料筒以倾斜一定角度安装在旋转轴上，在料筒绕轴旋转时，在筒内垂直方向运动的材料受到一倾斜作用力作用而发生水平方向移动，材料以螺旋方式运动，且每转半圈，筒内的材料方向改变一次，材料得到充分混合；同时电磁振动片带动整个料筒振动，对混合料进行振动搅拌，使物料颗粒具有一定振动频率下的振幅后处于颤振状态，从而破坏混合料间的粘性联接，使物料间的内摩擦力大大降低，便于物料中的水泥颗粒从结团状态变为均匀分布状态，加快水化反应和砂浆包裹骨料速度，使粗细集料、水和水泥分布均匀。

具体实施方式一：如图1、图2所示，本实施方式记载的是道路半刚性基层材料室内旋转跌落式振动拌合设备，所述的设备包括设备外框架1、料筒2、电磁振动片3、旋转电机4、碳刷5、旋转轴6、摆线针轮减速器7及控制箱8；

所述的设备外框架1上转动安装有旋转轴6，所述的料筒2倾斜焊接在旋转轴6上，料筒2的上端具有可开启或关闭的门（拌合时关闭，开启时放入材料和取出材料），所述的旋转轴6的一端与摆线针轮减速器7（减速器购自常州贝业减速机厂，型号为xwd3，减速比为1：87）的输出轴连接，所述的摆线针轮减速器7的输入轴与旋转电机4的输出轴连接，旋转电机4固定在设备外框架1上，所述的电磁振动片3为两个，分别粘贴在料筒2的两个相对面上，用于产生激振力，所述的碳刷5与旋转轴6的另一端连接，用于给电磁振动片3供电；所述的控制箱8（控制箱中所用变频器购自苏州一奔智能科技公司，型号为syb900，输出频率为0~500hz）信号输出端通过电缆连接旋转电机4和碳刷5的信号输入端。

所述的设备外框架，用于支撑料筒、旋转轴和旋转电机等设备；所述的料筒是半刚性基层材料混合时盛放材料的器皿；所述的电磁振动片通过碳刷的供电将电能转化为振动能量，带动料筒振动，从而达到使料筒内部材料产生振动的目的，其振动频率可通过改变供电频率调节；所述的旋转电机，输出端在电力驱动下带动设备外框架上端的旋转轴转动，进而带动料筒在空间内的旋转，使半刚性基层材料在旋转的过程中由于重力的作用发生跌落，材料在不断的跌落混合过程中达到均匀稳定的状态；所述的碳刷是电磁振动片的供电装置，使电磁振动片在随料筒旋转的过程中得到电力供应；所述的减速器的作用是将旋转电机的输出转速降低达到合适的转速范围，减速器与旋转轴连接带动旋转轴转动，从而使安装在旋转轴上的料筒转动；所述控制箱为独立单元，用于给整个系统供电，包括旋转电机的启动、停止和电磁片的振动及相关参数的输入，所述的参数包括料筒的旋转频率、旋转时间、料筒的振幅、振动频率和振动时间。

具体实施方式二：具体实施方式一所述的道路半刚性基层材料室内旋转跌落式振动拌合设备，所述的料筒2为圆筒状，料筒2的中心轴线与旋转轴6轴线之间的夹角为30°。

具体实施方式三：如图3所示，具体实施方式二所述的道路半刚性基层材料室内旋转跌落式振动拌合设备，所述的料筒2内圆周面直径为30cm，壁厚为3mm，高度为50cm。

具体实施方式四：具体实施方式一、二或三所述的道路半刚性基层材料室内旋转跌落式振动拌合设备，所述的料筒2为钢质料筒，料筒内、外圆面上分别设有镀锌层，起防腐防粘作用。

具体实施方式五：如图4所示，具体实施方式二所述的道路半刚性基层材料室内旋转跌落式振动拌合设备，所述的料筒2内具有三块与筒壁垂直焊接的轴向挡板，三块所述的轴向挡板均为长方形板，其长40cm，高6cm，厚3mm，每相邻两块轴向挡板之间成120°。初始情况物料在重力作用下堆积在料筒底端；当料筒开始绕旋转轴开始旋转，挡板推动物料抬升，至旋转至挡板处于水平面此段为物料的上升阶段。在继续旋转的过程中由于挡板的倾斜方向与水平面成一定角度，在重力作用下物料开始沿挡板方向在料筒内轴向移动，同时受垂直于挡板的推力继续抬升；此时由于挡板在径向上与水平成一定角度，物料在径向上开始移动直至离开挡板开始跌落。在跌落过程中物料在料筒的轴向和径向上都存在速度，至跌落到料筒底部。完成一个周期的旋转跌落拌合。随旋转而至的下一片挡板进行下一周期的拌合。

本发明的使用方法如下：将配制好的各档半刚性基层材料装入料筒，包括集料、水和胶结料，关闭料筒门；开动旋转电机使料筒旋转，旋转频率为10次/分钟；选择50hz振动频率开始振动；在5min后关闭电源（正传2.5min，反转2.5min），停止旋转和振动，从料筒中将半刚性基层材料取出。

本发明的电路控制图如图5所示，abc为电源输入端，对接380v动力电源；qf为空气开关控制整个电路的开断；旋转电机和振动电机控制电路相互独立，旋转电机的控制方法有公频转动和变频器控制两种，旋转电机的控制电路中sm1和sm2为压力控制开关，当闭合sm1开关，打开sm2开关时旋转电机由变频器控制调节转速，变速指示灯工作。当闭合sm2开关，打开sm1开关时旋转电机直接接入电源，转动频率为公频50hz，公频指示灯工作。同理振动电机的控制电路有两种，在振动电机的控制电路中sm1和sm2为压力控制开关，当闭合sm1开关，打开sm2开关时振动电机由变频器控制调节转速，变速指示灯工作。当闭合sm2开关，打开sm1开关时振动电机直接接入电源，振动频率为公频50hz，公频指示灯工作。

实施例1：

1、设备的联系

通过对控制箱的控制，改变输出到旋转电机的电流频率，从而实现对旋转电机转速的控制。通过控制箱控制电流输出到碳刷，由碳刷将电流输入到旋转中的振动片，从而实现振动混合的目的。

2、设备的测试

此设备对不同类型半刚性基层（水泥稳定类、水泥粉煤灰稳定类和二灰稳定类）材料均可应用，在不同半刚性材料进行拌合之前，先进行试验，确定最佳的旋转频率、振动频率和拌合时间，以达到在短的时间内完成拌合的目的。对于水泥稳定碎石半刚性基层材料，通过试验，最佳的拌合参数分别为旋转频率为10次/分钟，振动频率为50hz，拌合时间为5分钟（正传2.5min，反转2.5min）。