混合输送（精选4篇）
混合输送 篇1
0前言
在塑料加工领域里, 采用的原料一般包括粉状、粒状或者片状物料, 由于所生产制品的不同要求, 需在物料中加入助剂, 比如不同颜色的色母料、防静电剂等进行塑料的改性[1], 为了使加工后助剂在制品中的分散效果更好、更符合人们的设计要求, 一般在加工前对物料进行混合;而由于粉状、粒状或者片状物料, 在加工中容易产生架桥堵塞等问题, 所以在加工过程中, 一般都会采用强制输送, 以解决架桥问题。
现有国内外塑料加工设备中, 都采用材料先在单独的混料机内进行混合, 然后通过螺杆、弹簧等机构进行强制输送到加工设备上, 这样就会造成在输送过程中, 由于不同材料间的松密度、流动性能不一样, 而产生物料输送到加工设备后, 出现分层的现象, 最终影响所加工制品的性能;同时由于混合与强制输送分别采用不同的机构, 设备占地面积增大, 设备成本提升, 也造成了相应的设备能耗、维护成本的提升。
为了能实现将物料混合及强制输送功能合二为一, 以达到物料在混合过程中, 又实现强制输送的功能, 从而避免由于功能的分开, 所造成的一些缺陷。本文结合螺杆的输送机理, 研究开发了一种带混合功能的强制输送装置, 从而有效地解决了物料的混合与输送问题。
1 带混合功能的强制输送装置的工作原理
带混合功能的强制输送装置是塑料挤出生产线[2]的重要设备之一, 本装置采用一条带有左右旋的螺杆 (如图1) , 通过一个减速电机进行驱动, 利用螺纹的输送机理[3], 将螺杆两端的物料同时往螺杆中间输送, 当左右方向输送过来的物料, 在螺杆中间汇合时, 一部分物料通过混料仓中间的物料输送口强制输送到加工设备上, 从而实现物料的强制输送功能;由于左右螺纹的输送能力远大于物料输送口处的输送能力, 从而一部分的物料将在螺杆中间形成拱起状态 (如图2所示) , 由于螺杆两端不间断的补充物料, 中间拱起的物料将上升, 当其上升到一定高度后, 就往两端分散, 从而完成一个周期的混合。
2 带混合功能的强制输送装置的结构设计
如图3所示, 这种带混合功能的强制送料装置, 包括料斗1、送料螺杆2、电动机3、筒状物料混合仓4和出料阀5;物料混合仓4的顶部设有进料口6, 物料混合仓4的底部设有出料口7, 进料口6和出料口7均处于物料混合仓4的中间位置;进料口6与料斗1的落料口8连接;出料阀5安装在出料口7上;送料螺杆2包括杆体201, 以及沿杆体201轴向依次设置在杆体201上的正向螺纹段202和反向螺纹段203, 正向螺纹段202与反向螺纹段203的螺纹方向相反;杆体201的两端可转动安装在物料混合仓4的两侧壁上, 正向螺纹段202和反向螺纹段203均处于物料混合仓4中, 正向螺纹段202和反向螺纹段203的交接点与进料口6、出料口位7置相应, 杆体201露出在物料混合仓4外部的一端与电动机3传动连接。
如图3和图4所示, 预先将正向螺纹段202和反向螺纹段203的送料速度设置为大于出料口7的出料速度, 开始工作时先关闭出料阀5, 不同的物料9预先存放在料斗1中, 物料9从料斗1经进料口6进入物料混合仓4中, 并填满物料混合仓4的空间;电动机3驱动送料螺杆2按一定方向转动, 正向螺纹段202和反向螺纹段203均推动物料9使物料9自送料螺杆2两端往中间输送;当物料9在中间汇合时, 由于自两端向中间的挤压力作用, 物料9向上拱起, 并逐渐上升, 当被拱起物料9达到一定高度时, 就往两端分散, 进行物料9的预混合;开始送料时, 打开出料阀5, 当物料9在中间汇合时, 由于自两端向中间的挤压力作用, 部分物料9由出料口7送出, 另一部分物料9向上拱起, 并逐渐上升, 当被拱起物料9达到一定高度时, 就往两端分散, 从而完成物料9一个周期的混合。从上述工作过程可以看出, 该带混合功能的强制送料装置能够实现物料9的混合和输送, 即是将物料混合装置和物料输送装置紧密结合在一起, 结构相当紧凑, 占用空间小, 节约土地资源;另一方面, 由于物料9混合后立即由出料口7送入加工设备, 没有中间输送环节, 物料9不会分层, 从而提高了加工后制品的品质;另外, 由于当物料9输送受阻时, 往下输送的物料9的量会减少, 往上拱起进行混合的物料9的量会增加, 能够有效地避免因输送故障产生输送阻力加大而导致电动机3过载等问题。
3 结论
为了检验带混合功能的强制输送装置在实际工作的工作性能是否满足设计要求, 在该装置安装完成后进行了初期的测试, 该装置在性能上实现了预期的设计目标, 满足了混合及强制输送的基本要求, 工作性能正常, 达到预期的设计效果。
摘要：分析了带混合功能的强制输送装置的工作原理, 设计了该装置的机械结构, 并研制开发了带混合功能的强制输送装置的样机, 连续进行了实验, 实验结果表明, 该机运行良好、混合均匀、强制输送效果显著。各项性能指标都达到了设计要求。
关键词：塑料,混合,强制,输送
参考文献
[1]刘英俊, 刘伯.塑料填充改性[M].北京:中国轻工业出版社, 1998.
[2]F.汉森编.郭奕崇译.塑料挤出技术[M].北京:中国轻工业出版社, 2001.
[3]《机械设计手册》编委会.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社, 2004.
混合输送 篇2
物料输送机主要是起搅拌、输送物料作用, 但是目前的物料输送机功能单一、适应性差、传动效率低、功耗高等问题。为了减少劳动力, 减轻劳动者的工作量, 现在原有的物料输送机的设计基础上进行优化改进, 以获得更高的生产效率, 更低的能量消耗为目的设计二元粉料混合输送机。文章介绍了一种新型的齿形螺旋叶片以达到较高的生产效率。
ug/Gateway为所有ug NX产品提供了一个一致的、基于Motif的进入捷径, 是用户打开NX进入的第一个应用模块。Gateway是执行其他交互应用模块的先决条件, 该模块为ug NX5的其他模块运行提供了底层统一的数据库支持和一个图形交互环境。它支持打开已保存的部件文件、建立新的部件文件、绘制工程图以及输入输出不同格式的文件等操作, 也提供图层控制、视图定义和屏幕布局、表达式和特征查询、对象信息和分析、显示控制和隐藏/再现对象等操作。这是一个交互式CAD/CAM (计算机辅助设计与计算机辅助制造) 系统, 它功能强大, 可以实现各种复杂实体及造型的建构。在设计方面, ug能够实体建模, 大大节约生产设计成本, 缩短设计周期, 达到了产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成。同时ug能够增加设计分析的可靠性, 从这一点来说, ug大大节约了设计时间及成本。
1 螺旋混料输送及ug建模
1.1 二元螺旋混料输送机
螺旋混料输送机, 就安装在粉料配料称量机的输送管下方, 它的进料漏斗正对着输送管的出口。在配料称料机将两种粉料陆续输入到进料漏斗同时, 操作者将液体料的进料闸阀打开, 并控制闸阀的开度, 使液体料能按规定比例输入到漏斗中[2]。当混料输送机运转时, 再将这些原料输送到下一道工序加工处。这种输送机的工作是连续不断地进行的, 而且其输送量是与生产线规定的生产效率相一致, 能够随着生产线的要求随时变更输送量, 因而是可调的。更为重要的是, 在物料输送机的输送过程中, 还能够完成混料加工:将两种粉料和液体搅拌成成分均匀的糊状物[2]。螺旋混料输送机结构的特点导致了其工作的稳定与高效。与其他混料机相比, 螺旋混料输送机有如下优点:
(1) 液料粉料混合的同时还可以进行物料的输送, 在同一时段可以完成多个工序, 节省工时; (2) 进料, 混料, 输送, 出料同时进行, 提高了生产效率; (3) 在混料比例, 输送功率等可以实时调节, 所以生产效率可调, 有利于事先计划的均衡生产。
1.2 二元螺旋混料输送机的建模
ug采用基于特征和约束的建模技术, 具有建立复杂的实体的能力。其建模方式主要有:实体建模, 特征建模, 自由曲面建模, 用户自定义特征建模, 复合建模等。
1.2.1 输送机结构的建模
ug实体建模主要基于约束的特征造型, 它可以方便的将各种复杂的空间曲线通过约束的方式连接在一起从而形成直观的空间造型[3]。建模首先要先创建一个草图。草图是建模的平台与基础。创建完草图之后可以在任务环境中绘制草图。能够在建模过程中灵活运用孔, 凸台, 拔模等指令就可以轻松完成许多结构简单的物理模型, 如漏斗 (图1) 的建模, 其优点就在于省时省力, 在最短的时间可以建立起符合设计标准的物理模型。运用草图绘制料槽 (图2) 的端面草图之后再进行正确的拉伸变换即可完成料槽的实体建模。
1.2.2 输送机主轴及叶片的建模
主轴的建模是此二元螺旋混料输送机最复杂的实体建模。主轴的建模先由简单到复杂。先设计主轴 (图3) , 按预先设计的图纸先进行主轴的建模, 熟练运用草图、凸台、孔等命令可以先将主轴画出来, 主轴建模之后再调用螺旋线工具栏沿主轴方向上绘制一条螺旋线, 然后在螺旋线的一个起始端绘制一片螺旋叶片, 再以这片螺旋叶片为特征沿螺旋线扫掠, 粗略绘制出十四片螺旋叶片[5]。最后使用关联复制进行叶片角度等的进一步加工。建模完成后要与图纸相对比, 检查是否有错误的地方。加工过程中要仔细, 保证尺寸符合预先设计的图纸。总体结构图如图4。
2 二元螺旋物料输送机的仿真
2.1 ug仿真模块的介绍
ug的仿真模块可以对任何二维或三维机构进行复杂的运动学分析和设计仿真, 还可以用于运动机构模型分析其运动规律。其优势是可以对其引动过程中各个部件的速度, 加速度及位移进行分析, 设计中的更改也可以直接的反映到装配的主模块中。仿真是实体建模的重要一步, 是检验设计是否合理的关键步骤。
2.2 运动仿真的简介
2.2.1 建立运动分析场景
运动场景是ug运动仿真的框架和入口, 它是整个仿真模块的载体, 存储着物体运动模型的所有信息, 首先打开完成好的ug二元螺旋物料混料输送机的三维模型, 在菜单栏中选择运动仿真 (motion) , 进入ug运动仿真模块。然后再左侧右击新建一个new scenario, 默认名称为motion_1。
2.2.2 建立连杆特性
连杆特性主要是为了服务于运动使各个机构部件之间相互运动联系。如机架, 轴承座等不随着主轴转动发生移动的构件可以将其属性设置为固定连杆, 而像其他构件如主轴, 前轴头, 后轴头等, 应该为其细致的设置属性。
2.2.3 建立运动副
在ug工具栏中点“运动副”按钮, 显然需要的建立的是圆柱副, 所以按系统提示建立圆柱副, 并勾选啮合连杆, 因为还需要让前轴头等进行同步运动。
显示运动特性, 分析运动过程。首先需要对刚刚所做的运动副进行解算方案, 然后计算方案。
解算完成后并计算方案无误后可以进行仿真运动。
在这里我们取运动速度为100r/min以适应设计之初的运行速度。在反复多次的调试之后。运行结果正常。
3 结束语
ug是一款功能强大的辅助设计软件, 集计算机辅助设计, 运动仿真, 有限元分析功能于一体的计算机辅助设计软件。通过ug软件完成整机的传动系统三维建模、虚拟装配和运动仿真, 整个设计过程更加直观、形象, 结构优化和修改更加便捷。仿真结果表明, 该传动系统结构设计合理、紧凑, 各传动元件间无干涉, 传动比分配符合要求, 设计符合要求。此次借以二元螺旋混料输送机为例展现了ug软件对混料输送的建模功能, 运动仿真功能。同时此二元螺旋混料输送机符合运动学要求, 能稳定持续的工作。
参考文献
[1]王世刚, 王树才, 等.机械设计实践与创新[M].国防工业出版社, 2009.
[2]朱立学, 韦鸿玉, 等.机械系统设计[M].高等教育出版社, 2012.
[3]钟日铭.Siemens NX8中文版从入门到精通[M].人民邮电出版社, 2012.
[4]王建石, 朱炳林, 等.工业常用紧固件优选手册[M].中国质检出版社, 2011.
混合输送 篇3
带式输送机具有运输量大、使用方便、安全及可靠性高等特点, 广泛应用于各种散状物料运输领域, 尤其在煤炭工业领域, 不论在井下还是地面, 带式输送机都是主要的煤炭运输工具[1,2]。如何尽可能确保带式输送机的无故障平稳运行是煤矿生产一线必须考虑的课题。带式输送机发生重度堆煤时将立即停止运行, 预测带式输送机的堆煤时刻问题本质上是估计带式输送机正常运行的延续时间, 是一个剩余寿命 (Remaining Useful Life, RUL) 估计问题。该问题是视情维修[3]、故障预警[4]以及设备健康管理[5]等系统的核心问题。系统或部件的剩余寿命是一个随机变量, 对其进行估计可使用基于生存周期模型、基于专家系统或基于统计数据模型等方法[6,7]。
在RUL估计领域, 隐马尔可夫模型 (Hidden Markov Model, HMM) 被许多学者研究并得到广泛应用。参考文献[8]首次提出将HMM应用于Westland直升机齿轮监测数据上, 从而可以对部件的故障及其剩余使用时间进行估计。参考文献[9-10]采用HMM对金属切割工具进行建模, 可同时实现故障诊断和故障预测的目标。参考文献[11]在研究钻孔设备时, 将钻头的寿命简单定义为可钻的孔数, 通过对每次钻孔的数据进行HMM直接学习建模获得钻头的当前状态。参考文献[12]利用小波包对轴承处于正常状态的振动信号进行分解, 利用得到的小波包第N层节点数据作为特征向量对HMM进行训练。参考文献[13]将HMM应用于对喷嘴工况的监测。参考文献[14]将HMM和信念规则库相结合, 从而可以在环境因素发生变化的情况下表示实际系统, 最终可对复杂系统进行故障诊断及预测。参考文献[15]利用混合高斯隐马尔可夫模型 (Mixture of Gaussian Hidden Markov Model, MG-HMM) 对轴承的磨损进行建模, 并利用一种基于图的序列遍历算法对其RUL进行估计。针对煤矿输送机堆煤时刻估计问题, 参考文献[2]采用隐半马尔可夫模型对序列进行建模, 并对堆煤时刻进行预测, 获得了较好的预测效果。
采用HMM对序列数据进行建模进而对RUL进行估计的方法属于基于统计数据模型的RUL估计方法, 该方法具有适应面广、成本低、不需要专家先验知识等优点, 同时在对序列数据进行HMM建模时, 可结合专家的先验知识获得一个对问题可理解的解释, 这是其他RUL估计方法所不具备的优点。带式输送机为多状态的系统, 总体上可认为是一个马尔可夫过程[16]。通过对煤矿自动化系统采集的带式输送机功率传感时序数据进行相应的特征提取及建立MG-HMM, 可实现对堆煤发生时刻的预测。
1 MG-HMM模型
一个离散HMM通常包含以下元素。
(1) N:状态数量, 个体状态集合采用S={s1, s2, …, sN}表示, 状态在t时刻采用qt表示。
(2) M:不同观察值数量, 观察值集合采用V={v1, v2, …, vM}表示。
(3) A:状态转移的概率分布矩阵, A={aij}, aij=P[qt+1=sj|qt=si], 1≤i, j≤N。若2个状态之间不能转移, 则aij=0。
(4) B:观察符号概率分布矩阵, B={bj (k) }, bj (k) =P[vk|qt=sj], 1≤k≤M。
(5) π:初始状态分布矩阵, π={πi}, πi=P (q1=si) 。
针对连续观察值序列O={O1, O2, …, On}, 可采用连续的观测概率密度函数进行建模。对于某一特定状态sj时的观察值, 可将离散HMM下观察概率bj (·) 修改为当前状态和观测值下的连续概率密度函数。该函数可采用若干个混合的高斯分布概率密度函数来描述:
式中:μjm为均值向量;Ujm为方差矩阵;f (·) 为高斯概率密度函数;cjm为相应高斯分布权重, 。
由式 (1) 定义的HMM即为MG-HMM模型。
2 基于MG-HMM的带式输送机堆煤时刻预测
对传感器采集的序列数据进行建模后, 可采用基于图的状态序列遍历算法和基于切普曼-柯尔莫哥罗夫 (Chapman-Kolmogrov, C-K) 方程的状态时刻预测方法对带式输送机堆煤时刻进行预测。
定义带式输送机当前运行状态为Sb, 带式输送机堆煤状态为Se, 带式输送机当前运行状态的概率分布向量为Pc。基于图的状态序列遍历算法通过寻找当前运行状态Sb到堆煤状态Se的通路确定堆煤时刻;基于C-K方程的状态时刻预测方法通过计算当前运行状态Sb迁移到超过堆煤状态Se概率阈值的转移次数确定堆煤时刻。
2.1 基于图的状态序列遍历算法
HMM建立后, 可获得模型中的转移矩阵P, 得到从当前状态到结束状态的通路。只要2种状态之间的转移概率不为0, 则该2种状态为连通。为了寻找开始状态Sb到结束状态Se的完整通路, 分别寻找2种状态之间的最短通路lmin和最长通路lmax[15]。lmin为从开始状态Sb到结束状态Se的所有连通路径中最短的路径, 该路径中所有状态只经历1次。lmax为从开始状态Sb到结束状态Se的所有连通路径中最长的路径, 该路径中所有状态只经历1次。最终可将这些路径中的延续时间进行累加, 分别得到这2条通路下的剩余时间, 即
式中:d (Si) 表示状态Si持续的次数。
基于图的状态序列遍历算法描述如下。
步骤 (1) :系统初始化, 定义概率转移矩阵P、开始状态Sb、结束状态Se, 剩余时间TRUL=0。
步骤 (2) :应用广度优先搜索算法, 分别得到从开始状态Sb到结束状态Se的最短通路lmin和最长通路lmax。
步骤 (3) :分别将lmin及lmax上各状态期望延续时间累加, 分别得到lmin下的最短延续时间以及lmax下的最长延续时间。
2.2 基于C-K方程的概率转移算法
C-K方程描述为对于齐次马尔可夫链{X (n) , n∈T}, T为时间集合, 对任意u, v∈T, 有
式中:Pij (u+v) 为从状态Si出发, 经过u+v时间到达状态Sj的概率。
一旦确定初始概率分布向量P (0) , 则n步之后的概率分布向量为
基于式 (4) 提出一种从当前判断的状态分布概率到达最终故障发生时刻的分布概率估计算法。算法描述如下。
步骤 (1) :系统初始化, 定义当前运行状态概率分布向量Pc、概率转移矩阵P、结束状态Se、失败概率阈值G, 剩余时间TRUL=0。
步骤 (2) :若概率分布向量中结束状态的概率Pc (Se)
步骤 (3) :Pc=PcP, TRUL=TRUL+1, 跳转到步骤 (2) 。
3 实验及分析
实验硬件配置:CPU为Intel (R) Core (TM) 2Quad Q9400 2.66 GHz, 内存为2.66 GHz, 1.85GB。根据参考文献[17], 选择左右型HMM作为RUL估计模型, 该模型可简化基于图的RUL估计。
3.1 评估指标
首先令rf (t) 为系统在t时刻的实际剩余寿命, rp (t) 为系统在t时刻的预测剩余寿命, 则在t时刻的错误百分比定义为
RPE≥0, 且取值为0时得到最优解。
令预测时刻从t=1开始, 到故障发生时刻t=N结束, 则基于错误百分比可得出以下评估指标。
RMAPE度量系统在整个预测时间轴上的预测平均错误率。
PBIAS度量系统在整个预测时间轴上的预测精度。
α (t) 度量系统预测故障时刻在特定时刻t是否处于实际故障时刻允许的提前或延迟的范围α之内, α (t) , α∈[0, 1]。
若α (t) =true, 则I (α (t) ) =1, 否则为0。RMAα度量系统在整个预测时间轴上处于允许的提前或延迟范围α之内的百分比, 是在α (t) 基础上进行平均统计, 不必考虑具体的预测时刻。
式中:α=λm, λ为等分间隔, m={1, 2, …, k}, k为样本序列总长度。
该指标的含义是当将允许的预测范围在[0, 1]内进行等间隔变动时, 总体上处于允许范围内的百分比。αNmap∈[0, 1], 且取值为1时取得最优解。该指标是在RMAα基础上的改进, 默认取k=100, 无需考虑α取值。
C描述预测性能随预测时间而收敛的性能, 其计算公式为
3.2 煤矿数据集
从中国平煤神马能源化工集团有限责任公司八矿收集了丁—二部带式输送机从2009年10月1日00:01:00到2009年10月31日23:59:00之间的401 760条记录。记录集字段包括电动机功率、打滑输出、电动机运行反馈、堆煤反馈、机身重跑偏反馈、拉绳反馈、撕裂反馈、物料反馈 (控洒水) 、烟雾反馈。在样本数据中, 定义有效的样本数据为电动机功率不为0的点。样本中堆煤反馈记录值为0.5的点为轻度堆煤, 记录值为1的点为重度堆煤, 样本数据以有效功率运行为开始标志, 以带式输送机发生重度堆煤时刻为样本结束标志, 通过处理得到可用于建模的6段数据。使用其中5段数据作为训练集合, 1段数据作为测试数据。对样本中的功率数据, 采用对数转换对数据进行预处理, 转换规则为
式中:D0为原始数据;D1为经过对数转换后得到的数据。
采用左右型MG-HMM, 模型状态数为2, 高斯混合模型数为1。基于功率数据建立MG-HMM, 利用基于图的状态序列遍历算法对RUL进行估计时, 采用粒子群优化混合C-K方程确定堆煤状态的概率阈值G=0.068 1。2种算法对堆煤时刻的预测结果比较见表1。
从表1可看出, C-K方程在预测堆煤时刻时, 表示预测精度的指标RMAPE、收敛程度指标C、随时间推移的预测精度指标αNmap均优于基于图的状态序列遍历算法;基于图的状态序列遍历算法在表示预测稳定性的PBIAS指标上优于C-K方程。
4 结语
混合输送 篇4
1 湿喷工艺方法及原理
该工艺将水泥浆和砂石拌和料分别输送一段距离后, 将两输送管路合并, 在合并的同时, 利用高压风完成水泥浆和砂石料的混合、搅拌, 然后由喷头喷出。其主要设备:由专用砂石喷射机和输浆泵组成的主机、水泥制浆机组成的辅机以及其他配套管路。
在该湿喷工艺中, 水泥制成浆液后, 利用水泥制浆以及输送设备, 将与砂石输送管路通过特殊设计的混料器在高压风的作用下完成混凝土的混合、搅拌, 最后经喷头喷射。这样既可有效利用砂石喷射机输送砂石料的风源动力, 又克服了煤矿井下受空间限制无大型搅拌设备的缺陷。与传统喷射技术相比, 该方法在保持了湿式喷射技术的低粉尘、高强度、回弹小[4]等优点的同时, 使设备的清理和维护也更加简便, 且由于无须大型上料和搅拌设备, 降低了企业的一次性采购和生产运行成本。湿喷工艺原理如图1所示。
2 主要创新点
2.1 连续高速制浆机
该工艺要求高速制浆机能够实现水灰比的准确控制和连续工作。因此, 采用制浆仓和储存仓上下两仓布置结构, 同时在制浆仓的上方设置有自动供水装置且能进行微调, 以保证准确的水灰比。
2.2 水泥浆输送系统
水泥浆输送设备具有体积小、输出压力高、流量稳定、拆卸方便等优点, 且能与喷射机集成为一体。在现有软管泵基础上, 对水泥浆输送系统重新优化设计, 使其整机布局和凸轮、压辊机构更加协调, 整机工作性能更稳定, 结构更紧凑, 布局更合理。
2.3 专用砂石喷射机
传统的喷射机结构由于体积小、结构简单、震动料斗效果不佳等缺点, 已不能适应现有设备需要。为此, 通过改进整机结构, 将传统震动器改为活塞式气动震动器, 使其生产能力与该工艺方法达到最佳匹配效果, 该法具有操作简单、性能可靠、下料均匀、密封效果好等特点。
3 工艺参数确定
该工艺方法相关参数和流程主要利用空气动力学原理、喷射混凝土相关理论和经验进行初步设定, 通过试验对每组数据进行分析和论证, 逐步优化选取, 待初步确定后, 再进行工业性试验, 找出各项工艺参数的最佳范围及其操作流程。
3.1 试验阶段1
(1) 试验目的。初步试验, 探索混合型湿喷的主要基本参数及匹配情况、生产能力、水灰比、水泥浆量、工作风压、风流量、喷射距离等。
(2) 试验设备。PZ-5混凝土喷射机、VFY-13/7型空压机、WJ200双层搅拌制浆机、KJB-3/100型挤压式注浆泵各1台;变频器2台;秒表1个;磅秤1台;其他管路附件和水泥、砂石原材料等。
(3) 预先设定的关键参数。水灰比为0.5~0.6;砂子∶石子=1∶1 (质量比) 。
(4) 试验过程。 (2) 将喷射机以标定频率为40Hz、实际能力5.0 m3/h、喷射距离53 m进行标定干喷; (2) 将一台变频器连接在PZ-5型混凝土喷射机上, 另一台变频器连接在KJB-3/100型挤压式注浆泵上, 以实现对二者的无级调速, 寻找最佳喷射效果时的水泥浆与砂石混合料的最佳配比。经测定, 喷射机电机频率为50 Hz时, 实际砂石喷射量为6.3m3/h (10.08 t/h) 。在试验过程中, 不断调整喷射机、注浆泵的电机频率, 同时对水泥浆和砂石拌和料混合段的喷砂管长度进行调整, 具体情况见表1。
(5) 试验结果。最佳参数:砂石喷射机的实际输送能力为4.3 m3/h;注浆泵的实际输送能力为1.4 m3/h;水灰比在0.54~0.60;工作风压为0.3~0.4 MPa;耗风量为8 m3/h;喷射距离为53~67 m。
3.2 试验阶段2
3.2.1 试验目的
(1) 了解不同内径输送管道内压力变化情况, 选择合适规格的混凝土料输送管道; (2) 测定主机旁和喷头处的粉尘浓度; (3) 测定喷射回弹率; (4) 验证喷射面质量及强度。
3.2.2 试验设备
在输送管路上不同长度点新设4块压力表, 2个粉尘测量点, 具体位置如图2所示。P-5L2C粉尘检测仪1台;内径分别为51, 57, 64 mm的橡胶输送管道若干;混凝土强度测定模具3个;数码相机1台。
3.2.3 试验结果及分析
(1) 输送管道内压力。图3为不同设定条件下得出的压力变化曲线。随着输送管道内径的增大, 沿管道方向的压力下降幅度越小;56 m长输送砂石料的压力下降仅0.10~0.15 MPa, 说明压力主要消耗在混合段喷射上。应保证混合器前的压力不低于0.3 MPa, 否则会产生比较明显的脉冲现象。
(2) 粉尘浓度。粉尘检测共进行了3次, 每次2个点, 具体位置如图2所示, 离主机或喷头1 m远, 检测结果见表2。分析表2可知, 监测范围内粉尘浓度均不超过10 mg/m3, 而监测点2的粉尘浓度更低, 主要原因是主机露天放置, 通风条件较好。
(3) 喷射表面状况。采用内径51 mm输送管道喷射时喷头有明显脉冲现象, 喷射表面不平, 颗粒大小不一。内径从57 mm到64 mm, 随着内径加大, 脉冲减小, 喷射表面越来越平整, 颗粒均匀度越来越好。
mg/m3
(4) 抗压强度。从喷射面采集3块混凝土试块, 经7 d养护后抗压强度分别为15.9, 15.3, 16.1MPa, 已达到C20所要求强度值 (20 MPa) 的79%, 最终强度满足C20要求。
4 工业性试验结果分析
2012年8月, 该工艺在中煤五建第三十一工程处所属王家岭煤矿进行了工业性试验。试验数据表明, 设备工作状况良好, 各项技术指标均达到了预期的设计目标:能大幅降低施工现场粉尘, 喷射面强度达C20;内径为64 mm的输送管道人工抱持时较为费力, 因此采用内径为57 mm的输送管。注意喷距不宜过长, 否则到混合器前压力下降过多, 会造成混合段输送压力过低, 使喷头处产生脉冲, 故将喷射距离定为60 m。如气压较高, 可适当增加输送距离。
5 结语
提出的全新湿式喷射混凝土技术及成功研制的与该技术相配套的装备, 填补了该领域国内外的一项空白, 属于国际先进水平。 (1) 该装备喷射距离在60 m以上, 高于传统标准湿喷机喷射距离 (≤30m) 。 (2) 主机旁、喷头处粉尘小。 (3) 无须大型上料、搅拌设备, 适合我国矿山井巷不同的作业空间, 有效节省了采购成本和生产运营成本。该工艺及其装备能够满足我国矿山井巷的湿喷要求。
摘要：国家安全生产监督管理局、国家煤矿安全监察局规定, 从2012年1月27日起禁止使用干式混凝土喷射机, 为此提出了一种将水泥浆与砂石料远距离输送后再混合 (搅拌) 的新湿喷工艺, 并研制了与该工艺方法相匹配的相关装备。介绍了湿喷新工艺方法和原理, 通过试验确定了工艺参数。工业性试验表明, 该成套技术在大幅度降低施工现场粉尘的同时, 喷射面强度也得到了提高。监测数据表明, 设备工作状况良好, 各项技术指标均达到了预期的设计目标, 在煤矿井下支护作业中应用效果良好。
关键词：矿山井巷,混凝土,湿喷新工艺,混合式
参考文献
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