CN101428203B - 一种立式搅拌装置以及搅拌方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种立式搅拌装置，其至少具有一个水平伸展的搅拌刀片的迎浆面具有顺旋转方向向下的倾斜角度，该角度使其能够在搅拌中通过向被搅拌物料施以向上翻腾的力量而向被搅拌的物料中带入部分空气。优选的，所述迎浆面具有顺旋转方向向下的倾斜角度的搅拌刀片，采用可调整其迎浆面角度的安装结构固定。优选的，所述迎浆面具有顺旋转方向向下的倾斜角度的搅拌刀片有多片，并对称、分层布置。优选的，所述搅拌刀片的倾斜角度在0°～10°之间。本发明提供的立式搅拌装置通过其搅拌叶片安装结构的设计，使其迎浆面的角度可以调整，当迎浆面调整到呈斜上方向面向砂浆时，在搅拌叶片的高速运动过程中，会将砂浆向上翻起，与空气接触，并带入空气。

Description

一种立式搅拌装置以及搅拌方法 

技术领域

本发明涉及一种搅拌装置，尤其涉及一种立式搅拌装置。本发明同时提供一种用于立式搅拌装置的搅拌方法。 

背景技术

对混合物料进行搅拌操作是日常生产生活经常要进行的工作。为了节省时间和体力，人们广泛使用各种搅拌装置完成搅拌操作。 

搅拌装置一般分为卧式搅拌装置和立式搅拌装置。前者的搅拌叶片以平行于水平面的轴旋转，上下翻动待搅拌物，实现搅拌。后者的搅拌叶片以竖直轴为中心旋转，待搅拌物绕竖直中心轴不断旋转，实现搅拌。由于卧式搅拌装置在搅拌过程中会带入大量空气，因此，对于许多对物料配比要求很高的场合，需要使用立式搅拌装置。 

例如，建筑施工中，经常需要搅拌砂浆，并且在不同的场合，对搅拌获得的砂浆有不同的技术指标。这些技术指标和搅拌装置的工作原理往往有一定的关系，为此，不同形式的搅拌机应运而生。 

随着高速铁路修筑工程的展开，先进的无砟轨道施工技术得到了广泛的应用。板式无砟轨道是无砟轨道施工技术中的一种形式，在国际上。这种技术处于早期应用阶段，在我国，目前仅在京津城际高铁和武广高铁试验段上得到应用。这种施工技术中，需要在无砟轨道板与底座之间的间隙中填充水泥沥青砂浆材料，并且对这些水泥沥青砂浆材料的技术要求也随着具体使用的无砟轨道板类型的不同而不同。这些不同类型的砂浆基本上可分为高强高弹模砂浆和低强低弹模砂浆，上述两种砂浆有不同的性能指标要求，相应的，对其组成成分也有不同的要求。其中，高强高弹模砂浆不仅起着轨道板与底座板的粘结作用，而且还起着承受垂直正压力和水平面内的侧向力及纵向力的作用，砂浆物理机械性能要求高，砂浆成分与配方比要求严格，砂浆中含气量越小越好。因而，制备这种砂浆的搅拌机要求采用微泡技术的搅拌装置或搅拌机构。低强低弹模砂浆不起粘结作用，只承受正压力，这种砂浆不如高强高弹模砂浆严格，但对砂浆含气量却有严格的要求。在高速铁路的施工 中，一般要求砂浆含气量控制在8％～12％范围内；在其他应用场合，还可能有不同的含气量范围的指标。上述含气量指标要求非常严格，既不能太高，也不能太低。因此，对于低强低弹模砂浆而言，对其含气量的控制成为搅拌工艺中要考虑的核心问题。 

现有技术下，一般采用化学方法实现对砂浆含气量的控制。例如，公知的日本进口砂浆车，为获得需要的砂浆含气量，推荐使用一种称为引气剂的化学物质。但是，使用这种方法造成了许多问题。首先，使用引气剂直接增加了生产成本；其次，由于用量较少，又造成计量难度的增加；最后，由于操作过程中需要添加引气剂，还增加了作业复杂程度。 

为解决上述问题，迫切需要提供一种能够方便地控制砂浆含气量的搅拌装置。 

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种立式搅拌装置，这种立式搅拌装置可以通过自身的结构解决砂浆中含气量控制的问题。 

本发明提供的立式搅拌装置，其至少具有一个水平伸展的、迎浆面具有顺旋转方向向下的倾斜角度的搅拌刀片，该倾斜角度使其能够在搅拌中通过向被搅拌物料施以向上翻腾的力量而向被搅拌的物料中带入部分空气；所述迎浆面具有顺旋转方向向下的倾斜角度的搅拌刀片，采用可调整其迎浆面角度的安装结构固定。 

优选的，所述迎浆面具有顺旋转方向向下的倾斜角度的搅拌刀片有多片，并对称、分层布置。 

优选的，所述搅拌刀片的倾斜角度大于0°、小于10°。 

优选的，该搅拌装置采用包括外搅拌臂和内搅拌臂的行星式搅拌机构，在内搅拌臂上设置有位于其中轴上能够自转的中间搅拌纵臂，在该中间搅拌纵臂上对称、分层布置所述迎浆面具有顺旋转方向向下的倾斜角度的搅拌刀片。 

优选的，所述分层布置的所述迎浆面具有顺旋转方向向下的倾斜角度的搅拌刀片，各层之间的搅拌刀片在水平面上的投影相互交错，并在360度的角度范围内均匀分布。 

优选的，位于所述内搅拌臂的各个支臂末端的内搅拌纵臂上，对称并单层或分层布置所述迎浆面具有顺旋转方向向下的倾斜角度的搅拌刀片。 

优选的，其对称布置的所述迎浆面具有顺旋转方向向下的倾斜角度的搅拌刀片，采用风扇叶片的形状。 

优选的，还包括喷雾机构，在搅拌过程中，通过调整喷雾强度和喷雾时间的长短控制被搅拌物料的含气量。 

本发明同时提供一种用于立式搅拌装置的搅拌方法，其特征在于， 

将搅拌装置的搅拌刀片设置为可调整其迎浆面角度的结构； 

采用初始迎浆面角度进行搅拌； 

检测被搅拌物料在搅拌完成后的含气量； 

根据检测结果，判断含气量是否符合所要求的技术标准；若符合，则保持当前搅拌叶片角度；若搅拌完成后，被搅拌物料的含气量低于所要求的含气量标准时，则增大迎浆面角度，若搅拌完成后，被搅拌物料的含气量高于要求标准时，则减小迎浆面角度；所述迎浆面角度为顺旋转方向向下的倾斜角度，且大于0°、小于10°。 

与现有技术相比，本发明提供的立式搅拌装置通过其搅拌叶片安装结构的设计，使其迎浆面的角度可以调整。当迎浆面调整到呈斜上方向面向砂浆时，在搅拌叶片的高速运动过程中，会将砂浆向上翻起，与空气接触，并在此过程中带入空气。并且，迎浆面角度不同，搅拌过程带入的空气量也不同，这样，就可以采用调整搅拌叶片迎浆面角度的方法，对砂浆含气量进行控制，无需向砂浆中加入引气剂等化学材料，降低了生产成本，减少了工序。 

在本发明的优选实施方式中，还提供了进一步的技术方案以达到控制搅拌物含气量的目的。包括，在搅拌装置的搅拌叶片设计为类似电风扇叶片的形状，以提高搅拌效率。在搅拌过程中喷雾以达到增加搅拌物中的空气的目的等。 

尽管本发明的立式搅拌装置最主要是为工程施工中的砂浆搅拌而提供的，但是不排除在其他搅拌场合中，使用立式搅拌装置同时又需要控制搅拌物料的含气量时，采用本发明提供的结构和方法。 

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的立式砂浆搅拌装置的结构示意图； 

图2是本发明第一实施例提供的立式砂浆搅拌装置的内搅拌臂的搅拌纵臂上的“由”字叶片的整体结构示意图； 

图3是本发明第一实施例提供的立式砂浆搅拌装置的内搅拌臂的搅拌纵臂上的“由”字叶片的A-A方向剖视图； 

图4是本发明第一实施例提供的立式砂浆搅拌装置的中间搅拌纵臂上的“圭”字叶片的立体示意图；其工作状态处于翻浆搅拌状态； 

图5是本发明第一实施例提供的立式砂浆搅拌装置的中间搅拌纵臂上的“圭”字叶片的俯视图； 

图6是本发明第一实施例提供的立体示意图；其工作状态处于压浆搅拌状态； 

图7是本发明第一实施例提供的立式砂浆搅拌装置的中间搅拌纵臂上的“圭”字叶片中，搅拌刀片与搅拌主杆的连接关系的俯视图； 

图8是本发明第一实施例提供的立式砂浆搅拌装置内搅拌臂的搅拌纵臂上设置的搅拌刀片的立体示意图； 

图9是图8中C-C方向的剖视图； 

图10是本发明第二实施例提供的搅拌方法的流程图； 

图11是本发明第二实施例提供的搅拌方法中确定搅拌刀片的倾斜角度的方法流程图。 

具体实施方式

请参看图1，该图示出本发明第一实施例提供的立式砂浆搅拌装置的结构示意图。 

如图1所示，该砂浆搅拌装置包括电机1、搅拌机构2、料桶3。其中料桶3为一具有顶盖的圆桶，其内部用于放置待搅拌的砂浆；料桶3还是安置其它机构的基座。料桶3的顶盖上安装电机1，该顶盖还设置有各种进料管、进水管等管路的接口，用于连接这些管路。所述搅拌机构2以竖直方式安装在料桶3的顶盖上，并向料桶3的容置空间中伸出其搅拌臂。上述搅拌机构2采用特别设计的行星式搅拌机构，该机构已经在本申请人2007年10月31日提交的申请号为200710166019.3的发明专利申请中公开，本专利申请中， 该机构的结构形式和工作原理并非本申请的重点，在此仅仅根据说明本申请技术方案的需要，简要说明其工作原理。 

如图所示，上述搅拌机构包括外搅拌臂21和内搅拌臂22，外搅拌臂21在电机1的带动下旋转称为公转；内搅拌臂22固定在外搅拌臂21上，并在外搅拌臂21旋转时自转。外搅拌臂21旋转一圈，内搅拌臂22随之公转一圈并能够自转多圈。上述外搅拌臂21和内搅拌臂22上均设置有搅拌纵臂，搅拌纵臂上设置有横向伸出的搅拌叶片，搅拌叶片在随着上述内、外搅拌臂运动时，向搅拌砂浆提供搅拌力。 

图1示出，该砂浆搅拌装置内搅拌臂22向外伸出的支臂的端头设置有内搅拌纵臂221，而该内搅拌臂22中轴位置则安装有中间搅拌纵臂222。该中间搅拌纵臂222会随着内搅拌臂22的旋转而自转。这些搅拌纵臂上均安装有搅拌叶片。其中，在内搅拌纵臂221的末端装设有用于高效搅拌砂浆的“由”字形搅拌叶片，称之为“由”字叶片224；图2、图3示出，这种“由”字叶片224由底搅拌刀2241、连接杆2242、横搅拌杆2243、竖搅拌杆2244拼合而成；连接杆2242采用圆钢制作，作为“由”字叶片224的骨架；横搅拌杆2243、竖搅拌杆2244采用空心圆管制作。这些空心圆管和圆钢之间的过渡处均采用圆弧过渡配合，以免搅拌过程中破坏被搅拌物料。所述中间搅拌纵臂222上则安装若干层向四周对称横向伸出的搅拌叶片，这些搅拌叶片呈空间“圭”字型布置，这些叶片整体称为“圭”字叶片223。该“圭”字叶片223是实现本发明目的的核心，以下结合相关附图进行详细介绍。 

请参看图4、图5和图6，图4为本发明第一实施例中的“圭”字叶片223的立体示意图，其中标出的旋转方向表现该“圭”字叶片223的搅拌刀片处于翻浆状态；图5为“圭”字叶片223的俯视图；图6为“圭”字叶片223的立体示意图，其中标出的旋转方向表示该“圭”字叶片223的搅拌刀片处于压浆状态。 

如图4、图6所示，所述“圭”字叶片223包括搅拌刀片2231、搅拌主杆2232、连接板2233。其中，连接板2233用于连接该“圭”字叶片223与中间搅拌纵臂222，两者之间可以通过螺栓连接。所述搅拌主杆2232为竖直布置的“圭”字叶片223的中柱，为所述搅拌刀片2231提供固定位置。所述 搅拌刀片2231共有四组八片，每一组大致位于同一个高度并左右对称布置在所述搅拌主杆2232上，四组刀片在高度上大致均匀布置。图5示出，上述四组搅拌刀片2231布置在不同的竖直面上，并且四组刀片和所述连接板2233在水平面上的投影在360度圆周上均匀布置。 

图4和图6还示出，上述搅拌刀片2231在宽度方向上与水平面呈一定的倾斜角，图4和图6所示的旋转方向相反，使该倾斜角度所起的作用也不相同。以旋转方向作为参照，图4中的搅拌刀片2231顺旋转方向向下倾斜，即越靠旋转方向前方的部分越低；图6中的搅拌刀片顺着旋转方向向上倾斜，即越靠旋转方向前方的部分越高。其倾斜角角度均不大，范围大致在-15°～+15°，也可以比上述范围略有超出。其中“-”代表顺旋转方向向上倾斜，“+”代表顺旋转方向向下倾斜。 

在图4所示的翻浆旋转方向中，该倾斜角使搅拌刀片2232的迎浆面A以顺旋转方向向下倾斜的0°～+15°倾斜角度推动砂浆，这一倾斜角度使该搅拌刀片2232在高速旋转中对砂浆提供向斜上方向的搅动推力，使砂浆产生一定的翻腾，并在翻腾过程中裹入空气，从而增加砂浆的含气量。图中示出了迎浆面A以顺旋转方向向下倾斜的10度的情形。 

在图6所示的压浆旋转方向中，该倾斜角使搅拌刀片2232的迎浆面B以顺旋转方向向上倾斜的-15°～0°倾斜面推动砂浆，这一倾斜角度使该搅拌刀片2231在高速旋转中能够向下方搅动砂浆，在砂浆内部产生湍流，实现更为均匀迅速和密实的砂浆搅拌。 

上述搅拌刀片2231的迎浆面角度可以根据需要进行调整。搅拌刀片2231顺旋转方向向下倾斜的角度大致在0°～+15°范围内，在该范围内，迎浆面向斜上方向倾斜的角度越大，则其向上的翻腾作用越明显，带入的空气越多。在实践中，可以根据试运行获得的砂浆含气量，对所述搅拌刀片2231的迎浆面角度进行调整，如果搅拌后砂浆的含气量偏低，则在该角度范围内提高迎浆面倾斜角度。 

为了便于调整所述搅拌刀片2231的倾斜角度，对搅拌刀片2231与所述搅拌主杆2232的连接方式进行了专门设计。请参看图7，该图以俯视方向示出搅拌刀片2231与搅拌主杆2232的连接关系，可以看出，搅拌刀片2231 与所述搅拌主杆2232连接的端部伸出连接螺杆22311，该连接螺杆22311穿过所述搅拌主杆2232，并在搅拌主杆另一端伸出端头，固定螺母2234在该端头与连接螺杆22311配合，并锁紧在所述搅拌主杆2232上，这一结构使搅拌刀片2231被锁紧。当需要调整迎浆面角度时，只需要稍微松开所述固定螺母2234然后将所述搅拌刀片2231调整到合适的角度，再将所述固定螺母2234锁紧即可。为了使所述固定螺母2234对搅拌刀片2231的锁紧更为牢靠，还可以设置弹性垫圈等提供预紧力的零件。 

为进一步提高砂浆含气量，还可以采用进一步改进的技术方案。例如，对于其他搅拌纵臂上的搅拌刀片，也可以采用上述向斜上方向倾斜的搅拌刀片，以增加对含气量的控制能力。 

请参考图8、图9，并同时参考图1。在内搅拌臂22的三个均布的支臂上设置有搅拌纵臂221，其末端装设底搅拌刀2211，底搅拌刀2211于砂浆底部推浆搅拌；在搅拌纵臂221上具有一定高度的位置，同时设置类似风扇均布的搅拌刀片2212，搅拌刀片2212仍然如所述“圭”字叶片223的搅拌刀片一样与水平面构成一定的倾角，搅拌刀片2212与搅拌纵臂221之间可以焊接，也可活动连接。 

为尽可能获得大含气量的砂浆，还可以利用高压清洗时的喷雾增加砂浆中的含气量。图1示出在料桶3顶部具有高压清洗的喷雾管31，该喷雾管31可以向料桶中喷出清洗用的水雾或者空气，其目的是清洗搅拌臂上积累的进料，使这些进料落到料桶底部并加入搅拌过程。在该高压喷雾的过程中，会带入空气，可增加砂浆含气量。为了控制含气量，可以采取改变喷雾的时间和喷雾的强度。上述高压清洗喷雾增加含气量的方式和本实施例的搅拌刀片倾斜方式相结合，能够有效的向砂浆中带入空气。上述采用喷雾管31的方式并非喷雾装置的惟一选择，实际上，还可以采用从搅拌机构2的主轴中套装一个进水管，该进水管从搅拌机构2的主轴下端伸出并连接一个具有若干喷嘴的喷环，使用该喷环向待搅拌的物料中喷雾。这种形式的喷雾机构同样可以进行上述控制。这种使用喷环的喷雾装置已经在申请人的相关专利中提及，在此不再详述。 

上述实施例的若干细节还可以作进一步的技术改进或者采用其他形式。 例如，所述“圭”字叶片223的每一层可以设置圆周上均布的三个搅拌刀片，其布置形式和设置在内搅拌臂22的搅拌纵臂221上的搅拌刀片相同，当然，也可以为每层设置更多的圆周上均布的搅拌刀片，另外也可以增加搅拌刀片的层数，总之，只要采用分层、对称方式布置多个搅拌刀片即可。 

另外一个可能的变化是，各个倾斜设置的搅拌刀片均采用风扇叶片形状，并保证其倾斜方向符合要求。这种形式的搅拌刀片能够获得更好的搅拌效果，其加工自然也更为复杂。 

上述实施例中，搅拌刀片的迎浆面角度设定在0°～-15°之间，实际上，该角度的上限可以提高，例如20°甚至30°，上述上限值在某一个临界值，例如45°时，达到最大的引入空气效果，进一步将迎浆面超过该值，反而会由于向上翻腾的力量降低而使引入空气的效果下降。也就是说，尽管在本实施例设定的0°～-15°范围内，增大迎浆面角度就会增大搅拌完成后被搅拌物料的含气量，但是并不意味着任何角度范围内，迎浆面角度都和搅拌完成后被搅拌物料的含气量都成正向关系。 

上述实施例虽然以沥青砂浆搅拌作为背景，但是其核心技术思想，即采用向斜上方向倾斜的迎浆面达到带入部分空气的技术方案，实际上也可以用于其他场合的立式搅拌装置中。 

针对上述立式搅拌装置，本发明第二实施例提供一种改变待搅拌物的含气量的搅拌方法。 

请参考图10，该图为本发明第二实施例的流程图。 

步骤S101，将立式搅拌机的搅拌刀片设计为可调整其迎浆面角度的结构。 

步骤S102，根据待制备搅拌料的含气量要求，采用相应的搅拌刀片迎浆面角度；该迎浆面角度为顺旋转方向向下的倾斜角度，倾斜角度的大小与含气量的技术指标相关。 

为了在步骤S102中设定合适的迎浆面角度，可以根据积累获得的经验数据，也可以依靠搅拌试验确定其具体数值。搅拌试验的理论前提是，搅拌刀片的倾斜角度不大，大致在0°～-15°范围内，在此范围内，搅拌刀片的倾斜角度和被搅拌物料的最终含气量成正相关。以下提供一种迎浆面角度的 确定方法。图11为该方法的流程图，请参考。 

步骤S201，采用初始迎浆面进行搅拌。 

该初始迎浆面是根据理论计算或者先前的经验大致估算的。 

步骤S202，检测搅拌料在搅拌完成后的含气量。 

步骤S203，判断含气量是否符合所要求的技术标准；若是，则进入步骤S204；若否，则进入步骤S205。 

步骤S204，保持当前搅拌刀片迎浆面角度，将其作为正式搅拌的迎浆面角度；结束。 

步骤S205，将检测获得的含气量数据与标准范围比较。判断含气量高于还是低于技术标准；若高，则进入步骤S206；若低，则进入步骤S207。 

在搅拌刀片的迎浆面倾斜角度大致在0°～-15°范围内的情况下，所述调整搅拌叶片的迎浆面角度的具体方法是，若含气量高于所要求的技术标准，则减小迎浆面的倾斜角度；若含气量低于所要求的技术标准，则增加迎浆面的倾斜角度，以下步骤均依照该原则进行。当然，如果迎浆面角度远大于上述范围，则该种调试方法并不成立，则应当根据试验总结的具体规律进行调节。 

步骤S206，减小迎浆面角度，返回步骤S201，进行下一次试验。 

步骤S207，提高迎浆面角度，返回步骤S201，进行下一次试验。 

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 

Claims (9)

1.一种立式搅拌装置，其特征在于，其至少具有一个水平伸展的、迎浆面具有顺旋转方向向下的倾斜角度的搅拌刀片，该倾斜角度使其能够在搅拌中通过向被搅拌物料施以向上翻腾的力量而向被搅拌的物料中带入部分空气；所述迎浆面具有顺旋转方向向下的倾斜角度的搅拌刀片，采用可调整其迎浆面角度的安装结构固定。

2.根据权利要求1所述的立式搅拌装置，其特征在于，所述迎浆面具有顺旋转方向向下的倾斜角度的搅拌刀片有多片，并对称、分层布置。

3.根据权利要求1所述的立式搅拌装置，其特征在于，所述搅拌刀片的倾斜角度大于0°，小于10°。

4.根据权利要求1-3任一项所述的立式搅拌装置，其特征在于，该搅拌装置采用包括外搅拌臂和内搅拌臂的行星式搅拌机构，在内搅拌臂上设置有位于其中轴上能够自转的中间搅拌纵臂，在该中间搅拌纵臂上对称、分层布置所述迎浆面具有顺旋转方向向下的倾斜角度的搅拌刀片。

5.根据权利要求4所述的立式搅拌装置，其特征在于，所述分层布置的所述迎浆面具有顺旋转方向向下的倾斜角度的搅拌刀片，各层之间的搅拌刀片在水平面上的投影相互交错，并在360度的角度范围内均匀分布。

6.根据权利要求5所述的立式搅拌装置，其特征在于，位于所述内搅拌臂的各个支臂末端的内搅拌纵臂上，对称并单层或分层布置所述迎浆面具有顺旋转方向向下的倾斜角度的搅拌刀片。

7.根据权利要求5所述的立式搅拌装置，其特征在于，其对称布置的所述迎浆面具有顺旋转方向向下的倾斜角度的搅拌刀片，采用风扇叶片的形状。

8.根据权利要求4所述的立式搅拌装置，其特征在于，还包括喷雾机构，在搅拌过程中，通过调整喷雾强度和喷雾时间的长短控制被搅拌物料的含气量。

9.一种用于立式搅拌装置的搅拌方法，其特征在于，

将搅拌装置的搅拌刀片设置为可调整其迎浆面角度的结构；

采用初始迎浆面角度进行搅拌；

检测被搅拌物料在搅拌完成后的含气量；

根据检测结果，判断含气量是否符合所要求的技术标准；若符合，则保持当前搅拌叶片角度；若搅拌完成后，被搅拌物料的含气量低于所要求的含气量标准时，则增大迎浆面角度，若搅拌完成后，被搅拌物料的含气量高于要求标准时，则减小迎浆面角度；所述迎浆面角度为顺旋转方向向下的倾斜角度，且大于0°、小于10°。

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