CN104833704A - 一种沥青混合料变速拌和及功率测试装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种沥青混合料变速拌和及功率测试装置和方法，包括底座，底座上设置有支座，支座上设置有用于盛放及加热沥青混合料的拌和锅，拌和锅上方设置有用于搅拌拌和锅内沥青混合料的搅拌桨，搅拌桨连接搅拌电机，搅拌电机连接有用于测量搅拌电机的有功功率的电量测试仪。本发明通过对电力学变量(有功功率)的测试来表征沥青混合料的拌和易性，具有精度高，模拟性强的优点。同时，为进一步研究沥青混合料的黏度及强度构成提供一种可行的方法，克服了现有技术中测量搅拌扭矩时，测验精度低的问题。

Description

一种沥青混合料变速拌和及功率测试装置和方法

技术领域

本发明涉及一种混合料的试验设备，尤其涉及一种沥青混合料变速拌和及功率测试装置和方法。

背景技术

目前，我国大多数高等级公路的路面均采用沥青路面结构形式，国内外针对沥青混合料的研究已较为充分，但是，大部分的研究还是集中于路面新材料、新结构以及新施工工艺的研究等方面，对沥青混合料的拌和特性的研究还比较欠缺。

沥青混合料是修筑沥青路面的主要材料，为了保证沥青路面的铺筑质量和使用性能，需要沥青混合料具有良好的施工和易性和力学性能。沥青混合料的施工和易性对于铺筑成型的沥青路面路用性能起着举足轻重的作用。和易性不好的沥青混合料，不易摊铺和压实，这样的路面一方面表面不平整，容易产生车辙、松散、剥落等病害；另一方面如果路面压实不好，空隙大，混合料中的结合料容易老化，直接影响路面的使用寿命。沥青混合料是由集料和填料等按照一定的级配组成，并与沥青结合料经过拌和均匀的混合材料。由于沥青材料的感温性与感时性，沥青混合料也对温度和时间比较敏感，如何准确合理的评价沥青混合料成型前的施工和易性以及分析其流变特性成为沥青路面材料设计与施工的关键点。仅仅从沥青的粘度单方面进行研究，不足以说明沥青混合料本身的结构特性与一些其它的特有属性，而沥青混合料的拌和性能是第一步，是沥青混合料施工过程中最基础的一项，只有确保沥青混合料的拌和性能良好才能保证其在投入使用后的结构性能达到要求。因此有必要对沥青混合料本身的拌和流变特性进行深入的研究。

对于沥青混合料拌和和易性的研究，有研究者提出了拌和扭矩测试法，此方法由于对整体结构的刚度要求较高以及测试装置的核心构件扭矩传感器与其数字控制精度均要求较高，而市场上提供的此类配件精度均不能达到要求，试验测试结果的精度难以保证。为了更直观、更精确的反映出沥青混合料的拌和特性，迫切需要从电力学角度开发一种测试沥青混合料拌和有功功率的试验装置。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种精确度高、模拟性强、易于操作的一种沥青混合料变速拌和及功率测试装置和方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种沥青混合料变速拌和及功率测试装置，包括底座，底座上设置有支座，支座上设置有用于盛放及加热沥青混合料的拌和锅，拌和锅上方设置有用于搅拌拌和锅内沥青混合料的搅拌桨，搅拌桨连接搅拌电机，搅拌电机连接有用于测量搅拌电机的有功功率的电量测试仪。

所述底座上设置有能够升降的升降柱，搅拌桨设置在升降柱顶部。

所述拌和锅内壁设有用于加热沥青混合料的导热油腔和用于测量沥青混合料的温度传感器。

所述搅拌桨和搅拌电机之间设置有变速器。

所述底座上设置有底座平台，升降柱设置在底座平台上。

所述拌和锅上设置有用于倒出拌和锅内沥青混合料的转动手柄。

所述电量测试仪包括电流变送器、电压变送器、有功功率变送器以及无功功率变送器。

所述拌和锅内设置有用于测量沥青混合料温度的数位温度表。

一种沥青混合料变速拌和及功率测试方法，向拌和锅中加入沥青混合料，然后开启搅拌电机，搅拌电机带动搅拌桨搅拌沥青混合料，通过电量测试仪采集不同温度下，搅拌桨在不同转速搅拌时，搅拌电机的有功功率，并根据有功功率评价沥青混合料的拌和和易性。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明通过设置用于搅拌沥青混合料的搅拌桨，搅拌桨连接有搅拌电机，搅拌电机连接有电量测试仪，能够根据电量测试仪测得的搅拌电机的有功功率，进而能够很精确的测试沥青混合料拌和和易性。本装置具有结构简单，测试精度高，使用方便的优点。

进一步的，通过将搅拌桨设置在能够升降的升降柱的顶部，能够很好的调节搅拌桨的高度，使用更灵活。

进一步的，拌和锅内设置有导热油腔，导热油腔内填充导热油，利用导热油可以加热沥青混合料，这样利于测定不同温度下的搅拌时，搅拌电机的有用功率。

进一步的，设置变速器，可以更方便的调节搅拌桨的搅拌速度。

进一步的，本发明通过设置数位温度表，确保沥青混合料内部温度到达所设定的拌和温度。

由于沥青混合料在拌和锅内搅拌时处于低速半流动状态，此时的混合料为不均匀固液混合物，沥青混合料内部的嵌挤摩擦和矿料与沥青的粘流性，所以在拌和时会对搅拌桨产生一定的阻力；在拌和过程中沥青混合料内部产生的嵌挤摩擦与粘流性会随着拌和时间、拌和温度以及拌和速率的变化而发生变化，引起对搅拌桨的阻力的变化，从而导致带动搅拌桨工作的搅拌电机的功率发生变化，所以本发明通过设置与搅拌电机相连接的电量测试仪，通过测试沥青混合料拌和锅中带动搅拌桨拌和的搅拌电机的有功功率来表征沥青混合料的拌和难易程度。若改变沥青混合料的拌和温度，则沥青混合料的拌和难易程度会发生变化，因此其拌和有功功率会随着发生改变；若改变拌和速率，其测试的有功功率会产生线性或非线性的变化；通过回归分析，能够在一定程度上评价沥青混合料的流变特性。本发明通过对电力学变量(有功功率)的测试来表征沥青混合料的拌和和易性，具有精度高，模拟性强的优点。同时，为进一步研究沥青混合料的黏度及强度构成提供一种可行的方法，克服了现有技术中测量搅拌扭矩时，测验精度低的问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是电量测试仪的内部结构示意图。

图3是数位温度表的结构示意图。

图中，1—搅拌电机，2—电量测试仪，3—电气控制板，4—总电源开关，5—变速器，6—顶盖，7—搅拌桨，8—升降柱，9—温度传感器，10—转动手柄，11—导热油腔，12—拌和锅，13—支座，14—底座，15—底座平台，2-1—无纸记录仪，2-2—导线，2-3—电流变送器，2-4—电压变送器，2-5—显示屏，2-6—USB接口，2-7—有功功率变送器，2-8—无功功率变送器，16—测温表，17—连接线，18—测温棒，19—手柄。

具体实施方式

下面结合附图进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。

参见图1，本发明包括搅拌电机1、电量测试仪2、电气控制板3、总电源开关4、变速器5、顶盖6、搅拌桨7、升降柱8、温度传感器9、转动手柄10、导热油腔11、拌和锅12、支座13、底座14以及底座平台15；所述底座14上设置有底座平台15，底座平台15侧壁上设置电气控制板3和总电源开关4，底座平台15顶面上设置升降柱8，升降柱8的顶部设置搅拌桨7，搅拌桨7连接有变速器5，变速器5连接搅拌电机1，电量测试仪2与搅拌电机1的三相电接口连接。

底座平台15一侧设置支座3，支座3上设置拌和锅12，拌和锅12内壁设有导热油腔11和温度传感器9，导热油腔11中填充导热油。支座3上还设置有用于倒出拌和锅12内的沥青混合料的转动手柄10。

电气控制板3通过导线与变速器5、温度传感器9及升降柱8相连，通过调节电气控制板3上的按钮可以调节变速器5的转速、显示温度传感器9的温度以及调节升降柱8的高度。

总电源开关4用于控制整个装置是否通电。

搅拌桨7上方设置有顶盖6，变速器5设置在顶盖6内，使变速器5可以避免搅拌时沥青混合料的影响。

参见图2，电量测试仪2包括无纸记录仪2-1，显示屏2-5及4个电量变送器，4个电量变送器分别为电流变送器2-3、电压变送器2-4、有功功率变送器2-7以及无功功率变送器2-8，以电流串联、电压并联的方式相连接，电流变送器2-3、电压变送器2-4、有功功率变送器2-7以及无功功率变送器2-8分别用来测量搅拌电机1的线电流、线电压、有功功率与无功功率参数；有功功率无功功率计算可得：P²+Q²＝3U²I²，变换可得：可利用此式对有功功率P进行修正。其中，U为线电压，I为线电流，为功率因数，为功率因数角，即交流电路中电压与电流之间的相位差。所测试的参数数据通过输出信号端、导线2-2传输给无纸记录仪2-1，采集完成后通过无纸记录仪2-1上的USB接口2-6导出记录的数据，根据某时间段内的有功功率，比较各温度下不同转速下搅拌电机的有功功率，根据所得的有功功率，评价沥青的拌和和易性。

工作电压分别并联引出后与外界输入电源相接以供各仪表器工作。

本发明的搅拌桨7既自转又绕拌和锅12的中心轴进行公转，其公转速率可通过电气控制板3上相应按钮进行调节，调节公转速度在15～55转/分之间。其自转速率随公转速率的增大而增大。

本发明为了确保拌和锅内的沥青混合料的问题，除在拌和锅12内设置温度传感器外，还设置一个独立于试验装置外的用于测定拌和锅内沥青混合料温度的数位温度表，参见图3，数位温度表包括测温表16、连接线17、测温棒18以及手柄19，测温棒18用于测试拌和锅内12沥青混合料的温度，且与手柄19前端相连接，手柄19后端通过连接线17与测温表16相连。数位温度表可在对所拌和的沥青混合料进行恒温控制时用来实时监控其温度，以确保沥青混合料内部温度到达所设定的拌和温度。

本发明的原理：沥青混合料在拌和锅内搅拌时处于低速半流动状态，此时的混合料为不均匀固液混合物，由于沥青混合料内部的嵌挤摩擦和矿料与沥青的粘流性，在拌和时会对搅拌桨产生一定的阻力；在拌和过程中沥青混合料内部产生的嵌挤摩擦与粘流性会随着拌和时间、拌和温度以及拌和速率的变化而发生变化，引起对搅拌桨的阻力的变化，从而导致带动搅拌桨工作的电动机的功率发生变化，所以可以通过测试沥青混合料拌和锅中带动搅拌桨拌和的电动机的电量参数来表征沥青混合料的拌和难易程度。若改变沥青混合料的拌和温度，则沥青混合料的拌和难易程度会发生变化，因此其拌和有功功率会随着发生改变；若改变拌和速率，其测试的有功功率会产生线性或非线性的变化；通过一定的回归分析，可以在一定程度上去评价沥青混合料的流变特性。

本发明测试时，向拌和锅12内加入沥青混合料样品，并通过导热油腔11内油浴加热，使沥青混合料恒温，然后启动搅拌电机1并通过电气控制板3上的调速按钮调节搅拌桨7的搅拌速率，搅拌电机所消耗的功率大小表征拌和的难易程度即和易性。同一转速下，消耗功率越大，其和易性越差。通过电量测试仪2采集某一温度下搅拌桨7以不同转速搅拌时搅拌电机的电流、电压、有功功率及无功功率，在不同温度下重复上述操作。因此，本发明既可直接用于沥青混合料和易性测定、黏度分析，又可分析沥青、集料对沥青混合料黏度构成的贡献或影响，分析沥青混合料的流变特性从而确定其合理的施工(拌和、摊铺、碾压)温度。

以下为本发明中主要测试部件的详细说明。

(1)无纸记录仪2-1技术要求：

4路蓝屏无纸记录仪型号：C2104D/2/C/U/D，具有4路模拟量输入和1路配电输出，仪表可以定制2路报警输出、1路模拟量输出，配合其它功能模块，可实现信号采集、显示、处理、记录、报警、通讯等功能。通讯：采用RS-232C/RS-485接口，可与上位机进行数据交换，也可以结合无线模块实现无线通讯。产品广泛应用于冶金、石油、化工、建材、造纸、食品、制药、热处理和水处理等各种工业现场。技术参数见表1。

表1无纸记录仪技术参数

(2)电量测试仪

电量测试仪采用GWH电量变送器，具体包括电流变送器、电压变送器、有功功率变送器、无功功率变送器，GWH电量变送器是采用先进的测量技术制造的变送器，产品的集成度高，可靠性好，具有优异的精确度和长期稳定性，可广泛应用于需要将电能值转化为脉冲信号输出的场合。可与各类仪表及DCS、PLC等系统配套使用。在油田、石化、制造、电力、冶金等行业的重大工程中有着广泛的应用。技术参数见表2、3。

表2交流电压、电流变送器技术参数

表3三相功率变送器技术参数

(3)数位温度表

本发明中数位温度表是以K/J Type热电偶温度感测器为sensor的数位温度表，并具有记忆体装置，最多可连续记录8000笔，可以不接电脑直接将温度量测值先记录在表内，然后经由电脑将记忆体资料调出，供做分析、列印或存档，也可以与电脑连接作为记录大量资料。本数位温度表主要由温度表与测温棒构成，其技术要求见表4。

表4数位温度表的主要技术指标

本发明的具体操作步骤如下：

(1)将电量测试仪内部各变送器的接线按照电流串联、电压并联的方式进行连接，并引出电流与电压的接线分别与沥青混合料拌和锅的搅拌电机的接线端相对应的连接，确保其与电动机准确的连接。

(2)待电量测试仪与拌和电机连接好后，将电量测试仪接入电源，打开开关，电量测试仪显示屏有显示，然后用万用表测试各变送器输出端的电流值，若在4.2～4.7mA之间，则证明各变送器连接正确；若不在此范围内，应检查各变送器的接线情况是否正确。接通沥青混合料拌和锅电源，电量测试仪显示屏上的各显示值均为零，若不为零应进行清零处理；然后按下搅拌按钮使搅拌桨7开始搅拌，电量测试仪显示屏上有数据变化，待拌和稳定时，所显示的读数中，电流、电压、有功功率与无功功率基本保持稳定波动；然后调节变速调节开关改变其拌和公转速率，若电量测试仪显示屏上的数据有变动属于正常，待拌和稳定时，均保持稳定波动，则证明试验装置运行正常。

(3)干拌矿料的测试

按照配合比设计所确定的级配进行配料并加热到指定温度，将经过每档筛分后的不同粒径的集料置于105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重(一般不少于4～6h)；将烘干的集料按设计级配要求称其质量，在一金属盘中混合均匀，矿粉单独放入小盆里，然后置烘箱中加热至沥青拌和温度以上15℃左右备用；将沥青混合料拌和锅12提前预热至拌和温度上下10℃，然后将加热的集料置于拌和锅12中，用小铲子适当混合后加入加热的矿粉，开动拌和桨7一边搅拌一边使搅拌桨叶片插入混合料中，拌和至均匀后暂停拌和，将搅拌桨的公转速率调成变速挡，然后手动调节使其公转速率为20r/min，待其拌和稳定时开始测试并记录数据，测试与记录时间设定为3min。然后依次调节公转速率为30r/min、40r/min、50r/min分别进行测试与记录。

(4)沥青混合料的制备

在测试完的矿料内加入所选用沥青用量值的沥青，拌和至均匀为止，对拌和均匀的沥青混合料进行170℃恒温储存，并用插入式温度传感器进行监控，以备进行测试试验。

(5)沥青混合料的拌和测试

将拌和桨的公转速率调成变速挡，然后手动调节使其公转速率为20r/min，待其拌和稳定时开始测试并记录数据，测试与记录时间设定为3min。然后依次调节公转速率为30r/min、40r/min、50r/min分别进行测试与记录。

(6)重新设定拌和锅的温度，对沥青混合料进行降温，用拌和锅12自带的温度传感器9与数位温度表对沥青混合料的实时温度进行监控，待温度保持恒定为设定值后进行上述第(5)步的操作。

(7)将电量测试仪中储存的数据导出至电脑，进行数据汇总分析，研究沥青混合料的拌和流变特性。

本发明的关键技术：本发明的关键在于沥青混合料的拌和速率的控制、拌和的温度控制与拌和电量测试的误差校核。试验装置虽然经过精心的设计与组装，但是装置的测量误差是不能消除的，只有通过分析装置可能产生误差的地方，并进一步对装置严格控制，将其降低至最低。

(1)沥青混合料的拌和速率的控制

本发明采用变频式变速器，电源频率可以连续调节，则电动机转速就可以连续、平滑地调节。把异步电动机的额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向下调节，也可以从基频向上调节。通过调节拌和电机转速来调节搅拌桨的拌和公转速率，电动机的转速与搅拌桨的拌和公转速率一一对应，本发明中对其进行了定量标定，标定后通过电气控制板上的拌和速率调节按钮进行控制。

(2)拌和电量测试的温度控制

本发明所测试的沥青混合料要求在试验中处于恒温状态，这对设备的控温要求较高，本发明采取了以下措施来加以控制。选用的拌和锅的加热控温装置为带有加热电阻丝的导热油腔，这样更有利于沥青混合料均匀的升温与降温；为了更好地监控沥青混合料的拌和温度，本发明选用了数位温度表通过将测温棒插入沥青混合料的中部对此进行实时监控。

Claims (9)

1.一种沥青混合料变速拌和及功率测试装置，其特征在于，包括底座(14)，底座(14)上设置有支座(13)，支座(13)上设置有用于盛放及加热沥青混合料的拌和锅(12)，拌和锅(12)上方设置有用于搅拌拌和锅(12)内沥青混合料的搅拌桨(7)，搅拌桨(7)连接搅拌电机(1)，搅拌电机(1)连接有用于测量搅拌电机(1)的有功功率的电量测试仪(2)。

2.根据权利要求1所述的一种沥青混合料变速拌和及功率测试装置，其特征在于，所述底座(14)上设置有能够升降的升降柱(8)，搅拌桨(7)设置在升降柱(8)顶部。

3.根据权利要求1所述的一种沥青混合料变速拌和及功率测试装置，其特征在于，所述拌和锅(12)内壁设有用于加热沥青混合料的导热油腔(11)和用于测量沥青混合料的温度传感器(9)。

4.根据权利要求1所述的一种沥青混合料变速拌和及功率测试装置，其特征在于，所述搅拌桨(7)和搅拌电机(1)之间设置有变速器(5)。

5.根据权利要求1所述的一种沥青混合料变速拌和及功率测试装置，其特征在于，所述底座(14)上设置有底座平台(15)，升降柱(8)设置在底座平台(15)上。

6.根据权利要求1所述的一种沥青混合料变速拌和及功率测试装置，其特征在于，所述拌和锅(12)上设置有用于倒出拌和锅内沥青混合料的转动手柄(10)。

7.根据权利要求1所述的一种沥青混合料变速拌和及功率测试装置，其特征在于，所述电量测试仪(2)包括电流变送器(2-3)、电压变送器(2-4)、有功功率变送器(2-7)以及无功功率变送器(2-8)。

8.根据权利要求1所述的一种沥青混合料变速拌和及功率测试装置，其特征在于，所述拌和锅(12)内设置有用于测量沥青混合料温度的数位温度表。

9.一种基于权利要求1所述的沥青混合料变速拌和及功率测试装置的方法，其特征在于，向拌和锅(12)中加入沥青混合料，然后开启搅拌电机(1)，搅拌电机(1)带动搅拌桨(7)搅拌沥青混合料，通过电量测试仪(2)采集不同温度下，搅拌桨(7)在不同转速搅拌时，搅拌电机(1)的有功功率，并根据有功功率评价沥青混合料的拌和和易性。