水稳碎石拌合站骨料计量标定方法与验证

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(山东省交通科学研究院 山东省交通建设工程检测中心， 山东 济南 250031)

水稳碎石拌合站骨料计量标定方法与验证

杨永富，李增光

(山东省交通科学研究院 山东省交通建设工程检测中心， 山东 济南 250031)

水泥稳定碎石混合料拌合设备均是连续式拌合设备，且混合料矿料级配的控制基本依赖于不同冷料仓供料比例控制，不同规格骨料供料比例又依赖骨料秤的准确计量，因此拌合设备骨料秤的动态标定尤为重要。通过调整不同规格材料供料电机的频率寻找电机频率与供料速度的关系公式，使拌合站可以精确设定供料速度，以此控制矿料比例，并通过实际生产进行级配验证。

水稳碎石; 拌合设备; 动态标定; 实例验证

水泥稳定碎石混合料因其具有早期强度高、稳定性好、收缩变形较小、抗冲刷能力和抗冻性能较强、适宜机械化施工等特点，目前已广泛用于我国高速公路路面建设中[1]。但水泥稳定碎石混合料的拌合通常采用连续式拌合设备，这就给水稳碎石施工配合比的控制带来较大难度。为准确控制施工配合比，就需要对连续生产的拌合设备进行动态的计量标定。

文中通过寻找不同规格材料和输料电机频率间的对应关系，来确定不同配合比情况下，输料电机应设定的频率，以此控制施工配合比，并在实际生产过程中进行了验证。

1 骨料计量装置标定方法

不同规格材料的松装密度是不同的，即使同一种规格材料在不同含水量状态下的松装密度也是不同的，且拌合站供料速度与料门开启的高度和传输皮带运转速度均有关系。在施工过程中首先根据目标配合比各档规格材料的比例大小，适当确定一个料门开启的高度，在保持高度不变的情况下，通过调整传输皮带电机频率的大小，来调整不同规格集料供料速度，以此寻找电机频率和供料速度之间的线性关系[2]，根据混合料生产速度和目标配合比确定每种规格材料的需求速度，再通过每种规格材料的关系曲线计算需设定的电机频率。

1.1 拌合站供料系统简图

首先设定，供料平皮带一段距离的长度为L0，在平皮带上取料的长度为L1，各规格材料传输小皮带电机满负荷频率为f，为更直观地了解标定过程中所用到的各参数间的关系，首先将各参数标注在拌合站供料系统简图中，如图1所示。

图1 拌合站集料供料系统简图

供料系统标定前，首先使用不同颜色标记出需要量取距离的4个辊轴，使用钢圈尺量取两两颜色相同辊轴间的距离，分别为L0和L1；再在皮带上任意一点标记上红色，以便可以准确测量皮带传输速度。

1.2 皮带传输速度的测量

拌合站额定生产效率下，使用秒表连续测定3次传输皮带标记点从辊轴1到辊轴2的时间，求取3次测定的平均值t，则皮带传输的速度V0为：

(1)

1.3 小皮带不同传输速度的供料量

拌合站一般是通过调节小皮带的电机频率来调节不同规格材料的供料速度，为寻找电机频率与供料速度之间的关系，分别测定额定电机频率的25%、50%、75%这3个频率下的供料速度。以1号料仓为例，开启大皮带，设定小皮带电机频率为25%f1，运转一定时间，使大皮带辊轴3和辊轴4之间的材料处于稳定时，先停止大皮带的转动，随即停止小皮带的转动，截取辊轴3和辊轴4之间大皮带上的石料，称量质量，称量完成后，以同样方式再取2次料，分别称量质量，求取3次质量的平均值m1。3次称量质量偏差不允许超过平均值的5%，超出5%时应重新进行标定；那么频率为25%f1时，1号材料供料速度可以表示为：

(2)

同理：

(3)

(4)

1.4 回归公式

通过线性回归，寻找1号料仓电机设定频率f同供料速度V之间关系公式：

f=a×V+b

(5)

回归出公式系数a和b，并计算相关系数R2，且R2必须大于等于0.998，当达不到该要求时，应重新进行标定。

按照1号料仓方法，分别回归出其余各料仓对应公式。

1.5 计算各规格材料需求速度V

设定拌合站生产能力为P,t/h，各规格材料占矿料总量的比例为P1，P2，P3，P4，…,Pn，则：

P1+P2+P3+P4+…+Pn=100

第i号料仓材料需求速度V为：

V=P×Pi

(6)

1.6 计算i号料仓小皮带电机设定频率

根据拌合站拌合时，各规格材料供求速度等于需求速度的关系，将公式(6)中数据代入回归公式(5)中，计算得出各规格材料小皮带电机设定的频率。

1.7 计算各料仓小皮带电机频率

重复1.2～1.6步骤，可以分别计算其它各料仓小皮带电机频率。

2 实例验证

2.1 目标配合比

为验证标定方法的可用性，文中以鹤大高速某标段水泥稳定碎石混合料为例，进行实际验证。该标段使用WCB — 700型水稳拌合站，设定生产能力500 t/h，水稳混合料灰剂量为4%，最佳含水量为6.5%，各规格集料比例和级配、目标配比合成级配如表1所示。

表1 混合料目标配比数据集料规格/mm比例/%各筛孔(mm)通过百分率/%3152651920～302210～2035 5～1016 0～5 27合成级配级配上限级配下限1000791160100010009561000100010001000100010001000954800100100861009076各筛孔(mm)通过百分率/%95475236060075080808080618615131310100021388593210009606633631064973001991143955362616443261680

由拌合站生产能力，减去每小时需要的水泥质量和水的质量，可以计算出每小时需要集料总质量为451.42 t/h，根据目标配合比可以分别计算出每档集料小时需求量分别为：99.3、158.0、72.2、121.9 t/h。

2.2 电机频率标定

按照集料计量标定方法，首先确定合适的辊轴1、辊轴2、辊轴3和辊轴4的位置，并量取辊轴1和辊轴2之间距离L0为14.65 m，辊轴3和辊轴4之间距离L1为2.40 m，同时在大皮带上用红色自喷漆标记一点，开启大皮带，测定3次标记点从辊轴1运动到辊轴2的时间分别为：5.34、5.60、5.49 s，由此可计算大皮带传输速度为V0=2.6760 m/s，下一步将各规格材料料仓加满集料，开始测定不同频率下在L1长度上取料的质量，不同频率下各档集料取料质量如表2所示。

表2 各档集料不同频率取料质量集料规格/mm电机频率/kHz取料长度L1/m取料质量/t单档供料速度/(t·h-1)125240002191690220～302502400035064144337524000458011885125240001601265910～20250240002937612093752400044533183312524000179867405～10250240003374313893752400048610200012524000175007200～52502400034258141037524000501472064

将表中数据分别代入式(2)、式(3)、式(4)，可以分别计算不同规格材料不同电机频率下的供料速度，计算结果如表2所示。利用表2中数据不同规格材料电机频率与单档供料速度进行线性回归，并计算相关系数R2，回归关系如表3所示。

由表中各档集料相关系数R2均大于0.998，相关性满足要求。将按照目标配合比计算的每档集料小时需求量代入回归公式，可以求出每档集料需要设定的电机频率，计算结果如表3所示。

表3 不同规格集料回归关系系数集料规格/mmabR2设定频率/kHz20～30025349-107378099831410～20021272-1238340999332 5～10019832-2296530999912 0～5 018604-1005590999922

2.3 混合料级配检测

按照表3中计算出的小皮带电机频率进行设定，生产过程中，对所生产水稳混合料进行筛分验证。生产过程中每小时取一次混合料，连续取10组混合料，对10组混合料分别进行混合料筛分试验。混合料筛分结果如表4和图2所示。

表4 混合料筛分数据编号各筛孔(mm)通过百分率/%315265199547523606007511000972802540316231137322100092583045926418792253100096484952230520610734410009628425343332131474251000952844515281201134426100097084945433518113124710009528315093341978042810009678314782992001374091000968796514266179713210100097679949028717913033目标级配100095480049730019911439级配上限10010086553626164级配下限100907643261680

图2 混合料筛分对比图

由表4中数据和图2可以看出: 采用这种方法标定的拌合设备，拌合出的混合料矿料级配同目标级配吻合较好，且此方法给拌合站控制提供了较为精确的指标，使拌合站操作人员的操作更为方便。

3 小结

水泥稳定碎石厂拌设备动态标定的好坏，直接影响混合料的质量，在施工过程中应当重视设备动态标定，从拌合角度把好质量关。施工中设备结构多种多样，但标定的方法与原则基本相同，无论设备操作系统怎么变化，最终都要使用变频电机来调节骨料供料速度。

该方法在施工过程中经不同设备进行多次验证，证明该方法是准确、可行的，且稳定土场设备的动态标定有利于设备操作员直观方便地了解设备运转情况和混合料质量的好坏。

[1] 王建军．水泥稳定碎石基层的强度机理、组成设计及施工要点[J]．交通标准化，2008(7):242-243．

[2] 陈新轩，王雷，陈先树.水泥稳定土搅拌设备骨料称重计量技术及标定的探讨[J].建设机械技术与管理,2011(11).

[3] 韩宇，谢立扬，许俊清．稳定土厂拌设备的动态标定分析[J]．路面机械与施工技术,2006(12).

[4] JTJ 034-2000,沥青路面基层施工技术规范[S].

[5] JTJ/T F20-2015，公路路面基层施工技术细则[S].

1008-844X(2017)03-0197-04

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2017-02-14

杨永富(1983-)，男，工程师,主要从事路桥技术咨询。