混凝土回收砂石分离机的研制(可编辑) .doc
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1、混凝土回收砂石分离机的研制 山东大学硕士学位论文混凝土回收砂石分离机的研制姓名:孙庆华申请学位级别:硕士专业:材料工程指导教师:栾贻国20090910山东大学硕士学位论文摘要混凝土是建筑材料的最大宗材料,在建筑工程中,混凝土的用量最大,混凝土主要由水泥、水、石子、砂子四种基本材料组成,在这几种原材料中,骨料用量亦居首位,生产混凝土约需眦砂石骨料,全世界每年混凝土使用量约亿,中国混凝土的年产量占世界总量的%,约亿,混凝土原材料中的粗细集料约占混凝土总量的%。由此推得:全世界每年需要粗细集料约亿,其中中国约需亿。在混凝土生产过程中难免产生多余混凝土及因为质量问题不能使用的废弃混凝土,如果处理不当,
2、必将造成永久性的环境污染。经测算,平均每生产的混凝土,将产生. 的废弃混凝土,这些固体垃圾的随意丢弃,不但造成了资源的浪费,而且也形成了对环境污染的恶性循环,开发混凝土回收设备迫在眉睫。本文介绍了作为建筑材料的最大宗材料混凝土目前的回收现状,从节约能源、实现可持续发展和环境保护的角度出发说明了混凝土回收的必要性。介绍了目前国内外混凝土回收设备的优缺点,从结构、性能上对意大利、日本等设备进行比较。详细介绍了混凝土砂石分离机的设计、改进及制造。首先是生产能力的确定,生产能力是残余混凝土回收装置的一个重要指标,是搅拌站选用回收装置及其数量时必须考虑的因素。着重阐述了筛砂提石机的设计,筛砂提石机由原设
3、计是固定不动的筛网的失败到最后滚动的筛网滚筒的成功,中间经过了反复论证和实验。详细分析了提砂机的设计,着重阐述了提砂机螺旋轴的设计,螺旋叶片的成型工艺,螺旋轴的轴端密封装置等,详细介绍了螺旋叶片与筒壁间隙大小及螺旋轴挠度的设计。分析了混凝土回收砂石分离机溢水口的设置、双车位进料装置、清扫辊、水路系统、罩盖组的设计。关键字:混凝土回收,砂石分离机,筛砂提石机,提砂机,螺旋轴,螺旋叶片山东大学硕士学位论文,。 。 。 %。 。%。. 。 。 。,晰。,.,。 。 。 ,。?, , 。, :, ,原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明
4、引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名: 型:苤全 期:型丝旦丝曰关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅;本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。保密论文在解密后应遵守此规定论文作者签名:羽:丞望导师签名:塑交山东大学硕士学位论文第一章绪论.引言我国大规
5、模的基本建设正处于一个强劲发展时期,工业与民用建筑工程、市政工程、道路与桥梁工程、机场港口工程、水利电力工程、铁路与建设等,在相当长的时期内仍然有较大的规模,而这些工程建设主要以混凝土材料为主,因而混凝土工程是大规模土木建设工程的主导工程,混凝土是建设材料中的最大综材料,在建设行业中占据了极其重要的地位,一直受到人们的重视。在建筑工程中,混凝土的用量最大,普通混凝土由水泥、水、石子、砂子四种基本材料组成,混凝土的技术性质在很大程度上是由原材料的技术性质和相对含量决定的,纯净砂、石的表面粗糙,颗粒富有棱角,能与水泥浆黏结牢固,工程上大部分采用碎石,但碎石含有黏土、杂质,使用前必须加以清洗,降低石
6、料中的含泥量及杂质,从而能大大提高结合料与矿料之间的粘结力,提高工程质量。在混凝土的几种原材料中,骨料用量亦居首位,生产混凝土约需砂石骨料,全世界每年混凝土使用量约亿【巧】。中国混凝土的年产量占世界总量的%,约亿,混凝土原材料中的粗细集料约占混凝土总量的%。由此推得:全世界每年需要粗细集料约亿,其中中国约需亿【。我国也是世界上水泥产量最大的国家,浆水横流,固体垃圾堆积几乎是每一个商品混凝土厂或集中混凝土搅拌站的通病。据统计,一个年生产能力为十万立方米的混凝土厂,仅清洗混凝土搅拌运输设备所形成的浆水每天高达立方米,其中每清洗一辆混凝土运输车平均需要.立方米的水【。无论是混凝土搅拌机或搅拌运输车的
7、冲洗水还是泵车、砂石与骨料的冲洗水,主要是受混凝土集料的物理污染和水泥水化的化学性污染。物理性污染源主要是吸附在机壁上的混凝土集料,经水冲刷后而产生,如水泥、黄砂和石子颗粒等。这些颗粒难溶于水而易于沉淀。化学性污染源主要是水泥中的硅酸根离子、铝酸根离子水解时使污水呈碱性,还有一定量的金属离子,值高达,且不溶物含量约为/我国多数商品混凝土厂一般将浆水经三级沉淀池排入城市下水道,而地处城乡结合部的商品混凝土厂往往直接排出厂区,殃及农田水利,堵塞市政管道,抬高沟渠河床。另外,在生产混凝土过程中难免产生多余混凝土及因为质量问题不能使用的废弃混凝土,如何处置,一直以来是困扰着预拌混凝土企业的棘手问题,如
8、果处理不山东大学硕士学位论文当,必将造成永久性的环境污染【。们。随着我国商品混凝土的飞速发展,排放的商品混凝土废弃物也在逐年增加,而这些混凝土废弃物的处理方法一般是运往郊外露天堆放或填埋,这不仅占用了大量的土地,而且造成严重的环境污染,另外也是资源的极大浪费,与我国建设资源节约型和环境友好型社会的精神相悖。经测算,平均每生产立方米的混凝土,将产生.立方米的废弃混凝土【.,这些固体垃圾的随意丢弃,不但造成了资源的浪费,而且也形成了对环境污染的恶性循环。大城市建筑工地的砂石料均为外地运来,每吨砂石料的价格一般在元以上,如弃之不用,一个城市每天就要损失数万元,甚至数十万元,同时污染环境【。另外据日本
9、全国预拌混凝土工业联合会的统计,在全国个混凝土工厂中,冲洗残余混凝土只用新水的工厂占.%,而使用回收水的工厂却占总数的.%。全日本每天用于清洗每台搅拌车的用水量平均.,%的清洗用水为回收水。随着环境保护意识的增强,我国混凝士工地也必将日益重视污水的处理和回用。由此可见,混凝土作为建设材料中的最大宗材料,在建设行业中占据了极其重要的地位,从节约材料、保护资源的角度出发,开发混凝土回收和分离设备迫在眉睫。现在比较理想的回收混凝土材料装置是使废弃混凝土中的砂子、石子分离回收返回系统再配料,浆水经过再分离出清水也可回用。这样,废弃混凝土材料就能得到重新利用,节约了原材料,所以开发设计混凝土回收和分离设
10、备不但解决了环境保护问题,使混凝土搅拌站有一个干净的环境,而且还能将混凝土材料砂、石料返回生产系统重复使用,使绝大部分废料都能保值回收,有效地节约了资源,实现可持续发展。.混凝土回收分离装置国内外研究现状目前,国内外生产残余混凝土回收的装置已有多种【埘,从结构及功能上大致可分为以下三种方式:不筛分,残余混凝土经受料斗,进入分离机,砂、石骨料从浆水中分离出来,但砂、石二者不进行筛分。先清洗后筛分,搅拌车等清洗下来的残余混凝土经受料斗,先进入分离机,砂、石等固体骨料经过清洗,与浆水分开,然后砂、石进入分离机进行筛分,最终实现砂、石、浆水三者的分离。清洗与筛分同时进行,通过合理设计分离机,使其能一次
11、将砂、石等固体骨料从浆水中分离出来,并且实现砂、石二者的筛分【之】。上述三种方式中,第一种性能较差,虽然能改善环境保护的问题,但分离出来的固体砂、石只能用于低标号混凝土的配料。后两种方式可以分离砂子和石子,这样不但可以解决环境保护问题,而且能将山东大学硕士学位论文砂、石料返回混凝土生产系统重复使用,经济效益比较好。特别是第三种方式,不仅设备本身占地面积少,而且成本也较低。徐州利勃海尔生产的混凝土回收系统【】主要由搅拌车自动清洗装置.残余混凝土清洗分离装置和回收水处理装置等部分组成。搅拌车自动清洗装置主要包括搅拌车冲洗支架、搅拌车冲洗管路、搅拌车冲洗水泵、车到位行程开关和现场操作控制盒等部分组成
12、;残余混凝土清洗分离装置主要由残余混凝土进料斗、进私斗冲洗管路、进料斗冲洗水泵、污水回流管路、螺旋分离机及砾石振动分离筛选蘸件等组成【琊。其回收的砂石是混在一起的,要想将砂石分离,还得配备振动筛。其具体工作简图如图.所示。、石子、砂子、砂、石分离振动筛、混凝土回收机、搅拌输送车图. 混凝士回收机工作简图华力机械生产的湿混凝土分离回收设备如图.所示主要由搅拌车清洗装置、滑槽、输送装置、砂石浆水分离装置和泥浆水后处理装置组成。其筛体是振动的,依靠振动进行砂、石筛分。该装置虽能将砂石浆水分离但其体积庞大,加工难度很大。山东大学硕士学位论文图】.华力机械生产的混凝十分离回收设备在美国、德国、日本和意大
13、利等工业发达国家,已经研制出多种渣料回收和废水处理设备,取得了显著的经济效益和社会效益【。德国公司生产内螺旋滚筒分离混凝土骨料与浆水的装置。渣料由受料斗接收后,注入内螺旋滚筒分离机,经过旋转分离后,浆水和水泥由低位排出,砂石等骨科则由高位的移动出料器出抖,其砂石没有分离.是混在一起的,要想将砂石分离。得配备振动筛【】。意大利公司生产的螵旋分离机如图所示,其受料斗置于锥形螺旋分离机的上端,渣料经受料斗进入螺旋分离机锥体大端,旋转分离后,浆水和水泥从锥体大端排出,砂石等固体骨料则由锥体小端排出,同样,其砂石也是没有分离的删。这两种装罨分离出来的砂子、石子、浆科相互有夹带。石予外包砂、包水泥浆,砂子
14、外面包水泥浆,容易产生结块的可能。山东大学硕士学位论文。日豳意人利公司生产的分离混凝十装置日本光洋公司生产套筛式分离砂石与浆水装置如图所示,渣料自机体一端的受料斗进入套筛分离机.经过筛分分离后,浆水从机体一侧底部排出,砂子从底部中央排出,石子从另一端中部排出,其沙子含水率高,并且包含一定的泥。幽日本光洋公司生产的掘凝土网收清洗分离设备山东大学硕士学位论文日本的石川岛公司生产分石、分砂、分浆水组合装置如图所示。渣料自一端受料斗先进入转筛,经过转筛的筛分后.石子与浆水首先落入半锥形螺旋分离机。分选后,由锥体丈端排出浆东,小端排出砂于,石子单独排出纠,其虽然将砂石分离,但砂、石的含水率都很高而且其提
15、石机螺旋叶片很厚,加工困难,再者磨损严重,必须经过淬火处理。剀?日本的石川岛公司生产分石、分砂袈置.本文的主要研究内容混凝土回收砂石分离机的整体设计,生产能力的确定,筛砂提石机设计,提砂机设计,提砂机螺旋轴设计,螺旋叶片的成型工艺,螺旋轴的轴端密封装置,螺旋叶片与筒壁间隙大小及螺旋轴挠度的设计。混凝土回收砂石分离机其余主要零部件的设计,如双车位进料装置、清扫辊、水路系统、罩盖组、溢水口等。山东大学硕士学位论文第二章混凝土回收砂石分离机的构成.混凝土回收砂石分离机的主要技术参数生产率筛分能力,讹分离滚筒规格 巾分石粒度姗 耋分砂粒度%分离后砂石含泥率:分离后砂石含水率: 砂%;石%所配电动机功率
16、分石机分砂机进料槽电机污水泵电机.清水泵双车位整机重量 双车位整机外形尺寸工作状态,主体运输尺寸:.结构及工作原理混凝土回收砂石分离机由筛砂提石机、提砂机、大机架、双车位进料装置、清扫辊、水路、罩盖组、电气控制系统等组成。其中提石机、提砂机、大机架等构成主机部分,整体布置图见图.混凝土回收砂石分离机外形图。山东大学硕士学位论文圈混凝土回收砂石分离机外形图筛砂提石机由砂石分离装置、前后轴承座、联轴器、减速机等部分组成。砂石分离装置以带筛网的滚筒为主,滚筒内部焊有连续的螺旋叶片,滚筒出料端焊有出料叶片,砂石分离装置由带电机的减速机通过联轴器带动滚筒旋转.搅拌车清洗下来的混凝土通过进料溜槽输送到砂石
17、分离装置,由砂石分离装置对进入其内的砂石、污水进行分离;砂和污水通过筛孔落到下部的流槽,石子通过砂石分离装置内部的螺旋叶片送到靠近减速机一侧的出石槽中。.摄砂机提砂机由减速机带电机、螺旋轴、大轴承座支撑装置、小轴承座支掸装置等组成。减速机带动螺旋轴旋转,将通过机架流槽进入提砂机底部的砂和污水进行搅动,沙子通过螺旋轴上的螺旋叶片向高处推动,经上部的出砂口排出;在沙子的输送过程中,螺旋叶片同时对沙子进行脱水。多余的污水浆水经机架上的排水孔溢出,然后通过外部导流槽进入沉淀池中。螺旋轴下面的小轴承座支撵装置因为长期靠近污水槽,这对其内部的密封装置及轴承设计是个很大的考验。设计时其内部采用四层密封的特殊
18、结构,这样就能使轴承处于良好的工作环境中。支撑上的连接法兰设有溢浆孔,假设两层密封损坏,山东大学硕士学位论文污水也可以由这里排出,这样就避免污水进入轴承而使轴承发生严重磨损。.大机架大机架由主框架、螺旋槽、排水罩、出石槽、砂水流槽、出砂口、清理排污口等组成,主要由钢结构件构成,大机架是筛砂提石机、提砂机、罩盖组、水路的承载及安装基体,并承担一定的物料投入和排放工作,大机架内的砂水溜槽是设计的重点。.双车位进科装置双车位进料装置由槽体、流槽、敝口罩、水冲装置等组成。双车位进料装置主要负责搅拌车排出物的接料和输送,同时安装水路系统的搅拌车清洗支架。.清扫辊清扫辊机构安装在大罩盖、大机架和提石机分离
19、装置之间,由座板、销轴、拐臂、弹簧、圆辊、轴承等组成。其圆辊紧靠在滚筒上随其转动,对积聚在外筒上的砂子进行清扫,随时保证滚筒的筛分能力。.水路系统水路系统主要由可排污潜水泵、电动阀、球阀、钢水管、管路支撑、三通或二通、搅拌车清洗支架、供水塑料管等组成。除了安装在主机上的部分外,外引清水高压自来水管路、应急清水泵由用户自行负责购置和现场安装。工作过程中水路系统的作用主要为:搅拌车洗罐加水。进料装置的清洗;提石机、提砂机的清洗及分离。工作用水来源于设备分离出的经过沉淀的清水或外部供应的新水自来水。本系统采用科技含量比较高的两位电动阀,性能可靠,避免了电磁阀存在的易堵塞、对水压敏感等问题。搅拌车清洗
20、支架安装在进料装置顶部,配装部分供水管路,由其在电气系统控制下,对搅拌车进行加水。.罩盖组罩盖组由提石机大罩盖、提砂机小罩盖、各减速机护罩等组成,罩盖组对各机构起到封装保护作用。.电气控制系统电气控制系统由控制柜、电气元件接触器、时间继电器、按钮等、电缆线等山东大学硕士学位论文组成,电气控制系统对整个设备进行集中操作和控制。.设备工作原理混凝土回收砂石分离机的工作原理如图.所示。搅拌输送车开到车台上,车台上有定位装置,对车的位置进行定位,车停靠到位后冲洗车的水管打开对罐体进行冲洗,水管的开关通过限位开关由电磁阀控制。清洗后的废弃混凝土倒入进料装置的斜槽中,进料装置内有螺旋轴,由螺旋器把料推入筛
21、砂提石机中进行清洗分离;分离出来的砂子和污水流进提砂机底部的水槽中,由提砂机将砂子推到高处,经出砂口排到堆场中;污水则经机架上的排水口溢水口排放到设备外部的导流槽中,流入沉淀池。筛砂提石机分离出来的石子则直接通过出石口排出,用户可以放置小料车接料。搅拌车的清洗和设备各机组的清洗分离用水,采用循环方式,污水基本达到零排放。图.为混凝土回收砂石分离机工作流程示意图。左视图去掉进料装置图.混凝土网收分离机工作原理图山东大学硕士学位论文图.混凝士回收分离机工作流程示意图山东大学硕士学位论文第三章混凝土回收砂石分离机的设计.生产能力的确定生产能力是残余混凝土回收装置的一个重要指标,是搅拌站选用回收装置及
22、其数量时必须考虑的因素。本装置中,残余混凝土在滚筒内主要依靠螺旋输送,但与一般的螺旋输送机有所不同的是物料不仅是被传送,还要被清洗,其充填系数会很小,而且砂子不断的由滚筒筛出,滚筒中的骨料应是顺着前进方向逐渐减少的【】。所以其生产能力应该是:单位时间内,靠近进口处的第一个螺旋能带走的最大物料量【。分析离心力、堆积角等因素的共同作用,可作出混凝土在滚筒中的最大截面形状,其面积.,则生产能力为】:.:?:./一/式中:,广螺旋的转速,本机螺旋的螺距,本机滚筒直径,/广一混凝土比重,尸./的生产能力可以回收台输送车的清洗残余混凝土,足够满足一般混凝土搅拌站的需要。.筛砂提石机的设计.筛砂提石机原设计
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