引言骨料是組成混凝土的重要原料。為了使骨料的表面積增多,需要對冷骨料進行破碎和粉磨以及烘干，從而生產出干骨料，使其物理作用效果和化學反應速度得到進一步提高，這樣就能夠方便原料均勻攪拌。增加與加強成品的數量與品質,預防能源損失,對生產達到有效率、有品質、節約能源有著非常重要的意義。國外瀝青攪拌設備擁有很長的發展時間，通過許多科研人員的努力，它的整體水平早已經做到了非常的先進，同時仍然在持續的更深層次的研發和改進。我國是在1960年開始才意識到這個領域的開拓空間，并把瀝青攪拌設備曾當作重中之重的攻關工程，經過借鑒國外的技術并與國外企業的合作，成功的在這一領域得到了突飛猛進的發展。骨料烘干滾筒是瀝青混凝土攪拌設備的關鍵組成部件，基本上就是依靠烘干滾筒進行滾動從而帶動骨料接觸熱能，骨料在滾筒內熱利用效率越高，在筒內接觸更趨于完全。合理設計骨料烘干滾筒的葉片，增大骨料烘干效率，最大程度的滿足精益、量產和節能運作的要求。綜合骨料烘干滾筒熱效率和在滾筒內骨料的充滿率，對滾筒的主要結構參數實施最優選擇，首先探究適用于瀝青攪拌站加熱裝置配套的骨料烘干滾筒，然后對烘干滾筒進行總體設計，確定烘干滾筒的主要參數，包括烘干滾筒的長度、直徑與轉速，并且分析烘干滾筒內葉片的形狀與分布，并對其它位置元件實施改進優化。為了達到所要求的技術性能，解決骨料烘干滾筒烘干效率低，能量利用率低等各種問題，降低滾筒的耗能，提高骨料烘干熱效率，使其滿足骨料烘干充分，烘干效率高，運行平穩等條件。第一章熱力學分析計算1.1烘干滾筒的熱效率分析計算烘干滾筒的熱力學計算待解決的問題包括：(1)烘干加熱所需的熱量：(2)烘干滾筒的熱效率；(3)烘干滾筒的主要結構參數。烘干滾筒是為了針對強制間歇式攪拌設備而設計。在烘干滾筒內骨料采用逆流方式進行加熱。烘干滾筒作為能量交換和骨料加熱的場所,滾筒的熱效率、烘干能力及骨料的質量受其參數和結構形式的影響。由于燃料種類的差異，所以燃燒器噴發處的火焰的形狀和所釋放出來的熱量值不同,這就會要求其筒體的直徑、長度、角度等主要參數和滾筒內部葉片結構與安放有著不一樣的方式。烘干滾筒筒體作為烘干滾筒的關鍵元件之一,烘干滾筒的工作能力與它有非常大的關系。其主要結構參數包括:烘干滾筒的長度,直徑和容積,滾筒的安裝角度(相對于水平線的傾角)。烘干滾筒容積的大小能夠使單位時間內進入滾筒的熱氣量發生極大的變化，烘干滾筒安裝角度和滾筒的長度則決定被加工骨料在烘干滾筒內的滯留時間和移動速度。這些參數都能夠對骨料烘干以及加熱產生很大的作用。計算滾筒容積(QUOTE)的方法能夠由水分的蒸發率(滾筒容積1QUOTE在1內所蒸發水分的質量)來確定:(1-1)式中:—發水分質量()；—料的含水量()；—烘干滾筒的生產率(QUOTE)；—烘干滾筒的蒸發率(）烘干滾筒的蒸發率被滾筒的轉速、被加工骨料、內結構型式以及所運用的烘干加熱工藝流程來決定。同時,蒸發率同被加工骨料的尺寸、類別及含水量有聯系,如圖1-1、圖1-2所示。圖1-1烘干滾筒生產能力隨著集料中含水率變化情況圖1-2粗細集料比例對烘干滾筒生產能力的影響烘干滾筒筒長可依靠被加工骨料在烘干滾筒里所需要滯留的時間和移動情況來決定。目前，瀝青攪拌設備的筒體參數已基本定型,筒體的安裝角度一般為35度,各型號的筒體尺寸如表1-1所示。表1-1常用烘干滾筒尺寸參數表型型號參數LB1000LB2000LB3000LB4000LB5000直徑（M）1.52.22.52.83.0長度（M）6.589.512131.2烘干滾筒的骨料組配平衡因為逆流加熱的方式明顯更勝于順流加熱的方式，所以逆流加熱的方式被大部分間歇式瀝青攪拌設備用于將骨料進行烘干，即燃燒器被安裝在烘干滾筒的出料口的一側，被加工骨料和熱氣逆向運動，從而更加方便完全地進行熱量交換，這種逆流加熱方式的優點是：可以使煙氣溫度減小，增大其熱能利用率，被加工骨料的烘干效果更為顯著。滾筒烘干加熱的工藝的性能的好壞決定其烘干加熱的效果。骨料的組配平衡的問題能夠由所用原料的種類和攪拌站的生產率來決定，其中包含單位時間內被加工骨料的數量和其單位時間內所蒸發的水量。（1-2）式中：—滾筒單位時間內生產的干骨料()；—攪拌設備的生產率()；—每份混合料里石粉的含量()：—每份混合料里瀝青的含量()；—時間利用率，一般取。本文以LB2000型攪拌站作為研究對象，其額定生產率為，和的取值按所規定的級配來確定。如表1-2，取=、=，=，代入數據可得到每小時所生產的干骨料質量為。設冷骨料的含水量(一般為3％～5％，取5％)，烘干加熱至完全脫水后，每小時所蒸發的水量為：（1-3）代入數據得到每小時蒸發的水量為表1-2瀝青混凝土配料參考表配料成分混合料種類粗粒料中粒料細粒料混合料礦料部分%混合料成品所占%混合料礦料部分%混合料成品所占%混合料礦料部分%混合料成品所占%碎石73~5170.2~48.165~2061.9~18.765~2061.9~18.6砂子27~4526~42.531~6829.5~63.631~6829.5~63.6石粉0~40~3.754~123.8~11.24~123.8~11.2瀝青4~63.8~5.65~74.7~6.45.0~7.54.7~6.9總計100~106100105~107100105~107.5100所以，每小時可向烘干滾筒中投放的冷骨料量()為：（1-4）則每小時可向烘干滾筒中投放的冷骨料量為。1.3烘干滾筒內熱量計算冷骨料當被加工時候，通常把滾筒分成三個區域：被加工骨料與水分的預熱、骨料的烘干和水分的蒸發、骨料被干燥至符合生產要求。依據此三個加工過程，能夠將烘干滾筒長度隔離成三個加熱工藝區。如圖1-3所示。第一段區域為接近冷骨料入口的一側，為被加工骨料和水分開始進行預熱的區域，第二個區域加工區域在烘干滾筒的中部，為骨料的與熱量進行主要交換的區域，最后一個區域是在臨近燃燒器噴放火焰的一側，為使骨料滿足所要求的生產條件。圖1-3滾筒每個區域耗熱圖冷骨料在被輸送到I區時，被熱氣的溫度加熱，其中加熱包含骨料與其水分的預熱，這個過程里消耗的熱量是：預熱骨料的耗熱量：預熱水分的耗熱量：因此在I區的耗熱量為：式中：—每小時里骨料預熱所消耗的熱量，；—每小時里預熱的水分所吸收的熱量，；—骨料的比熱，取0.836；—水的比熱，取4.1868；—千骨料的生產率，；—每小時蒸發掉的水量，；—進料時的溫度，取；—水分進行劇烈蒸發時的溫度，取。把數據代入從而得到I區的消耗的熱量為被加工骨料在II區的吸收的熱量包含：蒸發冷骨料內水分所吸收的熱量為：水蒸氣被提高到廢氣的溫度耗熱量為：因此在II區的需要的熱量為：式中：—單位時間蒸發掉骨料中的水分耗熱量，；—單位時間內水蒸氣被加熱至廢氣溫度時耗熱量，；—形成水蒸氣的潛熱，—水蒸氣的比熱，；—滾筒排出煙氣時的溫度，。，取。代入數據得到II區的消耗的熱量為。骨料在Ⅲ區的耗熱量為：式中：一出料時的溫度，，取。可得到Ⅲ區所消耗的熱量為因此，烘干滾筒所利用的有效總熱量為：可得到烘干滾筒所利用的有效總熱量為：1.4筒壁熱量損失的計算1.4.1烘干滾筒容積的確定烘干筒內壁熱量損耗的計算，和烘干滾筒的數據有關。1．筒容積能夠被蒸發率確定（1-5）式中：一滾筒的生產能力，；一滾筒的蒸發率，，為通風順暢下的平均值；一冷骨料的含水量，取；代入數據得到滾筒的容積為。1.4.2烘干滾筒直徑的確定烘干滾筒的直徑可以采取根據生產率而定的近似值，烘干滾筒直徑可以根據下列式子計算：（1-6）根據和的相比，假如它們的值具有很多差異，就應該再另外選擇的值來確定；如若結果差異不大，便可把烘干滾筒直徑結果值取整，接下來按上式計算烘干滾筒長度來校核。解得，與相差不大，不需要校驗。因此筒壁損失的熱量為：（1-7）式中：—筒壁的平均溫度，：—大氣溫度，為一年的平均溫度，；—筒壁的傳熱系數，；可得到筒壁的傳熱系數是，通過筒壁消耗熱量是。因此，需要提供烘干滾筒的全部熱量是：可以得出烘干滾筒需求的總熱量是：。

第二章動力學分析計算2.1骨料烘干滾筒骨料烘干滾筒是用來使冷骨料被加熱烘干的設備，滾筒可以把含有水量的冷骨料用較少的時間以及最低的能源消耗來使之完全脫水,被烘干至被要求的工作溫度。為了滿足以上要求，這時就要求骨料烘干滾筒一必須定要具有足夠的烘干能力。烘干滾筒在設計時,必須要有足夠大的容積。烘干滾筒內被加工骨料在筒內葉片的帶動下被提升和拋撒并往前推送,并在燃燒器所噴放出來的火焰和其產生的熱氣的作用下被加熱烘干。燃燒的熱氣在烘干滾筒內透過骨料所形成的料簾時展開熱量的互換,同時被加工骨料的溫度也隨著骨料里水分不斷的揮發而升高。烘干滾筒的設計除了生產能力能夠達到生產任務的條件之外，同時高的熱效率也是必不可少的。在烘干滾筒的全長度中的不同加工區，安裝著結構與形狀不一樣的葉片。對流區里不可以讓骨料形成料簾進而確保燃燒器所噴放出來火焰可以達到理想狀態。所以該區的葉片應該設計成骨料不能形成料簾同時卻能將熱傳遞到被加工骨料的結構。如果該區域內形成料簾,那么當火焰噴出時沒有被點燃的油滴會黏附在骨料上,那么便可能使燃料得到浪費。因為對流區前端比較靠近被加工骨料進給的一端,同時也是燃燒器所噴出燃氣的末端,太過于緊密的料簾很方便裹挾大量的粉塵,這樣會加大加熱設備的使用強度；其后端靠近燃燒器所噴出的火焰,同樣，緊密的料簾很容易妨礙理想火焰的生成,對燃料是否能燃燒完全長生很大的影響。最后在完整地對流區域里，要將葉片分為三個部分進行相互交錯分布。烘干滾筒是對冷骨料進行烘干和加熱的裝置，讓冷骨料的水分和溫度在最少的時間和最少的能耗下進行全部揮發和升高。烘干滾筒的干燥能力與滾筒各項參數、骨料體積大小和含水量是都有聯系的。為了使被加工骨料可以在烘干滾筒內利用少量的時間和能源損耗進行脫水并烘干到所要求的工作溫度。因此，要使骨料得到充分烘干及加熱的效果，烘干滾筒需要滿足以下條件：1）、冷骨料在滾筒里必須完全吸收燃燒器中燃料燃燒所釋放出的熱能。2）、冷骨料在滾筒里必須進行一定時間的均勻受熱。3）、滾筒內應有足夠的容積盛放水蒸氣及燃料熱氣，防止粉塵由于筒內氣壓變大而飛散。所以，目前烘干滾筒都采用回轉柱體結構。未加工的骨料從進料口運送到烘干滾筒內，經過干燥加工后，再從出料口出料。烘干滾筒的冷骨料進給處安裝有進料口，如果烘干滾筒的直徑值比2m大，那么基本上就不安裝有進料口了，未加工的骨料就能直接被移動進到筒里。烘干滾筒筒體大部分采用耐高溫鍋爐鋼板經過特制焊接打磨，在烘干滾筒筒體外部安置滾圈，烘干滾筒整個滾筒把本身的重量壓在滾圈下的支撐托輪上，支撐托輪被安裝在烘干滾筒的底架上。因為要讓被加工的骨料在烘干滾筒筒內停留至被要求完成指定烘干效果的時間，并同時與滾筒內熱氣展開完全的熱量交換，所以要在設計時優化烘干滾筒的直徑、長度、轉速以及安裝角度，同時烘干滾筒內腔的葉片的結構、多少和安裝，必須由烘干滾筒的結構數據來決定并選中。烘干滾筒的干燥加熱力度與滾筒的直徑、長度和轉速等有相當大的聯系，所以在進行設計時需要和每個主要參數相匹配。如果烘干滾筒整體結構比較小，則會致使筒內的粉塵產生擴散，就不能夠符合所對應的排放數據；若烘干滾筒的幾何尺寸參數較大，則會使額外的熱量被消耗，所以就不可能滿足完全的吸收熱能的條件，表2-1為烘干滾筒的生產能力與其幾何尺寸及轉速的關系。表2-1烘干滾筒的加工能力和幾何數據及速度的關系設備的加工能力（t/h）烘干滾筒直徑（mm）烘干滾筒長度（mm）烘干滾筒速度（r/min）30~401300450010~1145~601400~15006000~65009~9.460~80160070007.5~8.590~120200075006.8~7120~160220080006~6.4180~2402600~28009000~100005~5.32.2烘干滾筒動力學分析1、加工即將啟動時骨料的運動效果:設備處在工作狀態時,烘干滾筒運轉,烘干滾筒里的骨料運動狀態如圖2-1所示,經測算可得小于,為骨料的質心,可根據下圖能夠推斷出,圖2-1中展現出骨料的阻力矩比較大,因此能夠利用狀態來計算出骨料的阻力矩。圖2-1烘干滾筒骨料運動狀態示意圖此外,骨料的質心矩的回轉半徑與骨料在烘干滾筒里的填充率又有非常大的聯系。經繪圖工具測算,看圖2-2,三者的聯系可用表2-2所示:甲骨料填充,為烘干滾筒的內徑,XC為骨料質心矩,骨料的回轉半徑。圖2-2烘干滾筒內物料填示意圖表2-2骨料質心與骨料回轉半徑關系表φXCρ0.30.456R0.809R0.40.386R0.764R烘干滾筒轉數:圖2-3是筒內骨料料粒受力圖圖2-3烘干滾筒內骨料受力示意圖根據圖2-3可以知道滾筒的臨界狀態如圖2-1中B所示,臨界狀態骨料沒有下落,當<時，骨料開始落下，烘干滾筒才可以進行正常的加工狀態。（2-1）（2-2）式中：—筒內物料質量（）；—極限速度（）；—速度（）；—離心力（）；—筒內半徑（）；—烘干滾筒極限轉數（）；—烘干滾筒轉數（）。一般情況下，，。表2-3給出各級滾筒個參數。表2-3各級滾筒參數表()1.802.202.502.803.002.973.283.503.713.8431.5428.5326.7725.2924.430.991.091.171.241.2810.519.518.928.438.14物料烘干時間計算：物料烘干時間計算公式：（2-3）（2-4）式中：—物料烘干時間（），一般情況下；—烘干滾筒長度（）；—安裝傾角（）；—烘干滾筒轉數（）；—步距（）。2.3烘干滾筒長度確定筒長與被加工物料在烘干滾筒里滯留時間長短有關，同時，也與當烘干滾筒完成單位時間里的回轉時被升高的次數、安裝角度和轉速來確定。圖2-4為骨料在烘干滾筒內的移動狀態。圖2-4骨料在滾筒內的移動當被加工的骨料在烘干滾筒內A點被葉片垂直于滾筒軸線提升到點之后，再回到點，這個運動過程中骨料就會往前移動AB的距離。即：（2-5）式中：一骨料在滾筒單位時間內回轉一圈時被升高的高度，一般取；取：一滾筒的安置角，一般，取：因此，可得滾筒的長度為：式中：—骨料在滾筒內的滯留時間，一般，取；—滾筒單位時間內回轉一圈時骨料被葉片升高的高度；—滾筒轉速；一般；—物料在滾筒單位時間內回轉一圈時被升高和拋撒的次數，通常，取。根據表2.1烘干滾筒的加工能力與幾何數據及速度的關系，取，，計算可得滾筒長度為，取。2.4驅動裝置2.4.1傳動比的確定大齒圈=240，小齒輪=40，二者傳動比小齒輪轉速減速器的傳動比取=20.推論：實際電機機轉速查閱機械手冊，選用電機型號為,額定功率為，轉速。電機的扭矩為：電機的驅動力為：2.4.2減速器的選擇由表知，載荷分類為強沖擊載荷，工況系數，計算輸入功率為初選型減速器，其額定輸入功率=23。相對轉速誤差無需進行功率折算，因為，所以型減速器滿足強度要求。2.5大齒圈齒根彎曲疲勞強度計算本機采用標注圓柱直齒輪，鑄鋼鑄造，按高等教育出版社，《機械零件》第二版中的7-5節有關公式計算。（1）計算公式為式中：——扭矩；——齒寬系數；m——模數，m=20；——齒數，125；K——K=1.5。查表7-7得所以（2）許用彎曲應力1）查表得K=1.52）查圖7-16MQ線得，3）查圖7-19取;4)查表取經計算強度足夠。

第三章滾筒葉片的設計3.1干燥筒內葉片工作原理和設計要求烘干滾筒內部葉片的結構設計相當重要，葉片的設計會在很大程度上關系到設備的生產能力和熱量互換能否順利完成，參照導料板的裝備樣式，烘干滾筒內可以設計成三個區域，即：進料段、對流段、燃燒段。烘干滾筒能否順利的完成關鍵在于滾筒內葉片的安置設計,一般來講筒內葉片的設計需要達到下列條件：1：骨料在筒體入料處可以迅速地往內部輸送;2：加強滾筒內部對流段的燃氣和被加工骨料的熱量互換;3：當進入燃燒段時,骨料不能阻止住燃燒器噴放出的火焰,讓滾筒內腔可以形成具備燃料良好燃燒的環境。通過上述條件,把烘干滾筒分為三個功能區域,如圖3.1所示,Ⅰ區為預熱區域,大致為烘干滾筒全長的百分之十；Ⅱ區為對流區域,約占筒體全長的一半多；Ⅲ區為燃燒區域,約占筒體全長的百分之三十。圖3-1烘干滾筒內葉片劃分圖圖3-2烘干滾筒內葉片劃分區域剖面示意圖3.2進料區葉片第一區段為進料區域，此區域葉片是傳料葉片，它的功能是把骨料傳送到烘干滾筒里然后迅速往前推送。所以該處葉片的結構被設計為成螺旋帶樣式，其螺旋升角大多數情況下取450～600，它的長度和片數依據烘干滾筒的直徑確定，其高度,為如表3-1所示。表3-1螺旋葉片與烘干滾筒直徑關系表筒體直徑D（m）?區螺旋帶頭數?區長度1~1.48~10（0.4~0.8）D1.4~1.810~122.4以上163.3對流區葉片第二區段為對流區域，由于要加強被加工骨料能夠與燃氣之間進行充分的熱交換，因此要將骨料在烘干滾筒滾筒內進行次數較多的提升和散落過程，同時使其散開均勻。當進行設計時要全面的研究對流段該處葉片的相應數據，原因是該區域葉片是否合理會對設備的熱效率產生非常大的影響，所以在設計時應該確保骨料可以形成符合條件的料簾，增高熱效率，同時也要將骨料可以足夠多的分散在筒壁上，降低熱能的消耗，延長設備使用時間，該區域的葉片一般是圖3.3中的四種形式。圖3-3各種葉片示意圖現實工作中，通常會用到的是深槽式葉片,其主要參數尺寸為:；；；。第二區段，因為要使烘干滾筒筒內腔葉片的設計和量不一樣,所以將此區域再分成三個部分的區域，它的前后區域葉片的數量要比中間的相對少一些,同時在前后兩個區域內骨料所形成的料簾的疏密度也比比不上中間區域骨料所形成的料簾,所以就設計為中間密兩頭疏的形式。設計成這種形式主要是因為對流區前端比較靠近被加工骨料進給的一端,同時也是燃燒器所噴出燃氣的末端,太過于緊密的料簾很方便裹挾大量的粉塵,這樣會加大加熱設備的使用強度；其后端靠近燃燒器所噴出的火焰,同樣，緊密的料簾很容易妨礙理想火焰的生成,對燃料是否能燃燒完全長生很大的影響。最后在完整地對流區域里，要將葉片分為三個部分進行相互交錯分布。3.4燃燒區葉片第三區段為燃燒區域，因為要讓燃料能得到良好的利用率，因此，在該區域內被加工骨料在進行烘干加熱的過程中不允許阻止住火焰的正常噴發，即在此區域不能使骨料生成料簾。根據火焰噴發的一段具有很高的溫度，所以其葉片的截面通常是T型，其結構安排如圖3.3所示，與此同時此區域葉片的結構也能將被加工骨料接收在其葉片的兩側，所以就能夠防止被加工骨料與燃燒器所噴放的火焰進行直接觸碰，大大降低了因為燃料被物料黏住跌落而造成不能夠進行完全利用的浪費，并且對烘干滾筒內壁形成了防護，降低了經由筒壁而造成額外熱能的消耗和因為高溫烘干滾筒而產生的變形的風險。圖3-4燃燒區葉片布

第四章總結骨料烘干滾筒是整個攪拌設備的關鍵設備，其質量的優越與否對骨料加工品質、能源的合理利用、防止環境破壞具有極其關鍵的作用。經過對骨料烘干滾筒的研究，歸納如下：首先對骨料烘干滾筒的重要性進行了總結，總結出了本論文所研究的意義及目的，同時還對國內外烘干滾筒的發展那趨勢做了各種文獻查閱。其次對骨料烘干滾筒的設計進行了簡要說明，包含其主要參數進行了定義，然后對其參數尺寸會對滾筒曹成的影響進行了分析，并同時對參數之間的聯系和相互影響進行了陳述。然后根據設計任務把LB2000型間歇式瀝青混合料攪拌設備為例，先確定了骨料的組配平衡問題，其內容是包含骨料在完成加工后單位時間內的產量與單位時間內被加工骨料中水分的蒸發量，并且計算了烘干滾筒的邊緣溫度和經由筒壁消耗的熱能，最后確定滾筒的熱效率。最后根據烘干滾筒每個烘干區域內所消耗的熱量，以及其主要參數的計算方法，對滾筒的參數進行計算分析，依據進料段、對流段、燃燒段不同葉片的安裝，對滾筒內部葉片的設計進行了分析。因為研究的條件、時間和作者能力有限，下列幾個方面需要繼續進行更深的研究：1．因為瀝青攪拌設備的關鍵技術在與國外比較之下仍有很明顯的差距，其中有很多的技術我們目前沒有掌握，仍然很依賴于從國外產品進口或者技術技術買賣，由于種種因素，國內的研發很難跟上國外科技進步的步伐，所以我們必須在不斷汲取國外先進理念與技術的前提下，提高自身的相關技術研究深度和進行全方面的經驗累積。2．骨料烘干滾筒的優勢在某種程度上并沒有全部地展現出來，所以要根據其工作時突出的優勢來跟深層次的分析和設計，在將來骨料烘干干滾筒會是更加方便快捷耐用的機械設備。3．骨料烘干滾筒在運作時極易有廢氣及噪音，并且會使環