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淤地坝建设是解决水土流失,改善黄土高原生态环境的一项重要措施。传统的淤地坝建设以碾压法为主,但碾压筑坝坝址选择受限,施工期长,坝体压实度低,且容易破坏涵管和管床,造价昂贵等。水坠筑坝是陕晋两省人民在实践中创造的一种新的筑坝方法,与碾压筑坝相比,省去了装土、运土及碾压等工序,且具有坝体密实,施工简单,易于掌握,节省劳力和机械,工效高,造价低等特点。但水坠筑坝坝址选择也具有一定局限性,且劳动强度大,工作条件差,施工安全难以保证。为了克服水坠筑坝的不足,实现淤地坝筑坝的机械化、自动化,陕西省水保局提出了泥浆泵筑坝的新思路。本文结合泥浆泵筑坝设备的研制开发,进行泥浆制备装置的设计开发及特性分析,以便为设计及改进提供依据。 为了连续制备和输送高浓度、大流量的泥浆,借用螺旋机构的搅拌及输送功能,设计开发了一种泥浆制备装置,建立了其实体模型及分析模型,采用数值模拟方法,分析了螺旋机构结构参数及转速等对泥浆混合效果和输送能力的影响。 分析结果表明,随着螺旋机构转速的提高,泥浆的混合效果和输送能力均有所增强,但动力消耗增大,机件磨损加快,合理的转速为250~300 rpm;随着螺旋叶片与筒壁间隙的增大,泥浆回流增大,混合效果及输送能力变差,间隙过小则会增大制造难度及成本,合理的间隙为1~1.5 mm;随着螺径比(螺旋叶片高度与螺距之比)的增大,叶片顶端区域的混合效果有所增强,但搅拌槽变得狭长,螺旋叶片中间区域的混合效果变差,甚至形成流动死区,螺径比过小,则输送能力降低,合理的螺径比约为1,在此情况下可兼顾混合效果及输送能力;螺旋叶片轴径主要影响螺旋机构的强度及刚度等,对泥浆混合效果及输送能力的影响较小。搅拌叶片与基准面的夹角愈小,泥浆混合效果愈好,功率消耗愈大,在满足泥浆混合效果的情况下应适当增大搅拌叶片与基准面的夹角。泥浆制备机构的转速和泥浆浓度愈高,其功率消耗愈大,尤其是泥浆搅拌叶片部分对功率消耗的影响较大,在保证泥浆混合性能的条件下,应尽量缩短这部分的长度。 根据本次对泥浆泵筑坝设备的设计要求及分析结果,设计开发了一台泥浆泵筑坝试验设备,在淤地坝施工现场进行了试验观察。结果表明,与水坠法相比,泥浆均匀性明显提高,有利于提高坝体的密实度及强度,但由于土料供给及泥浆输送泵等部件还存在不足,导致泥浆浓度较低,流量较小,稳定性较差,有待进一步设计改进。