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湖南農業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)論文（設計） 中 期 檢 查 表 學? 院：???? 工學院???????????? 學生姓名 張麗娟 學??? 號 200940614214 年級專業(yè)及班級 2009級機械設計制造及其自動化(2)班 指導教師姓名 全臘珍 指導教師職稱 教授 論文（設計）題目 混凝土攪拌站輸送攪拌系統(tǒng)設計 畢業(yè)論文（設計）工作進度 ? 已完成的主要內容 尚需解決的主要問題 ? 1、選擇了骨料輸送采用帶式輸送機輸送，粉料輸送采用螺旋輸送機輸送的方案。計算了電動機功率、骨料輸送速度等主要參數。 ? ?2、對輸送系統(tǒng)的主要部件進行了選擇、設計與計算，如托輥選擇與計算、滾筒選擇與計算等。 3、攪拌系統(tǒng)選擇強制式雙臥軸攪拌機，根據骨料最大顆粒和生產率的要求，對攪拌主機的出進料容量、攪拌葉片的數量和轉速、攪拌電機的型號和功率等參數進行了查詢和選擇。并繪制其草圖。 ?? 4、進行了相關部分的說明書書寫。 ?? ? 1、輸送系統(tǒng)其他輔助裝置的選擇與計算 2、波狀擋邊帶式輸送機相關數據和參數的計算以及圖紙的繪制。 3、攪拌機驅動部分選擇 4、攪拌軸、攪拌臂設計的設計與計算 ??? 5、完整的說明書和設計圖紙。 ? 指導教師意見 ? ? ? ? ???????????????????? 簽名：????????????? 年??? 月??? 日?? 檢查小組意見 ? ? ?????????????????????? 組長簽名：?????????? 年??? 月??? 日?? ? 注：1.此表可用黑色簽字筆填寫，也可打印，但意見欄必須相應責任人親筆填寫。 2.此表可從教務處網站下載中心下載。 ? 湖南農業(yè)大學全日制普通本科生 畢業(yè)論文（設計）任務書 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 學生姓名 ? 學????號 ? 年級專業(yè)及班級 2009級機械設計制造及其自動化(2)班? 指導教師及職稱 ??教授 學????院 工學院? ? ? ? ? ? ? ? 20?12?年12月3?日 填?寫?說?明 ? 一、畢業(yè)論文（設計）任務書是學校根據已經確定的畢業(yè)論文（設計）題目下達給學生的一種教學文件，是學生在指導教師指導下獨立從事畢業(yè)論文（設計）工作的依據。此表由指導教師填寫。 二、此任務書必需針對每一位學生，不能多人共用。 三、選題要恰當，任務要明確，難度要適中，份量要合理，使每個學生在規(guī)定的時限內，經過自己的努力，可以完成任務書規(guī)定的設計研究內容。 四、任務書一經下達，不得隨意更改。 五、各欄填寫基本要求。 （一）畢業(yè)論文（設計）選題來源、選題性質和完成形式： 請在合適的對應選項前的“□”內打“√”，科研課題請注明課題項目和名稱，項目指“國家青年基金”等。 （二）主要內容和要求： 1．工程設計類選題 明確設計具體任務，設計原始條件及主要技術指標；設計方案的形成（比較與論證）；該生的側重點；應完成的工作量，如圖紙、譯文及計算機應用等要求。 2．實驗研究類選題 明確選題的來源，具體任務與目標，國內外相關的研究現狀及其評述；該生的研究重點，研究的實驗內容、實驗原理及實驗方案；計算機應用及工作量要求，如論文、文獻綜述報告、譯文等。 3．文法經管類論文 明確選題的任務、方向、研究范圍和目標；對相關的研究歷史和研究現狀簡要介紹，明確該生的研究重點；要求完成的工作量，如論文、文獻綜述報告、譯文等。 （三）主要中文參考資料與外文資料： 在確定了畢業(yè)論文（設計）題目和明確了要求后，指導教師應給學生提供一些相關資料和相關信息，或劃定參考資料的范圍，指導學生收集反映當前研究進展的近1－3年參考資料和文獻。外文資料是指導老師根據選題情況明確學生需要閱讀或翻譯成中文的外文文獻。 （四）畢業(yè)論文（設計）的進度安排： 1．設計類、實驗研究類課題 實習、調研、收集資料、方案制定約占總時間的20%；主體工作，包括設計、計算、繪制圖紙、實驗及結果分析等約占總時間的50%；撰寫初稿、修改、定稿約占總時間的30%。 2．文法經管類論文 實習、調研、資料收集、歸檔整理、形成提綱約占總時間的60%；撰寫論文初稿，修改、定稿約占總時間的40%。 六、各欄填寫完整、字跡清楚。應用黑色簽字筆填寫，也可使用打印稿，但簽名欄必須相應責任人親筆簽名。 ? ? 畢業(yè)論文 （設計）題目 混凝土攪拌站輸送攪拌系統(tǒng)設計? 選題來源 □結合科研課題???課題名稱：???????????????????????????????????????? ■生產實際或社會實際???????????□其他???? 選題性質 ■基礎研究??????□應用研究?????□其他 題目完成形式 ■畢業(yè)論文??????□畢業(yè)設計?????□提交作品，并撰寫論文 主要內容和要求 主要內容： 1、混凝土攪拌站輸送系統(tǒng)設計。 2、混凝土攪拌站攪拌系統(tǒng)設計 要求： 1、骨料最大顆粒?120mm 2、理論生產率?120m3/h 3、雙缸雙軸 4、要求機構設計方案合理、結構緊湊，體積小，質量輕，噪音小、無污染，使用方便。 5、完成3張A0圖紙（折合），并要求CAD繪制。 6、撰寫設計說明書，文字在1.0～1.5萬字間，條理清楚，計算有據，格式按湖南農業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)論文（設計）規(guī)范化要求。 翻譯一定數量的英文（摘要）。 7、設計說明書的內容包括：課題的目的、意義、國內外動態(tài)；研究的主要內容；總體方案的擬定和主要參數的設計計算；傳動方案的確定 及設計計算，主要工作部件的設計；主要零件分析計算和校核；參考文獻，鳴謝。 ? 注：此表如不夠填寫，可另加附頁。 主要中文參考資料與外文資料 [1]?黃圣連;?修復輸送帶的小型機具?[J];水利電力機械;?1991年03期;?62-64 [2]?汪新軍;?方圓攪拌站再添新員?[J];筑路機械與施工機械化;?2007年04期;?17 [3]?朱敏奇,石磊;?輸送機?讓任務越來越輕松?[J];現代制造;?2006年19期;?36-37? [4]?孫金風;?輪系機構計算機運動與力分析及其運動設計?[D];中國地質大學;?2004年 [5]?郝曉琳;?氣力輸送系統(tǒng)中粉料流動機理及實驗研究?[D];青島科技大學;?2006年 [6]?徐慧;?全自動鋼帶卷繞機控制系統(tǒng)設計?[J];遼寧省交通高等?？茖W校學報;?2007年04期 [7]?周建東;?談自動變速器中行星輪系的傳動比計算?[J];重慶職業(yè)技術學院學報;?2006年04期 [8]?全瓊瑛;?復合輪系運動分析的數學建模及應用?[J];機械設計;?2005年09期 [9]?饒建華,孫立鵬,李吉春;?輪系機構運動分析的新方法?[J];機械研究與應用;?2000年01期;?16-17 工作進度安排 起止日期 主要工作內容 2012.11.06～2012.12.3 選題、下達設計任務書 2012.12.4～2013.1.07 調研、查找資料、畢業(yè)設計開題 2013.1.08～2013.01.25 設計方案修訂 2013.01.26～2013.03.28 設計計算??繪圖? 2013.03.29～2013.03.30 中期考核 2013.04.1～2013.04.30 書寫設計說明書，繪圖?，修改 2013.05.01～2013.05.13 預審、修改 2013.05.14～2013.05.20 答辯 要求完成日期：20?13?年?5?月?06?日??????????指導教師簽名：???????????????????????? 審查日期：20?12?年?12?月04??日????????????專業(yè)委員會主任簽名：?????????????????? 批準日期：20?12?年?12?月?05??日????????????學院指導委員會簽名（公章）：??????????? 接受任務日期：20?12??年?12?月?05?日????????學生本人簽名：???????????????????????? 注：簽名欄必須由相應責任人親筆簽名。此表可從教務處網站下載中心下載。 湖 南 農 業(yè) 大 學 全日制普通本科生畢業(yè)設計 混凝土攪拌站輸送攪拌系統(tǒng)設計 THE DESIGN OF CONVEYOR SYSTEMS AND MIXING SYSTEMS OF CONCRETE MIXING PLANT 學生姓名： 學 號： 年級專業(yè)及班級：2009級機械設計制造及其自動化(1)班 指導老師及職稱： 講師 學 院：工學院 湖南·長沙 提交日期：2013年5月 湖南農業(yè)大學全日制普通本科生 畢業(yè)論文（設計）開題報告 學生姓名 學 號 年級專業(yè)及班級 2009級機械設計制造及其自動化(2)班 指導教師及職稱 教授 學 院 工學院 2013 年 1 月 7 日 畢業(yè)論文（設計）題目 混凝土攪拌站輸送攪拌系統(tǒng)設計 文獻綜述（選題研究意義、國內外研究現狀、主要參考文獻等，不少于1000字） 一、 課題研究意義： 近年來隨著我國城市基礎建設、房地產開發(fā)業(yè)的迅猛發(fā)展，推動了混凝土生產產量的迅速提高?；炷辽a是改變傳統(tǒng)的現場分散攪拌混凝土的生產方式，實現建筑工業(yè)化的一項重要改革?；炷恋纳唐坊a因其生產的高度專業(yè)化和集中化等特點大大提高了混凝土工程質量，提高勞動生產率，改善勞動條件，減少環(huán)境污染而使人類受益。 混凝土是當代最主要的土木工程重要材料之一。它是由膠凝材料，顆粒狀集料（也稱為骨料），水，以及必要時加入的外加劑和摻合料按一定比例配制，經均勻攪拌，密實成型，養(yǎng)護硬化而成的一種人工石材。混凝土具有原料豐富，價格低廉，生產工藝簡單的特點，因而使其用量越來越大。同時混凝土還具有抗壓強度高，耐久性好，強度等級范圍寬等特點。這些特點使其使用范圍十分廣泛，不僅在各種土木工程中使用，就是造船業(yè)，機械工業(yè)，海洋的開發(fā)，地熱工程等，混凝土也是重要的材料。由此可見，對于混凝土的制造機械的研究在機械制造行業(yè)中有著舉足輕重的地位。 二、國內研究現狀： 由于我國的城市化進程不斷向前推進，預拌混凝土在全國大中城市得到了迅速發(fā)展和推廣應用，混凝土攪拌站也得到了高速發(fā)展。目前我國混凝土攪拌站生產企業(yè)眾多，產品已形成系列化，但技術水平參差不齊，只有部分產品接近國際先進水平，有些技術已經超過進口混凝土攪拌站的水平，其中部分產品具有自動化程度高、生產能力高、稱量精度高、投資少、攪拌質量好，能實現多倉號、多配合比、不間斷地連續(xù)生產以及主機及其主要元器件的國產化程度高等優(yōu)點，但我國的混凝土攪拌站還存在著整體技術含量不高、普及率不高、地區(qū)差異較大、智能化程度不高和環(huán)保性能不高等缺點。 三、 國外研究現狀： 混凝土攪拌站主要由攪拌主機、物料稱量系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)、物料貯存系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等5大系統(tǒng)和其他附屬設施組成。國外在攪拌主機的質量和物料稱量系統(tǒng)的精確度上的研究更加趨于完善，這兩個方面的技術水平相比于國內高出不少。 四、 發(fā)展趨勢： 物料輸送設備： 不同的物料需要不同的輸送設備，除了水還有其他液體添加劑需要通過泵輸送外，還需要另外兩套輸送設備，其中一套用來輸送骨料，主要有皮帶運輸機、拉鏟、裝載機、提升斗；另一套用來輸送水泥等粉料物質，主要有螺旋運輸機、斗式提升機、氣力輸送設備等。皮帶運輸機是最常用的物料輸送設備，它的運輸速度快，工作連續(xù)，輸送平穩(wěn)，沒有噪音，消耗功率小，工作可靠；拉鏟結構簡單，使用方面；裝載機常用于移動式和拆遷式攪拌站，其運輸量比較大，速度較快，自裝自卸，使用非常方便；提升斗常用于二次提升。螺旋輸送機式輸送水泥的理想設備，其料槽是封閉的，因此可以減少對環(huán)境的污染；斗式提升機常用于垂直方向輸送水泥，其占地面積小，輸送能力大、輸送高度高、密封性較好；氣力輸送設備具有占地面積小、容易布置、速度快、輸送量大、沒噪音的優(yōu)點，但它能量消耗大 攪拌設備： 攪拌機是混凝土攪拌站中的重要設備，其機型多種多樣，按其工作過程可分為連續(xù)式攪拌機、周期式攪拌機；按照工作原理可以分為自落式攪拌機、強制式攪拌機。 強制式攪拌機是目前國內外攪拌站使用的主流，它可以攪拌流動性、半干硬性和干硬性等多種混凝土。自落式攪拌主機主要攪拌流動性混凝土，目前在攪拌站中很少使用。從整體上看，混凝土攪拌站在向著結構緊湊、體積小、質量輕、噪音小、無污染、使用方便、自動化程度高、生產效率高等方面發(fā)展。 五、參考文獻 [1]徐灝主編.機械設計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1992年4月 [2]劉蘇主編.計算機繪圖[M].武漢:科技出版社,2001年3月 [3]王昆主編.機械設計課程設計[M].北京:高等教育出版社,2001年6月 [4]紀名剛，濮良貴主編.機械設計[M] (第六版).北京:高等教育出版社, 2000年4月 [5]孫恒，陳作模主編.機械原理[M].北京:高等教育出版社,1996年5月 [6]朱東梅，胥北讕主編.畫法幾何及機械制圖[M].北京:高等教育出版社,2000年12月 [7]溫松明主編.互換性與測量技術基礎[M].長沙:湖南大學出版社,1998年2月 [8]白同朔主編.漢英機電大詞典[M].上海:上海科技文獻出版社,1993年6月 [9]孟憲源主編.現代機構手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1994年 [10]中國國家標準匯編.機械卷[M]第3分冊.北京:中國標準出版社,1993年 [11]上海工業(yè)大學編.金屬材料及熱處理[M].上海:上?？茖W技術出版社 [12]東南大學主編.液壓傳動[M].北京.機械工業(yè)出版社 [13]齊曉杰主編.汽車液壓、液力與氣壓傳動技術[M].北京.化學工業(yè)出版社 [14]張瑞軍，張青.HZS120型混凝土攪拌站的改進設計[J].工程機械-2008年07期 [15]郭良國.HZS120混凝土攪拌站的設計[J].建設機械與技術管理-2005年08期 [16]張益鴻.混凝土攪拌站安全性設計的幾個問題[J].建設機械與技術管理-2009年03期 [17]何永榮，焦予民.混凝土攪拌站各種機構參數的確定[J].建設機械與技術管理-2008年02期 [18]劉輝，張家平.模塊化設計在混凝土攪拌站中的應用[J].工程機械-2010年04期 研究方案（研究目的、內容、方法、預期成果、條件保障等） 一、研究目的：解決混凝土攪拌站噪音和污染等問題，設計出結構緊湊，體積小，質量輕，噪音小、無污染，使用方便的混凝土攪拌站。 二、設計內容： （一）混凝土攪拌站物料輸送系統(tǒng)選擇 輸送系統(tǒng)主要包括骨料的輸送和粉料的輸送。 骨料輸送方案一：帶式輸送機 骨料輸送方案二：升斗 分析：選用帶式輸送機，效率高且故障率低。 粉料輸送方案一：螺旋輸送機 粉料輸送方案二：氣力輸送 分析：采用螺旋輸送機，螺旋輸送的優(yōu)點是結構簡單、成本低、使用可靠。 最后選擇：骨料輸送采用帶式輸送機，粉料輸送采用螺旋輸送機。 （二）混凝土攪拌站攪拌系統(tǒng)的選擇 方案一：強制式攪拌主機 方案二：自落式攪拌主機 分析：強制式攪拌機是目前國內外攪拌站使用的主流，它可以攪拌流動性、半干硬性和干硬性等多種混凝土。自落式攪拌主機主要攪拌流動性混凝土，目前在攪拌站中很少使用。 最后選擇：根據方案設計要求，攪拌系統(tǒng)選用強制式雙臥軸攪拌機。 三．研究方法 1.查閱資料 2.方案比較，借鑒經驗 3.機械CAD/CAM輔助設計繪圖 4.機械設計基礎原理分析 四、預期成果 1.完成樣機各種數據參考設計 2.利用算出的各種數據完成CAD繪圖 3．完成混凝土攪拌站輸送攪拌系統(tǒng)的設計說明書 五、條件保障 1. 通過大學四年扎實的理論學習，掌握一定的理論基礎； 2.有比較齊全的實驗設備，保證課題實驗的科學性和嚴謹性。 3.已完成的課程論文為畢業(yè)論文的撰寫提供經驗； 4.指導老師的專業(yè)指導與監(jiān)督。 5.學校圖書館有大量的圖書和電子數據庫可供查閱。 進程計劃（各研究環(huán)節(jié)的時間安排、實施進度、完成程度等） 起止日期 主要工作內容 2012.11.06—2012.12.03 選題、下達任務書 2012.12.04—2013.01.07 調研、查找資料、畢業(yè)設計開題 2013.01.08—2013.01.25 設計方案修訂 2013.01.26—2013.03.28 設計計算、繪圖 2013.03.29—2013.03.30 中期考核 2013.04.01—2013.04.30 撰寫設計計算說明書 2013.05.01—2013.05.13 預審、修改 2013.05.14—2013.05.20 答辯 論證小組意見 組長簽名： 2013 年 月 日 專業(yè)委員會意見 簽名： 20 年 月 日 學院指導委員會審核意見 簽名（公章）： 2013年 月 日 注：1.此表可用黑色簽字筆填寫，也可打印，但意見欄必須相應責任人親筆填寫。 2.此表可從教務處網站下載中心下載。 湖南農業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)論文（設計） 開題論證記錄 學 院： 工學院 記錄人： 學生姓名 學 號 年級專業(yè)及班級 2009級機械設計制造及其自動化(2)班 指導教師姓名 指導教師職稱 教授 論文（設計）題目 混凝土攪拌機輸送攪拌系統(tǒng)設計 論證小組質疑： 1. 你的課題有何實際意義？ 2. 你設計的對象有哪些功能？ 3. 你準備采用哪些機構？ 學生回答簡要記錄： 1.混凝土攪拌站是用來集中攪拌混凝土的聯(lián)合裝置，又稱混凝土預制場。由于它的機械化、自動化程度較高，所以生產率也很高，并能保證混凝土的質量和節(jié)省水泥，常用于混凝土工程量大、工期長、工地集中的大、中型水利、電力、橋梁等工程。隨著市政建設的發(fā)展，采用集中攪拌、提供商品混凝土的攪拌站具有很大的優(yōu)越性，因而得到迅速發(fā)展，并為推廣混凝土泵送施工，實現攪拌、輸送、澆筑機械聯(lián)合作業(yè)創(chuàng)造條件。 2. 物料輸送設備：帶式運輸機是最常用的物料輸送設備，它的運輸速度快，工作連續(xù)，輸送平穩(wěn)，沒有噪音，消耗功率小，工作可靠。螺旋輸送機式輸送水泥的理想設備，其料槽是封閉的，因此可以減少對環(huán)境的污染。 攪拌設備：強制式攪拌機是目前國內外攪拌站使用的主流，它可以攪拌流動性、半干硬性和干硬性等多種混凝土。 3. 物料輸送設備采用帶式運輸機 攪拌設備：強制式雙臥軸攪拌機 論證小組 成員簽名 論證地點： 論證日期： 年 月 日 注：此表可從教務處網站下載中心下載。記錄、簽名欄必須用黑色筆手工填寫。 目 錄 摘要……………………………………………………………………………………1 關鍵詞…………………………………………………………………………………1 1前言………………………………………………………………………………1 1.1發(fā)展歷史及其國內外發(fā)展狀況……………………………………………………1 1.2發(fā)展趨勢及其研究意義……………………………………………………………2 2混凝土攪拌站整體結構分析……………………………………………………3 3混凝土攪拌站輸送系統(tǒng)設計…………………………………………………5 3.1方案選擇與比較……………………………………………………………………5 3.2帶式輸送機工作原理及結構組成…………………………………………………5 3.3帶式輸送機的設計及計算…………………………………………………………5 3.3.1輸送能力計算……………………………………………………………………5 3.3.2輸送帶的選用及其張力的計算…………………………………………………6 3.4輸送部分主要部件的選用與計算…………………………………………………9 3.4.1驅動裝置及減速器的選取………………………………………………………9 3.4.2托輥選擇與計算…………………………………………………………………9 3.4.3滾筒選擇與計算……………………………………………………………… 11 3.4.4拉緊裝置……………………………………………………………………… 11 3.4.5清掃裝置……………………………………………………………………… 12 3.4.6制動裝置……………………………………………………………………… 12 4混凝土攪拌站攪拌系統(tǒng)設計……………………………………………………… 12 4.1攪拌機主要技術參數確定……………………………………………………… 13 4.1.1拌缸橫截面流量……………………………………………………………… 13 4.1.2攪拌缸的有效容積…………………………………………………………… 13 4.1.3槳葉線速度…………………………………………………………………… 14 4.2攪拌機主要組成結構設計……………………………………………………… 15 4.2.1攪拌葉片幾何尺寸計算……………………………………………………… 15 4.2.2拌缸幾何尺寸計算…………………………………………………………… 16 4.2.3攪拌臂在攪拌主軸上的布置與連接………………………………………… 16 4.2.4攪拌臂的設計………………………………………………………………… 16 4.2.5攪拌軸的設計………………………………………………………………… 17 4.3攪拌機驅動部分選擇…………………………………………………………… 21 4.3.1驅動電機選型………………………………………………………………… 21 4.3.2減速器選型…………………………………………………………………… 21 4.3.3聯(lián)軸器選擇…………………………………………………………………… 21 4.4攪拌系統(tǒng)密封件和潤滑的設計與選擇………………………………………… 21 5結論………………………………………………………………………………22 參考文獻 ………………………………………………………………………22 致謝………………………………………………………………………………23 湖南農業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)設計 誠 信 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設計是本人在指導老師的指導下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產權爭議。除文中已經注明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。 畢業(yè)設計作者簽名： 年 月 日 混凝土攪拌站輸送攪拌系統(tǒng)設計 學 生： 指導老師： (湖南農業(yè)大學工學院，長沙 410128) 摘 要:混凝土攪拌站主要由稱量系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、貯存系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，本次設計目標是設計出一種雙缸雙軸式攪拌機和一個相匹配的輸送機。通過對生產率的要求來設計輸送系統(tǒng)，再通過計算出來的相關數據確定攪拌系統(tǒng)的數據從而進行設計。通過查閱資料，在設計過程中有詳細的計算設計，讓攪拌站各個系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調。 關鍵詞:混凝土攪拌站；雙缸雙軸攪拌機；帶式輸送機 The Design of Conveyor Systems and Mixing Systems of Concrete Mixing Plant Student:Zhang Lijuan Tutor:Quan Lazhen (College of Engineering , Hunan Agricultural University, ChangSha 410128) Abstract: Concrete mixing plant consists of weighing system, conveyor system, mixing system, storage system and a control system. The design is to be aimed at creating two-cylinder two axle mixer and matching belt conveyor. The conveyor system design is based on the requirement of productivity, and the mixing system is based on data which is calculated from relevant statistics got from the former steps. By consulting sources, the whole design derives from sophisticated calculation to make sure that systems in the mixing plant are working in coordination. Key words: Concrete mixing plant; Double-horizontal-shaft concrete mixer; Belt conveyor 1 前言 1.1 發(fā)展歷史及其國內外發(fā)展狀況 第一座混凝土攪拌站由德國于1903年建立，此后，商品混凝土便作為獨立的產業(yè)出現，隨后美國、法國分別于1913年、1933年建立了自己的攪拌站。二次世界大戰(zhàn)后，尤其在20世紀60年代到70年代，由于戰(zhàn)后重建工作，各國急需混凝土，使混凝土攪拌站迎來了一個黃金發(fā)展時期。目前德國、美國、日本等國在混凝土攪拌技術方面處于領先地位，而我國的混凝土機械發(fā)展在解放前是一片空白，即使在解放初也只是仿造國外落后的攪拌機。1951年，上海市建筑機械廠生產了JG250型混凝土攪拌機，它成為我國早期建設的主力軍；1978年后，我國采取以經濟建設為中心的方針，這一措施促進了工程建設的發(fā)展，同時使發(fā)展混凝土機械成為一項重要任務，我國花重金引進多套攪拌站設備并組織多家領頭機械廠對攪拌站進行攻關、研發(fā)，取得了一定的成就。隨后我國在不斷引進外國攪拌站技術的同時，加大自身對混凝土攪拌站的研發(fā)，到21世紀我國的攪拌站技術已較為先進。 由于我國的城市化進程不斷向前推進，預拌混凝土在全國大中城市得到了迅速發(fā)展和推廣應用，混凝土攪拌站也得到了高速發(fā)展。目前我國混凝土攪拌站生產企業(yè)眾多，產品已形成系列化，但技術水平參差不齊，只有部分產品接近國際先進水平，有些技術已經超過進口混凝土攪拌站的水平，其中部分產品具有自動化程度高、生產能力高、稱量精度高、投資少、攪拌質量好，能實現多倉號、多配合比、不間斷地連續(xù)生產以及主機及其主要元器件的國產化程度高等優(yōu)點，但我國的混凝土攪拌站還存在著整體技術含量不高、普及率不高、地區(qū)差異較大、智能化程度不高和環(huán)保性能不高等缺點。 1.2 發(fā)展趨勢及其研究意義 近年來隨著我國城市基礎建設、房地產開發(fā)業(yè)的迅猛發(fā)展，推動了混凝土生產產量的迅速提高?；炷辽a是改變傳統(tǒng)的現場分散攪拌混凝土的生產方式，實現建筑工業(yè)化的一項重要改革。混凝土的商品化生產因其生產的高度專業(yè)化和集中化等特點大大提高了混凝土工程質量，提高勞動生產率，改善勞動條件，減少環(huán)境污染而使人類受益。我國的混凝土攪拌站雖然已取得了很大的成就，但與發(fā)達國家的攪拌技術還存在很大的差異，我國的混凝土發(fā)展道路還很長，總體發(fā)展方向是實現混凝土攪拌站的智能化、環(huán)?；⒏呔然?、標準化、國產化、中小型化、普及化。 混凝土攪拌站主要由攪拌主機、物料稱量系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)、物料貯存系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等5大系統(tǒng)和其他附屬設施組成。國外在攪拌主機的質量和物料稱量系統(tǒng)的精確度上的研究更加趨于完善，這兩個方面的技術水平相比于國內高出不少。從整體上看，混凝土攪拌站在向著結構緊湊、體積小、質量輕、噪音小、無污染、使用方便、自動化程度高、生產效率高等方面發(fā)展。 2 混凝土攪拌站整體結構分析 本次對混凝土攪拌站的設計主要包括兩個系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)。 不同的物料需要不同的輸送設備，除了水還有其他液體添加劑需要通過泵輸送外，還需要另外兩套輸送設備，其中一套用來輸送骨料，主要有皮帶運輸機、拉鏟、裝載機、提升斗；另一套用來輸送水泥等粉料物質，主要有螺旋運輸機、斗式提升機、氣力輸送設備等。皮帶運輸機是最常用的物料輸送設備，它的運輸速度快，工作連續(xù)，輸送平穩(wěn)，沒有噪音，消耗功率小，工作可靠；拉鏟結構簡單，使用方面；裝載機常用于移動式和拆遷式攪拌站，其運輸量比較大，速度較快，自裝自卸，使用非常方便；提升斗常用于二次提升。螺旋輸送機式輸送水泥的理想設備，其料槽是封閉的，因此可以減少對環(huán)境的污染；斗式提升機常用于垂直方向輸送水泥，其占地面積小，輸送能力大、輸送高度高、密封性較好；氣力輸送設備具有占地面積小、容易布置、速度快、輸送量大、沒噪音的優(yōu)點，但它能量消耗大。 攪拌系統(tǒng)則是將有一定配合比的骨料、水和粉料攪拌均勻，成為混凝土熟料。攪拌機是混凝土攪拌站中的重要設備，攪拌機以作業(yè)方式來劃分可分為周期式和連續(xù)式兩類攪拌機以攪拌原理來劃分可分為強制式和自落式兩類。強制式的罐體不動，攪拌軸旋轉，通過攪拌臂帶動攪拌葉片對罐體內的物料進行強制導向攪拌；自落式拌筒旋轉，借助安裝在拌筒內的攪拌葉片，使物料抬起，物料靠自身重力跌落，并產生軸向串動，從而實現攪拌效果。兩者相比，強制式的攪拌作用強烈，一般在30-60秒的攪拌時間就可將混合物拌成勻質性混凝土，制備專用或特種混凝土時，則需較長時間；自落式的攪拌時間需翻倍甚至更長，攪拌特種混凝土困難甚至不可能。在相同的攪拌容量下，強制式與自落式相比攪拌機的驅動功率較大，相應的設備裝機總功率及配電設施要增加，但是工作周期較短，所以生產混凝土的單位能耗增加不大。以雙臥軸強制式與錐形傾翻出料自落式為例兩者相比，攪拌機的驅動功率約為2.4倍，單位能耗則約為1.3倍。綜合攪拌的效率、功能、質量、能耗各方面因素，攪拌站應選擇強制式攪拌機作為主機，只有在骨料采用較大粒徑如150㎜以上的碎石時才優(yōu)先選用自落式攪拌機。 強制式攪拌機按結構型式區(qū)分為兩類，一類是立式攪拌軸，有渦漿式和行星式兩種，另一類是臥式攪拌軸，有單臥軸和雙臥軸兩種。立軸與臥軸型式的攪拌效果都很良好，兩者相比立軸型式的功率消耗要高于臥軸型式，同一規(guī)格機型的攪拌額定功率一般要高20﹪。對骨料粒徑的適應范圍立軸型式最大粒徑一般為60㎜，規(guī)格1500L以上為80㎜，臥軸型式最大粒徑一般為80㎜，規(guī)格1500L以上可達100㎜，增大驅動功率時可達120-150㎜。立軸型式的規(guī)格最大可達4m3,受拌筒直徑運輸尺寸的限制，大規(guī)格的機型應用較少。臥軸型式的規(guī)格最大可達6m3,雙臥軸甚至做到9m3。兩者的結構特點，立軸攪拌機的上蓋部位受驅動裝置安裝位置與維修條件的限制，用作攪拌站的主機，不利于骨料投料裝置和粉料計量裝置的結構設計，而臥軸攪拌機的驅動裝置在罐體旁側位置，罐體上方可合理布置骨料投料和粉料計量裝置，驅動裝置的維護保養(yǎng)工作也更方便。綜合各方面因素，臥軸攪拌機更適合用作攪拌站主機。雙臥軸與單臥軸型式相比，攪拌葉片的線速度低，耐磨損；罐體各部位襯板的磨損程度比較接近，襯板的使用壽命長，經濟性好；驅動裝置可采用雙套同步運行，更有利于大規(guī)格機型的配套條件和產品系列化發(fā)展，因此，雙臥軸攪拌機成為應用最廣泛的攪拌站主機。 雙臥軸攪拌機由罐體、攪拌軸裝置、軸端密封和支承裝置、驅動裝置、卸料門裝置和上蓋等組成。雙臥軸攪拌機采用整體的罐體結構，鑄鋼的攪拌臂、座與方管狀攪拌軸螺栓聯(lián)接，相鄰攪拌臂夾角90°，大尺寸攪拌葉片的歐式攪拌罐結構形式，對混凝土坍落度和骨料粒徑的適應范圍大。 考慮到攪拌完成后需要卸料到混凝土攪拌車上，當今混凝土攪拌車普遍高度在3.6到3.8米，故卸料高度需要4米，攪拌機的高度約為1.3到2米，普通帶式輸送機的輸送傾角最大為20°，所以要將骨料輸送到高于5米以上的地方，帶式輸送機帶長需要12米以上。據此，對混凝土攪拌站有如圖1所示的整體結構設計。骨料從A出開始運輸，到B處進入攪拌機C，在攪拌機中完成攪拌，成為混凝土熟料后，經過卸料裝置進入混凝土攪拌車。 圖1 混凝土攪拌站結構 Fig1 The structure of concrete mixing plant 3 混凝土攪拌站輸送系統(tǒng)設計 3.1 方案比較與選擇 方案一：料斗提升，其優(yōu)點是占地面積下，機構簡單。 方案二：皮帶輸送，其優(yōu)點是輸送距離大、效率高、故障率低、結構簡單、耗能低，輸送平穩(wěn)，物料與輸送帶沒有相對運動，能夠避免對輸送物的損壞。 從物料的性質、環(huán)保、節(jié)能及性價比等方面考慮，本設計選用帶式輸送機作為骨料的輸送設備。 3.2 帶式輸送機工作原理及結構組成 帶式輸送機是以無極撓性輸送帶載運物料的連續(xù)輸送機械。輸送帶即是牽引機構又是承載機構，用旋轉的托輥支撐，運行阻力較小。主動滾筒在電動機驅動下旋轉，通過主動滾筒與輸送帶之間的摩擦力帶動帶及帶上的貨載一同連續(xù)運行，當貨載運動到端部后，由于輸送帶換向而卸載。 帶式輸送機主要由輸送帶、滾筒、托輥、張緊裝置、驅動裝置機架等組成。輸送帶是承載和牽引構件由上下托輥支承，繞過頭部、尾部滾筒形成閉合環(huán)路，借助傳動托輥同于輸送帶間的摩擦傳遞動力，實現物料的連續(xù)輸送。 輸送機可以根據地形和工藝要求進行布置，一般可布置成水平輸送、向上直線輸 送、向上凸弧輸送、向上凹弧輸送和向下輸送等多種形式。因該帶式輸送機應用于混凝土攪拌站中對于骨料的輸送部分，故選擇單電動機、單滾筒凸凹弧的典型布置方式，如圖2所示。 圖2 帶式輸送機布置圖 Fig2 The dispose of belt conveyor 3.3 帶式輸送機的設計及計算 3.3.1 輸送能力計算 （1） 式中：Q——————輸送機的輸送能力，t/h； q——————單位長度輸送質量，kg/m； S——————輸送帶上物料的最大橫截面面積，m2； v——————輸送機運行速度，m/s； k——————傾斜輸送機面積折減系數； ρ——————被輸送散裝物料的堆積密度，kg/m3。 由設計要求可知，最大塊度為amax=120mm，查表初選帶寬B=650mm,帶速V=1m/s。 根據查《帶式輸送機工程設計規(guī)范》表3.1.3可得運行堆積角θ=15o，查《帶式輸送機工程設計規(guī)范》表A.1可得S=0.03763m2。輸送機在輸送方向的傾斜角度可取δ=20o，根據《帶式輸送機工程設計規(guī)范》表1，查得ρ=1200kg/m3。查表1，可得k=0.81。 帶入數據可得： Q=3.6×0.03763×1×0.81×1200=132.72t/h 混凝土熟料的密度一般可取ρ=1.5t/m3，生產率的要求為120m3/h，故每小時可生產180t混凝土熟料,而混凝土中骨料比重占80%以上，故可視輸送機輸送骨料質量小于但接近于170t。由此可以發(fā)現輸送能力不符合要求，故需調整所選數據。選取帶寬B=800mm，帶速V=1.6m/s故可查得S=0.05890m2，帶入數據可得： Q=3.6×0.05890×1.6×0.81×1200=329.76t/h>240t/h 故帶寬B=800mm，是符合設計要求的[1][2][3]。 3.3.2 輸送帶的選用及其張力的計算 輸送帶的選用： 輸送帶作為承載構件及牽引構件，它不僅要具有足夠的承載能力，而且要具有足夠的抗拉強度。輸送帶由帶芯和覆蓋層組成。輸送帶的壽命由輸送帶的物料和使用條件決定，對輸送帶的要求是： （1） 具有足夠的抗張強度和模量、伸長率低； （2） 強度和寬度要滿足需要； （3） 要有柔性，但伸長率有一定限制； （4） 承載的覆蓋膠能滿足沖擊負荷的沖擊和耐磨性好，耐疲勞性高。 由此可見，選擇輸送帶的骨架層為帶式輸送機最關鍵的一步，對帶式輸送機的功能起著決定性的作用。輸送帶的類型主要有四種：普通輸送帶、鋼繩芯輸送帶、鋼絲繩牽引輸送帶及擋邊帶。此次設計選用的是普通輸送帶。 輸送帶張力的計算： 輸送帶的張力在整個長度上是變化的，其影響因素有很多，為保證其正常運行，運輸帶的張力需滿足以下兩個條件： （1）輸送帶張力在任何負載作用下，作用到滾筒上的圓周力是通過摩擦力傳遞到輸送帶上，且保證輸送帶與滾筒間不打滑； （2）作用到輸送帶上的張力應使輸送帶在兩組托輥間的垂度小于一定值。 為限制輸送帶在兩組托輥間的下垂度，應使作用在輸送帶上的最小張力滿足下式 (2) 其中：為托輥間距（單位：m)； 為輸送帶每米質量； 為每米輸送物料的質量； g為重力加速度，取9.81N/kg； 輸送帶容許的最大下垂度應滿足h/a=0.01； 輸送帶每米質量=[布層數×每層質量+（上膠厚+下膠厚）×每毫米厚膠料質量]×帶寬，即： 每米輸送物料的質量： (3) （1）圓周驅動力Fu的計算 傳動滾筒上所需圓周驅動力Fu為所有阻力之和，可按以下公式計算 = (4) 當輸送機傾角=時， 對于長距離帶式輸送機，附加阻力明顯小于主要阻力，可引起系數C，來考慮阻力，它取決于輸送機的長度： 式中：C----系數，按TSO5048式（6）計算或按《DT_Ⅱ型固定式帶式輸送機_設計選 用手冊》表18進行查取，取C=2.4 f----模擬摩擦系數，根據工作條件及制造、安裝水平選取，參見《DT_Ⅱ型固 定式帶式輸送機_設計選用手冊》表19進行查取，取0.022 L----輸送機長度，L=1.43m g----重力加速度，g=9.8 ---承載分支托輥每米長度旋轉部分質量，kg/m，見《DT_Ⅱ型固定式帶式輸 送機_設計選用手冊》第二部分型譜表6.1,6.2,經計算， = =18.9kg/m ---回程分支托輥每米長度旋轉部分質量，kg/m，見《DT_Ⅱ型固定式帶式輸 送機_設計選用手冊》第二部分型譜表6.1,6.3,6.4，經計算， ----每米長輸送帶質量，kg/m,取8.36kg/m ----每米長度輸送物料質量，取=57.16kg/s ----主要阻力，N ----附加阻力 ----特種主要阻力，即托輥前傾摩擦阻力及導料槽摩擦阻力，N，參見《DT_ Ⅱ型固定式帶式輸送機_設計選用手冊》表21，計算得：=4083N ----特種附加阻力，即清掃器。卸料器及翻轉回程分支輸送帶的阻力，N，見 《DT_ Ⅱ型固定式帶式輸送機_設計選用手冊》表21，計算得：=3360N ----傾斜阻力，N，，計算得：=3249N 所以： =10766.7N （2）輸送帶工作時不打滑需保持的最小張力 由《DT_Ⅱ型固定式帶式輸送機_設計選用手冊》的公式（15）得： (5) 按《DT_Ⅱ型固定式帶式輸送機_設計選用手冊》公式（28）來啟動時，傳動滾筒最大圓周力： 其中取1.5 計算得： 由《DT_Ⅱ型固定式帶式輸送機_設計選用手冊》的表22查得： 由《DT_Ⅱ型固定式帶式輸送機_設計選用手冊》的表23查得： 所以輸送帶最大張力為： 3.4 輸送部分主要部件的選用與計算 3.4.1 驅動裝置及減速器的選取 根據帶寬和帶速在傳動滾筒可取直徑范圍內，選取傳動滾動直徑D=800mm，查《DTII型固定式帶式輸送機設計選用手冊》得驅動裝置組合139，該組合中電動機型號Y180M-4，聯(lián)軸器 。該電動機額定轉速1470r/min，額定功率18.5kw。 帶速v=1.6m/s，又傳動滾筒的直經D=800mm，所以可算出傳動滾筒轉速為39r/min。故傳動比約為36。查 《DTII型固定式帶式輸送機設計選用手冊》可選用三級硬齒面圓錐圓柱齒輪減速器DCY180。改減速器傳動比為37.5，公稱輸入轉速1500r/min，公稱輸出轉速42r/min。 3.4.2 托輥選擇與計算 托輥是帶式輸送機的重要部件， 托輥組的結構在很大程度上決定了輸送帶和托輥所受載荷的大小和性質。托輥在輸送機中起著支撐的作用，托輥能夠隨著輸送帶的運行而轉動，可以降低輸送機的運輸阻力。 托輥通常用無縫鋼管制成外殼，其壁厚為0.1mm，軸為20-45鋼制成，但也有使用PVC管材、玻璃鋼、橡膠、陶瓷管做外殼，后幾種的好處是耐腐蝕，不生銹，密度小。托輥軸注入長效潤滑油，保證修理前的使用期達到3年或18000h，與軸承的壽命相當。 托輥直徑的大小與帶寬及被運送物料的松散比重和塊度有關。被運物料的松散比重和塊度越大，托輥的直徑也越大。托輥直徑增大，其重量也相應增大，打同時使輸送帶的運轉條件改善，促使輸送帶的運行阻力系數減小。高速輸送機用托輥的直徑應適當增大，使托輥的轉速和震動減小，以避免軸承過早的損壞。 托輥布置的原則是使輸送帶在托輥間距所產生的撓度盡可能的小。一般情況下，用于輸送散狀物料的帶式輸送機，其承載段的托輥間距一般為0.8~1.5m，空載段的托輥間距一般為2~3m。并且在輸送機的特殊部位間距需要根據具體情況另外考慮，如在輸送機頭部和尾部可以安裝一組過度托輥，用來減少過渡段膠帶邊緣的應力，從而降低對膠帶邊緣的損害；另外在受料處承載托輥間距應為正常間距的二分之一，或者安裝緩沖托輥，其間距應該根據物料的松散密度、粒度及落料高度而定，一般按承載分支托輥間距的，當松散密度較大、落差較高時可取間距。 根據帶速查表，可以選取φ108mm的托輥。上側負載托輥選用35o槽式托輥，其結構如圖3所示。下側空回選用平行下托輥[4][5]。。根據輸送機長度及相關因素考慮，查表取上托輥間距l(xiāng)1=1m,下托輥間距l(xiāng)2=2m。因只有上側托輥有在和作用，故只需對上側托輥進行載荷計算并校核。 圖3 托輥形式 Fig3 Style of tuogun 上托輥所受靜載荷： （6） 式中： a0——————托輥間距，m； e——————輥子的載荷系數； V——————帶速，m/s； qB——————每米輸送帶的質量，kg/m； ——————輸送帶的輸送能力，kg/s。 查表可得e=0.8，托輥間距為1m，帶入數據得 上側托輥所受動載荷： (7) 式中：fs——————運行系數； fd——————沖擊系數； fa——————工況系數。 查表可得fs=1.1,fd=1.02,fa=1.1。帶入公式可計算得P=427N。 上托輥選用φ108mm的的槽型托輥，輥長L查《DTII型固定式帶式輸送機設計選用手冊》可知為315mm，軸承4G204，此型號軸承為舊標準，它對應的新標準為6024/C4，承載能力為2340N，遠大于理論計算載荷，故托輥的直徑選擇沒有問題。 3.4.3 滾筒選擇與計算 電動滾筒是一種將電動機和減速器共同至于滾筒體內部的新型驅動裝置。主要應用固定式和移動式輸送機。 傳動滾筒的表面形式有鋼制光面滾筒、鑄膠滾筒等，鋼制光面滾筒主要缺點是表面摩擦系數下，所以一般用在周圍環(huán)境濕度小的短距離輸送機上。鑄膠滾筒的主要優(yōu)點是表面摩擦系數大，適用于環(huán)境濕度大、運距長的運輸機[7]。根《DTII型固定式帶式輸送機設計選用手冊》 ，此次設計的傳動滾筒直徑選用D=800mm，改向滾筒直徑選用d=400mm。由?電動滾筒設計與選用手冊?表6-3， 選電動滾筒壁厚為7mm， 滾筒直徑的驗算: 根據滾筒表面的壓強進行滾筒直徑的驗算,限制傳送帶下垂度的最小張力： 由《DT_Ⅱ型固定式帶式輸送機_設計選用手冊》中公式（16）得承載分支： （8） 取, 則： 由《DT_Ⅱ型固定式帶式輸送機_設計選用手冊》中公式（17）得回程分支： 其中 （9） 式中：Fmax——————最大拉力，N； [σ]—————平均接觸面壓，對于織物帶芯取[σ]≤0.4MPa。 故取0.4MPa 帶入數字得： 故可知傳動滾筒選擇800mm是符合要求的。 3.4.4 拉緊裝置 拉緊裝置的作用是張緊輸送帶，限制輸送帶在各支撐托輥間的垂度和保證膠帶有必要的張緊力，使輸送帶與驅動裝置之間產生足夠的摩擦力，以保證能正常進行牽引工作。 拉緊裝置有三種形式：螺桿拉緊裝置、墜重拉緊裝置及自動拉緊裝置。常用的是前兩種，這里選用墜重拉緊裝置。 拉緊力的計算： （10） 計算得：F=4200N，由F=G=mg,則有配重重量為420kg。 3.4.5 清掃裝置 輸送帶清掃器的作用是清除輸送帶上的粘附物質，如果不能清掃干凈輸送帶上的粘附物料，這些物料在經過回程托輥時會被碰落并堆積，當堆積高度過高時，會與輸送帶回程所接觸，造成停機事故，同時，物料被帶到回程段時，會引起輸送帶的強烈磨損。對清掃器的要求. （1） 能夠有效的清掃粘附物質，不影響輸送機的正常工作； （2） 能承受高溫且對輸送帶的損傷較小； （3） 能夠確保與輸送帶橫截面各點相接觸。 （4） 使用簡單、維修方便； 因此，為保證帶式輸送機正常運轉，在進入增面輪之間，必須將輸送帶上的附著物清掃干凈。輸送帶清掃器安裝位置應方便使輸送帶上清掃下料溜槽來的物料能入卸內或能方便收集起來進行處理[9]。 3.4.6 制動裝置 對于傾斜輸送物料的帶式輸送機，其平均傾角大于4o時，當滿載停車時會發(fā)生上運物料時帶的逆轉現象，從而引起物料的堆積、飛車等事故，所以應設置制動裝置。 輸送機向上運輸時，在停車時需防止輸送帶的反向倒退，此時的制動一般稱為逆止，必須設置逆止裝置和制動裝置。傳動滾筒所需的逆止力（制動力）應按輸送機的最不利逆止工況計算。本次設計選擇制動器型號為YWZ5-250/30。 4 混凝土攪拌站攪拌系統(tǒng)設計 在此次設計中，混凝土攪拌站攪拌系統(tǒng)選用雙臥軸攪拌機。攪拌機主要由攪拌裝置、拌缸、驅動系統(tǒng)、機架等部分組成。其中攪拌裝置由兩根臥軸、攪拌臂、攪拌槳葉等部分組成，如圖4所示。拌缸由殼體、襯板、蓋板等部件組成。進料口設置在拌缸一端蓋板的上部，卸料口可設置在拌缸另一端的下部或端部[10]。 圖4 攪拌裝置 Fig4 Mixing equipment 4.1 攪拌機主要技術參數確定 4.1.1 拌缸橫截面流量 攪拌機工作時，混合料在攪拌裝置的作用下，不斷翻動、摻和，其流態(tài)非常復雜，但從宏觀上分析，由于攪拌機是連續(xù)工作的，根據連續(xù)性原理，拌缸內各橫截面積的流量相等。其計算公式為： （11） 式中：Q進——————進料口流量，t/h； C———————混合料密度，t/m3； q液——————加入拌缸的液體質量，t/h。 假設骨料在混凝土所占比重為80%，由于攪拌機生產率為120m3/h，故Q進約為144t，混合料密度即為混凝土熟料密度，取C=1.5t/m3，q液約為26t，帶入數據得Q=113.3m3/h。 4.1.2 攪拌缸的有效容積 G是指在攪拌機工作時，攪拌槳葉能夠翻動、攪拌到的那部分混合料所占有的體積。此體積與拌缸的大小、槳葉結構尺寸和安裝角度以及槳葉線速度等密切相關，不易計算。初步設計時[14]，可按下式計算： （12） 式中：Q——————拌缸橫截面流量，m3/h； t——————攪拌時間，h。 根據查閱資料，水泥混凝土t=40~60s，當Q大時（大于150m3/h）取大值，Q小時取小值。根據之前計算的Q值，這里t取40s，帶入公式計算得：G=1.26m3。 4.1.3 槳葉線速度 根據國內外產品的經驗，攪拌機葉片頂部線速度V應為1.5~1.7m/s。當V大于此經驗速度時，攪拌機襯板和槳葉端部的間隙中將產生大量的碎石楔住現象，這不僅增加功率消耗和槳葉、襯板的磨損，而且會不適當的粉碎石料，降低混合料的質量。 4.2攪拌機主要組成結構設計 4.2.1 攪拌葉片幾何尺寸計算 參考相關資料，通過計算可以確定作用于每根槳葉上的壓強為25000，G=PS=1500N。槳葉各幾何尺寸按如下公式計算： 攪拌槳葉最大旋轉半徑R （13） 式中：W——————殼體系數； B——————充滿系數； W=1.1~1.4，當拌缸橫截面為雙圓弧形時，W取小值。通常B=0.8~1.0，當槳葉安裝角在40o~45o時，B取小值；其他角度時，B取大值。故W=1.1，B=0.8，帶入數據計算得：R=0.52m。 槳葉寬度W W=(0.4~0.57)R （14） 槳葉寬度根據液體噴灑壓力取值，當噴入拌缸的液體壓力在1.5~2MPa時，W取大值；當液體自流和小壓力噴入拌缸時，W取小值[15]。本次設計中，取W=0.5R=0.26m。 槳葉高度b b=（0.15~0.2）W （15） b的取值方法與W相同。本次設計中，取b=40mm。 兩軸中心距a a=R×cotA （16） 式中，A為攪拌軸中心和槳葉最大旋轉半徑焦點的聯(lián)線與攪拌軸中心水平線的夾角。查資料可知，通常取A=34o~40o。取35o，帶入數據計算得a=0.74m。 將b分為四等份，在第一、三兩根等分線上分別攻出兩個螺紋孔，孔徑為24mm，兩孔中心距52mm,對稱布置,如圖所示： 圖5 槳葉示意圖 Fig5 Stirs the leaf blade 4.2.2 拌缸幾何尺寸計算 根據設計要求，攪拌應該盡量均勻，且攪拌量應達到2，攪拌缸體采用雙缸雙軸的形式，每個缸體采用復合缸體，即由兩個圓弧形的攪拌筒和矩形支架復合，這樣既保證了攪拌的均勻性，又保證了缸體的強度、剛度。缸筒的圓弧半徑為520mm，因為骨料最大顆粒徑為120mm，攪拌主軸的半徑為100mm，若缸體半徑取太小，則對攪拌均勻度影響較大，攪拌質量迅速下降。 (1)進料口尺寸M和N 進料口尺寸應與送料機械的卸料口相匹配。當送料機械為皮帶輸送機時，可初定N=B=0.8m，然后按下式計算M： M=（2-4）h 式中h為輸送機橫截面料高，當皮帶機為槽型托輥時， ，其中a為槽型托輥傾角，由帶式輸送機的設計可知a=30o，帶入數據計算得：M=0.48m。 （2） 出料口尺寸E和F 如圖5所示，當攪拌機出料口設置在拌缸端部下面時，尺寸E的大小對攪拌時間有一定的影響，因此在保證出料順暢的情況下，E應盡量小。參照水力學的有關知識，E與物料粒度有關，初步設計時，按下式計算： E=（2.5-3.5）d 式中，d為物料最大粒徑,經計算可得E=0.36。 尺寸F的計算公式為： F=a+2R×sinN （17） 式中：N——————物料安息角； a——————兩軸中心距,m； R——————槳葉最大旋轉半徑，m。 查表得混凝土熟料的安息角為30o-40o，帶入數據計算可得F=1.24m。 （3） 拌缸長度L (18) 式中：G——————拌缸有效容積； S1——————混合料在攪拌軸以上占有的截面面積，m2； S2——————在攪拌軸以下混合料占有的截面面積，m2； S1=H（2R+a），其中H是攪拌過程中，假設混合料在攪拌軸以上占有的平均高度，查資料有H=（0.25~0.4）R；故經計算可得S1=0.28m2。當A=34o~40o時，S2=（2.94~3）R2，計算可得S2=0.8m2。則帶入全部數據，L=1.565m。根據缸體強度、剛度要求取壁厚為50mm，則缸筒總長為1.665m。 （4） 拌缸寬度K K=a+2×R+2×C （19） 式中，C為槳葉頂部與拌缸襯板表面的間隙；根據實際應用經驗，C=5~8mm，K=1.780m，再加上缸筒壁厚，則缸筒總寬為1880mm。 為了避免攪拌過程阻力過大，以及泄露等問題，每次攪拌不可能將缸體全部裝滿。攪拌主軸、攪拌桿、攪拌葉片等需要占用一定空間，還有兩個缸體重疊部分對體積的影響，設計缸體高為1090mm，再加上缸體底座與缸體蓋，整個攪拌機高為1392mm。 4.4.3 攪拌臂在攪拌主軸上的布置與連接 攪拌臂在主軸上若呈一字排列，容易導致應力集中，且攪拌不均勻。故讓攪拌臂在主軸上呈螺旋線排列，之前對于拌缸的設計數據可知，長寬比為0.886，長高比為1.2，屬于明顯的短寬型拌缸。經過資料的查閱，知對于此類拌缸，單軸相鄰攪拌臂相位角取90o，雙軸攪拌臂排列形式為正正組合，攪拌臂合理數目是5個。 攪拌臂和主軸怎樣連接，一種方法是在攪拌軸上開通孔，但這樣會大大削弱軸的強度，且連接也不容易?？梢园褦嚢璞鄣囊欢艘詢蓚€半圓抱住攪拌桿，其中一個半圓鑄造在攪拌臂體上，另一個半圓分開鑄造，用螺栓將這兩個半圓連接，使之固定在攪拌主軸上。攪拌主軸與攪拌臂連接部位直徑設為200mm，旁邊部位直徑設為226mm，這樣就防止攪拌臂在主軸上的軸向竄動。 4.2.4 攪拌臂的設計 攪拌桿上的力對攪拌桿的作用有彎曲和剪切兩種。由前述條件可知，作用于攪拌臂上的力F=1500N，T=420，即力矩最大處=420。由于攪拌臂相當于懸臂梁，故彎曲剪力： (20) 同時考慮彎曲作用，螺孔對桿強度的削弱作用，攪拌桿的寬度取為b=150mm，厚度h=30mm.缸的半徑為R=520mm，石子粒徑最大為D=120mm，攪拌軸軸徑為200mm,據此確定攪拌桿長度L=R-D-d/2=520-120-200/2=300mm。攪拌桿通過末端兩個半圓抱住攪拌主軸。攪拌主軸粗200mm，故實際安裝部位軸徑為200mm，確定兩個半圓內徑均為100mm，外徑可憑經驗取為120mm。為保證攪拌桿不相對于軸產生轉動，必須有足夠的預緊力： (21) 取摩擦系數, 則 。 由于有四個螺栓同時作用，所以 每一個螺栓至少要承受的力，經查表可得螺栓的型號為M24×85。 攪拌桿與葉片之間也采用螺栓連接，并根據葉片上已經確定的螺紋孔位置來確定攪拌桿上螺紋孔的位置，以保證配合需要。裝配時將螺栓頭部指向攪拌方向，葉片壓于螺栓頭部之下，如下圖所示。這樣的螺栓只需要有一定的預緊力保證葉片的緊固即可，而無須承受外力，故可不用校核，亦采用M24×130的普通螺栓。如圖所示： 圖6 攪拌臂示意圖 fig6 Schematic the stirring arm 4.2.5 攪拌軸設計 P1=P×η12×η2 （22） 式中： P——————電機功率，kw； η1——————聯(lián)軸器的效率； η2——————減速器的效率； 已知電機的功率為18.5kw，聯(lián)軸器的效率為0.99，減速器的效率為0.91。帶入數據計算得P1=17.85kw。 選取45號鋼作為軸的材料，調質處理。軸徑的估算公式為： （23） 式中：P1——————軸傳遞的功率，kw； n——————軸的轉速； A——————取決于軸材料的許用扭矩切應力的系數，取A=115； 帶入數據得d≥91.6mm。此為軸的最小軸徑，但考慮到在混凝土攪拌中，軸的四周為攪拌低效區(qū)，如果軸徑太小，則軸與槳葉之間的距離增大，攪拌低效區(qū)過大，則會出現裹軸的現象，即攪拌物粘著在攪拌軸上。故本次設計中，軸徑最小部分取200m。軸的整體結構如圖8所示。軸中間區(qū)域的5段直徑200mm的地方安裝攪拌臂，安裝相位角為90°。在軸上選用軸承型號為200KBE3201+L，內徑為200mm，外徑為320mm，寬度為142mm的復合圓錐滾子軸承。 圖7 攪拌軸 Fig7 The mixing axis (1)圓軸扭轉角的計算和校核 經判斷，危險截面出現在直徑最小的軸段上，即直徑為200mm的軸段，故取直徑最小的軸段進行扭轉剛度校核，校核過程如下：軸的扭轉變形用每米長的扭轉角來表示。圓軸扭轉角的計算公式為 （24） 式中：T----軸所受到的扭矩，Nmm； G----軸的材料剪切彈性模量，MPa，對于鋼材，； Ip---軸截面的極慣性矩，，對于圓軸，； （25） 式中： =17.85kw；n=40r/min； 計算得：T=Nmm 又有公式 ，其中d=200mm； 計算得： = 故經計算 =0.45<[] 其中，對于一般傳動軸，可取[]=0.5---1（）/m （2）軸的強度應力計算及校核 對軸進行力學分析，首先做出受力分析圖，因為軸上相鄰兩葉片之間夾角為,所以可假設將第1、3、5個葉片看成水平布置，第2、4個葉片看成是豎直布置，故其受力分析圖如下圖所示 由 得： 由 得： 由 得： 由 得： 又因為 (26) 同理可以求出 所以 ,，，， ,, 從而可以求出軸各處的彎矩： 圖8 攪拌機主軸受力分析及載荷圖 Fig8 Blender spindle force analysis and the load diagram 通過以上所做分析，畫出軸的彎矩和扭矩圖，從軸的結構圖以及彎矩圖和扭矩圖可知： 第四根攪拌桿處截面是危險截面，第四根攪拌桿處總彎矩為： 軸的強度校核： 軸的強度校核通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩截面（即第四根攪拌桿）的強度。 根據設計資料和求得的數值，并a=0.6. 軸的計算應力： 其中 所以： 前面已選定軸的材料為45#鋼，調質處理，查表得： 故： 所以經校核后符合條件，安全。 4.3 攪拌機驅動部分選擇 4.3.1 驅動電機選型 由于連續(xù)式混凝土攪拌機從結構上看，主要就是依靠電機的旋轉，帶動減速機的轉動，進而帶動攪拌軸的旋轉。因此，電機是整個裝置的動力元件。由于在露天工作，工作時灰塵較多，土揚水濺的工作場合。在攪拌的過程中，由于混凝土在不斷的攪拌過程中消耗動力，因此連續(xù)式混凝土攪拌機的生產能力決定著電機的功率。此處電動機選型計算不詳細涉及功率計算，而依據工作裝置轉速進行電機選型。異步電機具有結構簡單、維修方便、工作效率高、重量較輕、成本較低、負載特性較硬等特點，是應用較廣、需求較多的一類電機。綜合考慮各個條件，暫選電機為Y180M-4型電機。查表知該電機功率為18.5KW。轉速為1470rad/min。效率為90％ ,最大轉矩為2.2KNm。 4.3.2 減速器選型 由于混凝土攪拌機在攪拌時，為了使混凝土攪拌的比較均勻，攪拌軸的轉速不宜過快。但考慮到該機器的生產能力，攪拌軸的轉速又不可太慢。綜合考慮一下，參考其它機器的轉速，該攪拌軸的轉速在40rad/min左右。通過查表知暫選減速器的型號為ZSY224。額定功率為64KW。 4.3.3 聯(lián)軸器選擇 由于電機與減速器和減速器與攪拌軸之間需要傳遞扭矩和運動，因此需要聯(lián)軸器來保持它們一同回轉而不脫開。 由于凸緣聯(lián)軸器具有結構簡單，制造方便，成本較低，裝拆、維護簡便，可傳遞大扭矩。因此，我們可以選擇該聯(lián)軸器作為該機器的聯(lián)軸器。由于電機和減速器已經選定，減速器連接的軸已經確定。因此聯(lián)軸器的基本尺寸參照機械零件設計手冊，可以確定下來。然后根據安裝和配合需要的尺寸，來確定最終的加工的大小和尺寸[17]。 4.4 攪拌系統(tǒng)密封件和潤滑的設計和選擇 由于本次設計針對的是工程機械，工作環(huán)境惡劣，所以密封必須嚴格，否則會導致軸過快磨損，影響功能的實現。最外面的密封是以端蓋密封，用以阻擋大顆粒雜質進入，根據缸體和軸的設計，確定厚度為50mm，并在25mm處有一個階梯。第二道密封是選擇橡膠密封圈，阻擋微小顆粒和水進入。第三道是氈圈密封，是最后一道密封。密封與密封之間以墊圈確定相對 位置。在缸體外部的端蓋上離中心20mm處，開兩個對稱的圓孔，用來安裝油管。 攪拌部分潤滑條件是高負荷、高壓力、低轉速，并要求耐一定的潮濕，故選用石墨鈣基潤滑脂（ZBE36002-88）。 5 結論 在本次混凝土攪拌站的設計中，輸送系統(tǒng)采用帶式輸送機，方案簡單易行，性價比高，后期維護簡單。在設計過程中由給定的生產力計算骨料輸送量，進而對帶寬、帶速進行選擇并計算校核，之后選取了各種托輥、傳動滾筒、轉向滾筒等部件的型號，最后完成對驅動電機、減速器、聯(lián)軸器的選取，從而完成對輸送機的設計。 攪拌系統(tǒng)采用強制式雙臥軸攪拌機，由生產率這一給定條件，對攪拌機進行由外到里的設計，先確定攪拌缸的容積和相關數據，在進一步對拌缸里面的攪拌軸、攪拌臂、槳葉進行設計計算。最后選取驅動電機、減速器、聯(lián)軸器、軸承等部件，并進行相關的校核，從而完成對攪拌裝置的設計。 參考文獻 [1] 徐灝.機械設計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1992-4:9-84 [2] 劉蘇.計算機繪圖[M].武漢:科技出版社,2001-3:24-65 [3] 王昆.機械設計課程設計[M].北京:高等教育出版社,2001-6:42-67 [4] 紀名剛，濮良貴.機械設計[M] (第六版).北京:高等教育出版社, 2000-4:23-53 [5] 孫恒，陳作模.機械原理[M].北京:高等教育出版社,1996-5:2-66 [6] 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