摘 要
在世界經濟與技術飛速發(fā)展的嚴峻形勢下，各行各業(yè)都在不斷加大科技投入力度，研發(fā)更好的產品順應當前的發(fā)展潮流，于是在攪拌行業(yè)，為了提高生產效率，節(jié)約能源，降低能耗，減少粉塵污染，保護環(huán)境，雙軸攪拌機便應運而生。
雙軸攪拌機為螺旋式攪拌機，它的攪拌部件是兩根形狀對稱的同步螺旋轉子，兩根螺旋軸在旋轉時速度同步、方向相反。雙軸攪拌機由電機驅動，可用減速機控制轉子轉動速度，達到最佳的攪拌效果。
雙軸攪拌機的主要部件包括，機械外殼、兩根螺旋轉軸、電機驅動裝置、聯(lián)動裝置、配管和蓋板等，雙軸攪拌機的螺旋軸是最重要的工作部分，兩根螺旋軸的旋轉方向相反，都具有軸承座、軸承套、軸承蓋、葉片和聯(lián)動裝置。攪拌機構包括彼此平行的第一和第二攪拌軸、攪拌葉片和臥式攪拌桶，所述攪拌葉片從第一和第二攪拌軸向四周伸出，并在軸向依次等距排列而在圓周方向依順時針或逆時針彼此相差一固定角度，使在第一和第二攪拌軸上的攪拌葉片分別形成旋向相反的螺旋狀排列；所述第一和第二攪拌軸彼此同步轉動并且其葉片交錯通過由該第一和第二攪拌軸軸線所確定的平面；在所述攪拌桶一端的頂部設有進料口，而在所述攪拌桶另一端的底部設有出料。采用這種結構，攪拌機的攪拌葉片在攪拌干粉砂漿的同時將干粉砂漿從進料口排向進料口，從而實現(xiàn)生產的連續(xù)，有效的提高了生產效率。
關鍵詞：雙軸攪拌機；攪拌軸；攪拌葉片
Abstract
With the rapid development of the world economy and technology, all walks of life are constantly increasing their investment in science and technology, and developing better products to conform to the current trend of development.So in the mixing industry, in order to improve production efficiency, save energy, reduce energy consumption, reduce dust pollution, protect the environment, the double shaft mixer came into being.
The main components include biaxial mixer, mechanical enclosure, two screw shaft, motor drive, interlocks, piping, and flat tops, dual-axis mixer spiral axis is the most important part, the two helical axis of rotation in the opposite direction , have a bearing, bearing units, bearing caps, leaves and interlocks. Mixing with each other parallel institutions, including the first and second stirring shaft, stirring blades and horizontal mixing barrel, above mixing blade from the first and second axial four weeks out of mixing and axial offset in turn arranged in circle clockwise or counterclockwise direction according to a fixed point of difference with each other, so that in the first and second axis of the mixing blades were stirring the formation of the spiral spin arrangement to the contrary; the first and second mixing shafts rotate simultaneously with each other and their leaves staggered through the mixing of the first and second axes defined plane; in above the top end of the mixing bucket with feed, while the other end of the said mixing drum with the material at the bottom. Using this structure, the mixing blade mixer mixing dry powder in the mortar, while the dry mortar from the inlet to the inlet arrangement in order to achieve continuous production, effectively improve the production efficiency.
Keywords: biaxial mixer；mixing shaft；Stirred blade
II
雙軸攪拌機的結構設計
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1緒論 1
1.1雙軸攪拌機的工作原理 1
1.2雙軸攪拌機的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 1
1.3雙軸攪拌機的類型 2
1.4雙軸攪拌機的組成部分 3
1.5本論文主要內容 3
2 總體方案論證 5
2.1 工作原理 5
2.2 結構設計特點 5
3 預加水雙軸攪拌機主要技術參數的計算 10
3.1 生產能力的估算 10
3.2 主軸轉速n的估算 11
3.3 主軸直徑d的估算 12
3.4 攪拌機內物料軸向運動速度的估算 12
3.5 物料在攪拌機內停留時間的估算 13
3.6 功率的計算 14
4 電機的選擇 17
4.1 選擇電動機類型和結構形式 17
4.2 減速機選擇 18
4.3 計算傳動裝置的總傳動比并分配各級傳動比 19
5 傳動裝置的設計計算與校核 20
5.1 V帶的設計計算 20
5.2 齒輪的設計計算 22
5.3 軸的設計計算及校核 25
5.4 軸承的校核 29
6 預加水雙軸攪拌機的安裝 31
6.1 雙軸攪拌機的安裝 31
6.2 雙軸攪拌機的操作要點 31
7 機器的使用維護和潤滑 32
7.1 機器的使用維護 32
7.2 機器的潤滑 32
8 結論 33
參考文獻 34
附錄1：外文翻譯 35
附錄2：外文原文 37
致 謝 41
II
雙軸攪拌機的結構設計
- 1 -
1緒論
1.1雙軸攪拌機的工作原理
雙軸攪拌機利用兩根呈對稱狀的螺旋軸的同步旋轉，由兩根攪拌軸，軸上按螺旋推進方向安裝攪拌葉及攪拌槽組成的攪拌系統(tǒng)，在輸送干灰等粉狀物料的同時加水攪拌，均勻加濕干灰粉狀物料，達到使加濕物料不冒干灰又不會滲出水滴的目的[1]。
為使原料達到成型的需要，在攪拌機入料端稍后處的上部，設有加水裝置，使得物料形成較大的球狀塊料旋轉時兩軸的方向由內向外，將物料攪起，靠攪拌葉旋轉（攪拌葉與攪拌軸軸線夾角為10-20度)形成物料流，螺旋向前推進，最后物時的推力料經漏料箱進入承接皮帶，進入到下一步的工序中[2]。
1.2雙軸攪拌機的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
(1)攪拌機應節(jié)能環(huán)保
針對中國攪拌技術落后,資源浪費嚴重的現(xiàn)狀,進行了節(jié)約型攪拌技術的研究,將機械工程、建筑材料與施工工藝有機結合起來,提出了攪拌機參數優(yōu)化、振動攪拌技術及雙排葉片結構3種節(jié)約型攪拌技術。對常用雙臥軸攪拌機結構、運動和動力學參數進行了優(yōu)化,得出了攪拌臂排列及其相位、葉片安裝角、拌筒長寬比、攪拌線速度等參數的匹配關系;雙排葉片結構較好地解決了攪拌低效區(qū)問題,改善了機構與攪拌物相互作用的攪拌性能。
（2）攪拌機的高可靠性
影響攪拌機可靠性的因素主 要有以下幾個方面：
a.襯板和葉片的磨損。攪拌機工作時，襯板和葉片在骨料不斷的沖擊和磨削下，導致材料產生裂紋并逐漸擴展，最終造成材料脫落，使其產生磨損。襯板和葉片磨損后，要進行更換，不僅勞動強度很大，而且浪費了不少工作時間，影響生產正常進行，根據襯板和葉片的工況，應保證襯板和葉片材料有高的硬度和較高的強度。
b.密封裝置攪拌機的軸端是容易發(fā)生應力集中的地方，應力過大加快了密封裝置的磨損，潤滑裝置供油不足也會造成密封的磨損。由此推出一種改進型軸端密封,有效的解決了漏漿問題,延長了密封時間。
（3）攪拌機的智能化
智能化是所有機械發(fā)展的方向，攪拌機當然也不例外，攪拌機的智能化主要有兩個方面：
a.控制系統(tǒng)自動化程度高。采用工業(yè)計算機控制，完成物料的配料、攪拌、卸料生產的自動控制和半自動控制。控制系統(tǒng)監(jiān)控整個生產過程和工作情況，能夠及時解決生產過程中出現(xiàn)的問題時控制臺有指示警報及時報警，且能實現(xiàn)全自動供油的潤滑系統(tǒng)。攪拌機控制系統(tǒng)高度自動化 能很大的提高生產率，改善攪拌質量，
b.對不同工況的適應能力。 攪拌設備在攪拌不同配方的物料時， 攪拌機的轉速和攪拌時間卻是相同的， 缺乏對不同工況的感知能力。攪拌機轉速是重要的作業(yè)參數，攪拌葉片旋轉時使物料產生離心力，當離心力大于物料與葉片之間的摩擦力或者物料與物料單元之 間的內摩擦力時，物料就會發(fā)生離析。
伴隨著時代更替的進步，世界經濟與技術飛速發(fā)展的嚴峻形勢下，各行各業(yè)都在不斷加大科技投入力度，研發(fā)更好的產品順應當前的發(fā)展潮流，于是在攪拌行業(yè)，為了提高生產效率，節(jié)約能源，降低能耗，減少粉塵污染，保護環(huán)境，雙軸攪拌機便應運而生。
雙軸攪拌機在國內一直被作為一個簡單的助力機械設備，在技術已經基本成熟，產品應用很普遍，由于它只是生產過程中的輔助設備，產品不需要很高的科技含量就能夠滿足要求，國內廠家所生產的產品已經能夠滿足生產中的要求，其中大多數都是機械傳動是雙軸攪拌機。但是由于我國的機械制造水平普遍較低，所生產的產品難以占領國際高端產品市場。
在國外，雙軸攪拌機研究水平比較高，用兩根呈對稱形狀的螺旋軸的同步旋轉，雙軸攪拌機的外殼多采用優(yōu)質金屬結構，具有良好的密封性，在攪拌機攪拌各種粉料時，可避免灰塵外漏和飛揚的問題，在各種場合都已得到廣泛應用。國外一些廠家的生產技術已經比較成熟，例如：德國威克（Wacker）機械公司，美國KNIGHT公司，韓國KOREAHOIST機械公司等這些技術先進，性能優(yōu)良的雙軸攪拌機已經走進國內市場。
1.3雙軸攪拌機的類型
（1)攪拌機根據結構形式分為單軸攪拌機和雙軸攪拌機兩種
單軸攪拌機主要輸送效果好，相對攪拌效果較差。雙軸攪拌機攪拌效果佳，輸送效果平穩(wěn)。
(2)根據安裝形式又分為立式攪拌機和臥式攪拌機兩種
立式攪拌機是不連續(xù)攪拌，是定量按時出料的。臥式攪拌機不僅可定量按時出料，還可連續(xù)進料—攪拌—出料。
(3)根據用途與動力配比又分為一般攪拌機與強力攪拌機
一般攪拌機是動力消耗小，產能適中的常規(guī)攪拌機。強力攪拌機是為達到一定預期目標，采取的強制攪拌，動力消耗相對較大，是一特種攪拌機[3]。
1.4雙軸攪拌機的組成部分
雙軸攪拌機主要由機殼、螺旋軸總成、驅動裝置、配管、蓋板、鏈罩等部件組成[4]，具體結構性能特點如下：
（1） 殼體主要由板材及型鋼構成，在制造廠內焊接成形，并與其他部件組裝在一起，是雙軸攪拌機的支撐。殼體密封嚴密，不會有飛灰外揚、漏灰的現(xiàn)象。
（2）螺旋軸總成是雙軸攪拌機的主要組成部分，其組成部分主要有左右旋向螺旋軸、軸承座、軸承套、軸承蓋、齒輪、鏈輪、油杯、葉片等零部件。左右旋向螺旋軸制造精度要求高，工藝性能好，與軸承座、軸承套、軸承蓋有嚴格的配合要求。
（3）加水調濕配管主要由接管、接頭及噴嘴組成。噴嘴采用不銹鋼霧化錐噴嘴，布置在攪拌機機殼內部上方，沿螺旋軸方向軸向排列，形成水簾以利于物料的加濕攪拌。噴嘴結構簡單，易于更換，不銹鋼材質，防腐耐用。通過操作供水管道上的手動調節(jié)閥可以調節(jié)濕灰的含水率。
（4）蓋板主要包括左蓋板、中間蓋、右蓋板、孔蓋及檢修孔蓋等。雙軸攪拌機兩側設置有六個檢修孔，以方便操作人員平時的檢修及保養(yǎng)。
1.5本論文主要內容
本次設計從生產中來到生產中去，系統(tǒng)本身也要滿足節(jié)能、高效、環(huán)保的新時代理念；系統(tǒng)構成緊湊，做到安全有效的平穩(wěn)運行，實現(xiàn)利用率的最大化。
設計該雙軸攪拌機有以下幾項技術要求：
1.必須結合生產實踐；
2.生產能力 為Q = 30 t/h；
3.進出料口的距離為3000 mm；
4.葉片回轉直徑為550mm；
5.結構緊湊，工作連續(xù)穩(wěn)定；
6.節(jié)能、高效、環(huán)保。
通過與馬宗民老師的討論與分析，并結合馬老師給出的指導建議，確定自己所做課題的研究方向，目的意義；逐步分析自己的題目，解決設計過程中可能遇到的一些問題，確定了葉片的安裝方法：在軸上鉆有莫氏錐孔以及銑一方槽，先將葉片焊接在葉片桿上，然后再一起以一定角度焊接在一方墊片上，再將攪拌葉片裝入莫氏錐孔中；傳動裝置整體放置出料口端；傳動方式為：電機→皮帶→ZQ減速機→十字滑塊聯(lián)軸器→直齒輪傳動→雙軸攪拌機；霧化器選用MP型離心壓力噴嘴式霧化器。然后根據分析的結果，開始對軸向力、徑向力、扭矩以及功率等進行計算。分析擬定傳動裝置的運動簡圖，分配各級傳動比，進而進行傳動零件的結構進行設計和強度校核。然后對雙軸攪拌機進行總體結構設計。
本次所設計的預加水雙軸攪拌機相較之前的攪拌機具有較多優(yōu)勢，所成的料球大小均勻，強度可靠；內部可用空間更大，利用率更高，加之以歐米伽型機槽的配置，可以很好的避免攪拌死角的出現(xiàn)，并增大檢修空間；沿不同方向轉動的兩根軸帶動上邊的螺旋狀葉片，能夠將濕潤的物料進行推進；系統(tǒng)密封性很好可以防漏并無灰塵外揚。本課題新穎實用，在技術上有較大改進，具有較強的競爭力，并且有很大的市場前景。近幾年由于攪拌機在眾多行業(yè)里擔任著必不可少的角色，在不少設備生產線中也是物料攪拌的必備產品，在不少設備生產線中也是物料攪拌的必備產品，不僅用于建材、建筑方面，還用于醫(yī)藥、化工、化肥、電力、農業(yè)、煤炭等行業(yè)。伴隨著時代更替的進步，世界經濟與技術飛速發(fā)展的嚴峻形勢下，各行各業(yè)都在不斷加大科技投入力度，研發(fā)更好的產品順應當前的發(fā)展潮流，于是在攪拌行業(yè)，為了提高生產效率，節(jié)約能源，降低能耗，減少粉塵污染，保護環(huán)境，雙軸攪拌機便應運而生。
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雙軸攪拌機的結構設計
2 總體方案論證
2.1 工作原理
雙軸攪拌機主要結構組成如圖2.1所示，攪拌的葉片和攪拌器在螺旋推進方向上。在進料口端增加的加濕裝置可以滿足成球需要，使得當形成物料時，兩個軸的方向由內到外形成較大的球。當物料被攪拌起來，由于力的作用發(fā)生翻轉流動，并被一步一步運輸到前方。而后，通過漏料箱的漏料作用，物料到達承接皮帶，再通過承接皮帶的過渡作用進入到下一臺處理設備。
圖2.1 雙軸攪拌機結構示意
1.軸承座 2.出料口 3.攪拌葉 4 攪拌軸 5.攪拌槽 6.齒輪座
7.聯(lián)軸器 8.減速器 9.三角帶輪 10.驅動電動機
2.2 結構設計特點
雙軸攪拌機的攪拌方式是利用了兩根左右對稱分布的攪拌軸同時起步協(xié)調一致的旋轉進行物料的攪拌。它較于之前的攪拌機構造相對繁瑣，但是它的效率更高，損耗更小，污染更少，更符合現(xiàn)代發(fā)展的需求。
雙軸攪拌機優(yōu)點總結如下:
1.此攪拌機占地面積有限，布局合理緊湊，裝卸方便，運行平穩(wěn)可靠。
2. 此攪拌機可一次承載更多物料，動力持續(xù)穩(wěn)定，在攪拌時均勻加濕物料，做到既不揚塵又不外漏。
3. 用于攪拌的葉片布置更加合理，磨損更小，并使用更加耐磨的材料制成，可以延長工作期限。
4.攪拌的區(qū)域相對更加集中，可以充分頻繁的混合攪拌物料，因而攪拌質量好。
2.2.1 外殼的設計形式
之前的槽底大多為U型結構，這樣使攪拌軸更容易出現(xiàn)載荷過大而斷裂的情況，因為這樣的結構容易產生攪拌死角。此外，兩側墻板被焊接在殼體上，拆卸極其不便，也增添了修理維護時的工作量，增添不必要的麻煩。
雙軸攪拌機槽底利用新式ω型代替?zhèn)鹘y(tǒng)的U型結構,避免攪拌死角的產生。殼體通過螺栓連接與其他部件組合到一起，兩側墻板也是通過螺栓連接在機殼上，這樣的方式可以方便的在出現(xiàn)損壞時進行拆卸維修，而且也便于一般時候的檢查保養(yǎng)工作，減少工作時間和經濟成本，內部密封性好，能避免粉塵外揚，漏水漏灰的發(fā)生。
圖2.2所示即為新式攪拌槽殼體。
圖2.2 攪拌槽殼體
2.2.2 軸與葉片的安裝方法的設計
過去，傳統(tǒng)的葉片安裝方式是把整個軸上幾乎都安裝上葉片，為了使物料傳遞速度加快，使原料入口處的葉片角度較大。在這種情況下，反而是欲速則不達，有很多弊端隨之暴露，造成葉片磨損較大，快速行進的物料很多漏在了進料入口密封處，使齒輪內灰分增多，加速了運動部件磨損，嚴重影響了生產效率。
所以，結合這些問題產生的原因，對軸的構造形式進一步改進。將兩個螺旋葉片焊接在軸的進料口端，以保持粉料前進，并盡可能使內部末端的粉料積累達到最少化，這有助于防止葉片斷裂和斷軸。葉片與攪拌軸之間的配合通過錐孔進行連接的。
圖2.3 攪拌軸三維設計
通常雙軸攪拌機的兩根軸被分為三段，并且每一段在進行物料攪拌時都會起到不同的作用，通常情況下，葉片的安裝角度（α）為20°上下，但也要考慮實際情況，工作進程進行調整，提高攪拌效率。雙軸攪拌機在進行攪拌時可分為三個進程：
首先是霧化水和物料的混合階段。在此段上葉片的安裝角度略大一點約是25度，可以較快地推動物料，采用霧化噴霧和機械攪拌配合的方式實現(xiàn)液體固體之間的均勻化。
而后是使含煤原料潤濕的過程，此過程物料在翻轉時速度相對平緩，目的是讓含煤原料達到更加濕潤的要求，因此葉片安裝角度相對較小約是15度。此進程表現(xiàn)形式為機械攪拌。
最后一步是形成球芯，該段軸的長度，葉片數量適中，葉片安裝角度約是20度，運行速度相對而言不快也不慢；為了起到擋料的作用，使末尾四個葉片的安裝角度是0度。
葉片角度跟葉片的轉速也是互為作用彼此制約的，所以當設計葉片角度大小時還要考慮葉片轉速的影響。而物料在攪拌機內攪拌時間的長短又決定著生產效率的高低。所以在開始攪拌工作之前要先綜合考慮，葉片角度、葉片轉速、攪拌時間等之間要互相協(xié)調配合，使攪拌進程做到平穩(wěn)有序，使生產的效率達到最優(yōu)。
葉片按照要求先裝在葉片桿上，再按照調整好的角度依次安裝到軸上，通過錐孔與軸經螺栓連接協(xié)調配合，可以很好地防止攪拌過程中出現(xiàn)角度錯亂，而使攪拌進程被迫終止，能夠提高攪拌效率，避免應力集中。圖2.4即為葉片安裝簡圖。
圖2.4 葉片安裝圖
2.2.3 傳動機構的設計
傳動裝置可以傳遞動力，并可以改變運動方向，如果沒有傳動裝置。那么動力就無法傳遞給工作件，機器就沒法運轉，運動也就無法完成，所以它在雙軸攪拌機的工作過程中起著不可替代的作用。動力由電機提供，依次通過皮帶、減速機、聯(lián)軸器以及齒輪傳動等的傳遞最終將動力傳遞給兩根攪拌軸。
考慮到所加工的物料常為粉狀或顆粒狀，如果進入到傳動系統(tǒng)中會加劇傳動裝置的磨損，所以在進行添加物料時要特別注意。齒輪在傳動是靠齒面間嚙合完成的，運行時負載大，齒面溫度會升高，但是齒輪的散熱空間差，所以為了讓齒輪更好地工作，在運行時伴隨著潤滑油的存在，增加潤滑，延長工作時限。
常用的減速器有五類分別是：（1）圓柱齒輪減速器（2）圓柱-圓錐齒輪減速器（3）齒輪-蝸桿減速器（4）行星減速器（5）擺線針輪減速器。這里選用的是圓柱齒輪減速器，因為相對而言圓柱齒輪減速器承載能力更高、使用壽命更長、效率更高、運行工作時更具有穩(wěn)定性的優(yōu)勢。
圖2.5帶輪
2.2.4 密封裝置的設計
為了避免粉塵外揚，漏水漏灰等，造成的污染及物料浪費，雙軸攪拌機對密封裝置有著嚴苛的要求?？捎靡环N壓蓋式填料密封裝置，由密封圈、壓板、密封蓋、端面板、墊板、軸套等幾部分組成，能保證在運動時仍能與軸緊密接觸，具有良好的密封效果。圖2.6所示為密封裝置簡圖。
圖2.6 密封裝置
1.密封圈 2.壓板 3.密封蓋 4.端面板 5.墊板 6.軸套
2.2.5 霧化裝置的設計
由霧化器決定的水的霧化的質量關乎預加水成球的成敗。霧化器位于攪拌機進料口的末端，其功能是用來噴射霧化水，使原料和水在攪拌軸的作用下得到互相融合并濕度適中，為接下來機械混合過程的實現(xiàn)做好鋪墊。
所以，為了達到霧化的效果，保證霧化的質量，對霧化系統(tǒng)過程中的一些要素有著如下要求：
1.結構淺顯易懂，操作便利穩(wěn)定，制造維修便利，符合現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，使用壽命長；
2.噴嘴采用不銹鋼材料制成，防腐耐用易于更換，布局合理，可使物料受水濕潤程度均勻；
3.要保證進行霧化的水質干凈純潔，避免較大的雜質泥沙堵塞噴嘴，磨損霧化裝置，同時如若發(fā)現(xiàn)水質太差時，要及時停止工作，增加過濾網，并做到及時清潔更換；
4.在供水管上要有可手動調節(jié)水量的閥門，及時控制水量的大小，從而控制物料的含濕率，還要控制噴水的角度，保證經霧化后的物料含水不多不少，均勻充分。
在霧化器的選擇上，高速離心式霧化器具有較強的噴液能力，能夠使液體獲得較高的旋轉運動，即獲得離心慣性力，并且可保證在惡劣條件下連續(xù)工作，進料量可達500 kg/h以上，可霧化的范圍廣，成球質量更高，霧化成效更佳。表2.1為LPG-300霧化器具體參數。
表2.1 LPG-300高速離心霧化器參數
進料量
（kg/h）
主電機功率
（kW）
油泵電機功率（kW）
轉速（轉/分）
霧化盤直徑（mm)
300-500
5.5
0.37
15500
150
3 預加水雙軸攪拌機主要技術參數的計算
3.1 生產能力的估算
雙軸攪拌機的生產能力并沒有準確的公式定義，但是可以根據它的運動形式，進行近似計算。鑒于它螺旋推進的方式，考慮可用螺旋輸送機進行近似比對。
已知螺旋輸送機生產能力：
(3-1)
式中， Q - 生產能力，單位：t/h；
D - 螺旋回轉直徑，單位：m；
s - 導程，單位：m；
n - 攪拌軸轉速，單位：r/min；
Ρ - 密度，單位：t/；
φ - 填充系數。
而實際上，雙軸攪拌機有一段間歇區(qū)，此段只做攪拌運動，并沒有輸送物料的作用，因此，它的生產能力并不全部用來輸送物料，所以實際值要比螺旋輸送機小。在上式中為保證估算值的準確性，要乘以一個比1小的系數K，其主要受導引范圍、材料流動和阻力的影響。
(3-2)
3.1.1導程系數
雙軸攪拌機的軸上，每隔一段距離都安裝一個攪拌葉片，四個葉片為一個循環(huán)。在攪拌軸翻轉360°時，物料在攪拌葉片的作用下會被輸送一段距離。于是便把它叫做導程系數。
(3-3)
其中 B – 葉片平均寬度，單位為：m；
- 葉片的傾角，單位為：°；
s - 導程，單位為：m。
3.1.2流量系數
所攪拌的物料在一定的橫截面積C內，由攪拌葉從切入開始到脫離物料結束時向前推進的物料理論流量公式是CBsinα。混合的物料在攪拌機內部的攪拌運動形式是雜亂無章的，因為它是固液混合狀，流動性和實體性并存，松散的物料在攪拌槽內的運動軌跡較為混亂，有些可能近似為直線，有些則為曲線。實際上，物料在攪拌機內向前推進的量要小于之前的理論流量，這是因為葉片在推進物料時，有一部分物料被轉到兩側或者被甩到后面去了，這個時候物料輸送率可近似為（1-1/2sinα）。另外，由于攪拌運動連續(xù)的，攪拌葉片也是一直在運轉的，所以物料是源源不斷的向前填充的，兩側物料也會及時補充下來，攪拌槽內部總是被物料填滿的狀態(tài)。之前被推進的物料也會有往回流動的趨勢，在葉片阻力的影響下，回流的多少與葉片角度之間存在著些許關聯(lián)。
結合以上兩方面分析可得，
(3-4)
3.1.3阻力系數
物料的運動速度關乎生產的效率，而物料進行的攪拌運動難以預料，葉片對物料的推力實際上要小于理論的推力，因為在攪拌物料的時候，葉片的角度越大，推力越小，而且葉片的作用面積也受到自身的限制，并不是將所有的力都傳遞給物料進行推進；所攪拌的物料與攪拌槽，物料與物料之間本身也存在著互相的摩擦力，以上因素的存在，制約了物料的順利輸送。阻力系數
(3-5)
取值的與物料本身有關，按照經驗通常取0.75。
∴ (3-6)
綜上所述，
(3-7)
在緒論1.5中，已經列出部分已知的雙軸攪拌機的參數大小。其它部分已知參數：兩相鄰葉片之間夾角為90°,葉片數, 密度,葉片的傾角, 填充系數，葉片的平均寬度，系數，摩擦角。
3.2 主軸轉速n的估算
∵
∴
∴ n = 35.8
取n = 40
3.3 主軸直徑d的估算
此時：
∴
∴ = 33.6
又
∴ d = 0.18 （m）
然而，攪拌機在攪拌工作時，在能保證強度要求前提下，常常適當的減小軸徑，這是因為攪拌時兩軸上的葉片可能存在運動間的相互干涉，造成不必要的麻煩。因此d取0.16m。
3.4 攪拌機內物料軸向運動速度的估算
物料在攪拌機內的運動表現(xiàn)呈凌亂狀態(tài)，軸向位移運動與圓周運動的位移并存但以軸向位移為主要表現(xiàn)形式。在攪拌槽里，物料的實際運動軌跡近似為一段螺旋線。圖3.1即為物料受力運動情況圖。
圖3.1 物料受力圖
螺旋系數 (3-8)
(3-9)
其中 ，單位為：m/min；
；
α=15°- 葉片安裝角度；
，單位為r/min；
；
。
3.5 物料在攪拌機內停留時間的估算
(3-10)
其中 ，單位為：min；
；
。
確定物料在攪拌槽內的最佳攪拌時間，以減少不必要的工作時間，提高效率是很有必要的。如果物料在攪拌時的葉片角度越小，攪拌時間越長，軸的轉速越慢，則攪拌就會越充分，攪拌的效果就會越好；相反的，物料則來不及充分混合，很快輸送出來，導致攪拌不充分，攪拌效果極差。在攪拌時要根據攪拌程度，確定最佳攪拌時間，達到理想的攪拌效果。
3.6 功率的計算
根據圖2-2，分析了單個葉片的受力情況，由受力平衡可知，軸向推力。物料的徑向推力，，所以。
圖中物料前進線路上的柱體體積是b·cosα·R·s，與槽壁之間的摩擦力:
(3-11)
其中 =1.5；
、R、、都是已知確定的數值；
摩擦系數。
通過受力分析圖可知，葉片上的軸向推力，，摩擦力=·（+）。
其中 稱為滑動摩擦系數；
稱為止推軸承摩擦系數。
由 += (3-12)
所以葉片徑向力的大小為：
通過上式能夠計算出單個葉片所消耗的功率：
(3-13)
其中 - 單個葉片消耗的功率，單位為：KW；
- 葉片徑向力；
- 葉片中心與攪拌軸中心之間的距離，單位為：m。
圖3.2 葉片受力圖
根據已有的數據：
；b=0.15m， ；s=0.6m。
∴
∴
∴
4 電機的選擇
4.1 選擇電動機類型和結構形式
4.1.1 選擇電動機的容量
根據以上計算結果可知，攪拌系統(tǒng)所消耗的總功率為13.12kW。
考慮到Y系列三相異步電動機使用維護方便，運行可靠，性能優(yōu)良的特點，且能滿足雙軸攪拌機的工作要求，于是在這里，電機便可采取Y系列三相異步電動機。
（4-1）
在雙軸攪拌機的傳動系統(tǒng)中，為了得到最佳的傳動效果，選用兩個聯(lián)軸器，一對齒輪，六對軸承，一臺二級圓柱齒輪減速器相互配合傳動，動力由V帶傳遞,表4.1為查到的相關機械傳動效率。
表4.1 機械傳動效率
傳動類別
傳動形式
傳動效率
圓柱齒輪傳動
（稀油潤滑）
0.98 ～ 0.99
帶傳動
V 帶 傳 動
0.96
滾 動 軸 承
球 軸 承
0.99 ～ 0.995
聯(lián) 軸 器
彈 性 聯(lián) 軸 器
0.99 ～ 0.995
減 速 器
兩級圓柱齒輪減速器
0.95～0.96
因此，攪拌系統(tǒng)的總效率計算公式如下:
（4-2）
∴
決定電機的額定功率，使
由相關參考資料資料查，取= 18.5kW
4.1.2 確定電動機轉速
選定V帶傳動比（減速器）
所以總傳動比的合理范圍為=18～100；則電機轉速由下列公式
=720～4000
可知轉速在720～4000r/min之間，查閱相關資料，在這個范圍內，符合要求的轉速有這四個。分別選取符合要求的電機型號進行對比如下表4.2。
表4.2 傳動方案對比
方案
型號
額定功率
（kW）
額定電流
（A）
轉速
（r/min）
效率
（%）
振動
速度（mm/s）
重量（kg）
1
Y160L-8
7.5
17.7
720
86
1.8
140
2
Y160M-6
7.5
17
970
86
1.8
116
3
Y180M-4
18.5
35.9
1470
91
1.8
174
4
Y180M-2
22
42.2
2940
89
2.8
173
而在雙軸攪拌機的實際工作中，要綜合考慮，選出最合適的。結合實際情況，這里選取的是方案3的電機。
4.2 減速機選擇
減速機的作用是將來自電機高速運轉的動力通過小齒輪的嚙合輸入到軸上大齒輪，以達到減速。具有減速和增加扭矩的作用，在機械行業(yè)得到廣泛運用。
查閱相關資料[15]，采用ZQ500型減速機。已知的一些技術參數如下：
；
。
4.3 計算傳動裝置的總傳動比并分配各級傳動比
系統(tǒng)總的傳動比由電機滿載轉速與主軸轉速之比便能確定，即 。
傳動比的分配會對傳動系統(tǒng)的承受的最大負荷和優(yōu)先使用期限起著極大的影響，分配時要做到分配的合理化、最優(yōu)化，原則如下：
1. 各級傳動所能承受的最大負荷相差不大；
2. 盡量保證傳動系統(tǒng)簡單可靠，布局緊湊；
3. 各傳動部件之間不存在運動干擾。
由表4-2得到傳動裝置的總傳動比；
則分配各級傳動比：，，。
5 傳動裝置的設計計算與校核
5.1 V帶的設計計算
V帶是靠帶與輪之間接觸產生的摩擦力進行動力與運動的傳遞。它運行平穩(wěn)且噪聲極??；結構簡單，便于安裝拆卸。平行安裝于地面上，由電機提供動力，運行功率為P=18.5kW；主動輪轉速,從動輪轉速。24h之中不間歇運轉。V帶的設計計算與校核如下：
查閱相關資料[12]，由表4.6可知工作系數，通過下式，計算得到
=· （5-1）
按、由圖4.11，可選擇C型。
通過圖示，小帶輪直徑定為
由式 （5-2）
（5-3）
所以 （5-4）
驗算從動輪實際轉速
（5-5）
=(389.3-400)/400×100% = 2.67%＜5%
確定中心距和帶長 由式
（5-6）
得
665 ≤≤1900
取。
基準長度
（5-7）
查表4.2得。
計算中心距 由式：
（5-8）
=1223mm
確定中心距調整范圍：
（5-9）
驗算小帶輪包角
（5-10）
所以合適。
由式，，通過表4.7得，通過表4.8得,通過表4.2得
（5-11）
所以V帶取4根。
計算單根V帶初拉力
通過表4.1得，由式 （5-12）
計算對軸的壓力
(5-13)
5.2 齒輪的設計計算
齒輪傳動是利用兩齒面間的嚙合傳遞動力和運動。它的應用是最廣泛，最常見的機械傳動方式。齒輪傳動時運行穩(wěn)定牢固；效率高，傳動精確。齒輪也是通過電機提供動力，運轉速度為40r/min；兩個齒輪的齒數相等，起到改變運動方向的作用；使用期限達十年，每年都有300個工作日。受力分析如下：
圖5.1 直齒圓柱齒輪受力分析圖
齒輪的設計計算過程如下：
在正常工作環(huán)境下，齒輪表面受到機械碰撞，傳遞功率較大，采用淬火加高溫回火處理；齒輪轉速相對平緩，精度等級初步定為七級；齒輪齒數相等；查閱相關資料表6.5[12]，。
載荷系數
由式 (5-14)
試選
材料系數
通過表6.3得 =189.8
齒輪的接觸疲勞強度極限
按齒面硬度由圖6.8得
應力循環(huán)系數
(5-15)
接觸疲勞壽命系數
確定許用接觸應力
選定安全系數
（5-16）
齒輪分度圓直徑
（5-17）
計算圓周速度
（5-18）
計算載荷系數K
；已知v=0.65m/s，由圖6.10可查7級精度等級的；又查得，所以由載荷系數的計算公式可算得：。
校正分度圓直徑
又由公式，算得分度圓直徑：
（5-19）
計算齒輪傳動的幾何尺寸
① 模數 取6mm；
② 兩輪分度圓直徑 （5-20）
③ 中心矩 （5-21）
④ 齒寬 （5-22）
⑤齒高 （5-23）
校核齒根彎曲疲勞強度
兩齒輪彎曲疲勞強度極限和彎曲疲勞壽命系數，通過圖6.9，取
許用彎曲應力
（5-24）
齒形系數和應力修正系數，通過表6.4，取
（5-25）
（5-26）
，所以彎曲疲勞強度足夠。
5.3 軸的設計計算及校核
在雙軸攪拌機系統(tǒng)中，軸支撐著葉片并與之一起做旋轉以傳遞運動。這里就選用冷熱加工性能良好的45號鋼作為軸的主要選材，造價成本低，經過淬火加高溫回火處理，使其強度、塑性變的更好。
軸的設計計算及其校核如下：
齒輪的分度圓直徑 （5-27）
圓周力 （5-28）
徑向力 （5-29）
葉片徑向推力和軸向推力
由圖3.2的分情況計算：
當葉片安裝角度為25°時， ；當葉片安裝角度為15°時，，；當葉片安裝角度為20°時， ，。
在x-z平面內求軸上的支反力大??；
，
在x-y平面內求軸上的支反力大小
，
繪制彎矩圖和扭矩圖，如圖5.2。
一般情況下，只需要校核哪個截面所受的彎矩和扭力最大即可，取為危險截面Ⅰ。
分別計算截面Ⅰ處的應力和扭矩的大小
綜合攪拌軸所處的運動情況，扭矩情況是脈動循環(huán)變應力，所以
（5-30）
（5-31）
抗彎截面系數 （5-32）
抗扭截面系數 （5-33）
截面上的彎曲應力大小 （5-33） 截面上的扭轉切應力大小 （5-34）
扭轉變應力 （5-35）
扭轉切應力 （5-36）
應力幅
（5-37）材料力學性能，通過表11.2可知45號鋼的力學性能
（5-38）
軸肩理論應力集中系數 ， ，
利用插值法計算可求出，
材料的敏性系數
由，，由圖2.8經插值法計算得
有效應力集中系數 （5-39）
（5-40）
尺寸及截面形狀系數，通過、 ，?。?
扭轉剪切尺寸系數，通過，?。?
表面質量系數和強化系數，軸按磨削加工，由 參考圖得
疲勞強度綜合影響系數
等效系數，45號鋼：，，取只在扭轉切應力作用下的安全系數，
（5-41）
只在扭轉切應力作用下的安全系數，
（5-42）
當彎曲正應力與扭轉切應力都存在時的安全系數，
（5-43）
在正常情況下，載荷應力均布時安全系數S=1.3到1.5，這里去1.5.
疲勞強度安全系數校核，因為，所以符合要求。
圖5.2 軸的受力圖與彎矩圖
5.4 軸承的校核
在正常工作條件下，攪拌軸轉速n=40r/min，軸承受到中等沖擊，，選用兩個型號為7228AC的角接觸球軸承，能承擔較大的軸向力和徑向力，初定使用壽命300000h。
7228AC角接觸球軸承的主要參數，查表可知：
派生軸向力
（5-44）
計算軸向負荷
（5-45）
所以軸承Ⅰ呈壓緊狀態(tài)，軸承Ⅱ呈放松狀態(tài)，得：
（5-46）
確定系數
（5-47）
查表8.10得
計算當量動負荷
（5-48）
（5-49）
計算軸承壽命
：
（5-50）
檢驗軸承是否合格
（5-51）
所以合格。
6 預加水雙軸攪拌機的安裝
6.1 雙軸攪拌機的安裝
雙軸攪拌機的安裝質量關乎到攪拌物料的優(yōu)劣，影響到操作的順利進行，所以，必須要妥善做到安裝，排除一切安全隱患。由于攪拌軸安裝距離較遠，安裝不當可能會造成攪拌軸折斷，所以安裝攪拌軸時要平齊，兩軸中心線在一條水平線上，相距合適的間隙；因為攪拌葉片是主要運動部件，運行過程中易磨損，折斷，在實際生產過程中會不定期更換，所以將葉片與攪拌軸用螺栓連接緊固，并選擇好合適的葉片傾角；系統(tǒng)中的減速器在運行過程中會受到較大的沖擊；V帶安裝時，兩帶輪必須保持在同一條水平線上，保證安裝到軸上時不會晃動。
安裝具體要求是：
1.攪拌軸安裝妥善后，軸間中心線平行度誤差小于或等于1.5mm
中心線連線與參考平面上下誤差小于或等于2mm；
2.攪拌葉片與槽體之間留有的空間；
3.齒輪齒頂間隙在間；
4.進料口端的傾角需大于60度，但不能垂直投放物料。出料口的安裝傾角設計為55—60度，也不允許垂直出料；
5.電機安裝在滑軌上。這樣可以方便V帶的安裝拆卸，節(jié)省勞動成本，便于帶輪松緊。
6.2 雙軸攪拌機的操作要點
嚴格按照雙軸攪拌機的使用說明進行操作，不僅有利于提高工作效率，而且可以保證雙軸攪拌機的使用壽命以及操作人員的安全。
操作要點如下：
1.開機使用前要首先檢查各緊固件是否松動，各傳動部件是否卡死，各潤滑部位是否缺油少脂；
2.轉入負載運行前，為防止物料堵塞，先打開下到進程的設備；
3.攪拌機內部攪拌物料最高不能超過葉片的上邊緣；
4.攪拌過程中要防止金屬等堅硬物體混入攪拌槽，損傷攪拌系統(tǒng)；
5.在攪拌系統(tǒng)運行時，要注意觀察攪拌機的運作狀態(tài)，聲音、溫度等是否正常；
6.停機時要確保槽內的物料傾斜完畢，檢查有無預料存留；
7.送入到攪拌槽的物料要適宜攪拌系統(tǒng)的生產能力，太多或者太少，都不利于攪拌機的生產。
7 機器的使用維護和潤滑
7.1 機器的使用維護
考慮到雙軸攪拌機的工作環(huán)境，而且它本身承載的負荷比較大、動力消耗比較高，在生產過程中難免會產生磨損、碰撞、擠壓等一系列不利于設備的情況發(fā)生，這必然會導致效率低下，生產的物料不能滿足工業(yè)生產的需求。所以，在這種情況下，為了保證生產的有序進行，必須對設備進行一些必要的維護，使其保持良好的運行狀態(tài)，延長使用期限。
1.查看螺紋連接是否擰緊無松動；
2.傳動設備的潤滑油要及時添加更新；
3.及時更換磨損嚴重或出現(xiàn)破裂的葉片；
4.經常檢查霧化噴嘴防止堵塞；
5.每次用完檢查是否存在積料，要及時清理攪拌槽；
6.及時檢查系統(tǒng)的密封性。
出現(xiàn)問題都要及時更正，以免造成更大的損失。
7.2 機器的潤滑
設備的潤滑在傳動系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用，它可以減小部件間的摩擦阻力和動力損失，并減小部件的磨損；帶走運動中的部分熱量，防止高溫燒壞；防震防銹的作用，隔絕空氣，防止氧化。
7.2.1 滑動軸承的潤滑
根據滑動軸承在雙軸攪拌機的運轉時所受到的載荷強度不高，運行不快，采取的潤滑方式為脂潤滑。脂潤滑主要是經礦物油和稠化劑混合形成，不僅有潤滑的作用，而且還可以做到密封。
7.2.2齒輪傳動的潤滑
攪拌系統(tǒng)中齒輪傳動方式為閉式齒輪傳動，齒面接觸應力非常高，齒輪間既有滾動摩擦又有滑動摩擦，而且潤滑是斷續(xù)性的。選用50號潤滑油配合油浸式法潤滑，能起到減少齒間磨損，散熱，排除贓物的作用。
8 結論
物料通過進料口被加入到雙軸攪拌機中，在雙軸攪拌機內經預加水處理后，可以使其得到充分浸潤，在攪拌槽內經過攪拌軸的充分攪拌，使成球效率更高，質量更好。在設計時，主要要完成的一些工作及具有的優(yōu)勢：
1.通過討論研究，確定了葉片的安裝方法：在軸上鉆有莫氏錐孔以及銑一方槽，先將葉片焊接在葉片桿上，然后再一起以一定角度焊接在一方墊片上，再將攪拌葉片裝入莫氏錐孔中；傳動裝置整體放置進料口端；傳動方式為：電機→皮帶→ZQ減速機→十字滑塊聯(lián)軸器→直齒輪傳動→雙軸攪拌機；霧化器選用LPG-300高速離心霧化器。然后根據分析的結果，開始對軸向力、徑向力、扭矩以及功率等進行計算。分析擬定傳動裝置的運動簡圖，分配各級傳動比，進而進行傳動零件的結構進行設計和強度校核。然后對雙軸攪拌機進行總體結構設計。
2.對密封裝置的要求相當高，可采用雙道壓蓋填料密封裝置，填料采用橡膠石墨石棉盤根，兩邊采用壓蓋壓緊，內壓蓋、外壓蓋和密封蓋固定采用沉頭螺栓緊固。
3.雙軸攪拌機改變了以往所成料球粒徑大，料球耐壓強度和孔隙率質量低的缺陷，并且機槽采用ω型，能防止攪拌死角，這樣在維修時可以便于將損壞的軸吊起，省去拆葉片麻煩，檢修空間增大，工作量減小，還可縮小兩端軸孔直徑，便于密封防漏
現(xiàn)代文明對工業(yè)生產的要求越來越高，低能耗，高效率，無污染的設備必將越來越受到時代的青睞，而本次設計的雙軸攪拌機可謂是其中的一個代表，它新穎實用，在技術上有較大改進，具有較強的競爭力，并且有很大的市場前景。
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