混凝土攪拌站輸送攪拌系統(tǒng)設(shè)計

湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計混凝土攪拌站輸送攪拌系統(tǒng)設(shè)計THE DESIGN OF CONVEYOR SYSTEMS AND MIXING SYSTEMS OF CONCRETE MIXING PLANT 學(xué)生姓名：趙 浩 學(xué) 號：200841914301 年級專業(yè)及班級：2008級機制（3）班 指導(dǎo)老師及職稱：全臘珍 教授 學(xué) 部：理工學(xué)部湖南長沙 提交日期：2012年05月 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)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。同時，本論文的著作權(quán)由本人與湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院、指導(dǎo)教師共同擁有。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 畢業(yè)論設(shè)計 作者簽名： 年 月 日目 錄 摘要1 關(guān)鍵詞1 1 前言2 1.1 選題背景及其意義2 1.2 國內(nèi)外發(fā)展狀況及其發(fā)展趨勢2 2 混凝土攪拌站整體結(jié)構(gòu)分析2 3 混凝土攪拌站輸送系統(tǒng)設(shè)計3 3.1 方案比較3 3.2 帶式輸送機工作原理3 3.3 帶式輸送機結(jié)構(gòu)和布置方式3 3.4 基本參數(shù)確定4 3.4.1 輸送能力計算4 3.4.2 輸送帶選擇5 3.4.3 驅(qū)動裝置及減速器選擇5 3.5 主要部件計算5 3.5.1 托輥的選擇與計算5 3.5.2 滾筒的選擇與計算7 3.5.3 拉緊裝置7 3.5.4 清掃裝置7 3.5.5 制動裝置84 混凝土攪拌站攪拌系統(tǒng)設(shè)計8 4.1 槳葉攪拌時的運動與動力分析8 4.1.1 動力分析8 4.1.2 運動分析9 4.2 攪拌機主要技術(shù)參數(shù)確定10 4.2.1 拌缸橫截面流量10 4.2.2 拌缸的有效容積10 4.2.3 槳葉速度10 4.2.4 攪拌裝置各幾何尺寸計算11 4.2.5 拌缸幾何尺計算11 4.3 攪拌機軸上攪拌臂的排列12 4.4 攪拌機驅(qū)動部分選擇13 4.4.1 驅(qū)動電機選型13 4.4.2 減速器選型14 4.4.3 聯(lián)軸器選擇14 4.5 攪拌軸設(shè)計15 5 結(jié)論15 參考文獻 15 致謝 16 混凝土攪拌站輸送系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計學(xué) 生：趙 浩指導(dǎo)老師：全臘珍(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)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(shè)計目標是設(shè)計一個雙臥軸攪拌機和相匹配的帶式輸送機。通過對生產(chǎn)率的要求來設(shè)計輸送系統(tǒng)，再通過計算出來的相關(guān)數(shù)據(jù)確定攪拌系統(tǒng)的數(shù)據(jù)從而進行設(shè)計。通過查閱資料，在設(shè)計過程中有詳細的計算設(shè)計，讓攪拌站各個系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)。關(guān)鍵詞：混凝土攪拌站；雙臥軸攪拌機；帶式輸送機The Design of Conveyor Systems and Mixing Systems of Concrete Mixing PlantStudent:Zhao HaoTutor:Quan Lazhen(Oriental Science Technology College of 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 a double horizontal shaft 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. Keywords: concrete mixing plant; double-horizontal-shaft concrete mixer; belt conveyor1 前言1.1 選題背景及其意義近年來隨著我國城市基礎(chǔ)建設(shè)、房地產(chǎn)開發(fā)業(yè)的迅猛發(fā)展，推動了混凝土生產(chǎn)產(chǎn)量的迅速提高?；炷辽a(chǎn)是改變傳統(tǒng)的現(xiàn)場分散攪拌混凝土的生產(chǎn)方式，實現(xiàn)建筑工業(yè)化的一項重要改革?；炷恋纳唐坊a(chǎn)因其生產(chǎn)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(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)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(dāng)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(jīng)均勻攪拌，密實成型，養(yǎng)護硬化而成的一種人工石材?；炷辆哂性县S富，價格低廉，生產(chǎn)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?zé)峁こ痰龋炷烈彩侵匾牟牧?。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。1.2 國內(nèi)外發(fā)展狀況及其發(fā)展趨勢由于我國的城市化進程不斷向前推進，預(yù)拌混凝土在全國大中城市得到了迅速發(fā)展和推廣應(yīng)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(chǎn)企業(yè)眾多，產(chǎn)品已形成系列化，但技術(shù)水平參差不齊，只有部分產(chǎn)品接近國際先進水平，有些技術(shù)已經(jīng)超過進口混凝土攪拌站的水平，其中部分產(chǎn)品具有自動化程度高、生產(chǎn)能力高、稱量精度高、投資少、攪拌質(zhì)量好，能實現(xiàn)多倉號、多配合比、不間斷地連續(xù)生產(chǎn)以及主機及其主要元器件的國產(chǎn)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(shù)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。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(shè)施組成。國外在攪拌主機的質(zhì)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(shù)水平相比于國內(nèi)高出不少?；炷翑嚢枵局械闹饕O(shè)備攪拌主機按其攪拌方式分為強制式攪拌和自落式攪拌。強制式攪拌機是目前國內(nèi)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(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、噪音小、無污染、使用方便、自動化程度高、生產(chǎn)效率高等方面發(fā)展。2 混凝土攪拌站整體結(jié)構(gòu)分析本次對混凝土攪拌站的設(shè)計主要包括兩個系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)。物料輸送系統(tǒng)主要任務(wù)是將骨料等攪拌所需用料輸從地面某處輸送到攪拌機所在位置。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?？紤]到攪拌完成后需要卸料到混凝土攪拌車上，當(dāng)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1.5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(jù)此，對混凝土攪拌站有如圖1所示的整體結(jié)構(gòu)設(shè)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(jīng)過卸料裝置進入混凝土攪拌車。 圖1 混凝土攪拌站結(jié)構(gòu)Fig1 The structure of concrete mixing plant3 混凝土攪拌站輸送系統(tǒng)設(shè)計3.1 方案比較方案一：料斗提升，其優(yōu)點是占地面積下，機構(gòu)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(jié)構(gòu)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(zhì)、環(huán)保、節(jié)能及性價比等方面考慮，本設(shè)計選用帶式輸送機作為骨料的輸送設(shè)備。3.2 帶式輸送機工作原理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(gòu)又是承載機構(gòu)，用旋轉(zhuǎn)的托輥支撐，運行阻力較小。主動滾筒在電動機驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，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(dāng)貨載運動到端部后，由于輸送帶換向而卸載。3.3 帶式輸送機結(jié)構(gòu)和布置方式帶式輸送機又稱為膠帶運輸機，帶式輸送機由以下部件組成：頭架、驅(qū)動裝置、傳動滾動、尾架、托輥、中間架、尾部改向裝置、卸載裝置、清掃裝置、安全保護裝置等。電動機通過聯(lián)軸器、減速器帶動傳動滾筒轉(zhuǎn)動或其他驅(qū)動機構(gòu)，借助于滾筒或其他驅(qū)動機構(gòu)與輸送帶之間的摩擦力，使輸送帶運動。通用固定式輸送帶輸送機多采用單點驅(qū)動方式，即驅(qū)動裝置集中的安裝在輸送機的某一個位置處，一般放在機頭處。單點驅(qū)動方式按傳動滾筒的數(shù)目分，可分為單滾筒和雙滾筒驅(qū)動。對每個滾筒的驅(qū)動又可分為單電動機驅(qū)動和多電動機驅(qū)動。單筒、單電動機驅(qū)動方式最簡單，在考慮驅(qū)動方式時應(yīng)是首選方式。因改帶式輸送機應(yīng)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 conveyor3.4 基本參數(shù)確定3.4.1 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(zhì)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(shù)； 被輸送散裝物料的堆積密度，kg/m3。由設(shè)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(jù)查帶式輸送機工程設(shè)計規(guī)范表3.1.3可得運行堆積角=15o，查帶式輸送機工程設(shè)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=20o，則查帶式輸送機工程設(shè)計規(guī)范表3.1.4可得k=0.81。根據(jù)帶式輸送機工程設(shè)計規(guī)范表1，查得=1200kg/m3。帶入數(shù)據(jù)可得： Q=3.60.0376310.811200=132.72t/h混凝土熟料的密度一般可取=1.5t/m3，生產(chǎn)率的要求為120m3/h，故每小時可生產(chǎn)170t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(zhì)量小于但接近于170t。由此可以發(fā)現(xiàn)輸送能力不符合要求，故需調(diào)整所選數(shù)據(jù)。選取帶寬B=800mm，帶速V=1.6m/s故可查得S=0.05890m2，帶入數(shù)據(jù)可得：Q=3.60.058901.60.811200=329.76t/h240t/h故帶寬B=800mm，是符合設(shè)計要求的123。3.4.2 輸送帶選擇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喂帶式輸送機最關(guān)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(shè)計選用的是普通輸送帶。3.4.3 驅(qū)動裝置及減速器選取根據(jù)帶寬和帶速在傳動滾筒可取直徑范圍內(nèi)，選取傳動滾動直徑D=800mm，查DTII型固定式帶式輸送機設(shè)計選用手冊得驅(qū)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(zhuǎn)速1480r/min，額定功率18.5kw。帶速v=1.6m/s，又傳動滾筒的直經(jīng)D=800mm，所以可算出傳動滾筒轉(zhuǎn)速為39r/min。故傳動比約為36。查 DTII型固定式帶式輸送機設(shè)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35.5，公稱輸入轉(zhuǎn)速1500r/min，公稱輸出轉(zhuǎn)速42r/min。3.5 主要部件設(shè)計3.5.1 托輥選擇與計算托輥是帶式輸送機的重要部件，種類多，數(shù)量大。它占了一臺帶式輸送機總成本的75%，承受70%以上的阻力，因此托輥的質(zhì)量尤其重要。托輥的作用是支撐輸送帶和物料重量。托輥運轉(zhuǎn)必須靈活可靠，減少輸送帶同托輥的摩擦力，對占輸送機總體成本25%以上的輸送帶的壽命起著關(guān)鍵作用。托輥組的結(jié)構(gòu)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(zhì)。對托輥的基本要求是：使用可靠，回轉(zhuǎn)阻力系數(shù)小，制造成本低，托輥表面必須光滑及徑向跳動小等。托輥按用途可分為承載托輥和專用托輥兩種，承載托輥又可分作承載段和回空段兩種，專用托輥包括過度、調(diào)心和緩沖托輥三種。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(dāng)。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(guān)。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(yīng)增大，打同時使輸送帶的運轉(zhuǎn)條件改善，促使輸送帶的運行阻力系數(shù)減小。高速輸送機用托輥的直徑應(yīng)適當(dāng)增大，使托輥的轉(zhuǎn)速和震動減小，以避免軸承過早的損壞。根據(jù)帶速查表，可以選取89mm的托輥。上側(cè)負載托輥選用30o槽式托輥，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。下側(cè)空回選用平行下托輥45。圖3 托輥形式Fig3 Style of tuogun根據(jù)輸送機長度及相關(guān)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(cè)托輥有在和作用，故只需對上側(cè)托輥進行載荷計算并校核。上冊托輥所受靜載荷： （2） 式中：a0托輥間距，m； e棍子的載荷系數(shù)； V帶速，m/s； qB每米輸送帶的質(zhì)量，kg/m； Im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(shù)據(jù)得上側(cè)托輥所受動載荷：式中：fs運行系數(shù)； fd沖擊系數(shù)； fa工況系數(shù)。查表可得fs=1.1,fd=1.04,fa=1.1。帶入公式可計算得P=424.97N。上托輥選用89mm的的槽型托輥，輥長L查DTII型固定式帶式輸送機設(shè)計選用手冊可知為315mm，軸承4G204，此型號軸承為舊標準，它對應(yīng)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6。3.5.2 滾筒選擇與計算 滾筒式帶式輸送機的重要部件，按在輸送機中所起作用滾筒可分為傳動滾筒和改向滾筒兩大類。傳動滾筒的作用是將驅(qū)動裝置提供的扭矩傳到輸送帶上。改向滾筒包括用于輸送帶在輸送機端部的改向滾筒、增加傳動滾筒包角的改向滾筒和用于拉緊裝置的改向滾筒。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(shù)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(shù)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(shè)計選用手冊，此次設(shè)計的傳動滾筒直徑選用D=800mm，改向滾筒直徑選用d=630mm。滾筒直徑的驗算，根據(jù)滾筒表面的壓強進行滾筒直徑的驗算。 （3） 式中：Fmax最大拉力，N； 平均接觸面壓，對于織物帶芯取0.4MPa。將公式變形并計算可知傳動滾筒選擇800mm是符合要求的。3.5.3 拉緊裝置帶式輸送機的正常運轉(zhuǎn)必須使輸送帶具有一定的張緊力，提供張緊力的設(shè)備是拉緊裝置。拉緊裝置按作用可以分為重錘式、固定式和自動拉緊，查表選用自動絞車式拉緊裝置，車式拉緊裝置動作靈活，占地面積較少8。3.5.4 清掃裝置輸送帶輸送的物料往往帶有粘性的物質(zhì)，其中一部分會粘在輸送帶工作面上，在卸料時不能卸掉，這事，粘著的物料便會進入輸送機下段的托輥上，把托輥弄臟并粘有這些附著物。物料進入托輥殼體內(nèi)，從而增大軸承座上的徑向載荷和軸向載荷，是軸承快速磨損，托輥殼體粘上物料會撕裂和拉毛輸送帶，加速輸送帶磨損損壞。由此可見，清掃器在帶式輸送機上有著不可忽視的作用。在運行中，如果想認為清除機尾滾筒附著物，往往容易發(fā)生嚴重人身傷亡事故。因此，為保證帶式輸送機正常運轉(zhuǎn)，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(yīng)方便使輸送帶上清掃下料溜槽來的物料能入卸內(nèi)或能方便收集起來進行處理9。3.5.5 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(dāng)滿載停車時會發(fā)生上運物料時帶的逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，從而引起物料的堆積、飛車等事故，所以應(yīng)設(shè)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(shè)置逆止裝置和制動裝置。傳動滾筒所需的逆止力（制動力）應(yīng)按輸送機的最不利逆止工況計算。本次設(shè)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(shè)計圖4 攪拌裝置Fig4 Mixing equipment在此次設(shè)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(qū)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(shè)置在拌缸一端蓋板的上部，卸料口可設(shè)置在拌缸另一端的下部或端部10。4.1 槳葉攪拌時的動力與運動分析拌和時，松散的混合料在槳葉作用下，其動力與運動形態(tài)極為復(fù)雜。為進行定性分析，將某一瞬間槳葉對混合料的作用情況簡化為下圖。4.1.1 動力分析如圖4，設(shè)槳葉工作表面對混合料的作用力的合力為F，則混合料對槳葉的反作用力F=F。F分解成兩份力：沿槳葉工作表面寬度方向的滑移力F1和垂直于槳葉工作表面的正壓力F2。F1、F2按下式計算：F1=FsinK F2=FcosK （4） 式中：K槳葉在攪拌軸上的投影與軸中心線夾角。圖5 動力和運動分析Fig5 Motivity and movement analysis此外，混合料與槳葉表面作相對運動時，在相對運動表面有一摩擦力Ff。Ff的計算公式為：Ff=F2f,式中，f為混合料與槳葉工作表面的摩擦系數(shù)，可查閱機械設(shè)計手冊確定11。從圖可知，當(dāng)F1-F2f0時，混合料即沿槳葉工作表面移動；當(dāng)F1-F2f0,即F1F2f時，混合料在槳葉寬度方向不會移動，此時，攪拌機生產(chǎn)率等于0。將F1F2f變換后得：FsinkFfcosk，即當(dāng)Karctanf時，槳葉的運動不能推動混合料沿攪拌軸方向移動。4.1.2 運動分析如圖4s所示，混合料在槳葉的作用下，一方面與槳葉一起做圓周運動，另一方面沿槳葉工作便面的寬度方向滑動12?；旌狭涎貥~工作表面快讀方向的滑動速度v可分解為兩個分速度：軸向速度v1和切向速度v2。圖中各速度計算方法如下：v1=vcosK （5）v2=vsinK （6） VL=V-v2=V-vsinK 式中：V槳葉線速度（設(shè)計時確定）； VL混合料的線速度； K與動力分析時相同。將動力與運動綜合起來分析，可以得出：當(dāng)K一定時（大于arctanf），V增大，則F增大，即F1-F2f=F（sinK-fcosK）增大，同時v增大，v1也增大，混合料沿軸向的運動速度加快；反之，V減下，則有混合料沿軸向的運動速度降級13。當(dāng)V為定值，K=arctanf40o時，K增大，則F（sinK-fcosK）增大，v增大；此時，由于v的增大速度比cosK的減小速度快，v1=vcosK增大，混合料沿軸向的運動速度加快。當(dāng)V為定值，K=40o50o時，K增大，則F（sinK-fcosK）增大，v增大；此時，由于v的增大速度與cosK的減小速度相當(dāng)，v1=vcosK基本不變，混合料沿軸向的運動速度基本不變。當(dāng)V為定值，K=50o90o時，K增大，則F（sinK-fcosK）增大，v增大；此時，由于v的增大速度小于cosK的減小速度，v1=vcosK減小，混合料沿軸向的運動速度基本減小。以上結(jié)果表明：（1）混合料的攪拌時間與槳葉的線速度、安裝角密切相關(guān)。（2）槳葉的安裝角K=40o45o時，攪拌效果最佳。但是，槳葉線速度和安裝角的變化，會改變攪拌機的生產(chǎn)率，而生產(chǎn)率的變化將影響設(shè)備其他系統(tǒng)的工況，而且，槳葉速度的調(diào)整也有一定的限制，因此，初步設(shè)計攪拌機時，一般先確定攪拌機生產(chǎn)率，然后再計算和確定其他技術(shù)參數(shù)。4.2 攪拌機主要技術(shù)參數(shù)確定4.2.1 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(fù)雜，但從宏觀上分析，由于攪拌機是連續(xù)工作的，根據(jù)連續(xù)性原理，拌缸內(nèi)各橫截面積的流量相等。其計算公式為： （7）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(zhì)量，t/h。假設(shè)骨料在混凝土所占比重為80%，由于攪拌機生產(chǎn)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(shù)據(jù)得Q=113.3m3/h。4.2.2 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(jié)構(gòu)尺寸和安裝角度以及槳葉線速度等密切相關(guān)，不易計算。初步設(shè)計時14，可按下式計算： （8）式中：Q拌缸橫截面流量，m3/h； t攪拌時間，h。根據(jù)查閱資料，水泥混凝土t=4060s，當(dāng)Q大時（大于150m3/h）取大值，Q小時取小值。根據(jù)之前計算的Q值，這里t取40s，帶入公式計算得：G=1.26m3。4.2.3 槳葉線速度根據(jù)國內(nèi)外產(chǎn)品的經(jīng)驗，攪拌機葉片頂部線速度V應(yīng)為1.51.7m/s。當(dāng)V大于此經(jīng)驗速度時，攪拌機襯板和槳葉端部的間隙中將產(chǎn)生大量的碎石楔住現(xiàn)象，這不僅增加功率消耗和槳葉、襯板的磨損，而且會不適當(dāng)?shù)姆鬯槭希档突旌狭系馁|(zhì)量。4.2.4 攪拌裝置各幾何尺寸計算參考相關(guān)資料，攪拌裝置各幾何尺寸按如下公式計算：（1） 攪拌槳葉最大旋轉(zhuǎn)半徑R （9）式中：W殼體系數(shù)； B充滿系數(shù)；W=1.11.4，當(dāng)拌缸橫截面為雙圓弧形時，W取小值。通常B=0.81.0，當(dāng)槳葉安裝角在40o45o時，B取小值；其他角度時，B取大值。故W=1.1，B=0.8，帶入數(shù)據(jù)計算得：R=0.52m。（2） 槳葉寬度WW=(0.40.57)R 槳葉寬度根據(jù)液體噴灑壓力取值，當(dāng)噴入拌缸的液體壓力在1.52MPa時，W取大值；當(dāng)液體自流和小壓力噴入拌缸時，W取小值15。本次設(shè)計中，取W=0.5R=0.26m。（3） 槳葉高度bb=（0.60.8）Wb的取值方法與W相同。本次設(shè)計中，取b=0.7W=0.182m。（4） 兩軸中心距aa=RcotA （10）式中，A為攪拌軸中心和槳葉最大旋轉(zhuǎn)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=34o40o。取35o，帶入數(shù)據(jù)計算得a=0.74m。4.2.5 拌缸幾何尺寸計算(1) 進料口尺寸M和N進料口尺寸應(yīng)與送料機械的卸料口相匹配。當(dāng)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=（24）h式中h為輸送機橫截面料高，當(dāng)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(shè)計可知a=30o，帶入數(shù)據(jù)計算得：M=0.48m。（2） 出料口尺寸E和F如圖5所示，當(dāng)攪拌機出料口設(shè)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(yīng)盡量小。參照水力學(xué)的有關(guān)知識，E與物料粒度有關(guān)，初步設(shè)計時，按下式計算：E=（2.53.5）d式中，d為物料最大粒徑,經(jīng)計算可得E=0.36。尺寸F的計算公式為：F=a+2RsinN （11）式中：N物料安息角； a兩軸中心距,m； R槳葉最大旋轉(zhuǎn)半徑，m。查表得混凝土熟料的安息角為30o40o，帶入數(shù)據(jù)計算可得F=1.24m。（3） 拌缸長度L (12)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(shè)混合料在攪拌軸以上占有的平均高度，查資料有H=（0.250.4）R；故經(jīng)計算可得S1=0.28m2。當(dāng)A=34o40o時，S2=（2.943）R2，計算可得S2=0.8m2。則帶入全部數(shù)據(jù)，L=1.565m。（4） 拌缸寬度KK=a+2R+2C （13）式中，C為槳葉頂部與拌缸襯板表面的間隙；根據(jù)實際應(yīng)用經(jīng)驗，C=58mm，K=1.78m。4.3 攪拌機軸上攪拌臂的排列單根軸上相鄰兩個攪拌臂直接的相位布置，國內(nèi)外不盡相同。目前，用于攪拌普通混凝土的攪拌機中，比較主流的布置相位角是90和60。也有采用其他角度布置的，比如日本公司的產(chǎn)品就是45。用于攪拌大骨料混凝土?xí)r，會采用120甚至180相位角。從單軸上攪拌臂的相位方向與攪拌軸選轉(zhuǎn)方向的關(guān)系來看，同一相位角在單根軸上的攪拌臂排列可以有兩周形式：一種稱為正排列，另一種稱為反排列。其中對于正排列的規(guī)定是：當(dāng)逆著混合料流動方向看，攪拌臂排列的相位方向應(yīng)與攪拌軸轉(zhuǎn)向相同；若順著混合料流動方向看，二者方向則相反。相反的情況就是反排列16。如下圖6和圖7所示。圖6 攪拌臂正排列Fig6 The forward arrange of mixing arm圖7 攪拌臂逆排列Fig7 The backward of mixing arm之前對于拌缸的設(shè)計數(shù)據(jù)可知，長寬比為0.81，長徑比為1.5，屬于明顯的短寬型拌缸。經(jīng)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(shù)目是5個。4.4 攪拌機驅(qū)動部分選擇4.4.1 驅(qū)動電機選型由于連續(xù)式混凝土攪拌機從結(jié)構(gòu)上看，主要就是依靠電機的旋轉(zhuǎn)，帶動減速機的轉(zhuǎn)動，進而帶動攪拌軸的旋轉(zhuǎn)。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(chǎn)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(jù)工作裝置轉(zhuǎn)速進行電機選型。異步電機具有結(jié)構(gòu)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(yīng)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(zhuǎn)速為1470rad/min。效率為90 ,最大轉(zhuǎn)矩為2.2KNm。4.4.2 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(zhuǎn)速不宜過快。但考慮到該機器的生產(chǎn)能力，攪拌軸的轉(zhuǎn)速又不可太慢。綜合考慮一下，參考其它機器的轉(zhuǎn)速，該攪拌軸的轉(zhuǎn)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。4.4.3 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(zhuǎn)而不脫開。由于凸緣聯(lián)軸器具有結(jié)構(gòu)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(jīng)選定，減速器連接的軸已經(jīng)確定。因此聯(lián)軸器的基本尺寸參照機械零件設(shè)計手冊，可以確定下來。然后根據(jù)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。4.5 攪拌軸設(shè)計P1=P122 （14）式中：P電機功率，kw； 1聯(lián)軸器的效率； 2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(shù)據(jù)計算得P1=17.85kw。選取45號鋼作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理。軸徑的估算公式為： （15）式中：P1軸傳遞的功率，kw； n軸的轉(zhuǎn)速； A取決于軸材料的許用扭矩切應(yīng)力的系數(shù)，取A=115；帶入數(shù)據(jù)得d91.6mm。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(xiàn)裹軸的現(xiàn)象，即攪拌物粘著在攪拌軸上。故本次設(shè)計中，軸徑最小部分取200m。因與計算的最小軸徑比增大了10倍，故不在對軸的強度進行理論校核181920。軸的整體結(jié)構(gòu)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(nèi)徑為200mm，外徑為320mm，寬度為142mm的圓錐滾子軸承。圖8 攪拌軸Fig8 The mixing axis5 結(jié)論在本次混凝土攪拌站的設(shè)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(shè)計過程中由給定的生產(chǎn)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(zhuǎn)向滾筒等部件的型號，最后完成對驅(qū)動電機、減速器、聯(lián)軸器的選取，從而完成對輸送機的設(shè)計。攪拌系統(tǒng)采用強制式雙臥軸攪拌機，由生產(chǎn)率這一給定條件，對攪拌機進行由外到里的設(shè)計，先確定攪拌缸的容積和相關(guān)數(shù)據(jù)，在進一步對拌缸里面的攪拌軸、攪拌臂、槳葉進行設(shè)計計算。最后選取驅(qū)動電機、減速器、聯(lián)軸器、軸承等部件，并進行相關(guān)的校核，從而完成對攪拌裝置的設(shè)計。參考文獻 1徐灝.機械設(shè)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(shè)計課程設(shè)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(shè)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朱東梅，胥北讕.畫法幾何及機械制