畢業(yè)設計（論文）-JS500型雙臥軸攪拌機設計

雙臥軸攪拌機

全套設計圖紙加V信153893706或扣3346389411摘要雙臥軸攪拌機具備很多優(yōu)點，如攪拌效率高，攪拌質量好，能源利用率高等，與傳統單軸攪拌機相比，它最大的特點在于其兩軸之間存在物料的逆流運動，目前它在各種道路工程和建筑工程中被普遍使用，是市場上的主流攪拌機型。因為攪拌是一個復雜的動態(tài)過程，物料在攪拌筒內的各種運動主要取決于攪拌機的結構參數和運動參數，因此對攪拌裝置各參數的選擇對提高攪拌機的工作能力具有十分重要的意義。本文結合了國內外相關設計經驗對雙臥軸攪拌機的主要參數進行了計算和分析，對主要結構進行了選擇和優(yōu)化，以保證其良好的工作效率和品質，高經濟性，低能耗低污染性和較長的工作壽命。攪拌系統是整個攪拌機的“心臟”，所以是本次設計的核心部分，傳動系統的穩(wěn)定性，可靠性，精確性對于整機的工作能力也有重要影響，因而其設計合理性非常重要。此外上料系統、卸料系統、軸封系統等都是攪拌機不可或缺的組成部分。本文包含JS500型攪拌機各個系統的分析設計，并附上了總裝圖，關鍵部位裝配圖以及重要零件圖。關鍵詞：雙臥軸攪拌機；強制式；攪拌參數；理論分析；設計；攪拌效率；攪拌質量

AbstractThetwin-shaftmixerhasmanyadvantages,suchashighmixingefficiency,goodmixingquality,andhighenergyutilization.Comparedwiththetraditionalsingle-shaftmixer,itsbiggestfeatureisthatthereisacounter-currentmovementofmaterialsbetweenitstwoshafts.Itiswidelyusedinroadengineeringandconstructionengineeringandbecomesthemainstreammixingmachineonthemarket.Consideringthatmixingisacomplexdynamicprocess,thevariousmovementsofmaterialsinthemixingdrummainlydependonthestructuralparametersandmotionparametersofthemixer.Therefore,theselectionofvariousparametersofthemixingdeviceisveryimportantforimprovingtheworkingcapacityofthemixer.Thisarticlecombinestherelevantdesignexperienceathomeandabroadtocalculateandanalyzethemainparametersofthetwin-shaftmixer,andselectsandoptimizesthemainstructuretoensureitsgoodworkingefficiencyandquality,higheconomy,lowenergyconsumptionandlowpollutionandlongerworkinglife.Themixingsystemisthe"heart"ofthemixer,soitisthecorepartofthisdesign.Thestability,reliability,andaccuracyofthetransmissionsystemalsohaveanimportantimpactontheworkingcapacityofthewholemachine,sotherationalityofitsdesignisofimportance.Inaddition,thefeedingsystem,unloadingsystem,shaftsealingsystem,etc.areallindispensablecomponentsofthemixer.ThisarticleincludestheanalysisanddesignofthevarioussystemsoftheJS500mixer,anditattachestheassemblydrawingsofthewholemachineandkeyparts,andimportantpartsdrawings.Keywords:Twin-shaftmixer;forced;mixingparameters;theoreticalanalysis;design;mixingefficiency;mixingquality

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1 緒論 緒論課題研究背景如今，在我國經濟飛速發(fā)展的大背景下，城市基礎建設快速推進和發(fā)展，城市面積快速擴大，交通道路的里程和建筑的規(guī)模呈現高速增長趨勢，我國將建設大批的商業(yè)建筑，民用住宅，水站電站，車站機場，公路鐵路，通信基站等工程，作為建設這些現代社會基礎建設的主要材料，混凝土的需求量越來越高，實際工程中對混凝土的質量要求也越來越高，混凝土攪拌機的發(fā)明和技術進步大大提高了混凝土品質，節(jié)約了原材料，加快和提高了勞動生產率，減輕了勞動強度，同時也節(jié)省了施工面積，改善了勞動條件，減少了能源浪費。因而混凝土攪拌機已成為各種建筑工程中必不可少的設施，在工程建設里發(fā)揮著重要作用。隨著生產的需求快速擴大，特別是建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，傳統的混凝土攪拌機無法滿足生產對混凝土材料的要求。這在一定程度上推動了混凝土攪拌設備和技術的發(fā)展，雙臥軸攪拌機就是隨著混凝土加工工藝的進步而逐步發(fā)展起來的新機型，可以作為大型水泥攪拌站的主機，同時也可以用于工程施工工地和水泥預制構件廠，生產各種類型的混凝土或者各種砂漿，雙臥軸混凝土攪拌機的攪拌軸是水平布置的，它帶動攪拌葉片，將裝在攪拌筒內的物料強行拌合均勻，具有效率高、攪拌質量好、操縱靈活和卸料干凈等特點，因此成為當今工程上使用量最多的混凝土攪拌設備?；陔p臥軸混凝土攪拌機對于混凝土生產的重要意義，為了提高混凝土的攪拌效率和攪拌質量，本設計將對JS500型雙臥軸攪拌機進行結構設計?；炷粮攀龌炷潦且环N復合固體材料，它由膠狀凝結材料與骨料(又稱集料)凝結而成。由所使用膠狀凝結材料的不同可以分為瀝青混凝土、水泥混凝土等。其中水泥混凝土是建筑工程中使用最多的一種，而瀝青混凝土是目前鋪設高速公路使用的主要材料。水泥混凝土的主要成分有由砂、水、石子、水泥以及一些特殊添加劑。水和水泥形成的混合物叫做水泥漿，它凝結變硬后就叫做水泥石。水泥漿既將砂的表面包裹住，又填充在砂的空隙中，主要起潤滑砂的作用，水泥漿和與砂的混合物叫做砂漿，而砂漿將石子的表面包裹住，又填充在石子之間的空隙，起到潤滑石的作用，水泥漿和砂漿不僅大大提高了混凝土的流動性，為施工帶來很大便利，還在混凝土凝結變硬后，將砂、石牢固地凝結緊固為整體。骨料是指混凝土中的砂、石，因為他們在混凝土中主要起到支撐的作用。骨料的作用主要在于既可以限制混凝土的干縮，又可以提高水泥利用率并降低水泥釋放的化學熱，還可以提升混凝土強度和耐久性。水泥混凝土是一種不均勻的多相復合材料。從微觀角度上來看，水泥混凝土的構成包括粗骨料、細骨料、水泥的水合產物、各種細孔、各種裂紋(因水化熱、干縮或干縮、泌水等原因使其開裂)和界面過渡層等，也就是說混凝土在凝固硬化后其本身就存在許多細孔和裂紋。界面過渡層是指骨料表面處的水泥石薄層，它是由于泌水等原因產生的，厚度大約在30-60μm，這個薄層中還常含有細小裂紋因此其結構比較松散脆弱。這種薄層結構對于水泥混凝土的使用壽命和性能非常不利，特別是粗骨料與砂漿(或水泥石)的界面。從宏觀角度來看，水泥混凝土是一種由砂、石子、水泥和一些添加劑構成的混合材料，因此，骨料與水泥石的性質，在混合料中的比例以及兩者接觸截面(或界面過渡層)的粘結強度，就綜合決定了水泥混凝土的性質。根據實驗數據結果，水泥石的強度一般都低于骨料的強度，所以水泥混凝士的強度主要取決于水泥石的強度和骨料-水泥石接觸面(或界面過渡層)的粘結強度，而水泥石的強度和骨料的表面質量(棱角的數量、粘附的雜質的數量、粗糙程度、吸水能力的強弱等)、凝結變硬的條件及物料混合物的泌水性等因素決定了接觸面(或界面過渡層)的粘結強度。界面是水泥混凝土中最為強度最小的部分，所以要提高混凝土強度及其他性質，就必須改良界面過渡層的結構和接觸面的粘結強度。2018年我國商品混凝土產量為25.46億立方米，2019年我國商品混凝土產量為25.5億立方米。目前我國的混凝土年產量已經成為世界第一。攪拌機概述分類及特點表1-1混凝土攪拌機分類分類方式按工作性質按攪拌方式按裝置方式按出料方式按攪拌筒外形形式周期式連續(xù)式自落式強制式固定式移動式傾翻式非傾翻式梨式椎式鼓式槽式盤式按攪拌過程的工作性質區(qū)分，混凝土攪拌機可以分為周期式攪拌機和連續(xù)式攪拌機。周期式攪拌機的特點是它在工作時周期性地進行上料、攪拌、卸料，即它的稱量、配料機構按設計容量將物料分批送入攪拌筒，攪拌機按規(guī)定的時間和模式進行攪拌后打開卸料門卸料，這就完成了一個循環(huán)。連續(xù)式混凝土攪拌機的特點與周期式攪拌設備完全不同：它在工作時連續(xù)不間斷地進行上料、攪拌、卸料，所以，只有用稱量配料裝置準確配置物料的成分，控制物料的體積，才能保證生產的連續(xù)高效。按攪拌原理來區(qū)分，混凝土攪拌機可以分為強制式攪拌機和自落式攪拌機，兩者的主要區(qū)別在于：自落式攪拌機的葉片和攪拌筒之間相對靜止不動，強制式攪拌機葉片和攪拌筒之間相對運動。自落式攪拌機的葉片固定在攪拌筒筒體內，當筒體旋轉時，葉片把物料“托著”轉到攪拌筒頂部，然后物料又因所受重力分力超過摩擦力而回落到底部，像這樣依次循環(huán)工作，使物料反復地上下運動，從而達到均勻攪拌，充分混合的目的。區(qū)別于自落式，強制式混凝土攪拌機的筒體是靜止不動的，它由攪拌軸、攪拌臂和葉片的旋轉來攪拌物料(也有攪拌筒與葉片做相對旋轉來強制拌合的)，葉片安裝在攪拌軸上，工作時，攪拌軸驅動葉片對筒內物料進行剪切、擠壓和翻轉、推移等強制攪拌作用，使物料在高強度的相對運動中得到充分的拌合，因而拌合質量好，效率高。它適用于攪拌干硬性混凝土、輕質混凝土，本次設計的就是強制式攪拌機。它的不足之處是動力消耗較大、攪拌葉片及襯板磨損大、構造較為復雜，且不適于攪拌流動性大及含大骨料的混凝土。固定式攪拌機通過機架底腳螺栓與基礎固定，多裝在攪拌樓或攪拌站上使用。移動式攪拌機裝有行走機構?？呻S時拖運轉移，應用于中小型臨時工程。型號及參數常用攪拌機的機型代號見表1-2，以攪拌機出料容量作為其主參數，有50L、150L、250L、350L、500L、750L、1000L、1500L、3000L等，即0.05m3、0.15m3、0.25m3、0.35m3、0.5m3、0.75m3、1.0m3、1.5m3、3.0m3等。表1-2攪拌機的機型代號組型特性代號代號含義主要參數混凝土攪拌機J(攪)鼓式G(鼓)JG鼓式攪拌機出料容積(L)燃(R)JGR柴油機驅動鼓式攪拌機錐式反轉出料式轉(Z)JZ錐形反轉出料式攪拌機齒圈(C)JZC齒圈錐形反轉出料式攪拌機摩擦(M)JZM摩擦錐形反轉出料式攪拌機翻(F)JF錐形傾翻出料攪拌機強制式Q(強)強制式攪拌機JQ強制式攪拌機單臥軸式(D)JD單臥軸強制攪拌機單臥軸液壓式(Y)JDY單臥軸液壓上料強制式攪拌機雙臥軸式(S)JS雙臥軸強制攪拌機立軸渦漿式(W)JW立軸渦漿強制式式攪拌機立軸行星式(X)JX立軸行星強制式式攪拌機錐形傾翻(F)出料式F齒圈(C)JFC齒圈錐形傾翻出料式攪拌機摩擦(M)JFM摩擦錐形傾翻出料式攪拌機混凝土攪拌機的型號主要由組代號，機型代號，特性代號，主參數代號，更新變型代號等組成，本設計為出料容積為500L的雙臥軸強制攪拌機，即攪拌機為型號為JS500。結構與原理圖1-1強制式攪拌機結構示意圖如圖1-1所示，強制式攪拌機(雙臥軸攪拌機)主要由傳動系統、攪拌系統、攪拌機殼體、卸料系統、軸端密封系統等部分構成。在傳動系統中，由電機各驅動一級帶傳動裝置，再將帶傳動裝置連接一臺三級圓柱齒輪減速器，最后由減速器通過聯軸器連接兩根攪拌軸進行工作，并且通過同步齒輪或者聯軸器來保證兩根攪拌軸反向同步，即轉動方向相反，速度相同，皮帶傳動可以防止所需攪拌力過大而使電動機過載。攪拌筒由左右兩個圓槽型攪拌倉組成，其內表面安裝有通過沉頭螺釘連接的耐磨襯板，襯板在達到磨損標準后可以換新的。攪拌裝置包括一個ω型截面的攪拌筒，在水平面上平行布置著兩根攪拌軸，每根攪拌軸上都有幾組攪拌臂，相鄰攪拌臂間隔相同的角度，呈螺旋狀分布在兩根軸的圓周方向，攪拌臂上裝有葉片，兩軸的葉片彼此之間都保持一定的相位差，從而接連地攪拌左右兩槽內的物料，一邊將物料沿著攪拌軸的圓周方向翻滾，一邊又將物料沿攪拌軸軸向向前或向后推動攪拌，從而使物料得到快速而均勻的攪拌。此外，軸端密封裝置是臥軸式攪拌機不可或缺的部分，它能有效地阻止物料泥漿從縫隙中泄露造成對軸承的腐蝕破壞，保證攪拌軸在較長時間里正常工作，延長其使用壽命。上圖中的雙臥軸攪拌機通過開設在兩個拌筒中間底部的卸料門來排出加工好的物料。出料門的結構形式有雙門式、單門式，其運動方式有轉動式、滑動式、擺動式等，其驅動形式有電機驅動、氣動和液壓驅動。由于出料門長度比攪拌筒長度稍短些，在卸料門打開后，有80%以上的水泥物料可以靠重力作用下落，排出攪拌筒，而附著在在內壁和卡在角落的物料則靠攪拌葉片推動卸出。圖1-2自落式攪拌機結構圖自落式攪拌機的結構如圖1-2所示，又稱為鼓筒形攪拌機，它以鼓筒作為工作裝置，鼓筒繞一根水平軸線或傾斜軸線旋轉，且多數鼓筒兩側呈圓錐形，因此又稱雙錐形攬拌機或錐形攪拌機。鼓筒式攪拌機的工作過程為：物料被安裝在鼓筒內的攪拌葉片帶到高處，當重力分力大于物料與攪拌葉片之間的摩擦力時，物料從葉片上下落到鼓筒底部。同時和攪拌葉片的安裝角(葉片工作面與拌筒回轉中心線的夾角)使物料在攪拌鼓筒的旋轉下產生軸向運動，提高了攪拌質量。雖然這種攪拌機目前已經被我國已下令停止生產，但由于它的使用可靠性較好，還有少量生產和使用。圖1-3立軸式攪拌機的組成1-攪拌蓋；2-筒體；3-機架；4-電機；5-減速器；6-回轉體；7-內襯板；8-內筒；9攪拌臂；10-葉片；11-外襯板；12-卸料門軸；13-底村板；14-卸料門立軸式攪拌機的結構如圖1-3所示。拌筒由攪拌蓋1、筒體2、內筒8所組成，整個拌簡焊接在機架3上。簡身內壁、內筒外壁和拌筒底部分別用螺釘固定有外襯板11、內襯板7和底襯板13，以提高攪拌筒工作壽命。攪拌機構的傳動是由電機4，經兩級行星減速器5，帶動回轉體6實現攪拌機構旋轉。在回轉體上焊接有若干個攪拌臂固定座，攪拌葉片和內、外刮板通過螺栓固定在攪拌臂固定座上。葉片10和攪拌臂9用螺栓連在起，調整攪拌臂上下位置，即可調整葉片與底襯板13之間的間隙。攪拌好的混凝土可通過打開卸料門14卸入運輸工具中。卸料門與卸料門軸12連接在一起，一般用氣缸經拐臂推動卸料門旋轉而實現拌筒卸料。結構缺陷雙臥軸攪拌機布置有兩根水平平行布置的攪拌軸，這兩根軸橫穿攪拌桶且反向同步轉動，攪拌機工作時，攪拌軸表面的速度小攪拌效果微弱，物料在表面不被攪動就容易凝固黏結成塊，這就是攪拌機的裹軸現象。一旦發(fā)生裹軸現象，如果沒有及時清理，裹軸將越來越嚴重，混凝土凝結的厚度將越來越大?；炷聊Y后，尤其是凝結厚度變大之后，很難由機器自行清理，需要暫停工作，打開攪拌機人工清除。裹軸現象會造成攪拌軸轉動的不平衡，加劇攪拌機工作的振動，并使容積利用系數下降，對攪拌質量和效率的提高極為不利。造成裹軸現象的原因還有很多，比如攪拌機的進料口位置設置不當，將上料裝置的進料口正對著其中的一個攪拌軸，這樣物料很容易和加入的水混合在一起落在軸上形成水泥漿。所以在設計進料口位置時一定要讓物料避免和主軸接觸。進料口的位置應該處在兩軸對稱線的正上方，進料口的寬度應該等于或者略小于兩軸間離。此外，攪拌機的進料順序不合理也會造成裹軸現象。圖1-4攪拌臂速度分布在攪拌過程中，為了使混凝土物料受到的離心慣性力過大被甩出攪拌葉片，攪拌葉片末端的最大速度應被限制在一定的范圍里。所以，在攪拌筒里靠近軸的那部分區(qū)域，物料很難被攪拌臂帶動，運動強度相對較弱，因此被稱為攪拌低效區(qū)。尤其是在實際工程應用中，經常使用大型甚至超大型攪拌機，攪拌筒的半徑遠大于主葉片的工作區(qū)長度，當攪拌機工作時，攪拌葉片能有效攪拌的區(qū)域只有攪拌筒外側部分區(qū)域，攪拌低效區(qū)在攪拌筒內壁區(qū)域所占的比重更小，這個現象限制了容積利用效率的提高，嚴重影響了雙臥軸攪拌機的工作能力。目前解決的這些問題的思路主要有：1.使用新型葉片，即在原有攪拌葉片的對面布置一個攪拌半徑更小的副葉片，使副葉片的攪拌作用區(qū)域覆蓋到低效攪拌區(qū)。圖1-5新型葉片2.設計合理的進料口位置，合理的噴水位置，合理的容積利用系數，優(yōu)化攪拌機的結構參數，都可以減弱這些有結構缺陷而導致的問題。發(fā)展水平與現狀軸端密封技術一直是制約臥軸式攪拌機發(fā)展的技術難題，在20世紀70年代初，軸端密封技術得到了突破，德國的桑索霍芬機械和礦業(yè)公司、意大利的仕高瑪機械設備有限公司、美國的杰克遜機械裝備有限公司、日本的日工株式會社等企業(yè)又將多種型號的臥軸式攪拌機發(fā)展起來。而在國內，長沙建筑機械研究所與吉林市工程機械廠于1980年共同開發(fā)出料容積為500L的雙臥軸強制式混凝土攪機。隨后，山東省建筑機械廠，華東建筑機械廠，中國建筑科學研究院機械化研究所先后成功研制出了出料容積為150L、250L、350L的單臥軸混凝土攪拌機。臥軸式攪拌機開始在我國蓬勃發(fā)展起來。1986年9-12月，長沙建筑機械研究所聯合中國建筑科學研究院機械化研究所一起設計了錐形反轉出料式、單臥軸強制式、雙臥軸強制式三個種類多個規(guī)格型號的新型攪拌機。1986-1992年間，長沙建筑機械研究所分別與鄭州水工機械廠、山東省建筑機械廠、華東建筑機械廠、韶關挖掘機廠等合作研制了以雙臥軸攪拌機為主機的懸臂拉鏟式攪拌站后，國產的水泥攪拌站開始在市場上嶄露頭角，在建筑工程和道路工程中開始逐漸普及使用雙臥軸攪拌機。進入21世紀以來，隨著商品混凝土技術的應用推廣及國家環(huán)保政策的強力推行，我國混凝土攪拌機發(fā)展非常迅速，以中聯重科、珠海仕高瑪為代表的混凝土攪拌機已經達到世界先進水平，引領國內混凝土攪拌機行業(yè)走上依靠技術創(chuàng)新的發(fā)展之路。珠海仕高瑪公司首先于2000年引進意大利仕高瑪雙臥軸混凝土攪拌技術，在十多年時間內發(fā)展了MSO、MEOMAO、MAW等系列產品，產品出料容量為0.5~6m3；并于2006年推出MP、MPC系列立軸行星式攪拌機，產品出料容量為0.5~2.0m3；2009年，中聯重科成功研制高效、節(jié)能的雙臥軸復合螺帶式混凝土攪拌機，并于2011年完成全系列開發(fā)。我國的中聯重科于2013年10月成功研制了出料容積為10m3的混凝土攪拌機，該攪拌機單次可加工出普通商品混凝土10000L或水工常態(tài)混凝土(4級配)8000L，這兩項數據均達到了全球第一。這次實驗的成功是一個里程碑，標志著從此以后我國企業(yè)可以自主生產制造出大容量水工混凝土攪拌機，也標志著我國成為少數幾個擁有超大出料容積攪拌機制造能力的國家之一。2014年，仕高瑪成功開發(fā)新型環(huán)保低能耗智能化雙臥軸混凝土攪拌機，該機型符合市場對“節(jié)能環(huán)?！狈矫娴囊螅I混凝土攪拌機行業(yè)向節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展。將來混凝土攪拌機械的發(fā)展趨勢是綠色節(jié)能化、智能化和集成化。未來，人們的綠色節(jié)能意識越來越強，國家越來越推崇綠色生產，因此可以預見市場將越來越青睞那些效率高、能力強、噪音小、自動化的環(huán)保型混凝土攪拌設備。智能化是指利用測量系統，控制系統和計算機系統實現對攪拌機關鍵部件的實時監(jiān)測，故障診斷，壽命檢測并優(yōu)化攪拌方案以提高攪拌效率和攪拌質量。隨著現代工程建筑對混凝土品質要求越來越高，混凝土種類越來越細化，市場推動著混凝土攪拌機向著集成化，專業(yè)化的方向發(fā)展，比如將稱量上料、攪拌、卸料功能集成的新型攪拌機，基于振動機理的振動攪拌機等等?？傮w設計設計原則攪拌機基本參數和主要結構的選取要符合《中華人民共和國國家標準:混凝土攪拌機(GB/T9142-2000)》的要求。攪拌機的零件選取優(yōu)先考慮符合通用化，系列化，標準化的“三化”要求的零件。所繪圖紙應符合《中華人民共和國家標準準：機械制圖(GB4457-2000)》中的相關規(guī)定。設計要求完成其整機的方案設計，完成傳動機構及執(zhí)行機構的設計及強度計算，主要參數如下：最大粒徑60mm，出料容量500L，進料容量800L，攪拌葉片35r/min，生產能力不低于25m3/h；每天工作16小時，每年工作300天，設計壽命10年。翻譯相關文獻一篇；完成主要零件的零件圖和總裝圖的設計，總計不少于3張A0圖紙；完成計算說明書的書寫工作，包括中英文摘要，參考文獻不少于20篇，其中英文文獻不少于4篇。市場上同類型攪拌機的主要參數對比表2-1市場上同類型攪拌機的主要參數對比企業(yè)中青林卓越鴻昌虎鼎圓友重工銀錨出料容量500500500500500進料容量800800800800800生產率≥25m3/h≥25m3/h≥25m3/h≥25-30m3/h≥25m3/h骨料最大粒徑(碎石／卵石)mm60/8060/8060/8060/8060/80攪拌葉片(單軸上/個)\7\77攪拌葉片轉速(r/min)3535353535攪拌電機型號\Y180M-4Y180M-4Y180M-4Y180M-4攪拌電機功率(kw)18.518.518.518.518.5卷揚機型號\YEZ132S-4-B5YEZ132S-4-B5YEZ132S-4\卷揚電機功率(kw)5.55.55.55.55.5水泵電機型號\50DWB20-8A50DWB20-8A\\水泵電機功率(kw)0.750.750.750.750.75料斗提升速度(m/min)\1818\\外形尺寸(長寬高)運輸狀態(tài)\3030×2300×28003050×2300×26803030×2300×28003050×2300×2625外形尺寸(長寬高)工作狀態(tài)\4486×3030×52804461×3050×52254486×3030×5280\整機質量(kg)\40004000\4000卸料高度(mm)可根據用戶要求設計150015001500/2700/3800\方案總述雙臥軸攪拌機主要由傳動系統、攪拌筒、攪拌系統、攪拌機殼體、卸料系統、軸端密封潤滑系統等組成，在攪拌系統中，有兩根攪拌軸在水平面上平行排布，每根軸上有6組攪拌臂和葉片相鄰間隔60度呈螺旋狀排列在攪拌軸的圓周方向上，而且兩軸的葉片彼此之間都錯開一定的空間，從而輪番地攪拌拌筒左右兩倉的物料，保證較高的攪拌效率和攪拌質量。本次設計中的傳動系統由電動機、帶傳動裝置、減速箱、同步齒輪對等組成，由電動機驅動一級帶傳動再由帶輪驅動一個兩級圓柱齒輪減速器，減速器輸出軸連接一個開式小齒輪，驅動另一個開式小齒輪和兩個開式大齒輪，兩個開式大齒輪分別連接兩根水平布置的攪拌軸，同步齒輪對可以保證兩軸反向同步旋轉。本次設計選用的上料方式是卷揚電機+提升斗式。這種上料方式優(yōu)點是設備投資費用低，結構簡單，占用空間小，同時卷揚電機的功率較大，穩(wěn)定性高，提升料斗安裝維修都比較方便，由于這些優(yōu)勢，市場上多數同類產品都采用這種上料方式。本次設計的卸料方式選擇卸料門轉動式液壓卸料。轉動式是在同類產品中比較常用的卸料門運動方式。轉動式卸料門主要由卸料門主體、油缸、接近開關構成。自動運行時，一般設置全開、全關、半開三種狀態(tài)。工作時高壓油從液壓泵泵出，然后注入油缸(或抽出)，油缸推動(拉動)工作桿，使卸料門主體繞軸承座轉動，這樣就實現了開、關門。而液壓驅動具有系統剛性好，便于控制，體積小推力大以及易于改裝變型的特點，因此已經逐漸使用在各種類型的攪拌機上。1-上料系統2-攪拌系統3-傳動系統4-卸料系統5-底架圖2-1JS500結構示意圖電機選型參考過往國內外設計經驗，設各級傳動零件的效率分別為：滾動軸承傳動效率；V帶傳動;減速器三級傳動效率；齒輪傳動比；介輪傳動比；則可計算出電機所需具有的功率查閱設計手冊，本次設計所選擇的電機型號為：Y160L-4，其基本參數性能如下表所示：表2-1電機的基本參數型號額定功率(kw)滿載時最大轉矩/額定轉矩轉速(r／min)電流(A)效率(%)功率因數Y160L-415146030.388.50.842.2表2-2電機的主要外形尺寸ABCDEFGH254254108421101237160KABACADHDBBL15330325255385314645圖2-2三相異步電機的外形尺寸攪拌裝置攪拌裝置是整個攪拌機里的最重要的部件，攪拌裝置的結構參數和運動參數決定了物料在攪拌筒里的運動軌跡和速度，可以說攪拌裝置的設計是影響攪拌機工作能力的最核心的因素。雙臥軸攪拌機的攪拌系統由兩根攪拌軸，多組攪拌臂和葉片以及支撐軸的滾動軸承組成，在設計過程中需要確定的主要參數有葉片的傾斜角度，攪拌軸上葉片的排布方式，兩軸上的葉片之間的排布相位差，以及攪拌軸工作轉速，單根軸上葉片和攪拌臂的數量。這些參數共同決定了物料的運動。攪拌筒攪拌筒是攪拌機的基礎部件，攪拌機上的其他部件，如攪拌軸，攪拌臂，攪拌葉片，減速器，電機，上料系統，卸料門，軸端密封等都分別裝配在攪拌筒上形成一個整體。攪拌筒由端板，圓弧筒體，端面襯板，圓弧襯板，直襯板組成，襯板的作用在于它可以保護端板，圓弧筒體不被磨損，因此襯板一般采用耐磨材料且用螺栓緊固在端板和圓弧筒體上。雙臥軸攪拌機的攪拌筒一般為ω型槽底，由兩個水平安置的圓槽型拌筒組成，這樣可以防止攪拌過程中物料堆積在死角位置，使得葉片與攪拌軸受力過大造成斷裂失效，同時有效利用攪拌空間，提升攪拌效率。容積利用系數容積利用系數指的是出料容積與攪拌筒公稱容積之比，在確保攪拌質量的前提下，容積利用系數越大越好，容積利用系數越大表示在攪拌機占有相同體積的情況下，攪拌機的工作能力越強。但是容積利用系數的大小要取在合適的范圍里，過小或過大都不行，容積利用系數過大會使物料在攪拌筒里過于擁擠，物料的循環(huán)運動逆流運動被削弱，反而不利于提高攪拌質量和攪拌效率。根據攪拌機設計經驗來說，攪拌機應具有10%的超載能力，同時按照國標GB/T9142—2000的規(guī)定，出料容積與進料容積之比是固定的，對于JS500型攪拌機來說，進料容積規(guī)定為800L，而攪拌筒公稱容積必定要大于進料容積，所以經計算有容積利用系數必須滿足參考市場上的各種產品，國內攪拌機的容積利用系數一般保持在0.3-0.52之間。攪拌筒長寬比圖3-1攪拌筒外形尺寸選擇長寬比時需要考慮的主要因素包括兩方面，一方面是對混凝土品質的影響；另一方面是比例協調的外觀結構。對于攪拌質量的影響是設計中應主要考慮的因素，同時它應同攪拌臂的相位分布結合起來綜合考慮。如果長寬比過大，則物料的軸向循環(huán)運動距離過長，循環(huán)運動的強度有限，很難達到物料快速有效循環(huán)的目的，同時會增加攪拌軸的支撐跨距，降低整個攪拌系統的剛度。如果長寬比過小，則攪拌機的攪拌半徑增大，但是葉片和攪拌臂的數量減少，導致攪拌質量難以提高，因此長徑比L/W應控制在0.7-1.3之間適宜。參考過往國內外設計經驗，攪拌筒可以分為淺底窄長型(1.0<L/W<1.3)和深底寬短型(0.7<L/W<1.0)兩類，本次設計選用深底寬短型，結合相關設計資料以及市場同類產品的相關尺寸，取L/W=0.79。攪拌筒的長度，寬度，半徑參考過往國內外設計經驗，攪拌筒的寬度與半徑之比W/D一般取在1.5-1.8之間，攪拌筒的寬度和攪拌軸中心距之比W/A一般取在2.9-3.1，結合相關設計資料以及市場同類產品的相關尺寸，初選攪拌筒長度L=1200(mm)，寬度W=1520(mm)，直徑D=1020(mm)。則有中心距為攪拌筒公稱容積為容積利用系數為符合條件。材料選擇參考過往國內外設計經驗，大部分混凝土攪拌機的攪拌筒體所用的材料是Q235鋼或16Mn鋼，這是由于它們的價格低，可塑性好，同時具有較高的強度和較好的耐磨性。結合相關設計資料以及市場同類產品的相關尺寸，本設計采用Q235，這種材料的機械性能如下：屈服極限：σ=24㎏/mm2抗拉強度：σ=39㎏/mm2這里取安全系數n=2.0，則有：許用拉壓力：σ=19㎏/mm2許用切應力：γ=12㎏/mm2攪拌軸的工作轉速參考過往國內外設計經驗，襯板與攪拌葉片之間的間距應保持在一定距離，防止大粒徑的骨料卡進襯板與葉片中間的縫隙，造成葉片變形，攪拌臂變形，甚至攪拌軸變形的嚴重后果。但是考慮到制造工藝和經濟性的限制，大部分混凝土攪拌機的襯板-葉片間距都控制在2-5mm之間，結合相關設計資料以及市場同類產品的相關尺寸，本次設計取5mm，則葉片的工作半徑為為了使葉片上的物料在攪拌過程中不被甩出，物料所受的摩擦力應該大于所受的離心慣性力，由此得到關系式式中，r為葉片的工作半徑，單位m；v為攪拌葉片末端的運動速度，單位m/s；n為攪拌軸的工作轉速，單位r/min；g為重力加速度，單位m/s2；f為葉片與物料之間的摩擦系數，這里取0.62。于是可以得到參考過往國內外設計經驗，攪拌葉片末端的運動速度一般應控制在1.4-1.6m/s之間，如果攪拌葉片末端的運動速度過高，則會形成較大的離心慣性力，使物料被甩出，影響攪拌質量，如果攪拌葉片末端的運動速度過低，則攪拌效率又會下降。結合相關設計資料以及市場同類產品的相關尺寸，本次設計取攪拌葉片末端的運動速度為1.6m/s，則實際攪拌軸轉速為實際攪拌葉片末端的運動速度為可以計算極限轉速為式中，R為攪拌筒筒體半徑，單位m；α為物料下滑時的初始水平夾角，這里取為40度；s為物料滾動時阻力系數，取為0.05。于是可以得到攪拌臂和葉片的數量每根攪拌軸上攪拌臂和葉片的數量對于攪拌機的工作能力有很大的影響，如果數量過多，那么必然會使軸向尺寸增大，從而增加攪拌軸的支撐跨距，降低整個攪拌系統的剛度，如果數量過少，那么物料的循環(huán)運動強度會下降，不利于攪拌質量的提高。參考過往國內外設計經驗，每根攪拌軸上攪拌臂的數量與相鄰兩攪拌臂的相位差的乘積一般為2π的整數倍，這是因為如果乘積不為2π整數倍的話，單軸上或者兩軸之間的載荷分布不均勻。單軸上載荷分布不均的話，會造成攪拌軸的強度下降，提前出現疲勞損壞，也會造成攪拌軸的剛度下降，可能會引起攪拌軸的振動，出現很大的噪聲。兩軸之間的載荷不均勻主要是由于在攪拌過程中兩軸上同時進入主攪拌區(qū)的攪拌臂數量不一樣，這會使攪拌機的振動更加劇烈。結合相關設計資料以及市場同類產品的相關尺寸，本次設計選擇每根攪拌軸上布置6組攪拌臂和葉片，相鄰攪拌臂之間的相位差為60度。葉片安裝角葉片安裝角是指攪拌葉片工作面與攪拌軸回轉軸線之間所形成的銳角。它是攪拌機的核心參數之一，對提高攪拌質量和攪拌效率都有重要的意義。攪拌機工作時，由于攪拌葉片具有安裝角，因此它可以推動物料沿著攪拌軸的軸向和周向兩個方向運動。如果葉片安裝角設置過小，攪拌葉片就主要推著物料沿著攪拌軸的周向運動，而物料的軸向運動強度變得很弱。如果葉片安裝角設置過大，則攪拌葉片主要推著物料沿著攪拌軸的軸向運動，而物料的周向運動就變得很弱。因此，為了保證物料的周向和軸向運動強度都比較大，葉片安裝角必須設置在一個合適的范圍里，參考過往國內外設計經驗，并結合相關設計資料以及市場同類產品的相關尺寸，本次設計選擇葉片安裝角為45度。圖3-2葉片安裝角攪拌臂的布置方式6組攪拌臂間隔60度呈螺旋狀排布在攪拌軸的圓軸方向上，對于雙臥軸攪拌機，攪拌臂的布置方式主要包括攪拌臂的料流排列，攪拌臂在單軸上的布置方式以及左軸攪拌臂和右軸攪拌臂之間的布置相位差。攪拌臂的料流排列圖3-3攪拌臂的兩種料流排列方式左-圍流排列；右-對流排列攪拌臂的料流排列包括對流排列和圍流排列。由于葉片具有安裝角，所以葉片可以驅動著物料進行軸向運動，而對流排列就是指在攪拌葉片推動下，物料在攪拌筒里從軸的兩端向中間運動，然后在攪拌筒的中部堆積成“小山”，后續(xù)堆上來的物料在在重力的作用下流回軸的兩端，這樣就完成了一次循環(huán)。圍流排列是指在攪拌葉片推動下，物料沿軸向循環(huán)運動且在左軸和右軸上物料的運動方向相反，左軸的前端和右軸的后端都有一個安裝方向與其他葉片不同的返回葉片，左軸的將物料推向右邊，右軸的將物料推向左邊，這樣就完成了一次循環(huán)運動。參考過往國內外設計經驗，圍流排列下的物料循環(huán)運動強度要強于對流排列，因此本次設計采用圍流排列。攪拌臂在單軸上的布置方式攪拌臂在單軸上的布置方式是指沿著物料軸向運動的方向看去，確定攪拌臂螺旋布置的螺旋旋轉方向與攪拌軸的旋轉方向相同還是相反，如果相同則稱之為反排列，如果相反則稱之為正排列。當攪拌臂在單軸上正排列時，物料沿軸向從一個攪拌臂的位置被推進到下一個相鄰攪拌臂的位置的過程中，攪拌軸需要轉過的角度為60度，而攪拌臂在單軸上反排列時，物料沿軸向從一個攪拌臂的位置被推進到下一個相鄰攪拌臂的位置的過程中，攪拌軸需要轉過的角度為300度。因此反排列下物料完成一次循環(huán)運動需要攪拌軸轉過更大的角度，在攪拌軸轉速相同的條件下，反排列下物料軸向運動的速度更慢，完成一次循環(huán)運動所需要的時間更長，或者說在相同時間里，正排列下循環(huán)運動的次數更多，相應的攪拌質量也就更好。由于有兩根軸，所以布置方式共有三種，分別是正正排列，正反排列，反反排列。根據上面的分析可知，正排列時的攪拌性能明顯優(yōu)于反排列，于是首先可以排除反反排列。而正反排列時，由于左右兩軸上物料的軸向運動速度不同，左右兩側攪拌筒里的物料分布就不均勻，嚴重時會造成物料擁堵，截斷物料循環(huán)運動，因此正反排列也可以排除。本次設計選擇攪拌臂在兩軸上正正排布。兩軸攪拌臂之間的布置相位差對于雙臥軸攪拌機，除了沿攪拌軸軸向的物料循環(huán)運動，在它的兩軸之間還存在著物料逆流運動。逆流運動是指存在于左軸n號葉片和右軸n-1號葉片之間的物料運動，逆流運動包括從左到右的運動，也包括從右到左的運動，它對于提高攪拌機的攪拌質量具有重要的意義，所以設計中需要在不影響物料循環(huán)運動的前提下，盡可能提高逆流運動的強度。參考過往國內外設計經驗，為了使從左到右的逆流運動和從右到左的逆流運動交錯進行并保持合適的頻率，左軸n號葉片和右軸n-1號葉片之間應存在一定的相位差，如果相位差設置得太小，那么方向相反的逆流運動在主攪拌區(qū)相遇，反而阻斷了逆流運動。如果相位差設置得過大，間隔的時間過長，逆流運動的頻率不足，不利于攪拌質量的提高。結合相關設計資料以及市場同類產品的相關尺寸，本次設計選擇左軸n號葉片和右軸n-1號葉片之間相位差保持在60-240度。圖3-4物料的逆流運動本次設計共設置了6組方案，左軸n號葉片和右軸n號葉片的相位差分別為0度，60度，120度，180度，240度，300度，然后分析了每種方案的左軸n號葉片和右軸n-1號葉片之間相位差是否處在規(guī)定的范圍內，經過比較之后得出結論是，左軸n號葉片和右軸n號葉片的相位差為180度時，物料的循環(huán)運動不受影響同時物料的逆流運動強度較強。攪拌臂和攪拌軸、葉片的連接方式攪拌臂和攪拌軸之間的連接方式主要包括焊接式和插入式。焊接式就是將連接軸瓦與軸焊接，然后將攪拌臂插入連接軸瓦并焊接固定。連接軸瓦分為上瓦、下瓦，上下瓦之間用螺栓緊固。這樣，既可以避免對攪拌軸強度的削弱，又可以保證加工比較簡單。另外，連接軸瓦是標準件，使用軸瓦可以使生產成本大大減少。插入式就是先在軸上打孔，將臂插入孔中，然后選用兩墊塊定位和螺栓連接在一起加以固定。一般當攪拌軸的軸徑較大，支撐臂直徑較大，而且整機的攪拌功率也較大時，需要采用插入式的連接方式。相對于插入式，焊接式所能承受的攪拌阻力與阻力矩更小，在大功率攪拌時，焊接部位可能裂開，使攪拌系統失去工作能力。由于本次設計中攪拌軸受力及扭轉相對較小，則攪拌臂和攪拌軸之間的連接方式采取焊接式，采用螺栓將攪拌臂與葉片緊固連接。由于螺栓受壓應力作用，故無需校核螺栓強度。攪拌葉片尺寸設計在攪拌機卸料時，大部分物料可以通過自重被卸出攪拌筒，但還有一小部分需要通過攪拌葉片的推動使其卸出攪拌筒，因而葉片在攪拌軸軸向上的投影應該有部分重疊，這樣才能保證卸料干凈完整。而投影的重疊程度可以由重疊系數來表示式中，Lb為一根攪拌軸上所有葉片的投影總長度，單位m；L為攪拌軸長度，單位m，L=1.2m；n1為側攪拌葉片的數量，n1=2；n2為主攪拌葉片的數量，n2=4；Lc為側葉片的長度，單位m；Lz為主攪拌葉片的長度，單位m；α為葉片安裝角，單位°，α=45°。結合相關設計資料以及市場同類產品的相關尺寸，初定Lc=0.3m，Lz=0.24m，則可以計算得到重疊系數為參考過往國內外設計經驗，重疊系數一般應控制在0.92-1.25之間，這說明葉片長度設計值合理。主葉片和側葉片的具體結構尺寸設計如下圖所示，通過使用cad測量工具，測得主葉片和側面積的工作面積分別為攪拌葉片阻力系數的確定攪拌葉片的阻力系數是指在葉片的單位面積上受到的平均最大阻力，參考過往國內外設計經驗，可以通過經驗公式來估算攪拌葉片的阻力系數。式中，Z為攪拌葉片的阻力系數，單位N/cm2；v為攪拌葉片末端的運動速度，單位m/s，v=1.59；K為攪拌筒的容積利用系數，K=0.31。通過計算可得這里取Z=4.9N/cm2。攪拌功率計算對于側葉片來說：徑向力為軸向力為對于主葉片來說：徑向力為軸向力為由于攪拌過程中，左右兩軸的攪拌臂之間的相位差為180度，故每根軸上只有兩個主葉片與一個側葉片工作。則受的總徑向力為：總徑向力產生的轉矩為葉片阻力消耗的功率為在攪拌機工作過程中，攪拌臂也會受到物料運動的阻力，也會產生攪拌功率，這里近似地將1/2臂長作為有效長度計算。其中，因為側葉片擋住了對應攪拌臂的大部分，所以側攪拌臂產生的攪拌樓功率在本次計算中忽略不計。主攪拌臂受工作阻力的面積為由于兩根軸上有四支承臂同時受力，則徑向力為總徑向力產生的扭矩為攪拌臂阻力消耗的功率為單根攪拌軸的上的總功率為攪拌軸材料選擇由于攪拌裝置是整個攪拌機的“心臟”，所以足夠的攪拌軸強度對于攪拌機高工作可靠性有重要意義。45鋼為高強度中碳鋼，塑性和韌性較好，強度較高，切削性能良好，但是用水淬火后容易出現裂紋，一般需要調質后才能得到良好的綜合力學性能。參考過往國內外設計經驗，本次設計選用45鋼來制造軸，并分析軸的受力情況，進行軸的強度校核。有關性能參數如下：軸的受力情況首先計算各葉片及齒輪在A支承座產生的徑向支反力：側葉片Ⅰ產生的支反力為攪拌葉片Ⅰ產生的支反力為齒輪產生的支反力為各葉片及齒輪的徑向力在支承座A處產生的支反力為然后計算葉片在A支承座產生的軸向支反力：側葉片Ⅰ受到的軸向力產生的彎矩為攪拌葉片1的軸向力產生的繞x，y軸的彎矩分別為攪拌葉片2的軸向力產生的繞x，y軸的彎矩分別為：故由側葉片及攪拌葉片軸向力產生的彎矩總和為支座A處有葉片軸向力引起的x，y方向的支反力為故支座A處x，y方向總的支反力為軸的強度校核軸的受力簡圖為垂直面彎矩圖為水平面彎矩圖為合成彎矩圖為扭矩圖為根據已求出的總彎矩圖和扭矩圖，按第三強度理論求出各個截面的彎矩。計算彎矩的公式為計算彎矩圖為由計算彎矩圖可知，2點、1點處彎矩數值都比較大，又由于這兩處的截面大小形狀都相同，所以這里只對2點進行強度校核。另外B點處截面的抗彎系數比較小，但是受到的彎矩相對較大，因此這里也對B點出進行強度校核。截面2處:故截面2處是安全的。截面B處：故截面B處是安全的。軸承從前章的計算中可以知道，攪拌機在工作過程中，攪拌軸上存在很大的軸向載荷和徑向載荷，因此起支撐作用的軸承也要受到很大的軸向載荷和徑向載荷，單向推力球軸承能承受軸向載荷，雙列向心球面滾子軸承能承受徑向載荷，所以本次設計選擇型號為3520和51120的滾動軸承作為支撐攪拌軸的軸承。軸承的校核對于雙列向心球面滾子軸承(型號3520)：根據工作條件查表可知：溫度系數Ft=1；載荷系數Fp=2.7；壽命系數ε=3。根據前章的計算，n=30.25r/min，根據設計要求的工作時間，可以確定軸承所需的額定動載荷：由于，所以所選軸承滿足使用要求。對于單向推力球軸承(型號51120)：由設計要求給定的工作條件，可以得到：溫度系數Ft=1；載荷系數Fp=2.7；壽命系數ε=3。又知n=30.25r/min，根據設計要求的工作時間，可以確定軸承所需的額定動載荷：因為，所以所選軸承滿足使用要求。壽命計算對于雙列向心球面滾子軸承(型號3515)來說：對于單向推力球軸承(型號8115)來說：攪拌臂參考過往國內外設計經驗，本次設計選用調質處理的45號鋼為攪拌臂的材料。圖3-攪拌臂的受力簡圖如圖，這里可以將臂看作懸臂梁，截面A-A處是攪拌臂和連接套連接處，A-A截面處由軸向力產生的彎矩為：由軸向力產生的彎矩為：于是A-A截面處合成彎矩為因此正應力為所以A-A截面是安全的，即攪拌臂是安全的。連接鍵根據軸頸的直徑和輪轂的長度可以確定鍵的尺寸，規(guī)格為：83mm×20mm×12mm。參考過往國內外設計經驗，本次設計選擇45鋼制造攪拌軸上的連接鍵。平鍵在實際工作中一般會因為工作面壓潰或直接擠斷而失效，因此這里對于鍵的擠壓強度和剪切強度進行校核。對45鋼來說，鍵的擠壓應力為鍵的剪切應力為因此，這里選則雙鍵且按間隔180度布置較合適。傳動裝置對于雙臥軸攪拌機，其傳動裝置的作用就是將運動和動力從電機傳遞給攪拌軸，并改變轉動速度和扭矩大小。傳動裝置的傳動比準確性，傳動過程的穩(wěn)定性，傳動精度等性能對攪拌機的工作性能影響很大，而且傳動裝置的制造成本較高，其經濟性和使用壽命也應在設計中著重考慮，所以設計合理的傳動方案非常重要。參考過往國內外設計經驗，選擇下圖中的傳動方案。本機的攪拌傳動系統由電動機、V帶傳動、圓柱齒輪減速器、同步齒輪對等組成，如圖4-1所示。電動機連接小帶輪將動力傳遞給V帶傳動裝置，大帶輪連接輸入軸驅動兩級圓柱齒輪減速箱，減速箱輸出軸連接一個開式小齒輪，驅動另一個小齒輪和兩個開式大齒輪，這兩對同步齒輪的主要作用是使兩根攪拌軸攪旋轉速度相同，方向相反。該方案的特點為：可靠性高，結構簡單，制造方便，工作穩(wěn)定和傳動精度高。圖4-1攪拌機傳動系統傳動比分配所選電機的工作轉速為nm=1460r/min，由前章計算得出的攪拌軸的轉速為n0=30.25r/min，所以得到傳動裝置的總傳動比為：總傳動比公式為式中，i1為帶傳動的傳動比，i2為減速器的傳動比，i3為同步齒輪對的傳動比，根據以往的設計經驗，V帶傳動的傳動比一般在2-4，二級減速齒輪的推薦傳動比是8-40，并參考過往國內外設計經驗，本次設計的傳動比分配如下：帶傳動V帶的設計計算首先先確定計算功率，計算公式為式中，p為帶傳動的傳遞功率，單位kw；k1為工況系數，這里取為1.3。則計算功率為然后確定V帶的型號，根據計算功率和小帶輪轉速(即電機工作轉速nm=1460r/min)確定V帶型號為C型。接著計算大小帶輪的基準直徑，根據V帶的帶型(C型)可以得到最小基準直徑為200mm，這里選取小帶輪的基準直徑為d1=dm=200mm，根據傳動比計算大帶輪的基準直徑接著驗算帶速，帶速公式為參考過往國內外設計經驗，V帶的最高轉速一般為25-30m/s，則設計的帶速符合標準。然后確定中心距和V帶的基準長度，中心距的經驗公式為即為使帶傳動機構結構緊湊，中心距選為a0=420mm。V帶初算的基準長度可以根據幾何關系由下式計算：取基準直徑為ld=1800mm，則可計算出中心距為接著驗算小帶輪包角，可由經驗公式計算：小帶輪包角符合標準。接著要確定V帶的根數，可由經驗公式來確定式中，為包角系數，這里取0.93；為長度系數，這里取0.85；為單根帶額定功率的增量，單位kw，這里取1.14；為單根帶的額定功率，單位kw，這里取5.86；則通過計算可得對得出的結果取整為z=4。最后確定軸上的預緊力和作用在軸上的預緊力，計算可得帶輪的設計計算帶輪的常用材料有鑄鐵、鑄鋼、輕質合金、木材和塑料等。當圓周速度不高于30m/s時，常用HT150或HT200來制造帶輪；鑄鋼帶輪和沖壓鋼板焊接帶輪適用于圓周速度很高的情況下；對于低速且小功率的傳動，也可以使用木帶輪或高強度的塑料帶輪。根據前章計算的帶速，本次設計選擇使用鑄鐵帶輪。帶輪結構可根據其基準直徑確定，一般小帶輪，即基準直徑不大于軸徑的2.5倍時帶輪可以采用實心式；腹板式或者孔板式適用于一般大小的帶輪，如果帶輪直徑比較大，一般在直徑大于300mm時，才會采用輪輻式帶輪。本次設計中大帶輪的基準直徑為380mm，又由于帶輪與軸的直徑差大于100mm，大帶輪采用輪輻式；小帶輪基準直徑為200mm，所以采用腹板式；小帶輪的基準直徑，電動機軸徑d=42㎜，因此有：大帶輪的基準直徑；軸徑d=42mm(由減速機的軸徑確定)，因此有：減速器由減速機的傳動比i2=16得，減速機的規(guī)格是(二級圓柱齒輪減速器)，又因為大齒帶輪的分度圓直徑是390mm，由安裝尺寸和合理的布局性選用減速機224型號，查機械手冊的ZLY-224型號減速機的尺寸參數如下：表4-減速器結構尺寸參數ABHad1l1L17553905153844282267b1t1d2l2L2b2t2124510016535528106m1m3n1n2e1e2e331033570165.5137.5168263圖4-2ZLY型減速器同步齒輪對首先應選擇齒輪材料，小齒輪選用調質處理的45鋼，布氏硬度大約在180-210，大齒輪選用正火處理的45鋼，布氏硬度大約在150-180；查表可得大小齒輪的接觸和彎曲疲勞強度分別為這里取安全系數SH=1.1，可以求得許用應力為：這里取安全系數SF=1.4，可以求得許用應力為：設計齒輪結構參數：然后驗算輪齒的彎曲強度：齒形系數分別為應力校正系數分別為因此齒輪的危險截面彎曲應力為則齒輪的彎曲強度通過校核。齒輪的圓周速度為所以這里選用8級精度的齒輪。小齒輪分度圓直徑為小齒輪齒頂圓直徑為小齒輪齒根圓直徑為大齒輪分度圓直徑為大齒輪齒頂圓直徑為小齒輪齒根圓直徑為這對齒輪的中心距為齒輪傳動可做成開式，半開式或閉式，完全暴露在外邊就是開式齒輪，外部的雜質顆粒容易進入開式齒輪，使輪齒齒面發(fā)生磨粒磨損，齒面磨損后再進行嚙合時容易出現噪聲和震動，而且磨損會導致齒厚變薄，嚴重時齒輪將被折斷，而齒輪罩可以有效減少外部雜質顆粒進入齒輪嚙合面，因此設計防護罩式是十分必要的。齒輪罩的材料大多是鋼板、薄板，通過焊接而成，設計中用2mm的薄板通過焊接而成，一般有四部分組成，前側板、后側板罩腳以及弧面板，后側板是靠近攪拌同一側，前側板靠近減速機，弧面板在齒輪上方，可以有效地防止雜物落入齒輪嚙合部位，為了防止齒輪罩的制造誤差影響傳動過程，在設計過程中要在齒輪罩和齒輪之間留出一定的距離，這里設為18mm。罩底部應設計多個通孔，用于螺釘固定。軸端密封裝置軸端密封，就是對攪拌兩端的滾動軸承進行密封，阻止物料泥漿從縫隙中泄露造成對軸承的腐蝕破壞，保證攪拌軸在較長時間里正常工作，延長其使用壽命?；炷辽皾{一旦進入滾動軸承，侵入保持架和滾動體的間隙和滾道，將迅速破壞滾動體表面和座圈內表面，使軸承快速失去工作能力。雙臥攪拌機在國外出現很早，但由于早期軸端密封技術遲遲沒有達到實際生產的要求，所以雙臥軸攪拌機難以得到廣泛應用。因此，攪拌軸軸端密封是攪拌機設計中相當重要的一部分。軸封裝置的分類軸封裝置按照工作原理分類，可以分為液封、填料密封和機械密封三種類型。當攪拌設備設置軸封的目的是阻止外部的雜質顆粒進入攪拌機內部污染工作介質，而不是阻止混凝土物料進入滾動軸承時，液封式軸封裝置可以用于這種攪拌設備，其結構如圖5-1所示。液封式軸封裝置的結構特殊，因為它不需要與攪拌軸直接接觸，但實際工作要求靜止元件與旋轉元件之間要保持一定的距離，所以相關零件必須要有較高的制造精度、安裝精度。同時，液封裝置對于工作條件的要求比較嚴格，當工作介質為易燃易爆或對會環(huán)境造成嚴重污染或毒性程度嚴重或攪拌機內工作壓力與大氣壓不等時，液封裝置就不再適用了。填料密封裝置結構簡單、制造方便、易于維護，臥軸式攪拌機在發(fā)展初期使用的就是這種軸封裝置，但它有一個致命的缺點就是其工作可靠性較差，密封能力弱，一旦填料被大量磨損，就會產生嚴重泄露，正是因為這個原因它很快被新型的軸封技術代替了。圖5-2機械密封結構1-彈簧2-動環(huán)3-靜環(huán)與上述兩種方式不同，機械密封的最大特點就是它的密封工作面在攪拌軸的徑向，裝置中的動環(huán)和靜環(huán)相互貼緊端面，動環(huán)隨軸同步轉動，靜環(huán)固定不動，兩環(huán)的接觸端面會形成油膜，從而實現密封。機械密封的優(yōu)點在于其密封能力強，不易出現故障，工作壽命長，性能穩(wěn)定且能適應各種惡劣的工作環(huán)境，如腐蝕性環(huán)境，高溫環(huán)境，風沙環(huán)境等等。如圖5-2所示，機械密封的結構包括與軸用平鍵連接的動環(huán)、與攪拌筒固連的靜環(huán)、使動環(huán)和靜環(huán)緊貼的壓緊裝置還有O型密封圈。當轉軸旋轉時，靜止的靜環(huán)和與攪拌軸同步的動環(huán)緊緊貼著，同時壓緊裝置負責軸向壓緊力，兩環(huán)的接觸端面會形成油膜，從而實現密封。如圖5-2所示，按照工作性質劃分，A點、C點、D點都是靜態(tài)密封，都可以用密封圈或者墊片起密封作用，分別負責動環(huán)與軸之間的密封，靜環(huán)與滑轂之間的密封，滑轂與襯板之間的密封，B點則是動態(tài)密封，負責動環(huán)和靜環(huán)作相對運動時的端面密封，是機械密封的關鍵。兩個密封端面的表面質量較高，依靠介質的壓力和壓緊裝置使兩端面保持密緊接觸，并形成具有一定承載能力的油膜起密封作用。軸封裝置的選用圖5-3浮動密封的結構本次設計采用了如圖5-3所示的機械浮動密封，采用這種機械浮動裝置是因為它在以往常規(guī)的密封基礎上做了巨大的改進，很大程度上提高了產品的質量，被廣泛應用到各種工程機械上。這種機械浮動密封裝置由浮動密封環(huán)(高合金白口鑄鐵)、轉轂、攪拌軸、O型密封圈和滑轂組成，其中一個浮封環(huán)與用平鍵連接并同步轉動，另一個浮封環(huán)與攪拌筒固連保持不動。在裝配浮封環(huán)時一定要安裝壓緊裝置或者加上合適的預緊力，使得密封圈產生彈性變形，從而對動環(huán)、靜環(huán)產生反力，這樣就保證了靜環(huán)與動環(huán)的端面緊緊貼住。當密封環(huán)的端面或密封圈受到磨損后，密封圈與密封環(huán)之間還存在殘余預緊力使它們的端面仍然可以保持貼合，雖然貼合面的壓力減小了一些，但是整個裝置依然可以保持良好的密封工作能力。上料與卸料裝置上料裝置的工作原理上料裝置包括卷揚機構、進料料斗、上料架、料斗、滑輪等部分，電機連接減速器輸入軸，輸出軸將動力傳遞給卷筒，鋼絲繩一端繞在卷筒上，另一端牽引料斗，料斗可以沿著上料架軌道上升或下降。當上料裝置工作時，電機通過一系列傳動裝置驅動料斗上升，當上升到軌道的末端時，料斗門打開使物料落入攪拌筒內。此外上料架上還設置了限位開關，用以確定料斗在投料時與攪拌筒進料口的相對位置。上限位有兩個限位開關，防止料斗脫離軌道；下限位設有一個限位開關，當料斗下降到地表面以下觸動限位開關時，電機會暫停提供動力，鋼絲繩也會恢復松弛狀態(tài)。制動電機可以提供足夠的正反雙向力矩，使料斗在裝滿物料時可以停在軌道上的任意位置。1-滑輪2-料斗3-進料料斗4-卷揚機構5-上料架圖6-1上料機構示意圖上料系統結構設計參考過往國內外設計經驗，本次設計的上料方式確定為卷揚電機+提升斗的方式。對于卷揚電機的選型，市場上同類產品所選用的都是型號為YEZ160S-4的卷揚電機，其功率滿足設計要求，為15kw，工作穩(wěn)定性高，控制精度高，產生的力矩足以使?jié)M載的料斗以規(guī)定的速度上升或下降。在考慮了料斗門打開時物料的放料效果，考慮了料斗軌道在地下的長度和機架所需的高度，考慮了整機所需的工作面積工作高度后，本次設計確定軌道的斜置角度為60度，使用槽鋼來制造軌道，滾輪的上滾輪置于槽鋼內側，而下滾輪置于槽鋼外側，這樣可保證料斗的上升下降安全平穩(wěn)。參考過往國內外設計經驗，市場上同類產品采用的料斗有很多種類，如正方形、長方形、正六邊形和橢圓形等等，由于正方形料斗的結構簡單，制造方便，成本低，而且設計方法成熟，所以本次設計選用正方形料斗。在設計過程中，設計要求每次投入筒體的物料體積，決定了料斗中部的結構尺寸(正方形的邊長和中部的高度)。而料斗底部形狀是四棱椎體，料斗門打開時物料就是沿著椎體傾角下落到筒體的，因此設計中必須保證傾角大于當量摩擦角，使所有物料順利落下而不是附著在料斗內壁上。圖6-2為料斗的結構示意圖，在圖中的切面上有最小傾角，只要使最小傾角大于等于當量摩擦角，就能滿足設計要求。則有式中，φi為物料與料斗內壁之間的摩擦角。圖6-2料斗結構尺寸在實際生產中，料斗不能全部裝滿物料，如圖6-2所示，在ab線以上物料只能填充一部分空間而不能填滿，所以在設計料斗容積時應預留部分容積。參考過往國內外設計經驗，可以由經驗公式來確定ab線的位置：式中，αd為物料的動休止角。參考過往國內外設計經驗，料斗放料口的尺寸取決于單位時間內能放料的體積，計算公式為：式中，V為料流速度，單位m/s；Ω為垂直于物料流動方向的實際出口面積，單位m2；γ為物料的堆積面積，單位t/m3。當物料的粒度較大時，實際放料出口的邊長等于料斗的放料口邊長減去物料的平均粒度。物料流動的“極限水力半徑”為為了使卸料過程不產生拱塞現象，卸料口的尺寸必須滿足下式這里取RKS=0.2m，故正方形卸料口邊長B=0.8(m)。圖6-3放料口料流情況上述計算設計結果列表如下：表6-1料斗結構參數參數e(mm)H(mm)α1(°)α2(°)B(mm)b(mm)V(m/s)Ω(mm3)Q(t/h)數值10036378698002000.721440074.6卸料系統工作原理1-液壓油缸2-卸料門3-限位接近開關4-控制桿圖6-4卸料系統結構圖如圖6-4所示，卸料系統的構成包括卸料門、限位接近開關、控制桿、液壓油