混凝土攪拌站輸送攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(jì)混凝土攪拌站輸送攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)THE DESIGN OF CONVEYOR SYSTEMS AND MIXING SYSTEMS OF CONCRETE MIXING PLANT 學(xué)生姓名：趙 浩 學(xué) 號(hào)：200841914301 年級(jí)專業(yè)及班級(jí)：2008級(jí)機(jī)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(jì)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(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)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(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。同時(shí)，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(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 畢業(yè)論設(shè)計(jì) 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?fàn)顩r及其發(fā)展趨勢(shì)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(jì)3 3.1 方案比較3 3.2 帶式輸送機(jī)工作原理3 3.3 帶式輸送機(jī)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(jì)算4 3.4.2 輸送帶選擇5 3.4.3 驅(qū)動(dòng)裝置及減速器選擇5 3.5 主要部件計(jì)算5 3.5.1 托輥的選擇與計(jì)算5 3.5.2 滾筒的選擇與計(jì)算7 3.5.3 拉緊裝置7 3.5.4 清掃裝置7 3.5.5 制動(dòng)裝置84 混凝土攪拌站攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)8 4.1 槳葉攪拌時(shí)的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力分析8 4.1.1 動(dòng)力分析8 4.1.2 運(yùn)動(dòng)分析9 4.2 攪拌機(jī)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(jì)算11 4.2.5 拌缸幾何尺計(jì)算11 4.3 攪拌機(jī)軸上攪拌臂的排列12 4.4 攪拌機(jī)驅(qū)動(dòng)部分選擇13 4.4.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(jì)15 5 結(jié)論15 參考文獻(xiàn) 15 致謝 16 混凝土攪拌站輸送系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)雙臥軸攪拌機(jī)和相匹配的帶式輸送機(jī)。通過對(duì)生產(chǎn)率的要求來設(shè)計(jì)輸送系統(tǒng)，再通過計(jì)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(jìn)行設(shè)計(jì)。通過查閱資料，在設(shè)計(jì)過程中有詳細(xì)的計(jì)算設(shè)計(jì)，讓攪拌站各個(gè)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(jī)；帶式輸送機(jī)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(dòng)了混凝土生產(chǎn)產(chǎn)量的迅速提高。混凝土生產(chǎn)是改變傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)分散攪拌混凝土的生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化的一項(xiàng)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(diǎn)大大提高了混凝土工程質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件，減少環(huán)境污染而使人類受益?；炷潦钱?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(shí)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(shí)成型，養(yǎng)護(hù)硬化而成的一種人工石材?；炷辆哂性县S富，價(jià)格低廉，生產(chǎn)工藝簡單的特點(diǎn)，因而使其用量越來越大。同時(shí)混凝土還具有抗壓強(qiáng)度高，耐久性好，強(qiáng)度等級(jí)范圍寬等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)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(jī)械工業(yè)，海洋的開發(fā)，地?zé)峁こ痰?，混凝土也是重要的材料。由此可見，?duì)于混凝土的制造機(jī)械的研究在機(jī)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?fàn)顩r及其發(fā)展趨勢(shì)由于我國的城市化進(jìn)程不斷向前推進(jìn)，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(jìn)水平，有些技術(shù)已經(jīng)超過進(jìn)口混凝土攪拌站的水平，其中部分產(chǎn)品具有自動(dòng)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(shí)現(xiàn)多倉號(hào)、多配合比、不間斷地連續(xù)生產(chǎn)以及主機(jī)及其主要元器件的國產(chǎn)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)?；炷翑嚢枵局饕蓴嚢柚鳈C(jī)、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(jī)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(gè)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(jī)按其攪拌方式分為強(qiáng)制式攪拌和自落式攪拌。強(qiáng)制式攪拌機(jī)是目前國內(nèi)外攪拌站使用的主流，它可以攪拌流動(dòng)性、半干硬性和干硬性等多種混凝土。自落式攪拌主機(jī)主要攪拌流動(dòng)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(dòng)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(duì)混凝土攪拌站的設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)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(jī)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(jī)的高度約為1.5到2米，普通帶式輸送機(jī)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(jī)帶長需要12米以上。據(jù)此，對(duì)混凝土攪拌站有如圖1所示的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。骨料從A出開始運(yùn)輸，到B處進(jìn)入攪拌機(jī)C，在攪拌機(jī)中完成攪拌，成為混凝土熟料后，經(jīng)過卸料裝置進(jìn)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(jì)3.1 方案比較方案一：料斗提升，其優(yōu)點(diǎn)是占地面積下，機(jī)構(gòu)簡單。方案二：皮帶輸送，其優(yōu)點(diǎn)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(duì)運(yùn)動(dòng)，能夠避免對(duì)輸送物的損壞。從物料的性質(zhì)、環(huán)保、節(jié)能及性價(jià)比等方面考慮，本設(shè)計(jì)選用帶式輸送機(jī)作為骨料的輸送設(shè)備。3.2 帶式輸送機(jī)工作原理帶式輸送機(jī)是以無極撓性輸送帶載運(yùn)物料的連續(xù)輸送機(jī)械。輸送帶即是牽引機(jī)構(gòu)又是承載機(jī)構(gòu)，用旋轉(zhuǎn)的托輥支撐，運(yùn)行阻力較小。主動(dòng)滾筒在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，通過主動(dòng)滾筒與輸送帶之間的摩擦力帶動(dòng)帶及帶上的貨載一同連續(xù)運(yùn)行，當(dāng)貨載運(yùn)動(dòng)到端部后，由于輸送帶換向而卸載。3.3 帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)和布置方式帶式輸送機(jī)又稱為膠帶運(yùn)輸機(jī)，帶式輸送機(jī)由以下部件組成：頭架、驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)滾動(dòng)、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(hù)裝置等。電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器、減速器帶動(dòng)傳動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)或其他驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，借助于滾筒或其他驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與輸送帶之間的摩擦力，使輸送帶運(yùn)動(dòng)。通用固定式輸送帶輸送機(jī)多采用單點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式，即驅(qū)動(dòng)裝置集中的安裝在輸送機(jī)的某一個(gè)位置處，一般放在機(jī)頭處。單點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式按傳動(dòng)滾筒的數(shù)目分，可分為單滾筒和雙滾筒驅(qū)動(dòng)。對(duì)每個(gè)滾筒的驅(qū)動(dòng)又可分為單電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。單筒、單電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式最簡單，在考慮驅(qū)動(dòng)方式時(shí)應(yīng)是首選方式。因改帶式輸送機(jī)應(yīng)用于混凝土攪拌站中對(duì)于骨料的輸送部分，故選擇單電動(dòng)機(jī)、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(jī)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(jì)算 （1）式中：Q輸送機(jī)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(jī)運(yùn)行速度，m/s； k傾斜輸送機(jī)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(jì)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(jī)工程設(shè)計(jì)規(guī)范表3.1.3可得運(yùn)行堆積角=15o，查帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)規(guī)范表A.1可得S=0.03763m2。輸送機(jī)在輸送方向的傾斜角度可取=20o，則查帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)規(guī)范表3.1.4可得k=0.81。根據(jù)帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)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(shí)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(jī)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(jì)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(duì)輸送帶的要求是：（1） 具有足夠的抗張強(qiáng)度和模量、伸長率低；（2） 強(qiáng)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(fù)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(jī)最關(guān)鍵的一步，對(duì)帶式輸送機(jī)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(jì)選用的是普通輸送帶。3.4.3 驅(qū)動(dòng)裝置及減速器選取根據(jù)帶寬和帶速在傳動(dòng)滾筒可取直徑范圍內(nèi)，選取傳動(dòng)滾動(dòng)直徑D=800mm，查DTII型固定式帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)選用手冊(cè)得驅(qū)動(dòng)裝置組合139，該組合中電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y180M-4，聯(lián)軸器 。該電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速1480r/min，額定功率18.5kw。帶速v=1.6m/s，又傳動(dòng)滾筒的直經(jīng)D=800mm，所以可算出傳動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)速為39r/min。故傳動(dòng)比約為36。查 DTII型固定式帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)選用手冊(cè)可選用三級(jí)硬齒面圓錐圓柱齒輪減速器DCY180。改減速器傳動(dòng)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(jì)3.5.1 托輥選擇與計(jì)算托輥是帶式輸送機(jī)的重要部件，種類多，數(shù)量大。它占了一臺(tái)帶式輸送機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)必須靈活可靠，減少輸送帶同托輥的摩擦力，對(duì)占輸送機(jī)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(duì)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(dòng)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(dá)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(yùn)送物料的松散比重和塊度有關(guān)。被運(yùn)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(shí)使輸送帶的運(yùn)轉(zhuǎn)條件改善，促使輸送帶的運(yùn)行阻力系數(shù)減小。高速輸送機(jī)用托輥的直徑應(yīng)適當(dāng)增大，使托輥的轉(zhuǎn)速和震動(dòng)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(fù)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(jī)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(duì)上側(cè)托輥進(jìn)行載荷計(jì)算并校核。上冊(cè)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(dòng)載荷：式中：fs運(yùn)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(jì)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(jī)設(shè)計(jì)選用手冊(cè)可知為315mm，軸承4G204，此型號(hào)軸承為舊標(biāo)準(zhǔn)，它對(duì)應(yīng)的新標(biāo)準(zhǔn)為6024/C4，承載能力為2340N，遠(yuǎn)大于理論計(jì)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(jì)算 滾筒式帶式輸送機(jī)的重要部件，按在輸送機(jī)中所起作用滾筒可分為傳動(dòng)滾筒和改向滾筒兩大類。傳動(dòng)滾筒的作用是將驅(qū)動(dòng)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(jī)端部的改向滾筒、增加傳動(dòng)滾筒包角的改向滾筒和用于拉緊裝置的改向滾筒。傳動(dòng)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(diǎn)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(jī)上。鑄膠滾筒的主要優(yōu)點(diǎn)是表面摩擦系數(shù)大，適用于環(huán)境濕度大、運(yùn)距長的運(yùn)輸機(jī)7。根DTII型固定式帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)選用手冊(cè)，此次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)滾筒直徑選用D=800mm，改向滾筒直徑選用d=630mm。滾筒直徑的驗(yàn)算，根據(jù)滾筒表面的壓強(qiáng)進(jìn)行滾筒直徑的驗(yàn)算。 （3） 式中：Fmax最大拉力，N； 平均接觸面壓，對(duì)于織物帶芯取0.4MPa。將公式變形并計(jì)算可知傳動(dòng)滾筒選擇800mm是符合要求的。3.5.3 拉緊裝置帶式輸送機(jī)的正常運(yùn)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(dòng)拉緊，查表選用自動(dòng)絞車式拉緊裝置，車式拉緊裝置動(dòng)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(huì)粘在輸送帶工作面上，在卸料時(shí)不能卸掉，這事，粘著的物料便會(huì)進(jìn)入輸送機(jī)下段的托輥上，把托輥弄臟并粘有這些附著物。物料進(jìn)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(huì)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(jī)上有著不可忽視的作用。在運(yùn)行中，如果想認(rèn)為清除機(jī)尾滾筒附著物，往往容易發(fā)生嚴(yán)重人身傷亡事故。因此，為保證帶式輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在進(jìn)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(jìn)行處理9。3.5.5 制動(dòng)裝置對(duì)于傾斜輸送物料的帶式輸送機(jī)，其平均傾角大于4o時(shí)，當(dāng)滿載停車時(shí)會(huì)發(fā)生上運(yùn)物料時(shí)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(dòng)裝置。輸送機(jī)向上運(yùn)輸時(shí)，在停車時(shí)需防止輸送帶的反向倒退，此時(shí)的制動(dòng)一般稱為逆止，必須設(shè)置逆止裝置和制動(dòng)裝置。傳動(dòng)滾筒所需的逆止力（制動(dòng)力）應(yīng)按輸送機(jī)的最不利逆止工況計(jì)算。本次設(shè)計(jì)選擇制動(dòng)器型號(hào)為YWZ5-250/30。4 混凝土攪拌站攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖4 攪拌裝置Fig4 Mixing equipment在此次設(shè)計(jì)中，混凝土攪拌站攪拌系統(tǒng)選用雙臥軸攪拌機(jī)。攪拌機(jī)主要由攪拌裝置、拌缸、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)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(jìn)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(shí)的動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)分析拌和時(shí)，松散的混合料在槳葉作用下，其動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)形態(tài)極為復(fù)雜。為進(jìn)行定性分析，將某一瞬間槳葉對(duì)混合料的作用情況簡化為下圖。4.1.1 動(dòng)力分析如圖4，設(shè)槳葉工作表面對(duì)混合料的作用力的合力為F，則混合料對(duì)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(jì)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(dòng)力和運(yùn)動(dòng)分析Fig5 Motivity and movement analysis此外，混合料與槳葉表面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面有一摩擦力Ff。Ff的計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)確定11。從圖可知，當(dāng)F1-F2f0時(shí)，混合料即沿槳葉工作表面移動(dòng)；當(dāng)F1-F2f0,即F1F2f時(shí)，混合料在槳葉寬度方向不會(huì)移動(dòng)，此時(shí)，攪拌機(jī)生產(chǎn)率等于0。將F1F2f變換后得：FsinkFfcosk，即當(dāng)Karctanf時(shí)，槳葉的運(yùn)動(dòng)不能推動(dòng)混合料沿?cái)嚢栎S方向移動(dòng)。4.1.2 運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，另一方面沿槳葉工作便面的寬度方向滑動(dòng)12?；旌狭涎貥~工作表面快讀方向的滑動(dòng)速度v可分解為兩個(gè)分速度：軸向速度v1和切向速度v2。圖中各速度計(jì)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(jì)時(shí)確定）； VL混合料的線速度； K與動(dòng)力分析時(shí)相同。將動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)綜合起來分析，可以得出：當(dāng)K一定時(shí)（大于arctanf），V增大，則F增大，即F1-F2f=F（sinK-fcosK）增大，同時(shí)v增大，v1也增大，混合料沿軸向的運(yùn)動(dòng)速度加快；反之，V減下，則有混合料沿軸向的運(yùn)動(dòng)速度降級(jí)13。當(dāng)V為定值，K=arctanf40o時(shí)，K增大，則F（sinK-fcosK）增大，v增大；此時(shí)，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(yùn)動(dòng)速度加快。當(dāng)V為定值，K=40o50o時(shí)，K增大，則F（sinK-fcosK）增大，v增大；此時(shí)，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(yùn)動(dòng)速度基本不變。當(dāng)V為定值，K=50o90o時(shí)，K增大，則F（sinK-fcosK）增大，v增大；此時(shí)，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(yùn)動(dòng)速度基本減小。以上結(jié)果表明：（1）混合料的攪拌時(shí)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(shí)，攪拌效果最佳。但是，槳葉線速度和安裝角的變化，會(huì)改變攪拌機(jī)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(jì)攪拌機(jī)時(shí)，一般先確定攪拌機(jī)生產(chǎn)率，然后再計(jì)算和確定其他技術(shù)參數(shù)。4.2 攪拌機(jī)主要技術(shù)參數(shù)確定4.2.1 拌缸橫截面流量攪拌機(jī)工作時(shí)，混合料在攪拌裝置的作用下，不斷翻動(dòng)、摻和，其流態(tài)非常復(fù)雜，但從宏觀上分析，由于攪拌機(jī)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(jì)算公式為： （7）式中：Q進(jìn)進(jìn)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(jī)生產(chǎn)率為120m3/h，故Q進(jìn)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(jī)工作時(shí)，攪拌槳葉能夠翻動(dòng)、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(jì)算。初步設(shè)計(jì)時(shí)14，可按下式計(jì)算： （8）式中：Q拌缸橫截面流量，m3/h； t攪拌時(shí)間，h。根據(jù)查閱資料，水泥混凝土t=4060s，當(dāng)Q大時(shí)（大于150m3/h）取大值，Q小時(shí)取小值。根據(jù)之前計(jì)算的Q值，這里t取40s，帶入公式計(jì)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(yàn)，攪拌機(jī)葉片頂部線速度V應(yīng)為1.51.7m/s。當(dāng)V大于此經(jīng)驗(yàn)速度時(shí)，攪拌機(jī)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(huì)不適當(dāng)?shù)姆鬯槭?，降低混合料的質(zhì)量。4.2.4 攪拌裝置各幾何尺寸計(jì)算參考相關(guān)資料，攪拌裝置各幾何尺寸按如下公式計(jì)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(shí)，W取小值。通常B=0.81.0，當(dāng)槳葉安裝角在40o45o時(shí)，B取小值；其他角度時(shí)，B取大值。故W=1.1，B=0.8，帶入數(shù)據(jù)計(jì)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(shí)，W取大值；當(dāng)液體自流和小壓力噴入拌缸時(shí)，W取小值15。本次設(shè)計(jì)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(jì)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(diǎn)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(jì)算得a=0.74m。4.2.5 拌缸幾何尺寸計(jì)算(1) 進(jìn)料口尺寸M和N進(jìn)料口尺寸應(yīng)與送料機(jī)械的卸料口相匹配。當(dāng)送料機(jī)械為皮帶輸送機(jī)時(shí)，可初定N=B=0.8m，然后按下式計(jì)算M：M=（24）h式中h為輸送機(jī)橫截面料高，當(dāng)皮帶機(jī)為槽型托輥時(shí)， ，其中a為槽型托輥傾角，由帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)可知a=30o，帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得：M=0.48m。（2） 出料口尺寸E和F如圖5所示，當(dāng)攪拌機(jī)出料口設(shè)置在拌缸端部下面時(shí)，尺寸E的大小對(duì)攪拌時(shí)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(shí)，E與物料粒度有關(guān)，初步設(shè)計(jì)時(shí)，按下式計(jì)算：E=（2.53.5）d式中，d為物料最大粒徑,經(jīng)計(jì)算可得E=0.36。尺寸F的計(jì)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(jì)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(jì)算可得S1=0.28m2。當(dāng)A=34o40o時(shí)，S2=（2.943）R2，計(jì)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(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，C=58mm，K=1.78m。4.3 攪拌機(jī)軸上攪拌臂的排列單根軸上相鄰兩個(gè)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(jī)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(huì)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(duì)于正排列的規(guī)定是：當(dāng)逆著混合料流動(dòng)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(dòng)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(duì)于拌缸的設(shè)計(jì)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(duì)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(gè)。4.4 攪拌機(jī)驅(qū)動(dòng)部分選擇4.4.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型由于連續(xù)式混凝土攪拌機(jī)從結(jié)構(gòu)上看，主要就是依靠電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)減速機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)攪拌軸的旋轉(zhuǎn)。因此，電機(jī)是整個(gè)裝置的動(dòng)力元件。由于在露天工作，工作時(shí)灰塵較多，土揚(yáng)水濺的工作場(chǎng)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(dòng)力，因此連續(xù)式混凝土攪拌機(jī)的生產(chǎn)能力決定著電機(jī)的功率。此處電動(dòng)機(jī)選型計(jì)算不詳細(xì)涉及功率計(jì)算，而依據(jù)工作裝置轉(zhuǎn)速進(jìn)行電機(jī)選型。異步電機(jī)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(fù)載特性較硬等特點(diǎn)，是應(yīng)用較廣、需求較多的一類電機(jī)。綜合考慮各個(gè)條件，暫選電機(jī)為Y180M-4型電機(jī)。查表知該電機(jī)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(jī)在攪拌時(shí)，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(jī)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(jī)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(hào)為ZSY224。額定功率為64KW。4.4.3 聯(lián)軸器選擇由于電機(jī)與減速器和減速器與攪拌軸之間需要傳遞扭矩和運(yùn)動(dòng)，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(hù)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(jī)器的聯(lián)軸器。由于電機(jī)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(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)，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(jì)P1=P122 （14）式中：P電機(jī)功率，kw； 1聯(lián)軸器的效率； 2減速器的效率；已知電機(jī)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(jì)算得P1=17.85kw。選取45號(hào)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(huì)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(jì)中，軸徑最小部分取200m。因與計(jì)算的最小軸徑比增大了10倍，故不在對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)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(hào)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(jì)中，輸送系統(tǒng)采用帶式輸送機(jī)，方案簡單易行，性價(jià)比高，后期維護(hù)簡單。在設(shè)計(jì)過程中由給定的生產(chǎn)力計(jì)算骨料輸送量，進(jìn)而對(duì)帶寬、帶速進(jìn)行選擇并計(jì)算校核，之后選取了各種托輥、傳動(dòng)滾筒、轉(zhuǎn)向滾筒等部件的型號(hào)，最后完成對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器的選取，從而完成對(duì)輸送機(jī)的設(shè)計(jì)。攪拌系統(tǒng)采用強(qiáng)制式雙臥軸攪拌機(jī)，由生產(chǎn)率這一給定條件，對(duì)攪拌機(jī)進(jìn)行由外到里的設(shè)計(jì)，先確定攪拌缸的容積和相關(guān)數(shù)據(jù)，在進(jìn)一步對(duì)拌缸里面的攪拌軸、攪拌臂、槳葉進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。最后選取驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、軸承等部件，并進(jìn)行相關(guān)的校核，從而完成對(duì)攪拌裝置的設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn) 1徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992-4:9-84.2劉蘇.計(jì)算機(jī)繪圖M.武漢:科技出版社,2001-3:24-65.3王昆.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)M.北京:高等教育出版社,2001-6:42-67.4紀(jì)名剛，濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì)M (第六版).北京:高等教育出版社, 2000-4:23-53.5孫恒，陳作模.機(jī)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(jī)械制