新型水泥發(fā)泡機(jī)的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計(論文)

PAGEPAGEII圖書分類號：密級：畢業(yè)設(shè)計(論文)新型水泥發(fā)泡機(jī)的設(shè)計DESIGNOFANEWTYPEOFFOAMEDCONCRETEMACHINE畢業(yè)設(shè)計(論文)PAGEI學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論文作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書本人完全了解關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸所擁有。有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：日期：年月日日期：年月日PAGEI摘要本文研究設(shè)計了一種新型水泥發(fā)泡機(jī)。為解決普通發(fā)泡機(jī)發(fā)泡效果不好的問題，該設(shè)備采用高壓引氣的方式發(fā)泡，利用空氣壓縮機(jī)引氣、液泵供液。發(fā)泡劑溶液與空氣在裝有發(fā)泡球的發(fā)泡管中充分混合產(chǎn)生泡沫。為了得到不同泡徑的泡沫，該設(shè)備設(shè)計了兩個發(fā)泡管。在供液管路、進(jìn)氣管路與發(fā)泡管相連的部位分別安裝了閥門以選擇發(fā)泡的發(fā)泡管。考慮到所需發(fā)泡量的不同，該設(shè)備還設(shè)計了雙向供液方式（抽液管與盛液斗）。本新型水泥發(fā)泡機(jī)不僅能夠確保所制備的泡沫的穩(wěn)定性，還能通過流量控制閥改變泡沫的密度。關(guān)鍵詞壓縮空氣型；發(fā)泡管；泡徑；氣液混合比畢業(yè)設(shè)計(論文)PAGEIIAbstractInthispaper,anewtypeofcementfoamingmachineisdesigned.Inordertosolvetheproblemthattheordinaryfoamingmachineisnotfoaming,theequipmentadoptsthewayofhighpressureairleadgas,andusesaircompressortoleadtheairandliquidpumptosupplyliquid.Thefoamingagentsolutionmixswiththeairinthefoamingpipecontainingfoamedspheres.InordertogetthebubblesindifferentDiameter,twofoamtubesweredesigned.respectively,isWeinstalledthevalvesrespectivelytoselectthefoamingpipeattheconnectingpartofthefoamingpipe,theinletpipeandthesupplyliquidpipe.Consideringthedifferenceoftheamountoffoamrequired,theliquidsuppliedfroomdifferentDirection(PumpingfluidandShengYedou)isalsodesigned.Thenewtypeofcementfoamingmachinecannotonlyensurethestabilityofthepreparedfoam,butalsochangethedensityofthefoambyflowcontrolvalve.KeywordsCompressedairtypeFoamingtubeBubblediameterGas-liquidmixingratio全套圖紙外文文獻(xiàn)扣扣1411494633畢業(yè)設(shè)計(論文)PAGE34目錄摘要 IAbstract II1緒論 11.1泡沫混凝土的產(chǎn)生以及發(fā)展 11.1.1泡沫混凝土的簡介 11.1.2泡沫混凝土的特性 11.1.2泡沫混凝土的制備 21.1.3泡沫混凝土的應(yīng)用 31.1.4泡沫混凝土在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 51.2設(shè)計要求及內(nèi)容 81.2.1設(shè)計要求 81.2.2設(shè)計內(nèi)容 82發(fā)泡機(jī)的總體設(shè)計 102.1發(fā)泡機(jī)的發(fā)泡發(fā)泡方法 102.2發(fā)泡方式的選擇及其工作原理 112.2.1發(fā)泡方式的確定 112.2.2空氣壓縮機(jī)型發(fā)泡機(jī)的優(yōu)點 122.3.1壓縮空氣型水泥發(fā)泡機(jī)工作原理 122.3.2壓縮空氣型水泥發(fā)泡機(jī)工作原理圖 122.4壓縮空氣型總體設(shè)計方案的確定 132.4.1供液裝置的設(shè)計 132.4.2進(jìn)氣裝置的設(shè)計 142.4.3液體控制裝置的的設(shè)計 142.4.4發(fā)泡管的設(shè)計 162.4.5氣阻消除裝置的設(shè)計 172.4.6控制系統(tǒng)的設(shè)計 183具體配置的選型 193.1液泵及空氣壓縮機(jī)的選型 193.1.1空氣壓縮機(jī)的選型 193.1.2液壓泵的選型 193.1.3閥的選型 204.1機(jī)架設(shè)計的原則 214.2機(jī)架材料的選擇 214.2.1機(jī)架材料的選用原則 214.2.2機(jī)架材料截面形狀的選擇 214.3機(jī)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計 224.4支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計 234.4.1空壓機(jī)與液泵的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計 234.2.2盛液斗的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計 244.4.3發(fā)泡管及儲氣管的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計 254.5機(jī)架強(qiáng)度校核 264.5.1分析載荷情況 264.5.2機(jī)架強(qiáng)度校核 274.5.3支座底腳螺栓規(guī)格的選擇 275.1機(jī)箱設(shè)計的準(zhǔn)則 295.2機(jī)箱設(shè)計 295.2.1頂部面層的設(shè)計 295.2.2前立面板的設(shè)計 305.2.3左立面板的設(shè)計 305.2.4右立面板的設(shè)計 316發(fā)泡機(jī)配置元件的安裝和維護(hù) 326.1空壓機(jī)的安裝和維護(hù) 326.1.1空壓機(jī)的安裝 326.1.2空壓機(jī)的維護(hù) 326.2清洗機(jī)的安裝和維護(hù) 326.2.1清洗機(jī)的安裝 326.2.2清洗機(jī)的維護(hù) 32結(jié)論 33致謝 34參考文獻(xiàn) 35畢業(yè)設(shè)計(論文)1緒論1.1泡沫混凝土的產(chǎn)生以及發(fā)展1.1.1泡沫混凝土的簡介泡沫混凝土是運用液泵供液、氣泵送氣的方式在水泥發(fā)泡機(jī)發(fā)泡系統(tǒng)中將發(fā)泡劑與空氣充分地混合在一起來發(fā)泡，經(jīng)過水泥發(fā)泡機(jī)發(fā)泡過程后，將現(xiàn)成的水泥漿與已生產(chǎn)出來的泡沫均勻、充分地混合在一起形成泡沫混凝土。然后再使用與水泥發(fā)泡機(jī)相配套的混凝土壓力泵傳送系統(tǒng)，進(jìn)行現(xiàn)場施工澆筑成的新型建筑材料。這種材料具備了明顯的保溫、輕質(zhì)的特點?！拜p質(zhì)混凝土”、“發(fā)泡水泥”是泡沫混凝土別的兩個叫法，是一種可以應(yīng)用廢渣、價格便宜、節(jié)能環(huán)保并且具備保溫、防火特點的新型施工用料[1]。泡沫混凝土是依據(jù)所需要的用途通過氣泵將氣體(空氣或O2、CO2、N2)導(dǎo)入混凝土水泥漿中（一般利用化學(xué)亦或者物理的方法），然后養(yǎng)護(hù)成型具備有相當(dāng)強(qiáng)度的泡沫混凝土。制備泡沫混凝土的方法是利用水泥發(fā)泡機(jī)將發(fā)泡劑與氣體充分混合形成泡沫后再與水泥漿混合。具體操作為：首先利用水泥發(fā)泡機(jī)將發(fā)泡劑與氣體混合生產(chǎn)出泡沫，而后將泡沫混合進(jìn)制備好的水泥料漿中，通過相互混合、充分?jǐn)嚢?、澆注成型、自然養(yǎng)護(hù)成泡沫混凝土。1.1.2泡沫混凝土的特性（1）輕質(zhì)減重泡沫混凝土的密度通常為，在建筑施工中也使用超輕質(zhì)的泡沫混凝土，這種泡沫混凝土的密度較一般的泡沫混凝土而言是很小的，它的密度僅為單位立方米160千克。因為泡沫混凝土的密度小、質(zhì)量輕，所以在建筑施工中可以采用這種輕質(zhì)的材料，一般可以是建筑物自重降到百分之七十五，有的甚至可以降到百分之七十或者百分之六十。譬如在樓面、立柱、層面或者內(nèi)外墻的建筑結(jié)構(gòu)里。而且，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，如果混凝土被這種新型的建筑材料替代的話，構(gòu)件在承截能力方面將大大地提高。所以，把泡沫混凝土運用在建筑施工之中是一種具有經(jīng)濟(jì)效益的道路。（2）保溫隔熱泡沫混凝土在隔音方面有著良好的性能，是因為它的多孔性特點。泡沫混凝土經(jīng)常用作各類建筑物的隔音措施，例如用作高速公路和樓層的隔音板，又比如地下式建筑物的頂層隔音板等等。泡沫混凝土是不可燃燒的，因此它具有很好的耐火性能[2]。而泡沫混凝正是一種無機(jī)材料，所以把泡沫混凝土運用進(jìn)建筑物，這樣建筑物的防火安全性能能后很好地提高。（3）整體性能能夠通過現(xiàn)場澆筑的方式，將其和主要的工程建筑整體性地結(jié)合在一起多孔減震泡沫混凝土能夠很好地把外界對它的沖擊分散掉和吸收完。（4）良好的防水能力泡沫混凝土有著多而密的封閉孔，所以較其他混凝土吸收水分少，因此它的防水能力比較高。（5）使用壽命長現(xiàn)澆泡沫混凝土的壽命跟主體工程一致。（6）易于加工除了在場地、環(huán)境局限的工廠內(nèi)易于加工生產(chǎn)各式各樣的泡沫混凝土成品之外，泡沫混凝土還可以在施工現(xiàn)場墻體、屋面、地面的現(xiàn)澆工程中發(fā)揮它的作用。它的加工不受場地的影響。（7）具有環(huán)保效果用于生產(chǎn)的發(fā)泡劑是不像其他建筑材料含有有毒物質(zhì)的，比如甲醛、苯類有毒物質(zhì)，因此使用泡沫混凝土這種施工材料是環(huán)保的，對環(huán)境是無污染的，對人體是無害的，是一種值得推廣和使用的新型建筑材料。（8）施工方便在施工過程中，水泥發(fā)泡機(jī)的使用能夠?qū)⑹┕み^程自動化，利用壓力泵可將生產(chǎn)出的泡沫混凝土輸送到約兩百米的豎直高度上去。輸送的體積在一個工作日里能夠達(dá)到一百五到三百立方米。（9）其他性能泡沫混凝土雖然作為一種輕質(zhì)的建筑和保溫材料，但是它的抗壓能力是很好的，一般能夠承受0.5到22.2兆帕斯卡的壓強(qiáng)。它能夠很好的吸收其所受的沖擊能量。另外，在其制備過程中，工業(yè)生產(chǎn)所殘余的廢渣得到充分的利用，因此，在價格方面，泡沫混凝土在市場銷售中具有自身的價格優(yōu)勢和競爭力。1.1.2泡沫混凝土的制備制備泡沫混凝土的基礎(chǔ)材料是很簡單明了的，水、泡沫、水泥是必不可少的，不過在此基礎(chǔ)材料的基礎(chǔ)上還須添加一些其他的材料，分別為外加劑、骨料和填料。與制備非泡沫混凝土一樣，在制備泡沫混凝土過程中常添加的外加劑一般為促凝劑、防水劑、緩凝劑、以及減水劑。并且在制備泡沫混凝土?xí)r一般用作填料和骨料的材料分別為：膨脹珍珠巖、苯脫克細(xì)骨料、粉狀煤灰、膨脹聚苯乙烯、細(xì)碎石屑、陶粒以及必不可少的砂子。制備泡沫混凝土的過程有兩種。一種是干砂漿法制備泡沫混凝土，另一種則是濕砂漿法制備方法[3]。其中濕砂漿法制備泡沫混凝土是以往工地施工過程中最常見的生產(chǎn)方式，這種制備方法最主要的生產(chǎn)設(shè)備就是攪拌機(jī)，它是先將水泥，砂子，水在攪拌機(jī)里充分?jǐn)嚢杌旌铣伤酀{，然后再將生產(chǎn)好的水泥砂漿用混凝土車運送到施工現(xiàn)場，到了施工現(xiàn)場后再將現(xiàn)場制備好的泡沫摻入已制備好的水泥砂漿，利用攪拌機(jī)再次充分?jǐn)嚢杌旌?，形成所需要的泡沫混凝土。干砂漿法的生產(chǎn)方式就是比較直接了，直接將施工所需要的材料運送至施工現(xiàn)場，然后將運送至現(xiàn)場的制備材料利用攪拌機(jī)與水?dāng)嚢杌旌?，在充分?jǐn)嚢杌旌虾?，再加入已制備好的泡沫注入攪拌機(jī)，與之一起充分?jǐn)嚢杌旌闲纬伤枰呐菽炷敛牧稀＿@兩種方式在制備好泡沫混凝土后就可以直接用于現(xiàn)場施工了。1.1.3泡沫混凝土的應(yīng)用（1）泡沫混凝土在我國的應(yīng)用最近幾年以來，建筑施工的節(jié)能在我國越來越受到重視。在政府的建筑施工節(jié)能政策的趨勢下，我國建筑行業(yè)節(jié)能施工材料有了進(jìn)一步的進(jìn)展。其中一項就是新型建筑節(jié)能保溫材料-泡沫混凝土。泡沫混凝土集節(jié)能、保溫等優(yōu)點于一體，以它這些良好的特性躋身于建筑節(jié)能材料的行列中，不但如此，泡沫混凝土也用于其他的方面。當(dāng)前，在我國它的應(yīng)用情況大致如下幾點：用作泡沫混凝土砌塊：泡沫混凝土被運用作砌塊。在我國華南地區(qū)一帶，泡沫混凝土通常被用作填充結(jié)構(gòu)框架，一般密度等級為一立方900到1200千克，這種運用方式使泡沫混凝土輕質(zhì)、隔熱、高強(qiáng)的特點得到了充分的發(fā)揮。尤以廣東在廣東省每年有達(dá)600000立方的泡沫混凝土被用作混凝土砌塊。在我國華北平原，泡沫混凝土理所當(dāng)然地成為建筑保溫材料了。哈爾濱建筑大學(xué)研制出了用于城市樓房建設(shè)的新型混凝土砌塊，這是一種規(guī)格為2003毫米的泡沫混凝土砌塊。這種砌塊不導(dǎo)熱、能抗凍、輕質(zhì)、價格低廉、耐火、易于施工，一般被用作保溫才來哦或者非承重材料。用作輕質(zhì)墻板：目前市場上用于戶與戶、室與室之間隔斷墻的材料大都價格比較高，因此限制了這些隔斷材料的推廣和使用。我國科學(xué)家經(jīng)過不懈地努力研究并且開發(fā)了泡沫混凝土輕質(zhì)墻板的技術(shù)，這種技術(shù)的誕生，使其在隔斷墻方面的應(yīng)用得到了推廣。該產(chǎn)品由百分之十五以下的膨脹珍珠巖、一定量制備好的泡沫、百分之三十到百分之四十的粉煤灰以及百分之四十五到百分之六十五的硫鋁酸鹽水泥材料生產(chǎn)而成。與以往的隔斷墻材料相比，泡沫混凝土材料的隔斷墻明顯存在價格優(yōu)勢，有利于其推廣和使用。用作地基補(bǔ)償：自由沉降在建筑物施工過程中是一種普遍的現(xiàn)象，這種情況的產(chǎn)生是由于建筑物本身各部分因自重受力不均而導(dǎo)致的。所以建筑物的自由沉降差別在建筑施工過程中也同樣是難免的，這就需要在建筑施工過程中填加軟質(zhì)材料，發(fā)揮地基補(bǔ)償?shù)淖饔?。而泡沫混凝土恰好能做到這點。（2）泡沫混凝土在國外的應(yīng)用近年來，國外許多國家，比如英美等歐洲國家，包括日韓等亞洲的國家不斷地擴(kuò)大泡沫混凝土在建筑施工領(lǐng)域中的應(yīng)用，不但工程進(jìn)度能夠得到加快，而且工程的質(zhì)量也不落下，也得到了很大地提高。泡沫混凝土在國外的應(yīng)用大致為：用作擋土墻：因為泡沫混凝土具備輕質(zhì)的這一特點，將其填加入港口巖墻的后面，可以降低港口岸邊巖墻垂直、側(cè)向的雙向載荷。同時也是因為泡沫混凝土有著很好的粘著性，這種良好的特性使得泡沫混凝土不會水平向巖墻施加壓力，能夠保持岸墻的基本水平高度，減少沉降，縮減岸墻的維修和保養(yǎng)費用，起到了節(jié)約、節(jié)能的作用。泡沫混凝土因其輕質(zhì)還被用作岸堤、坡道邊緣的穩(wěn)固材料，它取代了原本的土壤，增加了邊坡和路堤的穩(wěn)定性運動場地和跑道的修建：泡沫混凝土具有輕質(zhì)、滲水性好的特點，把它用作運動場的地面基礎(chǔ)，再把人造草皮之類的覆蓋在其上面。曲棍球、網(wǎng)球和足球運動場的泡沫混凝土密度一般為每立方米800到900千克。田徑跑道則是在基礎(chǔ)層上覆蓋5毫米厚度的塑膠、多孔瀝青表面。用作鋼筋混凝土夾芯：將泡沫混凝土具有高強(qiáng)度、隔熱性、輕質(zhì)量等良好的特性應(yīng)用在鋼筋混凝土構(gòu)件的夾芯之中。廢棄管線回填：在當(dāng)前建筑領(lǐng)域里，經(jīng)常遇到廢棄不用內(nèi)剩有化學(xué)物質(zhì)品或者油類物質(zhì)的管道線路、廢棄不用的排污水管、廢棄的地下儲油柜包括另類的地下空穴等，這些廢棄的設(shè)施常常容易引發(fā)火災(zāi)或者地表的坍塌。在這種情況下，就可以將制備好的泡沫混凝土填入這些廢棄的設(shè)施中以杜絕后期可能引發(fā)的安全隱患[4]。這種泡沫混凝土回填廢舊設(shè)施的方法不但費用少，而且比較簡易、穩(wěn)定、安全。在回填施工過程中，地下廢棄管道的粗細(xì)以及地下的水位決定了所需采用的泡沫混凝土的密度，一般范圍在每立方米600到1100千克。貧混凝土填層：在此施工過程中使用彎曲性較好的軟質(zhì)管路，但是泡沫混凝土對此在很大程度上展現(xiàn)出它的工作度和適應(yīng)能力。因為泡沫混凝土這樣的特點，所以經(jīng)常被用于此施工中。在對隔熱性能要求很高的情況下，便采用密度是500千克每立方米的泡沫混凝土，此時填層的厚度一般平均在0.1到0.2米之間。在對隔熱性能要求比較低的情況下，泡沫混凝土密度通常為1200千克每立方米，填層厚度為0.05米。屋面邊坡施工：泡沫混凝土價格低、重量輕、施工速度較快等特點也使得它應(yīng)用于屋面邊坡的施工。邊坡的坡度一般為10毫米每米，厚度在3到20厘米之間，所采用的密度在每立方米800到1200千克之間。儲罐底部支撐：將泡沫混凝土澆筑成凸形地基，然后裝有化學(xué)品或者粗油的鋼質(zhì)儲罐的底部剛好放置其上，這樣就能夠確保在焊接整個儲罐底部的支撐時，整個儲罐底部保持在最佳應(yīng)力狀態(tài)。有了這樣的底部支撐，儲罐便可以使用薄板底部。用作園林綠化：園林中隨處可見的垃圾箱、石凳以及奇形怪狀的假山等都是泡沫混凝土應(yīng)用于園林綠化的具體體現(xiàn)。其他應(yīng)用方面：泡沫混凝土也可以應(yīng)用于各種施工過程的填充，例如填充防火墻以起到絕緣防火作用，填充樓面以起到隔聲作用;包括各種類型的線路隔離，比如供水管路的隔離、供電管線的隔離等等?？偠灾菽炷劣糜诮ㄖ┕す?jié)能這一方面[5]。在隨后并且可能很長的一段時間內(nèi)，泡沫混凝土的節(jié)能特性的運用都將是最主要的部分。當(dāng)然，隨著泡沫混凝土應(yīng)用領(lǐng)域的拓展以及其應(yīng)用技術(shù)的不斷研究和開發(fā)，泡沫混凝土被應(yīng)用于其他方面的比重會慢慢的增加，這也是不可阻擋的一種趨勢。其用于建筑節(jié)能方面的具體情況有以下幾個方面：屋面的保溫隔熱：其中水泥瓦、保溫板、屋面隔熱磚、夾心波瓦等屬于制品類。

聚苯顆粒與泡沫復(fù)合保溫隔熱層、現(xiàn)澆泡沫混凝土屋面隔熱層屬于現(xiàn)澆類。墻體的隔:保溫其中各類泡沫混凝土砌塊、和各種內(nèi)外保溫墻板屬于制品類。

現(xiàn)澆泡沫混凝土墻體屬于現(xiàn)澆類。墻面的隔熱保溫:其中外墻內(nèi)外保溫系統(tǒng)、發(fā)泡文化磚以及文化石屬于制品類。

用于噴涂墻面保溫層屬于現(xiàn)澆類。地面的隔熱保溫:其中地面保溫板、磚屬于制品類。現(xiàn)澆地面保溫層屬于現(xiàn)澆類。1.1.4泡沫混凝土在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀泡沫混凝土有著普通泡沫混凝土不可相比擬的特性，那就是它的密度是隨機(jī)可變的。目前，在全球建筑行業(yè)中，泡沫混凝土被廣泛地應(yīng)用，并且應(yīng)用的領(lǐng)域在其不斷被研究開發(fā)的時代背景下得到不斷地擴(kuò)大。（1）泡沫混凝土在國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀在2010之前，這種新型建筑材料很少為人所知。但是在央視新址、沈陽皇朝萬鑫大廈、上海膠州路教師公寓這三把大火之后，泡沫混凝土便從此展現(xiàn)在人們的眼前，不斷地為人所知曉。在泡沫混凝土年產(chǎn)總量方面：在過去的一年里，我國泡沫混凝土超過了兩千五百萬立方米的生產(chǎn)總量，這些生產(chǎn)出來的泡沫混凝土被用于各種工程領(lǐng)域，比如道橋隧工程領(lǐng)域、住宅領(lǐng)域、建筑隔熱保溫領(lǐng)域。依據(jù)發(fā)泡方式的不同，泡沫混凝土的制備方法可分為化學(xué)法和物理法。物理法一般應(yīng)用于現(xiàn)澆類施工，譬如各種隔熱保溫層的現(xiàn)澆、橋路施工、泡沫混凝土回填、以及墻體的現(xiàn)澆。相比較物理法發(fā)泡而言，化學(xué)法能夠得到強(qiáng)度較高的泡沫混凝土，一般被應(yīng)用于制品類，譬如復(fù)合夾心墻體及隔斷墻、內(nèi)外墻的保溫板、裝配式住宅等等。在泡沫混凝土企業(yè)分布方面：據(jù)統(tǒng)計，在過去的2014里我國有總數(shù)達(dá)一千多家泡沫混凝土企業(yè)。企業(yè)分布數(shù)量由低到高的地域次序大致為：青海、新疆、寧夏、廣西、甘肅、云南、吉林、上海、江西、天津、福建、湖南、貴州、重慶、安徽、湖北、廣東、內(nèi)蒙古、陜西、黑龍江、浙江、北京、山西、遼寧、山東、河北、河南、四川、江蘇；泡沫混凝土行業(yè)在所有地域中最不發(fā)達(dá)的是西藏和海南等地處偏遠(yuǎn)的省區(qū)，這些區(qū)域加大發(fā)展泡沫混凝土企業(yè)的力度。在這一千多家泡沫混凝土企業(yè)中，約有百分之六十以上的泡沫混凝土企業(yè)以現(xiàn)澆為主，百分之二十的泡沫混凝土是以制品為主的，生產(chǎn)加工設(shè)備的企業(yè)只占了總數(shù)的百分之十左右，而以生產(chǎn)發(fā)泡劑為主的泡沫混凝土企業(yè)只占不足百分之十的比例。企業(yè)分布見圖1-1。圖1-12014年泡沫混凝土企業(yè)分布在應(yīng)用領(lǐng)域方面：屋面保溫隔熱、現(xiàn)澆地暖絕熱、回填、墊層是泡沫混凝土目前最大的應(yīng)用領(lǐng)域。我國當(dāng)前的泡沫混凝土現(xiàn)澆類施工量已經(jīng)居于世界第一的位置。各種現(xiàn)澆類保溫層施工技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一定水平。但是與國外泡沫混凝土相比，我國泡沫混凝土制品還是有很大的距離的，技術(shù)水平較之偏低，沒有被普遍使用的產(chǎn)品，國外的整體規(guī)模跟我國相比也比較大。在發(fā)泡劑方面：發(fā)泡劑是制備泡沫混凝土的核心成分，目前，我國市場上發(fā)泡劑的主要種類有：松香類發(fā)泡劑。近幾十年來，國內(nèi)泡沫混凝土行業(yè)一直使用松香熱聚物類或松香皂的發(fā)泡劑進(jìn)行泡沫混凝土的制備。這是我國第一代發(fā)泡劑，一直到現(xiàn)在仍然還在被大量地使用，這種發(fā)泡劑的缺點就是穩(wěn)定性太差。合成類發(fā)泡劑。1980以后，表面活性劑工業(yè)在我國慢慢地開始發(fā)展，泡沫混凝土行業(yè)進(jìn)入了應(yīng)用合成類泡沫劑的時代，這種合成類發(fā)泡劑劑發(fā)泡多、起泡容易，但是它同時也對水泥的強(qiáng)度有影響，并且泡沫的壁厚太薄、穩(wěn)定性也差。蛋白類發(fā)泡劑。1990年以后，國外的水泥發(fā)泡劑迅速發(fā)展，美、德、意等國家先后成功研究開發(fā)出此種新一類發(fā)泡劑。這種在當(dāng)時新型的發(fā)泡劑憑借其高穩(wěn)定性的特性，順利地打入我國的發(fā)泡劑市場，之后被廣泛地應(yīng)用在泡沫混凝土行業(yè)，這是我國的第三代發(fā)泡劑。隨后我國也緊跟國際步伐，開發(fā)出了植物蛋白發(fā)泡劑和動物蛋白發(fā)泡劑，這一類發(fā)泡劑后來被廣泛地應(yīng)用在沿海地區(qū)的建設(shè)之中。我國的動植物蛋白泡沫劑也逐漸興起，并且在某些地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。復(fù)合型發(fā)泡劑。隨著建筑施工技術(shù)和要求的逐步提高，在這種大環(huán)境下，針對高要求的泡沫混凝土，復(fù)合型發(fā)泡劑也隨之誕生了。這種發(fā)泡劑具備多種成分、多種功能的特點，不再是以往單一成分、單一功能的水泥發(fā)泡劑。這種復(fù)合型的水泥發(fā)泡劑就是我國的第四代發(fā)泡劑。這一代發(fā)泡劑是由多種成分復(fù)合的，組分之間相互取長補(bǔ)短、優(yōu)勢互補(bǔ)。最新型發(fā)泡劑。在發(fā)泡劑發(fā)展的后期階段，德國等發(fā)達(dá)國家開發(fā)出了生物酶水解蛋白類發(fā)泡劑，目前在我國，我們的科研機(jī)構(gòu)也正努力對此種類型的發(fā)泡劑進(jìn)行研究和開發(fā)，譬如西南科技大學(xué)、國家建筑材料工業(yè)技術(shù)監(jiān)督研究中心這兩個科研機(jī)構(gòu)。根據(jù)據(jù)不完全統(tǒng)計，目前在我國有著上千的企業(yè)從事發(fā)泡劑的生產(chǎn)加工，而發(fā)泡劑本身在市場上也出現(xiàn)了幾代發(fā)泡劑同時存在比較混亂的現(xiàn)狀。市場上各類發(fā)泡劑魚龍混雜，有劣質(zhì)的發(fā)泡劑，也有優(yōu)質(zhì)泡沫劑，然后劣質(zhì)的發(fā)泡劑在整個市場的充斥阻礙了優(yōu)質(zhì)發(fā)泡劑的銷售，因為客戶在不經(jīng)使用的情況下無法識別發(fā)泡劑本身的優(yōu)劣。泡沫混凝土行業(yè)的發(fā)展在這種市場環(huán)境下受到了嚴(yán)重的影響。因此，市場需要一個系統(tǒng)的針對發(fā)泡劑質(zhì)量而制定的行業(yè)評定標(biāo)準(zhǔn)，另外還要對發(fā)泡劑產(chǎn)業(yè)進(jìn)行合理適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)和監(jiān)督。這些措施的實施對于形成一個良好穩(wěn)固的發(fā)泡劑產(chǎn)業(yè)市場具有極大的意義。在生產(chǎn)設(shè)備方面：我國是在其他國家設(shè)備的基礎(chǔ)上，加以自身的改進(jìn)形成的國產(chǎn)混凝土生產(chǎn)設(shè)備，這種混凝土生產(chǎn)設(shè)備是以中小型、現(xiàn)澆型為主的設(shè)備[6]。這種設(shè)備之所以可以在我國取代進(jìn)口泡沫混凝土設(shè)備，并且能夠迅速地發(fā)展，是因為這種中小型現(xiàn)澆泡沫混凝土設(shè)備恰好適應(yīng)了中國泡沫混凝土小企業(yè)為主的這種現(xiàn)狀。該種泡沫混凝土設(shè)備易于操作、體積小質(zhì)量輕、模糊化。其中生產(chǎn)此種設(shè)備的代表性企業(yè)是馳龍、藍(lán)海、賽地等幾家企業(yè)。他們一年可以生產(chǎn)200到300套這樣的設(shè)備。自十年前到今天，我國在該設(shè)備制造方面已具規(guī)模，生產(chǎn)廠家數(shù)量劇增。發(fā)泡機(jī)的發(fā)展也取得了突破性的進(jìn)展，目前的空氣壓縮機(jī)式發(fā)泡機(jī)已經(jīng)逐步取代螺旋槳葉輪攪拌式發(fā)泡機(jī)，成為發(fā)泡機(jī)行業(yè)的主流產(chǎn)品。但是空氣壓縮機(jī)發(fā)泡機(jī)也存在著自身的問題，比如氣阻阻礙發(fā)泡機(jī)吸液、自動化控制難、發(fā)泡機(jī)發(fā)泡不夠穩(wěn)定等問題都有待解決。在國家政策方面：近年來，一系列鼓勵發(fā)展像泡沫混凝土等新型建筑材料的國家或地方政策相繼出臺。這些政策的出臺推動了泡沫混凝土的新發(fā)展。（2）國外泡沫混凝土發(fā)展現(xiàn)狀20世紀(jì)初，泡沫混凝土在俄國以及北歐各國積極努力地研究開發(fā)的趨勢下開始了較快的發(fā)展。1930年到1950年左右，泡沫混凝土慢慢走上了工業(yè)化的道路。我國的泡沫混凝土行業(yè)較西方發(fā)達(dá)國家以及日韓而言起步較晚，制備泡沫混凝土的設(shè)備之一——水泥發(fā)泡機(jī)自動化程度不高、發(fā)泡的穩(wěn)定性能也低，這些都需要進(jìn)一步地發(fā)展。從我國泡沫混凝土目前的發(fā)展趨勢來看，我們國家泡沫混凝土產(chǎn)業(yè)正與其他國家逐步縮小差距。國產(chǎn)泡沫混凝土發(fā)泡機(jī)有著明顯的價格優(yōu)勢，大部分的國產(chǎn)水泥發(fā)泡機(jī)的價格在幾萬元左右一臺，有的簡易型水泥發(fā)泡機(jī)一臺只有幾千元。與此相比，進(jìn)口水泥發(fā)泡機(jī)就失去了價格優(yōu)勢，因為一臺進(jìn)口機(jī)型一般需要十幾萬元一臺，有的一臺甚至需要十五到二十萬元。所以國產(chǎn)機(jī)型的價格很適合我國的企業(yè)。國產(chǎn)水泥發(fā)泡機(jī)也有仿制其他國家發(fā)泡機(jī)的，然而仿制并沒有帶來價格上優(yōu)勢，一臺仿制進(jìn)口機(jī)型的水泥發(fā)泡機(jī)價格直逼進(jìn)口機(jī)型。價格上的劣勢便阻礙了仿制機(jī)型的推廣和銷售。技術(shù)的進(jìn)步和升級帶來的價格上的提升這是必然的，但是還得符合我國的國情，價格太高勢必影響它的推廣和普及。目前，泡沫混凝土已經(jīng)應(yīng)用于二十多個領(lǐng)域，并逐步向航空、軍工等高端產(chǎn)業(yè)拓展，這為它將來的發(fā)展開辟了新的道路。目前，歐洲、北美、亞洲的中日韓及東南亞是泡沫混凝土應(yīng)用最為發(fā)達(dá)的三個區(qū)域?？偠灾?，泡沫混凝土正向全球普及并被應(yīng)用。1.2設(shè)計要求及內(nèi)容1.2.1設(shè)計要求（1）查閱文獻(xiàn)資料，撰寫開題報告，外文翻譯4000漢字以上；（2）擬訂水泥發(fā)泡機(jī)總體設(shè)計方案，繪制工作原理圖；（3）進(jìn)行相關(guān)設(shè)計計算，確定主要技術(shù)參數(shù)；（4）繪制水泥發(fā)泡機(jī)裝配圖和主要零件圖，圖紙的總量不得少于3張A0圖紙；（5）編寫設(shè)計說明書，字?jǐn)?shù)不少于2萬字，參考文獻(xiàn)不少于15篇。1.2.2設(shè)計內(nèi)容（1）研究的主要內(nèi)容水泥發(fā)泡機(jī)是泡沫混凝土制品的生產(chǎn)設(shè)備之一，課題首先根據(jù)市場調(diào)研擬定總體設(shè)計方案，繪制新型水泥發(fā)泡機(jī)的工作原理圖；通過相關(guān)設(shè)計計算，確定主要技術(shù)參數(shù)，完成發(fā)泡機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計；繪制發(fā)泡機(jī)總裝圖及主要零件圖，編寫設(shè)計說明書。（2）擬解決的主要問題如何改變水泥發(fā)泡機(jī)的發(fā)泡密度問題；如何控制出泡的均勻度、以及怎樣制備所需要的不同泡徑的泡沫問題；如何降低所制備的泡沫的沁水率問題。（3）研究方法技術(shù)路線查閱相關(guān)資料，整理資料熟悉現(xiàn)有的水泥發(fā)泡機(jī)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，同時掌握它們的工作原理；根據(jù)機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)的相關(guān)知識進(jìn)行水泥發(fā)泡機(jī)的總體設(shè)計；據(jù)控制變量法對發(fā)泡密度進(jìn)行設(shè)計；根據(jù)需要的出泡效果對進(jìn)氣、進(jìn)液管道進(jìn)行設(shè)計；根據(jù)可能出現(xiàn)的包括泡沫不均勻、泡徑不一等問題對出泡口進(jìn)行設(shè)計；運用繪圖軟件所設(shè)計的水泥發(fā)泡機(jī)的總裝圖。2發(fā)泡機(jī)的總體設(shè)計2.1發(fā)泡機(jī)的發(fā)泡發(fā)泡方法所謂發(fā)泡機(jī)，就是用來將氣體與發(fā)泡劑混合而制備成泡沫的生產(chǎn)設(shè)備。發(fā)泡劑只有在其機(jī)械混合作用下才能制備成泡沫。發(fā)泡劑和發(fā)泡機(jī)是相輔相成的元素，兩者缺一不可，發(fā)泡機(jī)沒有發(fā)泡劑不能發(fā)泡，發(fā)泡劑不通過發(fā)泡機(jī)同樣也沒有作用。各種類型的發(fā)泡機(jī)的發(fā)泡方式是不一樣的，但是卻有著一樣的產(chǎn)生泡沫的原理，即將空氣引入發(fā)泡劑使其與之充分混合。發(fā)泡機(jī)制泡效果的差異與引入氣體的方式有關(guān)?？諝?、發(fā)泡劑溶液是制備泡沫的兩個必不可少的條件，因為在泡沫的制備過程中，發(fā)泡機(jī)溶液形成液體膜并且包圍氣體形成泡沫。在泡沫形成的整個過程中先是產(chǎn)生氣泡，然后量變成泡沫。利用發(fā)泡機(jī)引氣入液是制備泡沫的一個重要的環(huán)節(jié)，引氣的方式取決于發(fā)泡機(jī)本身的引氣方式?？偠灾?，發(fā)泡機(jī)的引氣不外乎以下的方式[7]：（1）旋轉(zhuǎn)葉片引入氣體（慢速）此方法是將發(fā)泡劑直接加入到水泥砂漿中，然后將再將氣體引入其中。在攪拌機(jī)旋轉(zhuǎn)工作的同時，空氣也隨之進(jìn)入水泥砂漿之中?；旌线M(jìn)水泥砂漿的氣體由三部分組成，除了被葉片旋轉(zhuǎn)帶入的空氣，另外兩部分分別是水泥等原料帶入其中的、被翻滾的水泥砂漿帶入的。在這三部分占主要部分的就是由葉片旋轉(zhuǎn)帶入的空氣和被翻滾砂漿帶入的空氣。在空氣與水泥砂漿混合后，隨之被含有表面活性物的發(fā)泡劑液體包裹，在水泥砂漿體中形成氣泡，并隨著氣泡數(shù)量的不斷增加，最終形成泡沫混凝土。通過這種制備泡沫的方式所產(chǎn)生的泡沫生成量不大、制備效率較低、發(fā)泡的效果也不好。（2）旋轉(zhuǎn)葉片引入氣體（高速）此種引氣方式較前者而言，葉片旋轉(zhuǎn)的速度很高。這種制備泡沫的方式主要依靠葉片的高速旋轉(zhuǎn)向發(fā)泡劑溶液里注氣。因此，這種制備方式對葉片的轉(zhuǎn)速要求很高，轉(zhuǎn)速一般大于每分鐘700轉(zhuǎn)，基本在700到1400轉(zhuǎn)每分鐘之間。想要獲得比較理想的效果，那么葉輪端部的線速度應(yīng)該大于每秒20米。只有葉輪的旋轉(zhuǎn)速度足夠高速，才能達(dá)到滿意的引氣效果。相反，引氣效果不明顯的話，就說明葉片的轉(zhuǎn)速太低。（3）利用壓力引入氣體壓力引氣較其他方式相對科學(xué)，目前這種引氣方式已經(jīng)在國內(nèi)外普遍使用。是中壓以及高壓混凝土發(fā)泡機(jī)器技術(shù)的關(guān)鍵。前兩種發(fā)泡技術(shù)有著共同的缺陷，主要體現(xiàn)在引氣速度慢、氣體分布不均勻、泡徑大且不統(tǒng)一、泡沫的穩(wěn)定性不足等方面。其中發(fā)泡機(jī)的隨機(jī)性導(dǎo)致無法控制泡沫的直徑和均勻度，而這兩者正是制備混凝土泡沫的關(guān)鍵性特征，還有一點就是無法控制發(fā)泡的量。壓力式發(fā)泡機(jī)恰好有針對性并且很好地解決了這幾點問題。壓力發(fā)泡機(jī)的誕生使得發(fā)泡技術(shù)在泡沫均勻度、泡徑統(tǒng)一度以及泡徑的控制、發(fā)泡的量、發(fā)泡的速率等方面有了很大的提高。壓力發(fā)泡機(jī)的工作原理就是配備有能夠產(chǎn)生空氣壓力的設(shè)備，使得在正常壓力下難以進(jìn)入發(fā)泡劑溶液的氣體能夠比較容易地被壓入液體中，并且與之混合。在向氣體施加壓力的同時也相當(dāng)于向液體施加了壓力，這個作用是雙層的。這種采用壓力引氣制泡的方式能夠滿足基本的要求。在我國鼓風(fēng)機(jī)和空氣壓縮機(jī)是壓力引氣制泡方式的兩種主要設(shè)備，前者是中低壓制泡，后者是高壓制泡。壓力大小的區(qū)別導(dǎo)致了兩種制泡設(shè)備不一樣的制泡效果，因為壓力越高，制泡效果越好。所以鼓風(fēng)機(jī)制泡設(shè)備沒有空氣壓縮機(jī)制泡效果好。前者是中低壓發(fā)泡機(jī)，后者是高壓發(fā)泡機(jī)。前者的風(fēng)量風(fēng)壓決定了制泡的優(yōu)劣，后者的排氣量與壓力決定了制泡的效果。空氣壓縮機(jī)的制泡效果決定了被廣泛地采用，鼓風(fēng)機(jī)制泡相對于空氣壓縮機(jī)制泡在市場上比較少?？諌簷C(jī)所制氣泡密度均勻、泡徑小且同意、穩(wěn)定性好、沁水率低，這是低壓發(fā)泡所不能相比的。（4）高壓射流引入氣體技術(shù)是不斷進(jìn)步的，隨著發(fā)泡機(jī)在現(xiàn)代社會建設(shè)中的普遍被應(yīng)用，新型、高效的發(fā)泡機(jī)設(shè)備也處于不斷地研究和開發(fā)之中。其中之一就是高壓射流制泡，這是一種還處于嘗試階段的制泡方式，由射流產(chǎn)生的強(qiáng)大分散力使得發(fā)泡機(jī)溶液和氣體充分混合。當(dāng)然，處于嘗試階段的它還不夠成熟，在優(yōu)勢方面還沒有超越空氣壓縮機(jī)制泡方式，所以高壓制泡還是目前市場上的主流制泡設(shè)備。2.2發(fā)泡方式的選擇及其工作原理2.2.1發(fā)泡方式的確定根據(jù)在上一章節(jié)中的介紹，將幾種發(fā)泡方式及其制泡效果繪制成表格以便于比較，具體情況見表2-1。表2-1各種發(fā)泡方式發(fā)泡效果的對比發(fā)泡方式發(fā)泡效果旋轉(zhuǎn)葉片引入氣體（慢速）泡沫生成量不大、制備效率較低、發(fā)泡的效果也不好。旋轉(zhuǎn)葉片引入氣體（高速）引氣速度慢、氣體分布不均勻、泡徑大且不統(tǒng)一、泡沫的穩(wěn)定性不足。中低壓引入氣體泡徑的控制、發(fā)泡的量、發(fā)泡的速率等方面有了很大的提高，但是與高壓發(fā)泡不能相比。續(xù)表2-1發(fā)泡方式發(fā)泡效果高壓引入氣體氣泡密度均勻、泡徑小且同意、穩(wěn)定性好、沁水率低。高壓射流引入氣體目前處于嘗試階段，同高壓引入氣體制泡相比，暫時還沒有發(fā)現(xiàn)什么優(yōu)勢。在表2-1中可以明顯看出高壓（空氣壓縮機(jī)）發(fā)泡方式的優(yōu)勢，因此本文選用空氣壓縮機(jī)型發(fā)泡方式。2.2.2空氣壓縮機(jī)型發(fā)泡機(jī)的優(yōu)點（1）空氣壓縮機(jī)型水泥發(fā)泡機(jī)具有以下特點：（2）制泡速率較高；（3）所制出的泡沫細(xì)小綿密；（4）所制出的泡沫均勻、泡徑分布窄；（5）所制出的泡沫沁水率低。2.3.1壓縮空氣型水泥發(fā)泡機(jī)工作原理壓縮空氣型水泥發(fā)泡機(jī)是采用空氣壓縮機(jī)使得產(chǎn)生的高壓氣體與發(fā)泡機(jī)溶液充分混合，很好地將空氣壓縮機(jī)與于液泵結(jié)合在一起的一種新型的水泥發(fā)泡機(jī)發(fā)泡系統(tǒng)[8]。2.3.2壓縮空氣型水泥發(fā)泡機(jī)工作原理圖本次設(shè)計的一種新型水泥發(fā)泡機(jī)包含了供液裝置、進(jìn)氣裝置、控制系統(tǒng)、氣阻消除裝置、以及管路的設(shè)計。工作原理圖見圖2-1。圖2-1壓縮空氣型水泥發(fā)泡機(jī)工作原理圖注：1-9為手動調(diào)節(jié)球閥2.4壓縮空氣型總體設(shè)計方案的確定該種壓縮空氣型水泥發(fā)泡機(jī)包含以下幾個部分：（1）進(jìn)氣裝置本次設(shè)計采用空氣壓縮機(jī)。（2）供液裝置本次設(shè)計采用液泵。（3）制泡裝置此裝置即發(fā)泡管裝置，發(fā)泡劑在這個裝置中能夠與空氣混合產(chǎn)生泡沫。（4）液氣混合管路裝置該裝置是本壓縮空氣型水泥發(fā)泡機(jī)的液氣混合系統(tǒng)。（5）控制系統(tǒng)裝置在壓縮空氣型水泥發(fā)泡機(jī)領(lǐng)域里，其控制系統(tǒng)有人工控制系統(tǒng)和全自動控制系統(tǒng)這兩種。2.4.1供液裝置的設(shè)計綜合考慮用戶對該壓縮空氣型水泥發(fā)泡機(jī)發(fā)泡量的要求不同（譬如實驗室發(fā)泡和工程發(fā)泡的發(fā)泡量差別是很大的），故將本新型壓縮空氣型水泥發(fā)泡機(jī)的供液裝置設(shè)計為雙向進(jìn)液。壓縮空氣型水泥發(fā)泡機(jī)供液裝置見圖2-2。圖2-2壓縮空氣型水泥發(fā)泡機(jī)供液裝置該供液裝置設(shè)計有兩種供液方式（雙向供液）。（1）盛液斗式供液方式這是專門為實驗室發(fā)泡而設(shè)計的，因為實驗室發(fā)泡是計量式的少量發(fā)泡。（2）抽液管式供液方式這種供液方式則是為需要大量發(fā)泡的工程用途發(fā)泡而設(shè)計的，這種供液方式適用于從大容器里連續(xù)抽液發(fā)泡。閥門1控制盛液斗進(jìn)液，閥門2控制抽液管進(jìn)液。閥門1、2的開啟與關(guān)閉可以切換不同的供液方式，開啟閥門1并且關(guān)閉閥門2，發(fā)泡機(jī)的供液方式則為盛液斗式供液,。開啟閥門2同時關(guān)閉閥門1，此時發(fā)泡機(jī)的供液方式則為抽液管式供液。兩種供液方式可以根據(jù)自身的需要自由的切換，盛液斗式供液方式在保持一定液位的情況下也可以實現(xiàn)連續(xù)不斷地發(fā)泡并且兩種供液方式都是依靠液泵的運轉(zhuǎn)來工作的。2.4.2進(jìn)氣裝置的設(shè)計壓縮空氣型水泥發(fā)泡機(jī)的進(jìn)氣裝置設(shè)計見圖2-3。圖2-3壓縮空氣型水泥發(fā)泡機(jī)的供氣裝置本次設(shè)計的壓縮空氣型水泥發(fā)泡機(jī)由一個氣泵（空氣壓縮機(jī)）提供高壓氣體，為盡可能地減少空氣壓縮機(jī)的“空載”以及“滿載”現(xiàn)象，在氣泵的出氣管處附加了一段儲氣管，這樣不但能夠在下一階段的空氣到達(dá)前對從后冷卻器

出來的水份和油份實現(xiàn)再次補(bǔ)充，而且也填補(bǔ)了超出壓縮機(jī)容量部分的氣體，滿足了設(shè)備對空氣量的需求。2.4.3液體控制裝置的的設(shè)計液體控制裝置為閥4，見圖2-4。圖2-4供液控制裝置壓縮空氣發(fā)泡的本質(zhì)就是利用空氣壓縮機(jī)將高壓空氣壓入發(fā)泡劑溶液中，實現(xiàn)兩相的快速均勻混合，使氣體分散于液體中形成氣泡，再由無數(shù)氣泡組成泡沫。若發(fā)泡液進(jìn)入太少，氣多水少，泡沫量很小，即形不成液膜，空氣無法被發(fā)泡液膜包圍，成泡率低。若發(fā)泡液進(jìn)入太多，水多氣少，則會形成乳狀泡沫，泌水率高，發(fā)泡液浪費大，且泡沫產(chǎn)量低。因此控制合適的氣液混合比是成功發(fā)泡的關(guān)鍵，改變氣液混合比是調(diào)整泡沫密度的關(guān)鍵。綜合以上的考慮，在液泵出液口安裝一個流量控制閥4，以達(dá)到改變進(jìn)液量、調(diào)整氣液混合比的作用。閥門4為手動流量調(diào)節(jié)閥（J11W-16T手動直式調(diào)節(jié)閥），閥門4見圖2-5?！D2-5流量調(diào)節(jié)閥閥的轉(zhuǎn)動手柄處有0-9刻度，0表示關(guān)閉狀態(tài)，9表示開度最大，通常情況下，可置于3或4位置。轉(zhuǎn)動流量調(diào)節(jié)閥，改變管路中進(jìn)液的流量，從而達(dá)到控制、改變氣液混合比的目的，最終實現(xiàn)該水泥發(fā)泡機(jī)泡沫密度的可調(diào)性。2.4.4發(fā)泡管的設(shè)計本文設(shè)計的水泥發(fā)泡機(jī)是雙向發(fā)泡，它有兩個發(fā)泡管，且兩個發(fā)泡管制備的泡沫密度是不一樣的。1號發(fā)泡管的生產(chǎn)出來的泡沫密度是比2號發(fā)泡管所制備的泡沫密度大的，因為兩者所產(chǎn)生的氣泡的泡徑是不一樣的。發(fā)泡管見圖2-6。圖2-6雙向發(fā)泡管在發(fā)泡管設(shè)計中，我們通過在發(fā)泡管中加塞密度均勻的鋼絲球的方式來發(fā)泡（具體加塞鋼絲球個數(shù)稍后討論），須保證2號發(fā)泡管所制備的泡沫的密度或泡徑比1號發(fā)泡管小。鋼絲球見圖2-7。圖2-7鋼絲球注：鋼絲球的質(zhì)量50g/個，直徑約為50mm。發(fā)泡管內(nèi)徑的確定：因鋼絲球的直徑約為50mm，為確保鋼絲球與發(fā)泡管沒有空隙，故選取內(nèi)徑為50mm的發(fā)泡管。發(fā)泡管長度的確定：1號發(fā)泡管的長度選取400mm，因供液、進(jìn)氣管路與發(fā)泡管進(jìn)口處相接，所以兩根發(fā)泡管在長度方向需要錯開。故2號發(fā)泡管長度選取為430mm。加塞鋼絲球個數(shù)的確定：1號發(fā)泡管出大泡徑泡沫，加塞鋼絲球個數(shù)50mm<400mm，故選取內(nèi)置5個鋼絲球；2號發(fā)泡管出小泡徑泡沫，加塞鋼絲球個數(shù)50mm>430mm，故選取內(nèi)置10個鋼絲球。發(fā)泡管與出泡軟管采用螺紋管箍、緊固圈夾緊的方式連接，具體見圖2-8。圖2-8發(fā)泡管、軟管連接方式管箍與發(fā)泡管采用螺紋連接，在需要調(diào)整或者更換鋼絲球時，只需要用管制鉗擰開其即可，然后可以利用鉤狀的鋼絲取出發(fā)泡管中的鋼絲球。管箍為圓錐形，便于用緊固圈將出泡軟管固定在上面。2.4.5氣阻消除裝置的設(shè)計壓縮空氣式水泥發(fā)泡機(jī)產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象可能原因如下：發(fā)泡劑本身為溶液，一部分空氣融入其中導(dǎo)致其含有少許氣泡?？諌簷C(jī)、液泵的運轉(zhuǎn)會使整個發(fā)泡機(jī)的震動很大，這樣也容易使發(fā)泡劑溶液產(chǎn)生氣泡。所制備出的少量氣泡也容易產(chǎn)生氣阻。為解決該問題，本文設(shè)計的壓縮空氣式水泥發(fā)泡機(jī)為消除液泵運轉(zhuǎn)現(xiàn)象配備了消除氣阻裝置，在使用得當(dāng)?shù)那闆r下能夠較好的解決問題。解決方案：在液泵出液口處按加一個閥門，在無氣阻現(xiàn)象的時閥門是關(guān)閉的，在出現(xiàn)氣阻時便可以打開此閥門，但是必須做到即開即關(guān)，時間間隔不要超過1s。一次操作不能消除氣阻現(xiàn)象的話，要繼續(xù)進(jìn)行下一次同樣的操作。消除氣阻裝置，閥門3便是消除氣阻所需操作的閥門。見圖2-9。圖2-9氣阻消除裝置2.4.6控制系統(tǒng)的設(shè)計設(shè)備的控制系統(tǒng)可分為自動控制和人為控制。下面針對壓縮空氣式水泥發(fā)泡機(jī)的三個關(guān)鍵方面進(jìn)行對比。見表2-2。表2-2兩種控制方式的對比控制類型價格維護(hù)制泡效果自動控制太高不方便良好人為控制低簡單有時受人為影響由表2-2可以看出人為控制的優(yōu)點還是大于缺點的，綜合考慮我國目前的國情正是需要價格低、易于維護(hù)的水泥發(fā)泡機(jī)。因此本次設(shè)計的空壓機(jī)型水泥發(fā)泡機(jī)采用人工控制的方式，所采用的閥門均為手動調(diào)節(jié)閥門（閥門的選型在后面討論）?？諝鈮嚎s機(jī)、液泵的啟動與停止：在前立面板左上方裝有兩個單開開關(guān)按鈕分別控制空壓機(jī)以及液泵的啟動與停止。需要注意的是為消除發(fā)泡機(jī)啟動時產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象，按下液泵開關(guān)與空壓機(jī)開關(guān)的時候要有不超過1s的時間間隔。供液：打開閥門4即可，閥門4可以控制進(jìn)入供液管路的發(fā)泡劑溶液的流量。盛液斗供液：關(guān)閉閥門1打開閥門2。抽液管供液：關(guān)閉閥門2打開閥門1。1號發(fā)泡管制泡：打開閥門5、6且關(guān)閉閥門7、8。2號發(fā)泡管制泡：打開閥門7、8并關(guān)閉閥門5、6。注意：閥門3在不出現(xiàn)氣阻現(xiàn)象的時候都是關(guān)閉的；在使用其中一個發(fā)泡管發(fā)泡時，另一個發(fā)泡管進(jìn)口處的兩個閥門是關(guān)閉的；在使用該設(shè)備制泡前必須保持其中一個發(fā)泡管進(jìn)口處的兩個閥門是開啟的。3具體配置的選型3.1液泵及空氣壓縮機(jī)的選型3.1.1空氣壓縮機(jī)的選型小型水泥發(fā)泡機(jī)的發(fā)泡能力一般為[9]，制泡的密度應(yīng)該控制在為宜，因為在這個密度范圍下才不會使泡沫混凝土的性能受到影響。空壓機(jī)的排氣量和液泵的排量決定了泡沫的產(chǎn)量。則從理論上講，泡沫的產(chǎn)量見式（3.1）。式（3.1）式中——表示破泡系數(shù)；——表示空壓機(jī)的排量；——表示液泵的排量。一般情況下，若選擇高穩(wěn)定性發(fā)泡劑、氣液配合比例合適時，則泡沫產(chǎn)量主要取決于空壓機(jī)排氣量，見式（3.2）。式（3.2）（破泡系數(shù)忽略不計）故選取PAW3608型空氣壓縮機(jī)，其參數(shù)見表3-1。表3-1PAW3608型空壓機(jī)參數(shù)型號額定功率氣缸數(shù)額定壓力排氣量PAW36083KW3個0.7MPa360L/min3.1.2液壓泵的選型所制備出的泡沫密度的最大值與液泵最大排量和空壓機(jī)排氣量之間的關(guān)系見式（3.3）。式（3.3）式中——表示所調(diào)整的泡沫密度最大值；——表示發(fā)泡劑溶液的密度，一般約等于水的密度；——表示液泵的最大排量。則液泵最大排量見式（3.4）。式（3.4）故選取QL—380A型清洗機(jī)，其參數(shù)見表3-2。表3-2QL—380A型清洗機(jī)參數(shù)型號額定功率額定壓力許用壓力流量實際流量QL—380A1.6KW8MPa1~6MPa22L/min2~20L/min3.1.3閥的選型本次設(shè)計的壓縮空氣型水泥發(fā)泡機(jī)采用的是人工控制、人工調(diào)節(jié)的方式，故管路中的閥門（除閥門4外）均采用DN20手動調(diào)節(jié)球閥。閥門所在管路的外徑均為mm。4發(fā)泡機(jī)機(jī)架的設(shè)計4.1機(jī)架設(shè)計的原則材料方面：機(jī)架應(yīng)選擇成本相對較低的材料，這樣能夠降低本壓縮空氣型水泥發(fā)泡機(jī)的成本，增加其在市場上的競爭力；材料的質(zhì)地要求比較輕，這樣便于設(shè)備的運輸；材料的選擇還要綜合考慮到本壓縮空氣型水泥發(fā)泡機(jī)的工作環(huán)境，譬如耐腐蝕、耐熱等一些特殊的工作環(huán)境。結(jié)構(gòu)方面：在設(shè)計機(jī)架時要考慮機(jī)架的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性，設(shè)計機(jī)架時要進(jìn)行強(qiáng)度校核；機(jī)架的結(jié)構(gòu)不能妨礙設(shè)備內(nèi)置裝置的正常運行以及人工的操作行為；機(jī)架的設(shè)計要保證后續(xù)安裝、維護(hù)、維修或者更換的方便性；機(jī)架的設(shè)計要盡可能地簡易，復(fù)雜的機(jī)架結(jié)構(gòu)不但耗材而且耗時；因空壓機(jī)運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生很大的振動，所以機(jī)架的結(jié)構(gòu)還要求具備良好的抗振性。外觀方面：設(shè)計機(jī)架時，在保證設(shè)備能夠運轉(zhuǎn)的同時，還要注意機(jī)架的外觀要求美觀。4.2機(jī)架材料的選擇4.2.1機(jī)架材料的選用原則機(jī)架材料的選用應(yīng)該從兩個角度考慮：（1）從材料本身考慮：材料應(yīng)該滿足一定的剛度和強(qiáng)度等要求。材料的價格也應(yīng)該相對較低，要具備一定的經(jīng)濟(jì)性。（2）從零件方面考慮：須滿足零件的外形、尺寸和重量以及它的工作狀況和所受載荷情況對機(jī)架材料的要求。4.2.2機(jī)架材料截面形狀的選擇常用的機(jī)架材料的橫截面形狀一般為：工字型、圓管形以及空心矩形[10]。工字型截面適用于主要受彎曲的零件，本設(shè)計中的零件主要受扭轉(zhuǎn)，故不選用工字型截面。圓管形截面和空心矩形截面都適用于主要受扭轉(zhuǎn)的零件，從剛度角度考慮，宜選用空心矩形截面。選用空心矩形截面不但能夠?qū)ζ渌蔚那逑礄C(jī)、空氣壓縮機(jī)及電機(jī)的振動起到吸收作用，而且它的平面性也便于其他零件的安裝。綜合以上考慮，選定空心矩形截面為機(jī)架的材料截面。各部位機(jī)架材料的初選見表4-1。表4-1各部位機(jī)架材料的初選部位材料類型規(guī)格(mm)材料主支架矩形鋼管40×30Q235支撐架等邊角鋼40×40×4Q235方鋼管25×25Q2354.3機(jī)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求：在設(shè)計機(jī)架結(jié)構(gòu)時，首先應(yīng)滿足前文中所述的機(jī)架設(shè)計的準(zhǔn)則，其次綜合考慮空壓機(jī)、空壓機(jī)電機(jī)、清洗機(jī)以及發(fā)泡管等一系列設(shè)備的安裝情況，最后參照相似設(shè)備的機(jī)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。過程：(1)確定整體機(jī)架結(jié)構(gòu)：根據(jù)設(shè)計準(zhǔn)則和設(shè)計要求確定該空氣壓縮型水泥發(fā)泡機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)；綜合考慮所設(shè)計的該水泥發(fā)泡機(jī)的工作原理和運轉(zhuǎn)流以及各裝置工作環(huán)境的要求，將整個機(jī)架自上而下分為三個層面：盛液斗安放在上層，發(fā)泡管安放在中間層，清洗機(jī)、空壓機(jī)以及帶動其工作的電機(jī)放在底層。這樣自上而下的機(jī)架設(shè)計不但能夠保證方便安裝各機(jī)器而且也能確保各機(jī)器互不干擾地運行以及后續(xù)的維護(hù)和更換。（2）確定機(jī)架結(jié)構(gòu)尺寸：機(jī)架的尺寸取決于內(nèi)裝機(jī)器的外尺寸，空壓機(jī)及其電機(jī)的外形尺寸為450×280×300，清洗機(jī)及其電機(jī)的外形尺寸470×200×240。初定機(jī)架的外形尺寸為800×670×650，中間層距底層550mm(3)根據(jù)機(jī)架所選材料以及其結(jié)構(gòu)，確定采用焊接方式連接機(jī)架。(4)繪制機(jī)架結(jié)構(gòu)簡圖，見圖4-1。圖4-1機(jī)架結(jié)構(gòu)簡圖在機(jī)架的結(jié)構(gòu)簡圖中，主框架為藍(lán)色（40×30規(guī)格的空心矩形鋼管），黃色為盛液斗支撐和儲管箱支撐（25×25規(guī)格的方鋼管），中間層以及底層的綠色分別為發(fā)泡管、清洗機(jī)、空壓機(jī)、電機(jī)的支撐（L40×4規(guī)格的角鋼）。主框架外形尺寸是800×670×650。4.4支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計4.4.1空壓機(jī)與液泵的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）空壓機(jī)的支撐設(shè)計空壓機(jī)首先采用支座支撐的方式，其次將支座固定于底層左側(cè)兩根平行的角鋼之上?？諌簷C(jī)安裝尺寸為215×155，故空壓機(jī)的支座設(shè)計見圖4-2。圖4-2空壓機(jī)的支座設(shè)計（2）空壓機(jī)電機(jī)的支撐設(shè)計電機(jī)與空壓機(jī)支座由兩根平行的L40×4規(guī)格的角鋼支撐，液泵的支撐方式與之一致，根據(jù)電機(jī)的安裝尺寸140×125，液泵的安裝尺寸200×125,液泵電機(jī)的安裝尺寸100×125，設(shè)計空壓機(jī)、液泵支撐結(jié)構(gòu)見圖4-3。圖4-3空壓機(jī)、液泵支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計注：為能夠調(diào)整空壓機(jī)與電機(jī)安裝距離，使三角帶處于崩緊狀態(tài)，在底層支撐結(jié)構(gòu)的角鋼上須鉆如圖11的條狀孔。4.2.2盛液斗的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計盛液斗安放在機(jī)架的上層，由25×25規(guī)格的方鋼管與主框架焊接而成，見圖4-4。圖4-4盛液斗支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計4.4.3發(fā)泡管及儲氣管的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計從發(fā)泡管和儲氣管的截面形狀考慮，采用半圓形定位圈、U型固定圈將發(fā)泡管和儲氣管分別固定于中間層角鋼支架上，角鋼之間的間距不能超過發(fā)泡管及儲氣管的長度且不能妨礙盛液斗的安放。具體設(shè)計見圖4-5。圖4-5發(fā)泡管、儲氣管支撐結(jié)4.5機(jī)架強(qiáng)度校核4.5.1分析載荷情況此設(shè)計的發(fā)泡機(jī)為小型設(shè)備，只需要考慮基本載荷（忽略其他載荷）。基本載荷=設(shè)備的自重+設(shè)備運行時產(chǎn)生的載荷[11]。查機(jī)械設(shè)計手冊知，規(guī)格的矩形鋼管的單位長度質(zhì)量一般為，規(guī)格的方鋼管的單位長度的理論質(zhì)量為，角鋼的單位長度的理論質(zhì)量為。則機(jī)架的總重量P見式（4.1）。式（4.1）式中Ma——表示矩形鋼管總質(zhì)量；Mb——表示方鋼總質(zhì)量；Mc——表示角鋼總質(zhì)量。4.5.2機(jī)架強(qiáng)度校核機(jī)架承受最大載荷處是底層安裝空壓機(jī)及其電機(jī)、清洗機(jī)及其電機(jī)位置。查空壓機(jī)及清洗機(jī)的產(chǎn)品參數(shù)表知,空壓機(jī)及其電機(jī)總重量，清洗機(jī)及其電機(jī)總重量，二者同是安裝在角鋼上，則取空壓機(jī)的重量進(jìn)行靜載荷強(qiáng)度校核。一般計算中，計算載荷為基本載荷與動力系數(shù)的乘積。動力系數(shù)表見表4-2。表4-2動力系數(shù)較小沖擊、一般振動一般沖擊、中等振動較大沖擊、單向強(qiáng)振強(qiáng)烈沖擊、雙向振動1.1～1.251.25～1.51.5～22～3（4）注：取動力系數(shù)為1.2。角鋼焊接在前后矩形鋼管上簡化為一跨梁模型，假設(shè)載荷是均布在角鋼截面上，則根據(jù)計算公式得兩角鋼受到的最大應(yīng)力為[12]，見式（4.2）。式（4.2）式中——表示角鋼所受靜載荷；——表示載荷方向角鋼截面積。空壓機(jī)支座強(qiáng)度校核，支座是有四個角鋼支承，為固定端支座模型。角鋼受到的最大應(yīng)力為見式（4.3）。式（4.3）式中——表示角鋼所受靜載荷；——表示載荷方向角鋼截面積。則機(jī)架的強(qiáng)度滿足使用要求。4.5.3支座底腳螺栓規(guī)格的選擇空壓機(jī)電機(jī)經(jīng)皮帶傳動將動力傳給空壓機(jī)，見式（4.4）。式（4.4）式中n——表示電機(jī)轉(zhuǎn)速r/min；Me——表示軸上的外力偶矩N·m；P——表示電機(jī)功率KW。得，外力偶矩空壓機(jī)底腳使用個螺栓聯(lián)接，動載時在其電機(jī)帶動下受翻轉(zhuǎn)力矩的作用,此時左半邊螺栓受壓，右半邊受拉[13]?？諌簷C(jī)底腳螺栓布置見圖4-6。圖4-6螺栓布置圖根據(jù)底板的靜平衡條件得式（4.5）。式（4.5）根據(jù)螺栓變形協(xié)調(diào)條件，各螺栓的拉伸變形量與其中心至底板翻轉(zhuǎn)軸線的距離成正比。見式（4.6）。式（4.6）、…通過聯(lián)立解上兩式求出。距底板翻轉(zhuǎn)軸線最遠(yuǎn)處的螺栓受力最大，且所受工作載荷為,見式（4.7）。式（4.7）所選用的螺栓材料為45號鋼，性能等級為4.8，即，取安全系數(shù)S=3，則螺栓材料需用應(yīng)力為見式（4.8）。式（4.8）螺栓危險截面小徑為，見式（4.9）。式（4.