畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-JS500型雙臥軸攪拌機(jī)設(shè)計(jì)

雙臥軸攪拌機(jī)

全套設(shè)計(jì)圖紙加V信153893706或扣3346389411摘要雙臥軸攪拌機(jī)具備很多優(yōu)點(diǎn)，如攪拌效率高，攪拌質(zhì)量好，能源利用率高等，與傳統(tǒng)單軸攪拌機(jī)相比，它最大的特點(diǎn)在于其兩軸之間存在物料的逆流運(yùn)動(dòng)，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(jī)型。因?yàn)閿嚢枋且粋€(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程，物料在攪拌筒內(nèi)的各種運(yùn)動(dòng)主要取決于攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，因此對攪拌裝置各參數(shù)的選擇對提高攪拌機(jī)的工作能力具有十分重要的意義。本文結(jié)合了國內(nèi)外相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對雙臥軸攪拌機(jī)的主要參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算和分析，對主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行了選擇和優(yōu)化，以保證其良好的工作效率和品質(zhì)，高經(jīng)濟(jì)性，低能耗低污染性和較長的工作壽命。攪拌系統(tǒng)是整個(gè)攪拌機(jī)的“心臟”，所以是本次設(shè)計(jì)的核心部分，傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性，精確性對于整機(jī)的工作能力也有重要影響，因而其設(shè)計(jì)合理性非常重要。此外上料系統(tǒng)、卸料系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)等都是攪拌機(jī)不可或缺的組成部分。本文包含JS500型攪拌機(jī)各個(gè)系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)，并附上了總裝圖，關(guān)鍵部位裝配圖以及重要零件圖。關(guān)鍵詞：雙臥軸攪拌機(jī)；強(qiáng)制式；攪拌參數(shù)；理論分析；設(shè)計(jì)；攪拌效率；攪拌質(zhì)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(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的大背景下，城市基礎(chǔ)建設(shè)快速推進(jìn)和發(fā)展，城市面積快速擴(kuò)大，交通道路的里程和建筑的規(guī)模呈現(xiàn)高速增長趨勢，我國將建設(shè)大批的商業(yè)建筑，民用住宅，水站電站，車站機(jī)場，公路鐵路，通信基站等工程，作為建設(shè)這些現(xiàn)代社會(huì)基礎(chǔ)建設(shè)的主要材料，混凝土的需求量越來越高，實(shí)際工程中對混凝土的質(zhì)量要求也越來越高，混凝土攪拌機(jī)的發(fā)明和技術(shù)進(jìn)步大大提高了混凝土品質(zhì)，節(jié)約了原材料，加快和提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也節(jié)省了施工面積，改善了勞動(dòng)條件，減少了能源浪費(fèi)。因而混凝土攪拌機(jī)已成為各種建筑工程中必不可少的設(shè)施，在工程建設(shè)里發(fā)揮著重要作用。隨著生產(chǎn)的需求快速擴(kuò)大，特別是建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的混凝土攪拌機(jī)無法滿足生產(chǎn)對混凝土材料的要求。這在一定程度上推動(dòng)了混凝土攪拌設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展，雙臥軸攪拌機(jī)就是隨著混凝土加工工藝的進(jìn)步而逐步發(fā)展起來的新機(jī)型，可以作為大型水泥攪拌站的主機(jī)，同時(shí)也可以用于工程施工工地和水泥預(yù)制構(gòu)件廠，生產(chǎn)各種類型的混凝土或者各種砂漿，雙臥軸混凝土攪拌機(jī)的攪拌軸是水平布置的，它帶動(dòng)攪拌葉片，將裝在攪拌筒內(nèi)的物料強(qiáng)行拌合均勻，具有效率高、攪拌質(zhì)量好、操縱靈活和卸料干凈等特點(diǎn)，因此成為當(dāng)今工程上使用量最多的混凝土攪拌設(shè)備。基于雙臥軸混凝土攪拌機(jī)對于混凝土生產(chǎn)的重要意義，為了提高混凝土的攪拌效率和攪拌質(zhì)量，本設(shè)計(jì)將對JS500型雙臥軸攪拌機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。混凝土概述混凝土是一種復(fù)合固體材料，它由膠狀凝結(jié)材料與骨料(又稱集料)凝結(jié)而成。由所使用膠狀凝結(jié)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(shè)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(jié)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(dòng)性，為施工帶來很大便利，還在混凝土凝結(jié)變硬后，將砂、石牢固地凝結(jié)緊固為整體。骨料是指混凝土中的砂、石，因?yàn)樗麄冊诨炷林兄饕鸬街蔚淖饔?。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(xué)熱，還可以提升混凝土強(qiáng)度和耐久性。水泥混凝土是一種不均勻的多相復(fù)合材料。從微觀角度上來看，水泥混凝土的構(gòu)成包括粗骨料、細(xì)骨料、水泥的水合產(chǎn)物、各種細(xì)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(xì)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(chǎn)生的，厚度大約在30-60μm，這個(gè)薄層中還常含有細(xì)小裂紋因此其結(jié)構(gòu)比較松散脆弱。這種薄層結(jié)構(gòu)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(gòu)成的混合材料，因此，骨料與水泥石的性質(zhì)，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(jié)強(qiáng)度，就綜合決定了水泥混凝土的性質(zhì)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，水泥石的強(qiáng)度一般都低于骨料的強(qiáng)度，所以水泥混凝士的強(qiáng)度主要取決于水泥石的強(qiáng)度和骨料-水泥石接觸面(或界面過渡層)的粘結(jié)強(qiáng)度，而水泥石的強(qiáng)度和骨料的表面質(zhì)量(棱角的數(shù)量、粘附的雜質(zhì)的數(shù)量、粗糙程度、吸水能力的強(qiáng)弱等)、凝結(jié)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(jié)強(qiáng)度。界面是水泥混凝土中最為強(qiáng)度最小的部分，所以要提高混凝土強(qiáng)度及其他性質(zhì)，就必須改良界面過渡層的結(jié)構(gòu)和接觸面的粘結(jié)強(qiáng)度。2018年我國商品混凝土產(chǎn)量為25.46億立方米，2019年我國商品混凝土產(chǎn)量為25.5億立方米。目前我國的混凝土年產(chǎn)量已經(jīng)成為世界第一。攪拌機(jī)概述分類及特點(diǎn)表1-1混凝土攪拌機(jī)分類分類方式按工作性質(zhì)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(qiáng)制式固定式移動(dòng)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(zhì)區(qū)分，混凝土攪拌機(jī)可以分為周期式攪拌機(jī)和連續(xù)式攪拌機(jī)。周期式攪拌機(jī)的特點(diǎn)是它在工作時(shí)周期性地進(jìn)行上料、攪拌、卸料，即它的稱量、配料機(jī)構(gòu)按設(shè)計(jì)容量將物料分批送入攪拌筒，攪拌機(jī)按規(guī)定的時(shí)間和模式進(jìn)行攪拌后打開卸料門卸料，這就完成了一個(gè)循環(huán)。連續(xù)式混凝土攪拌機(jī)的特點(diǎn)與周期式攪拌設(shè)備完全不同：它在工作時(shí)連續(xù)不間斷地進(jìn)行上料、攪拌、卸料，所以，只有用稱量配料裝置準(zhǔn)確配置物料的成分，控制物料的體積，才能保證生產(chǎn)的連續(xù)高效。按攪拌原理來區(qū)分，混凝土攪拌機(jī)可以分為強(qiáng)制式攪拌機(jī)和自落式攪拌機(jī)，兩者的主要區(qū)別在于：自落式攪拌機(jī)的葉片和攪拌筒之間相對靜止不動(dòng)，強(qiáng)制式攪拌機(jī)葉片和攪拌筒之間相對運(yùn)動(dòng)。自落式攪拌機(jī)的葉片固定在攪拌筒筒體內(nèi)，當(dāng)筒體旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片把物料“托著”轉(zhuǎn)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(fù)地上下運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到均勻攪拌，充分混合的目的。區(qū)別于自落式，強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)的筒體是靜止不動(dòng)的，它由攪拌軸、攪拌臂和葉片的旋轉(zhuǎn)來攪拌物料(也有攪拌筒與葉片做相對旋轉(zhuǎn)來強(qiáng)制拌合的)，葉片安裝在攪拌軸上，工作時(shí)，攪拌軸驅(qū)動(dòng)葉片對筒內(nèi)物料進(jìn)行剪切、擠壓和翻轉(zhuǎn)、推移等強(qiáng)制攪拌作用，使物料在高強(qiáng)度的相對運(yùn)動(dòng)中得到充分的拌合，因而拌合質(zhì)量好，效率高。它適用于攪拌干硬性混凝土、輕質(zhì)混凝土，本次設(shè)計(jì)的就是強(qiáng)制式攪拌機(jī)。它的不足之處是動(dòng)力消耗較大、攪拌葉片及襯板磨損大、構(gòu)造較為復(fù)雜，且不適于攪拌流動(dòng)性大及含大骨料的混凝土。固定式攪拌機(jī)通過機(jī)架底腳螺栓與基礎(chǔ)固定，多裝在攪拌樓或攪拌站上使用。移動(dòng)式攪拌機(jī)裝有行走機(jī)構(gòu)?？呻S時(shí)拖運(yùn)轉(zhuǎn)移，應(yīng)用于中小型臨時(shí)工程。型號及參數(shù)常用攪拌機(jī)的機(jī)型代號見表1-2，以攪拌機(jī)出料容量作為其主參數(shù)，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(jī)的機(jī)型代號組型特性代號代號含義主要參數(shù)混凝土攪拌機(jī)J(攪)鼓式G(鼓)JG鼓式攪拌機(jī)出料容積(L)燃(R)JGR柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)鼓式攪拌機(jī)錐式反轉(zhuǎn)出料式轉(zhuǎn)(Z)JZ錐形反轉(zhuǎn)出料式攪拌機(jī)齒圈(C)JZC齒圈錐形反轉(zhuǎn)出料式攪拌機(jī)摩擦(M)JZM摩擦錐形反轉(zhuǎn)出料式攪拌機(jī)翻(F)JF錐形傾翻出料攪拌機(jī)強(qiáng)制式Q(強(qiáng))強(qiáng)制式攪拌機(jī)JQ強(qiáng)制式攪拌機(jī)單臥軸式(D)JD單臥軸強(qiáng)制攪拌機(jī)單臥軸液壓式(Y)JDY單臥軸液壓上料強(qiáng)制式攪拌機(jī)雙臥軸式(S)JS雙臥軸強(qiáng)制攪拌機(jī)立軸渦漿式(W)JW立軸渦漿強(qiáng)制式式攪拌機(jī)立軸行星式(X)JX立軸行星強(qiáng)制式式攪拌機(jī)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(jī)摩擦(M)JFM摩擦錐形傾翻出料式攪拌機(jī)混凝土攪拌機(jī)的型號主要由組代號，機(jī)型代號，特性代號，主參數(shù)代號，更新變型代號等組成，本設(shè)計(jì)為出料容積為500L的雙臥軸強(qiáng)制攪拌機(jī)，即攪拌機(jī)為型號為JS500。結(jié)構(gòu)與原理圖1-1強(qiáng)制式攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-1所示，強(qiáng)制式攪拌機(jī)(雙臥軸攪拌機(jī))主要由傳動(dòng)系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、攪拌機(jī)殼體、卸料系統(tǒng)、軸端密封系統(tǒng)等部分構(gòu)成。在傳動(dòng)系統(tǒng)中，由電機(jī)各驅(qū)動(dòng)一級帶傳動(dòng)裝置，再將帶傳動(dòng)裝置連接一臺(tái)三級圓柱齒輪減速器，最后由減速器通過聯(lián)軸器連接兩根攪拌軸進(jìn)行工作，并且通過同步齒輪或者聯(lián)軸器來保證兩根攪拌軸反向同步，即轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，速度相同，皮帶傳動(dòng)可以防止所需攪拌力過大而使電動(dòng)機(jī)過載。攪拌筒由左右兩個(gè)圓槽型攪拌倉組成，其內(nèi)表面安裝有通過沉頭螺釘連接的耐磨襯板，襯板在達(dá)到磨損標(biāo)準(zhǔn)后可以換新的。攪拌裝置包括一個(gè)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?cái)嚢枳笥覂刹蹆?nèi)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?cái)嚢栎S軸向向前或向后推動(dòng)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(jī)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(shí)間里正常工作，延長其使用壽命。上圖中的雙臥軸攪拌機(jī)通過開設(shè)在兩個(gè)拌筒中間底部的卸料門來排出加工好的物料。出料門的結(jié)構(gòu)形式有雙門式、單門式，其運(yùn)動(dòng)方式有轉(zhuǎn)動(dòng)式、滑動(dòng)式、擺動(dòng)式等，其驅(qū)動(dòng)形式有電機(jī)驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)。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(nèi)壁和卡在角落的物料則靠攪拌葉片推動(dòng)卸出。圖1-2自落式攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)圖自落式攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1-2所示，又稱為鼓筒形攪拌機(jī)，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(zhuǎn)，且多數(shù)鼓筒兩側(cè)呈圓錐形，因此又稱雙錐形攬拌機(jī)或錐形攪拌機(jī)。鼓筒式攪拌機(jī)的工作過程為：物料被安裝在鼓筒內(nèi)的攪拌葉片帶到高處，當(dāng)重力分力大于物料與攪拌葉片之間的摩擦力時(shí)，物料從葉片上下落到鼓筒底部。同時(shí)和攪拌葉片的安裝角(葉片工作面與拌筒回轉(zhuǎn)中心線的夾角)使物料在攪拌鼓筒的旋轉(zhuǎn)下產(chǎn)生軸向運(yùn)動(dòng)，提高了攪拌質(zhì)量。雖然這種攪拌機(jī)目前已經(jīng)被我國已下令停止生產(chǎn)，但由于它的使用可靠性較好，還有少量生產(chǎn)和使用。圖1-3立軸式攪拌機(jī)的組成1-攪拌蓋；2-筒體；3-機(jī)架；4-電機(jī)；5-減速器；6-回轉(zhuǎn)體；7-內(nèi)襯板；8-內(nèi)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(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。拌筒由攪拌蓋1、筒體2、內(nèi)筒8所組成，整個(gè)拌簡焊接在機(jī)架3上。簡身內(nèi)壁、內(nèi)筒外壁和拌筒底部分別用螺釘固定有外襯板11、內(nèi)襯板7和底襯板13，以提高攪拌筒工作壽命。攪拌機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)是由電機(jī)4，經(jīng)兩級行星減速器5，帶動(dòng)回轉(zhuǎn)體6實(shí)現(xiàn)攪拌機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。在回轉(zhuǎn)體上焊接有若干個(gè)攪拌臂固定座，攪拌葉片和內(nèi)、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(diào)整攪拌臂上下位置，即可調(diào)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(yùn)輸工具中。卸料門與卸料門軸12連接在一起，一般用氣缸經(jīng)拐臂推動(dòng)卸料門旋轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)拌筒卸料。結(jié)構(gòu)缺陷雙臥軸攪拌機(jī)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(zhuǎn)動(dòng)，攪拌機(jī)工作時(shí)，攪拌軸表面的速度小攪拌效果微弱，物料在表面不被攪動(dòng)就容易凝固黏結(jié)成塊，這就是攪拌機(jī)的裹軸現(xiàn)象。一旦發(fā)生裹軸現(xiàn)象，如果沒有及時(shí)清理，裹軸將越來越嚴(yán)重，混凝土凝結(jié)的厚度將越來越大?；炷聊Y(jié)后，尤其是凝結(jié)厚度變大之后，很難由機(jī)器自行清理，需要暫停工作，打開攪拌機(jī)人工清除。裹軸現(xiàn)象會(huì)造成攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)的不平衡，加劇攪拌機(jī)工作的振動(dòng)，并使容積利用系數(shù)下降，對攪拌質(zhì)量和效率的提高極為不利。造成裹軸現(xiàn)象的原因還有很多，比如攪拌機(jī)的進(jìn)料口位置設(shè)置不當(dāng)，將上料裝置的進(jìn)料口正對著其中的一個(gè)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(shè)計(jì)進(jìn)料口位置時(shí)一定要讓物料避免和主軸接觸。進(jìn)料口的位置應(yīng)該處在兩軸對稱線的正上方，進(jìn)料口的寬度應(yīng)該等于或者略小于兩軸間離。此外，攪拌機(jī)的進(jìn)料順序不合理也會(huì)造成裹軸現(xiàn)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(yīng)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(dòng)，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度相對較弱，因此被稱為攪拌低效區(qū)。尤其是在實(shí)際工程應(yīng)用中，經(jīng)常使用大型甚至超大型攪拌機(jī)，攪拌筒的半徑遠(yuǎn)大于主葉片的工作區(qū)長度，當(dāng)攪拌機(jī)工作時(shí)，攪拌葉片能有效攪拌的區(qū)域只有攪拌筒外側(cè)部分區(qū)域，攪拌低效區(qū)在攪拌筒內(nèi)壁區(qū)域所占的比重更小，這個(gè)現(xiàn)象限制了容積利用效率的提高，嚴(yán)重影響了雙臥軸攪拌機(jī)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(gè)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(shè)計(jì)合理的進(jìn)料口位置，合理的噴水位置，合理的容積利用系數(shù)，優(yōu)化攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，都可以減弱這些有結(jié)構(gòu)缺陷而導(dǎo)致的問題。發(fā)展水平與現(xiàn)狀軸端密封技術(shù)一直是制約臥軸式攪拌機(jī)發(fā)展的技術(shù)難題，在20世紀(jì)70年代初，軸端密封技術(shù)得到了突破，德國的桑索霍芬機(jī)械和礦業(yè)公司、意大利的仕高瑪機(jī)械設(shè)備有限公司、美國的杰克遜機(jī)械裝備有限公司、日本的日工株式會(huì)社等企業(yè)又將多種型號的臥軸式攪拌機(jī)發(fā)展起來。而在國內(nèi)，長沙建筑機(jī)械研究所與吉林市工程機(jī)械廠于1980年共同開發(fā)出料容積為500L的雙臥軸強(qiáng)制式混凝土攪機(jī)。隨后，山東省建筑機(jī)械廠，華東建筑機(jī)械廠，中國建筑科學(xué)研究院機(jī)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(jī)。臥軸式攪拌機(jī)開始在我國蓬勃發(fā)展起來。1986年9-12月，長沙建筑機(jī)械研究所聯(lián)合中國建筑科學(xué)研究院機(jī)械化研究所一起設(shè)計(jì)了錐形反轉(zhuǎn)出料式、單臥軸強(qiáng)制式、雙臥軸強(qiáng)制式三個(gè)種類多個(gè)規(guī)格型號的新型攪拌機(jī)。1986-1992年間，長沙建筑機(jī)械研究所分別與鄭州水工機(jī)械廠、山東省建筑機(jī)械廠、華東建筑機(jī)械廠、韶關(guān)挖掘機(jī)廠等合作研制了以雙臥軸攪拌機(jī)為主機(jī)的懸臂拉鏟式攪拌站后，國產(chǎn)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(jī)。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著商品混凝土技術(shù)的應(yīng)用推廣及國家環(huán)保政策的強(qiáng)力推行，我國混凝土攪拌機(jī)發(fā)展非常迅速，以中聯(lián)重科、珠海仕高瑪為代表的混凝土攪拌機(jī)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平，引領(lǐng)國內(nèi)混凝土攪拌機(jī)行業(yè)走上依靠技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展之路。珠海仕高瑪公司首先于2000年引進(jìn)意大利仕高瑪雙臥軸混凝土攪拌技術(shù)，在十多年時(shí)間內(nèi)發(fā)展了MSO、MEOMAO、MAW等系列產(chǎn)品，產(chǎn)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(jī)，產(chǎn)品出料容量為0.5~2.0m3；2009年，中聯(lián)重科成功研制高效、節(jié)能的雙臥軸復(fù)合螺帶式混凝土攪拌機(jī)，并于2011年完成全系列開發(fā)。我國的中聯(lián)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(jī)，該攪拌機(jī)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(xiàng)數(shù)據(jù)均達(dá)到了全球第一。這次實(shí)驗(yàn)的成功是一個(gè)里程碑，標(biāo)志著從此以后我國企業(yè)可以自主生產(chǎn)制造出大容量水工混凝土攪拌機(jī)，也標(biāo)志著我國成為少數(shù)幾個(gè)擁有超大出料容積攪拌機(jī)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(jī)，該機(jī)型符合市場對“節(jié)能環(huán)保”方面的要求，引領(lǐng)混凝土攪拌機(jī)行業(yè)向節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展。將來混凝土攪拌機(jī)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(qiáng)，國家越來越推崇綠色生產(chǎn)，因此可以預(yù)見市場將越來越青睞那些效率高、能力強(qiáng)、噪音小、自動(dòng)化的環(huán)保型混凝土攪拌設(shè)備。智能化是指利用測量系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對攪拌機(jī)關(guān)鍵部件的實(shí)時(shí)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(zhì)量。隨著現(xiàn)代工程建筑對混凝土品質(zhì)要求越來越高，混凝土種類越來越細(xì)化，市場推動(dòng)著混凝土攪拌機(jī)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(jī)，基于振動(dòng)機(jī)理的振動(dòng)攪拌機(jī)等等。總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原則攪拌機(jī)基本參數(shù)和主要結(jié)構(gòu)的選取要符合《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn):混凝土攪拌機(jī)(GB/T9142-2000)》的要求。攪拌機(jī)的零件選取優(yōu)先考慮符合通用化，系列化，標(biāo)準(zhǔn)化的“三化”要求的零件。所繪圖紙應(yīng)符合《中華人民共和國家標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)：機(jī)械制圖(GB4457-2000)》中的相關(guān)規(guī)定。設(shè)計(jì)要求完成其整機(jī)的方案設(shè)計(jì)，完成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算，主要參數(shù)如下：最大粒徑60mm，出料容量500L，進(jìn)料容量800L，攪拌葉片35r/min，生產(chǎn)能力不低于25m3/h；每天工作16小時(shí)，每年工作300天，設(shè)計(jì)壽命10年。翻譯相關(guān)文獻(xiàn)一篇；完成主要零件的零件圖和總裝圖的設(shè)計(jì)，總計(jì)不少于3張A0圖紙；完成計(jì)算說明書的書寫工作，包括中英文摘要，參考文獻(xiàn)不少于20篇，其中英文文獻(xiàn)不少于4篇。市場上同類型攪拌機(jī)的主要參數(shù)對比表2-1市場上同類型攪拌機(jī)的主要參數(shù)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(jìn)料容量800800800800800生產(chǎn)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(gè))\7\77攪拌葉片轉(zhuǎn)速(r/min)3535353535攪拌電機(jī)型號\Y180M-4Y180M-4Y180M-4Y180M-4攪拌電機(jī)功率(kw)18.518.518.518.518.5卷揚(yáng)機(jī)型號\YEZ132S-4-B5YEZ132S-4-B5YEZ132S-4\卷揚(yáng)電機(jī)功率(kw)5.55.55.55.55.5水泵電機(jī)型號\50DWB20-8A50DWB20-8A\\水泵電機(jī)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(yùn)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(jī)質(zhì)量(kg)\40004000\4000卸料高度(mm)可根據(jù)用戶要求設(shè)計(jì)150015001500/2700/3800\方案總述雙臥軸攪拌機(jī)主要由傳動(dòng)系統(tǒng)、攪拌筒、攪拌系統(tǒng)、攪拌機(jī)殼體、卸料系統(tǒng)、軸端密封潤滑系統(tǒng)等組成，在攪拌系統(tǒng)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(cuò)開一定的空間，從而輪番地?cái)嚢璋柰沧笥覂蓚}的物料，保證較高的攪拌效率和攪拌質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)中的傳動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、帶傳動(dòng)裝置、減速箱、同步齒輪對等組成，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一級帶傳動(dòng)再由帶輪驅(qū)動(dòng)一個(gè)兩級圓柱齒輪減速器，減速器輸出軸連接一個(gè)開式小齒輪，驅(qū)動(dòng)另一個(gè)開式小齒輪和兩個(gè)開式大齒輪，兩個(gè)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(zhuǎn)。本次設(shè)計(jì)選用的上料方式是卷揚(yáng)電機(jī)+提升斗式。這種上料方式優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備投資費(fèi)用低，結(jié)構(gòu)簡單，占用空間小，同時(shí)卷揚(yáng)電機(jī)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(shù)同類產(chǎn)品都采用這種上料方式。本次設(shè)計(jì)的卸料方式選擇卸料門轉(zhuǎn)動(dòng)式液壓卸料。轉(zhuǎn)動(dòng)式是在同類產(chǎn)品中比較常用的卸料門運(yùn)動(dòng)方式。轉(zhuǎn)動(dòng)式卸料門主要由卸料門主體、油缸、接近開關(guān)構(gòu)成。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，一般設(shè)置全開、全關(guān)、半開三種狀態(tài)。工作時(shí)高壓油從液壓泵泵出，然后注入油缸(或抽出)，油缸推動(dòng)(拉動(dòng))工作桿，使卸料門主體繞軸承座轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了開、關(guān)門。而液壓驅(qū)動(dòng)具有系統(tǒng)剛性好，便于控制，體積小推力大以及易于改裝變型的特點(diǎn)，因此已經(jīng)逐漸使用在各種類型的攪拌機(jī)上。1-上料系統(tǒng)2-攪拌系統(tǒng)3-傳動(dòng)系統(tǒng)4-卸料系統(tǒng)5-底架圖2-1JS500結(jié)構(gòu)示意圖電機(jī)選型參考過往國內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)各級傳動(dòng)零件的效率分別為：滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率；V帶傳動(dòng);減速器三級傳動(dòng)效率；齒輪傳動(dòng)比；介輪傳動(dòng)比；則可計(jì)算出電機(jī)所需具有的功率查閱設(shè)計(jì)手冊，本次設(shè)計(jì)所選擇的電機(jī)型號為：Y160L-4，其基本參數(shù)性能如下表所示：表2-1電機(jī)的基本參數(shù)型號額定功率(kw)滿載時(shí)最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速(r／min)電流(A)效率(%)功率因數(shù)Y160L-415146030.388.50.842.2表2-2電機(jī)的主要外形尺寸ABCDEFGH254254108421101237160KABACADHDBBL15330325255385314645圖2-2三相異步電機(jī)的外形尺寸攪拌裝置攪拌裝置是整個(gè)攪拌機(jī)里的最重要的部件，攪拌裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)決定了物料在攪拌筒里的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度，可以說攪拌裝置的設(shè)計(jì)是影響攪拌機(jī)工作能力的最核心的因素。雙臥軸攪拌機(jī)的攪拌系統(tǒng)由兩根攪拌軸，多組攪拌臂和葉片以及支撐軸的滾動(dòng)軸承組成，在設(shè)計(jì)過程中需要確定的主要參數(shù)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(zhuǎn)速，單根軸上葉片和攪拌臂的數(shù)量。這些參數(shù)共同決定了物料的運(yùn)動(dòng)。攪拌筒攪拌筒是攪拌機(jī)的基礎(chǔ)部件，攪拌機(jī)上的其他部件，如攪拌軸，攪拌臂，攪拌葉片，減速器，電機(jī)，上料系統(tǒng)，卸料門，軸端密封等都分別裝配在攪拌筒上形成一個(gè)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(hù)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(jī)的攪拌筒一般為ω型槽底，由兩個(gè)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(shí)有效利用攪拌空間，提升攪拌效率。容積利用系數(shù)容積利用系數(shù)指的是出料容積與攪拌筒公稱容積之比，在確保攪拌質(zhì)量的前提下，容積利用系數(shù)越大越好，容積利用系數(shù)越大表示在攪拌機(jī)占有相同體積的情況下，攪拌機(jī)的工作能力越強(qiáng)。但是容積利用系數(shù)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(shù)過大會(huì)使物料在攪拌筒里過于擁擠，物料的循環(huán)運(yùn)動(dòng)逆流運(yùn)動(dòng)被削弱，反而不利于提高攪拌質(zhì)量和攪拌效率。根據(jù)攪拌機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來說，攪拌機(jī)應(yīng)具有10%的超載能力，同時(shí)按照國標(biāo)GB/T9142—2000的規(guī)定，出料容積與進(jìn)料容積之比是固定的，對于JS500型攪拌機(jī)來說，進(jìn)料容積規(guī)定為800L，而攪拌筒公稱容積必定要大于進(jìn)料容積，所以經(jīng)計(jì)算有容積利用系數(shù)必須滿足參考市場上的各種產(chǎn)品，國內(nèi)攪拌機(jī)的容積利用系數(shù)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(shí)需要考慮的主要因素包括兩方面，一方面是對混凝土品質(zhì)的影響；另一方面是比例協(xié)調(diào)的外觀結(jié)構(gòu)。對于攪拌質(zhì)量的影響是設(shè)計(jì)中應(yīng)主要考慮的因素，同時(shí)它應(yīng)同攪拌臂的相位分布結(jié)合起來綜合考慮。如果長寬比過大，則物料的軸向循環(huán)運(yùn)動(dòng)距離過長，循環(huán)運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度有限，很難達(dá)到物料快速有效循環(huán)的目的，同時(shí)會(huì)增加攪拌軸的支撐跨距，降低整個(gè)攪拌系統(tǒng)的剛度。如果長寬比過小，則攪拌機(jī)的攪拌半徑增大，但是葉片和攪拌臂的數(shù)量減少，導(dǎo)致攪拌質(zhì)量難以提高，因此長徑比L/W應(yīng)控制在0.7-1.3之間適宜。參考過往國內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，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(shè)計(jì)選用深底寬短型，結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)資料以及市場同類產(chǎn)品的相關(guān)尺寸，取L/W=0.79。攪拌筒的長度，寬度，半徑參考過往國內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，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(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)資料以及市場同類產(chǎn)品的相關(guān)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(shù)為符合條件。材料選擇參考過往國內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，大部分混凝土攪拌機(jī)的攪拌筒體所用的材料是Q235鋼或16Mn鋼，這是由于它們的價(jià)格低，可塑性好，同時(shí)具有較高的強(qiáng)度和較好的耐磨性。結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)資料以及市場同類產(chǎn)品的相關(guān)尺寸，本設(shè)計(jì)采用Q235，這種材料的機(jī)械性能如下：屈服極限：σ=24㎏/mm2抗拉強(qiáng)度：σ=39㎏/mm2這里取安全系數(shù)n=2.0，則有：許用拉壓力：σ=19㎏/mm2許用切應(yīng)力：γ=12㎏/mm2攪拌軸的工作轉(zhuǎn)速參考過往國內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，襯板與攪拌葉片之間的間距應(yīng)保持在一定距離，防止大粒徑的骨料卡進(jìn)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(yán)重后果。但是考慮到制造工藝和經(jīng)濟(jì)性的限制，大部分混凝土攪拌機(jī)的襯板-葉片間距都控制在2-5mm之間，結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)資料以及市場同類產(chǎn)品的相關(guān)尺寸，本次設(shè)計(jì)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(yīng)該大于所受的離心慣性力，由此得到關(guān)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(yùn)動(dòng)速度，單位m/s；n為攪拌軸的工作轉(zhuǎn)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(shù)，這里取0.62。于是可以得到參考過往國內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，攪拌葉片末端的運(yùn)動(dòng)速度一般應(yīng)控制在1.4-1.6m/s之間，如果攪拌葉片末端的運(yùn)動(dòng)速度過高，則會(huì)形成較大的離心慣性力，使物料被甩出，影響攪拌質(zhì)量，如果攪拌葉片末端的運(yùn)動(dòng)速度過低，則攪拌效率又會(huì)下降。結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)資料以及市場同類產(chǎn)品的相關(guān)尺寸，本次設(shè)計(jì)取攪拌葉片末端的運(yùn)動(dòng)速度為1.6m/s，則實(shí)際攪拌軸轉(zhuǎn)速為實(shí)際攪拌葉片末端的運(yùn)動(dòng)速度為可以計(jì)算極限轉(zhuǎn)速為式中，R為攪拌筒筒體半徑，單位m；α為物料下滑時(shí)的初始水平夾角，這里取為40度；s為物料滾動(dòng)時(shí)阻力系數(shù)，取為0.05。于是可以得到攪拌臂和葉片的數(shù)量每根攪拌軸上攪拌臂和葉片的數(shù)量對于攪拌機(jī)的工作能力有很大的影響，如果數(shù)量過多，那么必然會(huì)使軸向尺寸增大，從而增加攪拌軸的支撐跨距，降低整個(gè)攪拌系統(tǒng)的剛度，如果數(shù)量過少，那么物料的循環(huán)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度會(huì)下降，不利于攪拌質(zhì)量的提高。參考過往國內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，每根攪拌軸上攪拌臂的數(shù)量與相鄰兩攪拌臂的相位差的乘積一般為2π的整數(shù)倍，這是因?yàn)槿绻朔e不為2π整數(shù)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(huì)造成攪拌軸的強(qiáng)度下降，提前出現(xiàn)疲勞損壞，也會(huì)造成攪拌軸的剛度下降，可能會(huì)引起攪拌軸的振動(dòng)，出現(xiàn)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(shí)進(jìn)入主攪拌區(qū)的攪拌臂數(shù)量不一樣，這會(huì)使攪拌機(jī)的振動(dòng)更加劇烈。結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)資料以及市場同類產(chǎn)品的相關(guān)尺寸，本次設(shè)計(jì)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(zhuǎn)軸線之間所形成的銳角。它是攪拌機(jī)的核心參數(shù)之一，對提高攪拌質(zhì)量和攪拌效率都有重要的意義。攪拌機(jī)工作時(shí)，由于攪拌葉片具有安裝角，因此它可以推動(dòng)物料沿著攪拌軸的軸向和周向兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。如果葉片安裝角設(shè)置過小，攪拌葉片就主要推著物料沿著攪拌軸的周向運(yùn)動(dòng)，而物料的軸向運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度變得很弱。如果葉片安裝角設(shè)置過大，則攪拌葉片主要推著物料沿著攪拌軸的軸向運(yùn)動(dòng)，而物料的周向運(yùn)動(dòng)就變得很弱。因此，為了保證物料的周向和軸向運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度都比較大，葉片安裝角必須設(shè)置在一個(gè)合適的范圍里，參考過往國內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)資料以及市場同類產(chǎn)品的相關(guān)尺寸，本次設(shè)計(jì)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(jī)，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(qū)動(dòng)著物料進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)，而對流排列就是指在攪拌葉片推動(dòng)下，物料在攪拌筒里從軸的兩端向中間運(yùn)動(dòng)，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(dòng)下，物料沿軸向循環(huán)運(yùn)動(dòng)且在左軸和右軸上物料的運(yùn)動(dòng)方向相反，左軸的前端和右軸的后端都有一個(gè)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(yùn)動(dòng)。參考過往國內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，圍流排列下的物料循環(huán)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度要強(qiáng)于對流排列，因此本次設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)的方向看去，確定攪拌臂螺旋布置的螺旋旋轉(zhuǎn)方向與攪拌軸的旋轉(zhuǎn)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(dāng)攪拌臂在單軸上正排列時(shí)，物料沿軸向從一個(gè)攪拌臂的位置被推進(jìn)到下一個(gè)相鄰攪拌臂的位置的過程中，攪拌軸需要轉(zhuǎn)過的角度為60度，而攪拌臂在單軸上反排列時(shí)，物料沿軸向從一個(gè)攪拌臂的位置被推進(jìn)到下一個(gè)相鄰攪拌臂的位置的過程中，攪拌軸需要轉(zhuǎn)過的角度為300度。因此反排列下物料完成一次循環(huán)運(yùn)動(dòng)需要攪拌軸轉(zhuǎn)過更大的角度，在攪拌軸轉(zhuǎn)速相同的條件下，反排列下物料軸向運(yùn)動(dòng)的速度更慢，完成一次循環(huán)運(yùn)動(dòng)所需要的時(shí)間更長，或者說在相同時(shí)間里，正排列下循環(huán)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)更多，相應(yīng)的攪拌質(zhì)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(jù)上面的分析可知，正排列時(shí)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(shí)，由于左右兩軸上物料的軸向運(yùn)動(dòng)速度不同，左右兩側(cè)攪拌筒里的物料分布就不均勻，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成物料擁堵，截?cái)辔锪涎h(huán)運(yùn)動(dòng)，因此正反排列也可以排除。本次設(shè)計(jì)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(jī)，除了沿?cái)嚢栎S軸向的物料循環(huán)運(yùn)動(dòng)，在它的兩軸之間還存在著物料逆流運(yùn)動(dòng)。逆流運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，逆流運(yùn)動(dòng)包括從左到右的運(yùn)動(dòng)，也包括從右到左的運(yùn)動(dòng)，它對于提高攪拌機(jī)的攪拌質(zhì)量具有重要的意義，所以設(shè)計(jì)中需要在不影響物料循環(huán)運(yùn)動(dòng)的前提下，盡可能提高逆流運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度。參考過往國內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為了使從左到右的逆流運(yùn)動(dòng)和從右到左的逆流運(yùn)動(dòng)交錯(cuò)進(jìn)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(yīng)存在一定的相位差，如果相位差設(shè)置得太小，那么方向相反的逆流運(yùn)動(dòng)在主攪拌區(qū)相遇，反而阻斷了逆流運(yùn)動(dòng)。如果相位差設(shè)置得過大，間隔的時(shí)間過長，逆流運(yùn)動(dòng)的頻率不足，不利于攪拌質(zhì)量的提高。結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)資料以及市場同類產(chǎn)品的相關(guān)尺寸，本次設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)本次設(shè)計(jì)共設(shè)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(nèi)，經(jīng)過比較之后得出結(jié)論是，左軸n號葉片和右軸n號葉片的相位差為180度時(shí)，物料的循環(huán)運(yùn)動(dòng)不受影響同時(shí)物料的逆流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度較強(qiáng)。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(qiáng)度的削弱，又可以保證加工比較簡單。另外，連接軸瓦是標(biāo)準(zhǔn)件，使用軸瓦可以使生產(chǎn)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(dāng)攪拌軸的軸徑較大，支撐臂直徑較大，而且整機(jī)的攪拌功率也較大時(shí)，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(shí)，焊接部位可能裂開，使攪拌系統(tǒng)失去工作能力。由于本次設(shè)計(jì)中攪拌軸受力及扭轉(zhuǎn)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(yīng)力作用，故無需校核螺栓強(qiáng)度。攪拌葉片尺寸設(shè)計(jì)在攪拌機(jī)卸料時(shí)，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(dòng)使其卸出攪拌筒，因而葉片在攪拌軸軸向上的投影應(yīng)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(shù)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(cè)攪拌葉片的數(shù)量，n1=2；n2為主攪拌葉片的數(shù)量，n2=4；Lc為側(cè)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(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)資料以及市場同類產(chǎn)品的相關(guān)尺寸，初定Lc=0.3m，Lz=0.24m，則可以計(jì)算得到重疊系數(shù)為參考過往國內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，重疊系數(shù)一般應(yīng)控制在0.92-1.25之間，這說明葉片長度設(shè)計(jì)值合理。主葉片和側(cè)葉片的具體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)如下圖所示，通過使用cad測量工具，測得主葉片和側(cè)面積的工作面積分別為攪拌葉片阻力系數(shù)的確定攪拌葉片的阻力系數(shù)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(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以通過經(jīng)驗(yàn)公式來估算攪拌葉片的阻力系數(shù)。式中，Z為攪拌葉片的阻力系數(shù)，單位N/cm2；v為攪拌葉片末端的運(yùn)動(dòng)速度，單位m/s，v=1.59；K為攪拌筒的容積利用系數(shù)，K=0.31。通過計(jì)算可得這里取Z=4.9N/cm2。攪拌功率計(jì)算對于側(cè)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(gè)主葉片與一個(gè)側(cè)葉片工作。則受的總徑向力為：總徑向力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為葉片阻力消耗的功率為在攪拌機(jī)工作過程中，攪拌臂也會(huì)受到物料運(yùn)動(dòng)的阻力，也會(huì)產(chǎn)生攪拌功率，這里近似地將1/2臂長作為有效長度計(jì)算。其中，因?yàn)閭?cè)葉片擋住了對應(yīng)攪拌臂的大部分，所以側(cè)攪拌臂產(chǎn)生的攪拌樓功率在本次計(jì)算中忽略不計(jì)。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(shí)受力，則徑向力為總徑向力產(chǎn)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(gè)攪拌機(jī)的“心臟”，所以足夠的攪拌軸強(qiáng)度對于攪拌機(jī)高工作可靠性有重要意義。45鋼為高強(qiáng)度中碳鋼，塑性和韌性較好，強(qiáng)度較高，切削性能良好，但是用水淬火后容易出現(xiàn)裂紋，一般需要調(diào)質(zhì)后才能得到良好的綜合力學(xué)性能。參考過往國內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)選用45鋼來制造軸，并分析軸的受力情況，進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核。有關(guān)性能參數(shù)如下：軸的受力情況首先計(jì)算各葉片及齒輪在A支承座產(chǎn)生的徑向支反力：側(cè)葉片Ⅰ產(chǎn)生的支反力為攪拌葉片Ⅰ產(chǎn)生的支反力為齒輪產(chǎn)生的支反力為各葉片及齒輪的徑向力在支承座A處產(chǎn)生的支反力為然后計(jì)算葉片在A支承座產(chǎn)生的軸向支反力：側(cè)葉片Ⅰ受到的軸向力產(chǎn)生的彎矩為攪拌葉片1的軸向力產(chǎn)生的繞x，y軸的彎矩分別為攪拌葉片2的軸向力產(chǎn)生的繞x，y軸的彎矩分別為：故由側(cè)葉片及攪拌葉片軸向力產(chǎn)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(qiáng)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(jù)已求出的總彎矩圖和扭矩圖，按第三強(qiáng)度理論求出各個(gè)截面的彎矩。計(jì)算彎矩的公式為計(jì)算彎矩圖為由計(jì)算彎矩圖可知，2點(diǎn)、1點(diǎn)處彎矩?cái)?shù)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(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)度校核。另外B點(diǎn)處截面的抗彎系數(shù)比較小，但是受到的彎矩相對較大，因此這里也對B點(diǎn)出進(jìn)行強(qiáng)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(jì)算中可以知道，攪拌機(jī)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(shè)計(jì)選擇型號為3520和51120的滾動(dòng)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(jù)工作條件查表可知：溫度系數(shù)Ft=1；載荷系數(shù)Fp=2.7；壽命系數(shù)ε=3。根據(jù)前章的計(jì)算，n=30.25r/min，根據(jù)設(shè)計(jì)要求的工作時(shí)間，可以確定軸承所需的額定動(dòng)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(shè)計(jì)要求給定的工作條件，可以得到：溫度系數(shù)Ft=1；載荷系數(shù)Fp=2.7；壽命系數(shù)ε=3。又知n=30.25r/min，根據(jù)設(shè)計(jì)要求的工作時(shí)間，可以確定軸承所需的額定動(dòng)載荷：因?yàn)椋运x軸承滿足使用要求。壽命計(jì)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(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)選用調(diào)質(zhì)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(chǎn)生的彎矩為：由軸向力產(chǎn)生的彎矩為：于是A-A截面處合成彎矩為因此正應(yīng)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(jù)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(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)選擇45鋼制造攪拌軸上的連接鍵。平鍵在實(shí)際工作中一般會(huì)因?yàn)楣ぷ髅鎵簼⒒蛑苯訑D斷而失效，因此這里對于鍵的擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核。對45鋼來說，鍵的擠壓應(yīng)力為鍵的剪切應(yīng)力為因此，這里選則雙鍵且按間隔180度布置較合適。傳動(dòng)裝置對于雙臥軸攪拌機(jī)，其傳動(dòng)裝置的作用就是將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力從電機(jī)傳遞給攪拌軸，并改變轉(zhuǎn)動(dòng)速度和扭矩大小。傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比準(zhǔn)確性，傳動(dòng)過程的穩(wěn)定性，傳動(dòng)精度等性能對攪拌機(jī)的工作性能影響很大，而且傳動(dòng)裝置的制造成本較高，其經(jīng)濟(jì)性和使用壽命也應(yīng)在設(shè)計(jì)中著重考慮，所以設(shè)計(jì)合理的傳動(dòng)方案非常重要。參考過往國內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，選擇下圖中的傳動(dòng)方案。本機(jī)的攪拌傳動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、V帶傳動(dòng)、圓柱齒輪減速器、同步齒輪對等組成，如圖4-1所示。電動(dòng)機(jī)連接小帶輪將動(dòng)力傳遞給V帶傳動(dòng)裝置，大帶輪連接輸入軸驅(qū)動(dòng)兩級圓柱齒輪減速箱，減速箱輸出軸連接一個(gè)開式小齒輪，驅(qū)動(dòng)另一個(gè)小齒輪和兩個(gè)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(zhuǎn)速度相同，方向相反。該方案的特點(diǎn)為：可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，工作穩(wěn)定和傳動(dòng)精度高。圖4-1攪拌機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比分配所選電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速為nm=1460r/min，由前章計(jì)算得出的攪拌軸的轉(zhuǎn)速為n0=30.25r/min，所以得到傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比為：總傳動(dòng)比公式為式中，i1為帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比，i2為減速器的傳動(dòng)比，i3為同步齒輪對的傳動(dòng)比，根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比一般在2-4，二級減速齒輪的推薦傳動(dòng)比是8-40，并參考過往國內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)比分配如下：帶傳動(dòng)V帶的設(shè)計(jì)計(jì)算首先先確定計(jì)算功率，計(jì)算公式為式中，p為帶傳動(dòng)的傳遞功率，單位kw；k1為工況系數(shù)，這里取為1.3。則計(jì)算功率為然后確定V帶的型號，根據(jù)計(jì)算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速(即電機(jī)工作轉(zhuǎn)速nm=1460r/min)確定V帶型號為C型。接著計(jì)算大小帶輪的基準(zhǔn)直徑，根據(jù)V帶的帶型(C型)可以得到最小基準(zhǔn)直徑為200mm，這里選取小帶輪的基準(zhǔn)直徑為d1=dm=200mm，根據(jù)傳動(dòng)比計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑接著驗(yàn)算帶速，帶速公式為參考過往國內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，V帶的最高轉(zhuǎn)速一般為25-30m/s，則設(shè)計(jì)的帶速符合標(biāo)準(zhǔn)。然后確定中心距和V帶的基準(zhǔn)長度，中心距的經(jīng)驗(yàn)公式為即為使帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，中心距選為a0=420mm。V帶初算的基準(zhǔn)長度可以根據(jù)幾何關(guān)系由下式計(jì)算：取基準(zhǔn)直徑為ld=1800mm，則可計(jì)算出中心距為接著驗(yàn)算小帶輪包角，可由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：小帶輪包角符合標(biāo)準(zhǔn)。接著要確定V帶的根數(shù)，可由經(jīng)驗(yàn)公式來確定式中，為包角系數(shù)，這里取0.93；為長度系數(shù)，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(jì)算可得對得出的結(jié)果取整為z=4。最后確定軸上的預(yù)緊力和作用在軸上的預(yù)緊力，計(jì)算可得帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算帶輪的常用材料有鑄鐵、鑄鋼、輕質(zhì)合金、木材和塑料等。當(dāng)圓周速度不高于30m/s時(shí)，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(dòng)，也可以使用木帶輪或高強(qiáng)度的塑料帶輪。根據(jù)前章計(jì)算的帶速，本次設(shè)計(jì)選擇使用鑄鐵帶輪。帶輪結(jié)構(gòu)可根據(jù)其基準(zhǔn)直徑確定，一般小帶輪，即基準(zhǔn)直徑不大于軸徑的2.5倍時(shí)帶輪可以采用實(shí)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(shí)，才會(huì)采用輪輻式帶輪。本次設(shè)計(jì)中大帶輪的基準(zhǔn)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(zhǔn)直徑為200mm，所以采用腹板式；小帶輪的基準(zhǔn)直徑，電動(dòng)機(jī)軸徑d=42㎜，因此有：大帶輪的基準(zhǔn)直徑；軸徑d=42mm(由減速機(jī)的軸徑確定)，因此有：減速器由減速機(jī)的傳動(dòng)比i2=16得，減速機(jī)的規(guī)格是(二級圓柱齒輪減速器)，又因?yàn)榇簖X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(jī)224型號，查機(jī)械手冊的ZLY-224型號減速機(jī)的尺寸參數(shù)如下：表4-減速器結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)ABHad1l1L17553905153844282267b1t1d2l2L2b2t2124510016535528106m1m3n1n2e1e2e331033570165.5137.5168263圖4-2ZLY型減速器同步齒輪對首先應(yīng)選擇齒輪材料，小齒輪選用調(diào)質(zhì)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(qiáng)度分別為這里取安全系數(shù)SH=1.1，可以求得許用應(yīng)力為：這里取安全系數(shù)SF=1.4，可以求得許用應(yīng)力為：設(shè)計(jì)齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)：然后驗(yàn)算輪齒的彎曲強(qiáng)度：齒形系數(shù)分別為應(yīng)力校正系數(shù)分別為因此齒輪的危險(xiǎn)截面彎曲應(yīng)力為則齒輪的彎曲強(qiáng)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(dòng)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(zhì)顆粒容易進(jìn)入開式齒輪，使輪齒齒面發(fā)生磨粒磨損，齒面磨損后再進(jìn)行嚙合時(shí)容易出現(xiàn)噪聲和震動(dòng)，而且磨損會(huì)導(dǎo)致齒厚變薄，嚴(yán)重時(shí)齒輪將被折斷，而齒輪罩可以有效減少外部雜質(zhì)顆粒進(jìn)入齒輪嚙合面，因此設(shè)計(jì)防護(hù)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(shè)計(jì)中用2mm的薄板通過焊接而成，一般有四部分組成，前側(cè)板、后側(cè)板罩腳以及弧面板，后側(cè)板是靠近攪拌同一側(cè)，前側(cè)板靠近減速機(jī)，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(dòng)過程，在設(shè)計(jì)過程中要在齒輪罩和齒輪之間留出一定的距離，這里設(shè)為18mm。罩底部應(yīng)設(shè)計(jì)多個(gè)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(dòng)軸承進(jìn)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(shí)間里正常工作，延長其使用壽命?；炷辽皾{一旦進(jìn)入滾動(dòng)軸承，侵入保持架和滾動(dòng)體的間隙和滾道，將迅速破壞滾動(dòng)體表面和座圈內(nèi)表面，使軸承快速失去工作能力。雙臥攪拌機(jī)在國外出現(xiàn)很早，但由于早期軸端密封技術(shù)遲遲沒有達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)的要求，所以雙臥軸攪拌機(jī)難以得到廣泛應(yīng)用。因此，攪拌軸軸端密封是攪拌機(jī)設(shè)計(jì)中相當(dāng)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(jī)械密封三種類型。當(dāng)攪拌設(shè)備設(shè)置軸封的目的是阻止外部的雜質(zhì)顆粒進(jìn)入攪拌機(jī)內(nèi)部污染工作介質(zhì)，而不是阻止混凝土物料進(jìn)入滾動(dòng)軸承時(shí)，液封式軸封裝置可以用于這種攪拌設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。液封式軸封裝置的結(jié)構(gòu)特殊，因?yàn)樗恍枰c攪拌軸直接接觸，但實(shí)際工作要求靜止元件與旋轉(zhuǎn)元件之間要保持一定的距離，所以相關(guān)零件必須要有較高的制造精度、安裝精度。同時(shí)，液封裝置對于工作條件的要求比較嚴(yán)格，當(dāng)工作介質(zhì)為易燃易爆或?qū)?huì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染或毒性程度嚴(yán)重或攪拌機(jī)內(nèi)工作壓力與大氣壓不等時(shí)，液封裝置就不再適用了。填料密封裝置結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、易于維護(hù)，臥軸式攪拌機(jī)在發(fā)展初期使用的就是這種軸封裝置，但它有一個(gè)致命的缺點(diǎn)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(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重泄露，正是因?yàn)檫@個(gè)原因它很快被新型的軸封技術(shù)代替了。圖5-2機(jī)械密封結(jié)構(gòu)1-彈簧2-動(dòng)環(huán)3-靜環(huán)與上述兩種方式不同，機(jī)械密封的最大特點(diǎn)就是它的密封工作面在攪拌軸的徑向，裝置中的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)相互貼緊端面，動(dòng)環(huán)隨軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，靜環(huán)固定不動(dòng)，兩環(huán)的接觸端面會(huì)形成油膜，從而實(shí)現(xiàn)密封。機(jī)械密封的優(yōu)點(diǎn)在于其密封能力強(qiáng)，不易出現(xiàn)故障，工作壽命長，性能穩(wěn)定且能適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境，如腐蝕性環(huán)境，高溫環(huán)境，風(fēng)沙環(huán)境等等。如圖5-2所示，機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)包括與軸用平鍵連接的動(dòng)環(huán)、與攪拌筒固連的靜環(huán)、使動(dòng)環(huán)和靜環(huán)緊貼的壓緊裝置還有O型密封圈。當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，靜止的靜環(huán)和與攪拌軸同步的動(dòng)環(huán)緊緊貼著，同時(shí)壓緊裝置負(fù)責(zé)軸向壓緊力，兩環(huán)的接觸端面會(huì)形成油膜，從而實(shí)現(xiàn)密封。如圖5-2所示，按照工作性質(zhì)劃分，A點(diǎn)、C點(diǎn)、D點(diǎn)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(fù)責(zé)動(dòng)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(diǎn)則是動(dòng)態(tài)密封，負(fù)責(zé)動(dòng)環(huán)和靜環(huán)作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)的端面密封，是機(jī)械密封的關(guān)鍵。兩個(gè)密封端面的表面質(zhì)量較高，依靠介質(zhì)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(dòng)密封的結(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)采用了如圖5-3所示的機(jī)械浮動(dòng)密封，采用這種機(jī)械浮動(dòng)裝置是因?yàn)樗谝酝Ｒ?guī)的密封基礎(chǔ)上做了巨大的改進(jìn)，很大程度上提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，被廣泛應(yīng)用到各種工程機(jī)械上。這種機(jī)械浮動(dòng)密封裝置由浮動(dòng)密封環(huán)(高合金白口鑄鐵)、轉(zhuǎn)轂、攪拌軸、O型密封圈和滑轂組成，其中一個(gè)浮封環(huán)與用平鍵連接并同步轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)浮封環(huán)與攪拌筒固連保持不動(dòng)。在裝配浮封環(huán)時(shí)一定要安裝壓緊裝置或者加上合適的預(yù)緊力，使得密封圈產(chǎn)生彈性變形，從而對動(dòng)環(huán)、靜環(huán)產(chǎn)生反力，這樣就保證了靜環(huán)與動(dòng)環(huán)的端面緊緊貼住。當(dāng)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(yù)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(gè)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(yáng)機(jī)構(gòu)、進(jìn)料料斗、上料架、料斗、滑輪等部分，電機(jī)連接減速器輸入軸，輸出軸將動(dòng)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(dāng)上料裝置工作時(shí)，電機(jī)通過一系列傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)料斗上升，當(dāng)上升到軌道的末端時(shí)，料斗門打開使物料落入攪拌筒內(nèi)。此外上料架上還設(shè)置了限位開關(guān)，用以確定料斗在投料時(shí)與攪拌筒進(jìn)料口的相對位置。上限位有兩個(gè)限位開關(guān)，防止料斗脫離軌道；下限位設(shè)有一個(gè)限位開關(guān)，當(dāng)料斗下降到地表面以下觸動(dòng)限位開關(guān)時(shí)，電機(jī)會(huì)暫停提供動(dòng)力，鋼絲繩也會(huì)恢復(fù)松弛狀態(tài)。制動(dòng)電機(jī)可以提供足夠的正反雙向力矩，使料斗在裝滿物料時(shí)可以停在軌道上的任意位置。1-滑輪2-料斗3-進(jìn)料料斗4-卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)5-上料架圖6-1上料機(jī)構(gòu)示意圖上料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考過往國內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)的上料方式確定為卷揚(yáng)電機(jī)+提升斗的方式。對于卷揚(yáng)電機(jī)的選型，市場上同類產(chǎn)品所選用的都是型號為YEZ160S-4的卷揚(yáng)電機(jī)，其功率滿足設(shè)計(jì)要求，為15kw，工作穩(wěn)定性高，控制精度高，產(chǎn)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(shí)物料的放料效果，考慮了料斗軌道在地下的長度和機(jī)架所需的高度，考慮了整機(jī)所需的工作面積工作高度后，本次設(shè)計(jì)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(nèi)側(cè)，而下滾輪置于槽鋼外側(cè)，這樣可保證料斗的上升下降安全平穩(wěn)。參考過往國內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，市場上同類產(chǎn)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(jié)構(gòu)簡單，制造方便，成本低，而且設(shè)計(jì)方法成熟，所以本次設(shè)計(jì)選用正方形料斗。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)要求每次投入筒體的物料體積，決定了料斗中部的結(jié)構(gòu)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(shí)物料就是沿著椎體傾角下落到筒體的，因此設(shè)計(jì)中必須保證傾角大于當(dāng)量摩擦角，使所有物料順利落下而不是附著在料斗內(nèi)壁上。圖6-2為料斗的結(jié)構(gòu)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(dāng)量摩擦角，就能滿足設(shè)計(jì)要求。則有式中，φi為物料與料斗內(nèi)壁之間的摩擦角。圖6-2料斗結(jié)構(gòu)尺寸在實(shí)際生產(chǎn)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(shè)計(jì)料斗容積時(shí)應(yīng)預(yù)留部分容積。參考過往國內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以由經(jīng)驗(yàn)公式來確定ab線的位置：式中，αd為物料的動(dòng)休止角。參考過往國內(nèi)外設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，料斗放料口的尺寸取決于單位時(shí)間內(nèi)能放料的體積，計(jì)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(dòng)方向的實(shí)際出口面積，單位m2；γ為物料的堆積面積，單位t/m3。當(dāng)物料的粒度較大時(shí)，實(shí)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(dòng)的“極限水力半徑”為為了使卸料過程不產(chǎn)生拱塞現(xiàn)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(jì)算設(shè)計(jì)結(jié)果列表如下：表6-1料斗結(jié)構(gòu)參數(shù)參數(shù)e(mm)H(mm)α1(°)α2(°)B(mm)b(mm)V(m/s)Ω(mm3)Q(t/h)數(shù)值10036378698002000.721440074.6卸料系統(tǒng)工作原理1-液壓油缸2-卸料門3-限位接近開關(guān)4-控制桿圖6-4卸料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖6-4所示，卸料系統(tǒng)的構(gòu)成包括卸料門、限位接近開關(guān)、控制桿、液壓油