搅拌机设计说明书.doc

湖南农业大学东方科技学院湖南农业大学东方科技学院 全全日日制制普普通通本本科科生生毕毕业业论论文文 混凝土搅拌机设计混凝土搅拌机设计 DESIGN OF CONCRETE MIXER 学生姓名学生姓名： 庄宗霖 学学 号：号： 200841930224 年级专业及班级：年级专业及班级：2008 级汽车服务工程(2)班 指导老师及职称：指导老师及职称：危小湘 实验师 学学 部：部：理工学部 湖南长沙 提交日期：2012 年 5 月 湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文 诚 信 声 明 本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导 下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中 已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或 撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中 均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果 由本人承担。 毕业论文作者签名： 年 月 日 目 录 摘 要：.1 关键词：.1 1 绪 论.2 2 总述 .3 2.1 搅拌的作用 .3 2.1.1 混凝土的组成 .3 2.1.2 搅拌的任务 .3 2.1.3 合理的搅拌机理 .3 2.2 混凝土搅拌机的类型 .4 2.3 国内外混凝土搅拌机的发展状况 .5 3 总体设计方案确定及动力元件选择 .6 3.1 总体设计方案 .6 3.2 电动机的选型 .6 3.3 减速器的选型 .7 3.4 连轴器的选择与计算 .7 4 叶片的设计与计算 .8 4.1 原有叶片的布置 .8 4.2 设计叶片的布置 .10 4.2.1 叶片的布置 .10 4.2.2“裹轴”现象.12 4.3 叶片的主要参数 .13 4.3.1 输送叶片主要参数的设计 .13 4.3.2 主轴的转速的确定 .14 4.4 螺旋叶片的加工 .18 4.4.1 叶片螺旋面的成形 .18 4.4.2 坯料形状的选择 .19 4.4.3 整圆坯料尺寸的确定 .19 4.4.4 压模主要尺寸的确定 .21 4.5 螺旋叶片的校核 .21 5 轴的设计与计算.27 5.1 与联轴器联接的左轴的校核 .27 5.1.1 初步估算轴的直径 .27 5.1.2 轴的结构设计 .28 5.1.3 左轴机械加工工艺过程卡 .28 5.1.4 轴承的强度校核 .29 5.1.5 轴的强度校核 .31 5.2 减速器与搅拌轴之间的连轴器里的键的校核 .32 5.3 销轴的校核 .33 5.4 与搅拌轴筒联接的轴的校核 .33 5.4.1 初步估算轴的直径 .34 5.4.2 轴的结构设计 .34 5.4.3 联接搅拌机轴筒的轴主要受到扭矩的作用而发生扭转 .35 5.4.4 推力球轴承的校核 .35 5.5 搅拌轴筒强度校核 .36 6 结论.37 参考文献.38 致 谢.39 混凝土搅拌机毕业设计 学 生：庄宗霖 指导老师：危小湘 （湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128） 摘 要：本毕业设计从搅拌的目的和机理出发。工作时,物料在叶片推动下沿螺旋面移 动,由于两轴的旋转方向相反,两轴间的物料产生挤压、翻滚和揉搓,以达到搅拌混合效果。长 期的生产实践证明,通过对卧轴式搅拌机的叶片结构和曲面形状进行合理的布置和设计，混凝 土的质量和生产效率会有很大的提高。结合三种叶片的优点，通过对他们进行有序、合理的布 置，让混凝土在有限的时间进行尽可能的搅拌。对它们曲面形状进行理论分析和一些试验，克 服传统搅拌机器的缺点，通过搅拌过程的分析，详细阐述了各参数的设计，并结合理论分析， 给出了结论和建议。 关键词：混凝土搅拌机；双卧轴；叶片 Design of Concrete mixer Author: Zhuang Zongling Tutor: Wei Xiaoxiang (Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract:This paper begins with the mechanism and purpose of the mixing motion. When working,the materials moves along the spiral surface,under the pressure of the blade,crumbles,rolls and twiste as a result of the opposite turning direction of the two axle,achieving the mixture effect of the concrete. It has been proved in the long-term production, through the horizontal Coaxial mixer surface of the leaf structure and shape of a reasonable layout and design, concretes quality and production efficiency will be greatly improved Combining with the advantages of three leafs, Concrete is going to mix as much as possible in the limited time through their orderly, rational layout. I do some theoretical analysis and a number of tests for the leaf-surfaces shape. Though the new design test, it overcomes shortcomings of traditional mixer, and notes that the new design may cause new problems.Though the theoretical analysia of the mixing process of the concrete,This paper explanins the selection of all confficient and gives conclusions and suggestions based on the theoretical analysis. Key words: concrete mixer; double horizontal shaft;blade 1 绪 论 近年来随着我国城市基础建设、房地产开发业的迅猛发展，推动了混凝土生产 产量的迅速提高。混凝土生产是改变传统的现场分散搅拌混凝土的生产方式，实现 建筑工业化的一项重要改革。混凝土的商品化生产因其生产的高度专业化和集中化 等特点大大提高了混凝土工程质量，节约原材料，加快，提高劳动生产率，减轻劳 动强度，同时也因其节省施工用地，改善劳动条件，减少环境污染而使人类受益。 目前,在国内外的煤炭、建材、化工等行业广泛地使用着各种各样的用来搅拌 煤、混凝土及其他原料的搅拌机。从其运动方式及其主要结构上来看,它们可分为 两大类型:一种形式为单运动的轴式传动轴上(有单轴和双轴)安装各式各样的搅拌 叶片(有长锥形、螺旋形等),并利用叶片来搅拌物料；而另一类则是通过钢齿轮传 动带动某一形状的筒体(有圆锥体、圆柱体等)的自身旋转而使物料产生搅拌效果。 由于这些搅拌输送机全部都是利用单运动方式,因而普遍存在拌和物料不充分,搅拌 效果不太理想；另外,其噪音也较大,特别是在煤炭行业的工业型煤等新工艺上使用 的搅拌输送机,根本满足不了其工艺设计要求而严重制约了其新技术新工艺的推广 使用,因而急需一种结构新颖、效果明显的全新机型的搅拌机来逐步代替旧式搅拌 机,并且也可广泛地使用于其他行业。 然而，在实际生活中，我们看到的大部分混凝土搅拌机，都是起搅拌作用，然 后通过车载，人力等方式运送到需要的地方。搅拌和输送分开进行，既加强了工人 的劳动强度，降低了劳动效率，造成大量原材料的浪费，又污染了环境。还有些设 备是搅拌和输送是分开的，及用一种机器完成混凝土的搅拌作用，而用专门的机器 完成混凝土的输送。 连续式搅拌机是随着混凝土施工工艺的改进而逐渐发展起来的新机型。近年来， 搅拌机逐渐向大容量和高生产率方向发展。通过长期的研究和探索发现比较完善的 搅拌输送过程。为使混凝土的搅拌和输送变得相对容易，我采用卧式双轴强制式连 续混凝土搅拌机。通过对搅拌轴的叶片的设计和组合，使物料完成搅拌和输送的工 作。本机在封闭的环境中，实现对物料的搅拌和输送，搅拌及输送效果良好，对环 境污染少，能够改善施工现场施工条件，保障施工人员身心健康，降低工人的施工 强度，提高工作效率，减少施工中对环境的破坏。 2 总述 2.1 搅拌的作用 2.1.1 混凝土的组成 混凝土作为当今最大宗的建筑材料，广泛地用于工业、农业、交通、国防、水 利、市政和民用等基本建设工程中，在国民经济中占有重要地位。一般混凝土指水 泥混凝土而言，它是由水泥和砂、石集料，加水按规定的配合比，经过搅拌、浇注 和凝结而成的一种人造石材。其中，水泥和水起胶凝作用，砂、石起骨架填充作用， 水泥浆包裹在砂的表面，并填充于砂的空隙成为砂浆，砂浆又包裹在石子的表面， 并填充石子的空隙。当水泥浆硬化后，就将砂、石集料颗粒牢固地粘结成一个整体， 使混凝土具有一定的强度和其他许多重要性能。 2.1.2 搅拌的任务 强度是混凝土最主要的力学性能，混凝土强度主要取决于混合料间的界面结构。 一般认为混凝土搅拌的主要任务是； (l)组分均匀分布，达到宏观及微观上的匀质； (2)破坏水泥粒子团聚现象，使其各颗粒表丽被水浸润，促使弥散现象的发展； (3)破坏水泥粒子表面的初始水化物薄膜包裹层，促进水泥颗粒与其他物料 颗粒的结合，形成理想的水化生成物； (4)由于集料表面常覆盖一层灰尘及粘土，有碍界面结合层的形成，故应使物 料颗粒间多次碰撞和互相摩擦，以减少灰尘薄膜的影响； (5)提高混合料各单元体参与运动的次数和运动轨迹的交叉频率，以加速达到 匀质化。 2.1.3 合理的搅拌机理 由以上分析可以给合理的搅拌机理一个解释：应尽可能使处在搅拌过程中的混 合料各组分的运动轨迹在相对集中区域内互相交错穿插，在整个混合料体积中最大 限度地产生相互摩擦，尽可能提高各组分参与运动的次数和运动轨迹的交叉频率， 为混合料实现宏观和微观匀质性创造最有利的条件。因此，为了获得搅拌均匀的混 凝土，混凝土搅拌机必须具备下列条件： (l)能对混凝土各种组分均匀搅拌，并使水泥浆或沥青均匀包裹骨料表面; (2)能将搅拌后的混凝土均匀的卸出; (3)搅拌和出料的时间短; (4)占地面积小; (5)功率消耗小，符合环保要求。 而影响混凝土搅拌质量的与搅拌机有关的主要因素有: (1)混凝土搅拌机的结构形式和它的搅拌速度; (2)混凝土搅拌机出料容量与搅拌筒几何容积的比率，即容积利用系数; (3)搅拌叶片和衬板的磨损状况; (4)各种混合材料的加料顺序。 (5)搅拌时间。 2.2 混凝土搅拌机的类型 目前生产的搅拌机有两种形式，一是独立使用的搅拌单机；另一是搅拌楼(站) 的配套主机。由于使用要求有所差异，两种形式的搅拌机的配置略有不同(搅拌单 机要比配套主机多上料和配水等机构)，但二者的主体机构是一致的。为了满足不 同混凝土的搅拌要求，已发展了多种机型，各机型在结构和性能上各具特色，可从 不同角度进行分类。就其原理而言，基本可分为自落式和强制式两大类。 表 1 混凝土搅拌机分类 Table 1 Concrete mixer classification 分类方式作业方式搅拌原理安装方式出料方式搅拌筒外形 形式周期式 连续式 自落式 强制式 固定式 移动式 倾翻式 非倾翻式 梨形、锥形、 鼓形、盘形、 槽形、其他 形 自落式搅拌机是依据物料的自落原理进行搅拌。工作时利用拌筒内壁固定的叶 片对筒内物料进行分割和提升，物料则靠自身重力洒落、冲击，从而使各部分物料 的相互位置不断进行重新分布而获得均匀搅拌。这种机型结构简单、功率消耗和叶 片磨损均较小，但其搅拌强度不够剧烈，搅拌质量难以保证，生产效率低，只适用 于搅拌普通塑性混凝土，对粗骨料粒径要求不严格，广泛地应用在中小型建筑工地。 常用的这类搅拌机有，鼓式搅拌机、双锥反转出料搅拌机、双锥倾翻出料搅拌机和 对开式搅拌机等。其中的鼓式搅拌机由于技术性能落后，已于 1987 年列为淘汰产 品。 强制式搅拌机是在自落式搅拌机之后，随着干硬性混凝土的发展而逐渐发展起 来的。与自落式搅拌机不同，它不是通过重力作用进行搅拌，而是借助旋转的叶片 对物料进行剪切、挤压、翻滚和抛出等强制搅拌作用，使物料在剧烈的相对运动中 得到均匀搅拌。与自落式搅拌机相比，搅拌作用强烈，搅拌质量好，生产率高，但 磨损大、功耗大，而且对骨料粒径有较严格的限制，适用于搅拌干硬性混凝土和轻 骨料混凝土，多用于施工现场的混凝土搅拌站和混凝土预拌工厂的搅拌楼。常见的 这类搅拌机有，立轴涡桨搅拌机、立轴行星搅拌机、单卧轴搅拌机和双卧轴搅拌机 等。 周期型搅拌机是大家可以经常见到的搅拌机。这种搅拌机在进行搅拌时，需要 经常停机器，作效率较低。而连续型混凝土搅拌机，由于机器在正常工作状态时， 不需要停止机器。减轻了工人的劳动强度，提高了劳动生产率，是当下的一种发展 趋势。 2.3 国内外混凝土搅拌机的发展状况 在搅拌机出现的时期，是以自落式搅拌的形式出现。随着对混凝土要求的不断 增多，出现了强制式搅拌机。强制式搅拌机又可分为立轴式和卧轴式两类。国内几 乎都是这两种形式的搅拌机。 立轴式搅拌机，又称涡浆式强制搅拌机，这种搅拌机的形式是在固定放置的圆 盘中央，装有一个由减速机驱动的转子臂架，在臂架上装有搅拌叶片和内外壁铲刮 叶片，依靠各组搅拌叶片不同的安装位置和安装角度便能对在圆盘和转子之间环形 工作容积的物料进行剧烈搅拌。 卧轴式搅拌机又称圆槽式搅拌机，是七十年代发展起来的一种新型搅拌机，它 可分为单轴式和双轴式，这种形式的搅拌机兼有自落和强制两种搅拌的机能，搅拌 叶片的线速度比涡浆式小，因而耐磨性要比涡浆式小高。 单卧轴搅拌机是由德国 ELBA 公司研制生产。它具有结构紧凑、消耗功率小、 叶片衬板耐磨性好，能满载启动和具有搅拌轻质混凝土能力的优点。我国也向该公 司引进了样机。 双卧轴搅拌机是随着混凝土施工工艺的改进而逐渐发展起来的新机型。国外从 二十世纪四十年代后期开始在美国和德国出现，但因轴端密封技术的不成熟，其发 展基本处于停顿状态。直到七十年代初，由于这项技术得到突破，双卧轴搅拌机在 不少国家右重新发展起来，目前已形成系列产品。我国于二十世纪八十年代初研制 成功，但发展迅速，在产品规格和产品数量上，都远远超过了其它机型。 搅拌机构是双卧轴搅拌机的核心部分，混凝土搅拌质量的好坏，生产率的高低， 使用维修费用的多少都与它有关。搅拌机构是由水平安置的双圆槽形伴筒、两根按 相反方向转动的搅拌轴和其上安装的搅拌叶片组成的。搅拌叶片的作用半径是相互 交叉的，叶片与轴中心线成一定角度，当搅拌轴转动时，叶片一方面带动混和料在 两个拌筒内轮番地作圆周运动，上下翻滚，同时在搅拌叶片相遇或重叠的部分，混 和料在两轴之间的共域相互交换；另一方面推动混和料沿着搅拌轴方向，不断地从 旋转平面向另一个旋转平面运动。 3 总体设计方案确定及动力元件选择 3.1 总体设计方案 连续式混凝土搅拌机主要由传动系统、搅拌输送装置、搅拌筒、及外供水系统 等组成。该产品的主要机构主要由一下几部分组成。 1.电机、减速机由联轴器连接在一起，减速机与搅拌轴也由联轴器连接在一起， 安装在底座上组成一个整体，它们之间用螺栓联结以便装卸和运输。15 2. 搅拌系统由搅拌筒，搅拌轴组成，完成物料的搅拌及输送工作。两搅拌轴 在搅拌筒内成对称方向布置，一个搅拌轴主要用于输送物料，而另一个搅拌轴用来 搅拌和输送物料。 1-电动机 2-联轴器 3-底座 4-搅拌筒 5-支架 6-搅拌轴 图 1 连续式混凝土搅拌机 Fig 1 comtinuous concretr mixer 3.2 电动机的选型 由于连续式混凝土搅拌机从结构上看，主要就是依靠电机的旋转，带动减速机 的转动，进而带动搅拌轴的旋转。因此，电机是整个装置的动力元件。由于在露天 工作，工作时灰尘较多，土扬水溅的工作场合。在搅拌的过程中，由于混凝土在不 断的搅拌过程中消耗动力，因此连续式混凝土搅拌机的生产能力决定着电机的功率。 此处电动机选型计算不详细涉及功率计算，而依据工作装置转速进行电机选型。异 步电机具有结构简单、维修方便、工作效率高、重量较轻、成本较低、负载特性较 硬等特点，是应用较广、需求较多的一类电机。电动机的功率主要有运动时的发热 条件限定，再不变或变化很小的载荷下长期连续运行的机械，只要其电动机的负荷 不超过额定值，电动所需电动机功率为： 工作及所需电动机的功率为 Pw Pdkw 式中：Pw工作及所需功率，指输入工作机轴的功率 由电动机至工作机的总效率 工作机所需功率 Pw，应有工作机的工作阻力和运动参数（线速度或转速）计 算求得： FV Pwkw 1000 或 式中：F工作及的阻力 N，V工作机的线速度，如运输机输送带的线速度 m/s T工作机的阻力矩 N m，nw工作机的转速 r/min 根据公式： 001 1Td iT 式中：Td电动轴的输出转矩N m T1工作轴的输入转矩，即等于涡轮上的转矩 T 将公式变形后如下： 通过以上的计算，说明所选电动机是满足要求的，所以水平移动部分的电机选 用 45sz01 型号的永磁式双轴输出直流电机。 综合考虑各个条件，暂选电机为 Y180M-4 型电机。查表知该电机功率为 18.5KW。转速为 1470 转/min。效率为 90，额定转矩为 2.0 KW ,最大转矩为 2.2KW。 3.3 减速器的选型 由于混凝土搅拌机在搅拌时，为了使混凝土搅拌的比较均匀，搅拌轴的转速 不宜过快。但考虑到该机器的生产能力，搅拌轴的转速又不可太慢。综合考虑一下， 参考其它机器的转速，该搅拌轴的转速在 40 左右。通过查表知暂选减速器的型号 kw 9550 Tnw Pw 001 0.717T1 Td0.0145N m0.034N m i62 0.8 A 为 ZSY224。额定功率为 64KW。 （1）机械强度的校核计算 111CWA PPKP 式中 减速器的计算输入功率（KW） ； 1C P 减速器的实际输入功率（KW） ； 1W P 工况系数； A K 与实际输入转速相对应的额定输入功率（KW） 。 1 P 混凝土搅拌机属于中等冲击，据表查得工况系数1.5。计算输入功率为 A K 11CWA PPK 18.51.527.75 1 P 该减速器满足机械强度要求。 （2）校核热功率 23 11 Gt W PPKKKP 式中 计算热功率（KW） ； t P 额定功率利用系数； 1 K 负荷率系数； 2 K 环境温度系数； 3 K 许用热功率（KW） 。 G P 功率利用率=0.29，查表知额定功率利用系数1.5；由图知，载荷 1 1 18.5 64 W P P 1 K 率系数0.7；由图知，环境温度系数1.3；由表知，许用热功率 2 K 3 K 87kw。 G P 计算热功率为 23 11 t W PPKKK 18.51.50.71.3 19.5 G P 热平衡校核通过。选用减速器代号为 ZSY224。17 3.4 联轴器的选择与计算 由于电机与减速器和减速器与搅拌轴之间需要传递扭矩和运动，因此需要联轴 器来保持它们一同回转而不脱开。 由于凸缘联轴器具有结构简单，制造方便，成本较低，装拆、维护简便，可传 递大扭矩。因此，我们可以选择该联轴器作为该机器的联轴器。由于电机和减速器 已经选定，减速器连接的轴已经确定。因此联轴器的基本尺寸参照机械零件设计手 册，可以确定下来。然后根据安装和配合需要的尺寸，来确定最终的加工的大小和 尺寸。 4 叶片的设计与计算 4.1 原有叶片的布置 连续式搅拌机的合理结构，技术参数的确定是一项迫切而急需的任务。在过去， 曾研究过的搅拌叶片在轴上布置对混合物均质性的影响。对搅拌机筒体中充填性能 及对机器生产率和搅拌过程耗电量的影响，在叶片合理布置下，叶片轴转速对混合 物均质性的影响，在合理的叶片布置和转速下，搅拌机筒体的安装倾角对搅拌过程 及对混凝土制件强度指标的影响。 (a)(b) (c)(d) (e) 图 2 叶片的布置形式 Fig 2 The leaves decorate a form 图上示出了曾研究过的搅拌机的叶片在轴上安装的几种布置方式（假设叶片设 置在一个平面上并只标记出安装角度） 。a型可使物料连续顺向流动的布置图，两 轴上叶片反向安装，但都能确保物料朝卸料口移动。b型两轴上叶片在外型上是 同向布置，但一根轴的叶片把混合物推向卸料槽，而另一根轴则相反。c型两轴 叶片在外型上是同向布置，并且筒体向卸料一侧倾斜一个角度 3 度。d型叶片外 型上同向布置，筒体倾斜安装，并且在靠近卸料口处，轴上装有阻滞作用的叶片。 e型混合布置，在一根轴上安装的叶片使物料沿着搅拌机筒体从装料口朝卸料口 流动。在另一根轴上，使物料顺着流动的叶片与逆向流动的叶片交替安装，而两根 轴的卸料端都装有阻滞作用的叶片。 评定混合物质量的主要准则可以用离析率 S 来表示。它说明混合物中各成份分 布不均匀性的程度。评定轴上叶片的布置时，这是一个主要的依据。为了便于选取 混合物试样并进行分析，可把搅拌机筒体的工作部分分为五个部分（五个区段） 。 在表中列出了搅拌叶片在各种不同布置时的离析率 S，生产率 Q 和单位电耗 e 的测定值。 很明显，在外型上叶片同向布置的各种情况下， （图 c，d）耗电量 e 都是较高 的，这说明在搅拌和移动混合物时，由于反向叶片使物料沿着搅拌机筒体朝着与卸 料方向反向移动。因而增大了阻力。当叶片混合布置时（图 e） ，耗电量 e 实际上与 轴的转速 n 无关，而是很接近于两轴上叶片反向安装是的值。当按图 a 叶片反向安 装是，可取得最大的生产率 Q 和最小电耗 e。但此时，混合物的质量比混合布置要 差。 在进行实验机的测试实验中得到以下数据 表 2 不同叶片布置情况的影响 Table 2 The effects of the different leaf layout 叶片布置轴转速 n （r/s） 离析率 S (%) 单位电耗 e （KWh/m3） 生产量 Q (m/h) a25.30.2814.75 b27.10.586.5 c（a=3）250.417.2 d（a=3）240.84.67 e（a=3）25.30.327.5 分析上述资料可得出结论：综合所有参数一起看，用混合布置来安装叶片是比 较理想的。在叶片混合布置时，搅拌机筒体向卸料一侧倾斜 a3，可降低单位电 耗和提高生产率。 对混凝土试样强度指标的研究得出： 叶片按混合布置可取得较均质的混合物，同时提高叶片轴的转速（增大单位时 间内工作机构和混合物配料） ，试样的强度可增大 1015，从顺向流动布置的强 度为 12.515 MPa。增大到叶片混合布置时强度为 15.817.2 MPa。 4.2 设计叶片的布置 工作时,搅拌轴带动搅拌叶片旋转,强迫物料按预定的轨迹产生剪切、挤压、翻 滚和揉搓等强制搅拌作用,使物料在剧烈的相对运动中得到均匀搅拌。改进搅拌叶 片的结构和曲面形状,对提高搅拌质量、减小搅拌阻力和降低功率消耗具有重要的 意义。 4.2.1 叶片的布置 合理的叶片布置不仅可以提高混凝土的硬度和混凝土的生产率。而且可以减少 原料的消耗，减少物料对机器的冲击，还能延长机器的寿命。由于两轴的旋转方向 相反,两轴间的料产生挤压、翻滚和揉搓,以达到搅拌混合效果 显然,在不破坏物料流运动的前提下,两轴间物料逆流运动的频次越高,揉搓和 挤压作用就越充分,搅拌效果就越好。因此,双轴上搅拌叶片的排列应以此作为依据。 针对上述问题，结合原有的试验得到的叶片布置的优劣。针对连续式混凝土搅拌机 作出如下叶片的布置。 图 3 设计叶片的布置 Fig 3 The leaves of the layout design 通过对叶片相对运动分析可知:搅拌叶片正反排列得到的逆流次数要比搅拌叶 片双正排列得到的次数多,因此搅拌作用更强烈,搅拌质量也更好。并且随着搅拌叶 片数量的增多,这种优势会更加明显。但这种情形下，那么搅拌叶片的运动顺序破 坏了拌筒内物料的大流动。这是因为物料以连续递推的方式前进。此外，在一根轴 上相邻叶片，同时参加搅拌,并且二者对物料推动的方向相反。由于叶片的反向推 动,有可能该叶片的相邻叶片无料可搅,从而导致一根轴上叶片内的物料无法推出来。 为了防止物料在机体两端受到挤压,应在物料进口端只设正向叶片,在出口端仅 设反向叶片。实体面型螺旋叶片具有搅拌效率高、输送物料性能好，因此在入料口 设置这种叶片。但这种叶片容易使物料形成“裹轴”现象。而带式面型螺旋叶片虽 然在输送效率上，稍差于实体面型螺旋叶片，但物料不会形成低效区。这对物料在 沿轴向运动是比较有利的。特别物料在长距离输送时，带式面型螺旋叶片充分发挥 了自己的优点。 虽然搅拌叶片正反排列得到的逆流次数要比搅拌叶片双正排列得到的次数多, 因此搅拌作用更强烈,搅拌质量也更好。但这种情形下，搅拌叶片的运动顺序破坏 了拌筒内物料的整体流动。这是因为物料以连续递推的方式前进。此外，在一根轴 上相邻叶片，同时参加搅拌,并且二者对物料推动的方向相反。由于叶片的反向推 动,严重时，可能造成该叶片的相邻叶片无料可搅,从而可能导致一根轴上叶片内的 物料形成断料现象。 为了避免这种情形的产生，根据试验结果,反向叶片的长度一般为正向叶片的 1/22/3 较好。此外，采用螺旋桨叶片，作为反向叶片，各叶片均匀分布在轴上。 这种叶片，可以承受较大的反向推力，搅拌的效率较高。螺旋桨叶片间断的分布在 轴上，不能导致对搅拌轴的断料形成。 机内的物料被正、反叶片分成两部分,一部分向前推进,另一部分则向后推送, 使物料产生连续不断的轴向往复运动,将处于不同半径处的物料翻转,在正反叶片的 共同作用下,物料在机内反复翻动、扩散、搅拌、揉搓,使物料混合均匀。由于正向 叶片大于反向叶片,所以物料在作轴向往复运动的时候,总体上是向出料口方向前进 的,因而可以满足连续工作的要求。此外,物料由通常的单向运动方式改为往复运动,使 得设备在有限的长度，提高物料的生产率和搅拌效率。13 4.2.2“裹轴”现象 连续式混凝土搅拌输送机由于在先前的生产过程中，一些问题也暴露出来。其 中， “裹轴”是比较突出的一个现象。 裹轴现象的产生 (l)维修清理工作没有到位。正常情况下，双卧轴搅拌输送机应该在工作 8 个小 时以后，停机清理。但我们的客户为了赶进度大都是 24 小时在运转忽略了清理工 作，这会给以后的搅拌埋下了隐患，导致理论上单盘 3 立方的混凝土，只能出 2.8 立方甚至更少的混凝土.大大降低了生产效率。因为有了第一次的“裹轴” ，就会象 滚雪球一样，随着时间的推移.轴会变得越来越粗，裹的泥浆也越来越多也给整个 主机的负荷带来了一定的影响。所以针对这点我们应该定期清理主轴.有句俗话用 在这里很合适：“磨刀不误砍柴工：工欲善其事必先利其器” 。 (2)搅拌机的进料口位置不合适。有的厂家设计的搅拌输送机的落料口正对着其 中的一个主轴，这样，很容易和喷溅的水混合在一起.形成水泥浆，久而久之就凝 固在搅拌主轴上。所以在设计落料口位置时.一定让物料恰巧竖直落在两个主轴的 中间避免和主轴接触。因此，在进行料口的位置应该在中间，进料口的宽度应该为 两轴的距离。 (3)搅拌机的进料顺序不完美。当落料顺序设置不当时同样会导致“裹轴” 。这 时可以调整投料顺序，使之达到最佳匹配。当然合适的投料顺序，需要操作人员或 实验室人员试验摸索找到最终的适合该混凝土型号的顺序。 (4)与搅拌叶片形状有关系。 强制式搅拌机受限于本身结构，搅拌叶片靠近拌筒且高度有限，靠近搅拌叶片 的物料运动速度较大，搅拌充分，而离搅拌叶片较远、靠近搅拌轴的物料流动慢， 得不到很好的搅拌，在靠近搅拌轴的环带区域内形成搅拌低效区甚至死区，见图。 普通双卧轴搅拌机的搅拌机构见图。图中搅拌叶片靠近拌筒安装，其附近的物 料运动速度较快，而靠近搅拌轴的物料缺乏搅拌叶片的搅拌作用，运动缓慢，搅拌 质量较低。如何使靠近搅拌轴的物料得到有效的搅拌。是解决低效区问题的关键。 图 4 裹轴 Fig 4 Wrapped shaft 机器在开始进料时，大量物料在很短的时间内很容易造成物料在进料口堆积。 因此，为使物料迅速离开入料口，入料叶片做成实体面型螺旋叶片。这样又很容易 造成“裹轴” 。因此，在其后的搅拌输送叶片，为减少“裹轴”的危害，做成带式 面型的螺旋叶片.16 4.3 叶片的主要参数 4.3.1 输送叶片主要参数的设计 物料在料槽中的轴向移动速度(m/s),在实际工作中,通常不考虑物料轴向阻滞 1 V 的影响,因此物料在料槽内的轴向移动速度/60。 1 Vs n 2.5 1 47AcrDQK 由上式可以看出,当物料输送量 Q 确定后,可以调整螺旋外径 D、螺距 S、螺旋转速 n 和填充系数 四个参数来满足 Q 的要求。 所以,螺旋直径 主要参数的确定2.5 1 1 47 Q D KAcr 对于螺旋输送叶片,其物料输送量可按下式计算: 1 3600QFr Vc 式中 Q螺旋输送搅拌机输送量(t/h) F料槽内物料层横截面积() 2 m ( 为填充系数) 2 4 DF r物料的单位容积质量() 3 t m c倾斜输送系数; 令 ， 所以 2.5 1 1 47KA K 2.5 Q DK cr 式中 K物料综合特性系数。 物料综合特性系数为经验数值。一般说来,根据物料的性质， 查表取 K=0.0573 为填充系数取值为 0.3 C倾斜输送系数。该搅拌机的倾斜角度为，查表取值为 10 代入数据得 D= =480.9 mm。 2.5 60 0.3 1 0.053 为方便生产，一般把计算出来的 D 值应尽量圆整成下列标准直径(mm): 150,200,250,300,400,500,600,700,800 所以 D=500 mm。14 4.3.2 主轴的转速的确定 随着主轴的转动，使得混凝土产生一个附加的绕轴旋转的循环流。主轴一定的 转数范围内，这种附加的循环流对混凝土的影响并不显著。但是，一定的转数时， 混凝土就会产生垂直于输送方向的跳跃翻滚，这时主轴将主要起搅拌而不再起轴向 的推进作用。这不仅会降低物料的输送效率，加速设备构件的磨损，而且会降低生 产率。因此，为了避免这种现象的产生，主轴的转速不得超过它的临界转速。 为了保证位于主轴附近的混凝土不会因为离心力的作用而产生垂直于输送方向 的径向运动，它所受的离心力不能大于其自身重力，而叶片外径处的混凝土所受的 离心力最大，因此混凝土所受离 心力的最大值与其自身重力之间 应有如下关系: 2 max 2 y D mmg max 2 30 y ng D max 302 y Kg n D 式中 主轴最大转速, 即临界转速，； max nr/min 螺旋叶片外径，； y Dm 重力加速度，；g 2 m/s 物料综合特性系数。K max 2 30 y ng K D 令，则式可转化为： 302Kg A max y A n D 式中 物料综合特性系数，查表知：A=37A 代入数据得52.3 max 37 0.5 nr/min 因此把它初始设置在 38是合理的。r/min 对于标准的输送叶片,通常螺距为(0.81)D。当倾斜布置时 S0.8D，该搅拌 机的倾斜角度为。取 S=400 mm。3 搅拌输送机中，对物料搅拌与输送的高低主要取决于螺旋叶片的选择一对螺旋 叶片 图 5 螺旋叶片 Fig 5 helical blade 当该轴的转速为 n 转时，在叶片推进面边 k 质点处粉料受到 N、F 力的作用而 运动达到混合目的。为直观起见，将其中一螺距上的螺旋叶片展开，如图所示。 图 6 运动轨迹 Fig 6 movement locus 这样叶片的旋转运动就变成了垂直于轴向的平移运动，K 质点处物料在被推进 过程中，不断偏离质点，又有新物料不断补充。在物料运动主方向是从 A 处指向 B 处，在此平移过程中物料除了质点还作自身旋转运动，完成物料剪切与扩散的混合。 由图示几何关系求得 K 质点处物料周向运动累计距离为： 1 1 coscos() cos K dS coscos() cos d 轴向运动累计距离为： 2 1 cossin() cos K dS coscos() cos d 其合成总运动累计距离为： 2 cos cos K d S 根据搅拌输送机的每次所需混合量，估算出搅拌输送机的筒体尺寸，螺旋叶片 中径也由此被确定。这样，其螺距完全随螺旋角而发生变化。 现查表知物料与叶片的摩擦系数0.4。则。farctan(0.4)21.8 那么以上三式就变为 1 3.28coscos(21.8 ) K dS 2 3.22cossin(21.8 ) K dS 3.28cos K dS 作图如下 图 7 运动路线 Fig 7 road map 1. 求极值点 =。 1 / 3.28 sin(221.8)0 K dS 10.9 =。 2 / 3.28cos(221.8)0 K dS55.9 =。 / 3.28sin( )0 K dS 0 2. 求拐点 。 =。 1 / 6.56cos(221.8 )0 K dS 55.9 。 =。 2 / 6.56sin(221.8 )0 K dS 10.9 =。 / 3.28cos( )0 K dS 90 表 3 四条线弧的主要特征列表 Table 3 Four lines arc the main characteristics of the list 010.9304555.96090 / 1K S+0_ / 1K S_0+ / 1K S+0_ / 1K S+0_ 从图中一目了然，太大或太小，其搅拌轴的轴向运动都会减弱，对流混合效 率降低。尤其对于偏大的情况，则对圆周运动、轴向运动均不利，不宜采用。要 使对流输送作用显著，值应取在（）左右，我取的为。要使搅拌作 2 45 55.9 用显著，搅拌叶片的值应取小值为宜。 搅拌叶片的螺旋角的设计 由于筒内充满了物料，其扩散作用使在环筒（d2-d1）内的饲料偏离输送实体。 而周围的饲料又来补充，组成新的输送实体，连续不断，循环往复。为不使物料在 搅拌筒内堆积和截断。输送叶片旋转一周输出的物料应与搅拌叶片旋转一周输出的 物料一致。 由公式 2 10 tK n QSS 式中： Q: 料流量（） 3 m s ：螺旋叶片轴向投影面积 （） t S 2 m ：叶片旋转一周被推料的轴向运动距离（） 2K S m n 2 sin( ) sin() cos K t S ：叶片轴的转速 （）n min n 要满足物料的连续性，有公式 Q Q 搅拌输送 2211 121 sin1 ()sin() 4cos60 tn dd /2222 122 sin1 ()sin() 4cos60 tn dd 其中 1 55.9 1 21.8 把其余数据代入得： 2 49.456 由叶片的性质知，带式螺旋叶片的螺旋节距与螺旋叶片的直径大致相同，再根据下 述关系知 11 22 cos cos s s 2 400 cos49.45 cos55.9 S 463.8 mm 考虑到该轴上还有一些反转的叶片，的值适当取的大一些，所以取480 2 S 2 S mm。 4.4 螺旋叶片的加工 用于连续型混凝土搅拌机的工作螺旋是由旋转轴和许多螺旋叶片彼此焊接而成。 螺旋叶片的制造无疑是整个螺旋输送机制造中的关键。制造螺旋叶片虽有多种方法， 但由于螺旋