（机械工程专业论文）基于计算机控制称量式稳定土厂拌的研制.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 高速公路的跨跃发展成为我国公路建设发展的重点，为建设出高质量、长效 稳定的高速公路研制出工作稳定可靠、生产高效、自动化程度高的稳定土拌合设 备是重要的研究课题之一。在采纳国内外几十年研究成果的基础上，经消化、吸 收引进各项新技术，结合现代电子，研制出基于计算机控制电子计量式w e b 5 0 0 型稳定土厂拌，为我国高速公路建设提供了高效率、高可靠性保障和服务。 本文根据国内外公路设备的发展趋势，提出了电子计量式稳定土设备的各项 要求和方案要求。在此基础上，分析比较了各种衡量方案、称量原理，给出了控 制系统电路图和计算机界面。 根据计量式稳定士厂拌的要求，提出了计算机控制系统的组成，分析研究数 据采集、信号处理等环节，完成了软件编程和关键部件的设计。 为了用户更好地使用该设备，给出了该设备的使用调试方法和简单的维护步 骤。通过试制和客户试用该机获得了好评。 关键词：称量式稳定土设备研制 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s tr a c t t h es p a m gd e v e l o p m e n to f e x p r e s sh i g h w a yi st h ek e y s t o n ef o rt h ec o n s t r u c t i o n o f h i g h w a y i no u r c o u n t r y i no r d e rt oc o n s t r u c tt h ee x p r e s sh i g h w a yw i t hh i g hq u a l i t y a n dl o n gl a s t m gs t a b u 畋d e v e l o p i n gt h es t a b i l i z a t i o nm i x e tw i t ht h er e l i a b l es t a b i l i t y , m g he f f i c i e n c ya n dh i g ha u t o m a t i o ni so 地o f t h ei m p o r t a n ts u b j e c t s i nt h i st h e s i s , b a s e do i lt h ed o m e s t i ca n df o r e i g nr e s e a r c ha c h i e v e m e n t si nt e n so fy e a r s , t h e e l e c t r o n i cm e a s u r i n gs t a b i l i z a t i o ne q u i p m e n tb a s e do nt h ec o m p u t e rc o n t r o l l i n gi s d e v e l o p e dw h i c hp r o v i d e st h eg u a r a n t e ea n ds e r v i c eo fh i g he f f i c i e n c ya n dr e l i a b i l i t y f o re x p r e s sh i g h w a yc o n s t n l c t j o n f i r s t l y , t h ed e v e l o p i n gt r e n do ft h ei n t e r n a la n de x t e r n a lh i g h w a ye q u i p m e n t si s i n t r o d u c e da n dt h e p r o g r a ma n dp e r f o r m a n c ed e m a n d s o fe l e c t r o n i c m e a s u r i n g s t a b i l i z a t i o ne q u i p m e n t sa l ep r e s e n t e d o nt h eb a s i so ft h ei n t r o d u c e dv a r i o l l sd e s i g n p r o g r a m s ，t h ev a r i o u sj u d g i n gp r o g r a m sa n dw e i g h i n gp r i n c i p l ea t ea n a l y z e da n d c o m p a r e d , a n dt h ec i r c u i td i a g r a mo f c o n t r o ls y s t e m a n di n t e r f a c ea r ep r e s e n t e d s e c o n d l y , c o m p o s i t i o n o fc o m p u t e rc o n t r o ls y s t e mi s p r e s e n t e d ，s o r w a r c p r o g r a m m i n ga n dm o k i 啦d e s i g no ft h ek e yc o m p o n e n t sa r ep e r f o r m e d , a n dt h e s e g m e n t ss u c ha sd a t ac o l l e c t i n ga n ds i g n a lp r o c e s s i n ga r ea n a l y z e d l a m ：l y , d e b u ga n dm a i n t e n a n c eo ft h i se q u i p m e n ta r ep e r f o r n ：l c da n dt h er e l a t i v e c o n c l u s i o n sa r eg a i n e db yt r i a l - m a n u f a c t u r ea n dp r o b a t i o n k e y w o r d s ：m e a s u r i n g t y p e ；s t a b i l i z a t i o ne q u i p m e n t ；d e v e l o p m e n t 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 选题背景 第1 章绪论 近年来我国高速公路发展虽然非常迅速，但占公路总里程的比重仍然较低， 还不能更好地满足我国国民经济快速发展的需求。因此，我国高速公路行业的发 展具有相当大的空问。考虑到我国目前高速公路发展的滞后状态，政府在制定经 济发展规划时，把高速公路建设放在了十分重要的位置。 大型稳定材料的路拌与厂拌设备均是修筑公路不可缺少的配套设备。目前我 国生产1 4 7 k w ( 2 0 0 h p ) 以上的路拌设备生产厂家已有2 0 余家，累计生产量约1 0 0 0 台以上，年生产能力可达2 0 0 台，其中徐州筑路机械厂、陕西建设机械厂等厂家 产量较大。厂拌设备的生产厂家较多，累计生产量超过1 0 0 0 台，年生产能力可 达2 0 0 台以上，其中交通部新津筑路机械厂、镇江华通阿伦机械有限公司等厂家 产量较大。路拌与厂拌设备在1 0 年前主要还依靠进口，其中进口德国b o m a g 公 司的m p h - 1 0 0 型路拌机( 3 2 0 h p ) 约2 0 0 余台。目前这两种设备已基本由国产产品 替代。 高质量的配套机械是确保公路工程施工质量的思想意识已得到各方人士共 识，为路面机械大发展打下了良好的思想基础和提供了广阔的市场前景。 改革开放以来，高等级公路建设迅速发展，大量的国外先进路面机械和技术 进入中国，使我们亲眼看到了先进配套设备对确保公路工程施工质量与进度的效 果及其重要性，也使国内生产企业看到了广阀的市场前景。正是由于多方面对路 面机械发展重要性和必要性的确认思想意识。成为路面机械得以迅猛发展不可低 估的重要因素。但也应该清醒地看到，我们与国外先进国家仍有很大差距，距离 国内市场需求也还有着一定差距。 1 、我国高等级路面机械产品的整体质量有待完善和提高，品种与数量仍需 加快发展。 修筑高等级公路的国产路面机械产品由于多方面因素的影响，其使用可靠 性、寿命有待完善和提高，产品的使用平均无故障时问、故障率以及使用寿命等 均与国外有很大差距，给施工带来了很大麻烦。采取关键件国际配套，加大工厂 改造力度以及加强管理等措施会逐步改善和提高我们产品的质量。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 高等级水泥路面、高等级公路养护配套机械，旧沥青路面配套再生设备，适 用于进一步提高路面施工质量的配套路面机械等设备还有待于我们根据市场的 发展逐步开发研制。 目前高等级公路施工的主导路面机械产品仍有1 2 依靠进口，这除了加工质 量的差距因素外，加工制造能力也还不能完全满足市场需求。值得注意的是，必 须在保证质量的前提下来加大生产能力，否则我们将无法取得市场竞争的胜利。 2 、修筑一般公路的主要路面机械产品的数量已超出市场需求，而有些厂家 还在不断地重复生产，且产品的整体质量亟待提高。 我们有相当一部分产品是本世纪六七十年代开发研制的产品，长期以来并未 采用较先进的配套件和技术逐步提高其性能和质量，而只是简单地扩大再生产。 此外，有的厂家不断地重复生产，这些趋势应加以改变。 目前市场上还在销售污染环境、操作条件差、甚至有安全隐患的产品，这些 均应通过严格考核令其改造。 3 、专业路面机械制造厂要适当地加快集团化进程，实现优势互补，增强整 体实力和市场竞争能力，联合起来尽快地参与国际市场竞争，这样才能使我国路 面机械走向更高档次的竞争。 4 、针对我国高等级公路机械化配套篪工中出现的技术和管理等诸多阿题， 交通部应组织有关部门和专家，在充分研讨的基础上，制订出适合我国具体条件、 具有一定指导和实用价值的修建和养护高等级公路机械化配套旌工技术指南性 的技术文件，以避免简单的相互重复，减少旌工中出现不合理的机械配套及应用， 不注重社会、经济效益等一系列弊端，逐步提高和完善我国机械化施工技术水平。 1 2 国内的情况 2 l 世纪在高等级公路快速发展的同时，我国的路面设计和施工技术及管理水 平将会进一步完善，科技创新的环境将会得到改善，路面早期破坏现象将会逐步 克服，在技术和经济相结合的原则指导下，路面设计将渐趋合理，既可用于养护 又可用于新路面的薄面层和超薄砸层将会兴起。沥青路面的功能，即抗滑能力、 平整度和减少噪声将得到充分发挥并达到更高水平。特别是气候条件恶劣、交通 量大、政治经济地位特别重要的路段上，使路面能满足其使用需要，保证路面的 使用寿命和日常良好的使用性能，这样就会取得长远的经济效益。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 2 改革开放以来，我国路面机械发展取得的主要业绩 l 、路面机械整体技术水平上了一个档次，主导路面机械产品己形成系列， 其产量、产值大幅度增长。 1 9 7 8 年前，我露仅有几家少量生产一般路面机械产品的厂家，高等级公路的 路面机械产品为空白。 2 0 世纪8 0 年代初，交通部列入了第一项路面机械。沥青混合料搅拌与摊铺 设备”引进制造技术的国家项目，由西安筑路机械厂与交通部公路科研所共同研 制，并分别于1 9 8 5 年和1 9 8 7 年由英国p a r k e r 和德国d y n a p a c 公司引进了搅拌 与摊铺设备的制造技术。近期，西安筑路机械厂又引进英国p a r k e r 公司的移动 式搅拌设备的制造技术，使得该厂成为国内唯一能生产6 0 2 4 0 t h 间歇式搅拌 设备系列产品( 移动式和可搬式) 的厂家，填补了国内高等级公路搅拌设备的空 白。 1 9 8 9 年和1 9 9 2 年，徐州工程机械厂和陕西建设机械厂分别以技贸结合方式， 引进了德国v o e l e 和h b g 公司沥青混合料摊铺设备的制造技术；镇江路面机械总 厂亦引进了日本n i i g a t a 公司摊铺机制造技术。目前，上述几个工厂均已成为我 国生产修筑高等级公路摊铺设备的主导制造厂家。 近期，徐州工程机械厂引进了英国a c p 公司搅拌设备的制造技术，现已完成 消化吸收、国产化工作，并进入市场。 通过上述多家引进沥青混合料搅拌与摊铺设备的制造技术，并经过多年消化 吸收、国产化以及自行开发研制工作，使我国拥有修建高等级公路的生产率为 6 0 2 4 0 t h 问歇式沥青混合料搅拌设备系列产品以及铺宽6 1 2 m 摊铺设备系列 产品，填补了国内空白。 2 0 年来，己累计生产6 0 2 4 0 t h 各种型号的间歇式沥青混合料搅拌设备约 3 0 0 台( 套) ，其西安筑路机械厂约占1 5 0 台( 套) 。国内年生产能力可达5 0 6 0 台( 套) 。按平均每台( 套) 5 0 0 万人民币计，累计创产值约1 5 亿元入民币。累计生 产铺宽6 1 2 m 摊铺机约4 5 0 台，国内年生产能力可达1 0 0 台。其中，陕西建设 机械厂生产1 2 m 高密实度摊铺机累计约1 3 0 台。按平均每台3 0 0 万人民币计，累 计创产值1 3 5 亿元人民币。前十几年，高等级公路施工的沥青混合料搅拌与摊 铺设备完全依靠进口。近几年，已不再进口生产率6 0 8 0 t h 搅拌设备，而生产 奉l o o t h 以上的搅拌设备平均每年国内还需要5 0 6 0 台( 套) ，其中1 3 以上为 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 国产设备；沥青混合料摊铺机铺宽9 m 以下基本不再进口，铺宽1 2 9 的摊铺机平 均每年国内需要约1 0 0 台以上，其中1 3 左右为国产设备。 水泥路面的搅拌与摊铺设备也己引进了多家国外先进制造技术。间歇式水泥 混凝土搅拌设备引进了日本同工( n i k k o ) ，德国e l b a 等厂家生产率为4 5 l o o m 3 h 搅拌设备制造技术，现已形成系列产品。自行开发研制高生产率连续式 搅拌设备在水泥路面施工中取得了较好的效果。滑模式水泥混凝土摊铺机引进了 美国m a x i p a y ，p o w e rc u r b e r s 以及德国w i r t g e n 的制造技术，现已可生产铺宽 5 9 m 的产品。 2 、我国主要路面机械产品的生产制造概况 我国主要路面机械产品的生产制造累计生产制造生产率为2 5 2 4 0 t h 各种 形式的沥青混合料搅拌设备约2 5 0 0 台( 套) ，年平均生产能力约达2 0 0 台( 套) ， 其中郴州筑路机械厂累计生产达8 7 0 多台( 套) 。 铺宽3 1 2 m 沥青混合料摊铺机累计生产制造3 0 0 0 余台，年平均生产能力可 达3 5 0 台，其中西安筑路机械厂累计生产达1 6 0 0 多台。 大型稳定材料的路拌与厂拌设备均是修筑公路不可缺少的配套设备。目前生 产1 4 7 k w ( 2 0 0 h p ) 以上的路拌设备生产厂家已有2 0 余家，累计生产量约1 0 0 0 台以 上，年生产能力可达2 0 0 台，其中徐州筑路机械厂、陕西建设机械厂等厂家产量 较大。厂拌设备的生产厂家较多，累计生产量超过1 0 0 0 台，年生产能力可达2 0 0 台以上，其中交通部新津筑路机械厂、镇江华通阿伦机械有限公司等厂家产量较 大。路拌与厂拌设备在l o 年前主要还依靠进口，其中进口德国b o r g 公司的 m p t t - 1 0 0 型路拌机( 3 2 0 h p ) 约2 0 0 余台。目前这两种设备已基本由国产产品替代。 国内仅有交通部直属西安、郴州和新津筑路机械厂生产一般路面机械产品， 目前这三家企业已成为国内生产制造高等级沥青混合料搅拌与摊铺设备、大型稳 定材料路拌与厂拌等系列产品的路面机械的主导厂家，产值翻了十几倍，己达到 8 千万至2 亿元人民币。此外，徐州工程机械厂、陕西建设机械厂、镇江路面机 械总厂等均己成为高等级摊铺机专业骨干制造厂，其产品可替代进口：镇江华通 阿伦机械有限公司生产多种大型厂拌系列设备，具有移动式和可搬式多种型号产 品；还有生产多种型号间歇式沥青混合料搅拌设备的沈阳路达筑路机械厂；生产 大型路拌和厂拌设备的徐州筑路机械厂等也有相当的技术实力和规模。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 1 3 厂拌的发展趋势 1 3 1 稳定土厂拌设备 国际上发达国家生产的厂拌设备已形成系列产品，生产率一般为2 0 0 1 2 0 0 t h ，有总体移动、分部件移动、可搬式、固定式等多种结构形式。集料计量大 多采用自动控制的连续称量技术，级配准确且精度高。搅拌器结构随厂家不同而 各有特点，但都具有传动合理、适应性强、拌和效率高、使用寿命长和易于保养 等优点，同时重视采用计量，防污染，防离析等方面的新技术，并在不断改进和 发展。 i 、细粒料含水率快速连续检测技术 水量的多少对水硬性结合料的力学性能和施工性能有着重要的影响，因此所 有厂拌设备都必须能进行精确的计量和控制。原始材料中含水率受气候影响变化 较大，特别是砂料、粉煤灰等细料的含水率变化更大。含水率的变化直接影响到 搅拌过程中的供水量和骨料级配的准确性，因而必须及时检测出原材料中的含水 率，才能准确控制供水量、供料量，使成品混合科的各项配比傈持一定。目前各 厂家生产的厂拌设备，几乎都采用连续强制搅拌方式，这就要求厂拌设备的供料 系统不仅具有快速检测原材料含水率的能力，而且必须是连续检测，只有这样才 能实现有效的自动控制，从而保证成品料的质量。 研究和解决细粒料中含水率的快速连续检测技术受到各生产厂家的普遍重 视，目前该项技术己取得很大进展，电容式、中子式、红外线等粒料含水率快速 连续检测仪即将推向市场。 2 、多用途厂拌设备 既能连续又能问歇强制拌和的多用途厂拌设备。为了扩大厂拌设备的使用范 围，使厂拌设备不仅能拌制稳定材料，也能拌制各种水泥混凝土混合料，国外一 些生产厂家正在研制多用途的厂拌设备。这种厂拌设备具有连续搅拌和间歇搅拌 两种作业功能。通过在控制室操作键盘可方便地转换物料计量程序，实现物料的 连续计量与输送或分批计量与输送。在连续计量时，搅拌器中的搅拌桨时安装角 度一致，构成常用的双卧轴强制连续搅拌器，可满足连续生产稳定土材料的需要： 在间歇计量时，搅拌器中的几个桨叶通过改变安装角度，能使物料在搅拌器中循 环运动，因而变成双卧轴强制问歇搅拌器，其搅拌时间可随意设定，这种分批计 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 量与搅拌的工作方式，能满足拌制水泥混凝土或其他需要长时闯搅拌特殊材料的 需要。该设备的关键技术在于物料的计量控制技术及特殊搅拌器的多功能特性， 目前该种设备还处在研制阶段，预计不久可推向市场。 3 、无衬板搅拌器 搅拌器在工作时由于材料的摩擦作用，其桨叶和衬板必然产生磨损，磨损的 程度将随着搅拌速度的增加而增加。因此，提高搅拌器的性能及耐磨性是各生产 厂家努力追求的目标之。近年来，国外一些公司针对稳定材料的特性和连续搅 拌的特点，并结合多年的使用经验，对强制连续式搅拌器进行了大胆改进，取消 了衬板，研制成新型无衬板搅拌器。这种无衬板搅拌器的工作原理和有衬板搅拌 器基本相同，但是两者的抗磨原理却截然不同。无衬板搅拌器最大限度地加大了 搅拌桨叶和壳体之间的间隙，搅拌器工作时，在该间隙中通常会形成一层不移动 的混合料层，此混合料层停留在壳体上起到了衬板的作用，保护着壳体不受磨损， 同时也减轻了桨叶的磨损。这种无衬板搅拌器，其壳体一般设计成平底斗型，具 有结构简单、加工制造容易等特点，在相同体积的情况下，比有衬板搅拌器的重 量轻、造价低，搅拌速度可提高近1 倍，因而提高了生产率；混合料拌和效果好， 不产生楔住、挤碎等现象。无衬板搅拌器通过试验和使用，已达到了实用阶段， 现正被应用于稳定土厂拌设备中。 中国于8 0 年代开始研制稳定土厂拌设备，至今已生产近千台套，在中国公 路建设事业中发挥着重要作用。国产的稳定土厂拌设备，大都采用组合可搬移或 部分部件移动的结构布局形式，产品品种规格较少，生产率在5 0 3 0 0 t h 。国 产设备基本技术性能一般都能达到施工技术规范所规定的要求，但是在技术性 能，外观质量，耐用性，制造精度等方面和国际先进设备相比还存在一定的差距。 因此，提高中国产品技术性能及质量，发展新品种、多规格的系列产品及大型化 是国内今后开发研究厂拌设备的主要方向。 1 3 2 稳定土拌和机 国外稳定土拌和机发展的历程是：旋耕机代用一拖拉机或汽车改制一小功率 机械传动式专用稳定土拌和一大功率全液压专用稳定土拌和机和大功率液压、机 械组合式专用稳定土拌和机。在成熟的机型中，b o m a g 公司的m p h l 0 0 型稳定土拌 和机和c a t e r p i l l a r 公司的s s 一2 5 0 稳定土拌和机等具有一定的代表性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 全液压专用稳定土拌和机的转子多用低速大扭矩马达直接驱动，结构简单、 维修方便，然而整机效率低，可靠性较差。近年来国外公司为改进低速大扭矩马 达传动这一缺点，成功地研制出高速马达加行星减速直接驱动转子的方式，置减 速机和马达于转子轴内，减小了转子直径和宽度尺寸，大大改善了机器的综合性 能。 现代优良的稳定土拌和机除了性能和可靠性外，正朝着多功能转子的方向发 展，即使用一种综合型的刀具来完成松土拌和及硬土翻松等作业，避免了用户更 换转子的困难。此外，现代稳定土拌和机还配有液体料喷洒装簧，从输料车上将 水、乳化沥青等液体料吸入，经准确计量后从转子罩壳前上方沿横向配置的喷嘴 中均匀喷出并与拌和料均匀混合。 国外也曾出现过一些两转子甚至更多转子串联排列、联合作业的稳定士拌和 机，利用多转子不同旋向的复合破碎与拌和作用达到机械一次通过即对稳定材料 完成均匀拌和的目的，不过由于结构复杂，机器庞大而没有普遍推广。 关于稳定土拌和机转子的旋向，早期多取正转方式，刀具自上而下切削土壤， 切屑随之向后抛出，不在转子前方形成堆积，驱动阻力小，且转子工作的水平切 削分力起推进机器前进之作用。随着现代道路施工对拌和质量要求的提高以及稳 定土拌和机采取正转方式有行走稳定性差的缺点，反转方式得到越来越多的采 用。反转刀具由下而上切削土壤，切屑由薄到厚变化，载荷平稳，在硬士翻松和 旧路面铣削作业中尤有优点；此外，后继刀具对堆积于转子前方的切屑进行复拌， 有利于改善拌和质量，因而现代大功率稳定土拌和机几乎都取反转方式。 近年来国外先进机型在行走系统和转子系统问设置了功率自动调节装置，自 动控制机器在负荷变化的情况下始终保持发动机在额定工况工作，还设有拌深自 动调节装置等。这种自控装置的设置大大提高了机器的综合性能，减轻了司机的 操作强度。 中国在印年代即开始研制小型后置式稳定土拌和机，由于多种原因未能批 量推广。8 0 年代初期，由交通部西安筑路机械厂生产了中小功率( 1 2 0 k w 以下级) 稳定土拌和机；8 0 年代末期，随着道路发展的需求，大力发展和生产大功率稳定 土拌和机列入日程，并先后由交通部新津筑路机械厂生产出2 3 5 k w 全液压稳定土 拌和机，徐州筑路机械厂生产出2 2 0 k w 全液压稳定土拌和机；至此中国的稳定土 拌和机生产开始步人成熟阶段。随着进口液压动力元件的引入和生产工艺的改 进，其技术日臻完善。目前国产稳定土拌和机已达年产3 0 0 台以上的生产能力。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 近年来国内大量生产的全液压稳定土拌和机为后置式结构形式，且性能大致 相同，仅在拌宽方面根据功率状况而稍有差别。也有个别厂家生产液压、机械组 合式中置型稳定土拌和机，有些厂家正在研制3 0 0 k w 级全液压稳定土拌和机以获 取更高的作业性能和可靠性。 随着稳定土拌和机的发展，国内在稳定拌和机基础理论方面也开展了研究 工作，特别是西安公路交通大学运用数学物理模拟方法以正转转子室内土槽单刀 切削试验为基础，通过计算机模拟计算取得了一系列研究成果；目前正在开展反 转转子的拌和及路面铣削方面的深入研究。 1 4 本文的研究任务 稳定土厂拌设备的传统计量方式是容积式计量方式，即通过改变料门高度和 调速电机的转速来改变物料的配比。这种计量方式需要事先根据产量、物料配比 及料门高度计算出电机转速，如果运行中产量改变需要重新计算和设定，给操作 者造成麻烦，并且容易出现计算错误。通过调速器控制电机转速，存在一定的误 差，造成成品料配比不准确，这样既造成了原材料的浪费，又直接影响路面的施 工质量。 随着自动控制技术的发展，动态电子计量在稳定土厂拌设备上得到了广泛应 用，采用它既可提商计量精度，又便于实现自动控制。稳定土厂拌设备上对骨料 和粉料的动态电子计量设备有所不同，粉料计量一般采用粉料减量秤，骨料计量 则采用皮带秤。 目前，我国连续式搅拌设备均采用容积法或皮带秤螺旋秤两类来计量，七 十年代从欧洲引进开发连续搅拌工艺至今，一直如此，始终未有突破。事实上， 这两种计量方法在欧洲使用能够作到高精度，例如德国申克( s c h e n c k ) 的皮带 配料秤，动态配料精度达到2 。而在中国却不行，原因在于受到我国机械制造及 材料等基础工业的制约。目前我国用于公路行业的皮带秤计量精度一般只能达到 5 左右，与容积计量相差无几，长期稳定性较差。本文的目的和任务就是针对设 备的砂石料和水泥采用容积式计量方式，靠改变料斗开度及调速电机转速的方式 来改变料的配比，计量精度低，控制精度无法保证，影响成品料质量的稳定性， 且水泥浪费现象严重的情况，对其进行改造。通过将砂石料和水泥的容积式计量 改为重量计量，提高二者的计量精度以及增加计算机自动控制方式，以保证要求 的控制精度。 西南交遥大学硕士研究生学位论文 第9 页 ( 1 ) 将砂石料和水泥的容积式计量改为重量计量，以提高两者的计量精度。 ( 2 ) 增加计算机自动控制方式，以保证控制精度。 ( 3 ) 自动控制系统应备以下基本功能： a ) 开机、停机和紧急停机功能； b ) 砂石料、水泥的计量控制功能： c ) 生产管理功能，包括砂石料、水泥和混合料实时流量、累计量的显示、贮 存和打印打印班、日、周和月的生产报表； d ) 砂石料和水泥计量控制系统工作不正常和故障报警功能 西南交通大学硕士研究生学位论文第伯页 第2 章方案设计 稳定土j 拌总体外形效果图 2 1 构成 构思的w e b 5 0 0 稳定土厂拌设备( 如图2 _ l 所示) 设计为每小时生产稳定土 5 0 0 t 。它由四个骨料( 砂石等) 仓( 两个双联料仓) 、四个配料皮带机、集料皮 带机、搅拌机、供水水箱、水称量系统、水泥仓、水泥称量系统、螺旋输送机、 上料皮带机、压空系统、操作控制系统和成品料仓等部件组成。机组总装机功率 1 3 5kw 。骨料( 砂石、粉煤灰) 、水泥、水的配料采用电子计量的方式，它是通 过交频调速的方式改变其电机的转速来控制各自的配比量。用户根据生产的要 求，将不同级配的骨料由装载机加装到各个骨料仓内。设置在骨料仓下部的配料 皮带机由变频调速的方式，将各种骨料按设定的配比量输送到集科皮带机上，集 料皮带机则将配好的骨料输送到搅拌机内。水泥经计量后由螺旋输送机直接送入 搅拌机内，设定的配比量由计量斗分隔式出料器的转速来控制。供水水箱上设置 有水泵，水泵的出水管连接到搅拌机的供水管上。同样是蜗轮流量计输入脉冲， 由计算机调节其水泵电机转速的方式来控制水的配比量。设定好的各种物料送入 搅拌机进行搅拌，经搅拌机充分搅拌后的混合物料即为成品稳定土。成品稳定土 由搅拌机底部的卸科口排出，上料皮带杌则将其输送到成品科仓内暂存。成品料 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 仓设计成门形，运输车辆可停放在成品料仓的下面接装成品。成品料仓的底部有 两个出料口。两个出料门分别由气动控制的气缸来实现其开闭，用以完成成品稳 定土的装料。操作人员在操作台上手动控制气缸的操作。当运输车辆停放在成品 料仓的下面时，打开出料门，将成品稳定土卸到运输车上。当车装满后，手动操 作将出料门关闭，等下一次装车。两个出料门可以同时操作控制，也可以分别操 作控制，以满足装车的需要。 w e b 5 0 0 型稳定土厂拌设备为连续式生产的成套机组。用户根据生产的要求， 预先将设定的各种物料的配比量，通过计算机控制且采用变频调速的方式的调 定。开机后，整个机组连续不断地自动完成稳定土的生产。 2 2 主要性能技术指标 主要指标有砂石料和水泥的计量控制精度、生产能力、装机功率等。 ( 1 ) 砂石料计量精度 0 5 ( 2 ) 石料控制精度( 配料精度) 1 5 ( 3 ) 水泥计量精度 0 4 9 6 ( 4 ) 水泥控制精度( 配料精度) o 1 ( 5 ) 水泥、砂石料配比精度0 1 ( 绝对偏差) ( 6 ) 水 0 1 ( 7 ) 生产能力5 0 0 t h ( 8 ) 装机总功率1 3 5 k w 西南交运大学硕士研究生学位论文第1 2 页 ( 9 ) 整机总重 ( 1 0 ) 安装占地面积 2 3 方案设计 约2 4t 2 5 0 酽 田2 _ 2 ，炜 仓 2 3 1 骨料仓( 图2 - 2 ) 的主要设计参数 机组共设计配置有两个双联料仓，其中一个双联料仓的一个料仓设计有破拱 装置。每个料仓的容量为1 2 一，其外形尺寸为6 6 0 0 n n x 2 8 1 3 衄x 3 6 8 0 m n 。 破拱装置设计有两根独立的破拱轴，分别由两台2 2kw 的行星摆线针轮减 速机驱动。减速机的输出轴采用联轴器直接与破拱轴联接。破拱轴的转速为2 6 转分。破拱料仓主要用于配装易于起拱的材料，如粉煤灰或白灰材料等。在配 料生产过程中，当破拱料仓中的材料出现起拱而不下料时，操作人员可手动开启 破拱装置进行破拱，以保证该料仓能顺利进行配料。破拱装置仅在出现起拱现象 时才启用。另外三个料仓在其下锥斗部位分别配置有微型振动器，当料仓出现起 拱而不料时，可手动开启振动器，通过振动的振动作用，使其出现的起拱消失， 从丽保证下料顺畅。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 2 3 2 配料皮带机的主要设计参数 1 皮带秤配料机工作原理 安装在皮带秤架( 图2 3 ) 上由驱动装置、减速机、电机、稳重传感o “系统( 图 2 4 ) 、从动滚筒等组成。的称重传感器将流经皮带上的物料重量转化为电压信号， 该信号送往放大器进行放大并转化为电流信号；测速传感器将配料皮带的速度以 脉冲信号送往放大器，该信号经整形后和表示物料重量的电流信号送往计算机进 行积分运算，即可得知经过配料皮带上的物料流量。计算机将计算出的该物料的 实际流量与配方中的设定流量值进行比较，根据比较结果送出4 - 2 0 m h 的控制信 号。该信号通过变频器对秤架上的电机设备进行速度调节而改变物料的流量，使 之按照我们设定的流量进行给料。 盟2 3 五明孵两0 科机 陟够7- 妙( 妙 。 。 - 一 田2 4 嚣重秉鸵 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 2 皮带秤配料机的主要设计参数： 减速机型号 w p w d k l 0 0 - - 1 3 0 减速比 1 ：3 0 电机功率3 0 k w 称重传感器 1 l 一1 5 0 输送带宽度8 0 0 m m 输送带总长4 3 3 0 mm 驱动滚筒直径由2 1 9 m m 输送带线速度0 5 5 m s 配料能力 2 0 0 t h 机组共设计有四个配料皮带机，分别布置在每个骨料仓出料口的下部，安装 在骨料仓的下部台架上，直接承接骨料仓中的物料，也就是骨料仓的物料通过下 部出口加载到配料皮带机上，然后经由配料皮带机计量后输送到集料皮带机上， 再由集料皮带机送入搅拌机内。 配科皮带机设计配料输送能力为2 5 0t h ，配有一台电机功率为3 0kw 的蜗 轮减速机，其减速比为l ：3 0 。驱动滚筒直径为巾2 1 9 m m ，一端直接与减速机输出 空心轴联接，另一端则通过轴承装在机架上。输送带的宽度为8 0 0 mm ，皮带总 田2 - 5 集科累缓 长4 3 3 0 m m ，其线速为0 5 5 m s 。调节配料皮带机后端改向滚筒的位置，可以 调整输送带的张紧程度，最大的调节范围为l o o m m 。 2 3 3 集料系统的设计 1 集料系统( 图2 5 ) 的设计原理 骨料仓中的各种物料分别经过各自的配料皮带机计量后输送到集料皮带机 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 上。然后输送到搅拌机内。集料皮带机尾部设计为水平布置，安装在骨料仓的下 部，以便承接各骨料仓的物料：集料皮带机的头部设计为与水平面的倾斜角度为 1 8 。的倾斜布置，以便将物料输送到搅拌机内；最大允许物料大小为直径8 0 m m 。 集料皮带机的水平输送距离1 7 7 m ，垂直输送高度1 7 3 m ，输送能力5 0 0t h 。 在集料皮带机的头部机架上安装有一台行星摆线针轮减速机，其型号为x w d i i 0 - - 5 一1 7 ，再通过一对链轮及滚子链条连接到驱动滚筒。滚子链条规格为2 0 ，大 链轮为1 9 齿，小链轮为齿1 7 齿。减速装置的总减速比为1 ：1 9 。驱动滚筒的设 计的直径为由4 5 0 r a m ，它的两端轴头分别装入带座轴承座内，而轴承座则安装固 定在头架前端的联接座板上。在集料皮带机的上方分布着一系列承载的槽托辊 组，每组由三个短托辊组成一组，其中两侧托辊的夹角为l l o 。机架下方安装 着平托辊，用以支承返回行程的空载皮带。尾部的改向滚筒的两轴头分别装在两 个u c t 2 1 1 型可滑动的带座轴承座内，调节张紧螺杆可调整轴承座的位置，从而 移动改向滚筒，用以张紧整个输送皮带。改向滚筒的最大张紧调节距离设计为 3 5 0 r a m 。输送带采用五层夹布橡胶带，带宽1 0 0 0 m m ，皮带总长3 2 2 0 0 m m 。输送带 的设计线速度为i 7 9 m s 。 集料皮带机的机架设计为分段结构形式，它由头架、中架、尾架、槽形运输 装置、压带装置和一个支承架组成，这种结构便于制造、运输和安装。 2 集料皮带机的主要设计参数 减速机型号x w d l 5 6 1 7 减速比 i ：1 7 电机功率 1 5 0k w 输送带宽度1 0 0 0 m 输送带总长1 7 7 0 0 哪 驱动滚筒直径巾5 5 0 m 输送带线速度 1 8 0 r e s 垂直输送高度 1 7 3 m 输送倾角 1 8 。 输送能力5 0 0 t h 2 3 4 连续式主机系统设计 1 搅拌机组的工作原理 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 通过一级减速装置带动搅拌系统上两卧式搅拌轴连续转动，带动搅拌轴上的 搅拌臂旋转，搅拌臂上的叶片将不断运用至搅拌系统的物料搅拌均匀后经出料口 输送至上料皮带机，完成搅拌程序。 搅拌机组由搅拌机、行星减速机和底架组成( 图2 - 6 ) 。 0 量景差挂 图2 - 6 搅抖! 系统 2 搅拌机组的主要设计参数 搅拌机结构形式双卧轴强制式 搅拌箱体容量 4 2 舻 总减速比 1 ：1 9 8 搅拌轴转速 1 2 2r s 。 电机功率 3 7kw ( 2 台) 搅拌生产能力5 0 0 t h 整机总重量约5 t 搅拌机设计为双趴轴箱体形式，箱体采用全钢板焊接结构，箱体的容量为 4 2 舻。在箱体内平行分布有两根搅拌轴，每根搅拌轴两端由球面滚子轴承5 3 5 2 0 支承，并安装在箱体的两端轴承座内，搅拌轴的间距为4 8 0 m m 。每根搅拌轴上 设计有1 0 个搅拌叶片，叶片与搅拌轴的轴线成4 0 。的夹角，其中输出末端的一 个叶片为反向布置。搅拌叶片的逼转半径为3 4 0 m m 。 w e b 5 0 0 搅拌机采用自行设计制造两级减速装置，由一个减速箱和两个行星减 速机组成。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 蓉售薏童毫童薹l 图2 7 同步专用减速箱 减速箱( 图2 7 ) 设计为一级减速 装置，箱体上设计布置有两组各自 独立的且相同的减速装置，以便安 装两个行星减速机，用驱动搅拌机 的搅拌轴。减速箱体采用钢板焊接 结构，箱体上的所有轴承座在焊接 后都经过精加工。两组四根减速轴 分别安装在箱体两侧的轴承座上， 所有轴承均选用球轴承。两对齿轮 的模数均为m = 5 ，齿轮坯料选用4 5 号铸钢材料，小齿轮齿数为1 9 ，大齿轮齿数 为9 6 ，其减速比为i ：9 0 5 。两组减速装置虽是相互独的立减速结构，但两个大 齿轮是相互啮合的，以便保证单独驱动的搅拌轴在运转过程中保持同步，而不至 传毋耘 轴承 坐铲喜黧机为一级减速装置 图2 - 8 同步专用减速装配图 ( 图2 8 ) ，主要由箱体、大齿轮、 轴承盖、轴承、传动轴、链轮、密 封装置等组成。设计的输入功率为 3 7k w ，减速比为i ：3 9 2 ，输出 轴的转速为3 6 7 转分，输出扭矩 为9 5 0 n m ，传动效率9 8 。行星 轮、太阳轮及固定齿圈的模数均为 m = 3 ，行星轮为2 5 齿，太阳轮为 2 6 齿，固定齿圈为7 6 齿。减速机 的输入侧有连接法兰，两台立式电 机分别用螺栓与法兰连接。电机的 输出轴直则接插入太阳轮的空心 轴内，将其输出力矩传递到减速机。 一个减速箱和两个行星减速机构成了一个完整的两级减速装置，并与w e b 5 0 0 搅拌机配套。总的减速比为1 9 8 ，输出转速为1 2 2 转秒，输出扭矩4 6 0 0 n m ， 总传动效率9 3 。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第18 页 单独设计的底架用于安装搅拌机和减速装置搅拌机和减速箱用螺栓紧固在 底架上，减速箱与搅拌机采用双排滚子链条联轴器连接。底架的外形尺为2 4 7 0 m m x1 7 3 0 m m x1 0 9 0 m m ，主要槽钢的焊接构件。另外。搅拌机的入口处设计有一个进 料口罩，用以接收从集料皮带机输送来的物科 上# 土絮 三嚣尊装重 2 3 5 上料系统设计 雷2 - 9 土科友带轭 上料皮带机( 图2 - 9 ) 的主要设计参数 上料皮带机由主驱动装置、上料上架、上料下架、上料支架等部分组成。主 驱动装置选用x w d l 5 - 7 1 7 行星摆线针轮减速机驱动，减速比1 7 ，输入转速1 5 0 0 r m i n ，输出转速8 8r m i n ，输出转矩1 4 6 0 n m ，输入功率1 8 5k w 。驱动滚筒直 径为巾6 0 0 m m ，即由0 4 5 m 。则输送皮带的线速度为： v = ( o 4 5 丌x 1 5 0 0 1 7 ) 6 0 = 2 ( m s ) 皮带宽度b = 1 0 0 0 m m 皮带总长l = 3 0 0 0 0 m m 水平输送距离 1 3 4 8 0 m m 垂直输送高度4 3 0 0 m m 输送机的倾角 1 8 0 电机功率 1 8 5k w 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 生产能力5 0 0 t h 上料皮带机主要为焊接结构件，主要由前机架、后机架、支架、驱动滚筒、 改向滚筒、槽托辊和下托辊组合而成。前机架和后机架用螺栓联接紧固，构成一 个完整输送机架。驱动滚筒的两轴头装有u c p 2 1 4 带座轴承。并安装固定在前机 架的联接板上，减速机则安装在机架的上方，通过链轮和滚子链条的传动方式与 驱动滚筒来传动，滚子链条的规格为2 4 a 。改向滚筒的两轴头支承在滑动式安装 的u c t 2 1 1 带座轴承座上，用张紧螺杆可以调节轴承座的位置，以达到张紧输送 皮带的目的。改向滚筒的最大张紧调节距离设计为3 5 0 m m 。机架上方设计安装 有一系列槽托辊组，用来支承输送皮带及其上面所输送的物料。每组槽托辊由三 个短托辊组成，两侧的托辊倾斜设置，其夹角为1 1 0 0 。输送带在槽托辊上自然形 成槽形，便于稳定土的输送，并防止其洒落。机架下方设置有平托辊，用以支承 返回行程的空载输送带。 上料皮带机整体设计为倾斜安装，机架与水平面成1 8 0 的倾角，中问有一个 支承架，其尾部的挡料装最位于搅拌机出料口的下方，而头部则支承在成品料仓 的框架上。这样搅拌机输送出的稳定土成品就落到挡料装置中，随着输送皮带的 运转，经由驱动滚筒被输送到成品料仓中暂存，等待装车运走。 2 3 6 成品料仓系统设计 成品料仓的主要设计参数 仓容量 3 2 舻 上料高度4 2 2 0 m m 出料高度 3 0 0 0 m m 最大外形尺寸4 2 0 0 x 2 3 0 0 x 3 8 7 0 ( m m ) 成品料仓( 图2 - 1 0 ) 设计由料仓、气动开门系统和下支架组成，料仓由两个下 支架支承，用螺栓紧固联接，其间形成一个门形，便于运载车辆装料和进出通行。 料仓的底部设计为两个锥斗形，其下各开有一个1 1 4 0 m mx 3 0 0 m m 的出口。出 口处各设置有一个气动缸开闭的斗门，气动缸的固定座分别装在料仓的两侧，并 各自装有一个换向电磁阀来单独控制。选用的气缸型号为q g a i i 1 6 0 - 叫o o ，设 计气缸的工作压力为0 6 k pa ，其最大拉力为； f = 靠4 ( d 2 一d 2 ) p1 1 ( n ) 式中d = 1 6 0 m m( 活塞直径) 西南交通大学硬士研究生学位论文第加页 气动开门系统粹仓下支絮 麴2 1 0 虞晶科台 d = 5 5 m m ( 活塞杆直径) p = 0 6 肝a( 压缩空气压力) q = o 7( 气缸的工作效率) 经计算f = 7 4 4 6 n 气缸设计的工作行程为拉力，空载行程为推力，故略去推力的计算。压空系 统的主要设计数 压空系统用于成品料仓上两个斗门的打开和关闭。它主要包括一台空压机， 两个气缸和电磁换向阀及管路附件组成。 空压机的主要参数如下： 型号2 v - o 6 1 0 _ 5 5 排气量0 6 舻m i n 排气压力1 o 胛a 电机功率 5 5 k w 气缸的主要参数如下： 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 气缸型号q g a i i 1 6 旷- 4 0 0 m p 4 气缸直