（机械工程专业论文）水泥混凝土搅拌站研究.pdf

江：二大学工程硕士霉住沧文 摘要 随着国家基础建设的发展，对建设施工的要求不断提高，水泥混 凝土作为施工中应用最广泛的建筑材料，混凝土施工机械的技术都有 了显著进步。7 0 年代后期，混凝土搅拌站开始作为一种新型的混凝 土生产设备而被广泛应用。当时国产搅拌站以1 方( m 3 ) 机及1 方以 下为主，大型搅拌站主要依赖进口。近些年，我国混凝土搅拌站有了 较快的发展，但是在技术革新方面与其他发达国家还有一定的差距， 自主研发能力不强，搅拌站的核心部件一搅拌主机仍依赖于进口或技 术引进以炙模仿；整机结构设计仍以经：羔葭计为主，很少运用有限元 手段进行结构受力分析，设计上偏于保每。造成一定程度的浪费，或毫 无依据地减少钢材用量，偷工减料引起整机性能不稳定。这对于加快 我国基础建设的步伐是非常不利的，要解决这一问题，关键是要结合 我国的实际情况，加强对混凝土搅拌技术和整机结构力学模型的研究 开发，提高关键部件的自主研发能力，保证搅拌站结构设计的合理性 和产品性能的稳定性和可靠性。 本文从现有混凝土搅拌站技术发展水平的研究着手，结合国内外 的发展状况，对搅拌站的总体结构进行了描述，并对斜皮带机和气动 系统作了计算分析；着重阐述了振动搅拌技术，说明振动搅拌在提高 混凝土强度和生产率上具有的优越性，是生产高强度混凝土的有力保 证，通过试验的方法确定振动频率、振幅与混凝土强度及搅拌时间之 间的关系；着重对现有搅拌机结构进行分析，提出了存在搅拌低效区 的缺陷，并提出了相应的解决方案，通过增加反向小搅拌叶片增强物 料各组分相互间的碰撞和揉搓作用，更有利于混凝土的均匀分布；通 过对搅拌技术的研究，解决了以往生产高强度混凝土只能靠延长搅拌 江苏大学工程硕士学位论文 时间来进行的问题，提高了搅拌质量和效率。 本文针对目前国内混凝土搅拌站结构设计主要依靠经验设计的 现状，运用有限元手段，着重对搅拌主楼结构和粉仓进行了受力分析， 建立了力学模型，优化了大梁截面尺寸，分析斜撑位置对大梁工作应 力的影响，对其支撑位置进行了优化，并对粉仓底部支架结构进行了 优化设计。使得结构设计更加合理，材料规格的选用有了理论依据， 发现了原设计中部分型材选型过于富裕和不太合理之处，可指导今后 的设计工作，节省钢材用量。在本文中还对主楼模块之间拼接的螺拴 进行了力学分析，验证了强度满足使用。 通过本文的研究，为提升产品的性能和市场竞争力提供了可用的 设计数据。 关键词：水泥混凝土搅拌站：振动搅拌：搅拌机参数优化：有限元分 析：力学模型：主楼结构：粉仓支架结构：结构优化设计 l l 江茹大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ec o u n t r yi n f r a s t r u c t u r e ，t h er e q u e s tt ot h e c o n s t r u c t i o ni sc o n t i n u o u s l yi m p r o v e d a st h ec e m e n tc o n c r e t ei st h e m o s tw i d e l yu s e db u i l d i n gm a t e r i a l s ，t h et e c h n o l o g yo ft h ec o n c r e t e c o n s t r u c t i o nm a c h i n e r yh a das i g n i f i c a n tp r o g r e s s a san e wk i n do f c o n c r e t ep r o d u c t i o ne q u i p m e n t ，c e m e n tc o n c r e t em i x i n gs t a t i o ni sw i d e l y u s e df o r ml a t e19 7 0 s a tt h a tt i m e ，d o m e s t i c a l l yp r o d u c e dm i x e rm a i n l y t o1c u b i cm e i e rm a c h i n ea n du n d e r1c u b i cm e t e rm a c h i n e ，l a r g e s c a l e m i x e rr e l i e sm a l n , yo ni m p o r t s i nr e c e n ty e a r s ，o u rc o u n t r y sc o n c r e t e m i x i n gs t a t i o nh a dar a p i dd e v e l o p m e n t ，b u ta l s oh a sc e r t a i nd i s p a r i t yi n t h et e c h n o l o g i c a li n n o v a t i o na s p e c tw i t ho t h e rd e v e l o p e dc o u n t r i e s ，t h e i n d e p e n d e n tr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n ta b i l i t yi s n o ts t r o n g ，t h ec e n t r e b o d yo ft h em i x i n gs t a t i o n t h em a i ne n g i n eo ft h em i x e r - 一ss t i l l d e p e n d e n c eo ni m p o r t so rt e c h n o l o g yi m p o r to ri m i t a t e ；t h e s t r u c t u r a l d e s i g no ft h ew h o l eb o d yi s s t i l ld e s i g n e dm a i n l yt oe x p e r i e n c e ，r a r e l y c a r r i e so nt h es t r u c t u r es t r e s sa n a l y s i su s i n gt h ef i n i t ee l e m e n tm e t h o d ， d e s i g n st oc o n s e r v a t i v e l yc r e a t e st h ec e r t a i nd e g r e et h ew a s t e ，o rn ob a s i s t or e d u c et h ea m o u n to fs t e e l ，w h i c hc a u s e st h ep e r f o r m a n c eo ft h ew h o l e m a c h i n eu n s t a b l e l y t os o l v et h i sp r o b l e m ，t h ek e yi st oc o m b i n et h e r e a l i t yo fo u rc o u n t r y , s t r e n g t h e nt h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ft h e c o n c r e t em i x i n gt e c h n i c a la n dt h es t r u c t u r em e c h a n i c sm o d e lo ft h e w h o l eb o d y , e n h a n c e st h er e s e a r c ha n dd e v e lo f m e n ta b il i t yo ft h ek e y 1 1 1 江苏大学工程硕士学位论文 c o m p o n e n t ，t og u a r a n t e et h er a t i o n a l i t yo ft h es t r u c t u r a ld e s i g no ft h e m i x i n gs t a t i o na n dt h es t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t yo ft h ep e r f o r m a n c eo ft h e p r o d u c t t h i sp a p e rs t a r t e da tt h ee x i s t i n gd e v e l o p m e n tl e v e lo ft e c h n o l o g ys t u d y o ft h ec o n c r e t e m i x i n gs t a t i o n ，u n i f i e s t h ed o m e s t i ca n d f o r e i g n d e v e l o p m e n tc o n d i t i o n ，d e s c r i b e dt h ew h o l es t r u c t u r eo ft h em i x i n g s t a t i o n ，a n da n a l y s e dt h es l a n t i n gb e l tf a s t e n e ra n dt h ep n e u m a t i cs y s t e m ； e l a b o r a t e d t h ev i b r a t i o nm i x i n gt e c h n o l o g y , e x p l a n e dt h a t v i b r a t o r y m i x i n gh a de n h a n c e st h es u p e r i o r i t yw h i c hi nt h ec o n c r e t ei n t e n s i t ya n d t h ep r o d u c t i v i t y , w h i c hi sap o w e r f u lg u a r a n t e eo np r o d u c e st h eh i g h s t r e n g t hc o n c r e t e ，t h r o u g ht h et e s tm e t h o d ，d e t e r m i n e dt h er e l a t i o n s b e t w e e nv i b r a t i o nf r e q u e n c y , o s c i l l a t i o na m p l i t u d ew i t hc o n c r e t ei n t e n s i t y a n dm i x i n gt i m e ；a n a n l y s e dt h es t r u c t u r eo ft h em i x e r , p r o p o s e dt h ef l a w t h a te x i s t e n c et h e m i x i n g l o w e f f i c i e n c ya r e a ，a n dp r o p o s e dt h e c o r r e s p o n d i n gs o l u t i o n ，t h r o u g hi n c r e a s e st h er e v e r s es m a l lm i x i n gv a n e t oe n h a n c et h ec o l l i s i o na n dr u ba m o n gt h em a t e r i a lc o m p o n e n t s ，w h i c hi s m o r ea d v a n t a g e o u st ot h ec o n c r e t e su n i f o r md is t r i b u t i o n ；b ys t u d i n gt h e c o n c r e t em i x i n gt e c h n o l o g y , s o l v e dt h ep r o b l e mt h a tp r o d u c e dt h eh i g h s t r e n g t hc o n c r e t eo n l yn e e dt od e p e n do ne x t e n s i o nm i x i n gt i m ef o r m e r l y , e n h a n c e dt h em i x i n gq u a l i t ya n de f f i c i e n c y i nv i e wo ft h ep r e s e n td o m e s t i c ，t h es t r u c t u r a l d e s i g no ft h ec o n c r e t e m i x i n gs t a t i o ni ss t i l ld e p e n d e n c eo ne m p i r i c a ld e s i g n ，t h i sp a p e ru s e d i v 江苏大学工程硕士学位论文 f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sm e t h o d ，m a d es t r e s sa n a l y s i st ot h em i x t i n g sm a i n b u i l d i n gs t r u c t u r ea n dc o a lp o w d e r , e s t a b l i s h e dt h em e c h a n i c sm o d e l ， o p t i m i z e dt h es u m m e rb e a ms e c t i o ns i z e ，a n a l y s e dt h ee f f e c tf o rt h et r u s s p o s i t i o nt ot h es u m m e tb e a mw o r k i n gs t r e s s o p t i m i z e dt h es u p p o r t 一 一 ， - p o s i t i o n ，a n do p t i m i z e dt h es u p p o r ts t r u c t i o no ft h e b o r o mo ft h ec o a l p o w d e r i tm a d et h es t r u c t u r a ld e s i g nt ob em o r er e a s o n a b l e ，m a d et h e s e l e c to ft h em a t e r i a l s p e c i f i c a t i o n m o r er e a s o n a b l e ，d i s c o v e r e dt h e u n r e a s o n a b l ep a r ti nt h eo r i g i n a ld e s i g n ，t og u i d ef u t u r ed e s i g nw o r k ，t o s a v et h eu s e d , - m o u n to ft h es t e e l m a d er r ：e c l ：a n i c sa n a l y s i st ot h eb o l t w h i c hl i n kt h em o d u l eo ft h em a i nb u i l d i n g s ，c o n f i r m e dt h ei n t e n s i t yt o s a t i s f yt h eo p e r a t i o nr e q u i r e m e n t s t h r o u g ht h i sr e s e a r c h ，p r o v i d e dt h ea v a i l a b l ed e s i g nd a t af o rp r o m o t i n g t h ep e r f o r m a n c eo ft h ep r o d u c ta n dm a r k e t c o m p e t i t i v e n e s s k e yw o r d s ：c e m e n tc o n c r e t em i x i n gs t a t i o n ，v i b r a t o r ym i x i n g ，m i x e r p a r a m e t e ro p t i m u m ，f i n i t ee l e m e n ta n a l y s is ，m e c h a n i c sm o d e l ，m a i n b u i l d i n gs t r u c t u r e ，t h es u p p o r ts t r u c t u r eo ft h ec o a lp o w d e r , s t r u c t u r e o p t i m u md e s i g n v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学位有关保留、使用学位论文的规 定，同意学位保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学 位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密口。 学位论文作者签名：指导教师签名： 年月日年月 日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果口除文中已注明引用的内容以外， 本论文不包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，均已在文中以明 确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：年 月日 江苏大学工程硕士学位论文 绪论 0 1 水泥混凝土搅拌站研究的背景和意义 水泥混凝土是当今用量最大的建筑材料，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。搅拌作为混凝 土生产工艺中关键的一道工序，由相应的混凝土搅拌设备来实施完成，目前它已成 为各种工程施工中必不可少的施工设备。而大型智能化高效优质混凝土搅拌装备既 可快速、大量地进行混凝土的搅拌作业，又不会对环境造成影响。 预拌商品混凝土发展初期缺乏规模效益，价格高于现场搅拌混凝土，如没有 限制或禁止现场搅拌的! 吱策法规出台，预拌商品混凝上市场开拓十分艰难。建国初 期，我国在一些大型水利工程中采用了预拌混凝土，但是由于种种原因，我国预拌 混凝土的生产发展比较迟缓，与发达国家相比，形成了很大的差距。 商品混凝土近年来在我国丈中城市有了较大的发展，约占现浇混凝土的1 5 2 0 左右，与发达国家的7 0 , - - - - 9 0 相比还有较大的差距，由此给国内混凝土机械制 造厂家提供了一个大的发展机遇。国家实施西部大开发战略，投资规模将超过以往 任何大型工程。由于西部开发时间跨度长、东西部经济差距大，不可能使用过多的 资金集中购买国外的高、精、尖的大型设备，因此适合西部自然环境、经济实用的 产品将会有一定市场。 国家发布了散装水泥发展十五规划的通知，通知要求直辖市、省会城市、 沿海开放城市到2 0 0 3 年1 2 月3 1 日禁止在城区现场搅拌混凝土，其他城市从2 0 0 5 年1 2 月3 1 日起禁止在城区现场搅拌混凝土，这给混凝土行业带来了发展机遇。同 时，国家建设部颁布公路工程施工总承包企业资质等级标准规定：一级资质的企业 必须要有4 台以上泵车，二级资质企业必须要有2 台以上泵车。这个政策更加促进 了混凝土机械的需求增长。 城镇建设、城市公共工程建设、旧城改造和小城镇建设在今后5 1 0 年内将得 到政府的进一步扶持。2 0 0 5 年我国要实现城镇人均1 0 平方米居住面积的小康目标， 需要兴建约2 0 亿平方米的城镇住宅，与此同时还将兴建8 0 亿平方米的农村住宅， 江苏大学工程硕士学位论文 改造2 4 亿平方米城镇住宅和2 5 的农村住宅，预计今后几年中，我国建筑房地产 增长速度至少高于国民经济增长速度5 个百分点以上。装饰装修和旧城危房改造的 投资也将高于新建住宅的投资。 我国混凝土发展至今取得了很大的进步，但是预拌混凝土占混凝土总量的比例 还是较低，与世界各国相比，存在着差距。我国目前预拌混凝土所占比例只有2 0 ， 随着国家对环境和能源的关注，我国预拌混凝土占混凝土总量的比例将有显著的提 高，2 0 1 0 年预计将达到4 0 ，实际产量将增长一倍以上 2 0 0 0 - - 2 0 0 5 年复合增长率为3 8 3 8 ，预计2 0 0 6 - - 2 0 0 8 年复合增长率为1 9 2 8 ， 8 年复合增长率为2 8 4 8 。未来几年混凝土行业仍将处于高速增长期。 据“十一五”投资规划，2 0 0 6 - - 2 0 1 0 年的5 年间，我国客运专线建设总投资将 达到1 2 5 0 0 亿元人民币，将建设9 条正线长度达到3 1 0 0 多公里的客运专线，修建 桥梁达到1 1 0 0 多公里，设计时速达3 5 0 公里d , 时。水泥混凝土搅拌站作为高速铁 路桥梁、基础建设中的重要设备，为混凝土搅拌站市场带来巨大商机。 2 0 0 7 年9 月经国务院批准，国家发展改革委员会批复京沪高速铁路可行性报告。 铁道部将确保京沪高速铁路今年开工，并在2 0 1 0 年基本建成，全长1 3 1 8 公里。 修建高速铁路，现场进行大型箱梁预制是客运专线的突出特点之一，每孔3 2 米箱梁的顶面积比一个标准篮球场还大，吨位重达9 0 0 吨，共需c 5 0 高性能( 耐久 性) 混凝土3 3 5 立方米。箱梁预制应用的c 5 0 耐久性混凝土的使用寿命为1 0 0 年， 因此对混凝土的搅拌质量、生产工艺及配比的要求非常严格。普通搅拌站只能靠延 长搅拌时间来满足要求，生产效率极低，因此研究搅拌技术，开发一种高效的搅拌 主机将有广阔的市场前景。 o 2 国外发展概况 国外开发生产混凝土搅拌装备的时间比较早，迄今已有上百年的历史。目前， 世界各先进国家的混凝土搅拌设备均已采用了电子计算机自动控制和电视屏幕监 控技术，对配合比的选择、上料、称量、搅拌、出料、骨料含水率的测定、配合比 的调整以及各种数据的存储记录等全部实现了自动控制。一些更为先进的搅拌设备 还设置有对粗细骨料的精度分布进行调整的精度补偿、对骨料表面含水率的补偿、 容量变更控制、骨料粗精称控制、回收工业水以及清水积累的比率补偿等控制手段； 2 江苏大学工程硕士学位论文 各种材料允许称量误差监督、搅拌机加料顺序和定时，根据混凝土搅拌运输车辆的 容量自动卸料j 搅拌机负荷动态监视、坍落度控制、防止误操作的自动连锁，水泥 料位连续显示，除尘、消声、废水处理和骨料回收等装置。此外，搅拌机的结构形 式、传动方式、衬板材料也作了改进，混凝土生产工艺方面也有了新的发展。总的 来说，当今国外先进的混凝土搅拌设备功能齐全，性能先进，自动化程度较高。 当今国外混凝土搅拌设备的代表厂商主要有：德国e l b a 公司，该公司是单卧 轴搅拌机发源地，它所有搅拌设备上均安装这种搅拌机，代表产品主要有e m c 系列、 e s m 系列搅拌站和e m t 系列搅拌楼等；德国b h s 公司，该公司是双卧轴搅拌机发源 地，代表产品主要有u b m 系列搅拌站；此外，还有日本日工株式会社光详株式会 社；美国j o h n s o n 公司，r e xw o r k s 公司；意大利c i f a 公司等。 0 3 国内发展概况 我国混凝土搅拌设备的研究及生产制造早在2 0 世纪5 0 年代就已开始。1 9 6 0 年 生产出第一批仿苏式搅拌设爸。8 0 年代为适应建筑业商品混凝土发展的需要，有关 院所与企业共同研究开发了不同规格、不同形式的混凝土搅拌设备，这些设备大都 结合国情，吸取国外先进技术。到目前为止我国的混凝土搅拌设备也已采用微机控 制技术，“双掺 料位显示，并且具有配合比预选、落差补偿、砂石含水率测定和 容量变更、原始数据记录、存储等一系列功能。为了满足建筑工程和公路水泥混凝 土路面工程发展的需要，国内已引进国外先进的混凝土搅拌设备制造技术，产品性 能在不断提高。但与国外产品相比，我国混凝土搅拌设备还存在一定的差距，主要 表现在产品质量和技术先进性方面。随着国民经济的发展，今后工程建设施工的主 要特点是追求高效率、高质量和高效益，因此要求施工机械具有作业能力大，作业 质量好，自动化程度高，操作性好的特点，这从客观上推动了混凝土搅拌设备在使 用性能和技术水平方面的迅速提高和发展。此外，从市场需求看，用户对施工质量 的要求也越来越高，一些传统产品已无法满足越来越高的施工要求，只有具备智能 控制技术的新型搅拌装备才能保证施工质量。 0 4 目前存在的不足 通过对国内外混凝土搅拌设备的技术现状分析，我们发现，作为搅拌装备的核 心搅拌机，其性能直接关系到混凝土的质量和效率，但目前国内外普遍认为这 江苏大学工程硕士学位论文 一技术是成熟的，已沿用多年。由于涉及到搅拌机参数选择的因素很多，且较为复 杂，因而设计质量的好坏往往需要通过样机测试后才能评定和修正，从而导致设计 周期长，影响产品的开发和行业技术的进步。更为重要的是，现有的强制式搅拌机 还存在的速度梯度和搅拌低效区的固有缺陷，有很大程度上影响着混凝土的搅拌质 量和效率，并且搅拌机的容量越大，问题越突出。此外，目前国内外的混凝土搅拌 设备，虽然在计算机的控制下能根据混凝土产量和配合比实现自动化生产，但这时 的投料顺序、搅拌机作业参数、搅拌时间却都是相同的。 在市场竞争日益激烈的今天，同样的搅拌设备如果制造成本能更低些，那么在 市场竞争中就更具竞争力。在原材料成本中，配套件的选用差别并不大，关键在于 钢材的用量上。一套3 m 3 搅拌站配上四只2 5 0 吨粉仓钢材用量大约在1 3 0 吨左右， 如果能够节省1 0 的钢材，加上制作成本增加的纯利润还是很可观的。但不尽人意 的是，目前国内在结构设计上还是以经验设计为主，材料用度较大、偏于保守。更 令人担忧的是，一些二流企业以低于常规的价格竞标后，为获取利润盲目降低钢材 用量，结构单薄甚至影响到搅拌站各原材料的计量精度，整机寿命低于规范要求。 因此，通过设计手段合理地减少钢材用量是非常必要的。 0 5 本文研究的目的和主要内容 研究的目的： 随着施工过程中对混凝土质量的要求愈来愈高，对混凝土的制备技术也在不断 的改进提和高，一般的工地利备的混凝土将无法满足较高的质量标准。本研究既是 对现有搅拌站关键技术的深入探讨，也是进一步的技术提升和创新，对今后混凝土 搅拌装备的设计和产品水平的提高都具有定的实用价值。它的重要意义在于利用 高新技术提升混凝土机械行业水平和国家重点项目建设施工水平，提高我国混凝土 搅项目的实施，必将推动搅拌装备性能的全面提高，使其达到国际同行业的拌装备 的市场竞争力和工程施工国产设备的装备水平。通过该先进水平，推出适应国际、 国内市场要求、具有更高可靠性和较竞争力的产品，提高产品技术附加值，增强参 与国际竞争的能力，促进产品出口，打入国际市场，从而为企业赢得良好的经济效 益。 4 江苏大学工程硕士学位论文 研究的主要内容： 本研究是以混凝土搅拌站的核心技术一搅拌技术和利用有限元分析主楼及粉 仓的钢结构承载为主，计算和验证各部件参数的可靠性，研究的主要内容有： ( 1 ) 通过斜皮带机的设计计算，确定合理的电机功率。 ( 2 ) 气动系统的设计选型。 ( 3 ) 对搅拌技术进行研究，阐述振动搅拌理论，对搅拌主机参数进行优化以消除 搅拌低效区。 ( 4 ) 运用有限元计算分析搅拌站主楼的钢结构受力，对搅拌主楼进行优化设计。 ( 5 ) 运用有限元计算分析搅拌站粉仓的结构受力，进行优，乞设计。 5 江苏大学工程硕士学位论文 第一章水泥混凝土搅拌站总体方案 1 1 概述 混凝土搅拌站( 楼) 是用于集中搅拌水泥混凝土的联合装置，称为混凝土预拌工 厂。按其工艺布置形式可分为单阶式( 骨料储仓在主楼顶部，骨料只需一次提升) 即搅拌楼和双阶式( 骨料储仓在低位，骨料需要二次提升) 即搅拌站。随着我国基 础设施规模的扩大，水泥混凝土搅拌站已广泛应用于公路、铁路的现场施工及城市 商品混凝。对搅拌站本身也有了更高的要求，不仅要求其可靠而且要高效，在骨 料系统中增加了过渡料斗用来存放计量好的骨料。所以现在搅拌站实际上已介于一 阶与二阶之间了，其生产效率有了很大的提高，循环周期大为缩短。由于搅拌站的 二次提升方法有很多种，其结构杉式上也有所不同，但采用最多的结沟形式为斜皮 带机输送。 图l 一1 水泥混凝土搅拌站总体布置图 1 一骨料配料系统 2 气动系统 3 一斜皮带机4 一主楼 5 搅拌主机6 一过渡料斗7 一除尘系统卜粉仓9 一水及添加剂系统 7 江苏大学工程硕士学位论文 本文的研究对象为搅拌站，其类型很多，组成也是多种多样的，但它的基本组 成分为：骨料配料系统、骨料输送系统、搅拌系统、计量系统、主楼、粉料系统、 气动系统、水及添加剂系统、除尘系统、电气系统和辅助设备，如图1 一l 所示。 混凝土搅拌站在结构设计上采用集成化组合式，即分系统集成，主体现场装配。 这样既避免了单纯模块化因运输的限制而造成主楼内部空间利用率不高，又避免了 现场制作而造成安装周期的很长的缺点。具体来讲，就是将骨料仓及称重底架做成 模块式、皮带机分段折叠、主楼钢结构预先分块制作，现场装配，而主楼内部各部 件按系统集成，分别做成独立模块，现场直接装配在主楼上，各模块之间采用螺拴 联接。 1 2 工作流程 生产水泥混凝土的原材料一般为石之、黄砂、水泥、粉煤灰、添加剂、水，各 系统分别将这些物料称量好后，投入搅拌主机进行搅拌。具体流程如图l 2 所示。 图l 一2 水泥混凝土搅拌站生产流程图 搅拌好的成品料通过混凝土搅拌运输车从搅拌站运送到施工现场。 8 江荨大学工程硕士学位论文 1 3 工作循环周期 混凝土搅拌站生产效率的高低关键在于循环周期的长短，水泥混凝土搅拌站的 理论循环周期为6 0 s ，但实际周期约为7 0 s 左右。循环过程如图l 一3 所示。 砂石祢重 永泥嚣重 糟墀灰称重 永称重 添加搁称重 砂石彗送 卸砂石 卸水泥 卸永 卸露加捌 搅拌 卸j 昆凝土 水泥混凝土搅拌站理论循环时间表 0 1 02 0 3 0 4 05 06 07 08 09 01 0 01 1 0 1 2 01 3 0 1 4 01 5 01 6 0 1 7 01 s 01 9 02 0 0 2 1 02 2 0 ( s ) t 1 1 0 i i1d ) l i1 | 0 ) 崩 j毕 l ! i3 0) l3 0 l l(3 c) l 筚l ( 狮( j0 ) l 一 i3 0) l6(3 0 ( 33 ) ( 30 )d ) ( 40 l iq0 )iq0 ) i 10 、( 1 b ) l1 p l 一： = j = ( a)fg ) ji ： c8j 1l 1 ) l c1 0 1 0i 0) - 4 l3 ) ij) l ) f 1 5 ii 5 i1 5 第一盘时间1l o s 循环周期6 0 s循环周期6 0 s 图1 3 9 江苏大学工程硕士学位论文 第二章斜皮带机的设计计算 斜皮带机作为水泥混凝土搅拌站的主皮带机，承担将计量好的砂石料输送到暂 存料仓，要求输送时间合理，满足搅拌周期的循环时间。如果时间太长则影响搅拌 站的生产能力，太短则能力富裕造成浪费。在以下章节中将以2 立方水泥混凝土搅 拌站为例，进行设计计算分析。 2 1 原始参数的确定 输送能力4 0 0 m 3 h ( 0 1 11 1m s ) ，粒度5 - - 一2 0 m m ，松散密度1 5 0 0 k g m 3 ，安息 角口= 3 5 。，机长3 5 1 5 8 m ，高差h = 9 8 4 5 m ，如图2 1 。 图2 1 运输机简图 2 2 初定设计参数 带宽b = 1 0 0 0 m m ，带速v = 2 3 m s ，上托辊间距编= l m ，下托辊间距a u = 2 m ，上托 辊槽角名= 4 5 。，下托辊槽角为0 。，上托辊辊径1 0 8 r a m ，下托辊辊径1 2 7 m m 。 2 3 由带宽、带速验算输送能力 a 五= 4 5 0 ，由口= 3 5 0 得p = ( 0 5 o 7 5 ) a = 1 7 5 0 2 6 2 5 0 ，取护= 2 0 0 查表取得s = o 1 2 0 0 m 2 江苏大学工程硕士学位论文 b 确定k 值 输送机倾角艿：口愆喀孕：1 9 。 h 根据倾角查表得系数k = o 8 3 c ，= o 1 2 0 0 x 2 3 x 0 8 3 = 0 2 2 9 1 0 1 1 1 1 ，能满足4 0 0 m 3 h 的输送要求 图2 - 2 等长三辊槽形截面 i ，= s v k 2 4 驱动力及所需传动功率计算 圆周驱动力 昂= f l g q r o + g 足，+ ( 2 9 口+ 9 g ) t o s s + r + f s l + 乓2 + e f 模拟摩擦系数 l 输送机长度( 头、尾滚筒中心距) ，m 万二输送机倾角 重力加速度，取g = 9 8 1 m s 2 承载分支托辊每米长旋转部分质量，k g m 回程分支托辊每米长旋转部分质量，k g m 每米长输送带的质量，k g m 每米长输送物料的质量 特种主要阻力，即托辊前倾摩擦阻力及导料槽摩擦阻力，n 特种附加阻力，即清扫器、卸料器及翻转回程分支输送带的阻力n 倾斜阻力，n ，只= q 6 h g 附加阻力，n 输送机卸料段和装料段间的高差，m g 协 肌 铲趿民凡h g 矗民r h 江苏大学工程硕士学位论文 查表得出以下参数： f = 0 0 3 上托辊巾1 0 8 ，l = 3 8 0 r a m 单个上托辊转动部分质量窖：4 0 7 ( k g )g 肋= 坐= 1 2 2 1 ( k g m ) 下托辊由1 2 7 ，三= 1 2 0 0 m m 单个下托辊转动部分质量9 舢= 9 5 8 ( k g )g 。：n q o = 4 7 9 ( k g m ) a u 计算g r ，初选输送带n n 一2 0 0 ，z = 5 层 查表得 n n - 2 0 0 输送带每层质量1 2 5 k g m 2 ， 上胶厚磊= 4 5 m m ，下胶厚磊= 1 5 m m ， 每毫米厚胶料质量1 1 9 k g m 2 q s = 5 1 2 5 + ( 4 5 + 1 5 ) x1 1 9 1 = 1 3 3 9 ( k g m 1 计算q g 9 g = l v p = 7 2 4 6 ( k m ) 1 ， 计算b 。 尽1 2 c + 1 无前倾 疋= 0 查表得导料槽阻力臂舒? 捌 尽1 2 c + f g i = 8 0 8 1 ( n ) 计算f s 2 b ：2 c + 疋 输送带清扫器的摩擦阻力 e = a p l t 查表得p = 6 x 1 0 4 ，3 = 0 6 c = a p l u = 2 1 6 0 ( n ) 无卸料器 只= 0 b 2 。f + c 2 2 1 6 0 ( n ) 计算甩 只= 9 6 玩2 6 9 9 8 1 将上述数值代入公式 f u = f l g q r o + q r u 七( 2 q8 七q g ) c o s s + f n + f s t + f s 2 + fs i 锓 1 3 江苏大学工程硕士学位论文 ：一 乃= 1 0 8 6 7 1 ( n ) 2 传动功率计算 只= f 【，2 2 4 9 9 4 3 ( 聊。2 4 9 9 ( k w ) = 丝= 2 7 7 7 ( k w ) 传动滚筒及联轴器效率0 9 6 ，二级减速器效率o 9 4 7 7 = 0 9 6 x 0 9 4 = 0 9 0 根据计算所得，需选配电机功率为3 0 k w ，查表得选配驱动装置组合号为6 6 ， 传动滚筒直径5 2 0 m 。在实际产品中我们选取使用了两台k w 9 7 1 7 卜y 一1 5 一b 3 ( 含 减速机) 2 1 5 k w 。 2 5 输送张力的计算 限制输送带下垂度的最小张力 f m i 。掣磐警( ) m 一8 ( 办a ) 一 r7 i 汉( h a ) , m = 0 0 1 ，a o = l m ，1 0 5 2 7 3 6 ( n ) 按公式 瓦i i i 瓦a 雨u q 面b g = 得回程分支( a v = 2 m ) 3 2 8 3 9 0 ( n ) 输送带工作时不打滑需保持的最小张力 f 2 m i , - 乃，一万1 j 求起动时传动滚筒上最大圆周力 凡，一= f u k a = 1 6 3 0 0 6 5 ( n ) 一 k - 起动系数，取1 5 p 卿尤拉系数，查表取3 4 0 f 2 m i n 昂，一五1 = 6 7 9 1 9 由f z m = 6 7 9 1 9 ( n ) ，计算输送机各点的张力，忽略附加阻力可得 瓦= e 一留b 玩+ c + f l g ( q r 0 + g b ) 2 7 4 7 6 5 ( n ) 3 2 8 3 9 ( n ) 取f 2 = 6 7 9 1 9 ( n ) 可得稳定运行工况下 江苏大学工程硕士学位论文 互一= e + 昂2 1 7 6 5 9 ( n ) 2 6 拉紧装置重锤质量计算 由公式g = 2 1 【孚孑与+ ( q s + q s v ) 以一g 丑日】得垂直拉紧装置重锤质量 g = 8 8 2 1 ( k g ) 1 5 江苏大学工程硕士学位论文 第三章气动系统的设计 3 1 汽缸的设计选型 3 1 1骨料斗气缸选型 a 原始参数及特性 骨料斗每个仓的容积v = 1 8 m 3 料门与石料之闻磨擦系数2 o 3 1 k = 三v = 1 2 m 3k = 二y = 6 朋3 大仓体积1 3 ，小仓体积3 物料松散密度p 2 1 5 0 0 ( k g m 3 ) b 气缸受力计算 开启时受力计算 m 气缸= m 摩擦+ j i ，轴承+ m 车；仃 m 力矩 ，打开料门所需最小用力 e 料门处物料与料门的摩擦力 只轴承的摩擦力 g 料门重量 物料对料门的压力 ，力臂长度 “料门处物料与料门的摩擦系数，取0 1 5 a 2 轴承的摩擦系数，取0 0 0 2 大仓料门开启时受力计算 互= a l n = 0 1 5 x1 0 1 5 3 3 = 1 5 2 3 o ( ) e = 1 2 ( + g ) = 0 0 0 2x ( 1 0 1 5 3 3 + 5 0 8 5 ) = 2 1 3 ( ) g = 5 0 8 5 ( ) 江苏大学工程硕士学位论文 由公式m 气缸- - m 摩擦+ m 轴承+ m 料门得 f = 盟孚塑_ 2 2 6 8 6 ( ) 初定气缸型号验算打开料门能力 缸径1 0 0 m m ，活塞杆直径1 6 m m ，长3 0 0 r a m r 缸= 三( d 2 一d 2 ) p r = 2 4 4 8 9 ( ) ，= 2 2 6 8 6 ( ) 可以满足大仓料门打开要求。 小仓料门开启时受力计算 互= 一n = 0 1 5 2 6 6 2 1 = 3 9 8 9 ( ) 五= 2 ( + g ) = 0 0 0 2 x ( 2 6 6 2 1 + 1 5 5 1 ) = 5 6 ( ) g = 1 5 5 1 ( ) 由公式m 气缸= m 摩攘+ m 轴承+ m 料门得 f ：f i l l + f 2 - 1 2 一+ g 1 3 ：6 1 6 5 ( ) 初定气缸型号验算打开料门能力 缸径巾8 8 m m ，活塞杆直径巾1 6 m ，长3 0 0 m 缸= 三( d 2 一d 2 ) p r = 1 5 4 4 2 ( ) f = 6 1 6 5 ( ) 可以满足小仓料门打开要求。 3 1 2 称重斗气缸选型 称重斗每个仓的容积v = 3 m 3 e = i n = 0 1 5 x2 9 3 6 7 = 4 4 0 5 ( 忉 e = 2 ( + g ) = o 0 0 2 x ( 2 9 3 6 7 + 5 4 0 3 ) = 6 9 5 ( n ) g = 5 4 0 3 ( ) f = 业孚堡= 1 0 5 7 4 ( ) 初定气缸型号验算打开料门能力 江苏大学工程硕士学位论文 缸径矽1 0 0 m m ，活塞杆直径1 6 m m ， 2 5 0 m m r 缸= 三(