JS2000型混凝土搅拌主机设计

1目录第一章概述.41.1分类.41.2型号.41.3搅拌主机结构详细说明.51.3.1搅拌机盖.51.3.2搅拌筒体.51.3.3搅拌装置.51.3.4轴端密封.51.3.5传动装置.61.3.6衬板.61.3.7.卸料门.61.4搅拌主机类型选择.61.4.1自落式混凝土搅拌机.71.4.2强制式混凝土搅拌机.71.4.3.二者的比较和选择.7第二章电动机选型和主要参数计算.82.1电机选型.82.1.1选择电动机类型和结构形式.82.1.2选择电动机的容量.82.1.3双卧轴强制搅拌机轴上功率的计算.82.1.4.电动机的功率计算.102.1.5.确定电动机的转速.102.2重要参数的计算.102.2.1.搅拌时间的确定.102.2.2.周期性混凝土搅拌机的生产率Q计算.102.2.3搅拌机的容量.102.2.4强制式混凝土搅拌机转速的校核.112.2.5.搅拌筒的容积利用系数的确定.112.2.6.搅拌筒长度L与直径D之比L/D的确定.112.3计算总传动比和分配各级传动比.112.3.1传动装置的总传动比为.112.3.2分配各级传动.112.4计算传动装置的转速和动力参数.122.4.1.各轴转速.122.4.2.各轴功率.122.4.3.各轴转矩.12湖南科技大学大学本科毕业论文2第三章皮带轮设计.133.1带轮设计.133.1.1.计算功率Pca.133.1.2.取窄V带带型.133.1.3.确定带轮基准直径.133.1.4.确定窄V带的基准长度和传动中心距.133.1.5.验算主动轮的包角1.143.1.6.计算窄V带的根数Z.143.1.7.计算预紧力F0.143.1.8.计算作用在轴上的压轴力Q.143.2结构设计图如下.143.2.1.电机带轮.153.2.2.减速机带轮.15第四章螺钉组联接设计.174.1万向联轴节上的螺钉组设计.174.1.1.螺钉组结构设计.174.1.2.螺钉受力分析.174.1.3.确定螺钉直径.174.2减速机上带轮的螺钉组设计.184.2.1.螺钉组结构设计.184.2.2.螺钉受力分析.184.2.3.确定螺钉直径.18第五章联轴节与减速机选型.20第六章联轴器选型和搅拌轴的设计与校核.216.1轴的相关设计内容.216.2轴设计.216.2.1.初步确定轴的最小直径.216.2.2.联轴器的计算转矩Tca.226.2.3.装配方案比较与设计.226.3根据轴向定位的要求确定各段轴径和长度.236.3.1.-段长度和直径的确定.236.3.2.初步选择滚动轴承.236.4确定轴上圆角和倒角尺寸.236.5求轴上载荷.236.5.1作出轴的计算简图（即力学模型）.246.5.2求出水平面（XOY面）上各力.246.5.3求出垂直面（YOZ面）上各力.256.5.4根据水平面和垂直面的弯矩图作出总弯矩图M总.266.5.5由扭矩平衡作出扭矩图.2636.5.6由M总和扭矩图合成作出计算扭矩图Mca.276.5.7搅拌轴截面模量W的计算.27第七章轴承校核.297.1求两轴承受到的径向载荷R1和R2.297.2求两轴承的计算轴向力A1和A2.29第八章轴承润滑密封理论与润滑系统设计.318.1脂润滑.318.2油润滑.318.2.1.飞溅润滑.318.2.2.浸油润滑.328.2.3.刮油润滑.328.3密封.32第九章卸料门设计.349.1工作原理及组成.349.2卸料门各元件作用.34第十章搅拌主机的装配工艺设计.3510.1卸料门装置的装配.3510.2轴端装置装配.3510.3传动装置装配.3610.4衬板装置装配.3610.5润滑装置的装配.3610.6试验.3610.7检验、装标牌、入库.36第十一章体会部分.37致谢.38参考文献.39湖南科技大学大学本科毕业论文4第一章概述本设计说明书详细叙述了有关强制式混凝土搅拌主机的工作原理和结构以及相关设计内容，我的设计思路是根据拟订的传动路线,从电机的选择、电机带轮和减速器带轮的设计、联轴节和减速器以及联轴器的选择、搅拌轴的设计与计算并伴有轴承的选择与校核计算、卸料门的设计以及润滑系统的设计,最后还有主机的装配工艺等内容。本次设计我在老师和公司的综合指导下和详细查阅有关机械方面书籍来完成毕业设计的。以下从工作原理逐步展开：工作原理：主要由水平安置的两个相连水平安置的圆槽形拌筒，两根按相反方向转动的搅拌轴和转动机构等组成，在两根轴上安装了几组搅拌叶片，其前后上下都错开一定的空间，从而使混合料在两个搅拌桶内轮番地得到搅拌，一方面将搅拌筒底部和中间的混合料向上翻转，另一方面又将混合料沿轴线分别向前后推压，从而使混合料得到快速而均匀的搅拌，因此，该类搅拌机具有自落式和强制式两种搅拌功能，搅拌效果好，耐磨性好，能耗低，宜制成大容量搅拌机。1.1分类混凝土搅拌机是制备混凝土的专用机械，其种类很多。按混凝土搅拌机的工作性质分有：周期性搅拌机和连续作用搅拌机两大类；按混凝土的搅拌原理分有：自落式搅拌机和强制式搅拌机两大类；按搅拌筒形状分为：鼓筒式，锥式（含锥形及梨形）和圆周盘式等搅拌机，常用的是周期性搅拌机，其具体分类如下：1.2型号混凝土搅拌机的型号由搅拌机机型号和主要参数组合而成，其意义如下：5例如：JS2000C型搅拌机1.3搅拌主机结构详细说明混凝土搅拌机由搅拌机盖、搅拌筒体、搅拌装置、轴端密封、传动装置、衬板、卸料门润滑系统。1.3.1搅拌机盖搅拌机盖是为搅拌主机工作时防尘和进料连接而设计的，盖与桶体间采用螺栓联结，中间有密封胶条，各进料口形状和位置可接不同机型或用户要求制作，检视门有安全开关。搅拌机盖设计的喷雾系统有效地压住投料时扬起的粉尘并与吸尘装置连在一起，确保环保要求。1.3.2搅拌筒体搅拌筒体由优质钢板整体弯成“奥米加”形状，而且由特别管状框架承托，有足够的刚度和强度，保证主机的正常运作。1.3.3搅拌装置两根搅拌轴上的多组搅拌臂和叶片组成搅拌装置，保证桶体内混合料能在最短时间内作充分的纵向和横向掺和，达到充分拌和的目的。搅拌臂分为进给臂、搅拌臂、返回臂，同时为了便于磨损后的调整和更换，每组搅拌叶片均能方便地在受力磨损的方向调整，直至搅拌叶片正常磨损后的更换。为适应不同工况和骨料粒径的要求，搅拌臂可在轴上做60、120和180的排列，以达到搅拌最大骨料粒径。叶片为高强度抗冲击耐磨铸铁，正常生产时能达到3700罐/次，其性能指标符合JG/T5045.193规定(HRC58，冲击值5.0N.M/mm2，抗弯强度600N/mm2)。1.3.4轴端密封对卧轴式混凝土搅拌机，因工作时主轴浸没在摩擦力很强的砂石水泥材料中，如果没有行之有效的轴端密封措施，主轴颈会很快被磨损，毁坏，产生严重的漏浆，影响级配。采用三道密封及骨料架油封和液压系统供油旁泵，其工作原理用压盖1，耐磨橡胶圈2和转毂3为第一道密封，为防止砂浆浸入缝隙，由注油孔湖南科技大学大学本科毕业论文6向内腔注入压力油脂，至主缝中有少量油脂挤出为止，用油脂外溢来阻挡砂浆入侵，第二道密封由转毂3转毂6和O型密封圈组成即浮动环密封，浮动环组借助O型圈的弹性保持一定的压紧力和磨损后的间隙补助，由注油孔注入润滑油脂，转毂为粉末冶金专用件，密封面经研磨加工，最后由安装的J型骨架密封组成第三道。搅拌轴的支承由独立的轴承座和带锥套调心滚子轴承共同承担，同时通过两个骨架油封的作用能有效的保证轴承的良好工作环境，以保证机的正常运作。1.3.5传动装置JS型搅拌主机采用进口和国产两种螺旋锥齿行星减速机传动，减速机与搅拌主轴间采用鼓型齿联轴器联结，搅拌主轴采用高速端十字轴万向联轴器同步，使两轴作反向同步运转，达到强制搅拌效果，与传统的大小的链轮传动，大齿轮同步的结构相比，具有结构紧凑，传动平稳，遇非正常过载时能通过皮带打滑保护等特点。为保证减速机的正常工作，传动装置中可以选配冷却装置散热器的功率为0.055KW，由本机所附加的自动感温器控制，在减速机油温达到60度时自动启动，油泵的动力由主电机通过皮带传动提供。1.3.6衬板弧衬板为高硌耐磨合金铸铁，其性能指标符合JG/T5045.293规定（HRC54，冲击值7.0N.M/mm2,抗弯强度600N/mm2）特殊设计的菱形结构能提高衬板的使用寿命,端衬板为优质高Mn耐磨钢板制成.1.3.7.卸料门卸料门的结构形式独特可靠,整体弧面与桶内衬板面持平,能有效地减少强烈冲击,磨损真正做到优质耐久,另外,卸料门两端的支承轴承座可上下调节,接触面磨损后可以调节间隙,确保卸料门的密封.卸料门采用进口液压系统驱动,与传统的气动形式相比具有结构紧凑,动作平稳,开门定位准确,能手动开关门等特点,油泵系统产生的高压油通过控制系统,经高压油管作用到油缸,驱动卸料门的开关,通过调节卸料门轴端接近开关的位置和电控系统共同使用,可以实现卸料门的开门到位的任意调整,以实现不同的卸料速度.1.4搅拌主机类型选择由于强制式混凝土搅拌机有立轴式和卧轴式两大类。立轴式有分为涡浆式和行星式。混凝土搅拌机是将石子（粗骨料）、沙子（细骨料）、水泥、水和某种添加剂搅拌成匀质混合料的机械。广泛应用于工业和民用建筑、道路、桥梁、港口和机场、矿山等建筑行业中。为适应搅拌不同性质的混凝土的要求，以发展了很多机型，各种机型和性能各有其特点。从不同的角度进行划分：按工作性质分为周期式和连续式；按搅拌方式分为自落式和强制式；按装置方式分为固定式和移动式；按出料方式分为倾翻式和非倾翻式;按搅拌桶外型分为犁式、锥式、鼓式、槽式、盘式。下面分自落式和强制式两类来介绍和选择。71.4.1自落式混凝土搅拌机它靠旋转着的鼓筒中的叶片将物料提高到一定高度后落下进行搅拌的最常用的的有JG型鼓筒式、JZ式双锥反出料式和JF型双锥倾翻式混凝土搅拌机。1.4.2强制式混凝土搅拌机它靠旋转的叶片对混合料产生剪切、挤压、翻转和抛出等多种作用的组合进行拌和的，搅拌作用强烈，搅拌时间短，适用于搅拌干硬性混凝土和轻骨料混凝土，由于叶片容易受磨损或被粗骨料卡住，故一般不易搅拌骨料颗粒教大的混凝土。1.4.3.二者的比较和选择自落式最适宜拌制塑性和半塑性混凝土。强制式拌和时间短，生产率高，适宜于拌制干硬性混凝土。由于我公司生产的特点选择强制式混凝土搅拌机。湖南科技大学大学本科毕业论文8第二章电动机选型和主要参数计算传动路线：电机电机带轮大带轮十字万向联轴节减速机联轴器搅拌轴，十字万向联轴节、减速机、联轴器只进行选型不进行设计，现先进行电机设计：2.1电机选型2.1.1选择电动机类型和结构形式选我国推广采用的Y系列的交流三相鼠笼式异步电动机，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体的场合，具有较好的启闭性能。结构采用防护式。2.1.2选择电动机的容量标准电动机的容量由额定功率表示。所选电动机的额定功率应等于或稍大于工作要求的功率，电动机的容量主要由运行时的发热条件限定，在不变或变化很小的载荷下长期连续运行的机械，只要其电动机的负载不超过额定值，电动机便不会过热，通常不必校核发热和启动力矩所需电动机功率为Pd=PW/（21）=28.12/0.87=32.32KW式中Pd工作机实际需要的电动机输出功率，KW；PW工作机所需输入功率，KW；电动机至工作机之间传动装置的总效率。工作机所需功率PW应由机器工作阻力和运动参数计算求得，混凝土搅拌机的PW计算如下：PW=Tnw/9550w（22）式中T工作机的阻力矩，N.m;nw为工作机的转速,r/min;给定25r/minw为工作机的效率。一般为0.95其中总效率计算如下：=123n,而1，2n分别为传动装置中每一传动副（齿轮、涡杆、带或链）、每对轴承、每个联轴器的效率，从1中表17选中间值如下：1=带=0.96,2=减=0.94,3=联轴器=0.975,4=轴承=0.99(一对)所以=1234=0.96x0.94x0.975x0.99=0.872.1.3双卧轴强制搅拌机轴上功率的计算强制式混凝土搅拌机的功率计算目前还没有一个严格的计算公式，这里推荐一种简化的计算方法。对于一个卧式的强制式搅拌机，某一搅拌叶片的受力和运动情况见图1，叶片的宽度为bi,叶片与半径的夹角为i,作用在d面积上的力为9dFi=kbid式中k单位面积上的运动阻力，称为阻力系数，单位为N/cm2.该阻力系数在叶片的转速确定后取决于混凝土的水灰比，见表1-1表1-1搅拌阻力系数k的取值混凝料的性质K值（N/cm2）干硬性混凝土6885塑性混凝土2535流动性小的砂浆3040流动性大的砂浆1020由所dFi产生的阻力矩dMi=cosidFi这一叶片上的总阻力矩（2iiiirikbdpMcos21123）式中bi,r2和r1均以cm为单位，则Mi以N.cm为单位.考虑到所有叶片上的阻力矩,则搅拌机的功率（2ziinP197504）式中机械的传动效率z搅拌叶片的数量n搅拌叶片的转速(r/min)现取k=80，取bi=3.0cm，取r2=67.3cm,r1=54.5cm,i=60,一根轴上设计成8个搅拌轴,即z=8,代入上面第一式得:Mi=98542.4Nm湖南科技大学大学本科毕业论文10代入上面第二式得:P=28.12KW2.1.4.电动机的功率计算P=K1*P（25）式中：K1电动机容量储备系数，一般取K1=1.11.25；P搅拌机轴上功率，KW。现取K1=1.2,P=30.25KW;代入的P=33.744KW,故取37kw的电机2.1.5.确定电动机的转速对Y系列电动机,通常多选用同步转速为1500r/min或1000r/min的电动机,现依据选定的类型结构容量和转速从从1中表1211211查出电动机型号如下：Y225S4,其额定功率为37KW，满载转速为1480r/min,堵转转矩（额定转矩）为1.9Nm最大转矩为2.2N.m,质量为284kg主要安装尺寸:电机轴径为60mm,长为140mm,轴上键宽为18mm,键槽低部到轴另一素线为53mm.2.2重要参数的计算搅拌机是搅拌设备的核心组成部分，其结构的好坏，会直接影响到混凝土搅拌的均匀性能和整套设备的生产率。其性能参数和结构参数的设计计算和部分结构的确定方法。2.2.1.搅拌时间的确定根据每小时循环次数n、搅拌时间s及小时转换到秒关系：s=（1/n）*3600（26）n每小时循环次数。解：搅拌时间s=（1/50）*3600=72秒=86秒符合设计要求2.2.2.周期性混凝土搅拌机的生产率Q计算生产率是搅拌设备的主参数，也是确定其他技术参数的主要依据。生产率的确定一般应根据产品系列和配套需要合理的抉择。为了满足路面施工的配套要求，所设计的搅拌设备的最低生产率应不低于60m3/h。经验公式如下：（2)/(6.3321hmttV7）式中：V搅拌筒的公称容量,取2000L；t1为上料时间取25s；t2为搅拌时间取72s；t3为卸料时间取8s；11代入式中并单位换算得：)/(24609.33hmQ2.2.3搅拌机的容量搅拌机的容量是指周期式搅拌机设备每转一次能生产新鲜混凝土的实方数公称容量。设计参数中给定2000L2.2.4强制式混凝土搅拌机转速的校核合理确定强制式搅拌机的转速，关系到搅拌混凝土的质量和生产率，若转速偏低，使搅拌时间增加，会降低生产率；若转速过高，又会形成较大的离心力，促使混凝土产生离析现象，破坏均匀性，导致质量降低。一般在设计中，除了要考虑物料在拌和中产生离心力外，还宜考虑被搅拌物料与搅拌叶片之间的摩擦系数，推荐采用下式进行近似计算：（2Rn54.238）式中n搅拌机主轴转速，r/min；R搅拌筒内腔的半径m。计算得r/min，而给定的25r/min小于1.357.0/4.2331.18r/min满足，故不会发生共振。2.2.5.搅拌筒的容积利用系数的确定容积利用系数是指出料容积和筒体几何溶剂之比，它的确定主要以搅拌质量的优劣为依据。在确保搅拌质量的前提下，容积利用系数越大越好。但是，容积利用系数的大小还受到其它的条件的制约，其一，搅拌机的设计需要考虑应具备10%的超载能力；其二，按设计标准规定，出料体积与进料体积之比为0.625，而几何容积应大于进料体积，这样容积系数最大不得超过0.58。一般双卧轴搅拌机的容积利用系数取0.320.35。2.2.6.搅拌筒长度L与直径D之比L/D的确定在出料容积一定时，应考虑以最小的结构尺寸获得最大的空间容积。以利用收到节省制造材料材料、外性美观和搅拌质量好的综合效益。因此长径比L/D一般不宜过大，因物料的轴向运动主要靠叶片的螺旋角产生有限的轴向推力，如果物料的轴向流动距离过长，很难快速达到匀质效果。通常长径比宜控制在.3以内，一般情况下取L/D=1.051.15。2.3计算总传动比和分配各级传动比2.3.1传动装置的总传动比为总=nm/nw=1480/25=59.2（29）式中nm电动机满载转速r/minnw搅拌轴的转速r/min湖南科技大学大学本科毕业论文12多级传动中，总传动比应为总=12n，其中1，2，n为各级传动机构的传动比。2.3.2分配各级传动参考1中表18的传动比和1表132，当选V带传动时，在满足24范围内,初选1=3.7,故减速器减速比2=59.2/3.7=16满足840范围内单级锥齿轮减速器.2.4计算传动装置的转速和动力参数设计计算传动件时,需要知道各轴的转速、转矩或功率,因此应将工作机上的转速转矩或功率折算到各轴上,设从电机到工作机的各轴依次记为电，减，主轴，则2.4.1.各轴转速n电=1480(r/min)n减=nm/1=1480/3.7=400(r/min)(210)n主=400/16=25(r/min)2.4.2.各轴功率Pd=32.32kwP减=PdX电减（211）=32.32x0.96=31.03kwP主=PdX电减X主减=31.03x0.94x0.975x0.99=28.15kw式中Pd电动机输出功率,KW；P减减速器输入功率,KW；P主搅拌轴输入功率，KW;电减电机与皮带之间的传动效率;减主减速箱与主轴之间的传动效率.2.4.3.各轴转矩Td=9550Pd/nm=9550x32.32/1480（212）=208.55(N.m);T减=TdX1X电减=208.55x3.7x0.96=740.77(N.m)T主=T减X2X主减=TdX1X2X主减x减x联轴器x轴承=208.55x3.7x0.96x16x0.94x0.975x0.99=8272.33(N.m)式中Td电动机轴的输出转矩Nm;13T减减速箱输入转矩Nm;T主搅拌主轴输入转矩N.m.为简明起见,现列表如下:转速(r/min)功率(KW)转矩(Nm)电机轴148032.32208.55减速箱轴40031.03740.77搅拌轴2528.158272.33湖南科技大学大学本科毕业论文14第三章皮带轮设计带传动具有结构简单、传动平稳、造价低廉以及缓冲吸振等特点,故我经过比较采用带传动.带传动是由固联于主动轴上的带轮(主动轮)和固联于从动轴上的带轮(从动轮)和紧套在两上的传动带组成的,当原动机驱动主动轮转动时,由于带和带轮间的摩擦,便拖动从动轮一起转动,并传递一定的动力.在一般机械传动中，应用最广的是V带传动，V带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽，传动时，V带只和轮槽的两个侧面接触，即以两侧面为工作面。根据槽面摩擦原理，在同样的张紧力下，V带传动较平带传动能常产生更大的摩擦力，在加上V带传动允许的传动比较广，结构较紧凑，及V带是已标准化，故选V带传动。3.1带轮设计.3.1.1.计算功率Pca由2中表82查得工作情况系数KA=1.0,(设其每天工作小时数为小于10h和负载启动故Pca=KAP=1.0x3