毕业设计 3213213132

1、1绪论1.1设计的目的和意义近年来，随着我国公路交通事业的迅猛发展，公路机械化施工取得了巨大的进步，拥有大型混合料搅拌设备是参加市场竞争的条件之一。我国混合料搅拌设备的需求量很大，但生产能力较高的混合料搅拌设备还是国外品牌占有主导地位。我国混合料搅拌设备自主研发中还有若干关键技术亟待突破。因此，该设计有很重要的现实意义。研究混合料搅拌设备的结构，设计具有国际先进技术水平的道路再生装备，开发出适合我国国情的公路建设混合料搅拌设备，快速的适应当今市场需求，提高我国公路养护的技术水平，是该设计的目的与意义之所在。1.2混合料搅拌设备设计选型混合料搅拌设备主要分为强制间歇式与连续滚筒式俩大系列，俩者区

2、别在于：间歇式搅拌机先将原材料按比例投入到搅拌机料斗中去，再进行拌合；连续式搅拌机是将不同材料投入到指定料斗中去，再按设定的配合比将集料送至拌缸进行拌合。我国公路目前使用的石料品种较为复杂且变异性大，再加上混合料搅拌设备多是露天作业，材料受天气影响较大，而间歇式混合料搅拌设备经过材料的初级配料、筛分计量，混合料的质量相对易于控制，因此，我国公路的施工和养护工程中均配置强制间歇式混合料搅拌设备。双卧轴搅拌机是沥青搅拌设备常用的拌合主机，相对于其他形式的搅拌机，它具有工作效率高、搅拌性能强、耐磨性能好、结构设计合理等优点，因此，本设计以双卧轴搅拌机为设计目标，旨在设计出适合我国公路建设使用的混合料

3、搅拌设备。1.3设计主要研究内容和方法(1)文献检索，熟悉沥青发泡原理，泡沫沥青评价标准，泡沫沥青拌和工艺。(2)课题调研，方案论证，确定方案，熟悉相关软件。(3)设计旋转叶片型式，筒壁设计计算，旋转电机的计算选型，搅拌臂的设计。(4)采用CAXA软件绘制混合料搅拌设备所有图纸。(5)翻译英文文献，撰写毕业设计论文。2混合料搅拌设备的技术参数（1） 泡沫沥青流量100200g/s；（2） 泡沫沥青流量占混合料的比例为3.5%5%；（3） 泡沫沥青喷射时间设计为5秒；（4） 混合料拌和时间至少30秒；（5） 混合料密度1.61.73旋转叶片的选择双卧轴搅拌机是目前混合料搅拌设备中广泛应用的主导机

4、型，其搅拌装置作为该机型的核心部分，直接影响着整机的搅拌质量和效率。常规的搅拌装置普遍采用单排的桨式叶片结构，并且构成一种围流排列的形式，以保证搅拌筒内混合料的均匀拌和。为提高搅拌质量和效率，出现了新型双卧轴搅拌机，其搅拌装置为多叶片搅拌装置。其搅拌叶片除了靠近拌筒壁内壁的一排常规叶片外，在靠近搅拌轴处还有一排尺寸稍小的副叶片，这些副叶片通过一根短的搅拌臂固定在搅拌轴上，并且主副叶片按各自的安装角成对安装在搅拌轴两侧。相对于单排叶片结构有着显著的优点：在搅拌轴处安装副叶片能够改善由于拌筒直径过大而形成的搅拌低效区；在搅拌轴处安装副叶片能够使靠近搅拌轴的物料与靠近拌筒内壁的物料沿径向形成逆流，从

5、而有效地改善低效区内混合料的搅拌性能。图1.双螺旋搅拌装置（文献1） 图2.拌筒内的速度梯度示意图（文献1）双排叶片搅拌装置增加了副叶片，其主要参数就相应增加了副搅拌臂排列方式、副叶片安装角、副叶片尺寸以及主副叶片间的关系。副叶片与主叶片成对安装，因此副搅拌臂的排列装置中任然采用双卧轴搅拌机特有的围流排列。对于副叶片安装角，也与主叶片安装角一样。主叶片的尺寸是根据搅拌半径计算确定，而副叶片在搅拌过程起辅助作用，副叶片面积为主叶片面积的0.65倍时比较合理，且主副叶片反向安装时，比主副叶片同向安装具有更好的搅拌性能。（参考文献1）叶片安装角是指搅拌叶片斜面与搅拌轴线间的夹角,图3中的锐角。当桨叶

6、在搅拌中运动时，在桨叶前面将形成实的核心，并使混合料沿该密实核心的侧棱发生移动。叶片前的密实核心见图4。搅拌机工作时，拌缸内的搅拌叶片推动混合料沿拌缸的纵向和横向循环运动，实现混合料在三维空间内的流动。当安装角过小时，叶片主要带动混合料围绕搅拌轴转动，而缺乏必要的轴向运动。 当安装角过大时，叶片推动混合料的横向运动就很弱。因此，搅拌叶片一定要相 对于搅拌轴成一定角度安装。图3.物料单元受力图（文献2） 图4.叶片前的密实核心（文献2）若将某一瞬间搅拌叶片对某单元混合料的作用情况简化为图3所示，可以看出，要使混合料能够沿叶片宽度方向运动，实现轴向运动，必须满足，即0 ,于是得到条件式: 式中 :

7、 F为驱动力,可在叶片表面分解为和； 为混凝土与叶片表面间的摩擦力, 为混凝土对钢的摩擦系数；对于混凝土 ,取时，。搅拌机工作时，叶片的前面将形成密实的核心，混合料沿着密实核心的侧棱运动，见图4。图中AB、BC为密实核心侧棱 为叶片的安装角； 为密实核心侧棱与搅拌轴间的夹角。由于AB和BC两侧棱间的夹角为混合料稳定堆放的安息角，它一般为,所以。令为搅拌叶AC的宽度，在ABC中得 在ADC中此时则在ABC中，由正玄定理得 则时密实核心的截面积时密实核心最大面积桨叶纵向搅拌强度系数为密实核心两侧棱在转轴上的投影差与桨叶在同一转同上的投影之比桨叶横向搅拌强度系数,是时密实核心横截面积和时密实核心最大

8、面积之比混合料的总循环强度系数，等于纵向循环系数和横向循环系数的乘积 令 计算得 整理得当时，得到，此时混合料能够最快的完成搅拌过程，参考文献2的实验数据，认为宽短型拌缸（长宽比为0.78）的叶片安装角取，窄长型拌缸（长宽比为1.11）的叶片安装角取4搅拌器参数确定影响搅拌机性能的各参数是相互关联且相互影响的，很难单独讨论某一参数的作用。但其余参数若在目前常用的范围内，尽管宽短型及窄长型的性能都能满足国家标准，但宽短型稍优于窄长型。这主要是因为混合料要在拌缸的三个坐标方向同时达到较好的均匀性，如果拌缸太短，形不成流畅的轴向循环流动；如果拌缸太长，混合料的轴向循环次数减少，也不利于实现三维的均匀

9、分布。因此，长宽比的选择范围为0.7 一 1.3（参考文献3）。但双排叶片搅拌机与普通双卧轴搅拌机相比较，由于它每根轴上增加了一组小叶片，混合料的轴向流动受阻后速度减慢，而增加小叶片后混合料的径向运动得到了加强，因此窄长型的搅拌机的搅拌性能要优于宽短型的搅拌机的搅拌性能。综合考虑以上各方面取搅拌机壳体长宽比为1.11。搅拌机工作时, 混合料在搅拌装置的作用下, 不断翻动、 掺合, 其流态非常复杂, 但从宏观上分析, 由于搅拌机是连续工作的, 根据连续性原理, 拌缸内各横截面的流量相等。Q = / 式中:混合料密度 1.61.7进料口流量加入拌缸的沥青流量0.360.72t/h 沥青流量占混合料

10、比例为3.5%5% 取 =0.72 t/h 沥青流量占混合料比例3.5% =0.72/3.5%=20.57 t/h取 =1.6 则 Q =12.86。在一个循环时间t内，可以实现与搅拌同时进行的各种不同的工序（计量和物料的移动等），它是由给定的生产工艺和拌和设备的结构而定。在计算中搅拌器式工作循环时间：式中 搅拌器进料时间， ；每份料的搅拌时间，=40s 卸料时间， 搅拌缸的有效容积G= =0.143（本设计中，搅拌器的生产流程为：入料搅拌出料停止，因此在时间的计算中只取每份料的搅拌时间）两轴中心距 （为搅拌轴中心和搅拌叶最大旋转半径交点的连线与搅拌轴中心水平线的夹角 取=）搅拌缸宽度k (c

11、为搅拌叶与搅拌缸表面的径向间隙，据实际使用情况取)搅拌缸长度LL= （搅拌器壳体形状系数）搅拌器壳体工作部分横截面（低于拌桨轴）搅拌缸的有效容积G= (B充满系数 取B=0.8)搅拌叶最大旋转半径R 则=0.253m 取整副叶片最大旋转半径=0.6R=0.156m搅拌叶宽度WW=(0.40.57)R (高压力喷入沥青时W取大值，此处W取0.5)则W=0.13 m副叶片宽度=0.65W=0.0845 m搅拌叶高度bb=（0.60.8）W (高压力喷入沥青时b取大值，此处b取0.6)则b=0.078m副叶片高度 搅拌叶形状可以是长方形、方形、带圆角方形等，此处搅拌叶形状为长方形。两轴中心距 =搅拌

12、缸宽度k =0.946m搅拌缸长度L L=1.05 m搅拌箱体厚度 搅拌臂轴径 搅拌叶片厚度 5搅拌臂排列方式影响双卧轴搅拌机使用性能的因素很多，其中搅拌臂在双轴上的合理布置是一个不可忽略的重要因素，它直接影响着双卧轴搅拌机的使用性能和经济技术价值。双卧轴搅拌机的搅拌臂合理排列，能使物料既有沿轴向闭合的大循环运动，又有轴问小循环运动或称逆流，两种循环相辅相成，共同作用于物料，围流排列图见图5。双卧轴的这种围流布局形式能够使两轴的物料产生强烈逆流，增大物料颗粒间的碰撞和揉搓，强化搅拌效果。（参考文献4） 图5.围流排列图双卧轴搅拌机的两根轴上的拌臂排列有两种组合：一正一反排列( 简称正反排列)

13、和双正排列。对于正排列的规定是，当逆着混合料流动方向看，拌臂排列的相位方向与搅拌轴转向相同；当顺着混合料流动方向看，二者方向相反。相反的情况就是反排列。轴拌臂为正反排列时，由于物料沿轴向是一个闭合的循环运动，并且物料在正排列的轴上推搅得快，而在反排列的轴上推搅得慢，所以当物料被推搅到反排列的轴上时，会出现由于料流变慢而产生的堆积现象，这必然导致整个大循环的不流畅，从而影响物料在拌筒内的均布；双轴拌臂为双正排列时，由于物料在两轴上的流动速度相同，所以不会出现正反排列时的料流拥塞现象。显然，合理的拌臂布置要在不破坏物料大循环的前提下，尽可能加快物料轴向循环的频次，从而增加物料与叶片直接接触并发生强

14、制作用的机会，提高搅拌质量和效率。因此，本设计采用搅拌臂双正的排列形式，以提高搅拌质量和效率。6搅拌臂的数目及相位角搅拌臂数目的多少对搅拌机的工作效率及混合料的搅拌质量都有一定的影响，且搅拌臂间的相位角与搅拌臂的数目密切相关。搅拌臂数目多，使搅拌轴长度增加 ，结构强度、刚性下降；而拌筒的长度增加，会使长宽比不合适。而且搅拌机拌筒长度的增加，使卸料门的长度也要增加，这对总体布置不利。另外，搅拌臂越多，使石料被叶片挤碎的可能性增大，这将影响到骨料的级配精度；搅拌臂数目少，必然减少物料的循环次数，减少物料与搅拌的叶片直接接触而发生强制作用的机会，影响搅拌质量。因此，合理地确定搅拌机的搅拌臂数目具有重

15、要的意义。通过分析认为，合理地确定搅拌臂数目要考虑许多相关因素（参考文献5）。(1)单根搅拌轴每转一圈，物料沿轴向行程不小于搅拌筒轴向空间长度。若以 n表示单根轴上搅拌臂数目(搅拌叶片数目)， 表示相邻搅拌臂之间的相位角，则360,一般情况下 ,360 720。(2)2 根搅拌轴转动时 ,转向相反的搅拌臂叶片最小空间距离决定了搅拌机所能适应的骨料最大粒径。否则，不是骨料被挤碎，就是搅拌臂及叶片受损。当然，上述 “ 最小空间距离”与搅拌臂数目、 叶片几何尺寸、 叶片安装角度及搅拌臂间相互布置等因素有关。(3)搅拌臂数目与相位角除了必须符合关系式360 720外，还与双轴搅拌臂的布置形式有关。在搅

16、拌臂正正平行排列时，搅拌臂数目与其相位角大小的匹配关系为: 360 n 720； =90时 ,n 不可以取 5、 7，即 n 不宜为奇数； = 60时，n不可以取 6、 8、 10，即 n 不宜为偶数； = 45时，n不可以取 9、 11、 13、 15，即 n不宜取奇数。综合考虑以上要求及搅拌缸的尺寸，本设计中选取单轴搅拌臂个数为8个，单周搅拌臂排列相位角为90。7搅拌轴的转速 n转速升高时,物料运动的阻力增大时，在拌和器底和搅拌叶端部的间隙中将产生过多的碎石楔住现象 , 因而增大功率消耗，双排叶片式搅拌机在搅拌过程中受力要比普通式搅拌机大些。它的合理转速为（参考文献6），要比普通双卧轴搅拌

17、机低。设计中取 V =1.3m/s , 那么搅拌轴转速: =47.75 r/min式中 R为搅拌叶最大旋转半径R=0.26m 。8搅拌缸驱动功率的计算及电动机的选择搅拌缸驱动功率根据经验公式计算P =Mn/ (9550 ) 式中: M 所有搅拌叶旋转阻力矩之和n 搅拌轴转速 , r/ min , n = 47.75 r/min 传动效率 , = 0.92 。对于一个搅拌叶所受阻力矩为:M=1/2 KS( R + R-b) =1/2 K (+-)式中:K 阻力系数，一般取K = 60000 N/ m ;S 搅拌主叶有效面积，0.01014搅拌副叶有效面积，0.006591 搅拌叶同搅拌臂安装角度

18、，= 45。则M = 99 Nm =32NmM = 16（M+）= 2096 NmP =Mn/(9550)=10.48kW设计中电机通过联轴器带动减速箱的高速轴，并最终通过俩对开式齿轮分别带动搅拌轴转动，俩搅拌轴速度相同，方向相反，防止桨叶在搅拌器内相撞。电动机分交流电动机和直流电动机俩种。由于直流电动机需要直流电源，结构复杂，价格较高，维护比较不便，因此无特殊要求时不宜采用。生产单位一般用三相交流电源，因此，如无特殊要求都应选用交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机俩类。异步电动机有笼型和绕线型俩种。其中以普通笼型异步电动机应用最多。我国设计的Y系列三相笼型异步电动机属于一般用途的全

19、封闭自扇冷电动机，其结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上，如金属切削机床、运输机、风机、搅拌机等。考虑功率在传动中的损失，查取机械设计手册（第五版）第四卷选取型号为Y200L8型的Y系列（IP44）封闭式三相异步电动机，采用变频调速，其额定功率为15kw、同步转速为750、满载转速为730。9减速器的选定（1） 传动比的确定：由选定的电动机满载转速和工作机主轴转速，可得传动比（2） 减速器的选定：第一步，选用减速器的公称输入功率应满足：式中：机械强度计算功率，kw ； 负载功率，=10.48kw ； 工况系数，查机械设计手册表1628取

20、； 安全系数，查机械设计手册表1629取 ； 则 按i=15.29及输入转速，查机械设计手册表1625选取ZLY140型减速器，i=16、，可选用ZLY140型减速器。第二步，校核热平衡许用功率，应满足：式中：计算热功率，kw ； 减速器热功率， kw ； 环境温度系数，查机械设计手册表16210取； 载荷率系数，查机械设计手册表16211取 ； 公称功率利用系数，查机械设计手册表16212取 ； 则 查机械设计手册表1627，ZLY140型减速器取，因此可选用ZLY140型二级减速器。10轴的设计（1） 主动轴的设计：简图见图六，初步选取轴的材料为45号钢，调质处理，初步确定轴的最小直径，根

21、据机械设计（第八版）教科书153式有：式中：单根轴传递的功率， n轴的转速，n=47.75 查机械设计（第八版）表153取 则输入轴的最小直径取决于安装联轴器处轴的直径 ，为了使说选的轴的直径 与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号。联轴器的计算转矩 式中：T公称转矩， 工况系数，查机械设计（第八版）教科书表141取 则查机械设计手册表6210，选用GCLD3型鼓形齿式联轴器，其公称转矩为3150Nm、许用转速4000、轴孔直径50mm、轴孔长度112mm，其标记为：GCLD3型骨形齿式联轴器：Y型轴孔，A型键槽。则 =50mm L =112mm 。轴 段长度和直径的确定：为了满足半联

22、轴器的轴向定位要求， 段右端需制出一轴肩，故取 的直径d =55mm。轴 段安装轴承及相关部件，初步选取滚动轴承：从负载的大小和方向考虑，即受到径向载荷又有轴向载荷，还存在安装对中性差的情况，这要求轴承有调心功能，故选用调心轴承；从轴承的刚性考虑，一般滚子轴承大于球轴承，故选用滚子轴承；综上所述，采用调心滚子轴承。根据工作要求及d =55mm。查机械设计手册表7289调心滚子轴承GB/T2881994取型号为22211的轴承，尺寸为：，基本额定载荷 ，查机械设计手册表72116等孔径滚动轴承座GB/T 78131998 选取型号为SN211的轴承座，其基本尺寸为、。考虑到轴承的安装及拆卸的方便

23、性，根据轴承座的厚度，取L =125mm ，根据轴肩的定位要求。轴 段安装同步齿轮，根据搅拌缸俩搅拌轴中心距选择同步齿轮参数，式中m同步齿轮模数 Z同步齿轮齿数，根据确定、Z=50，则同步齿轮齿厚为mm ，考虑到齿轮的安装及拆卸，取L =20mm，同步齿轮的左侧使用套筒定位，套筒长度为7.4mm，同步齿轮右侧使用轴位，故取d =70mm。轴 段为安装轴端密封部分，根据d =70mm，进行轴端密封部件选择，查机械设计手册表10371选择轴径为70mm的2008型双端面平衡型机械密封件，其基本尺寸为、根据考虑轴端密封部件的安装拆卸，取L =192mm，其中箱体壁厚10mm、轴 段右端面距离箱体内壁为2mm。轴 段为安装搅拌臂部分，搅拌臂在搅拌过程中受到很大的轴向和径向力，考虑到搅拌臂在搅拌轴上的安装相位角为，搅拌臂为8对，为了让搅拌臂再搅拌过程中不与搅拌轴发生相对转动，本设计中将安装搅拌臂的轴设计为内切圆直径70mm的正八边形，搅拌箱