工程机械研究

1、工程机械研究报告工程机械研究报告一、工程机械发展史从广义的角度上讲，凡是能完成一定机械运动，以代替人类劳动的的装置都可以叫做机械。而工程机械是指用于工程建设的施工机械的总称。广泛用于建筑、水利、电力、道路、矿山、港口和国防等工程领域。迄今为止，考古学家已经发现了距今大约五十万年的石斧，可见从那时起人类就开始学习制造和使用各种简单工具了。在大约一万五千年前，古人类学会了制造和使用一些较为复杂的机械，用于农耕和放牧。大约在四千年前，人类发现了金属，从此金属制逐步取代了石器、骨制的机械。继而在两千年前发现了铁器，人类进入了铁器时代，各种复杂的工具相继发明出来，人类进入了大发展时期。而真正作为一种独立

2、的可以承担大型作业的工程机械则是从第一次工业革命开始发展起来的。詹姆士·哈格里夫斯发明的珍妮机拉开了工业革命的序幕，瓦特改良的蒸汽机使得工业革命在欧洲蓬勃发展起来了，由此诞生了以蒸汽为动力的各种工程机械。第二次工业革命开始后，由于新能源的大规模运用，工程机械的到来极大发展。第三次工业革命至今，以原子能、电子计算机和空间技术的广泛应用为标志，信息技术，新能源技术、新材料技术、海洋技术等诸多领域的一场信息控制技术革命大大促进了工程机械的发展，各行业的大规模启动，极大的促进了市场对于工程机械的需求量，同时广泛的市场需求和新技术的应用又带动了工程机械的发展。我国由于建国较晚，机械行业发展较晚

3、，故在先进的生产制造水平上还与发达国家存在一定的差距。1989年3月徐工集团成立，1989年三一集团成立，这是我国较早的工程机械发展单位，但我国工程机械需求量很大，发展也很快，在2012世界工程机械50强的评比中，三一重工位列第六，中联重工紧随其后居第七位，徐工重工位居十一。虽然受经融危机的影响，近三年我国工程机械发展的较为缓慢，过去二十几年中国FAI的年均增速是20%，在此带动下，过去十年，工程机械行业的年均增速达到17%。经融危机已经过去了，由于制造业的滞后性影响，可以预见在未来2-3年内，全球的制造业的发展都将减缓甚至停止，但是此时期过去之后，工程机械行业必将迎来它极为活跃的市场，制造业

4、将磅礴发展起来。随着全球市场竞争的日趋激烈，市场需求不断出现的新变化，企业的大型化及特有的竞争能力，必然会在产业组织结构体系中，发挥越来越大的作用，而国际范围的生产社会化程度不断提高，要求生产过程进一步专业化、标准化、协作化，这恰恰又是中小企业的长处所在。因此，现阶段以及未来一个时期，具有两极性特征的超大型企业和大量中小企业并存将成为产业组织结构发展的主要形式。与此相对照，中国工程机械行业内组织结构不合理现象仍然突出。 目前，还有相当多的国有企业仍然无法成为独立的投资主体，投资约束与风险收益不对称，责权不明晰，缺乏科学的决策体制和发展战略，投资决策的主观随意性很大。 另一方面，当前工程机械行业

5、的整体效益还比较低，主要原因是产品技术含量低，技术密集的产品与用户要求差距较大，而高附加值的大型成套设备以及工程装备的核心制造能力不足，无形中给行业增加了更多的压力。因此，在继续深化国有企业改革的同时，通过体制作用调整产业的组织结构，以制度建设激发企业的自主创新的热情和积极性是十分必要的。 分析人士指出，从目前产业的竞争态势来看，实现产业的转型升级是必须完成的任务。因为，制约工程机械行业长期高速发展的因素，已逐步从投资拉动向先进制造转移。对于企业而言，出路只有两个：一是继续“山寨”，在知识产权纠纷中将市场份额做到极致;二是超越“山寨”，提升自身的核心能力和国际声誉。 应该看到，与装备制造业其他

6、产业不同，在中国工程机械行业，以三一重工、中联重科为代表的一批企业对整个产业正发挥着重要的引领和推动作用。这或许是工程机械行业成为“中国装备制造业中水平最高、核心能力最强的代表”的重要原因。 在CIDEG的一项研究课题中曾有这样一段评论：“在一些成功赶超的东亚经济中，政府普遍积极参与创新活动，但这些成功没有一个是依靠国有企业取得的。恰恰相反，只是由于那些渴望冲击技术前沿的私营企业的集体行动才成为可能。”假如不带偏见地观察和评估中国装备制造领域各行业的国际竞争能力，很容易发现，当主要技术资源特别是公共技术资源多由国有企业控制时，行业的竞争力一定是相对薄弱的。从这个意义上说，中国工程机械实现追赶甚

7、至超越应该是更值得期待的。在我国，未来的工程机械发展必将走向国际化道路。中国工程机械占全球市场的15%，这些受益于质量的提升和相对优越的性价比；未来市场空间很大，需要注重海外和本土两个市场的均衡发展，这是抵御经济风险的有力措施。全球工程机械市场大概有1800亿美元，中国占有15%左右的市场份额，对于中国的工程机械企业来说，未来的市场空间很大；卡特彼勒的经验告诉我们：海外市场与本土市场的均衡发展有助于其抵御单一市场经济波动对产品销售的影响，在美国1929-1932年和1974-1975年的两次经济衰退中，正是海外市场业务帮助其抵御住了风险。 中国企业生产的工程机械与国外产品相比具有明显的价格优势

8、，我国产品价格仅仅是国外价格的60%左右，在国内企业出口渠道打通之后，中国产品显现出很强的国际竞争力。 但是中国工程机械表现出结构的不平衡状态，很多类产品，如挖掘机、小型工程机械等在国际市场占有份额较低，而一些产品又是全球制造大国，未来工程机械企业的产品结构有待调整。其次，单从工程机械的技术角度讲，随着信息技术科控制技术的发展，未来工程机械的操作将越来越自动化、智能化、人性化，计算机将代替人类从事更多的工程操作以大大解放人力劳动。二、工程机械的基本信息经过近六十年的发展，我国将工程机械分为九大类。分别是：（1） 挖掘机械；（2） 起重机械；（3） 压实机械；（4） 铲土运输机械；（5） 桩工机

9、械；（6） 钢筋混凝土机械；（7） 路面机械；（8） 凿岩机械；（9） 其他机械；由于工程机械结构复杂，工程多样，性能千差万别，但总的来说，工程机械是代替人来从事大型生产建筑作业的，诸如修路、架桥、起重物、运输、压实、钻井、采矿、挖掘等繁重任务。故在研究过程中我们小组三人分别选取其中之三作为研究对象，我选取的是（5）、（6）、（9），三个大类。桩工机械是用于各种桩基础、地基改良加固、地下挡土连续墙、地下防渗连续墙施工及其他特殊地基基础等工程施工的机械设备，其作用是将各式桩埋入土中，以提高基础的承载能力。现代造桥用的基础桩有两种基本类型：预制桩和灌注桩。前者用各种打桩机将其埋入土中，后者用钻孔机

10、钻出深孔以灌注混凝土。根据预制桩和灌注桩的施工可把桩工机械分为预制施工机械和灌注桩施工机械两大类。如钻孔机、柴油打桩机、振动打桩机、压桩机等。钢筋混凝土机械主要用于混凝土的大量搅拌、运输、灌注以及加固，还有钢筋的加工及热处理等如混凝土搅拌机、混凝土搅拌站、混凝土搅拌楼、混凝土输送泵、混凝土搅拌输送车、混凝土喷射机、混凝土振动器、钢筋加工机械等。其他机械包括桥梁机械、隧洞机械、气动工具（风动工具）、电梯等一些特种机械。在这里，我主要介绍桩工机械中的CFG型长螺旋钻孔机，钢筋混凝土机械中的JDC混凝土搅拌机和其他机械中的架桥机。三、原理及典型机械产品桩工机械桩工机械介绍在各种桩基础施工中，用来钻孔

11、、打桩、沉桩的机械统称为桩工机械。桩工机械一般由桩锤与桩架两部分组成。除专用桩架外，也可以在挖掘机或者其中机上设置桩架，完成打桩任务。桩工机械的主要特点是，专用性强，生产批量小打桩机的结构和工作原理利用冲击力将桩贯入地层的桩工机械。由桩锤、桩架及附属设备等组成。桩锤依附在桩架前部两根平行的竖直导杆（俗称龙门）之间，用提升吊钩吊升。桩架为一钢结构塔架,在其后部设有卷扬机,用以起吊桩和桩锤，桩架前面有两根导杆组成的导向架，用以控制打桩方向，使桩按照设计方位准确地贯入地层。塔架和导向架可以一起偏斜，用以打斜桩。导向架还能沿塔架向下引伸，用以沿堤岸或码头打水下桩。桩架能转动，也能移行。打桩机的基本技术

12、参数是冲击部分重量、冲击动能和冲击频率。桩锤按运动的动力来源可分为落锤、汽锤、柴油锤、液压锤等。落锤打桩机 桩锤是一钢质重块，由卷扬机用吊钩提升，脱钩后沿导向架自由下落而打桩。汽锤打桩机 桩锤由锤头和锤座组成，以蒸汽或压缩空气为动力，有单动汽锤和双动汽锤两种。单动汽锤以柱塞或汽缸作为锤头，蒸汽驱动锤头上升，而后任其沿锤座的导杆下落而打桩。双动汽锤一般是由加重的柱塞作为锤头，以汽缸作为锤座，蒸汽驱动锤头上升，再驱动锤头向下冲击打桩。上下往复的速度快,频率高,使桩贯入地层时发生振动，可以减少摩擦阻力，打桩效果好。双向不等作用力的差动汽锤，其锤座重量轻，有效冲击重量可相对增大，性能更好。汽锤的进排汽

13、旋阀的换向可由人工控制，也可由装在锤头一侧并随锤头升降的凸缘操纵杆自动控制，两种方式都可以调节汽锤的冲击行程。柴油锤打桩机 主体也是由汽缸和柱塞组成，其工作原理和单缸二冲程柴油机相似，利用喷入汽缸燃烧室内的雾化柴油受高压高温后燃爆所产生的强大压力驱动锤头工作。柴油锤按其构造形式分导杆式和筒式。导杆式柴油锤以柱塞为锤座压在桩帽上，以汽缸为锤头沿两根导杆升降。打桩时，先将桩吊到桩架龙门中就位，再将柴油锤搁在桩顶，降下吊钩将汽缸吊起，又脱开吊钩让汽缸下落套入柱塞，将封闭在汽缸内的空气进行压缩，汽缸继续下落，直到缸体外的压销推压锤座上燃油泵的摇杆时，燃油泵就将油雾喷入缸内，油雾遇到燃点以上的高温气体，

14、当即发生燃爆，爆发力向下冲击使桩下沉，向上顶推，使汽缸回升，待汽缸重新沿导杆坠落时，又开始第二次冲击循环。筒式柴油锤以汽缸作为锤座，并直接用加长了的缸筒内壁导向，省去了两根导杆，柱塞是锤头，可在汽缸中上下运动。打桩时，将锤座下部的桩帽压在桩顶上，用吊钩提升柱塞，然后脱钩往下冲击，压缩封闭在汽缸中的空气。 并进行喷油、爆发、冲击、换气等工作过程。柴油锤的工作是靠压燃柴油来启动的，因此必须保证汽缸内的封闭气体达到一定的压缩比，有时在软土地层上打桩时,往往由于反作用力过小,压缩量不够而无法引燃起爆，就需要用吊钩多次吊起锤头脱钩冲击，才能起动。柴油锤的锤座上附有燃油喷射泵、油箱、冷却水箱及桩帽。柱塞和

15、缸筒之间的活动间隙用弹性柱塞环密封。液压锤打桩机 以油液压力为动力，可按地层土质不同调整液压，以达到适当的冲击力进行打桩，是一种新型打桩机。典型机械CFG型深孔长螺旋钻孔机由液压步履式桩架与钻进系统两部分组成。桩架主要由立柱，斜撑，起架装置，底盘，行走机构，回转机构，卷扬机构，操纵室，液压系统及电气系统组成。钻进系统主要有动力头，钻具，固定支架等组成。1、立柱由820钢管加法兰盘焊制而成，上部有顶部滑轮。通过它，卷扬机可实现动力头、钢筋笼等辅具的提升、下降动作。立柱前方配有轨距600的导轨，是钻进系统的导向与支撑装置。2、斜撑 斜撑上下分别与立柱和平台铰接，下部内藏一油缸，用来协助起架和调整立

16、柱的垂直度。3、行走机构 该机构采用液压步履行走机构，通过行走油缸实现每步2m的步距。桩机需移位时，操纵换向阀，使四个支腿油缸伸出接地并将桩机顶起，船型轨道离开地面，此时再操纵换向阀行走油缸联，行走油缸即推动船型轨道前进。然后收起支腿油缸，船型轨道接地，操纵换向阀行走油缸联，油缸推动桩机在船型轨道上滚动前进。行走机构与回转机构配合使用，使钻机前后左右全方位行走。4、回转机构 该桩机回转机构是由驱动机构和回转支承组成，驱动采用柱塞马达，通过一行星减速机，由小齿轮驱动回转支承大齿轮实现桩机的360度回转，采用液压马达驱动，回转平稳无冲击，提高了整机稳定性及寿命，提高了施工效率。桩机需回转移位时，先

17、将行走油缸的活塞杆全部缩回，操纵换向阀回转马达联，桩机即可作360度回转。5、液压系统 该机各动作均通过液压系统进行操作和控制的。各部动作平稳，安全可靠，操纵方便省力。主泵电机驱动一斜轴式柱塞泵给动力头提供动力，辅泵电机驱动另一斜轴式柱塞泵给主卷扬、加压卷扬、回转、行走、支腿等动作提供动力。6、卷扬机构 该机卷扬机构包括一个10吨主卷扬机和一个8吨加压卷扬机，卷扬机均由液压马达驱动，操纵手柄设在驾驶室内，操纵方便，省力。10吨主卷扬用来起架与动力头的提升，8吨加压卷扬用来在钻进时给动力头施加一向下的加压力，提高钻进效率。7、动力头 该机动力头采用两个液压马达驱动，动力头可自适应地层变化，根据不

18、同的地质情况调节钻杆转速，提高工作效率。输入法兰依次与联接盘、螺旋杆，钻头联接进行钻孔作业。该机动力头上可配超流态回转接头与注浆器，以适应超流态砼施工与高压注浆等施工工艺的要求。操纵机构操纵室位于钻机后部主卷扬机前方，铁壳结构，三面开窗，可保证视野开阔，安全舒适。钻机是由电液联合控制，所有操纵电钮及手柄都置于操纵室前方的控制面板上，操作方便快捷。钢筋混凝土机械JDC强制式混凝土搅拌机从20世纪50年代初兴起后，得到了迅速的发展和推广。最先出现的是圆盘立轴式强制混凝土搅拌机。这种搅拌机分为涡桨式和行星式两种。19世纪70年代后，随着轻骨料的应用，出现了圆槽卧轴式强制搅拌机，它又分单卧轴式和双卧轴

19、式两种，兼有自落和强制两种搅拌的特点。其搅拌叶片的线速度小，耐磨性好和耗能少，发展较快。强制式混凝土搅拌机拌筒内的转轴臂架上装有搅拌叶片，加入拌筒内的物料，在搅拌叶片的强力搅动下，形成交叉的物流。这种搅拌方式远比自落搅拌方式作用强烈，主要适于搅拌干硬性混凝土。搅拌机的分类搅拌机的总类较多，分类方法和特点如下1、按作业方式分循环作业式和连续作业式两种循环作业式的供料、搅拌、卸料三道工序是按一定的时间间隔周期进行的，即按份拌制。由于拌制所需的各种物料都经过准确的称量，所以搅拌质量较好，是未来发展的大趋势。连续作业式的供料、搅拌、卸料三道工序是在一个较长的筒体内连续进行的。虽然其循环作业式高，但由于

20、各物料的配比、搅拌时间难以控制，所以搅拌质量较差目前很少使用。2、按搅拌方式分为自落式搅拌和强制式搅拌两种，自落式搅拌机就是把混合料放在一个旋转的搅拌鼓内，随着搅拌鼓的旋转，鼓内叶片把混合料提升到一定高度，然后再自行落下，进而达到均匀搅拌的目的。自落式搅拌机多用于搅拌塑性混凝土和低流动性混凝土。筒体和叶片磨损较小、易于清理，但功耗大，效率低，多用于小型民用建筑。由于此类搅拌机对骨料磨损较大，影响混凝土质量，且能耗大效率低，现已逐渐被强制式搅拌机取代。 强制式搅拌机是搅拌鼓不动，由鼓内叶片绕回转轴旋转来使混凝土达到均匀搅拌的目的。这种搅拌机搅拌作用强烈，适用于硬骨料混凝土和轻骨料混凝土，也可搅拌

21、流动性混凝土，具有搅拌速度快、搅拌质量好、操作简便、生产效率高等特点。但这种搅拌机也有动力消耗大、叶片磨损快等方面的不足，多用于大中型搅拌站。一、工作原理JDC强制式混凝土搅拌机是以搅拌筒呈水平位置的搅拌轴及之联接搅拌臂的转动，对拌合物料产生挤压、剪切、冲击和圆周、轴向自由落体等复杂运动。由于多种力和运动同时作用，因而在较短的时间内把混凝土搅拌均匀。二、结构简介强制式搅拌机，由料筒、机架、电机、减速器、转动臂、搅拌铲、清料刮板等构成 .由于搅拌铲与转动臂之间采用十字轴总成相连接，并设置拉杆或螺杆调控搅拌铲的工作间隙，可基本消除硬质物料卡住现象，以降低运转阻力，减少磨损。搅拌铲的工作面在垂直和水

22、平二个方向上与前进方向的夹角为钝角，可加强搅拌效果，提高搅拌质量。出料口设在料筒的侧壁，料筒相对机架可横向摆动，并设置清料刮板，可加快出料，并更加彻底，还可减少泥浆渗漏。驱动方案：电机和传动机构置于拌筒下方;用摆线针减速机直接带动。使用中安全得到了保障，避免了些事故的发生。JDC强制式混凝土搅拌机主要由搅拌传动系统、搅拌系统、卸料机构、上料机构、供水系统、电器控制系统、机架底盘及行走装置等7大部分组成。下面我们介绍卸料机构、上料机构、供水系统。1搅拌传动系统搅拌传动系统主要有电动机、搅拌减速箱和传动及搅拌轴等组成。电动机直接装在一个固定在机架底盘的端面上，最后动力经齿轮、联动使搅拌轴转动进行搅

23、拌。2搅拌系统搅拌系统有搅拌轴、搅拌罐、轴端密封机构、支座等组成。搅拌轴呈水平位置置于搅拌罐中心，搅拌站上装有搅拌铲片和左右刮板，搅拌罐内装有弧形衬板和端衬板、铲片、刮板与衬板间的间隙一般应调证在4mm以内。 3、JDC混凝土搅拌机的卸料机构该机构采用新型设计高强度齿条、形成滚动式直式反转快速出料结构。本机构特点，卸料后关门时可自动清除粘在门框衬板上的混凝土，使卸料门关闭后位置准确，具有较好密封效果。料门开闭的合适位置，靠调整两个行程开关的触点位置来实现。电动操作，可大大减轻公认的劳动强度。4、JDC混凝土搅拌机的上料机构上料机构由上料架、料斗提升电机、减速箱等部分组成。上料架由上下两截轨道架

24、构成，上截轨道架用螺栓固定在底盘上，上下截轨道架用螺栓、铰链连接，下截轨道架下端深入料坑，料斗的升降的用电机减速箱带动上料卷筒，通过卷筒上钢丝，带动料斗沿上料架轨道上升或下降。5、JDC混凝土搅拌机供水系统供水系统由电机、水泵、饮水杯、喷水罐和管路等组成。引水由引水杯罐入水泵，排出泵内空气，转动水泵，水沿管路喷入搅拌筒。供水量是通过时间继电器控制水泵电机的工作时间而实现的。根据搅拌每罐混凝土所需的供水量，将时间继电器指针调整到某一确定时间上，及供水量=时间（s）*流量（kg/s）。供水时，按动水泵电机电钮，时间继电器开始计时，供水开始，到确定的时间后，供水电路自动切断，水泵停止运转，供水结束。

25、6、JDC型搅拌机的控制系统在机器侧向有操作按钮，通过操作按钮可实现机器的自动控制。7、在使用过程中应经常检查和调整衬板之间的间隙，并视磨损情况更换。轴端密封是搅拌系统的重要部件，JDC混凝土搅拌机采用了密封装置与搅拌轴支撑装置分离式结构。轴端密封共有三道：第一道为橡胶密封圈，第二道为浮动密封环，第三道为骨架油封。浮动密封环内均充填漏油润滑油脂。用户在使用过程中应每3个小时通过油嘴向密封环注入润滑脂，直至油污排油孔排出为止。其他机械（桥梁机械）在其他机械中本人主要介绍一下桥梁机械。近几年我国交通事业发展较快，相应的与交通相关的装备制造业发展较为迅猛，高铁开通于各大城市之间，杭州湾跨海大桥顺利建

26、成通车，与此相关的桥梁机械也是层出不穷。下面介绍一下JQ700架桥机。工作原理：前部总成、中部总成以及纵移平车总成均设有可旋转0-45角度的旋转支座来满足架桥机斜交架梁的要求。当架桥机斜交架设时，安装时须预先将中部横梁和中部摇平滚、前部横梁和前部摇平滚、小车横梁和天车按照斜交的角度安装好。结构：导梁由双主梁架、连接销子、前部连接架、尾部连接架、钢丝绳固定架等组成。导梁下部安装有中部总成（包含2台主动平车、中部摇平滚、中部油顶等），尾部总成（包含2台尾部油顶、尾部支腿、尾部支座等），前部总成（包含2台主动平车、前部摇平滚、前部横梁等），前部临时支撑。两导梁上部焊有轨道，轨道上放置有2台纵移平车总

27、成，纵移平车总成横梁上铺设有钢轨，供横移小车横向行走。导梁内部设有走台，架桥机过孔时人可以从走台经临时支撑下到盖梁上方。纵移平车总成是单轨主动平车，每台纵移平车总成由电气线路控制实现纵向行走。可以单独使用，也可以联机使用。 横移小车由行走机构和提升机构两部分组成，提升机构实现吊装，行走机构实现横向位移。架桥机大都是根据要架设的桥梁进行制作安装的，属于大型工程机械。13号柱，2辅助支腿，3起重小车，42号柱，5主梁，61号柱四、设计制造介绍完一些典型机械的结构以及工作原理，下面说一下设计、制造此类典型机器应具备的知识结构以及可以采取的主要设计方法和关键制造技术。钻孔机钻孔机吨位大，结构复杂，但工

28、作原理简单，工作效率高，适合打一些直径在800-3000的孔。在产品的设计制造过程中，通常采用:（1）计算机辅助设计（概念 应用） （2）实用设计方法（工业造型设计 优化设计 人机工程 反求技术 模块化设计 有限元分析 快速原型制造） （3）现代设计方法（并行设计 智能设计 生命周期设计 绿色设计 创新设计） 设计人员需对材料力学、设计方法学、机械设计原理、CAD、CAM、CAE、人机工程学、系统工程学、结构设计和控制理论、机械制造以及热处理技术等有很深的理解和应用，并结合信息学和机电一体化技术对机器实行自动化控制。下面是此类机械虚拟设计的一般思路:1 虚拟装配设计过程基本思路1.1 以设计为

29、中心的虚拟装配以设计为中心的虚拟装配(Design-CenteredVirtual Assembly)是指将产品三维数字化应用于产品研发过程中，结合产品研制的具体情况，突出以设计为核心的思路，表现为3个层次，如图1所示。图1 虚拟装配层次1.1.1 面向装配的设计在设计初期从设计的角度来保证产品的可装配性，引入面向产品装配过程的没计思想，使设计的产品具有良好的结构，能高效地进行物理装配，使产品研制初期就能在设计部门与制造部门之间有效开展协同工作，从源头提升产品的品质和效率。1.1.2 自顶向下的并行设计自顶而下的设计含义是首先进行总体方案确定，然后确定子装配，最后设计各个零件，从而构成一个完整

30、的设计方案，如图2所示。自顶向下的并行产品设计是多个产品开发队伍(Tearn)协同地并行设计，要求分布在不同地点、不同部门的产品设计工程师突出以产品为核心的设计思想，从不同角度、不同需求出发进行并行设计。这种没计方法适用于复杂、大型产品的开发，有利于不同的设计团队协同展开设计，可大大加快设计进度，缩短产品的开发周期，增加产品对市场的响应能力。1.1.3 与主模型相关的可制造性和可装配性设计由于各团队问的合作往往受到各自企业的生产条件等方面的限制，结合各自行业的生产能力和特性，改进产品设计模删的可制造性、可装配性，减少零部件模型的材料数量和特殊类型，使用标准化、模块化的零部件是非常必要的。以不同

31、阶段的主模型为核心，可以保证产品研制的不同阶段数据结构完整致，保证产品研制的各个部分协同工作，从而实现CADCAMCAE系统的高度集成，有效提高产品的可制造性和可装配性。图2 自顶向下的设计1.2 以过程控制为中心的虚拟装配1.2.1 实现对产品整体设计进程的控制在产品数字化建模过程中，结合产品研制特点，人为地将虚拟装配技术应用于产品设计过程，该过程可以划分为整体设计、装配设计和详细设计3个阶段。通过对3个设计阶段的控制，实现对产品整体设计进程的控制以及虚拟装配设计流程。a) 整体设计阶段 是产品研制的初期阶段，进行产品初步的整体布局，主要包括建立主模型、对产品结构进行整体布局。b)装配设计阶

32、段 是产品研制的主要阶段，在此阶段完成产品三维实体模型初步设计，主要包括产品模型空间分配(装配区域、装配层次的划分)、具体模型定义(建立几何约束关系、三维实体模型等)以及应力控制。c)详细设计阶段是产品研制的完善阶段，在此阶段实现三维实体模型的最终设计，主要包括三维实体模型的最终优化、模型的虚拟装配、动静态干涉检验。1.2.2 实现对整体设计过程的控制管理过程模型包含了产品开发的过程描述、过程内部相互关系和过程问的协作等方面内容，通过对过程模型的有效管理，实现对工程研制过程中各种产品设计结果和加工工艺等产品相关信息的管理，从而实现优化产品开发过程的月的。1.3 以仿真为中心的虚拟装配ProE软

33、件不仅可以实体造型，还可以利用设计出的三维实体模型进行模拟装配和动静态干涉检验、机构分析、动力学分析、强度分析等。因此运用三维软件的真正意义不在于设计模型本身，而是设计出模型后的处理工作。而以仿真为中心的虚拟装配是在产品装配设计模型中融入仿真技术，并以此来评估和优化装配过程，其主要目标是评价产品的可装配性。优化装配过程目的是使设计的产品能适应装配实际，合理划分装配单元，使装配单元能快速进行装配。可装配性评价主要是评价产品装配的难易程度，计算装配费用，并以此决定产品设计是否需要修改。这种大型机械制造成本很高，而本省对安全性能的要求也很高，故在制造前应仔细分析结构和材料，并制成虚拟样机进行详细论证

34、。制造时由于各主要零件尺寸较大，支撑结构通常采用铸造的方式进行加工，一般选用低碳合金钢，并进行热处理以消除铸造是产生的内部应力；轴承及钻杆通常采用轴承钢；而柴油机和液压系统则需根据不同的机型进行选配和定制；钻头则是根据需要进行选配和拆换，钻头通常采用金刚石材料。在装配过程中应仔细检查各部分的性能规格尺寸以及连接和传动系统的润滑，并加适量的液压油，最后还要进行装机实验才能正式投放市场。搅拌机混凝土搅拌机在房屋建筑、桥梁建筑等工程领域应用极为广泛，大中小型的都是很普遍的存在。设计此类机械时当对机器的稳定性、可操作性和工作效率做足够的考量。通常采用常规设计方法或现代设计方法，在设计阶段都会进行结构和

35、控制系统的优化，并且通过实验对原机型进行反馈设计。要求设计人员对设计方法学、市场学、信息学、系统工程学、材料力学、机械设计原理、机械制造基础、人机工程学、快速原型技术、有限元分析、CAD、CAM、CAE、CAPP、机电一体化和控制理论等有很高的应用能力。一般说来，混凝土搅拌机的底盘、支腿和支轮都会采用HT200的材料进行铸造，因为机构需要承受很大的载荷和振动；减速箱体也采用ZG400（碳素铸钢）进行铸造并进行回火处理；而齿轮则会用45号钢或者40Cr进行冲压或成型加工，并进行热处理；提升机构一般可采用Q215 A级进行冲压制造；轮胎采用橡胶材料成型制造；机器外壳和中间转体采用钢板冲压制造；桨叶

36、形式可分为平直叶和折叶两种:平直叶就是叶面与旋转方向 互相垂直 折叶则是与旋转方向成一倾斜角度,现平直叶桨式搅器已有标准系列,其标准号为:HG522O一65。桨武搅拌器直径约取反应釜内径D的1/34/5,一般取1/2,不宜采用太长的桨叶，因为搅拌器消耗的功率与桨叶直径的五次方成正比。桨式搅拌器的运转速度较慢,一般为20-80 r/min,圆周速度在1.53 m/s范围内比较合适。平直叶搅拌器其低速时水平环向流为主,速度商时为径流型,有挡板时为上下循环流,折叶搅拌器有轴向分流、径向分流和环向分流,一般在层流、过渡流状态时操作。在科液层比较高的情况下,带装有几层桨叶,租邻二层搅拌叶常交叉成90。角

37、安装,在一般情况下,几层桨叶安装位置如下:一层, 安装在下封头对接环焊缝线高度处;二层, 一层安装在下封头对接环焊缝高度处,另一层安装在下封头对接环焊缝与液面的中间的二分之处或稍高处;三层,一层安装在下封头对接环焊缝线高度处,另一层安装在液面下约200mmj中间,再安装一层;控制系统一般由各种电子元件、导线、单片机等组成控制电路。介绍一下搅拌机的设计；图1 总体结构图从结构上看，双卧轴搅拌机要较单卧轴搅拌机复杂，但它磨损小，搅拌质量好，生产率高，双卧轴搅拌机较立轴式和单轴式搅拌机，具有明显的优越性。优点如下：(1) 搅拌机外形尺寸小、高度低，布置紧凑，装载运输便利，而且结构合理性好，工作可靠性

38、高。(2) 搅拌机容量大，效率高，适用于商品混凝土的生产。(3) 搅拌筒直径比同容量立轴式小一半，搅拌轴转速与立轴式基本相同，但叶片转速要比立轴式小一半，因此叶片和衬板磨损较小、使用寿命长，并且物料不易离析。(4) 物料运动区域相对集中于两轴之间，物料行程短，挤压作用充分，因此搅拌质量好。1、外壳的设计传统的U型槽底容易出现搅拌死角，从而导致两轴负载过大，以致断裂。另外他们将两端墙板焊死在机壳上，这样使得在轴或叶片受损时维修很不方便，工作量也相当大。现代的设计中，槽底做成型，以防搅拌死角，并在筒内安装衬板。两边再焊上钢板做成机槽，槽口两边焊有角钢用以固定机盖，槽机底部焊有支承垫用以支承槽体。机

39、槽两端墙板不是焊死在机壳上，而是通过螺栓与机壳连接，这样做的目的是为了在维修时便于将损坏的轴吊起，省去拆叶片的麻烦，检修空间增大，工作量减小，还可缩小两端轴孔直径，便于密封防漏，如下图所示：图2.2 搅拌机槽体2、搅拌轴的设计在混凝土搅拌过程中，各叶片受力比较复杂，所以传递到搅拌轴上的弯曲应力和扭转应力也相应比较复杂。由于搅拌轴的受力主要以扭转为主，为了便于计算，在搅拌轴的设计过程中按扭转强度条件计算，采用增大安全系数的方法来保证搅拌轴的可靠性。2.1、搅拌轴的材料和普通轴一样，常用45号钢，不重要的要求不高的可以选用Q235钢。耐腐蚀要求较高或物料不被铁离子污染时，应采用不锈耐酸钢或采用防腐

40、措施。2.2、搅拌轴的结构搅拌轴常用实心和空心直径。空心结构可以减小搅拌机的质量，但加工比较复杂，成本较高，通常采用实心结构。强制式搅拌机可拆式连接结构过去常用抱瓦式结构，目前多用插入式结构。如下图所示：1、 抱瓦 2、三角键 3、搅拌轴 1、搅拌轴 2、卡块 1、搅拌臂 2、联接板4、连接螺栓 5、搅拌臂 3、轴用挡圈 4、搅拌臂 3、搅拌轴 4、联接螺栓图4.3 连接结构抱瓦式结构中的抱瓦需模锻，插入式结构中搅拌轴上的搅拌臂的插入孔要求精度较高，需在镗床上加工。相比较之下，本结构采用螺栓连接，可以降低加工难度，节约成本。2.3、搅拌轴的支承一般情况下，搅拌轴依靠减速箱内的一对轴承支承。但是

41、，由于搅拌轴一般较长而且伸在反应器内进行操作，这种轴承受条件较差。当搅拌臂过长而又很细时，常常会使轴扭弯，使离心作用增加，最后达到完全破坏，悬臂的支承条件为：式中：悬臂轴长度，单位m。 轴承间距，单位为m。 d搅拌臂直径，单位m。2.4、搅拌轴计算轴的扭转强度条件为：式中：扭转切应力，单位为。 轴所承受的扭矩，单位为。 轴的抗扭矩截面系数，单位为。 轴的转速，单位为。 轴的传递功率，单位为kw。 d计算截面处轴的直径mm。 许用扭转切应力，单位为。由表153取，直径：式中： 说明：当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。对于直径的轴，有一个键槽时，轴径增大3%；有两个键槽时

42、，应增大7%。则：取轴的最细部分的直径为。2.3、叶片的设计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。下面是几种常见的叶片布置方式和它们的特点。 优点：可以使物料向箭头所指方 优点：可以使物料朝着箭头方向做向流动，便于卸料。 环向流动，物料搅拌充分，缺点：效率较低，不适于大批量 生产效率较高，适用于大中连续生产。 型搅拌设备

43、。 优点：两轴叶片在外形上同向布置， 优点：叶片外形同向布置，筒体倾斜并且筒体向卸料一侧倾斜一 安装，并且在卸料口处安有阻 个角度，便于卸料。 滞叶片，搅拌均匀，便于卸料。缺点:结构复杂，生产困难。 缺点：叶片布置比较复杂，加工维修 困难，成本较高。由于该搅拌机容量为1500L，为大中型搅拌机，通过以上对各布置形式的分析，该设计选用图（b）形结构，物料在搅拌筒内的运动轨迹如图4.4所示。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

44、要的意义。图2.4 双卧轴式搅拌机物料运动轨迹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。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

45、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

46、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

47、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。在叶片的选择上，根据目前国内外卧轴式搅拌机叶片结构型式看，广泛采用铲片式，就单个叶片来说，它是一个平板，他通过搅拌臂与轴形成一体，使全部叶片呈螺旋线分布，叶片间没有直接联系，因而这种化整为零的结构方式具有

48、很突出的优点。它使得叶片的加工安装非常方便，从而代替了加工安装要求高的螺旋带叶片。从磨损角度看，铲片式易受到局部磨损，这是因为物料与叶片之间的滑动逐步不均匀，而且波动，易形成卡料，使磨损加剧，搅拌效果有所下降，故从磨损和搅拌效果来看，铲片式比螺旋带式差。但铲片式在以后的维护保养和维修过程中比较方便，并且叶片是标准化大批量生产，可以降低成本。所以，综合考虑，该设计应选用铲片式叶片，整体结构和叶片布置如下：图2.5 双卧轴搅拌机搅拌装置1、 搅拌筒 2、搅拌轴 3、搅拌臂 4、搅拌叶片 5、侧叶片搅拌筒内装有两根水平配置的搅拌轴，每根轴上均装有搅拌叶片。在靠近搅拌筒两端的搅拌臂上分别装有侧叶片，可

49、刮掉端面上的混凝土，并改变混凝土的流向。叶片与村板间隙5mm，参数如下： 单根轴上的叶片数量为8片 双轴搅拌机叶片交错布置 单根轴上相邻搅拌臂的相位角差为 两轴上同序号搅拌臂达到搅拌区域相同位置相位差为 搅拌臂与轴的连接方式为剖分式螺栓连接（在搅拌过程中，如有搅拌臂断裂可以快速更换）4、搅拌筒尺寸及卸料方式确定（1） 搅拌筒尺寸为了减少磨损和卡石子现象，除了提高叶片、衬板的材质和及时调整间隙外，有些产品在结构上采用了搅拌轴的回转中心相对搅拌筒中心略带偏心安装。这样，在卡石子现象发生减少石子对叶片和衬板的破坏。根据设计标准，搅拌机的出料容积与进料容积之比为，几何容积应大于进料容积，此外搅拌的区域

50、，叶片的运动方向总是沿着使叶片与衬板间隙由小变大的方向，即使卡入了石子也会机还应具备10%的超载能力，所以取容积利用系数为：则搅拌筒几何容积为：取长宽比，尺寸为：则。（2） 卸料方式的确定：目前卧轴式搅拌机主要采用倾翻室和底开门式两种卸料方式，由于JS1500的出料容量为1500L，相对来说容量较大，故采用底开门式，既可使混凝土顺利地在搅拌过程中卸出，也可避免使筒体倾翻，这样既安全，又节省了劳力，表现出很多自由的特点，操作也方便，故而采用底开门式卸料。卸料机构是由料门、密封调节板、液压缸、液压泵和限位接近开关等部分组成。自动运行时，一般设置为全开、全关、半开三种状态，它便于控制卸料流速，卸料门

51、的密封通过调整密封板的位置来实现。卸料机构通过液压系统来进行控制，可以降低工人的劳动强度，提高设备的安全性。在液压系统失效的紧急情况下，该系统设有安全装置，工人可以通过手工操纵安全手柄来打开卸料门。卸料机构如下图所示：图6 卸料机构1、 衬板 2、搅拌筒弧板 3、密封板 4、卸料门5、轴端密封图7 轴端密封及支承1、O形密封圈 2、金属浮封环 3、长轴套 4、转环毂 5、浮动定位挡环6、密封挡圈 7、挡环 8、支承座 9、油杯 10、油封座 11、隔套 12、轴承衬套 13、轴承 14、油封 15、轴套 16、轴端透盖子 17、放油螺塞在转动的转环毂4与浮封环之间及固定的支承座8与浮封环之间的

52、锥形体处各放置一个大截面0型密封橡胶圈1。当转环毂4与支承座8相互压紧后，两个密封圈就产生弹性变形，被压扁成椭圆形断面。这样，即密封了圆锥体外的空间，又冈密封圈的弹性使两个浮封环产生相对的轴向力，使两个摩擦接触端面互相粘贴的很紧，从而保证足够的密封作用。当两个金属浮封环接触的端面磨损后，密封橡胶圈的弹性可起一定的补偿作用，仍然保证两者端面互相贴紧，继续保持良好的密封效果。强制式卧轴搅拌机其搅拌轴在拌合料面下工作，工作时搅拌轴相对搅拌筒转动，砂浆易于侵入搅拌轴运动副中产生磨料磨损及漏浆，所以轴端密封是强制式卧轴搅拌机的特殊结构和重要部件。它支承着搅拌装置，保护轴端处不漏浆，使搅拌轴支承轴承不受砂

53、浆侵袭，延长轴承等零部件的使用寿命，确保搅拌系统的正常工作。浮动密封，系属于端面机械密封的一种特殊形式，其结构简单，端面密封压力能自行补偿，磨料介质不易侵入，润滑脂（油）不外泄漏，密封效果好，使用于低速重载，作业条件恶劣处。浮动密封由配合端面（平面或球面）经过精加工（研磨）的两个金属浮动环和两个0型密封橡胶圈组成。金属浮动环用合金铸铁（钢）或粉末冶金等材料制成，其外圆为圆锥体。在转动的转换毂与浮封环之间及固定的支承座与浮封环之间的锥形体处各放置一个大截面0型密封橡胶圈。当转换毂与支承座相互压紧后，两个密封圈就产生弹性变形，被压扁成椭圆形端面。这样，即密封了圆锥体外的空间，又因密封圈的弹性使两个

54、浮封环产生相对的轴向力，使两个摩擦接触端面相互粘贴的很紧，从而保证足够的密封作用。当两个金属浮封环接触的端面磨损后，密封橡胶圈的弹性可起一定的补偿作用，仍然保证两者端面相互贴紧，继续保持良好的密封效果6、衬板搅拌机在对骨料进行搅拌的过程中，由于砂石对搅拌筒壁会产生较大的磨损，所以为了减少磨损对筒壁的伤害，需要在筒壁内添加衬板。虽然磨损现象纷繁复杂，但总的来说都是一个“磨屑”脱离本体的过程，从磨削形成过程的观点来说，大体分四种磨损类型：磨料磨损：由于硬颗粒或突出物的作用而造成物料迁移所导致的磨损。粘着磨损：两个光滑的金属表面在压力下作相对滑行时，界面上的实际接触面及其可能结合起来而形成粘着，这些

55、粘着点不断破裂，断裂可能发生在结合面处，也可能发生在本体的突出部位，这就使某一表面上产生脱离了本体的金属磨屑。腐蚀磨损：在腐蚀条件下，金属表面形成一层腐蚀产物，在有相对滑行时，这层腐蚀产物将被磨掉，使金属受到继续的腐蚀和磨损。表面疲劳磨损：这种磨损是由于多次反复的加载和卸载而导致在接触面上以及接触面的皮下形成垂直于或平行于接触面的疲劳裂纹，这些裂纹的扩展以及相互交割，可能使金属表面开裂，以致剥落。在这些种类的磨损中，其中磨料磨损是最主要的形式。在所有的工业磨损中一半以上的磨损实质主要是磨料磨损，它导致了人力、能源和材料的大量消耗。因此人们越来越认识到对磨料磨损、抗磨材料及磨料磨损机理研究的必要

56、性和迫切性。近年来，国内外抗磨材质的发展取得很大进步。搅拌机衬板通常在有水或其他液体和带有较高硬度并呈尖锐棱角的固态物料所组成的介质中工作。在工作过程中，衬板除受到卵石等磨料的冲撞外，衬板还受来自磨料的两种分力：一种是磨料对衬板磨损表面的法向压力，这种力产生于磨料被铲片和衬板挤压过程中，致使其中尖锐棱角的砂石料压入磨损表面；二是磨料对衬板磨损表面的切向力，这种力产生与磨料被搅拌机铲片带动沿圆周以一定速度旋转运动的过程中，使磨料和衬板磨损表面之间产生相应的切向运动，结果造成磨料对衬板的切削犁沟作用。在以上两种力的作用下，衬板表面产生许多压坑，并被犁出许多沟线来，使衬板表面发生许多显微切削，并使材料被推向压坑的周围或沟槽的前沿和两边，产生塑性变形，如图 1-1 所示。在磨料的反复压入和犁削下，导致材料的加工硬化，或其它变形使裂纹逐渐形成和扩展，最终造成材料从表面脱落，使衬板磨损。当衬板厚度减少到一个临界值时，衬板发生脆性断裂。根据衬板的工作情况，所以衬板材质要有高的硬度，同时也要具有较高的强度，既要有很好的耐磨性防又要止衬板的断裂破碎，同时具有抗冲击能力。图8 衬板的失效面貌一般搅拌机衬板选用3类材质做衬板：镍硬铸铁、高铬铸铁和低合金白口铸铁。从金相分析，有