资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共60页)
编号：209816774
类型：共享资源
大小：8.18MB
格式：ZIP
上传时间：2022-04-27
上传人：机械设计Q****6154...
认证信息
个人认证
陈**（实名认证）
上海
IP属地：上海
50
积分
- 关 键 词：
-
双卧轴
连续
搅拌机
- 资源描述：
-
双卧轴连续式搅拌机的设计,双卧轴,连续,搅拌机
- 内容简介：
-
双卧轴强制式搅拌机设计摘 要通过采空区矸石回收再充填，可防止矸石占地井上面积过大，而且可提高矿产资源回收利用率，有利于保护环境。双卧轴连续式搅拌机是井下矸石膏体回填技术中的主要设备之一。双卧轴连续式搅拌机的特点是：连续入料、连续搅拌和连续卸料。双卧轴搅拌机的核心部分是搅拌机构，平行放置的型机槽搅拌筒、两根成对称安置的搅拌轴和焊接在轴上的搅拌叶片组成了搅拌机构，它决定着最终成品混凝土的质量，整机的生产率，以及设备使用维修的费用。各类搅拌叶片在轴上的分布和放置状态严重影响着混合物的均匀性，同时对混凝土在搅拌机筒体内的填充情况，机器生产能力，以及搅拌过程中消耗的能量也有着不小的影响。我所设计的搅拌叶片主要分成三个部分：入料叶片采用实体面型的宽螺旋叶片，且入料叶片在垂直方向上与筒体几乎无缝隙，防止物料泄露；中央部分负责输送作用的叶片选用面状带型的螺旋叶片，能有效避免“裹轴”现象的发生，设置为正向叶片，推动物料朝卸料口方向前进；中央部分负责搅拌作用的叶片选用螺旋桨式叶片，设置为反向叶片，在正向和反向叶片共同作用下，物料在搅拌筒内折返连续运动，有效提高搅拌效率。关键词：双卧轴；连续式；搅拌叶片；搅拌轴；裹轴；AbstractBy reclaiming and refilling the waste rock in the mined-out area, the waste rock can be prevented from occupying too large an area on the well, the recovery and utilization rate of mineral resources can be improved, and the environment can be protected. Double horizontal shaft continuous mixer is one of the main equipments in the backfill technology of waste rock paste.The double horizontal shaft continuous mixer is characterized by continuous feeding, continuous stirring and continuous discharging. The core part of the double horizontal shaft mixer is the mixing mechanism, which consists of parallel -shaped tank mixing drums, two symmetrically arranged mixing shafts and mixing blades welded on the shafts. It determines the quality of the final finished concrete, the productivity of the whole machine and the cost of equipment maintenance.The distribution and placement of various mixing blades on the shaft seriously affect the uniformity of the mixture, and at the same time, it also has a significant impact on the filling of concrete in the mixer barrel, the production capacity of the machine, and the energy consumed in the mixing process.The stirring blade designed by me is mainly divided into three parts: the feeding blade adopts a wide spiral blade with a solid surface, and the feeding blade has almost no gap with the barrel in the vertical direction to prevent material leakage; The blade in the central part responsible for conveying uses a spiral blade with a plane belt type, which can effectively avoid the phenomenon of wrapping the shaft and is set as a forward blade to push the material forward towards the discharge port. The blades in the central part responsible for stirring are propeller blades and are set as reverse blades. Under the combined action of the forward and reverse blades, the materials turn back and move continuously in the stirring cylinder, effectively improving the stirring efficiency.There are 24 pictures, 0 tables and 25 references in this paper. Keywords: Double horizontal axis; Continuous type; Mixing blade; Mixing shaft; Wrapping shaft;目 录摘要VI目录III1 绪论11.1 概述11.2 设计条件和可行性分析41.3 本章小结42 总体设计方案以及动力元件选型52.1 总体设计方案52.2 电动机的选型62.3 减速器的选型62.5 联轴器的选型82.5 本章小结83 搅拌叶片的设计与计算93.1 搅拌叶片的布置与尺寸设计93.2 螺旋叶片的加工设计183.3 搅拌叶片的校核213.4 本章小结284 搅拌轴的设计294.1 搅拌轴的材料294.2 搅拌轴的主要参数294.3 左轴的计算与校核294.4右轴的计算与校核364.5搅拌轴套筒的强度校核414.6 本章小结425 搅拌机辅助设备的设计435.1 机槽的设计435.2衬板的设计435.3上料及卸料系统的设计455.4供水机构的设计465.5支腿和机架的设计475.6 本章小结476 结论48参考文献49翻译部分51英文原文51中文译文58ContentsAbstractIIContentsV1 Introduction11.1 Introduction11.2 Design Conditions and Feasibility Study41.3 Summary of this chapter42 Overall Design Scheme and Selection of Power Components52.1 Overall Design Scheme52.2 Motor Selection62.3 Selection of Reducer62.5 Selection of Coupling82.5 Summary of this chapter83 Design and Calculation of Mixing Blades93.1 Arrangement and Size Design of Mixing Blades93.2 Machining Dimension Design of Spiral Blade183.3 Check of Spiral Blade213.4 Summary of this chapter284 Design of Mixing Shaft294.1 Material of mixing shaft294.2 Main Parameters of Mixing Shaft294.3 Calculation and Verification of Left Axis294.4 Calculation and Verification of Right Axis364.5 Strength Check of Mixing Shaft Sleeve414.6 Summary of this chapter425 Design of Auxiliary Equipment for Mixer435.1 Design of Machine Housing435.2 Design of lining board435.3 Design of Feeding System455.4 Design of Water Supply System465.5 Design of Legs and Frame475.6 Summary of this chapter476 Conclusions48References49VI1 绪论1 绪论 1 Introduction1.1 概述（Introduction）在人类社会中矿产资源是一项宝贵的财富，人类社会的进步离不开这些矿产资源的消耗。通过采空区矸石回收再充填，可防止矸石占地井上面积过大，而且可提高矿产资源回收利用率，有利于保护环境。在建筑行业中，发展起来了一种能使混凝土在高压状态下利用泵来输送物料的方法，运用同样的方法也可以用泵来运送矸石，即井下矸石膏体回填技术，双卧轴连续式搅拌机是此项技术中主要设备之一。目前在国内外市场上，各式各样的混凝土搅拌机被广泛地推广并运用，煤炭、化工、建材、基础设施建设等行业都离不开搅拌机的存在。从其机械结构及其搅拌机构的运动方式上来看，它们大致分为两种：一种是通过单运动的轴带动螺旋形或者长锥形等样式的搅拌叶片进行旋转，在叶片的带动下，物料不停进行翻滚：而另一种则是圆柱或圆锥等外形的搅拌筒在传动齿轮的牵引下，筒体本体不断地进行翻滚，物料在筒体内随之旋转并混合。通常这些搅拌输送机广泛存在物料混合不均匀或搅拌效率不高的缺点，这是因为他们全部都是采用单运动方式；另外，这些搅拌机引起的噪音也比较大。由于煤炭行业新型煤工艺的高速发展，现有的传统混凝土搅拌机无法满足新型煤工艺的混凝土需求，工业型煤等新型煤工艺新技术的推广也因为单运动搅拌机的局限性被严重拖慢了，因而旧式搅拌机急需得到改进。然而，现在在市场上我们遇到的大部分混凝土螺旋搅拌机，都只能完成搅拌功能，输送则要分开进行，将搅拌好的混凝土运送到施工现场则需要人力运输或车载运输，对工人来说是一项附加的体力劳动，也使效率大大降低。而且在运输过程中，混凝土难免会发生变质，大量混凝土原材料遭到浪费，运输中难免发生的泄露还会对环境造成污染。得益于混凝土施工工艺的改进，双卧轴连续式搅拌机近几年逐渐在市场上被推广使用。近年来，搅拌机发展的方向增大搅拌机容量和更高的生产能力，同时将搅拌和运输合并在一台搅拌机上也成为了主流趋势。双卧轴连续式混凝土搅拌机的横空出世，就是为了在同一机械结构内同时完成让混凝土搅拌和输送两项工作相结合。通过对搅拌机构的设计和组合，使物料在搅拌机内同时完成搅拌和运输的工作。由于本搅拌机对混凝土物料进行持续搅拌和输送都是在相对封闭的环境进行的，不仅能够改善施工地的环境条件，使施工人员免受粉尘对身体对危害，还可以减少施工中灰尘乱飞对环境的破坏。1.1.1 研究双卧轴连续式搅拌机的主要内容与目标混凝土最关键的力学性能是强度，而物料微粒间的界面组织决定了混凝土的强度。所以混凝土搅拌应达到的重要指标为：（1）通过搅拌作用使混凝土的组分均匀分布在界面组织中，即匀质。 （2）使水能包裹在每个混凝土的颗粒表面，促使混凝土颗粒产生扩散现象，让混凝土粒子的团聚状态被破坏。 （3）初始状态下，混凝土粒子表面会有一层水合物生成薄膜覆盖在其表面，搅拌的目的就是通过混凝土颗粒与其他物料颗粒的摩擦碰撞将这层薄膜破坏掉，最终生产出符合标准的水化生成物。（4）在混凝土混合形成界面时，由于经常会有尘埃或土灰一点一点吸附积累在物料表面，形成一层薄膜，会阻碍此过程，所以应该通过搅拌令混凝土颗粒与其他物料颗粒相互摩擦碰撞破坏尘土薄膜。由上可以推出混凝土搅拌的机制是：在搅拌过程中使各混合料粒子在有限的空间内以最大的频率相互摩擦碰撞，尽量增多粒子的运动次数，使各粒子的运动轨迹最大限度地交叉融合，为混凝土各组分粒子在宏观和微观上都达到均匀分布提供最有效的条件。因此，为了得到均质性更高的混凝土，混凝土搅拌机应能完成以下任务：（1）能够均匀地使物料各种组分融合，并保证成品混凝土能够在骨料表面均匀涂抹；（2）有较短的搅拌时间和出料时间；（3）能顺畅的卸出搅拌均匀的成品混凝土；（5）对环境不会造成污染，达到环保要求而可以直接影响混凝土的搅拌效率，与搅拌机自身技术相关的因素有：（1）其搅拌主轴的转速以及搅拌时间；（2）混凝土搅拌机的机械结构和搅拌叶片的磨损程度；（3）进行搅拌前，投放组成混凝土各种物料的顺序为了使混凝土物料在固定的空间范围内最大程度地受到均匀搅拌，增强混凝土成品的强度，并且使混凝土搅拌和运输在同一机械内共同完成，避免混凝土均质性太低和搅拌轴“裏轴”现象的发生。进行的创新如下：首先，是叶片的选用，根据不同形状的叶片具有不同的搅拌特征，选择设计恰当的叶片来完成混凝土的搅拌工作；其次，通过对这些不同形状的叶片进行正确的排列组合，充分发挥各种形状叶片的搅拌特征。为了让机器能完成所需达到的目标，成品混凝土达到各项性能指表要求。结合所学的知识，对预设的机械进行和合理的分析，并通过实践完善改进设计。先对动力元件等进行合理的选型并进行计算校核，然后结合相关公式计算并校核得出搅拌轴的尺寸参数。同时使此搅拌机的设计更有合理性，参考已发展较成熟的传统搅拌机设计，这样做也可以避免一些设计原则上的一些错误，大大降低设计成本。1.1.2 国内外研究现状搅拌机最初的设计方案是让物料以自落的方式进行搅拌，但由于施工建设不断进步，自落式搅拌不能满足其要求，所以研制出了强制式搅拌机。涡浆强制式搅拌机（立轴式搅拌机）的搅拌轴设置方式是立轴式，其叶片可是单层，也可以双层组合，这种搅拌机的工作原理是：将一个回转臂架设置在位置固定的圆形盘中心，将搅拌叶片和用来清理筒壁的叶片放置在臂架上，回转臂架在减速器驱动下牵引物料在圆盘和臂架之间的环形区域内进行混合搅拌，由于叶片的安装角度和位置不尽相同，所以叶片对物料产生的搅拌效果也会有所差别。卧轴型搅拌机（圆槽型搅拌机），这种新式搅拌机是在七十年代起研制出来，并在七十年代后得到广泛运用，这种搅拌机能完成强制搅拌和自落搅拌两种任务，它有单轴和双轴两种形式。这种搅拌机的耐磨性普遍要比立轴式搅拌机要好得多，这全都得益于其搅拌叶片较小的线速度。除此之外它的优势还有消耗能源少、机械结构严密、能在满载状态下开车、叶片衬板更耐磨且具备搅拌泡沫混凝土的功能。 随着混凝土加工工艺的不断发展，又一种新机型横空出世，这就是双卧轴搅拌机。美国和德国从上世纪四十年代末期开始对其进行设计研发，但由于当时轴端防泄漏技术尚未完美，其技术开发基本处于停滞不前的状态。直到七十年代初，由于轴端密封技术取到突破，双卧轴搅拌机的研发在西方国家又重新被提上日程，目前该产品在市场上已经形成系列。我国研制成功是在上世纪80年代初，由于其发展迅猛，相比其它机型，它在生产格局和生产数目上都有很大的优势。双卧轴搅拌机的核心部分是搅拌机构，平行放置的型机槽搅拌筒、两根成对称安置的搅拌轴和焊接在轴上的搅拌叶片组成了搅拌机构，它决定着最终成品混凝土的质量，整机的生产率，以及设备使用维修的费用。其搅拌叶片具有相互交错的工作半径，且叶片横截面与轴线形成了一个夹角，当搅拌机运行时，一方面，在搅拌叶片的作用下，混合料从一个螺旋平面被推入另一个螺旋平面，反复循环，沿着轴线方向运送混和物料；另一方面带动混和料在机槽内不断交替地揉搓、推挤和滚动，于此同时，在两轴搅拌叶片的运动轨迹相互重叠的区域内，物料互换位置。1.2 设计条件和可行性分析（Design Conditions and Feasibility Study）本搅拌机对物料进行连续搅拌和输送都是在相对封闭的环境进行的，不仅能够改善施工地的环境条件，使施工人员免受粉尘对身体对危害，还可以减少施工中灰尘乱飞对环境的破坏。详细设计要求为：生产能力 60 m3/h搅拌轴直径 140 mm搅拌叶片直径 500 mm搅拌轴转速 60 r/min螺旋轴长度 4000 mm双卧轴连续搅拌机的特点是：连续入料、连续搅拌和连续卸料。由于搅拌机的长度和搅拌速度决定其搅拌时间，因此对于水平结构的连续式搅拌机来说，存在着搅拌时间较短的缺点，最终成品的混凝土混合料搅拌均匀性会较差，对井下经破碎后的废石材料适应性较差等问题。因此本设计就是在保证搅拌和输送速度的基础上，运用合理的机械设计提高搅拌机的搅拌质量。为了让机器能完成所需达到的目标，成品混凝土达到各项性能指标要求。结合所学的知识，对预设的机械进行和合理的分析，并通过实践完善改进设计。先对动力元件等进行合理的选型并进行计算校核，然后结合相关公式计算并校核得出搅拌轴的尺寸参数。同时使此搅拌机的设计更有合理性，参考已发展较成熟的传统搅拌机设计，这样做也可以避免一些设计原则上的一些错误，大大降低设计成本。1.3 本章小结（Summary of this chapter）传统的混凝土搅拌机存在诸多缺陷：搅拌质量不好，搅拌效率不高，只能进行搅拌工作，不具备输送功能等。随着现在煤炭行业各类新型工艺的快速发展，急需一种结构创新的搅拌机替代旧式搅拌机。双卧轴连续搅拌机的特点是：连续入料、连续搅拌和连续卸料。搅拌和输送相结合，会使生产能力得到显著增强。由于搅拌时间的减少，可能会导致搅拌质量降低。因此本设计就是在保证搅拌和输送速度的基础上，运用合理的机械设计提高搅拌机的搅拌质量。532 总体设计方案及动力原件选型2 总体设计方案以及动力元件选型2 Overall Design Scheme and Selection of Power Components2.1 总体设计方案（Overall Design Scheme）如图所示，双卧轴连续式混凝土搅拌机的主要机构主要分为以下几部分：动力系统、搅拌输送机构、搅拌筒及输入输出系统等。图2-1 双卧轴混凝土搅拌机装配图Figure 2-1 Assembly Drawing of Double Horizontal Shaft Concrete Mixer（1）联轴器将电机和减速器串联在一起，搅拌主轴与减速器的联接也由联轴器完成，各部分在底座上通过螺栓固定形成一个整机，方便安装、拆卸和运输。（2）双卧轴搅拌机的核心部分是搅拌机构，平行放置的型机槽搅拌筒、两根成对称安置的搅拌轴和焊接在轴上的搅拌叶片组成了搅拌机构，它决定着最终成品混凝土的质量，整机的生产率，以及设备使用维修的费用。其搅拌叶片具有相互交错的工作半径，且叶片横截面与轴线形成了一个夹角，当搅拌主轴旋转时，一方面，在螺旋叶片的作用下，混合料从一个螺旋平面被推入另一个螺旋平面，反复循环，沿着轴线方向运送混和物料；另一方面带动混和料在机槽内不断交替地揉搓、推挤和滚动，同时在两轴搅拌叶片的运动轨迹相互交叉的区域内，物料相互转换位置。2.2 电动机的选型（Motor Selection）电机是整个装置的动力元件，从结构上看，连续式混凝士搅拌机主要就是依靠电机的旋转，带动减速机的转动，进而带动搅拌轴的旋转。在井下工作时煤尘横飞，在搅拌机工作时，由于混凝土在搅拌筒内翻滚推挤运动会不停的消费能量，因此双卧轴连续式搅拌机电机的功率受其生产效率影响。由于混凝土搅拌时流体受力较复杂，因此电动机选型不涉及完整的功率计算，选择电机型号是根据搅拌主轴的转速进行的。防爆型异步电机在市场上需求较多、应用广泛，其优势在于其机械结构简单、在井下环境不易损坏、质量轻、成本低、维修成本低、运行可靠性高。综合考虑各条件，暂选电机为YBX3 180M-4防爆型异步电机。查表知该电机额定功率为18.5KW，效率为92.6，额定转速为1470r/min，堵转转矩为2.0KW，额定转矩为2.3KW。图2-2 YBX3 180M-4型电机(机座带底脚，端盖上无凸缘) Figure 2-2 YBX3 180M-4 motor (base with foot and end cover without flange)2.3 减速器的选型（Selection of Reducer）考虑到该混凝土搅拌机的生产能力，混凝土搅拌机在搅拌时搅拌主轴的转速不可过慢。同时为了能比较均匀地搅拌混凝土，搅拌主轴的转速也不宜过快。综合考虑下，同时参考现存搅拌机型号搅拌轴的转速，该搅拌主轴的转速应在60r/min左右较为适宜，可以满足搅拌机输送功能的要求。经查机械手册，暂选ZSY224型减速器为本机的减速器，且传动比等于25。该减速器的优势在于质量小、体积不大、承载能力较高、使用寿命长、运行时噪音小。查表可得：该减速器的额定功率为64KW，三级传动效率高于90。机械强度的校核运算 (2-1)式中 -计算时减速器的输入功率（KW）； -减速器的实际输入功率（KW）； -工况系数； -与实际输入转速相匹配的额定输入功率（KW）;双卧轴连续式搅拌机运行时会产生中等冲击，据表可得：工况系数=1.5，计算输入功率为： (2-2)该减速器满足机械强度要求。校核热功率 (2-3)式中Pt-计算热功率（KW）；K1-额定功率j利用系数；K2-负荷率系数；K3-环境温度系数；-许用热功率（KW）；功率利用率 (2-4)查表可得额定功率利用系数K1=1.5;查图知，载荷率系数K2=0.7;由图知，环境温度系数K3=1.3;查表知，许用热功率=87KW计算热功率为 (2-5)由上式可知：所选用的减速器符合热平衡校核标准,因而选用ZSY224型减速器。图2-3 ZSY224型减速机Figure 2-2 ZSY224 reducer2.5 联轴器的选型（Selection of Coupling）由于扭矩和运动在电机、搅拌主轴以及减速器之间传递，联轴器则是用来来保证它们在绕同一轴线回转且不发生脱离，补偿它们之间由于加工时不精确、安装时不能精确定位，以及工作时的受载变形或热形变等原因所发生的偏差。 由于电机和减速器的选型已经完成，轴的直径基本确定。因此参照机械设计手册，在考虑负载情况的同时，联轴器的基本尺寸参数也可以确定下来。电机和减速器之间的联轴器选用GY6型凸缘联轴器， 凸缘联轴器的优势在于机械结构较为简洁、制造速度快、加工生产成本较低、能传递的扭矩较大、拆装和维检便捷。搅拌主轴和减速器之间选用的联轴器选用LM260型LM梅花型联轴器，梅花联轴器具有弹性扭向、可吸收震动、基本不需要维护、结构紧凑，惯量低等优点。最后再根据安装和配合需要的尺寸，来确定联轴器最终加工的大小和尺寸。2.5 本章小结（Summary of this chapter）我所拟定的设计方案，主要由动力元件、搅拌输送装置、搅拌筒体、及进料和出料系统等组成双卧轴连续式混凝土搅拌机。在动力元件的选用上，电动机选择的是YBX3 180M-4型防爆电机，适合井下使用；减速器选用的是ZSY224型号减速器，公称传动比等于25;电动机和减速器之间的联轴器选用GY6型凸缘联轴器;而减速器和搅拌轴之间的联轴器选用LM260型LM梅花型联轴器。3 搅拌叶片的设计与计算3 搅拌叶片的设计与计算3 Design and Calculation of Mixing Blades3.1 搅拌叶片的布置与尺寸设计（Arrangement and Size Design of Mixing Blades）3.1.1 叶片布置方案主要由搅拌筒体、搅拌主轴以及焊接在轴上的叶片组成了双卧轴连续式混凝土搅拌机的搅拌机构，双卧轴混凝土搅拌机的两根轴：通常是一根轴起搅拌和运输两种作用，而另一根轴只完成输送任务，不负责搅拌，在搅拌筒内两搅拌轴在外形上呈对称方向安置。各类搅拌叶片在轴上的分布和放置状态严重影响着混合物的均匀性，同时对混凝土在搅拌机筒体内的填充情况，机器生产能力，以及搅拌过程中消耗的能量也有着不小的影响。在相同的叶片轴转速下，叶片不相同的安置方式对成品混凝土的均质性产生不一样的影响，合理的叶片布置不仅可以提高搅拌机的生产能力和混凝土的强度，还可以减少物料的浪费，减少混合料对机器的冲击，从而延长机器的寿命。由于两轴成对称方向布置，其旋向不同，为完成混合搅拌的任务，两轴之间的混合料在叶片的作用下不断揉搓、挤压和翻滚。当叶片的布置方式和转速不同的情况下，安装搅拌机筒体时的倾角会对最终成品混凝土的轻度指标造成不一样的影响。 为了所设计的搅拌机构符合要求，必须从叶片的样式和布置方式及筒体安装时的倾角等方面来提高搅拌效率和质量。初步拟定以下几种方案： a型叶片在外形上同向布置，由于两根轴有不一样的旋向，一根搅拌轴推动物料沿轴线往卸料口运动，而另一根搅拌轴则推动物料往相反方向运动。 b型布置叶片的方向在外形上是相反对称的，由于两根轴旋向不同，都能推动物料沿轴线向出料口移动，是可使物料保持顺向流动的布置。 c型两搅拌轴上叶片在外形上是同向布置的，但筒体入料口一端还会高出一些。 d型两搅拌轴上同向布置叶片，放置筒体时倾斜一各固定的角度，与c型方案不同的是：将起阻滞功能的叶片加装在两根轴的末端。e型混合布置，一根轴上只焊接正向叶片，而将正向和反向叶片轮流安装在另一根搅拌轴上，在靠近卸料口处，筒体不发生倾斜，并且将起阻滞功能的叶片加装在两根轴的末端。各方案分别如下图所示：（a） （b）（b） （d）（e）图3-1 拟定各叶片设计方案Figure 3-1 Draw up the design scheme of each blade3.1.2 方案的分析与确定a方案两搅拌轴上叶片布置时是同向的，因此两搅拌轴，可能会导致物料输送时过慢甚至无法移动，从而堵死搅拌机。所以不予考虑。 b方案中反向安装两搅拌轴上的叶片，都，但其移动速度过快，混合物料搅拌质量差，所以此方案行不通。 c方案中在外形上看也是同向安装叶片的，为了保证叶片能推动混凝土物料正向移动，让筒体入料口较出料口高出一些距离。此方案可供参考，但是很难把握筒体倾斜的角度来保障搅拌机的搅拌效果和输送能力。 d方案相比于c方案，做了改进：将有阻滞功能的叶片加在卸料口附近，即便搅拌筒的倾斜角度稍大了些，也能有效控制混凝土物料顺流运动的速度，提高搅拌质量，保障输送效率，此方案可作为参考。 在d方案的基础上，e方案加以改进，在一根轴上安装的叶片使正向流动，在另一根轴上轮流安装使物料正向移动和反向流动的叶片，使其混合搅拌物料更均匀，同时将阻滞叶片都加装两根搅拌轴的末端。 结合这些方案进行考虑和研究，认为e方案中混合布置叶片的方式更为合理，但安装筒体时不倾斜，因为倾斜的筒体会严重降低搅拌机结构的可靠性和寿命，并且将两搅拌轴上叶片对称布置，正向叶片将物料推送至卸料口，反向叶片使物料逆行流动，成品混凝土的均质度才会更高。于是设计了以下叶片的布置方案如下图所示：图3-2 最终叶片设计方案示意图Figure 3-2 Schematic Diagram of Final Blade Design Scheme搅拌叶片由三部分组成：将实体面型的宽螺旋叶片安装在轴前段使用，且在垂直方向看叶片与搅拌轴之间是重合的；带状的螺旋叶片安装在轴中后段，负责推动物料正向移动；而反向叶片设计为螺旋桨式的搅拌叶片。在两轴上轮流安置顺流和逆流叶片。经分析搅拌叶片的相对运动可知：在搅拌时，同向安置搅拌叶片往复运动的次数要比混合安置搅拌叶片得到的次数少，因此混合安置搅拌叶片时物料搅拌作用更强烈，也会有更好的搅拌效果，搅拌效率也会更高。但这种情形下，由于物料前进的方式被要求是持续递进的，搅拌筒内混凝土整体的总流动可能会被搅拌叶片推动物料时的相互作用力破坏掉。此外，当一根轴上的相邻两个叶片，其中一叶片推动物料正向移动，而另一叶片向相反反向推动，同时参与搅拌的叶片对物料作用大小相同、方向相反的力，导致物料无法移动，混凝土整体的流动被破坏，发生“断流”现象。因此为了解决这个问题，选用的反向叶片在长度上一般比正向叶片要短一些。此外，反向叶片采用螺旋桨式叶片，并且在搅拌轴上均匀布置。螺旋桨式叶片对反向推力的承载能力较高，因此在搅拌轴上均匀间隔的布置这种叶片，使搅拌作用在筒内往复进行，搅拌会更加剧烈，能更充分地糅合物料。而且伴随着增多搅拌叶片的数目，这种优势会更加明显。 正向和反向两种叶片将搅拌筒内的混凝土分成两部分：一部分朝出料口方向推送，而另一部分运动方向相反。物料在相反的推力作用下，相互冲击、摩擦、融合，并在轴向上不断地往复运动，物料往复运动方式替代了传统的单向运动方式，使物料能有限的长度内得到了更加充分的搅拌。由于正向叶片的长度比反向叶片更长，数量也更多，所以正向流动的推力要比反向流动的推力更大一些，从而保证搅拌筒内混凝土的总流动是朝向出料口方向的。根据试验表明：反向叶片的长度和数量通常为正向叶片长度的1/22/3较好。 经过以上分析，得出最合理的方案是将正反叶片混合并交替布置在搅拌轴上，且带状面型螺旋叶片作顺流螺旋叶片，螺旋桨式叶片为逆流螺旋叶片，紧挨搅拌主轴安装实体面型螺旋入料叶片，防止物料泄露并增强对物料的推力。在进料口处只设置正向叶片，并在出料口出仅设置反向叶片，可以有效避免物料筒体两侧板相互挤压。实体面型螺旋叶片的优点是输送效率高、搅拌质量好，因此将这种叶片设置在入料口处，但“裹轴”现象常常这种叶片上发生。虽然在运输效率上带状面型的螺旋叶片与实体面型的螺旋叶片相比要差一些，但不会在近轴处形成搅拌低效区，这样沿轴向长距离输送物料时比较有利的。目前市场上已经推广的双卧轴连续式混凝土搅拌机在使用过程中，也暴露出来一些问题，其中“裏轴”现象是一个比较明显的缺陷。 裏轴现象的产生的原因：（1）没有进行合理的维修清理工作。通常情况下，双卧轴连续式搅拌机的清理检修的工作应该在机器持续工作8小时以后就进行，但使用者往往为了节省时间，忽视了清理工作，甚至可能会让机器24小时持续高负荷运作，这为以后机器的正常运行留下了后患。导致理论上本可以每小时产出60的混凝土，最后只能获得少于50的混凝土，严重影响生产能力。由于“裹轴”现象已经在搅拌机内发生，随之使用次数的增加，搅拌轴上附着的泥浆会滚雪球一样约积越多，当到了一定程度，机器可能会因此而损坏，浪费的能量和搅拌机生产能力的大大降低都是得不偿失的，因此定期完成清理维修工作至关重要。（2）搅拌机的进料口位置和宽度设计不合理。部分厂家生产的混凝土搅拌机，其进料口的位置刚好在一根主轴的上方，填充物料时，水和物料混合形成的水泥浆直接落到轴上，时间长了以后轴上就会凝结一层固化的水泥。因此在设计入料口的位置时，应考虑到这点，将入料口设计在两轴中间的位置，并且其宽度应该恰好是两轴的间距，这样就可以避免进料时，物料和水与主轴会发生直接接触。 （3）混凝土各组分添加顺序不恰当。 混凝土在添加物料时，如果各组分的添加顺序不恰当，同样会发生“裹轴”现象。这时就需要根据混凝土的型号调整出完美的入料顺序，当然恰当的投料顺序需要实验人员在实验室内进行重复的摸索才能获得。 （4）与搅拌机构的结构有一定关联。 由于强制式混凝土搅拌机本身的机械结构有一定局限性，其搅拌叶片高度有限且距离搅拌筒较近。靠近搅拌叶片边缘的地方搅拌半径较大，因此相同转速下物料运动的线速度更高，在这里搅拌会更加剧烈，而靠近轴的地方搅拌半径较小，物料运动的线速度较低，容易变成低效区甚至是死区。入图所示：图3-3 裹轴现象Figure 3-3 Wrapping phenomenon3.1.3 搅拌主轴转速的确定在搅拌叶片做旋转运动的时候，混凝土会随着叶片做绕轴的循环流动。在一定的叶片转速范围内，该循环流动不会对搅拌叶片的搅拌效果造成影响，但当转速高到一定程度时，混凝土就会垂直于轴做径向的翻滚运动，此时主轴将只起搅拌作用，而不再沿轴向方向推进混凝土前进。这样造成的结果就是物料的推送效率降低，影响搅拌机的生产能力，而且机器构件疲劳磨损的速度也会加快，减少整机的工作寿命。为了不发生这种情况，搅拌轴旋转的速度应该不得高于它的最大临界速度。 靠近搅拌叶片边缘的混凝土物料所受到的离心力是最大的，为了保证搅拌筒内的混凝土不会因为搅拌叶片的速度过高而只发生垂直于轴线的翻滚运动，混凝土的自身重力应大于它所受到的离心力。因此混凝土物料的本身质力与其所受最大离心力之间的关系如下： (3-1)推导得： (3-2)式中 Dy-搅拌叶片直径m；g-重力加速度m/s2；-搅拌叶片的最大转速r/min；K-物料综合特性系数。令，则式可转化为： (3-3)式中A-物料综合特性系数，査表知： A=45，代入数据得： (3-4)据上式可得搅拌轴的转速等于60r/min3.1.4 搅拌叶片螺旋直径的设计入料叶片的直径在所有叶片中是最大的，因此以此为标准，计算叶片的直径。 V-物料在搅拌筒中的轴向运动速度（m/s），在计算中，一般不考虑物料受阻的效果，因此物料在搅拌筒中的轴向运动速度为。 (3-5) 由上式可以推测出，当确定混凝土推送量Q后，可以通过调整填充系数K1、叶片转速n、螺距S和叶片外径D 四个参数来满足Q的要求。所以，叶片直径主要参数的确定 (3-6)对于入料叶片，其物料运输量可根据下式计算得出： (3-7)式中 Q-混凝土推送量（t/h）F-搅拌筒内混凝土层的横截面积（m2） (3-8)r-混凝土的密度（t/m3）C-倾斜运输系数；令所以式中K-物料综合特性系数。 根据混凝土混合料的性质，查表物料综合特性系数为K=0.0573 为填充系数-取值为0.3 C为倾斜输送系数，由于该搅拌机的筒体不发生倾斜，查表后取值为1，代入数据可得： (3-9)为方便加工，通常把计算所得的叶片半径D圆整成标准直径：150,200,250,300,400,500,600,700,800(mm) 所以D=500mm。3.1.5 搅拌叶片的螺旋角的设计图3-4 螺旋叶片示意图Figure 3-4 Schematic Diagram of Spiral Blade混凝土搅拌机中，螺旋叶片螺旋角的大小直接影响搅拌机的输送效率。当搅拌主轴的转速为n时，这叶片上选取一各质点k，在此质点处的混凝土粒子受到N和F两个分力。为方便观察，将一段螺距上的搅拌叶片展开进行运动分析，如图所示：图3-5 物料质点运动分析图Figure 3-5 Material Particle Motion Analysis Diagram在两个分力的作用下，质点k处的混凝土粒子在叶片的推动下偏离k处，这时会有新的混凝土粒子填充质点k处的空缺。在这个过程中，混凝土粒子除了做偏离质点处的动作外，本身也在进行周转运动。以此完成各组份的扩散与重新混合，分析上图混凝土粒子的运动，可得出混凝土沿轴向移动的行程为： (3-10)轴向运动行程为： (3-11)其合成总运动行程为： (3-12)查表可得混凝土物料与搅拌叶片表面的摩擦系数f等于0.4，所以： （3-13）那么以上三式就变为： （3-14） (3-15) (3-16)作图如下：图3-6 物料运动轨迹分析图Figure 3-6 Analysis Diagram of Material Movement Trajectory分析上面这张运动轨迹图我们不难发现，无论螺旋角是太大还是太小，混凝土粒子的轴向运动都会变少，导致物料混流效率变低。尤其当螺旋角偏大时，混凝土粒子在轴向和圆周运动上都变得不活跃。若想提升物料混流效率，值应取在（45+/2）左右，我取的为55.9。3.1.6 搅拌叶片的螺距的确认在螺旋输送叶片的设计标准中，叶片螺距S通常等于0.8D-1D，当搅拌筒设置倾斜时，螺距S通常小于0.8D。由于该搅拌机的筒体不设置倾斜，故取入料叶片螺距S=400mm。充斥在搅拌筒内的混凝土在带状面型螺旋叶片的推动下，在环形区域内移动，而后的物料又来填补空缺，循环不断的填充又运输，为防止物料出现断料或堵塞的情况。搅拌叶片转动360所推送的物料量应与螺旋输送叶片的相同。 由公式 (3-17) 式中： Q-物料流量（m3/s） St-螺旋叶片横截面积（m2） Sk2-叶片转动360推送物料产生的轴向行程（m/n) n-搅拌轴的转速（n/min) (3-18)要满足物料的连续性，有公式 (3-19)由于 1=55.9 , =21.8把数据代入得： 2=49.456带式面型螺旋叶片的螺距S2与入料叶片的直径基本一致，由下面的公式可得出: (3-20) (3-21) 考虑到搅拌轴上还焊接有一部分螺旋桨式的反向叶片，螺距S2应偏大一些，所以取S=480mm。3.2 螺旋叶片的加工设计（Machining Dimension Design of Spiral Blade）3.2.1 叶片螺旋面的成形搅拌轴套与设计好的各种搅拌叶片焊接在一起组合成了混凝土搅拌机的工作机构，所以生产加工叶片是混凝土搅拌机生产中最重要的一个环节。加工叶片的方法不计其数，但由于其产量是小批量的。所以工厂大多使用模具冷压的办法来对其加工，这样得到的叶片可靠性也较高。先设定一条平行于直径的线为母线，母线在绕轴作匀速旋转运动的同时，沿轴线方向匀速平移，所生成的曲面就是螺旋面。若母线旋转一周，沿轴线运动的行程就被称为螺距。3.2.2 坯料形状的设计生产叶片时所用的坯料形状和尺寸如下图所示。我们不难发现坯料上有一块扇形空缺，但是在模具冷压时这样的坯料正好可以加工生产出一个螺距的叶片，所以大部分工厂中更喜欢这种方式来进行生产。若直接将坯料修改成一个开有剪缝的环状钢板，就能在原有面积材料的基础上，加工出超过一个螺距的叶片，以达到节省原材料的目的；不仅如此，采用这种加工方式还可以能让搅拌轴上各种叶片的联接焊缝交错开来，避免所有的焊缝出现在同一平面内，减少叶片之间的焊缝数目，以此提高混凝土搅拌机搅拌运输机构工作时的稳定性。3.3.3 实体面型螺旋叶片圆形坯料尺寸的确定图3-7 实体面型螺旋叶片整圆坯料示意图Figure 3-7 Schematic Diagram of Solid Surface Spiral Blade Round Blank此叶片为实体面型的螺旋叶片，根据设计的尺寸可知：D=140mm，S=400m，B=180mm（1） 内螺旋线长度 (3-22)（2）外螺旋线长度 (3-23)（3）螺旋线实际长度 (3-24) (3-25) （3-26）（4）叶片展开后内径 (3-27)（5）叶片展开后外径 (3-28)（6）叶片展开后扇形缺口夹角 (3-29)（7）叶片展开后扇形缺口处的外螺旋线长度 (3-30)3.3.4 带状面型螺旋叶片圆形坯料尺寸的确定图3-8 带状面型螺旋叶片整圆坯料示意图Figure 3-8 Schematic Diagram of Round Blank of Ribbon-shaped Spiral Blade此叶片为带状面型的螺旋叶片，根据设计的尺寸可知：D=300mm，S=480mm，B=100mm。（2） 内螺旋线长度 (3-31)（2）外螺旋线长度 (3-32)（3）螺旋线实际长度 (3-33) (3-34) (3-35)（4）叶片展开后内径 (3-36)（5）叶片展开后外径 (3-37)（6）叶片展开后扇形缺口夹角 (3-38)（7）叶片展开后扇形缺口处的外螺旋线长度 (3-39)3.3 搅拌叶片的校核（Check of Spiral Blade）叶片的材料采用16Mn的钢，查表知道叶片的如图所示：在p力作用下，物料质点M在物料槽内进行着一个复合运动，即沿径向旋转，又沿轴向移动。如图所示，既有圆周速度V2，又有轴向速度V1，V为其合速度。当螺旋体以角速度W绕轴旋转时，若有一物料颗粒M在螺旋叶片任一半径r的0点处，则可由图中速度三角形求解物料颗粒M的运动速度。叶片上0点物料颗粒的线速度V=R*W，就是物料颗粒M牵连运动的速度，方向为沿0点旋转的切线方向，可用矢量OA表示；物料颗粒M相对于螺旋面相对滑动的速度，方向为平行于0点的螺旋线切线方向，可用矢量AB表示。当不考虑叶片摩擦时，物料颗粒M绝对运动的速度Vn应该是螺旋面上0点的法线方向上，可用矢量OB表示。由于物料与叶片有摩擦，物料颗粒M自0点的绝对运动速度V的方向应与法线偏转出一摩擦角。现对V进行分解，则可得到物料颗粒自0点移动的轴向速度V1和圆周速度V2。因此，V1就是物料在料槽中的输送方向，而V2则会对物料输送造成一定的阻滞和干扰。图3-9 物料质点在叶片上运动分析图Figure 3-9 Analysis Diagram of Material Particle Motion on Blade根据混凝土粒子M的运动图分析可得，混凝土粒子轴向平移的速度为： (3-40)由于 (3-41) (3-42)所以 (3-43)而 (3-44)所以 (3-45)由于 (3-46)所以又可写成 (3-47)同理可得： (3-48)式中 S-叶片螺距（m）n-搅拌轴转速（r/min）f-混凝土与叶片表面的摩擦系数，f=tan，是混凝土物料与叶片表面的摩擦角（） -螺旋面的升角（）根据上述推导的公式，可绘制出在搅拌筒内混凝土粒子轴向运动的速度V1随半径变化的曲线图，以及混凝土粒子径向运动的速度V2随半径变化的曲线图：图3-10 物料运动速度分析图Figure 3-10 Analysis Chart of Material Movement Speed由图可见，对带状叶片而言，当混凝土粒子运动到半径处，即叶片边缘时，粒子沿轴向运动的速度V1达到最大值。 (3-49)将数据代入可得 (3-50) (3-51)现在设想在带状叶片转动360的时间里，混凝土粒子都是以最大速度V1沿轴线运动，在轴线上，由动量守恒定律可得：将数据代入可得 (3-52)在垂直于轴线的方向上，由动量守恒定律可得： (3-53)将数据代入可得 (3-54) (3-55)混凝土粒子在叶片边缘处所受的力为 (3-56)带状叶片在轴向上看呈圆环状，根据公式可得在Y轴上的惯性矩为： (3-57)当叶片弯曲时，在弯矩最强的截面上正应力达到最大值由公式 (3-58)由图可见，对实体叶片而言，当混凝土粒子运动到半径处，即叶片边缘时，粒子沿轴向运动的速度V1达到最大值。 (3-59)将数据代入可得： (3-60) (3-61)现在设想在实体叶片转动360的时间里，混凝土粒子都是以最大速度V1沿轴线运动，在轴线上，由动量守恒定律可得： (3-62)将数据代入可得： (3-63)在垂直于轴线的方向上，由动量守恒定律可得： (3-64)将数据代入可得： (3-65) (3-66)混凝土粒子在叶片边缘处所受的力为 (3-67)实体叶片在轴向上看呈圆环状，根据公式可得在Y轴上的惯性矩为： (3-68)当叶片弯曲时，在弯矩最强的截面上正应力达到最大值由公式 (3-69)混凝土粒子在刚与叶片发生接触时，粒子的瞬时速度会发生一个较大的变化，对粒子而言是一个很大的力，同时也有一个较大的冲击作用在搅拌叶片上。由上式计算出的结果得出：远小于，所以叶片不会发生弯曲形变。故可以判定这样的冲击力相对叶片而言是比较安全的。将反向叶片设计为螺旋桨式叶片。螺旋桨式叶片在混凝土搅拌机的目的主要是用来使搅拌得到的成品混凝土具备更好的均匀性，满足预想的强度要求，并且使混凝土反向运动。在叶片的作用下混凝土逆流移动，当混凝土在正向移动中突然转向，会有一个很大的阻力作用在叶片上。因此，搅拌叶片会受到很强的推力，容易发生弯折（如下图所示）。图3-11 螺旋桨叶片示意图Figure 3-11 Schematic diagram of propeller blades在水平方向上，由动量守恒定律得 (3-70)将数据代入可得： (3-71) (3-72) (3-73)混凝土粒子在叶片边缘处所受的力为 (3-74)螺旋桨式叶片在轴向上看呈圆环状，根据公式可得在Y轴上的惯性矩为： (3-75)当叶片弯曲时，在弯矩最强的截面上正应力达到最大值由公式 (3-76)在焊接实体搅拌叶片时容易生成一条很长的焊缝。通过对其他焊接方式的参考，综合考量下，发现交错断续角焊缝是首选：焊缝段数为10段，每段焊缝长度为50mm，焊角尺寸为5mm，相邻焊缝之间的间距为30mm。针对带状面型螺旋叶片，我采用的方法是在叶片的两端焊接加强衬板。选用角焊缝的焊接方式，焊角尺寸为5mm。3.4 本章小结（Summary of this chapter） 我所设计的搅拌叶片主要分成三个部分：入料叶片采用实体面型的宽螺旋叶片，且入料叶片在垂直方向上与筒体几乎无缝隙，防止物料泄露；中央部分负责输送作用的叶片选用面状带型的螺旋叶片，能有效避免“裹轴”现象的发生，设置为正向叶片，推动物料朝卸料口方向前进；中央部分负责搅拌作用的叶片选用螺旋桨式叶片，设置为反向叶片，在正向和反向叶片共同作用下，物料在搅拌筒内折返连续运动，有效提高搅拌效率。4 搅拌轴的设计4 搅拌轴的设计4 Design of Mixing Shaft在混凝土搅拌机工作过程中，由于搅拌轴上各种搅拌叶片的受力分析比较繁琐，所以传递到轴上的扭转应力和弯曲应力分布分析也更加麻烦。由于搅拌轴主要受到扭矩的作用，设计搅拌轴的过程中，为了方便计算，搅拌轴按照扭转强度条件计算设计，同时为确保搅拌轴具备较高可靠性，通常采用加大安全系数的措施。4.1 搅拌轴的材料（Material of mixing shaft）由于搅拌机的工作环境并不复杂，所以选用的材料和普通轴一样，采用45号钢，调质处理。4.2 搅拌轴的主要参数（Main Parameters of Mixing Shaft）考虑到大尺寸的实心钢材可能会比较重，机器在如此大的载荷负担下容易发生故障，所以搅拌轴的主体选用管轴的形式，设计管轴的长度为4300mm，管轴外径为140mm，管轴内径为116mm。内外径之间预留了24mm的厚度用来焊接叶片，固定叶片最简单实用的办法就是直接在管轴上焊接叶片，除此之外，焊接叶片也有助于更加快速方便地修复脱落的叶片。为了方便联轴器与管轴相连，分别在管轴的始末端设计了两个相互垂直的销轴孔，其直径为30mm。如图所示的搅拌轴是焊接上叶片后的，在每个叶片上加装加强衬板的目的是为了增强结构的稳定性，防止叶片发生断裂或脱落。图4-1 搅拌轴及叶片示意图Figure 4-1 Schematic Diagram of Mixing Shaft and Blade4.3 左轴的计算与校核（Calculation and Verification of Left Axis） (4-1)-电动机的功率-联轴器效率-减速器效率已知YBX3 180M-4防爆型异步电机的功率等于18.5KW。查表得ZSY224型减速器的效率为0.91，联轴器的效率为0.99。将数据代入公式得 (4-2)4.3.1 初步估算轴的直径选取45号钢作为轴的材料，调质处理。查表得由表査得材料许用应力 (4-3) -搅拌轴所传递的功率，KW；N-搅拌轴的转速，r/min； A-由轴材料决定的许用扭矩切应力的系数，查表知A=115，为考虑键槽的影响，计算轴的最小直径应该加大3%。所以 (4-4)在轴的最细的部分取值为100mm。4.3.2 轴的结构设计确定各轴段直径和长度图4-2 左轴的结构设计Figure 4-2 Structural Design of Left Axis（1）段根据圆整为100mm，并结合T和n，结合减速器选择联轴器型号为LM260型LM梅花型联轴器，轴长应比毂孔长度稍短，因此（1）段的长度选择为165mm。 （2）段为便于联轴器的定位，应比（1）段高出一些，且满足内径密封标准，与滚动轴承型号相适配，所以（2）段的直径为110mm。查GB/T281-2013，暂选调心球轴承2322，其宽度为80mm。轴承端盖宽度为22mm，轴承座的宽度为33mm，筒左壁厚度为30mm。考虑到端盖与联轴器之间应保持一定距离，故（2）段总的长度为171mm。 （3）段为了与轴套相配合，所以（3）段的直径与轴套内径相同为116mm。轴套与左轴的连接方式为销轴，由于销轴成对使用，所以（3）段的长度不宜过短，故设计（3）段的长度为200mm。4.3.3 轴承的强度校核根据轴的直径，通过机械设计手册（GB/T-281-2013）选用调心球轴承2322，其主要性能参数为：C=217KN；Co=94.5KN；e=0.37； YI=1.71； Y2=2.65； Yo=1.79；图4-3 搅拌轴的应力分析Figure 4-3 Stress Analysis of Mixing Shaft设螺旋为标准的等直径、等螺距、螺旋面升角为的单头螺旋。研究对象设为距离螺旋轴线r处的物料质点M，进行运动分析，旋转螺旋面时作用在物料质点M上的力为P，P力可分解为法向分力P1和径向分力P2。由于物料会与叶片产生摩擦，P力方向与螺旋面的法线方向形成了一个大的夹角，螺旋面的表面粗糙程度以及物料对螺旋面的摩擦角可决定角的大小，当螺旋面是由板拉制而成时，其表面粗糙程度对角的影响可忽略，通常认为。图4-4 轴承的受力分析图Figure 4-4 Stress Analysis Diagram of Bearing受力分析由上图知，对任一个叶片来说： (4-5) (4-6)对于整根轴来说 因为 所以X取值为1，Y的值为1.6。当轴向和径向载荷同时作用在滚动轴承时，在计算其使用寿命时，需要将当量动载荷替换为实际工作载荷。实际受载下轴承的使用寿命和当量动载荷P的作用下轴承的使用寿命相同。 计算的当量动载荷公式为 (4-7)式中 -轴向载荷（N）-径向载荷（N）-冲击载荷系数，由于搅拌机受到的冲击等级为中级，查表得Y，X-轴向系数和径向系数调心球轴承主要用来承担径向载荷，虽然双向的轴向载荷也有一定的承受能力，但对于中等程度的冲击是远远不够的。所以，需要右推力球轴承协同作用才能保证搅拌机构的平稳运行。当量动载荷可以用以下公式： (4-8)代入数据可得： (4-9)计算轴承基本额定寿命的公式为： (4-10)式中L10-失效率10的基本额定寿命P-当量动载荷（N）C-基本额定动载荷（N）：-使用寿命指数，调心球球轴承=3假设轴承工作转速为n（r/min），基本额定寿命（以小时为单位）的公式为： (4-11)将数据代入可得 (4-12)在实际生产中,搅拌筒不可能都被混凝土所填满,所以调心球轴承并不会受到如此多的载荷。但考虑到轴承在工作中容易损坏,所以应该定期检修,损耗过多时,要及时更换。4.3.4 左轴的强度校核将轴筒与降速器联接的左轴所受扭矩的作用更多。轴上各段都会受到扭矩的影响，但在直径较小的轴段，是整根轴上受力较大、应力集中最严重的地方。在不考虑其余损失的情况下，轴的最大切应力由公式可得： (4-13)T-左轴所受的扭矩-抗扭截面系数。对于圆轴来说，圆截面的直径为D。 (4-14)将数据代入可得 (4-15)左轴满足抗扭强度要求。查表得混凝土物料的填充系数为0.3.此前已经计算得出了叶片所受的径向力。不考虑其它的影响下，左调心球轴承上所受的力为 (4-16)左轴在轴端受到弯矩M最大： (4-17)左轴所受的扭矩为 (4-18)当量弯矩，折合系数取=0.6，则当量弯矩为 (4-19)将数据代入公式得此轴的计算应力为 (4-20)此轴的强度满足要求。4.3.5 键的强度校核键暂选为普通平键，由于轴的直径为100mm。查表得键的尺寸为：（GB/T 1096-2003）。键的材料为45钢，所以与键相对滑动的键槽径表面硬化处理，查表知P=120MPa。键所在的位置传递的最大功率为P1。由公式 (4-21)-工况系数-与实际输入转速相对应的额定输入功率 -电机的输入功率-联轴器的效率，效率为0.99由于搅拌机属于中等冲击，查表知：工况系数为=1.5将数据代入可得 (4-22)在不考虑其他损失的情况下，键所传递的扭矩为 (4-23)键连接的工作面的压强公式为 (4-24)式中：d-轴的直径（mm）T-传递的转矩（N.m）B-键的宽度k-键与连轴器的接触高度（mm），平键k=0.4hL-键的工作长度（m）。l=L-bP-键的许用压强将数据代入可得: (4-25)键的强度满足要求4.3.6 销轴的校核轴套与轴之间的联接，因为轴套与轴之间存在扭矩的传递，所以销轴也要受到扭力的作用。分别在管轴的始末端设计了两个相互垂直的销轴孔。销轴的型号为带螺纹T型销轴，又称T型台阶栓（ DIN 1445-2011），公称直径为30mm。销轴的材料选用45钢，并进行表面硬化处理，其主要参数查表可得：许用弯曲应力b=120MPa-130MPa，许用切用力=80MPa-100MPa。销轴的抗剪强度 (4-26)D-销轴的直径F-销轴所受到的力将数据代入可得： (4-27)由于销轴所受的力是平均力，因此销轴的抗剪强度也就是平均抗剪强度。通过计算可知该销轴的平均抗剪强度远低于许用切应力。所以，销轴的抗剪强度是满足要求的。销轴的抗弯强度 (4-28)d-销轴的直径；b-联接轴的直径。F-销轴所受的力将数据代入可得： (4-29)由于销轴所受的力是平均力，因此销轴的抗弯强度也就是平均抗弯强度。通过计算可知该销轴的平均抗弯强度远低于许用切应力。所以，销轴的抗弯强度是满足要求的。4.4右轴的计算与校核（Calculation and Verification of Right Axis） (4-30)-电动机的功率-联轴器效率-减速器效率已知YBX3 180M-4防爆型异步电机的功率等于18.5KW。查表得ZSY224型减速器的效率为0.91，联轴器的效率为0.99。将数据代入公式得 (4-31)4.4.1 初步估算轴的直径选取45号钢作为轴的材料，调质处理。查表得由表査得材料许用应力 由公式: (4-32)-搅拌轴所传递的功率，KW； N-搅拌轴的转速，r/min；A-由轴材料决定的许用扭矩切应力的系数，查表知A=115，为考虑键槽的影响，计算轴的最小直径应该加大3%。所以 (4-33)在轴的最细的部分取值为100mm。4.4.2 轴的结构设计确定各轴段直径和长度图4-5 右轴的结构设计Figure 4-5 Structural Design of Right Axis（1）段根据圆整，且满足内径密封标准。选取内径为110mm。查GB/T281-2013，暂选调心球轴承2322，其宽度为80mm （2）段为了便于推理球轴承的定位，在这个条件下，（2）段的直径应比（1）段高出一些，直径为170mm。设置一个恰当的长度为16mm。 （3）段轴肩应比（4）段一些高度，且满足内径密封标准，与推力球轴承型号相适配，所以（3）段的直径为130mm。査GB/T301-2015，暂选推力球轴承51226，其宽度为45mm，轴承座的宽度为30mm，筒右壁厚度为44mm，因此（2）段总的长度为107mm。 （4）段为了与轴套相配合，所以（3）段的直径与轴套内径相同为116mm。轴套与左轴的连接方式为销轴，由于销轴成对使用，所以（3）段的长度不宜过短，故设计（3）段的长度为200mm。4.4.3 右轴的强度校核轴上各段都会受到扭矩的影响，但在直径较小的轴段，是整根轴上受力较大、应力集中最严重的地方。在不考虑其余损失的情况下，轴的最大切应力由公式可得： (4-34)T-右轴所受的扭矩-抗扭截面系数。对于圆轴来说，圆截面的直径为D。 (4-35)将数据代入可得 (4-36)右轴满足抗扭强度要求。查表得混凝土物料的填充系数为0.3.此前已经计算得出了叶片所受的径向力。不考虑其它的影响下，右调心球轴承上所受的力为 (4-37)水平面上所受弯矩为 (4-38)右轴所受的扭矩 (4-39)当量弯矩 (4-40)折合系数取=0.6，则当量弯矩 (4-41)将数据代入公式得此轴的计算应力为 (4-42)该轴满足强度要求。4.3.4 轴承的强度校核轴套与右轴的连接，根据轴的直径，通过机械设计手册（GB/T301-2015）选用推力球轴承51226，其主要性能参数为：C=188 KN；Co=57.5 KN；最小载荷常数A=1.75； (4-43)图4-6 搅拌轴的应力分析Figure 4-6 Stress Analysis of Mixing Shaft推力球轴承可以承受轴向载荷和径向载荷，主要要承受的是轴向载荷。当轴向和径向载荷同时作用在推力球轴承时，在计算其使用寿命时，需要将当量动载荷替换为实际工作载荷。实际受载下轴承的使用寿命和当量动载荷P的作用下轴承的使用寿命相同。当量动载荷的计算公式是 (4-44)式中F-径向载荷（N）：推力球轴承主要承受轴向载荷，也可承受少量的径向载荷。所以，轴承主要是沿轴的方向受到破坏。当量动载荷可以用 (4-45)一冲击载荷系数A-最小载荷常数将数据代入可得 (4-46)计算轴承基本额定寿命的公式为： (4-47)式中L10-失效率10的基本额定寿命Q-当量动载荷（N）Q-基本额定动载荷（N）：-使用寿命指数，推力球轴承=3假设轴承工作转速为n（r/min），基本额定寿命（以小时为单位）的公式为： (4-48)将数据代入可得 (4-49)考虑到轴承在工作中容易损坏,所以应该经常检查,损耗过多时,应及时更换推力球轴承。4.5搅拌轴套筒的强度校核（Strength Check of Mixing Shaft Sleeve）搅拌轴套筒采用Q235为制造材料，由于此轴套的长度较长，为了减轻整机的负载和生产成本，一般以钢管为制作轴套的原材料。 查表可得：弯曲疲劳极限，剪切疲劳强度。通过套筒横截面尺寸计算出抗扭截面系数为： (4-50)抗扭强度为： (4-51)轴套所受的最大切应力为： (4-52)轴筒满足扭转强度要求。在混凝土搅拌机中，混凝土对轴筒施加的力为均载力。在中点，套筒受到最大弯矩为： (4-53)当量弯矩，折合系数取=0.6，则当量弯矩为 (4-54)计算由轴的应力的公式为 (4-55)故该套筒满足强度要求。4.6 本章小结（Summary of this chapter）我所设计的搅拌轴分为三个部分：左轴通过联轴器，与减速器和电动机相连，用来传递动力，在左轴上安装有调心球轴承2322，负责承担轴的径向载荷；右轴连接机器末端，安装有调心球轴承2322和推力球轴承51226，调心球轴承承担轴的径向载荷，推力球轴承负责轴的轴向载荷；中央部分采用空心轴套的方式，以此减小整机的载荷，预留一些厚度用来焊接叶片。经过计算和校核，得出搅拌轴各部分的尺寸，且其强度均符合要求。5 搅拌机辅助设备的设计5 搅拌机辅助设备的设计5 Design of Auxiliary Equipment for Mixer5.1 机槽的设计（Design of Machine Housing）在传统的设计中，U型机槽被广泛运用，但由于它极易出现搅拌死角，使搅拌轴承受过大的载荷，最终导致其断裂。因此现在的搅拌机将槽底设计成型，以避免搅拌死角的问题。另外传统的设计将筒体侧板焊死在机壳上，这样做会导致修理损坏的搅拌轴或叶片时变得很不方便，加大维修工作量。我所设计的方案是在搅拌筒内加装衬板，在两端焊接钢板制成槽。固定机盖的方式是在槽口两边焊有角钢，然后通过螺栓与机盖连接。这样做，在维修时就可以直接吊起损坏的搅拌轴，运送到宽敞的地面进行修理工作，还可缩小两端轴孔直径，防止物料泄露。支撑机槽的方式是将支承垫焊接在机槽底部，如下图所示：图5-1 型槽底设计方案图Figure 5-1 -shaped groove bottom design scheme diagram5.2衬板的设计（Design of lining board）当混凝土搅拌机对物料进行搅拌时，混凝土中的砂石等固态组分，会在叶片的带动下与搅拌筒内壁发生摩擦和碰撞，时间长了以后搅拌筒内壁会产生比较大的磨损。为了防止筒内壁因磨损过大而发生破裂，需要在搅拌筒内壁上加装一层起保护作用的衬板。磨损的形式千变万化，但其本质上，都在在外力作用下磨屑从本体上脱落的过程，根据造成磨损的原因，可将磨损大致分为四类： （1）粘着磨损：两光滑平面相互贴合做相对滑动时，在压力的影响下，两平面的接触部分比较容易结合在一起，由于固相焊合作用发生沾着，接触面上的沾着点由于受到极大的摩擦力，而一点点产生破裂，最终导致沾着点上的物料颗粒发生脱落。 （2）磨料磨损：在固态材料表面，通常会有一些硬质突起物，在发生碰撞时，这些突起物对物料作用的压强最大，容易引起物料颗粒的剥落，造成磨损。 （3）腐蚀磨损：当材料表面裸露于酸性环境中，材料表面被侵蚀并形成一层腐蚀产物层，当运动时，这层腐蚀产物层只需要很小的力便可脱落，底下的材料表面又再次在酸性环境中裸露，腐蚀和脱落反复循环，造成磨损。 （4）疲劳磨损：当材料表面受到一个交变压力时，因为加载和卸载频繁反复的进行，导致材料表面甚至是材料本体产生越来越多的疲劳裂纹，这些裂纹方向不同，当其不断扩展并交错时，物料颗粒就会从材料表面剥落下来，形成磨损在这上述的磨损种类中，磨料磨损占据了大部分位置，在现在的工业生产中，磨料磨损和生产磨损总和的比例超过50。大量的磨损对材料资源、能源以及劳动力造成了大量的浪费。因此对磨料磨损机理的研究及对抗磨材料的研究开发变得越来愈迫切，也越来越重要。近年来，抗磨材质的发展在国内外取得巨大进步。当混凝土的组分包含水或者其他液体时，尤其是混凝土的固态物料表面带有高强度硬质突起物的情况下，搅拌筒内壁必然会遭受很大的磨损，因此加装衬板就成了最简便的保护机制。在搅拌混凝土时，衬板除了会受到固态物料的冲击外，在衬板表面还会受到磨料的两个分力：一个是固态物料施加到衬板表面的切向力，由于物料表面带有高强度的硬质突起物，在搅拌叶片的作用下物料高速运动，当接触衬板表面时，会像刀一样划伤甚至切割衬板表面；另一个是固态物料施加的垂直于衬板表面的法向力，在叶片的挤压下，物料表面的高强度硬质突起物直接被压入衬板。在这两个力的共同作用下，衬板表面上的压坑和划痕不断累积，随着时间的推移，这些痕迹会不断扩散并相互交错融合成更大的裂纹，引起塑性形变。当裂纹造成磨料从衬板表面剥落时，就造成了磨损，当衬板的厚度削薄到一定程度时，衬板就无法承受所受的力，而发生脆性断裂。图5-2 钢材表面的磨损微视图Figure 5-2 Micro-view of Wear on Steel Surface由于衬板工作在较为严苛的环境中，对耐磨性和强度的要求更高。因此一般混凝土搅拌机的衬板采用硬度较高的高铬铸铁，此材料较高的强度能有效防止衬板产生脆性断裂，同时可使衬板具备较高的抗冲击能力。通常混凝土搅拌机选用的衬板的厚度不高于20mm，所以通过传统的热处理的方法来提高其硬度是行不通的，因为衬板从属于薄壁铸件，薄壁铸件经过热处理后极易发生形变，导致无法正常使用。所以只能通过改进生产衬板的加工工艺来提高其硬度和强度，最有效的办法就是改变衬板的元素组成，衬板的元素组成直接影响衬板的强度和耐磨性。5.3上料及卸料系统的设计（Design of Feeding System）料斗、轨道、上料支架、卷扬装置和控制系统等组成了连续式搅拌机的上料系统，如下图所示：图5-3 上料系统机械示意图Figure 5-3 Mechanical Schematic Diagram of Feeding System（1）上料架：上料架应与搅拌筒进行恰当的衔接，这样才能保证物料顺利的投入搅拌筒内。而且底架的尺寸应该低于整体机架的行程和宽度，而且受国家规定的限制，整体机架的大小应符合标准，综合考量下，设计如下：上料架与地面的夹角为60度最为适宜，上下运输物料的轨道由槽钢加工制作，滚轮分为两部分安置：负责上料的滚轮安装在轨道内侧；负责卸料的滚轮安装在轨道外侧，这样就可以确保料斗能够安全平稳地上下滑动。（2）上料及卸料系统。上料及卸料系统由传动装置、料斗、卷轴、钢丝绳和限位开关等组成,其工作原理是：动力由电动机产生，由减速器传递给卷轴，卷轴牵引钢丝绳，再由钢丝绳穿过滑轮拽动料斗沿轨道爬升。当料斗接触到限位开关时，料斗底部的仓门就会自动打开，料斗内的物料在自身重力作用下投掷到搅拌筒内。为了保证物料能在适当的位置投掷到搅拌筒内，在轨道的上行程和下行程各要加装限位开关，上料时料斗与限位开关接触，料斗底部的仓门就会自动打开，料斗内的物料在自身重力作用下投掷到搅拌筒内。料斗下行时，到达地面坑底，限位开关就会被一个弹簧杠杆机构打开，电机停车。这里选用的电机为制动式电机，其优势在于可以确保料斗能在满载情况下仍能被拉动，而且可使料斗在轨道上的任意一点及时平稳地暂停。电机的制动力矩的调节可以通过扭转后座的螺母来实现。 如图所示：卸料系统工作方式是：在搅拌筒的卸料口处安装一个电控的舱门，舱门的开合可通过操纵柄来控制。为保证卸料口处不会发生泄露，需要在舱门两侧安置密封条。（3）卷扬装置。5.4供水机构的设计
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号