3097 連續(xù)式混凝土攪拌機(jī)設(shè)計(jì),連續(xù),混凝土攪拌機(jī),設(shè)計(jì)
河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1前 言近年來(lái)隨著我國(guó)城市基礎(chǔ)建設(shè)、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)業(yè)的迅猛發(fā)展，推動(dòng)了混凝土生產(chǎn)產(chǎn)量的迅速提高?；炷辽a(chǎn)是改變傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)分散攪拌混凝土的生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化的一項(xiàng)重要改革?；炷恋纳唐坊a(chǎn)因其生產(chǎn)的高度專業(yè)化和集中化等特點(diǎn)大大提高了混凝土工程質(zhì)量，節(jié)約原材料，加快，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也因其節(jié)省施工用地，改善勞動(dòng)條件，減少環(huán)境污染而使人類受益。目前,在國(guó)內(nèi)外的煤炭、建材、化工、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等行業(yè)廣泛地使用著各種各樣的用來(lái)攪拌煤、混凝土及其他原料的攪拌機(jī)。從其運(yùn)動(dòng)方式及其主要結(jié)構(gòu)上來(lái)看,它們可分為兩大類型:一種形式為單運(yùn)動(dòng)的軸式傳動(dòng)軸上(有單軸和雙軸)安裝各式各樣的攪拌葉片(有長(zhǎng)錐形、螺旋形等),并利用葉片來(lái)攪拌物料；而另一類則是通過(guò)鋼齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)某一形狀的筒體(有圓錐體、圓柱體等)的自身旋轉(zhuǎn)而使物料產(chǎn)生攪拌效果。由于這些攪拌輸送機(jī)全部都是利用單運(yùn)動(dòng)方式,因而普遍存在拌和物料不充分,攪拌效果不太理想；另外,其噪音也較大,特別是在煤炭行業(yè)的工業(yè)型煤等新工藝上使用的攪拌輸送機(jī),根本滿足不了其工藝設(shè)計(jì)要求而嚴(yán)重制約了其新技術(shù)新工藝的推廣使用,因而急需一種結(jié)構(gòu)新穎、效果明顯的全新機(jī)型的攪拌機(jī)來(lái)逐步代替舊式攪拌機(jī),并且也可廣泛地使用于其他行業(yè)。然而，在實(shí)際生活中，我們看到的大部分混凝土攪拌機(jī)，都是起攪拌作用，然后通過(guò)車(chē)載，人力等方式運(yùn)送到需要的地方。攪拌和輸送分開(kāi)進(jìn)行，既加強(qiáng)了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了勞動(dòng)效率，造成大量原材料的浪費(fèi)，又污染了環(huán)境。還有些設(shè)備是攪拌和輸送是分開(kāi)的，及用一種機(jī)器完成混凝土的攪拌作用，而用專門(mén)的機(jī)器完成混凝土的輸送。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)2連續(xù)式攪拌機(jī)是隨著混凝土施工工藝的改進(jìn)而逐漸發(fā)展起來(lái)的新機(jī)型。近年來(lái)，攪拌機(jī)逐漸向大容量和高生產(chǎn)率方向發(fā)展。通過(guò)長(zhǎng)期的研究和探索發(fā)現(xiàn)比較完善的攪拌輸送過(guò)程。為使混凝土的攪拌和輸送變得相對(duì)容易，我采用臥式雙軸強(qiáng)制式連續(xù)混凝土攪拌機(jī)。通過(guò)對(duì)攪拌軸的葉片的設(shè)計(jì)和組合，使物料完成攪拌和輸送的工作。本機(jī)在封閉的環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的攪拌和輸送，攪拌及輸送效果良好，對(duì)環(huán)境污染少，能夠改善施工現(xiàn)場(chǎng)施工條件，保障施工人員身心健康，降低工人的施工強(qiáng)度，提高工作效率，減少施工中對(duì)環(huán)境的破壞。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)3第 1 章 總述1.1 攪拌的作用1.1.1 混凝土的組成混凝土作為當(dāng)今最大宗的建筑材料，廣泛地用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、國(guó)防、水利、市政和民用等基本建設(shè)工程中，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。一般混凝土指水泥混凝土而言，它是由水泥和砂、石集料，加水按規(guī)定的配合比，經(jīng)過(guò)攪拌、澆注和凝結(jié)而成的一種人造石材。其中，水泥和水起膠凝作用，砂、石起骨架填充作用，水泥漿包裹在砂的表面，并填充于砂的空隙成為砂漿，砂漿又包裹在石子的表面，并填充石子的空隙。當(dāng)水泥漿硬化后，就將砂、石集料顆粒牢固地粘結(jié)成一個(gè)整體，使混凝土具有一定的強(qiáng)度和其他許多重要性能。1.1.2 攪拌的任務(wù)強(qiáng)度是混凝土最主要的力學(xué)性能，混凝土強(qiáng)度主要取決于混合料間的界面結(jié)構(gòu)。一般認(rèn)為混凝土攪拌的主要任務(wù)是；(l)組分均勻分布，達(dá)到宏觀及微觀上的勻質(zhì)；(2)破壞水泥粒子團(tuán)聚現(xiàn)象，使其各顆粒表麗被水浸潤(rùn)，促使彌散現(xiàn)象的發(fā)展；(3)破壞水泥粒子表面的初始水化物薄膜包裹層，促進(jìn)水泥顆粒與其他物料顆粒的結(jié)合，形成理想的水化生成物；(4)由于集料表面常覆蓋一薄層灰塵及粘土，有礙界面結(jié)合層的形成，故應(yīng)使物料顆粒間多次碰撞和互相摩擦，以減少灰塵薄膜的影響；(5)提高混合料各單元體參與運(yùn)動(dòng)的次數(shù)和運(yùn)動(dòng)軌跡的交叉頻率，以加速達(dá)到勻質(zhì)化。1.1.3 合理的攪拌機(jī)理河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)4由以上分析可以給合理的攪拌機(jī)理一個(gè)解釋：應(yīng)盡可能使處在攪拌過(guò)程中的混合料各組分的運(yùn)動(dòng)軌跡在相對(duì)集中區(qū)域內(nèi)互相交錯(cuò)穿插，在整個(gè)混合料體積中最大限度地產(chǎn)生相互摩擦，盡可能提高各組分參與運(yùn)動(dòng)的次數(shù)和運(yùn)動(dòng)軌跡的交叉頻率，為混合料實(shí)現(xiàn)宏觀和微觀勻質(zhì)性創(chuàng)造最有利的條件。因此，為了獲得攪拌均勻的混凝土，混凝土攪拌機(jī)必須具備下列條件：(l)能對(duì)混凝土各種組分均勻攪拌，并使水泥漿或?yàn)r青均勻包裹骨料表面;(2)能將攪拌后的混凝土均勻的卸出;(3)攪拌和出料的時(shí)間短;(4)占地面積小;(5)功率消耗小，符合環(huán)保要求。而影響混凝土攪拌質(zhì)量的與攪拌機(jī)有關(guān)的主要因素有:(1)混凝土攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和它的攪拌速度;(2)混凝土攪拌機(jī)出料容量與攪拌筒幾何容積的比率，即容積利用系數(shù);(3)攪拌葉片和襯板的磨損狀況;(4)各種混合材料的加料順序。(5)攪拌時(shí)間。1.2 混凝土攪拌機(jī)的類型目前生產(chǎn)的攪拌機(jī)有兩種形式，一是獨(dú)立使用的攪拌單機(jī)；另一是攪拌樓( 站)的配套主機(jī)。由于使用要求有所差異，兩種形式的攪拌機(jī)的配置略有不同(攪拌單機(jī)要比配套主機(jī)多上料和配水等機(jī)構(gòu))，但二者的主體機(jī)構(gòu)是一致的。為了滿足不同混凝土的攪拌要求，已發(fā)展了多種機(jī)型，各機(jī)型在結(jié)構(gòu)和性能上各具特色，可從不同角度進(jìn)行分河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)5類。就其原理而言，基本可分為自落式和強(qiáng)制式兩大類。表 1－1 混凝土攪拌機(jī)分類分類方式 作業(yè)方式 攪拌原理 安裝方式 出料方式 攪拌筒外形形式 周期式連續(xù)式自落式強(qiáng)制式固定式移動(dòng)式傾翻式非傾翻式梨形、錐形、鼓形、盤(pán)形、槽形、其他形自落式攪拌機(jī)是依據(jù)物料的自落原理進(jìn)行攪拌。工作時(shí)利用拌筒內(nèi)壁固定的葉片對(duì)筒內(nèi)物料進(jìn)行分割和提升，物料則靠自身重力灑落、沖擊，從而使各部分物料的相互位置不斷進(jìn)行重新分布而獲得均勻攪拌。這種機(jī)型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率消耗和葉片磨損均較小，但其攪拌強(qiáng)度不夠劇烈，攪拌質(zhì)量難以保證，生產(chǎn)效率低，只適用于攪拌普通塑性混凝土，對(duì)粗骨料粒徑要求不嚴(yán)格，廣泛地應(yīng)用在中小型建筑工地。常用的這類攪拌機(jī)有，鼓式攪拌機(jī)、雙錐反轉(zhuǎn)出料攪拌機(jī)、雙錐傾翻出料攪拌機(jī)和對(duì)開(kāi)式攪拌機(jī)等。其中的鼓式攪拌機(jī)由于技術(shù)性能落后，已于 1987 年列為淘汰產(chǎn)品。強(qiáng)制式攪拌機(jī)是在自落式攪拌機(jī)之后，隨著干硬性混凝土的發(fā)展而逐漸發(fā)展起來(lái)的。與自落式攪拌機(jī)不同，它不是通過(guò)重力作用進(jìn)行攪拌，而是借助旋轉(zhuǎn)的葉片對(duì)物料進(jìn)行剪切、擠壓、翻滾和拋出等強(qiáng)制攪拌作用，使物料在劇烈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中得到均勻攪拌。與自落式攪拌機(jī)相比，攪拌作用強(qiáng)烈，攪拌質(zhì)量好，生產(chǎn)率高，但磨損大、功耗大，而且對(duì)骨料粒徑有較嚴(yán)格的限制，適用于攪拌干硬性混凝土和輕骨料混凝土，多用于施工現(xiàn)場(chǎng)的混凝土攪拌站和混凝土預(yù)拌工廠的攪拌樓。常見(jiàn)的這類攪拌機(jī)有，立軸渦槳攪拌機(jī)、立軸行星攪拌機(jī)、單河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)6臥軸攪拌機(jī)和雙臥軸攪拌機(jī)等。周期型攪拌機(jī)是大家可以經(jīng)常見(jiàn)到的攪拌機(jī)。這種攪拌機(jī)在進(jìn)行攪拌時(shí)，需要經(jīng)常停機(jī)器，作效率較低。而連續(xù)型混凝土攪拌機(jī)，由于機(jī)器在正常工作狀態(tài)時(shí)，不需要停止機(jī)器。減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，是當(dāng)下的一種發(fā)展趨勢(shì)。1.3 國(guó)內(nèi)外混凝土攪拌機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r在攪拌機(jī)出現(xiàn)的時(shí)期，是以自落式攪拌的形式出現(xiàn)。隨著對(duì)混凝土要求的不斷增多，出現(xiàn)了強(qiáng)制式攪拌機(jī)。強(qiáng)制式攪拌機(jī)又可分為立軸式和臥軸式兩類。國(guó)內(nèi)幾乎都是這兩種形式的攪拌機(jī)。立軸式攪拌機(jī)，又稱渦漿式強(qiáng)制攪拌機(jī)，這種攪拌機(jī)的形式是在固定放置的圓盤(pán)中央，裝有一個(gè)由減速機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子臂架，在臂架上裝有攪拌葉片和內(nèi)外壁鏟刮葉片，依靠各組攪拌葉片不同的安裝位置和安裝角度便能對(duì)在圓盤(pán)和轉(zhuǎn)子之間環(huán)形工作容積的物料進(jìn)行劇烈攪拌。臥軸式攪拌機(jī)又稱圓槽式攪拌機(jī)，是七十年代發(fā)展起來(lái)的一種新型攪拌機(jī)，它可分為單軸式和雙軸式，這種形式的攪拌機(jī)兼有自落和強(qiáng)制兩種攪拌的機(jī)能，攪拌葉片的線速度比渦漿式小，因而耐磨性要比渦漿式小高。單臥軸攪拌機(jī)是由德國(guó) ELBA 公司研制生產(chǎn)。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、消耗功率小、葉片襯板耐磨性好，能滿載啟動(dòng)和具有攪拌輕質(zhì)混凝土能力的優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)也向該公司引進(jìn)了樣機(jī)。雙臥軸攪拌機(jī)是隨著混凝土施工工藝的改進(jìn)而逐漸發(fā)展起來(lái)的新機(jī)型。國(guó)外從二十世紀(jì)四十年代后期開(kāi)始在美國(guó)和德國(guó)出現(xiàn)，但因軸端密封技術(shù)的不成熟，其發(fā)展基本處于停頓狀態(tài)。直到七十年代初，由于這項(xiàng)技術(shù)得到突破，雙臥軸攪拌機(jī)在不少國(guó)家右重新發(fā)展起來(lái)，河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)7目前已形成系列產(chǎn)品。我國(guó)于二十世紀(jì)八十年代初研制成功，但發(fā)展迅速，在產(chǎn)品規(guī)格和產(chǎn)品數(shù)量上，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其它機(jī)型。攪拌機(jī)構(gòu)是雙臥軸攪拌機(jī)的核心部分，混凝土攪拌質(zhì)量的好壞，生產(chǎn)率的高低，使用維修費(fèi)用的多少都與它有關(guān)。攪拌機(jī)構(gòu)是由水平安置的雙圓槽形伴筒、兩根按相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)的攪拌軸和其上安裝的攪拌葉片組成的。攪拌葉片的作用半徑是相互交叉的，葉片與軸中心線成一定角度，當(dāng)攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片一方面帶動(dòng)混和料在兩個(gè)拌筒內(nèi)輪番地作圓周運(yùn)動(dòng)，上下翻滾，同時(shí)在攪拌葉片相遇或重疊的部分，混和料在兩軸之間的共域相互交換；另一方面推動(dòng)混和料沿著攪拌軸方向，不斷地從旋轉(zhuǎn)平面向另一個(gè)旋轉(zhuǎn)平面運(yùn)動(dòng)。1.4 本文的主要內(nèi)容和設(shè)計(jì)方法為了使混凝土在有限的空間中，盡可能的進(jìn)行充分的攪拌，提高混凝土的硬度。而又不出現(xiàn)市場(chǎng)中攪拌機(jī)常出現(xiàn)的混凝土攪拌不足和“裹軸”現(xiàn)象。進(jìn)行的創(chuàng)新如下。首先，是葉片的選擇。根據(jù)不同的葉片具有不同的攪拌特征，選擇三種合適的葉片來(lái)完成混凝土的攪拌工作；其次，對(duì)這不同的葉片進(jìn)行有機(jī)的組合，充分發(fā)揮各種葉片的特征。為了達(dá)到該機(jī)器所能完成的目標(biāo)，使混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到要求。采用理論分析和參考資料相互結(jié)合，相互補(bǔ)充的方法。根據(jù)相關(guān)公式對(duì)一些設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)參考已發(fā)展較為成熟的攪拌機(jī)設(shè)計(jì)，從而使本設(shè)計(jì)更具合理性，并且大大降低設(shè)計(jì)成本。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)8第 2 章 總體設(shè)計(jì)方案確定及動(dòng)力元件選擇2.1 總體設(shè)計(jì)方案連續(xù)式混凝土攪拌機(jī)主要由傳動(dòng)系統(tǒng)、攪拌輸送裝置、攪拌筒、及外供水系統(tǒng)等組成。該產(chǎn)品的主要機(jī)構(gòu)主要由一下幾部分組成。圖 2－2 連續(xù)式混凝土攪拌機(jī)1-電動(dòng)機(jī) 2-聯(lián)軸器 3-底座 4-攪拌筒 5-支架 6-攪拌軸1.電機(jī)、減速機(jī)由聯(lián)軸器連接在一起，減速機(jī)與攪拌軸也由聯(lián)軸器連接在一起，安裝在底座上組成一個(gè)整體，它們之間用螺栓聯(lián)結(jié)以便裝卸和運(yùn)輸。2. 攪拌系統(tǒng)由攪拌筒，攪拌軸組成，完成物料的攪拌及輸送工作。兩攪拌軸在攪拌筒內(nèi)成對(duì)稱方向布置，一個(gè)攪拌軸主要用于輸送物料，而另一個(gè)攪拌軸用來(lái)攪拌和輸送物料。2.2 電動(dòng)機(jī)的選型由于連續(xù)式混凝土攪拌機(jī)從結(jié)構(gòu)上看，主要就是依靠電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)減速機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)攪拌軸的旋轉(zhuǎn)。因此，電機(jī)是整個(gè)裝置的動(dòng)力元件。由于在露天工作，工作時(shí)灰塵較多，土揚(yáng)水濺的工作場(chǎng)合。在攪拌的過(guò)程中，由于混凝土在不斷的攪拌過(guò)程中消耗動(dòng)力，因此連河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)9續(xù)式混凝土攪拌機(jī)的生產(chǎn)能力決定著電機(jī)的功率。此處電動(dòng)機(jī)選型計(jì)算不詳細(xì)涉及功率計(jì)算，而依據(jù)工作裝置轉(zhuǎn)速進(jìn)行電機(jī)選型。異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、工作效率高、重量較輕、成本較低、負(fù)載特性較硬等特點(diǎn)，是應(yīng)用較廣、需求較多的一類電機(jī)。綜合考慮各個(gè)條件，暫選電機(jī)為 Y180M-4 型電機(jī)。查表知該電機(jī)功率為18.5KW。轉(zhuǎn)速為 1470 轉(zhuǎn)/min。效率為 90％，額定轉(zhuǎn)矩為 2.0 KW ,最大轉(zhuǎn)矩為 2.2KW。2.3 減速器的選型由于混凝土攪拌機(jī)在攪拌時(shí)，為了使混凝土攪拌的比較均勻，攪拌軸的轉(zhuǎn)速不宜過(guò)快。但考慮到該機(jī)器的生產(chǎn)能力，攪拌軸的轉(zhuǎn)速又不可太慢。綜合考慮一下，參考其它機(jī)器的轉(zhuǎn)速，該攪拌軸的轉(zhuǎn)速在 40 左右。通過(guò)查表知暫選減速器的型號(hào)為 ZSY224。額定功率為64KW。（1） 機(jī)械強(qiáng)度的校核計(jì)算'11CWAPK???式中 －減速器的計(jì)算輸入功率（KW） ；－減速器的實(shí)際輸入功率（KW） ；1－工況系數(shù)；A－與實(shí)際輸入轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的額定輸入功率（KW） 。'1P混凝土攪拌機(jī)屬于中等沖擊，據(jù)表查得工況系數(shù) ＝1.5。計(jì)算輸AK入功率為1CWAK??＝18.5 1.5＝27.75< '1P該減速器滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。（2） 校核熱功率河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)10231GtWPKP???式中 －計(jì)算熱功率（KW） ；－額定功率利用系數(shù)；－負(fù)荷率系數(shù)；2－環(huán)境溫度系數(shù)；3－許用熱功率（KW） 。G功率利用率 =0.29，查表知額定功率利用系數(shù) ＝1.5；18.564WP?1K由圖知，載荷率系數(shù) ＝0.7；由圖知，環(huán)境溫度系數(shù) ＝1.3；2K3由表知，許用熱功率 ＝87kw。G計(jì)算熱功率為 231tW?＝18.5 1.5 0.7 1.3＝19.5< GP熱平衡校核通過(guò)。選用減速器代號(hào)為 ZSY224。2.4 連軸器的選擇與計(jì)算由于電機(jī)與減速器和減速器與攪拌軸之間需要傳遞扭矩和運(yùn)動(dòng)，因此需要聯(lián)軸器來(lái)保持它們一同回轉(zhuǎn)而不脫開(kāi)。由于凸緣聯(lián)軸器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，成本較低，裝拆、維護(hù)簡(jiǎn)便，可傳遞大扭矩。因此，我們可以選擇該聯(lián)軸器作為該機(jī)器的聯(lián)軸器。由于電機(jī)和減速器已經(jīng)選定，減速器連接的軸已經(jīng)確定。因此聯(lián)軸器的基本尺寸參照機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)，可以確定下來(lái)。然后根據(jù)安裝和配合需要的尺寸，來(lái)確定最終的加工的大小和尺寸。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)11第 3 章葉片的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1 原有葉片的布置連續(xù)式攪拌機(jī)的合理結(jié)構(gòu)，技術(shù)參數(shù)的確定是一項(xiàng)迫切而急需的任務(wù)。在過(guò)去，曾研究過(guò)的攪拌葉片在軸上布置對(duì)混合物均質(zhì)性的影響。對(duì)攪拌機(jī)筒體中充填性能及對(duì)機(jī)器生產(chǎn)率和攪拌過(guò)程耗電量的影響，在葉片合理布置下，葉片軸轉(zhuǎn)速對(duì)混合物均質(zhì)性的影響，在合理的葉片布置和轉(zhuǎn)速下，攪拌機(jī)筒體的安裝傾角對(duì)攪拌過(guò)程及對(duì)混凝土制件強(qiáng)度指標(biāo)的影響。(a) (b)河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)12(c) (d)(e)圖 3－1 葉片的布置形式圖上示出了曾研究過(guò)的攪拌機(jī)的葉片在軸上安裝的幾種布置方式（假設(shè)葉片設(shè)置在一個(gè)平面上并只標(biāo)記出安裝角度） 。a—型可使物料連續(xù)順向流動(dòng)的布置圖，兩軸上葉片反向安裝，但都能確保物料朝卸料口移動(dòng)。b—型兩軸上葉片在外型上是同向布置，但一根軸的葉片把混合物推向卸料槽，而另一根軸則相反。c—型兩軸葉片在外型上是同向布置，并且筒體向卸料一側(cè)傾斜一個(gè)角度 3 度。d—型葉片外型上同向布置，筒體傾斜安裝，并且在靠近卸料口處，軸上裝有阻滯河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)13作用的葉片。e —型混合布置，在一根軸上安裝的葉片使物料沿著攪拌機(jī)筒體從裝料口朝卸料口流動(dòng)。在另一根軸上，使物料順著流動(dòng)的葉片與逆向流動(dòng)的葉片交替安裝，而兩根軸的卸料端都裝有阻滯作用的葉片。評(píng)定混合物質(zhì)量的主要準(zhǔn)則可以用離析率 S 來(lái)表示。它說(shuō)明混合物中各成份分布不均勻性的程度。評(píng)定軸上葉片的布置時(shí)，這是一個(gè)主要的依據(jù)。為了便于選取混合物試樣并進(jìn)行分析，可把攪拌機(jī)筒體的工作部分分為五個(gè)部分（五個(gè)區(qū)段） 。在表中列出了攪拌葉片在各種不同布置時(shí)的離析率 S，生產(chǎn)率 Q和單位電耗 e 的測(cè)定值。很明顯，在外型上葉片同向布置的各種情況下， （圖 c，d）耗電量 e 都是較高的，這說(shuō)明在攪拌和移動(dòng)混合物時(shí)，由于反向葉片使物料沿著攪拌機(jī)筒體朝著與卸料方向反向移動(dòng)。因而增大了阻力。當(dāng)葉片混合布置時(shí)（圖 e） ，耗電量 e 實(shí)際上與軸的轉(zhuǎn)速 n 無(wú)關(guān)，而是很接近于兩軸上葉片反向安裝是的值。當(dāng)按圖 a 葉片反向安裝是，可取得最大的生產(chǎn)率 Q 和最小電耗 e。但此時(shí)，混合物的質(zhì)量比混合布置要差。在進(jìn)行查閱已有資料后得到以下數(shù)據(jù)表 3－1 不同葉片布置情況的影響葉片布置 軸轉(zhuǎn)速 n（r/s）離析率 S(%)單位電耗 e（KWh/m3）生產(chǎn)量 Q(m/h)a 2 5.3 0.28 14.75b 2 7.1 0.58 6.5c（a=3） 2 5 0.41 7.2d（a=3） 2 4 0.8 4.67河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)14e（a=3） 2 5.3 0.32 7.5分析上述資料可得出結(jié)論：綜合所有參數(shù)一起看，用混合布置來(lái)安裝葉片是比較理想的。在葉片混合布置時(shí)，攪拌機(jī)筒體向卸料一側(cè)傾斜 a＝3，可降低單位電耗和提高生產(chǎn)率。對(duì)混凝土試樣強(qiáng)度指標(biāo)的研究得出：葉片按混合布置可取得較均質(zhì)的混合物，同時(shí)提高葉片軸的轉(zhuǎn)速（增大單位時(shí)間內(nèi)工作機(jī)構(gòu)和混合物配料） ，試樣的強(qiáng)度可增大 10—15％，從順向流動(dòng)布置的強(qiáng)度為 12.5—15 MPa。增大到葉片混合布置時(shí)強(qiáng)度為 15.8—17.2 MPa。3.2 設(shè)計(jì)葉片的布置工作時(shí),攪拌軸帶動(dòng)攪拌葉片旋轉(zhuǎn),強(qiáng)迫物料按預(yù)定的軌跡產(chǎn)生剪切、擠壓、翻滾和揉搓等強(qiáng)制攪拌作用,使物料在劇烈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中得到均勻攪拌。改進(jìn)攪拌葉片的結(jié)構(gòu)和曲面形狀,對(duì)提高攪拌質(zhì)量、減小攪拌阻力和降低功率消耗具有重要的意義。3.2.1 葉片的布置合理的葉片布置不僅可以提高混凝土的硬度和混凝土的生產(chǎn)率。而且可以減少原料的消耗，減少物料對(duì)機(jī)器的沖擊，還能延長(zhǎng)機(jī)器的壽命。由于兩軸的旋轉(zhuǎn)方向相反,兩軸間的料產(chǎn)生擠壓、翻滾和揉搓,以達(dá)到攪拌混合效果顯然,在不破壞物料流運(yùn)動(dòng)的前提下,兩軸間物料逆流運(yùn)動(dòng)的頻次越高,揉搓和擠壓作用就越充分,攪拌效果就越好。因此,雙軸上攪拌葉片的排列應(yīng)以此作為依據(jù)。針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合資料數(shù)據(jù)得到的葉片布置的優(yōu)劣。針對(duì)連續(xù)式混凝土攪拌機(jī)作出如下葉片的布置。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)15圖 3－2 設(shè)計(jì)葉片的布置通過(guò)對(duì)葉片相對(duì)運(yùn)動(dòng)分析可知:攪拌葉片正反排列得到的逆流次數(shù)要比攪拌葉片雙正排列得到的次數(shù)多,因此攪拌作用更強(qiáng)烈,攪拌質(zhì)量也更好。并且隨著攪拌葉片數(shù)量的增多,這種優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯。但這種情形下，那么攪拌葉片的運(yùn)動(dòng)順序破壞了拌筒內(nèi)物料的大流動(dòng)。這是因?yàn)槲锪弦赃B續(xù)遞推的方式前進(jìn)。此外，在一根軸上相鄰葉片，同時(shí)參加攪拌,并且二者對(duì)物料推動(dòng)的方向相反。由于葉片的反向推動(dòng),有可能該葉片的相鄰葉片無(wú)料可攪,從而導(dǎo)致一根軸上葉片內(nèi)的物料無(wú)法推出來(lái)。為了防止物料在機(jī)體兩端受到擠壓,應(yīng)在物料進(jìn)口端只設(shè)正向葉片,在出口端僅設(shè)反向葉片。實(shí)體面型螺旋葉片具有攪拌效率高、輸送物料性能好，因此在入料口設(shè)置這種葉片。但這種葉片容易使物料形成“裹軸”現(xiàn)象。而帶式面型螺旋葉片雖然在輸送效率上，稍差于實(shí)體面型螺旋葉片，但物料不會(huì)形成低效區(qū)。這對(duì)物料在沿軸向運(yùn)動(dòng)是比較有利的。特別物料在長(zhǎng)距離輸送時(shí)，帶式面型螺旋葉片充分發(fā)揮了自己的優(yōu)點(diǎn)。雖然攪拌葉片正反排列得到的逆流次數(shù)要比攪拌葉片雙正排列得到的次數(shù)多,因此攪拌作用更強(qiáng)烈,攪拌質(zhì)量也更好。但這種情形下，攪拌葉片的運(yùn)動(dòng)順序破壞了拌筒內(nèi)物料的整體流動(dòng)。這是因?yàn)槲锪弦赃B續(xù)遞推的方式前進(jìn)。此外，在一根軸上相鄰葉片，同時(shí)參加攪拌,河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)16并且二者對(duì)物料推動(dòng)的方向相反。由于葉片的反向推動(dòng),嚴(yán)重時(shí)，可能造成該葉片的相鄰葉片無(wú)料可攪,從而可能導(dǎo)致一根軸上葉片內(nèi)的物料形成斷料現(xiàn)象。為了避免這種情形的產(chǎn)生，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,反向葉片的長(zhǎng)度一般為正向葉片的 1/2～2/3 較好。此外，采用螺旋槳葉片，作為反向葉片，各葉片均勻分布在軸上。這種葉片，可以承受較大的反向推力，攪拌的效率較高。螺旋槳葉片間斷的分布在軸上，不能導(dǎo)致對(duì)攪拌軸的斷料形成。機(jī)內(nèi)的物料被正、反葉片分成兩部分,一部分向前推進(jìn),另一部分則向后推送,使物料產(chǎn)生連續(xù)不斷的軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng),將處于不同半徑處的物料翻轉(zhuǎn),在正反葉片的共同作用下,物料在機(jī)內(nèi)反復(fù)翻動(dòng)、擴(kuò)散、攪拌、揉搓,使物料混合均勻。由于正向葉片大于反向葉片,所以物料在作軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候,總體上是向出料口方向前進(jìn)的,因而可以滿足連續(xù)工作的要求。此外,物料由通常的單向運(yùn)動(dòng)方式改為往復(fù)運(yùn)動(dòng),使得設(shè)備在有限的長(zhǎng)度，提高物料的生產(chǎn)率和攪拌效率。3.2.2“裹軸”現(xiàn)象連續(xù)式混凝土攪拌輸送機(jī)由于在先前的生產(chǎn)過(guò)程中，一些問(wèn)題也暴露出來(lái)。其中， “裹軸”是比較突出的一個(gè)現(xiàn)象。裹軸現(xiàn)象的產(chǎn)生(l)維修清理工作沒(méi)有到位。正常情況下，雙臥軸攪拌輸送機(jī)應(yīng)該在工作 8 個(gè)小時(shí)以后，停機(jī)清理。但我們的客戶為了趕進(jìn)度大都是24 小時(shí)在運(yùn)轉(zhuǎn)忽略了清理工作，這會(huì)給以后的攪拌埋下了隱患，導(dǎo)致理論上單盤(pán) 3 立方的混凝土，只能出 2.8 立方甚至更少的混凝土.大大降低了生產(chǎn)效率。因?yàn)橛辛说谝淮蔚摹肮S” ，就會(huì)象滾雪球一樣，隨著時(shí)間的推移.軸會(huì)變得越來(lái)越粗，裹的泥漿也越來(lái)越多也給整個(gè)河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)17主機(jī)的負(fù)荷帶來(lái)了一定的影響。所以針對(duì)這點(diǎn)我們應(yīng)該定期清理主軸.有句俗話用在這里很合適：“磨刀不誤砍柴工：工欲善其事必先利其器”。(2)攪拌機(jī)的進(jìn)料口位置不合適。有的廠家設(shè)計(jì)的攪拌輸送機(jī)的落料口正對(duì)著其中的一個(gè)主軸，這樣，很容易和噴濺的水混合在一起.形成水泥漿，久而久之就凝固在攪拌主軸上。所以.在設(shè)計(jì)落料口位置時(shí).一定讓物料恰巧豎直落在兩個(gè)主軸的中間避免和主軸接觸。因此，在進(jìn)行料口的位置應(yīng)該在中間，進(jìn)料口的寬度應(yīng)該為兩軸的距離。(3)攪拌機(jī)的進(jìn)料順序不完美。當(dāng)落料順序設(shè)置不當(dāng)時(shí)同樣會(huì)導(dǎo)致“裹軸” 。這時(shí)可以調(diào)整投料順序，使之達(dá)到最佳匹配。當(dāng)然合適的投料順序，需要操作人員或?qū)嶒?yàn)室人員試驗(yàn)摸索找到最終的適合該混凝土型號(hào)的順序。(4)與攪拌葉片形狀有關(guān)系。強(qiáng)制式攪拌機(jī)受限于本身結(jié)構(gòu)，攪拌葉片靠近拌筒且高度有限，靠近攪拌葉片的物料運(yùn)動(dòng)速度較大，攪拌充分，而離攪拌葉片較遠(yuǎn)、靠近攪拌軸的物料流動(dòng)慢，得不到很好的攪拌，在靠近攪拌軸的環(huán)帶區(qū)域內(nèi)形成攪拌低效區(qū)甚至死區(qū)，見(jiàn)圖。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)18圖 3－3 裹軸普通雙臥軸攪拌機(jī)的攪拌機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖。圖中攪拌葉片靠近拌筒安裝，其附近的物料運(yùn)動(dòng)速度較快，而靠近攪拌軸的物料缺乏攪拌葉片的攪拌作用，運(yùn)動(dòng)緩慢，攪拌質(zhì)量較低。如何使靠近攪拌軸的物料得到有效的攪拌。是解決低效區(qū)問(wèn)題的關(guān)鍵。機(jī)器在開(kāi)始進(jìn)料時(shí)，大量物料在很短的時(shí)間內(nèi)很容易造成物料在進(jìn)料口堆積。因此，為使物料迅速離開(kāi)入料口，入料葉片做成實(shí)體面型螺旋葉片。這樣又很容易造成“裹軸” 。因此，在其后的攪拌輸送葉片，為減少“裹軸”的危害，做成帶式面型的螺旋葉片3.3 葉片的主要參數(shù)3.3.1 輸送葉片主要參數(shù)的設(shè)計(jì)—物料在料槽中的軸向移動(dòng)速度(m/s),在實(shí)際工作中,通常不1V考慮物料軸向阻滯的影響,因此物料在料槽內(nèi)的軸向移動(dòng)速度 ≈1V/60。sn?∴ 2.5147AcrDQK???由上式可以看出,當(dāng)物料輸送量 Q 確定后,可以調(diào)整螺旋外徑 D、螺距 S、螺旋轉(zhuǎn)速 n 和填充系數(shù) φ 四個(gè)參數(shù)來(lái)滿足 Q 的要求。所以,螺旋直徑 主要參數(shù)的確定2.5147DKAcr??河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)19對(duì)于螺旋輸送葉片,其物料輸送量可按下式計(jì)算:1360QFrVc??式中 Q———螺旋輸送攪拌機(jī)輸送量(t/h)F———料槽內(nèi)物料層橫截面積( )2m(φ 為填充系數(shù))24D??r———物料的單位容積質(zhì)量( )3tc———傾斜輸送系數(shù);令 ， 所以 2.5147KA??2.5QDKcr???式中 K———物料綜合特性系數(shù)。物料綜合特性系數(shù)為經(jīng)驗(yàn)數(shù)值。一般說(shuō)來(lái),根據(jù)物料的性質(zhì)，查表取 K=0.0573為填充系數(shù)—取值為 0.3?C＝傾斜輸送系數(shù)。該攪拌機(jī)的傾斜角度為 ，查表取值為 10?代入數(shù)據(jù)得D= =480.9 mm。2.56031.?為方便生產(chǎn)，一般把計(jì)算出來(lái)的 D 值應(yīng)盡量圓整成下列標(biāo)準(zhǔn)直徑(mm):150,200,250,300,400,500,600,700,800……所以 D=500 mm。3.3.2 主軸的轉(zhuǎn)速的確定隨著主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得混凝土產(chǎn)生一個(gè)附加的繞軸旋轉(zhuǎn)的循環(huán)流。主軸一定的轉(zhuǎn)數(shù)范圍內(nèi)，這種附加的循環(huán)流對(duì)混凝土的影響并不顯著。但是，一定的轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生垂直于輸送方向的跳躍翻滾，這時(shí)主軸將主要起攪拌而不再起軸向的推進(jìn)作用。這不僅會(huì)降低物料的輸送效率，加速設(shè)備構(gòu)件的磨損，而且會(huì)降低生產(chǎn)率。因此，為了避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，主軸的轉(zhuǎn)速不得超過(guò)它的臨界轉(zhuǎn)速。為了保證位于主軸附近的混凝土不會(huì)因?yàn)殡x心力的作用而產(chǎn)生河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)20垂直于輸送方向的徑向運(yùn)動(dòng)，它所受的離心力不能大于其自身重力，而葉片外徑處的混凝土所受的離心力最大，因此混凝土所受離心力的最大值與其自身重力之間應(yīng)有如下關(guān)系: 2maxyDg??max230yngD??axyK?式中 —主軸最大轉(zhuǎn)速, 即臨界轉(zhuǎn)速， ；maxnr/in—螺旋葉片外徑， ；yDm—重力加速度， ；g2/s—物料綜合特性系數(shù)。K令 ，則式可轉(zhuǎn)化為：302A??maxyAnD?式中 —物料綜合特性系數(shù)，查表知：A=37A代入數(shù)據(jù)得 ＝52.3max370.5nr/in因此把它初始設(shè)置在 38 是合理的。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的輸送葉片,通常螺距為(0.8～1)D。當(dāng)傾斜布置時(shí)S≤0.8D，該攪拌機(jī)的傾斜角度為 。取 S=400 mm。3?攪拌輸送機(jī)中，對(duì)物料攪拌與輸送的高低主要取決于螺旋葉片的選擇一對(duì)螺旋葉片axyK?河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)21圖 3－4 螺旋葉片當(dāng)該軸的轉(zhuǎn)速為 n 轉(zhuǎn)時(shí)，在葉片推進(jìn)面邊 k 質(zhì)點(diǎn)處粉料受到N、F 力的作用而運(yùn)動(dòng)達(dá)到混合目的。為直觀起見(jiàn)，將其中一螺距上的螺旋葉片展開(kāi)，如圖所示。圖 3－5 運(yùn)動(dòng)軌跡這樣葉片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)就變成了垂直于軸向的平移運(yùn)動(dòng)，K 質(zhì)點(diǎn)處物料在被推進(jìn)過(guò)程中，不斷偏離質(zhì)點(diǎn)，又有新物料不斷補(bǔ)充。在物料運(yùn)動(dòng)主方向是從 A 處指向 B 處，在此平移過(guò)程中物料除了質(zhì)點(diǎn)還作自身旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，完成物料剪切與擴(kuò)散的混合。由圖示幾何關(guān)系求得 K 質(zhì)點(diǎn)處河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)22物料周向運(yùn)動(dòng)累計(jì)距離為： 1 1coscos()KdS????????＝ ?軸向運(yùn)動(dòng)累計(jì)距離為： 2 1cossin()KdS???????＝ ?其合成總運(yùn)動(dòng)累計(jì)距離為： 2cosKdS????根據(jù)攪拌輸送機(jī)的每次所需混合量，估算出攪拌輸送機(jī)的筒體尺寸，螺旋葉片中徑也由此被確定。這樣，其螺距完全隨螺旋角 而?發(fā)生變化?，F(xiàn)查表知物料與葉片的摩擦系數(shù) ＝0.4。則f。arctn(0.4)21.8???那么以上三式就變?yōu)?13.cos(21.8)KdS????2 in.8?作圖如下河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)23圖 3－6 運(yùn)動(dòng)路線1. 求極值點(diǎn)∴ = 。1/3.28[sin(21.8)]0KdS??????10.9?∴ = 。2co5∴ = 。/.i)?2. 求拐點(diǎn)?！唷?= 。1/6.5s(21.8)0KdS???????.9??！唷?= 。2in?1∴ = 。/3.8co)9?表 3－2 四條線弧的主要特征列表?0?1.9?0?45.60?9/1KS+ 0 _ _ _ _ __ _ _ _ 0 + +/+ + + + 0 _ _1K+ 0 _ _ _ _ _從圖中一目了然， 太大或太小，其攪拌軸的軸向運(yùn)動(dòng)都會(huì)減弱，?對(duì)流混合效率降低。尤其對(duì)于 偏大的情況，則對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)、軸向運(yùn)動(dòng)均不利，不宜采用。要使對(duì)流輸送作用顯著， 值應(yīng)取在（?）左右，我取的為 。要使攪拌作用顯著，攪拌葉片的245???5.9?河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)24值應(yīng)取小值為宜。?攪拌葉片的螺旋角的設(shè)計(jì)：由于筒內(nèi)充滿了物料，其擴(kuò)散作用使在環(huán)筒（d2-d1）內(nèi)的物料偏離輸送實(shí)體。而周?chē)奈锪嫌謥?lái)補(bǔ)充，組成新的輸送實(shí)體，連續(xù)不斷，循環(huán)往復(fù)。為不使物料在攪拌筒內(nèi)堆積和截?cái)唷］斔腿~片旋轉(zhuǎn)一周輸出的物料應(yīng)與攪拌葉片旋轉(zhuǎn)一周輸出的物料一致。由公式 210tKnQS??式中：Q: 料流量（ ）3ms：螺旋葉片軸向投影面積 （ ）t 2：葉片旋轉(zhuǎn)一周被推料的軸向運(yùn)動(dòng)距離（ ）2K mnsin()i)cotS?????：葉片軸的轉(zhuǎn)速 （ ）要滿足物料的連續(xù)性，有公式Q攪 拌 輸 送＝＝2111sin()i()4co60t nd????????//22ist其中 15.9??1.8??把其余數(shù)據(jù)代入得： 2456?由葉片的性質(zhì)知，帶式螺旋葉片的螺旋節(jié)距與螺旋葉片的直徑大致相同，再根據(jù)下述關(guān)系知12cos河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)25240cos9.5S???＝463.8 mm考慮到該軸上還有一些反轉(zhuǎn)的葉片， 的值適當(dāng)取的大一些，2S所以取 ＝480 mm。23.4 螺旋葉片的加工用于連續(xù)型混凝土攪拌機(jī)的工作螺旋是由旋轉(zhuǎn)軸和許多螺旋葉片彼此焊接而成。螺旋葉片的制造無(wú)疑是整個(gè)螺旋輸送機(jī)制造中的關(guān)鍵。制造螺旋葉片雖有多種方法，但由于螺旋輸送機(jī)屬小批生產(chǎn)，故用模具壓形來(lái)制造螺旋葉片乃是質(zhì)量可靠而又切實(shí)可行的辦法。3.4.1、葉片螺旋面的成形葉片的螺旋面是以垂直于軸的一段直線作母線繞軸作勻速旋轉(zhuǎn)并同時(shí)作勻速軸向移動(dòng)而形成的。是母線繞軸旋轉(zhuǎn) 360“所形成的螺旋葉片，此時(shí)母線軸向移動(dòng)的距離稱為螺距 S。3.4.2、坯料形狀的選擇所示螺旋葉片的坯料形狀示于下圖所視，顯然坯料有一小塊扇形面積未被使用。盡管如此，但生產(chǎn)中往往選用這種形狀的坯料壓制出正好一個(gè)螺距的螺旋葉片。若將坯料修改成開(kāi)有剪縫的整圓環(huán)狀，就能壓制出多于一個(gè)螺距的螺旋葉片，達(dá)到充分利用材料的目的，還可減少工作螺旋中葉片間的焊縫。這樣做的另一優(yōu)點(diǎn)是使構(gòu)成工作螺旋的各螺旋葉片的接頭處的各焊縫錯(cuò)開(kāi)而不在同一軸向平面內(nèi)，從而改善螺旋輸送機(jī)工作的平穩(wěn)性。3.4.3、整圓坯料尺寸的確定經(jīng)紅壓驗(yàn)證，尺寸可按以下公式確定:實(shí)體面型的螺旋葉片根據(jù)設(shè)計(jì)的尺寸可知：D=140 mm，S=400 mm，B=180 mm。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)26圖 3－7 實(shí)體面型螺旋葉片（1） 內(nèi)螺旋線投影長(zhǎng) =3.14 140=440 mm。1bD???（2） 外螺旋線投影長(zhǎng) =3.14 500=1570 mm。2()B??（3） 螺旋線實(shí)長(zhǎng) SL＝ ＝594.6 mm。211Sb??240＝ ＝1620.2 mm。2157?（4） 葉片內(nèi)沿展開(kāi)半徑mm。1128094.60.BLR????（5） 葉片外沿展開(kāi)半徑=104.5+180=284.5 mm。1?（6） 展開(kāi)料缺口夾角 218036LR??????= =.845?? 3.6?(7) 展開(kāi)料缺口外螺旋線旋長(zhǎng) A= 2sin()??＝ ＝164.7 .1.8?mm。帶式面型的螺旋葉片根據(jù)設(shè)計(jì)的尺寸可知：D=300 mm，S=480 mm，B=100 mm。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)27圖 3－8 帶式面型螺旋葉片（1）內(nèi)螺旋線投影長(zhǎng) =3.14 300=942 mm。1bD???（2）外螺旋線投影長(zhǎng) =3.14 500=1570 mm。2()B??（3）螺旋線實(shí)長(zhǎng) SL＝ ＝1057 mm。211Sb??24809＝ ＝1642 mm。2157?（4）葉片內(nèi)沿展開(kāi)半徑mm。112080.64BLR????（5）葉片外沿展開(kāi)半徑=101+100=280.7 mm。1?(6)展開(kāi)料缺口夾角 21803LR??????= =6480.7?? .?(7) 展開(kāi)料缺口外螺旋線旋長(zhǎng) A= 2sin()??＝ ＝120 .1.3?mm。3.4.4、壓模主要尺寸的確定1.構(gòu)成模塊螺旋面母線的旋轉(zhuǎn)角度 ?葉片在成形過(guò)程中存在著復(fù)雜的變形。對(duì)多種規(guī)格的葉片測(cè)量得河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)28知其外徑處螺旋展長(zhǎng)度與整圓坯料的外徑展開(kāi)長(zhǎng)度基本一致，故取 12360(15)()DS????????式中 D1-坯料外徑；D－葉片外徑。2.模塊螺旋面的螺距 t考慮到工件材料的彈性變形和溫度收縮的影響，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證可取:(12.5%)tS???壓模定位軸外徑等于葉片內(nèi)孔下限尺寸。壓模外徑等于葉片外徑。3.5 螺旋葉片的制造工藝螺旋葉片的制造工藝過(guò)程如下:切割下料—車(chē)外圓、內(nèi)孔—開(kāi)剪縫一加熱—手工初拉成形—模具紅壓成形。加熱后的平板坯料必須迅速手工初拉成形并放入下模，拉形使放置在下模中的工件不致過(guò)于傾斜，此時(shí)工件在下模中的徑向位置憑目測(cè)估計(jì)。在模壓過(guò)程中，隨著工件的軸向尺寸逐漸伸長(zhǎng)，徑向尺寸則逐漸縮小。同時(shí)工件在壓模中作徑向游動(dòng)。當(dāng)壓模閉合時(shí)，工件的螺旋孔壁纏繞在壓模定位軸外圓上，即工件軸線與壓模軸線重合，此時(shí)工件模壓成螺旋葉片，而坯料外徑 D:縮小成葉片外徑 D，坯料內(nèi)徑d，縮小成葉片內(nèi)徑 d。 。3.6 螺旋葉片的校核校核葉片葉片的材料采用 16Mn 的鋼查表知道葉片的 ＝420 MPa。 ＝253 MPa。[]b?[]s河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)29圖 3－9 物料葉片上運(yùn)動(dòng)圖物料顆粒 M 在 p 力作用下,在料槽中進(jìn)行著一個(gè)復(fù)合運(yùn)動(dòng),即沿軸向移動(dòng),又沿徑向旋轉(zhuǎn),如圖所示,既有軸向速度 V1,又有圓周速度 V2,其合速度為 V。當(dāng)螺旋體以角速度 W 繞軸回轉(zhuǎn)時(shí),若在螺旋葉片任一半徑 r 的 O 點(diǎn)處有一物料顆粒 M,則物料顆粒 M 的運(yùn)動(dòng)速度可由圖的速度三角形求解。葉片上 O 點(diǎn)的線速度 .就是物料顆粒 M 牽RV???連運(yùn)動(dòng)的速度,可用矢量 OA 表示,方向?yàn)檠?O 點(diǎn)回轉(zhuǎn)的切線方向;物料顆粒 M 相對(duì)于螺旋面相對(duì)滑動(dòng)的速度,平行于 O 點(diǎn)的螺旋線切線方向,可用矢量 AB 表示。當(dāng)不考慮葉片摩擦?xí)r,則物料顆粒 M 絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度 Vn 應(yīng)是螺旋面上 O 點(diǎn)的法線方向,可用矢量 OB 表示。由于物料與葉片有摩擦,物料顆粒 M 自 O 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度 V 的方向應(yīng)與法線偏轉(zhuǎn)—摩擦角 ρ。現(xiàn)對(duì) V 進(jìn)行分解,則可得到物料顆粒自 O 點(diǎn)移動(dòng)的軸向速度 V1 和圓周速度 V2。因此,V1 就是料槽中物料的輸送方向,而 V2 則是對(duì)物料輸送的阻滯和干擾。根據(jù)物料顆粒 M 運(yùn)動(dòng)速度圖的分析,物料軸向移動(dòng)的速度為: 1cos()?????由于 ， nVsinn???所以 1sic()o?河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)30而 302tan60taSVwr???????所以 1cos(1)6Snf?由于 2sta()Srr???????所以又可寫(xiě)成 21()160frSnV???同理可得：。22()160frSn????式中 S———螺旋螺距(mm)n———螺旋轉(zhuǎn)速(r/min)f———物料與葉片間的摩擦系數(shù),f=tanρ，ρ 是與物料的摩擦角(°)α———螺旋面升角(°)。據(jù)此,可得出物料在料槽內(nèi)軸向移動(dòng)速度 V1 和圓周速度 V2 隨半徑 r 而變化的曲線圖。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)31圖 3－10 物料軸向運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)由圖 3－10 可見(jiàn), 對(duì)帶狀葉片，V2 在半徑長(zhǎng)度范圍內(nèi)是變化的。在葉片邊緣處，沿軸向運(yùn)動(dòng)的速度最大。。代入數(shù)據(jù)知21()160SfrSnV?????21480.5()483??＝285.3 mm/s=0.29 m/s。 22()160SfrnV????= 2480.5()3??=164.2 mm/s河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)32＝0.16 m/s。現(xiàn)在假設(shè)物料均是在最大速度 上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，在軸旋轉(zhuǎn)一周1V時(shí)的時(shí)間內(nèi)，在水平方向上，由動(dòng)量守恒定律得t＝mv1xF?代入數(shù)據(jù)得 22(0.53)0.94x t????＝24.3 N。?在豎直方向上，由動(dòng)量守恒定律得t＝mv2yF代入數(shù)據(jù)得 1 22(0.53)0.164y tt?? ???＝7.4N。yF＝0.3 mg＝2??2..5.48309.??＝1366.6 N。 葉片在葉邊緣所受的力為 F= ＝ ＝1366.5 2xyF?22.16.?N。葉片在沿軸向看去為一圓環(huán)，由公式對(duì) y 軸的慣性矩4()6yDdI????葉片彎曲時(shí)，最大正應(yīng)力 發(fā)生在彎矩最大的截面上?由公式 yMZI?＝ 4136.025.()???＝0.075 MPa<< []?對(duì)實(shí)體葉片，V2 在半徑長(zhǎng)度范圍內(nèi)是變化的。在葉片邊緣處，沿軸向運(yùn)動(dòng)的速度最大。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)33。代入數(shù)據(jù)知21()160SfrSnV?????＝225.6 mm/s =0.2256 m/s。22()160SfrnV????= 2380.45()???=129.8 mm/s ＝0.130 m/s。在水平方向上，由動(dòng)量守恒定律得t＝mv1xF?代入數(shù)據(jù)得 222(0.516)30.564x t?????＝21.7 N。?在豎直方向上，由動(dòng)量守恒定律得t＝mv2yF代入數(shù)據(jù)得 1 222(0.516)30.14y tt?? ???＝7.2N。yF＝0.3 mg＝2??22..5.8309.??＝1590.3 N。 葉片在葉邊緣所受的力為 F= ＝ ＝1597.8 2xyF?221.75.?21380.45()38?河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)34N。葉片在沿軸向看去為一圓環(huán)，由公式對(duì) y 軸的慣性矩4()6yDdI????葉片彎曲時(shí)，最大正應(yīng)力 發(fā)生在彎矩最大的截面上?由公式 yMZI?＝ 441597.802.5(16)6??＝0.033 MPa<< []?由于物料在剛接觸葉片時(shí)，瞬間速度發(fā)生了較大的變化，對(duì)葉片來(lái)說(shuō)有一個(gè)很大的力的沖擊，在這個(gè)瞬間，葉片要承受較大的沖擊。由于由上式計(jì)算出的結(jié)果可知 遠(yuǎn)小于 ，葉片不會(huì)發(fā)生彎折的?[]情形?？梢哉J(rèn)為這種沖擊對(duì)葉片來(lái)說(shuō)也是安全的。螺旋槳式螺旋葉片螺旋槳式螺旋葉片在連續(xù)式混凝土攪拌機(jī)當(dāng)中，主要是用來(lái)使混凝土反向運(yùn)動(dòng)，使混凝土攪拌得更均勻，達(dá)到一定的硬度。然而由于葉片的作用，使混凝土在反向運(yùn)動(dòng)，而物料在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中突然受阻，葉片受到的阻力將突然增強(qiáng)。因此，葉片受到很強(qiáng)的推力，容易發(fā)生彎折。在水平方向上，由動(dòng)量守恒定律得t＝mv1-mv2xF?代入數(shù)據(jù)得 22216(0.516)30(.9)4x t??????＝14.5 N。?在豎直方向上，由動(dòng)量守恒定律得t＝mv2yF代入數(shù)據(jù)得河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)351 2226(0.516)30(.16)4y tFt???????＝4.8N。y＝0.3 mg＝2??22.3..45309.8＝1883.25 N。 葉片在葉邊緣所受的力為F= ＝ ＝1883.4 N。2xyF?221.783.5?葉片在沿軸向看去為一圓環(huán)，由公式對(duì) y 軸的慣性矩4()6yDdI????葉片彎曲時(shí)，最大正應(yīng)力 發(fā)生在彎矩最大的截面上?由公式 16yMZI??＝ 4483.025.(16)???＝0.24 MPa<< []參考一些其它的焊接方法，對(duì)于實(shí)體攪拌葉片有很長(zhǎng)的焊縫， 。我采用交錯(cuò)斷續(xù)角焊縫。焊角尺寸為 5 mm，相鄰焊縫的間距為 30 mm，焊縫段數(shù)為 10 段，每段焊縫長(zhǎng)度為 50 mm。對(duì)于帶狀葉片來(lái)說(shuō)，主要是對(duì)葉片加強(qiáng)板兩端的焊接。分別采用角焊縫，焊角尺寸為 5 mm。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)36第 4 章 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 與聯(lián)軸器聯(lián)接的左軸的校核 21P???—電機(jī)的功率；—聯(lián)軸器效率；—減速器效率2已知電機(jī)的功率是 18.5KW。查表得聯(lián)軸器的效率是 0.99。減速器的效率是 0.91 代入公式得 ＝17.59 2118.509.7P??KW。4.1.1、初步估算軸的直徑選取 45 號(hào)鋼作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理。查表得 ＝640N/mm2，b?由表查得材料許用應(yīng)力 ＝60N/mm2。1[]b??由公式 mm13pdAn??—軸所傳遞的功率，KW；1Pn—軸的轉(zhuǎn)速，r/min。A－取決于軸材料的許用扭矩切應(yīng)力 的系數(shù)，其值查表知 A=115[]T?計(jì)算軸的最小直徑并加大 3％以考慮鍵槽的影響。則 ＝91.6 mm。min17.59.08d??在軸的最細(xì)的部分軸的直徑取值為 100 mm。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)37圖 4－1 左軸結(jié)構(gòu)4.1.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定各軸段直徑和長(zhǎng)度(1)段 根據(jù) 圓整（GB5014-85）,并由 T 和 n，根據(jù)減速器mind選擇聯(lián)軸器型號(hào)為(Q/ZB121-73)，比轂孔長(zhǎng)度稍短，因此（1）段的長(zhǎng)度選擇為 160 mm。（2）段 為使聯(lián)軸器定位，軸肩應(yīng)有一定高度，且符合標(biāo)準(zhǔn)密封內(nèi)徑和滾動(dòng)軸承型號(hào)，因此（2）段的直徑為 110 mm。取端蓋寬度為 20 mm。查 GB/T281-1994,暫選圓柱孔調(diào)心球軸承 2322，其寬度為80 mm。軸承座的寬度為 40 mm。筒左壁厚度為 27 mm?？紤]到端蓋與聯(lián)軸器之間有距離， （2）段總的長(zhǎng)度為 187 mm。 （3）段 為了和軸套配合， （3）段的直徑為 116 mm。軸套與軸連接用的是銷軸，考慮到銷軸成對(duì)使用， （3）段長(zhǎng)度不宜過(guò)短，因此設(shè)計(jì)選（3）段長(zhǎng)度為 200 mm。4.1.3 左軸機(jī)械加工工藝過(guò)程卡材料為 45，熱處理表 4－1 工藝卡片`工序號(hào) 工序名稱 工序內(nèi)容 工藝裝備10 下料 （棒料）5m??河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)3820 熱處理 調(diào)質(zhì)處理 40—45HRC30 粗車(chē) 夾一端，車(chē)斷面，見(jiàn)平即可，鉆中心孔CA614040 粗車(chē) 掉頭裝夾，車(chē)端面，保證總長(zhǎng) 547mm，鉆中心孔。CA614050 粗車(chē) 以中心孔定位裝夾工作，粗車(chē)外圓各部，留加工余量 2 mm。CA614060 精車(chē) 以兩中心孔定位裝夾工作，精車(chē)各部尺寸，留磨削余量 0.4 mm。CA614070 磨 以兩中心孔定位裝夾工作，粗、精磨外圓中間部分至圖樣尺寸。M143280 劃線 劃 mm 鍵槽線0.528?90 銑 一夾一頂裝夾工作，銑鍵槽mm，保證尺寸 mm。0. 0.29?X5020100 鉆 以外圓為基準(zhǔn)，鉆銷軸孔 T618110 檢 檢查各部尺寸120 入庫(kù) 入庫(kù)4.1.4 軸承的強(qiáng)度校核攪拌軸與殼體的連接，根據(jù)軸的直徑，選用調(diào)心球軸承 2322。查設(shè)計(jì)手冊(cè)，2322 軸承的主要性能參數(shù)（GB/T—288--1994）為：C=215000 N， Co＝942000 N ， e＝ 0.39 ，YI=1.6， Y2=2.5 ， Yo＝1.7計(jì)算軸承支反力設(shè)螺旋為標(biāo)準(zhǔn)的等螺距、等直徑、螺旋面升角 α 的單頭螺旋。以距離螺旋軸線 r 處的物料顆粒 M 作為研究對(duì)象,進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析旋轉(zhuǎn)螺旋面作用在物料顆粒 M 上的力為 P,由于物料與葉片的摩擦關(guān)系,P力方向與螺旋面的法線方向偏離了 β 角。β 角的大小由物料對(duì)螺旋面的摩擦角 ρ 及螺旋面的表面粗糙程度決定, 板拉制的螺旋面,可忽略其表面粗糙程度對(duì) β 角的影響,可認(rèn)為 β≈ρ。P 力可分解為法向河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)39分力 P1 和徑向分力 P2。圖 3－2 受力分析從圖上知，對(duì)任一個(gè)葉片來(lái)說(shuō)， sin()F????徑 ＝＝1597.8sin（71.236）＝1506 N。i軸 ＝＝1597.8 cos（71.236）＝511.6 N。對(duì)對(duì)整根軸來(lái)說(shuō) ＝511.6 9＝4604.6 N 。軸 ?因?yàn)?/ =0.34
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