無軸攪拌機的結構設計【21張CAD圖紙】

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1 目錄 摘要 .3 ABSTRACT .4 第 1章 緒論 .1 1.1無軸式攪拌機研究發(fā)展現狀 .1 1.2無軸式攪拌機與臥軸攪拌主機相比具有的優(yōu)越性 .2 1.3 無軸式攪拌機主要技術要素 .3 1.4課題研究背景及意義 .3 1.4.1課題研究背景 .4 1.4.2題研究意義 .4 第 2章 設計方案擬定 .5 2.1攪拌機的工作原理 .5 2.2無軸攪拌機的主要參數 .5 2.3無軸攪拌機參數選取的準則 .6 2.4攪拌葉片的設計 .7 第 3章 無軸攪拌機的結構設計 .8 3.1 無軸攪拌機的結構 .8 3.2電動機的選擇 .8 3.3聯軸器的選擇 .9 3.4軸承的選擇 .9 3.5鍵的選擇 .10 3.6攪拌端軸的選擇 .10 3.7 機座的設計 .11 3.8攪拌器的設計 .11 3.9 攪拌桶的設計 .14 3.10料斗的設計 .15 第 4章 攪拌機的推車設計 .17 4.1 推車的簡述 .17 4.2推車結構設計 .18 4.2.1底盤的設計 .18 4.2.2夾緊裝置的設計 .19 2 致謝 .23 參考文獻 .24 3 摘要 隨著我國經濟建設和科學技術的迅速發(fā)展，基礎性建設規(guī)模的不斷擴大和生產自 動化更多的用于生產，建筑機械在經濟建設中起著越來越重要的作用?；炷翑嚢柙O 備是建筑機械中的一個重要代表，它是混凝土生產的一個關鍵設備。由于混凝土攪拌 設備的工作對象是砂石和水泥等混合料，并且用量大，工作環(huán)境惡劣。因此混凝土攪 拌設備在向高技術、高效能、自動化、智能化的方向發(fā)展有很大的必要性。雖 然 物料 搬運技 術 不 斷 發(fā) 展 ， 但 推 車 仍 作 為 不 可 缺 少 的 搬 運 工 具 而 沿 用 至 今 。 推 車 在 生 產 和 生 活 中 獲 得 廣 泛 應 用 是 因 為 它 造 價 低 廉 、 維 護 簡 單 、 操 作 方 便 、 自 重 輕 ， 能 在 機 動 車 輛 不 便 使 用 的 地 方 工 作 ， 在 短 距 離 搬 運 較 輕 的 物 品 時 十 分 方 便 。 本次設計主要包含攪拌桶設計、螺旋輸送機的設計等。依據國家的相關標準，在 零部件、材料、結構工藝等方面設計出結構合理的、滿足要求生產需要的混凝土攪拌 設備。重點研究攪拌桶和攪拌葉片的設計、制造。對的涉及的零部件進行設計、校核， 對各部件提出細化的參數內容，待各零件的尺寸正式確定后，進行總體布置，滿足各 種要求并用 SOLIDWORK 建模，繪制各零件二維圖。 關鍵詞：無軸攪拌機、螺旋、設計 4 Abstract As Chinas economic construction and the rapid development of science and technology, basic construction scale continuous enlargement and production automation more for production, construction machinery on economic construction plays a more and more important role. Concrete mixing equipment is an important representative construction machine, it is one of the key equipment concrete production. Because concrete mixing equipment work object is sand and cement mixture, and dosage is big, working conditions. So in concrete mixing equipment to the high technology, high efficiency, automation, intelligent direction has great necessity. Although material handling technology develops ceaselessly, but still as indispensable cart handling tools and continue to use up to now. Carts in production and life were widely available because it low cost, convenient operation, simple maintenance and light weight, can in motor vehicle inconvenience used in place of work, in short handling lighter goods is very convenient. This design mainly included bone bunker design, screw conveyor design, etc. On the basis of the national standards, in parts, materials and structure technology designed structure reasonable and meet the requirements of production need concrete mixing equipment. Key research power house and bone bin of design, manufacturing. The parts were involved in the design, checking, put forward the thinning of parts for various parts, parameters of content, size officially decided after general layout, meet various requirements 5 and all parts, SOLIDWORK modeling two-dimensional chart drawing. Keywords: shaftless mixer, spiral, design 1 第 1 章 緒論 1.1無軸式攪拌機研究發(fā)展現狀 混 凝 土 攪 拌 機 是 把 水 泥 、 砂 石 骨 料 和 水 混 合 并 拌 制 成 混 凝 土 混 合 料 的 機 械 。 主 要 由 拌 筒 、 加 料 和 卸 料 機 構 、 供 水 系 統(tǒng) 、 原 動 機 、 傳 動 機 構 、 機 架 和 支 承 裝 置 等 組 成 。 混 凝 土 攪 拌 機 ， 包 括 通 過 軸 與 傳 動 機 構 連 接 的 動 力 機 構 及 由 傳 動 機 構 帶 動 的 滾 筒 ， 在 滾 筒 筒 體 上 裝 圍 繞 滾 筒 筒 體 設 置 的 齒 圈 ， 傳 動 軸 上 設 置 與 齒 圈 嚙 合 的 齒 輪 。 本 實 用 新 型 結 構 簡 單 、 合 理 ， 采 用 齒 輪 、 齒 圈 嚙 合 后 ， 可 有 效 克 服 雨 霧 天 氣 時 ， 托 輪 和 攪 拌 機 滾 筒 之 間 的 打 滑 現 象 ； 采 用 的 傳 動 機 構 又 可 進 一 步 保 證 消 除 托 輪 和 攪 拌 機 滾 筒 之 間 的 打 滑 現 象 。 自 落 式 攪 拌 機 有 較 長 的 歷 史 ， 早 在 20 世 紀 初 ， 由 蒸 汽 機 驅 動 的 鼓 筒 式 混 凝 土 攪 拌 機 已 開 始 出 現 。 50 年 代 后 ， 反 轉 出 料 式 和 傾 翻 出 料 式 的 雙 錐 形 攪 拌 機 以 及 裂 筒 式 攪 拌 機 等 相 繼 問 世 并 獲 得 發(fā) 展 。 自 落 式 混 凝 土 攪 拌 機 的 拌 筒 內 壁 上 有 徑 向 布 置 的 攪 拌 葉 片 。 工 作 時 ， 拌 筒 繞 其 水 平 軸 線 回 轉 ， 加 入 拌 筒 內 的 物 料 ， 被 葉 片 提 升 至 一 定 高 度 后 ， 借 自 重 下 落 ， 這 樣 周 而 復 始 的 運 動 ， 達 到 均 勻 攪 拌 的 效 果 。 自 落 式 混 凝 土 攪 拌 機 的 結 構 簡 單 ， 一 般 以 攪 拌 塑 性 混 凝 土 為 主 。 強 制 式 攪 拌 機 從 20 世 紀 50 年 代 初 興 起 后 ， 得 到 了 迅 速 的 發(fā) 展 和 推 廣 。 最 先 出 現 的 是 圓 盤 立 軸 式 強 制 混 凝 土 攪 拌 機 。 這 種 攪 拌 機 分 為 渦 槳 式 和 行 星 式 兩 種 。 19 世 紀 70 年 代 后 ， 隨 著 輕 骨 料 的 應 用 ， 出 現 了 圓 槽 臥 軸 式 強 制 攪 拌 機 ， 它 又 分 單 臥 軸 式 和 雙 臥 軸 式 兩 種 ， 兼 有 自 落 和 強 制 兩 種 攪 拌 的 特 點 。 其 攪 拌 葉 片 的 線 速 度 小 ， 耐 磨 性 好 和 耗 能 少 ， 發(fā) 展 較 快 。 強 制 式 混 凝 土 攪 拌 機 拌 筒 內 的 轉 軸 臂 架 上 裝 有 攪 拌 葉 片 ， 加 入 拌 筒 內 的 物 料 ， 在 攪 拌 葉 片 的 強 力 攪 動 下 ， 形 成 交 叉 的 物 流 。 這 種 攪 拌 方 式 遠 比 自 落 攪 拌 方 式 作 用 強 烈 ， 主 要 適 于 攪 拌 干 硬 性 混 凝 土 。 連 續(xù) 式 混 凝 土 攪 拌 機 裝 有 螺 旋 狀 攪 拌 葉 片 ， 各 種 材 料 分 別 按 配 合 比 經 連 續(xù) 稱 量 后 送 入 攪 拌 機 內 ， 攪 拌 好 的 混 凝 土 從 卸 料 端 連 續(xù) 向 外 卸 出 。 這 種 攪 拌 機 的 攪 拌 時 間 短 ， 生 產 率 高 、 其 發(fā) 展 引 人 注 目 。 隨 著 混 凝 土 材 料 和 施 工 工 藝 的 發(fā) 展 、 又 相 繼 出 現 了 許 多 新 型 結 構 的 混 凝 土 攪 拌 機 ,如 蒸 汽 加 熱 式 攪 拌 機 ,超 臨 界 轉 速 攪 拌 機 ， 聲 波 攪 拌 機 ， 無 攪 拌 葉 片 的 搖 擺 盤 式 攪 拌 機 和 二 次 攪 拌 的 混 凝 土 攪 拌 機 等 。 20世紀 2 70年代未至 80年代初，我國為適應建筑業(yè)商品混凝土大規(guī)模發(fā)展的需要，在引進國外 樣機的基礎上，有關院所廠家陸續(xù)開發(fā)了新一代 Jz型雙錐自落式攪拌機、D 型單臥軸 強制式攪拌機。其中，JS 型雙臥軸攪拌機在 80年代初研制成功。80 年代末，我國混 凝土攪拌產品開發(fā)重點轉向商品混凝土成套設備，研制出了 10多種混凝土攪拌樓(站)。 經過引進吸收、自主開發(fā)等幾個階段，到本世紀初，國內混凝土攪拌機技術得到長足 發(fā)展，在產品規(guī)格和生產數量上，都達到了一定規(guī)模，出現了一批具有自主知識產權 的新技術，逐步形成了一個具有一定規(guī)模和競爭能力的行業(yè)。2006 年，我國生產裝機 容量 0.56m3 的攪拌站 2100多臺，已成為混凝土攪拌設備的生產大國。 自上世紀八十年代初最早開始研制 JS系列雙臥軸強制式混凝土攪拌主機，至今， 已研制生產從 JS35JS6000 系列攪拌主機，一直處于國內領先水平，特別是自 2000 年采用 PRO/E三維軟件，對攪拌主機系列進行優(yōu)化設計，對攪拌裝置進行了運動分析 和受力分析，大大提高產品的可靠性，達到國際先進水平。這些產品的研制，基本滿 足了商品混凝土發(fā)展的需求，但隨著主機市場的進一步拓展，對新型主機的需求越來 越迫切。無軸式攪拌機在國外也處在研究發(fā)展階段。圖 1-1為無軸式混凝土攪拌機簡 圖。 圖 1-1無軸式混凝土攪拌機簡圖 1.2 無軸式攪拌機與臥軸攪拌主機相比具有的優(yōu)越性 無軸式攪拌機與臥軸攪拌主機(如圖 1-2)相比有以下一些優(yōu)點： （1）解決了混凝土攪拌中普遍存在的抱軸問題。 3 （2）避免了因攪拌臂自重而產生的彎矩。 （3）避免了因攪拌臂的布置所產生的偏心力對軸端的沖擊，延長了軸端密封的使用壽 命。 （4）臥軸攪拌機的攪拌臂與連接套數量較多，占用罐腔的空間大，減少了罐腔的有效 容積，無軸攪拌機攪拌裝置結構輕巧，構思靈活，采用簡單而流暢的螺旋帶臂座，有 效提高了罐腔的有效幾何容積。 （5）無軸式攪拌機無需更換攪拌臂，維修方便，降低了工人的勞動強度。 （6）減少了因抱軸所需的沖洗次數，節(jié)約了用水，而且減少了環(huán)境污染，節(jié)約了成本。 （7）無軸式攪拌機與相同機型的雙臥軸強制式混凝土攪拌主機相比，其結構特點決定 了其能耗低，生產效率高。 （8）無軸式攪拌機與其它相同機型的攪拌主機相比具有更廣闊的應用領域，廣泛應用 在建筑、建材、化工等領域。 1.3 無軸式攪拌機主要技術要素 （1）攪拌裝置中無攪拌通軸，葉片直接聯接在螺帶式臂座上，整體結構簡單輕巧，避 免了物料抱軸，提高了水泥利用率。 （2）無軸式攪拌機因其獨特的無軸結構，減少了攪拌過程物料對軸端的沖擊，避免了 攪拌裝置因自重所產生的偏心力。 （3）主機通過帶傳動帶動行星減速機，從而帶動兩條攪拌臂，由同步聯軸器來實現兩 攪拌臂的反向同速，攪拌臂上以螺旋帶形式分布的攪拌葉片，使物料流一邊沿軸的徑 向回轉，一邊水平和徑向移動，從而產生強烈的擠壓、對流運動，并以最短的時間生 產出勻質混合物料。 （4）產品主要用于生產各種標號的混凝土，即可生產從干硬性到低塑性的混凝土，其 骨料可以是碎石或卵石。它主要用作各種混凝土生產線及混凝土攪拌站、攪拌樓的配 套主機，也可廣泛應用到建材、化工、環(huán)保等領域，如人造大理石、垃圾固化處理等 設備。 1.4 課題研究背景及意義 1.4.1 課題研究背景 隨著經濟建設的同益發(fā)展，國家不斷加快城市建設和基本建設，西部大開發(fā)、西 4 氣東輸、南水北調和奧運工程等一大批國家重點建設項目全面展開，國內對無軸攪拌 設備的需求量隨之增加。這為無軸攪拌行業(yè)提供了巨大的發(fā)展商機。商品混凝土的大 力推廣和工程建設施工的高質量化、高效率化和高效益化，從客觀上推動了無軸攪拌 質量、攪拌設備在使用性能與技術水平方面的迅速提高和發(fā)展。此外，從市場需求看， 隨著高速公路和高速鐵路建設的加快，用戶對施工質量的要求越來越高，一些傳統(tǒng)攪 拌設備已無法滿足越來越高的施工要求。 1.4.2 題研究意義 本課題通過理論分析，針對無軸攪拌機主要參數進行理論分析；確定攪拌機主要參 數，完成課題研究內容，為無軸攪拌機的設計提供參考。重點需要解決的問題是攪拌 機中螺旋葉片的設計。利用SOLIDWORK完成各部分設計，并在此基礎上完成二維工程圖 的設計。要求圖樣繪制及標識符合國家標準。圖面布局和比例合理、圖線清晰、表達 正確。 5 第2章 設計方案擬定 2.1攪拌機的工作原理 從本質上來講攪拌過程就是在流體場中進行單一的動量傳遞或者是包括動量，熱 量，質量傳遞的過程，而攪拌機就是通過使攪拌介質獲得適宜的流動場而向其輸入機 械能量的裝置。 攪拌過程為：電機通過減速機變速后帶動攪拌器在一定轉速下旋轉，根據攪拌機 速度的不同，自葉輪處派出不同速度的流體，這股運動流體同時吸引夾帶著周圍的液 體，使得周圍的靜止流體或低速流體卷入其中，從而合成一股復雜的運動流體。這股 合成的運動流體既有水平循環(huán)流動，又有沿壁面及攪拌軸的上下循環(huán)流動，這種循環(huán) 流動，能夠設計攪拌罐內較大的范圍，起著體積循環(huán)的作用 。 從葉輪排除的液體把來自葉輪的能量傳遞到罐內介質，同時將罐內液體順次循環(huán) 到具有攪拌作用的葉輪近旁。由于瞬時速度波動會產生湍動，渦流等不規(guī)則移動，制 件崩解并且和周圍的流體混合，其結果流體本身以及所包含的熱量，質量和能量也都 隨之向周圍移動，從而促進由于局部混合，異相間界面更新等引起整體液流的傳質均 質作用。教版操作多種多樣，攪拌介質差別也很大，各工藝過程對攪拌過程的要求也 不盡相同，這些都要求不同型式的攪拌機與之相適應。各種攪拌機在配合各種可控制 流動狀態(tài)的附件后，更難能使流體狀態(tài)以及供給能量的情況出現多種變化，更有利于 強化不同的攪拌過程。 2.2無軸攪拌機的主要參數 本文以目前廣泛使用的無軸攪拌機為主，對攪拌裝置幾何和運動參數的合理取值范 圍進行分析和試驗研究。攪拌裝置參數主要有：攪拌臂的排列、攪拌葉片的斜置角度、 拌筒的長寬比及攪拌線速度等，其如圖2-1所示，攪拌簡結構尺寸，螺旋葉片截面示意 圖。 6 圖2-1 攪拌簡結構尺寸，螺旋葉片截面示意圖 2.3無軸攪拌機參數選取的準則 目前國內外廣泛使用的自落式和強制式攪拌機己沿用了50余年。但在攪拌機設計 和使用中，仍采用類比法這樣的經驗方法，缺乏合理性；由于對攪拌過程的機理研究 不夠，對如何選擇這一參數，說法不一，缺乏科學性；在攪拌過程中，混合料的物理 一化學性能都發(fā)生了變化，這一過程極其復雜而影響因素又較多，但由于對諸參數綜 合優(yōu)化的試驗研究不深入，且設計和使用者在選擇轉速值時缺少依據。攪拌機是混凝 土制備設備的心臟，它必須滿足攪拌質量與攪拌效率等性能要求。攪拌質量就是生產 出符合國家標準要求的新拌混凝土；攪拌效率就是在滿足攪拌質量的前提下，攪拌時 間要盡量短，以提高設備的生產率和設備的利用率，降低生產成本。百年大計，質量 第一。混凝土是重要的建筑材料，新拌混凝土質量是對攪拌機性能的最基本的要求， 也是首要的性能要求。混凝土質量用其宏觀及其微觀均勻度來評價，宏觀均勻性用拌 和物中砂漿密度的相對誤差 O.8和粗骨料質量的相對誤差 G5來衡量，微觀M 均勻性用混凝土強度的平均值 ，標準差 和離差系數C 來衡量。 值越高， 、CRvR 值越小，說明混凝土質量越好；反之亦然。因此，攪拌機械應在保證新拌混凝土質量v 滿足國家標準要求的前提下高效節(jié)能的工作，這就是確定攪拌機合理參數的準則。 攪拌機在設計和使用中主要參數的選取準則也可用數學表達式來表示。文獻1】 中對攪拌攪拌過程進行綜合模擬，給出了攪拌機參數優(yōu)化的目標函數： t0,1t0,1 式中，攪拌的平均時間f的角標表示拌缸(或拌筒 )三維坐標(x，y，z)或(z，r， )及t1,0 其順序。該式的物理意義是：合理的攪拌機參數應保證在滿足給定的均勻度指標的前 提下，在拌缸內各個方向的攪拌時間相接近。這時選取的攪拌機的主要參數較合理。 7 可調整攪拌機的參數，使其趨于合理。在不同的攪拌時間，按三維坐標方向測攪拌的 均勻度就可知道，在所有方向都達到給定的均勻度的時間。一般來說，在三個方向同 時都達到給定的均勻度指標是不可能的，總會有先有后。應根據實驗結果，調整攪拌 機結構及相應的參數，使得能夠在攪拌室內所有方向上能接近同時達到給定的均勻度。 2.4攪拌葉片的設計 本設計的攪拌葉半使用螺旋葉片。攪拌葉片的形狀是根據拌簡直徑、葉片角度(軸 向和徑向斜置角度度)、葉片在軸向和徑向所占攪拌區(qū)域長度和葉片設定高度等參數設 計的。其中，側攪拌葉片分左旋和右旋兩種。攪拌葉片的外緣利用拌簡直徑構成的圓 柱體，通過曲線擬合得到?？紤]葉片直接安裝或者焊在拌筒內壁使其成變間隙的螺旋 軌道，見圖2-2。先接觸物料的前端間隙小于后端，利于集料一旦被卡后的釋放。 圖2-2 螺旋葉片示意圖 對于攪拌葉片的安裝設計，則都采用了抱瓦結構，通過螺栓的央緊作用分別固定 在相應的攪拌捅上。根據拌筒長寬比的不同和試驗研究的要求，攪拌葉片的數量可以 相應的增減。 8 第3章 無軸攪拌機的結構設計 3.1 無軸攪拌機的結構 無軸攪拌機(如圖 3-1所示)主要由攪拌裝置，攪拌桶和兩大部分組成: (1)攪拌裝置：包括傳動裝置，攪拌軸和攪拌器。攪拌過程通常由電機經過減速器減速 后再由聯軸器連接攪拌軸來帶動固定在軸上的齒輪轉動。 (2)攪拌桶：包括桶體和附件。桶體為攪拌提供一個進行空間的容器。 圖 3-1 攪拌機的外形結構 3.2 電動機的選擇 設定攪拌速率為 n1=60r/min；總傳動比為 i=16。則電動機轉速 n2=n1*i=60*16r/min=960r/min。 設攪拌機內阻力 F=3KN,傳動線速度 V=1.55m/s；則由 p1=F*V/1000（KW） =3*1.55*1000/1000=4.65KW 所以由 p2=p1/1?？汕蟮?p2 查表知齒輪聯軸器的效率為 2=0.99，彈性聯軸器效率 3=0.9927，滾動軸承效率 4=0.985，閉式圓柱齒輪效率 5=0.975。 解得 1=2*3*43*52=0.8927 從而解得 p2=p1/1=5.21KW 查表選擇電動機：YB 系列 1000r/min，電動機具體型號為 YB160M4,額定功率為 9 7.5KW，滿載轉速為 970r/min. 滿載電流：17A 滿載時效率：86% 滿載時功率因數：cos=0.78 堵轉電流/額定電流：6.5A 堵轉轉矩/額定轉矩：2.0 最大轉矩/額定轉矩：2.0 凈重：119KG 3.3 聯軸器的選擇 剛性聯軸器和撓性聯軸器。剛性聯軸器又可根據結構特點分為固定式和可移式。 固定是屬于完全剛性聯接，它要求被聯接的兩軸中心線嚴格對中；可移式僅在傳動方 向上是剛性聯接，而其他方向上允許兩軸有一定的安裝誤差，即對兩軸間的安裝誤差 有一定的補償能力。撓性聯軸器用于兩軸有相對位移（軸向、徑向、角位移和綜合位 移）的地方。它具有隔振、緩沖振動的能力，海爾可以補償兩軸間的安裝誤差。撓性 聯軸器又有無彈性元件和含金屬、非金屬彈性元件之分，后兩種統(tǒng)稱為彈性聯軸器。 對于載荷平穩(wěn)、轉速穩(wěn)定、同軸度好、無相對位移的可選用剛性聯軸器；有相對 位移的應選用無彈性元件的撓性聯軸器。對同軸度不易保證，載荷、速度變化較大的 場合，最好選用具有緩沖，減震作用的彈性聯軸器。對聯軸器的其他要求是裝拆方便， 尺寸較小、質量較輕、維護方便等。聯軸器的安裝位置應盡量靠近軸承。 3.4 軸承的選擇 常用的滾動軸承有深溝球軸承、圓錐滾子軸承、角接觸球軸承。其類型和特性見 下： (1)圓錐滾子軸承：極限轉速中；允許角偏差 2；主要特性應用:能承受較大的徑向、 軸向聯合載荷，因為線接觸，承載能力大于角接觸軸承，內外圈可分離，裝載方便，通 常成對使用。 (2)深溝球軸承：極限轉速高；允許角偏差 816；主要特性應用:主要承受徑向載荷， 同時也能承受一定量的軸向載荷。當轉速很高而軸向載荷不大的時候，可替代推力球軸 承，承受純軸向載荷，當承受純徑向載荷時，a=0。 (3)角接觸球軸承：極限轉速較高；允許角偏差 210；主要特性應用:能同時承受徑向 10 軸向聯合載荷，公稱接觸角越大，軸向承載能力也越大。通常成對使用，可以分裝于兩 個支點或同裝于一個支點上。根據上面比較及減速器的計算要求，選用 6207深溝球軸承。 3.5 鍵的選擇 鍵主要用來實現軸和軸上零件之間的周向固定以傳遞轉矩。鍵是標準件，分為平鍵、 半圓鍵和楔鍵等。本次設計中采用平鍵聯接。平鍵的特點和應用如下所示， 類型：普通平鍵 GB/T10962003 薄型平鍵 GB/T156779 特點和應用：靠側面?zhèn)鬟f扭矩，對中好，易拆卸。無軸向固定作用。精度較高。用于 高速軸或受沖擊，正反轉均合。薄型平鍵用于薄壁結構和傳動距較小的傳動。 3.6 攪拌端軸的選擇 （1）選擇材料，確定需用應力 攪拌端軸的材料通常選用 45 鋼，有時候還需要適當的熱處理，以提高軸的強度和 耐磨性。對于要求較低的攪拌軸可采用普通碳素鋼制造。本次設計中攪拌軸采用 45 剛： T=30MPa （2）攪拌端軸強度計算 軸的扭轉強度條件：T max=MT/WT 式中 Tmax 為軸橫截面上的最大剪應力，MPa；M T 為軸傳遞的扭矩，N*m；W 為軸的 抗扭截面模量，m 3；T為降低后的材料許用應力，MPa 。 MT=9.55*106*P3/n3=755920N*m 由公式：d365*（P/nT） 1/3=50.44mm 取 d=51mm （3）攪拌端軸剛度計算 一般情況下攪拌軸依靠減速機內的一對軸承支承，但是由于攪拌軸往往較長， 因而運轉時容易發(fā)生振動，將軸扭彎甚至完全破壞。 為保持懸臂攪拌軸的穩(wěn)定，懸臂軸長度 L1、攪拌軸直徑 d、兩軸承制件的距離 B 應滿足一下關系： L1/B45 L1/d 4050 當軸直徑余量較大，攪拌器經過平衡及低速時 L1/B 和 L1/d 取偏大值。 11 3.7 機座的設計 自 落 式 攪 拌 機 的 傳 動 裝 置 通 過 機 座 安 裝 在 整 個 機 器 上 ， 機 座 內 應 留 有 足 夠 位 置 以 容 納 聯 軸 器 等 部 件 ， 并 保 證 安 裝 操 作 所 需 要 的 空 間 。 本 設 計 中 采 用 冷 彎 等 邊 槽 鋼 骨 焊 接 而 成 的 骨 架 結 構 ， 槽 鋼 主 要 用 于 建 筑 結 構 、 車 輛 制 造 和 其 它 工 業(yè) 結 構 ， 槽 鋼 還 常 常 和 工 字 鋼 配 合 使 用 。 槽 鋼 按 形 狀 又 可 分 為 4 種 ： 冷 彎 等 邊 槽 鋼 、 冷 彎 不 等 邊 槽 鋼 、 冷 彎 內 卷 邊 槽 鋼 、 冷 彎 外 卷 邊 槽 鋼 。 其 結 構 如 下 圖 3-2 所 示 ： 圖 3-2機座的外形結構 根據資料查的槽鋼的規(guī)格為 220*79*9型號為 22#B其總長為 1800mm，寬為 1526mm。 3.8 攪拌器的設計 攪拌器又被稱為葉輪或槳葉，它是攪拌設備的核心部件。根據攪拌器的攪拌釜內 產生的流型，攪拌器基本上可以分為軸向流和徑向流兩種。攪拌器是使攪拌介質形成 適宜的流動狀態(tài)而向其輸入機械能裝置。攪拌器通常自攪拌釜頂部中心垂直插入釜內， 有時也采用側面插入，底部深入或側面伸入方式。應依據不同的攪拌要求選擇不同的 安裝方式。不同介質通過攪拌使其彼此間相互分散以達到均勻混合，提高化學反應， 傳質和熱傳遞速率的目的。 (1)攪拌器的類型和流型 攪拌器的形式很多，常用的攪拌器有槳式、渦輪式、推進式、錨式和框式、螺桿 式、螺帶式等。攪拌器的主要部件是槳葉。槳葉的形狀按攪拌器的運動方向與槳葉表 12 面的角度可分為三類：平葉、折葉和螺旋葉片。本裝置采用螺桿螺旋葉。如圖所示： 圖 3-3 螺桿螺旋葉外形結構 (2)采用螺旋葉片的原因：由于本次設計攪拌裝置要實現正轉攪拌翻轉出料的要求設計， 所以采用螺旋葉片。并且考慮傳動，我將葉片與攪拌桶內壁焊成一個整體。 (3)攪拌附件擋板：擋板的作用是將環(huán)向流動轉變?yōu)檩S向流動和徑向流動，從而限制了 流體的流型，增大被攪拌液體的湍流流動程度，加強攪拌效果。 無軸攪拌葉片的設計計算如下： w為葉片的寬度，b為叫片的高度，R為攪拌軸總成的最大旋轉半徑。設葉片從剛丌 始推料到從物料中轉出來，攪拌桶需要轉過秒角度，一個葉片轉動一周，排出的物料 量P等于以S的面積繞攪拌軸轉動秒弧度排出的體積，所以： p= *R 一(R一6) *w*cos * （3.1） 22036 p= *b*cos * (2R-b)/360 （3.2）0 式中： p葉片旋轉一周排出的物料體積，m3； R攪拌桶總成的旋轉半徑，m； 葉片的軸向斜置角度度； w葉片的寬度，m； b葉片的高度，m； 葉片從入料到出料旋轉過的角度。 將S=w*b代入(3.2)式得: 13 p= *S*cos * (2R-b)/360 （3.3） 0 攪拌桶攪拌一周，無軸攪拌機所有葉片推動的物料量總和G： G=4p +2(n-2)*p (3.4)01 式中：p 返回葉片排出的物料量，m3； p 主葉片(內容較多，詳見參考文獻1、2)排出的物料量，m3； G攪拌桶旋轉一周，攪拌機所有葉片推動物料量總和，m3； n葉片個數。 由于攪拌機的工作條件不變，攪拌過程是一個周期性穩(wěn)態(tài)運動過程，所以角度p總 是在一個平均值附近上下起伏，式中的 就取這個平均值。容積利用系數K決定著 的 大小，K一定時，由式(3.3)可以看出，在 、K、 和S一定的情況下，p都有唯一的對 應值。設 =G/V （3.5） 式中：V攪拌機的出料容積，m3； 攪拌桶攪拌一周，葉片推動物料總量占出料容積的比值。 設計攪拌機時，若葉片面積S、葉片個數n和容積利用系數K三者之間匹配合理， 就有一個較優(yōu)值與之對應，將這些值 與S、n、K作成對應曲線，可以指導攪拌機的 設計。攪拌機工作時，拌缸內的攪拌葉片應推動混合料沿拌缸的縱向和橫向循環(huán)運動， 實現混合料在三維空間內的流動。當斜置角度 過小時，葉片主要帶動混合料圍繞攪 拌軸轉動，而缺乏必要的軸向運動；極限情況是當 =0時，攪拌葉片變成和軸平行的 一塊平板，不起攪拌作用。當斜置角度 過大時，葉片推動混合料的橫向運動就很弱； 當 =90 時，葉片就成為與攪拌軸垂直的平板，和 =0 時一樣也喪失了攪拌功能。因0 0 此，攪拌葉片一定要相對于攪拌軸成一定角度安裝。為了使混合料的橫向和軸向運動 都較大，目前國內外葉片斜置角度的常用值為 =45 。0 若將某一瞬間攪拌葉片對某單元混合料的作用情況簡化為圖4-1所示，可以看出， 要使混合料能夠沿葉片寬度方向運動，實現軸向運動，必須滿足F F 0，即1f F*tg -F*f0,于是得到條件式： arctgf (3.6) 式中，F驅動力，可在葉片表面分解為F =Ftga和F =Fcosa；12 14 F 混凝土與葉片表面間的摩擦力，F =Ff，f為混凝土對鋼的摩擦系數；F 對于普通的塑性混凝土，若取 f=062 時， 31 。葉片的橫向攪拌速度系數 b 就是0 1 0 時密實核心的截面積與 =0 時最大面積之比:0 0 b =S/S 即b =1- (3.7)1max12sin 葉片的軸向攪拌速度系數b 就是兩側棱在攪拌軸上的投影差與葉片在攪拌桶上投1 影之比: b = 即b = (3.8)1021tg 為了兼顧混合料在橫向和軸向都有較大的運動速度，葉片的斜置角度應使總的攪 拌速度系數b具有最大值?？倲嚢杷俣认禂礲為： B= b b =（1- ）* （3.9）12cosintg 令b( )=0,得到b( )= =0,sin)co1(-i2t+ 即 )=0 （4.0）cos1(sin-22+ 當 =55 -70 時，得到 =31 -4000 用直紋螺旋面，前、后錐葉片母線為等角對數螺旋線，圓柱段母線采用阿基米德 螺旋線，接頭處進行曲線擬合。本文以 8m3攪拌筒為例，根據對螺旋葉片形式和參數 的分析，在綜合考慮攪拌筒各部分的功能后，前錐段采用不等升角斜圓錐對數螺旋面 葉片，截面采用等寬度直紋螺旋面，寬度 430mm，葉片斜置角 35；圓柱段采用等升角 正螺旋面葉片，截面亦采用等寬度直紋螺旋面，寬度 430mm；后錐段采用不等升角斜圓 錐對數螺旋面葉片，截面采用不等寬度非直紋螺旋面。這樣處理能改善出料性能，減 小葉片的磨損，設計時保持葉片在任一截面處上、下部分寬度不變，漸變中部寬度， 內緣設計為一圓弧過渡，夾角恒為 135，斜置角為 35。 3.9 攪拌桶的設計 （1）攪拌桶的尺寸設計 桶體選擇圓柱圓錐形筒體組合樣式。桶體制造采用碳素鋼鋼板：Q235- 15 AE.GB912，板厚 =4mm；常溫下強度 b=375MPa， x=235Mpa。許用應力值 100C 時為 200Mpa。 桶體的基本尺寸：設桶體的直徑為 D1，高度為 H，容積為 V 及壁厚為 n。 根據設計要求一般攪拌器用于液-固或者液-液相物料時桶體直徑和高度應滿足：H/ D1=11.3；用于氣 -液相物料時應滿足：H/ D 1=12。所以取 H/ D1=1.3。 根據生產要求，攪拌機一次攪拌加料必須滿足充滿五個模具，根據砌塊制件 500 x500 x200的體積要求，推出一次攪拌量 V=500 x500 x200 x5mm3=0.25m3。而根據經驗， 攪拌空間因占實際桶體的 1/41/5左右，所以反推出桶體實際體積為 1 m31.25 m3。 根據軟件設計得出桶體外形如下圖所示： 圖 3-4攪拌桶外形結構 圓柱尺寸 1400 x700mm，圓錐直徑 1400 x700 x500mm。攪拌桶壁厚 4mm。 （2）開孔補強 為了方便維修和檢查設備內部空間，以及安裝和拆卸設備的內部裝置，常在設備 上設置人孔與手孔，一般容器直徑大一等于 1000m 的應至少開設一個人孔，人孔的形 狀有橢圓形和長圓形兩種。人孔和手孔應盡量要小，以減少密封和減小對殼體強度的 削弱。人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。一般人孔有兩個手柄，容器使用過 程中，人孔需要經常打開時可選擇快開式結構人孔。 本次設計中選擇長圓形回轉快開人孔，人孔：PN6,400 x300.JB579-79。 3.10 料斗的設計 進料機構由上料斗、爬梯、接長軌道和落地軌道組成。進料斗的升降及爬翻動作， 16 由齒輪減箱的輸出軸通過軸端的進料離合器和鋼絲繩卷筒帶動，離合器由手動操縱桿 控制，料斗的上極限位置，由限位裝置自動脫開離合器。 (1)料斗制造采用碳素鋼鋼板：Q235-AE.GB912，板厚 =4mm；常溫下強度 b=375MPa， x=235Mpa。許用應力值 100C 時為 200Mpa。 (2)支撐架由角鋼焊接構成。角 鋼 俗 稱 角 鐵 、 是 兩 邊 互 相 垂 直 成 角 形 的 長 條 鋼 材 。 角 鋼 屬 建 造 用 碳 素 結 構 鋼 ， 是 簡 單 斷 面 的 型 鋼 鋼 材 ， 主 要 用 于 金 屬 構 件 及 廠 房 的 框 架 等 。 在 使 用 中 要 求 有 較 好 的 可 焊 性 、 塑 性 變 形 性 能 及 一 定 的 機 械 強 度 。 生 產 角 鋼 的 原 料 鋼 坯 為 低 碳 方 鋼 坯 ， 成 品 角 鋼 為 熱 軋 成 形 、 正 火 或 熱 軋 狀 態(tài) 交 貨 。 角 鋼 有 等 邊 角 鋼 和 不 等 邊 角 鋼 之 分 。 本 次 設 計 采 用 等 邊 角 鋼 。 規(guī) 格 為 “ 30303”。 結構如下圖 3-5 所示： 圖 3-5料斗外形結構 17 第 4 章 攪拌機的推車設計 4.1 推車的簡述 推車屬于小型車輛中不帶動力裝置的搬運車輛。廣泛的使用在工廠、車間、倉庫、 施工現場、露天料場、鐵路和航運貨場、商店以及醫(yī)院等場所。與人力搬運相比，推 車搬運具有能減輕重體力搬運工作、降低勞動強度、加快物料的流通、減少貨物的損 壞、提高運輸批量、降低運輸費用、保證搬運工作中的安全等優(yōu)點。 生產實踐證明。即使采用了綜合機械化運輸或連續(xù)運輸帶運輸，仍少不了用推車 做輔助運輸。因為采用推車運輸在很多場合既符合工作需要，同時亦能減輕勞動強度， 提高工作效率。 推車是以人力搬運物品的小型車輛，但是和其他搬運工具比較，它具有結構簡單， 制作方便，操作容易，使用靈巧，回轉半徑小，運行時無噪聲和其他公害，以及維修 簡單方便等顯著優(yōu)點。更由于車體小，對工作環(huán)境和條件差的場地具有較大的適應性 和靈活性，對搬運數量的增減具有機動性，尤其在搬運路線經常變動的情況下，能迅 速適應工作。 推車在機械制造工廠主要承擔廠內各個部門之間和廠房內部的各種原材料，毛坯 件，半成品，產品以及廢渣，切屑等的物料運輸。由于推車車體小巧，使用零紅，能 在狹窄的通道（如機械設備之間）運行，故能較好的滿足產品加工過程中的重復裝卸 與搬運的要求。 隨著機械制造業(yè)生產的專業(yè)化和產品的系列化，生產方式由多品種小量單批生產 發(fā)展到少品種大批量生產，給推車的改革以巨大的推動力。由于機械工廠可用推車搬 運的物料，在形狀和性質上是多種多樣的，為了縮短大量運件的裝卸時間，提高運送 工作效率，并為了滿足搬、運、裝、卸和堆砌作業(yè)的工藝要求，推車的車體形式的發(fā) 展具有如下幾個特點： 1. 搬運大批量具有特殊形狀的物件，應采用適合這種搬運目的的專用型推車。 2. 大量選用具有簡易手動提升裝置（液壓或機械升降）的手提車，以便把物件從裝 卸點運到貨車或貨架上。 3. 統(tǒng)一考慮運件的包裝設計（單元物件）與車體設計，使運件和車體有很好的結合 形式。 4. 應考慮推車的車體具有適應多種綜合作業(yè)的機能。 18 5. 推車與其他搬運工具（牽引桿、滑板、托盤、托架）配合成裝、卸、運輸、堆垛 儲存的搬運系統(tǒng)。 根據上述發(fā)展的特點，推車的車體形式必須向多樣化發(fā)展，才能適應目前運輸上 的廣泛需求。同時為了提高搬運效率，必須簡化搬運工作。因此，推車的裝卸操作必 須合理化。 推車一般可按車體形狀、裝載量、車體尺寸、車輪的構成及裝載形式來分類。由 于我國尚未制定出推車的分類標準，所以現有車型，基本上是單一品種。 推車在我國已得到廣泛的應用，目前的趨勢是，一方面通用型推車的種類規(guī)格正 在增多，使用規(guī)范愈來愈廣，另一方面正在向手動叉車、手動液壓搬運車和手動液壓 起重車的方向發(fā)展。 4.2 推車結構設計 本次設計本著滿足需求的要求上盡量簡單的原則，可將小車分解為三個部分：底 盤、鎖緊裝置和車輪。其結構如下圖 4-1 所示： 圖 4-1車外形結構 4.2.1 底盤的設計 底盤采用等邊角鋼結構焊接而成。角 鋼 可 按 結 構 的 不 同 需 要 組 成 各 種 不 同 的 受 力 構 件 ， 也 可 作 構 件 之 間 的 連 接 件 。 廣 泛 地 用 于 各 種 建 筑 結 構 和 工 程 結 構 ， 如 房 梁 、 橋 梁 、 輸 電 塔 、 起 重 運 輸 機 械 、 船 舶 、 工 業(yè) 爐 、 反 應 塔 、 容 器 架 以 及 倉 庫 貨 架 等 。 角 鋼 屬 建 造 用 碳 素 結 構 鋼 ， 是 簡 單 斷 面 的 型 鋼 鋼 材 ， 主 要 用 于 金 屬 構 件 及 廠 房 的 框 架 等 。 在 使 用 中 要 求 有 較 好 的 可 焊 性 、 塑 性 變 形 性 能 及 一 定 的 機 械 強 度 。 生 產 角 鋼 的 原 料 鋼 坯 為 低 碳 方 鋼 坯 ， 成 品 角 鋼 為 熱 軋 成 形 、 正 火 或 熱 軋 狀 態(tài) 交 貨 。 其 結 構 如 圖 4-3 所 示 : 19 圖 4-2 角鋼結構底盤外形結構 其總長為 1400mm，寬為 400mm。采用規(guī)格為 30303 的 角 鋼 焊 接 而 成 ， 中 間 兩 條 角 鋼 長 度 1100 mm，其作用為定位。前后部分焊接 8mm厚的鋼板，用來固定把手、 萬向輪以及鎖緊裝置。 4.2.2 夾緊裝置的設計 夾緊裝置的組成 （1）力源裝置：產生夾緊力的裝置 （2）夾緊元件：壓緊工件的元件 （3）中間遞力機構：介于（1） （2）之間的機構 作用： （1）改變夾緊作用力的方向； （2）改變夾緊作用力的大小； （3）保證安全自鎖。 夾緊裝置的基本要求 （1）工件不移動原則； （2）工件不變形原則； （3）工件不振動原則； （4）安全、省力、方便； （5）自動化、復雜化程度與生產綱領相一致。 要求（1）在粗加工時候考慮，要求（2） 、 （3）主要在精加工時候考慮。 設計和選用夾緊裝置的關鍵是如何正確施加夾緊力 Fw,也就是如何確定夾緊力的大 小、方向、作用點。 20 圖 4-3夾緊力的方向應有助于定為 a）錯誤，b）正確 圖 4-4夾緊力應指向主要定位基面 b） 、c）錯誤，d）正確 結論：主要夾緊力方向應盡量垂直主要定為面； 加工時的力應盡量傳給夾具體； 夾緊力的方向應是工件剛度較高的方向； 夾緊力作用點應落在定位元件支承范圍內。 與夾緊力大小有關的準則 夾緊力過小夾緊不可靠工件產生移動，破壞定位； 夾緊力過大變形增大 jj增大。 夾緊力大小的確定 理論夾緊力：F w根據切削力 F按靜力平衡求的； 實際夾緊力：F WK=KFW K粗加工為 2.53；精加工為 1.52。 其他準則 21 （1）定位的夾緊力先動作，夾緊的夾緊力后動作。如圖所示： 圖 4-5 定位夾緊力先動作 （2）夾緊元件只有在夾緊方向上移動，夾緊過程中才不致破壞定位。如圖所示： 圖 4-6 夾緊元件在夾緊方向上移動 綜上考慮，在本次設計中，采用螺紋夾緊裝置，具體結構如圖所示： 圖 4-7 夾緊裝置外形結構 22 結論 本文設計了一整套的無軸攪拌機的設計，利用 SOLIDWORK完成各部分設計，并在 此基礎上完成二維工程圖的設計。要求圖樣繪制及標識符合國家標準。圖面布局和比 例合理、圖線清晰、表達正確。所設計的無軸攪拌機具有工程意義，可以在實踐中使 用。 僅憑課本的理論知識是不容易解決的，需要很多的設計經驗來支持，例如，工程 設計和工業(yè)設計區(qū)別確實很大，工業(yè)設計也許能夠天馬行空，但是工程上的設計卻更 多的需要經驗，什么都需要依據標準來定，要考慮很多問題，比如經濟的可實現性， 裝配關系的可實現性，材料的選擇，聯接關系的選擇，以及結構的安全性等等問題， 在這些問題都考慮全面之后，才能進行所謂的方案最優(yōu)化的選擇。從陌生到接觸，從 了解到熟悉，這是每個人學習事物所必經的一般過程，通過本次設計對石膏攪拌及運 輸系統(tǒng)的認識過程亦是如此。經過自己三個多月的努力，通過參考、查閱各種有關無 軸攪拌設計方面的資料，請教各位老師有關無軸攪拌設計方面的問題，對無軸攪拌設 計的過程的有了質的認識和對無軸攪拌設計中的常見問題有了全面的了解。 由于時間和經驗的限制，本設計難免有疏忽之處，敬請讀者指出并改正。 23 致謝 這段時間以來，在導師 xxx教授的悉心指導下，這次畢業(yè)設計終于較為順利地完 成了。幾個月的時間里，從課題的選定、資料的收集、課題的具體設計到論文的審定 改進，xxx 老師都給與了極大的幫助，傾注了大量的心血；在 xxx老師的指導下，學生 不僅開拓了思路、擴大了視野、豐富了知識面，還初步掌握了縫隙和處理具體實踐問 題的科學方法，為學生今后發(fā)展打下了堅實的基礎。 xxx老師有著深厚的理論功底、寬廣的知識面和豐富的實踐經驗，尤其值得學生學 習的是 xxx老師那種在工作中嚴謹求實、精益求精的治學態(tài)度，對待學生嚴格要求、 一絲不茍的負責精神，都將激勵學生在以后工作學習中不斷努力，這是學生在這段時 間內的最大收獲，在此謹向 xxx老師致以衷心的感謝和真誠的敬意。 同時，由于本人才疏學淺，加之此次設計時間緊任務重，xxxxx 等同學都給予了重 要幫助。由于篇幅限制在此不再將他們一一列舉，但是我對他們無私慷慨的幫助表示 深深的謝意！ 此外，感謝我的父母，感謝他們這么多年來的養(yǎng)育之恩，是他們的辛勤工作才使 我能順利地完成學業(yè)。感謝父母在我受到挫折、打擊時候的鼓勵和支持！ 24 參考文獻 1 濮良貴,紀名剛.機械設計M.北京:高等教育出版社,2006,139-161. 2 陳于萍，周兆元. 互換性與測量技術基礎第 2版. 北京：機械工業(yè)出版社，2005. 3 李長春，王錦，王宗榮等. 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