雙軸臥式混凝土攪拌機(jī)設(shè)計

摘要為了提升現(xiàn)有攪拌機(jī)的工作效率和使用性能，對現(xiàn)有混凝土攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行能有效提升我國混凝土攪拌機(jī)設(shè)備的在世界的市場競爭力。雙軸臥式混凝土攪拌機(jī)能攪拌輕骨料混凝土也能攪拌干硬性混凝土，并且成本低、攪拌均勻、結(jié)構(gòu)緊湊、噪聲小、效率高，外觀美觀等優(yōu)點。雙軸臥式混凝土攪拌機(jī)是目前國內(nèi)較為新型的攪拌機(jī)，其主要組成結(jié)構(gòu)包括：攪拌裝置，攪拌傳動系統(tǒng)，上料、卸料系統(tǒng)，供水系統(tǒng)，機(jī)架及行走系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)，潤滑密封系統(tǒng)等。本次的設(shè)計內(nèi)容主要包括：整體結(jié)構(gòu)方案的確定、主要參數(shù)計算和電動機(jī)的選擇、傳動方案的設(shè)計與校核、軸承的潤滑密封、完成三維模型的建關(guān)鍵詞：JS1000攪拌機(jī)，雙軸臥式混凝土攪拌機(jī)，混凝土，槳葉攪拌，機(jī)構(gòu)優(yōu)化第1章前言1.1雙軸臥式混凝土攪拌機(jī)研究背景及意義混凝土是由膠凝材料將礦質(zhì)混合料膠結(jié)而成的固體復(fù)合材料，作為現(xiàn)代工程建設(shè)設(shè)、市政民用等基礎(chǔ)建設(shè)工程中，在國民經(jīng)濟(jì)中占有至關(guān)重要的地位。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，國家不斷加大城市建設(shè)和基礎(chǔ)建設(shè)，國內(nèi)對混凝與技術(shù)水平方面的迅速提高和發(fā)展。當(dāng)今社會混凝土攪拌機(jī)根據(jù)功能和外形可以劃分很多種，按照工作原理可分為自自落式攪拌機(jī)強(qiáng)烈宜攪拌干硬性混凝土和輕骨料混凝土。目前雙軸臥式機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)、參數(shù)、性能進(jìn)行了優(yōu)化，提高了攪拌設(shè)備工作效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本，理論依據(jù)，又進(jìn)一步提高我國工程建設(shè)的質(zhì)量和速度。1.2雙軸臥式混凝土攪拌機(jī)的發(fā)展歷程19世紀(jì)40年代，在德、美、俄等國家出現(xiàn)了以蒸汽機(jī)為動力源的自落式攪拌機(jī)，其攪拌腔由多面體狀的木制筒構(gòu)成，一直到19世紀(jì)80年代，才開始用鐵或鋼件代替木板，但形狀仍然為多面體。1913年美國開始大量生產(chǎn)預(yù)拌混凝土，到1950年20世紀(jì)40年代后期，德國ELBA公司最先發(fā)明了強(qiáng)制式攪拌機(jī)，強(qiáng)制式攪拌機(jī)產(chǎn)生剪切、擠壓、翻滾和拋出等強(qiáng)制攪拌作用攪拌。強(qiáng)制式攪拌機(jī)對混凝土的攪拌作用非常強(qiáng)我國混凝土攪拌機(jī)設(shè)備的生產(chǎn)從20世紀(jì)50年代開始。1952年，天津工程機(jī)械廠和上海建筑機(jī)械廠試制出我國第一代混凝土攪拌機(jī)，進(jìn)料容量為400L和1000L。20世紀(jì)70年代末至80年代初，我國為適應(yīng)建筑業(yè)商品混凝土大規(guī)模發(fā)展的需要，在引進(jìn)國外樣機(jī)的基礎(chǔ)上，有關(guān)院所廠家陸續(xù)開發(fā)了新一代JZ型雙錐自落式攪拌機(jī)、JD型單軸臥式強(qiáng)制式攪拌機(jī)。其中，JS型雙軸臥式攪拌機(jī)在80年代初研制成內(nèi)各企業(yè)、科研部門所研制的臥式雙軸槳葉混合機(jī)機(jī)型結(jié)構(gòu)基本相同，例如SLHSJ系列臥式雙軸槳葉高效混合機(jī)，其每批產(chǎn)量為25-4000kg,功率為0.75-55kw,產(chǎn)品我國現(xiàn)在為了拉動經(jīng)濟(jì)增加國家在世界的影響力和提供人民生活水平，不斷加大機(jī)的技術(shù)已達(dá)到相當(dāng)高的水平?；窘鉀Q各種特殊狀態(tài)原泛應(yīng)用，不僅提高攪拌設(shè)備工作效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，還減少了粉塵對環(huán)境的污染。工程建設(shè)施工的高質(zhì)量化、高效率化和高效益化，從客觀拌裝置、傳動系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、卸料系統(tǒng)、機(jī)架、電氣控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等，把反之，均勻程度就好。雙軸臥式混凝土攪拌機(jī)形狀小、結(jié)構(gòu)外形低，布置緊湊，裝載運輸方便，而且結(jié)構(gòu)合理性好，工作可靠性高。雙軸臥式混凝土攪拌機(jī)筒體容量式小一半，攪拌軸轉(zhuǎn)速與立軸式基本相同，但葉片轉(zhuǎn)速要比立軸式小一半，攪拌效1000—出料容量1000L。JS1000主要組成結(jié)構(gòu)包括：攪攪拌機(jī)蓋、攪拌筒體、攪圖2.1JS1000混凝土攪拌機(jī)圖2.2雙軸臥式混凝土攪拌機(jī)鼓筒式錐形反轉(zhuǎn)出料式2.4主體結(jié)構(gòu)詳細(xì)說明拌臂的每組攪拌葉片能方便地在受力磨損的方向調(diào)整，才能便于磨損后的調(diào)整和更耐磨錫青銅，正常生產(chǎn)時能達(dá)到3700罐/次，其性能指標(biāo)符合JG/T5045.1—93規(guī)定因雙軸臥軸式混凝土攪拌機(jī)在工作時主軸浸沒在摩擦力很強(qiáng)的砂石水泥材料中，攪拌軸支撐軸承很容易受到砂漿侵襲，導(dǎo)致機(jī)器損壞影響正常使用，降低生產(chǎn)效率，漿侵襲，保證整機(jī)正常長期運轉(zhuǎn)，保證生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更多效益。此軸端密封采用了三道密封：第一道密封是及骨料架油封和液壓系統(tǒng)供油旁泵，封由轉(zhuǎn)轂和0型密封圈組成即浮動環(huán)密封，浮動環(huán)組借助O型圈的彈性保持一定的面經(jīng)研磨加工，第三道密封則是有最后由安裝的軸承端蓋擔(dān)當(dāng)。用能有效的保證軸承的良好的潤滑和工作環(huán)境，以保證攪拌機(jī)的正常工作。進(jìn)口和國產(chǎn)兩種螺旋錐齒行星減速機(jī)傳動組成了JS型攪拌主機(jī)。傳統(tǒng)的鏈輪傳動結(jié)構(gòu)總是出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不緊湊，傳動不平穩(wěn)?，F(xiàn)階段的JS型攪拌主機(jī)的減速機(jī)與攪拌反向同步運轉(zhuǎn)，從而達(dá)到強(qiáng)制攪拌的優(yōu)秀效果，提高生產(chǎn)效率。傳動裝置中選配的是冷卻裝置散熱器的功率為0.055KW,由本機(jī)所附加的自動感溫器控制，這樣能充分保證減速機(jī)的正常工作，在減速機(jī)油溫達(dá)到60度時自動啟沖擊值≥7.0N.M/mm2,抗彎強(qiáng)度≥600N/mm2)特殊設(shè)計的菱形結(jié)構(gòu)能提高襯板的使的任意調(diào)整，從而達(dá)到不同的卸料速度，不僅節(jié)省了勞動力，還提高了生產(chǎn)效率。①滿足各種場合的使用功能要求②滿足市場的經(jīng)濟(jì)性要求③滿足攪拌機(jī)壽命與可靠性的要求④滿足日常勞動保護(hù)和減少對環(huán)境污染的要求⑤滿足國內(nèi)外有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)①高效合理經(jīng)濟(jì)原則②實用緊湊安全原則③各項技術(shù)應(yīng)滿足GB9142-2000《混凝土攪拌機(jī)技術(shù)條件》規(guī)范；④所用圖紙的幅面、尺寸標(biāo)注等應(yīng)符合GB4457-2000《中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械②進(jìn)料容積1600L3.1所示圖3.1雙軸臥式混合機(jī)攪拌機(jī)裝置1—攪拌槳葉；2—攪拌臂；3—螺栓；4—攪拌主軸；5—螺母；6—攪拌筒兩根水平配置的攪拌軸裝在攪拌筒內(nèi)，每根軸上均裝有攪拌葉片。側(cè)葉片分別裝在靠近攪拌筒兩端的攪拌臂上，可改變混凝土的流向，又能刮掉端面上的混凝土。從宏觀上分析，由于攪拌機(jī)是連續(xù)工作的，根據(jù)連續(xù)性原理，拌缸內(nèi)各橫截面的流量相等原則。C—混合料密度(t/m2);(2)拌缸的有效容積GG是指在攪拌機(jī)工作時，攪拌槳葉能夠翻動、攪拌到的那部分混凝土所占有的體積。此體積與拌缸的大小、槳葉結(jié)構(gòu)尺寸和安裝角度以及槳葉線速度等密切相關(guān)，不易計(3)攪拌葉片使得葉片在加工和安裝上非常方便，進(jìn)而代替了加工安裝要求非常高的螺旋帶葉片。從磨損和攪拌效果來看，槳葉式比螺旋帶式差。想達(dá)到攪拌軸轉(zhuǎn)動時，葉片一方面帶動混合料在兩個拌筒內(nèi)輪番地作圓周運動，上下翻滾，同時在攪拌葉片相遇或重方向，不斷地從一個旋轉(zhuǎn)平面向另一個旋轉(zhuǎn)平面運動。攪拌葉片的作用半徑必須是相互交叉的，葉片與軸中心線成一定角度，并且前后上下都要錯開一定的空間。兩根水平軸和安裝在該軸上的兩段相距1800的反向螺旋帶組成攪拌裝置。為了入時，另一端螺旋槳葉片從混凝土拌合料中抄起，在兩組葉片相互交替作業(yè)過程中，互作用的時間則達(dá)最大值，這是雙軸強(qiáng)制臥式混凝土攪拌機(jī)綜合性能較好的關(guān)鍵所①槳葉線速度V依據(jù)國內(nèi)外攪拌機(jī)產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)驗，攪拌機(jī)葉片頂部線速度V應(yīng)為1.5～1.7m/s。當(dāng)V大于此經(jīng)驗速度時，攪拌機(jī)襯板和槳葉端部的間隙中將產(chǎn)生大量的碎石楔住現(xiàn)象，這不僅增加功率消耗和加大了槳葉、襯板的磨損，降低混凝土的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。當(dāng)然，采用無襯板技術(shù)的雙軸臥式混凝土攪拌機(jī)不存在以上問題，因而這一結(jié)構(gòu)的槳葉頂部線速度可在2.5~3m/s間選取。本設(shè)計采取有襯板設(shè)計，取V=1.6m/s其它形狀時取大值；設(shè)計取φ=1.2;取β=0.8;槳葉寬度根據(jù)液體噴灑壓力取值，當(dāng)噴入拌缸的液體壓力在1.5～2MPa時，W取設(shè)計取W=0.5R=0.235mb的取值方法與W相同。參考有關(guān)資料取槳葉厚度A=15mm式中：α為攪拌軸中心和槳葉最大旋轉(zhuǎn)半徑交點的聯(lián)線與攪拌軸中心水平線的夾角。根據(jù)國內(nèi)有關(guān)資料，通常取α=34°~40°設(shè)計取α=36°則a=0.47×cot36°=0.646m設(shè)計出來的實體如圖所示(圖3.2圖3.3)圖3.2槳葉三維模型圖3.3槳葉零件圖(4)攪拌筒體尺寸的計算進(jìn)料口尺寸應(yīng)與送料機(jī)械的卸料口相匹配。當(dāng)送料機(jī)械為皮帶輸送機(jī)時(圖3.4),可初定N=B(B為皮帶寬度),然后按下式計算M。式中：h—輸送機(jī)橫截面料高，如圖3.4;當(dāng)皮帶機(jī)為V型托時，,其中H為V型托傾角；當(dāng)皮帶機(jī)為槽形托時，0M值的大小還與送料機(jī)械的卸料高度有關(guān)。當(dāng)卸料高度較大時，可將進(jìn)料口設(shè)計成漏斗狀，這時M取小值；當(dāng)卸料高度較小時，為避免皮帶回料，M取大值。設(shè)計可取N=80mm選皮帶機(jī)為V型托，H=30°當(dāng)攪拌機(jī)出料口設(shè)置在拌缸端部下面時，尺寸E的大小對攪拌時間有一定的影物料最大粒徑d=80mmE≥3.5×0.0物料安息角查取γ=35°F=0.646+2×0.47×sin35°=1.185mS?—在攪拌軸以下混合料占有的截面面積，m2,S?=(2.94~3)R2。計算取H=0.3RS?=0.3×0.47×(2×0.47+0.646)=0.224m2無襯板結(jié)構(gòu)時，C=混合料最大粒徑+20mm⑤攪拌筒壁厚查閱相關(guān)資料取攪拌筒壁厚為20mm本次設(shè)計的攪拌筒三維圖如圖3.5,圖3.6所示圖3.5攪拌筒三維建模圖業(yè)20AA分分B圖3.6攪拌筒零件圖攪拌主軸一般采用實心軸，軸的主要尺寸最小直徑定為110mm,空心軸雖然具有軸上的槳葉數(shù)目定為6對。目前國內(nèi)外葉片安裝角常采用45°,單根軸上目前比較主流的布置相位角為60°,兩軸攪拌臂的相位角為90°。具體排列如圖所示(圖3.1和圖3.7)1223.4.2傳動系統(tǒng)(1)攪拌機(jī)驅(qū)動功率的初步計算葉被碎石楔緊的可能性最大。設(shè)攪拌裝置裝有x對槳葉(單臂時為x把),則x/2把②受力計算攪拌力Fjf—混合料與拌缸襯板表面的摩擦系數(shù)，查閱《機(jī)械設(shè)計手冊》確定。計算取C為混凝土密度2.75×103Kg/m2,f取0.4則ZFj=1×2.75×103×0.4=1100kg楔緊力Fx式中：L—槳葉與楔石的接觸長度，mm;為了使槳葉端部輪廓與拌缸襯板表面的間隙處處相等，槳葉端部為弧形，經(jīng)實際測量，L=5～10mm,弧度大時取大值，弧度小時取小值；—碎石與鋼的摩擦系數(shù)。計算取L=8mm,R=20×106Kg/m2,f=0.35③攪拌軸扭矩Mq的計算ZFj和Fx確定后，按下式計算Mq:④驅(qū)動功率P的計算計算minη取0.75,P=1148.68×32.52/975×0.75=51.09Kw按本設(shè)計確定的驅(qū)動功率比攪拌機(jī)工作時的實測值大1/3,富余量過大。參考同類產(chǎn)品參數(shù)取P=37Kw⑤電機(jī)的選擇電機(jī)選擇Y225S-4型額定功率37KW,額定轉(zhuǎn)速1470r/min效率91.8%,功率因數(shù)(2)傳動齒輪的設(shè)計計算傳動按傳動方式可分為兩種：機(jī)械傳動和液壓傳動。機(jī)械傳動體積大，結(jié)構(gòu)多，驅(qū)動力小等缺點，但價格低廉，用于一般的攪拌機(jī)上，成本低，經(jīng)濟(jì)使用，故而我們選用傳統(tǒng)的機(jī)械傳動。傳動系統(tǒng)由電動機(jī)、減速箱、開式齒輪等組成，如圖3.8所示。電動機(jī)帶動減速機(jī)，減速機(jī)通過聯(lián)軸器和主動齒輪1相連，兩個開式大齒輪2和3組成的齒輪副分別帶動兩根水平布置的攪拌軸反向等速回轉(zhuǎn)。圖3.8攪拌軸傳動系統(tǒng)見如下設(shè)計：①選用直齒圓柱齒輪傳動，速度不高，選用7級精度(GB10095-88),傳動比②材料選擇.由表10-1選擇小齒輪材料為40cr(調(diào)質(zhì)),硬度為280HBS;大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì)),硬度為240HBS。③選小齒輪齒數(shù)Z?=40,大齒輪齒數(shù)Z?=40×1.74=70④按齒面強(qiáng)度設(shè)計由設(shè)計計算公式(10-9a)進(jìn)行計算即確定公式內(nèi)各計算數(shù)值1)試選載荷系數(shù)K.=1.32)小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T=12000N·m3)由表10-7選取齒寬系數(shù)od=0.75)由圖10-21d按齒面硬度查得：小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限OHlma=600MPa大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Cntim?=550MPa6)由式10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)式中：j-齒輪每轉(zhuǎn)一周同一齒面嚙合的次數(shù)。n-齒輪轉(zhuǎn)速(r/min)La-齒輪工作壽命(h)計算得：N?=60×54.44×2×(24×365×10)=5.7×17)由圖10-19取解除疲勞壽命系數(shù)Kgn?=0.95,Kan?=0.958)計算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1由式(10-12)得：⑤計算分度圓直徑，代入[on]中較小的值⑥計算圓周速度V⑦計算齒寬b⑧計算齒寬與齒高之比⑨計算載荷系數(shù)根據(jù)V=0.982m/s,7級精度，由圖10-18查得動載荷系數(shù)Ky=1.04直齒輪Kga=Kpx=1由表10-2查得使用系數(shù)K?=1.25由表10-4用插值法得7級精度小齒輪相對古承非對稱布置時Kas=1.4864由b/h=17.79,KAg=1.4864查圖10-13得Kng=1.45故載荷系數(shù)⑩按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑。由式(10-10a)得：取m=9.5mm取Z1=39則Z2=1.74×39=68分度圓直徑d1=Z1·m=39×9.5=370.5mm(3.23)中心距齒輪寬度bi=od×d1=0.7×370.5=259.35mm取b1=260mmb2=255mm圖3.9傳動小齒輪三維圖圖3.10傳動大齒輪三維圖圖3.11小齒輪零件圖圖3.12大齒輪零件圖證料斗上下安全平穩(wěn)，上料架的上料軌道(下位，在上料架上裝有限位開關(guān)，上行程有兩個料斗下降至地坑底部時，鋼絲繩稍松，彈簧鋼(4)卸料方式的確定：臥軸式攪拌機(jī)主要采用傾翻室和底開門式兩種卸料方式，由于此次設(shè)計雙軸臥式混凝土攪拌機(jī)的攪拌筒的尺寸及結(jié)構(gòu)，采用傾翻室占用空間比較圖3.13上料系統(tǒng)1.滑輪2.料斗3.進(jìn)料料斗4卷揚機(jī)構(gòu)5.上料架即可將把水注入攪拌筒，水的流量通過閘閥調(diào)節(jié)，供水的總量則有時間繼電器控制。圖3.14供水系統(tǒng)(2)支腿：考慮到本機(jī)容量較大，按國家城建圖3.16支架三維模型3.4.6護(hù)欄與扶梯拌機(jī)骨架油封注油點油杯、3攪拌機(jī).卸料門軸承注油點油杯、4.攪拌機(jī)主軸承注油4.1脂潤滑過軸承座上注油孔及通道注入，潤滑脂裝填量不4.2油潤滑軸承。.刮油潤滑是當(dāng)較大傳動件的圓周速度很低時(v<2m/s,可在傳動件側(cè)面(約離傳4.3密封表4.1各種潤滑方式性能密封方式氈圈密封橡膠密封油溝密封迷宮密封適用的軸表面圓周速度(m/s)適用的工作溫度低于潤滑脂熔化溫度(3)攪拌采用雙軸槳葉式，兩軸旋轉(zhuǎn)方向相反，使物料形成局部和整體循環(huán)，攪拌更均的專業(yè)知識得到了充分應(yīng)用，加深了自己對機(jī)械設(shè)計制造和自動化專業(yè)理論和實踐的認(rèn)[1]吳永平，姚懷新.工程機(jī)械設(shè)計[M].北京：人民交通出版社，2005:203-222.理.2004.3.[4]李超陳禮祥.雙臥軸混凝土攪拌機(jī)主要參數(shù)的設(shè)計計算[J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2001(01):18-22.[5]曹匯東.新型高效混合設(shè)備一無重力式混合機(jī)研討.飼料工業(yè)，1997,(3)