JDY500搅拌机搅拌装置及液压系统设计论文

I目 录第 1 章 绪论.1第 2 章 JDY500 主要结构参数设计及计算 .32.1 结构尺寸的确定 .32.2 具体参数的确定 .32.2.1 叶片大小及叶片角度的选择.32.2.2 叶片的最大线速度.62.2.3 容积利用系数 的分析 .6j第 3 章 搅拌功率的计算及电机的选择.7第 4 章 JDY500 传动比及轴动力参数计算 .84.1 传动比计算 .84.2 高速轴动力参数计算 .8第 5 章 减速器的选择及带的计算.95.1 减速器的选择 .95.1.1 确定所需减速器的额定功率.95.1.2 校核热平衡许用功率.95.2 带的计算 .105.2.1 确定计算功率.105.2.2 选择带型.105.2.3 确定带的基准直径 和 2d.1015.2.4 验算带的速度.105.2.5 计算从动轮的基准直径.105.2.6 确定中心距和带的基准长度.105.2.7 验算主动轮上的包角 .115.2.8 确定带的根数 Z .11第 6 章 选联轴器.126.1 搅拌轴的初步计算 .126.2 联轴器的选择 .126.4 键的选择 .136.4.1 选择键联接的类型和尺寸.136.4.2 校核键的连接强度.13II第 7 章 搅拌轴及搅拌臂受力计算.157.1 搅拌轴受力计算及校核 .157.1.1 位置的确定.157.1.2 搅拌轴受力分析.157.1.3 搅拌轴上弯矩和扭矩分析.167.1.4 核轴的强度.197.2 搅拌臂的受力计算 .207.2.1 搅拌臂的受力分析.207.2.2 搅拌臂的设计.20第 8 章 搅拌臂连接螺栓的选择.22第 9 章 轴承的选择及校核.23第 10 章 JDY500 搅拌机液压系统的设计 .2610.1 受力计算 .2610.1.1 上料部分计算.2610.1.2 上料部分受力分析.2710.1.3 倾翻部分计算.2810.2 液压系统设计 .2910.2.1 拟定液压系统油路图.2910.2.2 液压缸筒内径 D 的计算 .2910.2.3 流量的计算.3010.2.4 液压缸的计算和选择.3010.2.5 液压杆强度和稳定性校核.3210.2.6 提升液压管件的选择.3210.2.7 倾翻液压缸管件选择.3310.2.8 液压油箱的选择.3410.2.9 液压阀的选取.3410.3 液压电机的选择.34第 11 章 钢丝绳及滑轮的选择.35第 12 章 安装.使用.维护和说明.3612.1 安装说明 .3612.2 使用说明 .3612.3 操作要点 .3712.4 试运行 .3712.5 维护保养 .38结论.39III致谢.40参考文献.41IV摘 要JDY500 型单卧轴式强制式搅拌机是随着混凝土施工工艺的改进而发展起来的新型机。强制式单卧轴搅拌机兼有自落式和强制式两种机型的特点，即搅拌质量好、生产效率高耗能低，不仅能搅拌干硬性、塑性或低流动性混凝土，还可以搅拌轻骨料混凝土、砂浆或硅酸盐等物料。单卧轴式混凝土搅拌机主要由搅拌装置、搅拌传动系统、上料系统、卸料系统、电气控制系统和供水系统组成。传动系统分为搅拌传动和液压传动两部分。其中搅拌传动是电动机输出扭矩经过皮带传动，然后再经过二级齿轮减速器和联轴器传到搅拌轴上，搅拌轴地旋转实现混凝土的搅拌。液压传动是利用液压系统实现搅拌机的上料和卸料，从而达到降低操作工人的劳动强度。JDY500 型搅拌机就是将搅拌传动系统、液压系统和其他装置安装在搅拌机机架的一定位置上，最终实现搅拌目的的机器。关键词：混凝土搅拌机；搅拌装置；传动系统；液压VAbstractWith the improvement and construction technology to develop a new type of aircraft.JDY500single spot Coaxial compulsory concrete mixer come forth. Compulsory single horizontal axis mixer-style have both compulsory and the characteristics of the two models, namely mixing good quality and high production efficiency of low energy-consuming，can not only stir dry hard, plastic or low mobility of concrete, can also stir light Aggregate concrete, mortar or Portland, and other materials.Coaxial-lying mainly compose by mixing concrete mixer device, stirring drive system, feeding system, discharge systems, electrical control system and the water supply system. Transmission system is divided into two parts which are stirring drive and hydraulic transmission, Stirring drive which is motor torque output through belt drive, and then after two gear reducer which reached to the stirring shaft couplings, stirring rotation axis achieve concrete mixing. Hydraulic transmission is the use of hydraulic systems to achieve carrying materials and unloading materials，to achieve workers lower operating in labor intensity. JDY500-mixer that is taking stirring drive system, hydraulic systems and other devices installed in a certain location on the mixer rack, and realization of the purpose of mixing machines in the ultimate.Keywords：Concrete mixer；Mixing device；Transmission System；Hydraulic1第 1 章 绪论我国是世界第一水泥生产大国，每年大约有 3 亿吨水泥用于水泥混凝土生产，年产混凝土大约 10 亿吨，搅拌机生产为世界之最。混凝土搅拌机的种类主要有：自落式，强制式搅拌机，分批式，连续式搅拌机等。目前应用的主要机型有：JD强制式单卧轴混凝土搅拌机，JS 系列强制式双卧轴混凝土搅拌机，JZC 系列自落式双锥反转出料搅拌机等。卧轴式搅拌机是新型发展的搅拌机型。由于其搅拌效果好，搅拌叶片速度低，耐磨性高，省功率，易于做成大容量的搅拌机型，因而迅速成为我国场拌和长拌的搅拌机型。我国已经形成系列产品，其技术和参数都比较成型。强制式卧轴混凝土搅拌机兼有自落式和强制式两种机型的特点，即搅拌质量好、生产效率高耗能低，不仅能搅拌干硬性、塑性或低流动性混凝土，还可以搅拌轻骨料混凝土、砂浆或硅酸盐等物料。强制式混凝土搅拌机在结构上有单卧轴和双卧轴之分。两者在搅拌原理功能特点等方面十分相似。单卧轴混凝土搅拌机目前使用较多的有出料容量为 350L 和 500L 两种机型，主要用于单机作业场合。单卧轴混凝土搅拌机已从原有的机械型发展到现今广泛使用的液压机械型（即 JDY 型） 。单卧轴混凝土搅拌机主要由上料系统，搅拌传动系统，搅拌装置，卸料机构，电控箱及供水，行走，支撑装置等装置组成。1. 搅拌装置搅拌装置由搅拌筒和搅拌轴等组成。搅拌筒由钢板卷制焊接而成，筒内的弧形衬板及侧衬板均用耐磨材料制成，并与筒内壁、侧壁用沉头螺栓连接，使用中可视磨损情况更换。搅拌轴与搅拌桶筒由转动副支承在支座和减速器上，搅拌筒相对搅拌轴可以转动。搅拌轴上装有搅拌臂、搅拌叶片及侧叶片（刮板） 。工作时呈螺旋带状布置的搅拌叶片把靠近搅拌筒壁的混凝土拌合料推向搅拌筒的中间及另一端，迫使混凝土拌合料作强烈的对流运动，另外叶片的圆周运动，又使拌合料受到挤压、剪切后产生一个分散抛料过程，使拌合料在较短的时间内被搅拌均匀。2. 搅拌传动系统搅拌传动系统为机械传动系统。电动机的运动和动力经皮带传动，减速器（两级减速器）后驱动搅拌轴旋转。23. 上料系统上料系统采用液压缸及增速滑轮组机构，它是以液压缸活塞的伸缩，通过滑轮组牵引联结在料斗上的钢丝绳来实现的，料斗沿上料架上升的高度有液压缸活塞的行程决定。该系统结构简单、操作自由方便，减少了机械上料系统带来的冲击，使料斗运行平稳，并解决了料斗上下限位问题。4. 卸料机构JDY 型搅拌机采用液压倾翻卸料机构。利用卸料液压缸活塞的伸缩倾翻搅拌筒卸料，搅拌筒的倾翻角度由液压缸的行程来决定。该机构具有机械式倾翻所无法比拟的良好使用性能，可针对不同混凝土的运输工具，完成一次卸料或分批卸料，操作自如方便，并解决了搅拌筒卸料时的限位问题。5. 电气控制系统JDY 型搅拌机的电气控制系统原理图可以参看混凝土搅拌机 。6. 供水系统JDY 型搅拌机供水系统采用时间继电器控制离心水泵电机供水量的结构，可参照自落式搅拌机系统。在综合借鉴各厂家先进经验的基础上，本方案除采用以上设计方案外主要设计及改进如下：（1）在减速器和搅拌轴之间的联接上改用了弹性柱销联轴器，它可以补偿两轴相对偏移和减少搅拌机震动对传动部分的影响。（2）在液压系统上，主要对上料液压回路做了一些改变，使得高压油管的使用变少，降低了功率的损失和系统发热，返回时采用自重来实现，加快了料斗的回程速度，提高了生产效率。同时滑轮组的使用，达到了增加行程的目的。（3）搅拌叶片上做了相应的改变，使得拌合料在搅拌时，一方面将搅拌筒底部和中间的拌和料向上翻滚，一方面又将拌和料沿轴线分别向前后推压，从而使拌合料得到快速而均匀的搅拌。3第 2 章 JDY500 主要结构参数设计及计算2.1 结构尺寸的确定进料容积： (2.1)LV801又 =24， 取 =2 所以 (2.2) 101 LV160长径比： =1.11.3 ，取 =1.25 (2.3)DD= (2.4)0V2L由式(2.1)，(2.2)，(2.3)，(2.4)解得D=1193.133601.2104m取 D=1200 ，则搅拌桶半径 R= =600 ，代入 (2.2)中，求得m2D=1500L式中： 搅拌桶的容积0V搅拌桶长度D搅拌桶直径2.2 具体参数的确定2.2.1 叶片大小及叶片角度的选择叶片大小与叶片数量的多少有关，原则上叶片的有效工作长度为 1.2L，其中 0.2L 为叶片的大小在轴向方向上的重叠尺寸，这样，一方面可以保证出料干净，同时又能使叶片具有一定的磨损寿命，计算时可以近似为：(2.5)cos0.62mRL 叶片中心回转半径 叶片数目，取 =6 搅拌桶长L取 = ，代入数据，求得5040.6154.73cosRm叶片高度 ，综合搅拌机功率和质量两方面的因素考虑。h， 取 = sin6d 5则 =207.05 ，取 =210mhm为保证叶片能将整个筒底部都能刮到，则平均每个叶片在搅拌桶轴线方向上的投影长度 =2501506今设计叶片为两组，即三块叶片为一组，一组中包括侧叶片，中间叶片（图2.1） ，中间倾斜叶片。其中侧叶片，中间倾斜叶片与搅拌轴成 ，中间叶片与搅50拌轴平行。根据设计思想中间叶片设计为图 2.1叶片面积 =81900 39021S叶 2m= =185 ，x105y设计侧叶片，考虑到侧叶片的作用特点及实际情况，对其设计如下：5图 2.2201501520310 侧S6959m 501031021023051iixA52 3759062503013 m51侧SxAiim 25801301025302153051iiy8263m104682715203675013 .51侧SyAiim2.2.2 叶片的最大线速度(2.6)sincosngagf2nvaR(2.7)maxsicosgf式中： 重力加速度 2/叶片中心回转半径R物料下滑的初始水平夹角物料滚动时的阻力系数f取 = ， =0.0540=1.6max.698sin40.5cos40v/ms取 =1.5端 /s2.2.3 容积利用系数 的分析j容积利用系数的选择，主要以搅拌机的优劣为依据。在确定搅拌机质量的前提下， 越大越好，这样几何容积能充分的利用。此外， 的大小还受到其它条j j件的约束，第一，搅拌机的设计需要考虑应具备超载 10%的能力，第二，按设计标准规定，出料体积与进料体积之比为 0.125，而几何容积应大于进料体积，故以上两个约束使得 的上限不得大于 0.58，取 =0.58 j j7第 3 章 搅拌功率的计算及电机的选择(3.1)950MnN式中： (3.2)11 ),(sinco2RfvhBmRKS 其中： 6vnd(3.3)cs0.L(3.4)i6h(3.5)1sn5212ddR将参数整理得(3.6)380,42fvLjVvN式中： jvjjvf 08.245.10.268.216.,代入数据，得 7.6.8.5.0.68.021., 2fv KWN 45.1.37.854.317.53其中： 叶片最大线速度v/ms 计算搅拌功率 KW 工作阻力距MN 额定容量2V3c选取减速器的效率 =0.9，联轴器效率取 =0.99，皮带传动效率 =0.96， 联 带则 KN17.896.0.541电选用 Y-180M-4 型号电动机，其额定功率为 18.5KW。8第 4 章 JDY500 传动比及轴动力参数计算4.1 传动比计算根据实际要求搅拌机搅拌轴的转速 ，电机转速为min/35rmin/1470rn=42014735i总（ 代表减速器的传动比）i总 减 带 减初选取减速器传动比， ，所以带的传动比为 = =2.625，查16减i i总带 减 4216机械设计课程设计表 17-9 可知，带的传动比范围为 24，所以符合要求。4.2 高速轴动力参数计算由前面计算可知，电动机的功率为 18.5KW1. 0 轴：即电动机轴= =18.5 KW， =1470 0P电 0n/minr= = =120.18T09.5318.547N2. 1 轴：即减速器高速轴= = =18.5 0.96=17.76 KW1P01带= = = =560n1i带 472.65/minr=302.87311109.TN9第 5 章 减速器的选择及带的计算5.1 减速器的选择5.1.1 确定所需减速器的额定功率JDY 强制式搅拌机为中等冲击，查机械设计手册表 15-2-8 得， =1.5,AK考虑到搅拌机每天 24 小时工作，将 在加大 10%，选取启动系数 和可靠度系AKS数 ,查表 15-2-9 和 15-2-10 得 =1.12， =1。得出计算功率 。RKSRP(5.1)2ASRPNP计算功率K载荷功率，2减速器公称输入功率N工况系数A启动系数S可靠度系数RK=17.76 1.5 1.1 =32.82P12.KW为满足机械强度要求 ，按 i=16，n=560 ，接近公称转速NKPmin/r750r/min。查表 15-2-5，初选 ZLY180, i=16，n=750 ， =38 ， =560i/NPKW1n时，折算公称功率 = =28.373 ，不符合。min/r1N750638K选用 ZLY224，i=16 ，n=750 ， =71 , n=560 时，折算公称in/rNPi/r功率， = =53.01 , 符合要求，因此选用 ZLY224 减速器。1NP7506KW5.1.2 校核热平衡许用功率热平衡许用功率应满足 = 或 (5.2)tP21321GPf2式中： 计算热功率，tP2K， 减速器热功率，无冷却装置为 ，有冷却装置为1G 12GP环境温度系数f载荷率系数 2公称功率利用系数。3f查表 15-2-11表 15-2-13 得： =1.35， =1（每天 24 小时连续工作） ，1f2f10=1.25，得出热平衡许用功率 ：3f tP2= =29.97t2 25.19403.761KW查表 15-2-7 对于 ZLY224 型 =60110 ，故热平衡达到要求。GtP5.2 带的计算5.2.1 确定计算功率= ， (5.3)caPAK工作情况系数AK查机械设计课本表 8-6 得， =1.2，则有A=1.2 18.5=22.2caW5.2.2 选择带型根据计算功率 和小带轮转速 ，选定带型为 SPA 型， =90180 （以caPn1dm代 ）dp5.2.3 确定带的基准直径 和1d2初选小带轮的基准直径 ，根据 v 带截型，参考表 8-3 及表 8-7 选取基准直径 =140 ，外经 =145.5 。1dm1am5.2.4 验算带的速度根据 V= 来计算带的速度，V= =10.77 ，对于窄06pdn10647.3sm/V 带 =3540 ，易知 V ，且 V 5 。maxs/maxs/5.2.5 计算从动轮的基准直径= =2.625 140=367.5 ，取 =400 , =405.5 。2d带i2d 2d2ad5.2.6 确定中心距和带的基准长度取 (5.4)210217.0dda即 404取830m70=2 + +,dL0a221d0214)(ad11=2 700+ （140+400 ） + =2271.92704)1(2m查表 8-2 选取和 相近的 V 带的基准直径长度 =2500 ，极限偏差,dLdL25由于 V 带的中心距一般是可以调整的，故可以采用下式作近似计算：= + =700+ =814.05 ， 取 =850a02,d29.7150mam= 0.015 = =812.5mindL.38= + 0.03 =850 + 75 =925 ax5.2.7 验算主动轮上的包角 根据 （至少 ） (5.5)15.78012ad 90得 =1 .544.6215.2.8 确定带的根数 Z. 查表 8-8，取包角系数 =0.96；K. 查机械设计标准应用手册表 20.2-27 ，取长度系数 =1.0；2 LK. 查表 8-5a，取单根 V 带的基本功率 =4.91 KW；3 0P. 查表 8-5b，取 =0.56 KW；40P= (5.6)ZLcaK)(0= =4.2270.196)5.914(2取带的根数为 5，即 Z =5。12第 6 章 选联轴器6.1 搅拌轴的初步计算减速器输出轴经联轴器到搅拌轴，主要承受扭矩的作用，所以采用以下公式进行轴直径的初步计算：(6.1)30.2TTWd即： (6.2)3.Td其中： 轴的抗扭截面系数，单位 3md计算截面处轴的直径，单位扭转切应力，单位T aMPT轴所受的扭矩，单位 N许用扭转切应力，单位为 a搅拌轴选用 45 钢， =2545 ，取 =40 ，代入数据得TaT=80.30733461.0952dm取 d=95m6.2 联轴器的选择查机械设计标准应用手册得，推荐联轴器的计算转矩公式为：950720WHC nPpTKKTn式中： 联轴器的计算转矩 Nm联轴器的理论转矩联轴器的公称转矩nT驱动功率wPK驱动功率Hch13联轴器的工作转速n1minr联轴器的工作情况系数K联轴器理论转矩的计算，效率取 =0.99联(6.3)46.798.302169.1 NiT联查表，得工作情况系数 K=1.5(6.4)m.4.75. KC考虑到混凝土搅拌机有冲击载荷，工作情况不是很稳定，查标准手册考虑选用弹性柱销齿式联轴器。弹性柱销齿式联轴器特点：适用于联接两同轴线的传动轴系，具有一定的补偿两轴相对偏移和一般减震性能。工作情况温度为-2070 ，传递公称转矩为 1002500000 。因为其具有传递扭矩大，外形尺寸c N较小的特点，更换弹性元件仍比较简便，所以这里选用弹性柱销齿式联轴器。查表 25.197，得选用 ZL7 的弹性柱销齿式联轴器可以满足要求，其基本参数如下：表 6.1 ZL7 弹性柱销齿式联轴器基本参数轴孔长度型号公称转矩/Nm许用 n/ 1ir轴空直径 ，d2Y 型 J1型 D B 质量 kgm/转动惯量 2/IL1ZL7 10000 2900 100，110212 167260 113 66.3 0.566.4 键的选择6.4.1 选择键联接的类型和尺寸一般选用平键联接，所以这里也选用圆头普通平键与联轴器配合的轴直径d=95 ，从 机械设计课程设计表 20-1 中查得键的截面尺寸为：宽度 b=28 m，高度 h=16 ，联轴器轴孔长度 L=140 ，并参考键的长度系列，取m键长 L=140 。6.4.2 校核键的连接强度查表 6-2，得许用挤压应力 =100120 ，取 =115 ，键的工作paMPpaP长度 = = =112 ，键与联轴器键槽的接触高度 k=0.5h= =8 lbL28140m165.0，则代入公式m14由 可得，3210pTkld= =102.47 =110 (6.5)p346.895aMPpaP即符合要求所以键的公称尺寸为 28 16（GB/T10962003）15第 7 章 搅拌轴及搅拌臂受力计算7.1 搅拌轴受力计算及校核7.1.1 位置的确定由前面可知 ， 侧叶片距端板距离7.15ym=151.7 =97.51 ， 考虑到搅拌桶内耐磨层的厚度及侧叶片不能与端1L0cos板相接触，取 =100 。则，侧叶片形心距端板耐磨层的距离 =100+12=1121L 2L。由于对称性，即每组叶片占据搅拌筒的 750 ，则除去侧叶片还有 750mm=638 。所以根据实际情况分配中间叶片形心距端板 =370 ，第三2 3m块叶片距端板 =650 。4m7.1.2 搅拌轴受力分析(7.1)6.79NT回转半径 470R搅拌轴受力 NF10274.由搅拌机的实际工作情况，考虑将搅拌臂安排相互成 。当有四个叶片参与90工作时，轴所受的力最大，也是最危险的情况。即这时 号叶片参与1,25,6搅拌这里采用近似计算：图 7.1(7.2)NFF36.10276t5tt21t 内叶片 ， 形状大小相同； ， 形状大小相同， 25tt16tt(7.3)8425.092t1叶侧SF式中： 搅拌轴上一号叶片所受的切向力1t搅拌轴上二号叶片所受的切向力2t搅拌轴上五号叶片所受的切向力5t16搅拌轴上六号叶片所受的切向力6tF=27701ttN=328825tt侧叶片受力： ，214sin1ta NF216a1中间叶片只承受切向力： =32885ttF7.1.3 搅拌轴上弯矩和扭矩分析取轴两端的支撑点距端板内壁 =38 ，轴的受力分析如下图5Lm图 7.2为了便于计算，现对叶片给轴的力作如下分析：令轴向为 Z 轴，垂直轴向外为 X 正方向，垂直轴向上为 Y 轴正方向，则 图 7.3NF195827045cos1txty1t 17NF2343845cos2txty2t 图 7.4 NF2343845cos5txty5t 1958706txty6t 两支承点的受力计算如下： 11125753824cos370ytyatyFFF6640705ttyN31578-2y5tty1t NF360y2y1112578470cos5408XtxatxFF6650tNF25601742xtxtx1t 18NFFF 604250x6t5tx2t1tx2x A，B，C ，D 四个地方弯矩和扭矩的计算A 点： m340y1x MA8-1526-5F4.79NTAB 点： 247258F-01at1yy1x B09-4356m8.0N24725F-41at1xx1y MB 089-0256m.14Nm1049.3720179460 63t NFTABC 点： 586ay1ty2FMX24702940356m1.6N2470258406ay6tx2 FFMCY 1196m024.6N1947032827017946.047tt BACFTm1095.6ND 点： m531y2 NMX0964x F4770ttt CBADFT470328021946. mN弯扭合成强度计算，取折合系数 .6A： m1087.340535222y2x NMAA9.7.87062 TB： 2.1258962y2x BB104.3406.12 NC： m56222y2xMC.19.02 TD： 100346222y2x ND3.6.92 7.1.4 核轴的强度根据第三强度理论，得(7.4)2222 14ca MTTWW(7.5)330.12d20(7.6)22310.1MTd由以上计算可知，B 点的 最大，查机械设计表 15-1 得 =6522 1，aP即65109.2.03dmd4.76根据前面的计算可知，搅拌轴的最小轴经 =95 ，可知搅拌轴的强度符合in要求。7.2 搅拌臂的受力计算7.2.1 搅拌臂的受力分析由搅拌臂的实际受力