新型水泥发泡机的设计毕业设计(论文)

PAGEPAGEII图书分类号：密级：毕业设计(论文)新型水泥发泡机的设计DESIGNOFANEWTYPEOFFOAMEDCONCRETEMACHINE毕业设计(论文)PAGEI学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：日期：年月日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日PAGEI摘要本文研究设计了一种新型水泥发泡机。为解决普通发泡机发泡效果不好的问题，该设备采用高压引气的方式发泡，利用空气压缩机引气、液泵供液。发泡剂溶液与空气在装有发泡球的发泡管中充分混合产生泡沫。为了得到不同泡径的泡沫，该设备设计了两个发泡管。在供液管路、进气管路与发泡管相连的部位分别安装了阀门以选择发泡的发泡管。考虑到所需发泡量的不同，该设备还设计了双向供液方式（抽液管与盛液斗）。本新型水泥发泡机不仅能够确保所制备的泡沫的稳定性，还能通过流量控制阀改变泡沫的密度。关键词压缩空气型；发泡管；泡径；气液混合比毕业设计(论文)PAGEIIAbstractInthispaper,anewtypeofcementfoamingmachineisdesigned.Inordertosolvetheproblemthattheordinaryfoamingmachineisnotfoaming,theequipmentadoptsthewayofhighpressureairleadgas,andusesaircompressortoleadtheairandliquidpumptosupplyliquid.Thefoamingagentsolutionmixswiththeairinthefoamingpipecontainingfoamedspheres.InordertogetthebubblesindifferentDiameter,twofoamtubesweredesigned.respectively,isWeinstalledthevalvesrespectivelytoselectthefoamingpipeattheconnectingpartofthefoamingpipe,theinletpipeandthesupplyliquidpipe.Consideringthedifferenceoftheamountoffoamrequired,theliquidsuppliedfroomdifferentDirection(PumpingfluidandShengYedou)isalsodesigned.Thenewtypeofcementfoamingmachinecannotonlyensurethestabilityofthepreparedfoam,butalsochangethedensityofthefoambyflowcontrolvalve.KeywordsCompressedairtypeFoamingtubeBubblediameterGas-liquidmixingratio全套图纸外文文献扣扣1411494633毕业设计(论文)PAGE34目录摘要 IAbstract II1绪论 11.1泡沫混凝土的产生以及发展 11.1.1泡沫混凝土的简介 11.1.2泡沫混凝土的特性 11.1.2泡沫混凝土的制备 21.1.3泡沫混凝土的应用 31.1.4泡沫混凝土在国内外的发展现状 51.2设计要求及内容 81.2.1设计要求 81.2.2设计内容 82发泡机的总体设计 102.1发泡机的发泡发泡方法 102.2发泡方式的选择及其工作原理 112.2.1发泡方式的确定 112.2.2空气压缩机型发泡机的优点 122.3.1压缩空气型水泥发泡机工作原理 122.3.2压缩空气型水泥发泡机工作原理图 122.4压缩空气型总体设计方案的确定 132.4.1供液装置的设计 132.4.2进气装置的设计 142.4.3液体控制装置的的设计 142.4.4发泡管的设计 162.4.5气阻消除装置的设计 172.4.6控制系统的设计 183具体配置的选型 193.1液泵及空气压缩机的选型 193.1.1空气压缩机的选型 193.1.2液压泵的选型 193.1.3阀的选型 204.1机架设计的原则 214.2机架材料的选择 214.2.1机架材料的选用原则 214.2.2机架材料截面形状的选择 214.3机架结构的设计 224.4支撑结构的设计 234.4.1空压机与液泵的支撑结构设计 234.2.2盛液斗的支撑结构设计 244.4.3发泡管及储气管的支撑结构设计 254.5机架强度校核 264.5.1分析载荷情况 264.5.2机架强度校核 274.5.3支座底脚螺栓规格的选择 275.1机箱设计的准则 295.2机箱设计 295.2.1顶部面层的设计 295.2.2前立面板的设计 305.2.3左立面板的设计 305.2.4右立面板的设计 316发泡机配置元件的安装和维护 326.1空压机的安装和维护 326.1.1空压机的安装 326.1.2空压机的维护 326.2清洗机的安装和维护 326.2.1清洗机的安装 326.2.2清洗机的维护 32结论 33致谢 34参考文献 35毕业设计(论文)1绪论1.1泡沫混凝土的产生以及发展1.1.1泡沫混凝土的简介泡沫混凝土是运用液泵供液、气泵送气的方式在水泥发泡机发泡系统中将发泡剂与空气充分地混合在一起来发泡，经过水泥发泡机发泡过程后，将现成的水泥浆与已生产出来的泡沫均匀、充分地混合在一起形成泡沫混凝土。然后再使用与水泥发泡机相配套的混凝土压力泵传送系统，进行现场施工浇筑成的新型建筑材料。这种材料具备了明显的保温、轻质的特点。“轻质混凝土”、“发泡水泥”是泡沫混凝土别的两个叫法，是一种可以应用废渣、价格便宜、节能环保并且具备保温、防火特点的新型施工用料[1]。泡沫混凝土是依据所需要的用途通过气泵将气体(空气或O2、CO2、N2)导入混凝土水泥浆中（一般利用化学亦或者物理的方法），然后养护成型具备有相当强度的泡沫混凝土。制备泡沫混凝土的方法是利用水泥发泡机将发泡剂与气体充分混合形成泡沫后再与水泥浆混合。具体操作为：首先利用水泥发泡机将发泡剂与气体混合生产出泡沫，而后将泡沫混合进制备好的水泥料浆中，通过相互混合、充分搅拌、浇注成型、自然养护成泡沫混凝土。1.1.2泡沫混凝土的特性（1）轻质减重泡沫混凝土的密度通常为，在建筑施工中也使用超轻质的泡沫混凝土，这种泡沫混凝土的密度较一般的泡沫混凝土而言是很小的，它的密度仅为单位立方米160千克。因为泡沫混凝土的密度小、质量轻，所以在建筑施工中可以采用这种轻质的材料，一般可以是建筑物自重降到百分之七十五，有的甚至可以降到百分之七十或者百分之六十。譬如在楼面、立柱、层面或者内外墙的建筑结构里。而且，在结构构件中，如果混凝土被这种新型的建筑材料替代的话，构件在承截能力方面将大大地提高。所以，把泡沫混凝土运用在建筑施工之中是一种具有经济效益的道路。（2）保温隔热泡沫混凝土在隔音方面有着良好的性能，是因为它的多孔性特点。泡沫混凝土经常用作各类建筑物的隔音措施，例如用作高速公路和楼层的隔音板，又比如地下式建筑物的顶层隔音板等等。泡沫混凝土是不可燃烧的，因此它具有很好的耐火性能[2]。而泡沫混凝正是一种无机材料，所以把泡沫混凝土运用进建筑物，这样建筑物的防火安全性能能后很好地提高。（3）整体性能能够通过现场浇筑的方式，将其和主要的工程建筑整体性地结合在一起多孔减震泡沫混凝土能够很好地把外界对它的冲击分散掉和吸收完。（4）良好的防水能力泡沫混凝土有着多而密的封闭孔，所以较其他混凝土吸收水分少，因此它的防水能力比较高。（5）使用寿命长现浇泡沫混凝土的寿命跟主体工程一致。（6）易于加工除了在场地、环境局限的工厂内易于加工生产各式各样的泡沫混凝土成品之外，泡沫混凝土还可以在施工现场墙体、屋面、地面的现浇工程中发挥它的作用。它的加工不受场地的影响。（7）具有环保效果用于生产的发泡剂是不像其他建筑材料含有有毒物质的，比如甲醛、苯类有毒物质，因此使用泡沫混凝土这种施工材料是环保的，对环境是无污染的，对人体是无害的，是一种值得推广和使用的新型建筑材料。（8）施工方便在施工过程中，水泥发泡机的使用能够将施工过程自动化，利用压力泵可将生产出的泡沫混凝土输送到约两百米的竖直高度上去。输送的体积在一个工作日里能够达到一百五到三百立方米。（9）其他性能泡沫混凝土虽然作为一种轻质的建筑和保温材料，但是它的抗压能力是很好的，一般能够承受0.5到22.2兆帕斯卡的压强。它能够很好的吸收其所受的冲击能量。另外，在其制备过程中，工业生产所残余的废渣得到充分的利用，因此，在价格方面，泡沫混凝土在市场销售中具有自身的价格优势和竞争力。1.1.2泡沫混凝土的制备制备泡沫混凝土的基础材料是很简单明了的，水、泡沫、水泥是必不可少的，不过在此基础材料的基础上还须添加一些其他的材料，分别为外加剂、骨料和填料。与制备非泡沫混凝土一样，在制备泡沫混凝土过程中常添加的外加剂一般为促凝剂、防水剂、缓凝剂、以及减水剂。并且在制备泡沫混凝土时一般用作填料和骨料的材料分别为：膨胀珍珠岩、苯脱克细骨料、粉状煤灰、膨胀聚苯乙烯、细碎石屑、陶粒以及必不可少的砂子。制备泡沫混凝土的过程有两种。一种是干砂浆法制备泡沫混凝土，另一种则是湿砂浆法制备方法[3]。其中湿砂浆法制备泡沫混凝土是以往工地施工过程中最常见的生产方式，这种制备方法最主要的生产设备就是搅拌机，它是先将水泥，砂子，水在搅拌机里充分搅拌混合成水泥浆，然后再将生产好的水泥砂浆用混凝土车运送到施工现场，到了施工现场后再将现场制备好的泡沫掺入已制备好的水泥砂浆，利用搅拌机再次充分搅拌混合，形成所需要的泡沫混凝土。干砂浆法的生产方式就是比较直接了，直接将施工所需要的材料运送至施工现场，然后将运送至现场的制备材料利用搅拌机与水搅拌混合，在充分搅拌混合后，再加入已制备好的泡沫注入搅拌机，与之一起充分搅拌混合形成所需要的泡沫混凝土材料。这两种方式在制备好泡沫混凝土后就可以直接用于现场施工了。1.1.3泡沫混凝土的应用（1）泡沫混凝土在我国的应用最近几年以来，建筑施工的节能在我国越来越受到重视。在政府的建筑施工节能政策的趋势下，我国建筑行业节能施工材料有了进一步的进展。其中一项就是新型建筑节能保温材料-泡沫混凝土。泡沫混凝土集节能、保温等优点于一体，以它这些良好的特性跻身于建筑节能材料的行列中，不但如此，泡沫混凝土也用于其他的方面。当前，在我国它的应用情况大致如下几点：用作泡沫混凝土砌块：泡沫混凝土被运用作砌块。在我国华南地区一带，泡沫混凝土通常被用作填充结构框架，一般密度等级为一立方900到1200千克，这种运用方式使泡沫混凝土轻质、隔热、高强的特点得到了充分的发挥。尤以广东在广东省每年有达600000立方的泡沫混凝土被用作混凝土砌块。在我国华北平原，泡沫混凝土理所当然地成为建筑保温材料了。哈尔滨建筑大学研制出了用于城市楼房建设的新型混凝土砌块，这是一种规格为2003毫米的泡沫混凝土砌块。这种砌块不导热、能抗冻、轻质、价格低廉、耐火、易于施工，一般被用作保温才来哦或者非承重材料。用作轻质墙板：目前市场上用于户与户、室与室之间隔断墙的材料大都价格比较高，因此限制了这些隔断材料的推广和使用。我国科学家经过不懈地努力研究并且开发了泡沫混凝土轻质墙板的技术，这种技术的诞生，使其在隔断墙方面的应用得到了推广。该产品由百分之十五以下的膨胀珍珠岩、一定量制备好的泡沫、百分之三十到百分之四十的粉煤灰以及百分之四十五到百分之六十五的硫铝酸盐水泥材料生产而成。与以往的隔断墙材料相比，泡沫混凝土材料的隔断墙明显存在价格优势，有利于其推广和使用。用作地基补偿：自由沉降在建筑物施工过程中是一种普遍的现象，这种情况的产生是由于建筑物本身各部分因自重受力不均而导致的。所以建筑物的自由沉降差别在建筑施工过程中也同样是难免的，这就需要在建筑施工过程中填加软质材料，发挥地基补偿的作用。而泡沫混凝土恰好能做到这点。（2）泡沫混凝土在国外的应用近年来，国外许多国家，比如英美等欧洲国家，包括日韩等亚洲的国家不断地扩大泡沫混凝土在建筑施工领域中的应用，不但工程进度能够得到加快，而且工程的质量也不落下，也得到了很大地提高。泡沫混凝土在国外的应用大致为：用作挡土墙：因为泡沫混凝土具备轻质的这一特点，将其填加入港口岩墙的后面，可以降低港口岸边岩墙垂直、侧向的双向载荷。同时也是因为泡沫混凝土有着很好的粘着性，这种良好的特性使得泡沫混凝土不会水平向岩墙施加压力，能够保持岸墙的基本水平高度，减少沉降，缩减岸墙的维修和保养费用，起到了节约、节能的作用。泡沫混凝土因其轻质还被用作岸堤、坡道边缘的稳固材料，它取代了原本的土壤，增加了边坡和路堤的稳定性运动场地和跑道的修建：泡沫混凝土具有轻质、渗水性好的特点，把它用作运动场的地面基础，再把人造草皮之类的覆盖在其上面。曲棍球、网球和足球运动场的泡沫混凝土密度一般为每立方米800到900千克。田径跑道则是在基础层上覆盖5毫米厚度的塑胶、多孔沥青表面。用作钢筋混凝土夹芯：将泡沫混凝土具有高强度、隔热性、轻质量等良好的特性应用在钢筋混凝土构件的夹芯之中。废弃管线回填：在当前建筑领域里，经常遇到废弃不用内剩有化学物质品或者油类物质的管道线路、废弃不用的排污水管、废弃的地下储油柜包括另类的地下空穴等，这些废弃的设施常常容易引发火灾或者地表的坍塌。在这种情况下，就可以将制备好的泡沫混凝土填入这些废弃的设施中以杜绝后期可能引发的安全隐患[4]。这种泡沫混凝土回填废旧设施的方法不但费用少，而且比较简易、稳定、安全。在回填施工过程中，地下废弃管道的粗细以及地下的水位决定了所需采用的泡沫混凝土的密度，一般范围在每立方米600到1100千克。贫混凝土填层：在此施工过程中使用弯曲性较好的软质管路，但是泡沫混凝土对此在很大程度上展现出它的工作度和适应能力。因为泡沫混凝土这样的特点，所以经常被用于此施工中。在对隔热性能要求很高的情况下，便采用密度是500千克每立方米的泡沫混凝土，此时填层的厚度一般平均在0.1到0.2米之间。在对隔热性能要求比较低的情况下，泡沫混凝土密度通常为1200千克每立方米，填层厚度为0.05米。屋面边坡施工：泡沫混凝土价格低、重量轻、施工速度较快等特点也使得它应用于屋面边坡的施工。边坡的坡度一般为10毫米每米，厚度在3到20厘米之间，所采用的密度在每立方米800到1200千克之间。储罐底部支撑：将泡沫混凝土浇筑成凸形地基，然后装有化学品或者粗油的钢质储罐的底部刚好放置其上，这样就能够确保在焊接整个储罐底部的支撑时，整个储罐底部保持在最佳应力状态。有了这样的底部支撑，储罐便可以使用薄板底部。用作园林绿化：园林中随处可见的垃圾箱、石凳以及奇形怪状的假山等都是泡沫混凝土应用于园林绿化的具体体现。其他应用方面：泡沫混凝土也可以应用于各种施工过程的填充，例如填充防火墙以起到绝缘防火作用，填充楼面以起到隔声作用;包括各种类型的线路隔离，比如供水管路的隔离、供电管线的隔离等等。总而言之，泡沫混凝土用于建筑施工节能这一方面[5]。在随后并且可能很长的一段时间内，泡沫混凝土的节能特性的运用都将是最主要的部分。当然，随着泡沫混凝土应用领域的拓展以及其应用技术的不断研究和开发，泡沫混凝土被应用于其他方面的比重会慢慢的增加，这也是不可阻挡的一种趋势。其用于建筑节能方面的具体情况有以下几个方面：屋面的保温隔热：其中水泥瓦、保温板、屋面隔热砖、夹心波瓦等属于制品类。

聚苯颗粒与泡沫复合保温隔热层、现浇泡沫混凝土屋面隔热层属于现浇类。墙体的隔:保温其中各类泡沫混凝土砌块、和各种内外保温墙板属于制品类。

现浇泡沫混凝土墙体属于现浇类。墙面的隔热保温:其中外墙内外保温系统、发泡文化砖以及文化石属于制品类。

用于喷涂墙面保温层属于现浇类。地面的隔热保温:其中地面保温板、砖属于制品类。现浇地面保温层属于现浇类。1.1.4泡沫混凝土在国内外的发展现状泡沫混凝土有着普通泡沫混凝土不可相比拟的特性，那就是它的密度是随机可变的。目前，在全球建筑行业中，泡沫混凝土被广泛地应用，并且应用的领域在其不断被研究开发的时代背景下得到不断地扩大。（1）泡沫混凝土在国内的发展现状在2010之前，这种新型建筑材料很少为人所知。但是在央视新址、沈阳皇朝万鑫大厦、上海胶州路教师公寓这三把大火之后，泡沫混凝土便从此展现在人们的眼前，不断地为人所知晓。在泡沫混凝土年产总量方面：在过去的一年里，我国泡沫混凝土超过了两千五百万立方米的生产总量，这些生产出来的泡沫混凝土被用于各种工程领域，比如道桥隧工程领域、住宅领域、建筑隔热保温领域。依据发泡方式的不同，泡沫混凝土的制备方法可分为化学法和物理法。物理法一般应用于现浇类施工，譬如各种隔热保温层的现浇、桥路施工、泡沫混凝土回填、以及墙体的现浇。相比较物理法发泡而言，化学法能够得到强度较高的泡沫混凝土，一般被应用于制品类，譬如复合夹心墙体及隔断墙、内外墙的保温板、装配式住宅等等。在泡沫混凝土企业分布方面：据统计，在过去的2014里我国有总数达一千多家泡沫混凝土企业。企业分布数量由低到高的地域次序大致为：青海、新疆、宁夏、广西、甘肃、云南、吉林、上海、江西、天津、福建、湖南、贵州、重庆、安徽、湖北、广东、内蒙古、陕西、黑龙江、浙江、北京、山西、辽宁、山东、河北、河南、四川、江苏；泡沫混凝土行业在所有地域中最不发达的是西藏和海南等地处偏远的省区，这些区域加大发展泡沫混凝土企业的力度。在这一千多家泡沫混凝土企业中，约有百分之六十以上的泡沫混凝土企业以现浇为主，百分之二十的泡沫混凝土是以制品为主的，生产加工设备的企业只占了总数的百分之十左右，而以生产发泡剂为主的泡沫混凝土企业只占不足百分之十的比例。企业分布见图1-1。图1-12014年泡沫混凝土企业分布在应用领域方面：屋面保温隔热、现浇地暖绝热、回填、垫层是泡沫混凝土目前最大的应用领域。我国当前的泡沫混凝土现浇类施工量已经居于世界第一的位置。各种现浇类保温层施工技术已经发展到一定水平。但是与国外泡沫混凝土相比，我国泡沫混凝土制品还是有很大的距离的，技术水平较之偏低，没有被普遍使用的产品，国外的整体规模跟我国相比也比较大。在发泡剂方面：发泡剂是制备泡沫混凝土的核心成分，目前，我国市场上发泡剂的主要种类有：松香类发泡剂。近几十年来，国内泡沫混凝土行业一直使用松香热聚物类或松香皂的发泡剂进行泡沫混凝土的制备。这是我国第一代发泡剂，一直到现在仍然还在被大量地使用，这种发泡剂的缺点就是稳定性太差。合成类发泡剂。1980以后，表面活性剂工业在我国慢慢地开始发展，泡沫混凝土行业进入了应用合成类泡沫剂的时代，这种合成类发泡剂剂发泡多、起泡容易，但是它同时也对水泥的强度有影响，并且泡沫的壁厚太薄、稳定性也差。蛋白类发泡剂。1990年以后，国外的水泥发泡剂迅速发展，美、德、意等国家先后成功研究开发出此种新一类发泡剂。这种在当时新型的发泡剂凭借其高稳定性的特性，顺利地打入我国的发泡剂市场，之后被广泛地应用在泡沫混凝土行业，这是我国的第三代发泡剂。随后我国也紧跟国际步伐，开发出了植物蛋白发泡剂和动物蛋白发泡剂，这一类发泡剂后来被广泛地应用在沿海地区的建设之中。我国的动植物蛋白泡沫剂也逐渐兴起，并且在某些地区得到了广泛应用。复合型发泡剂。随着建筑施工技术和要求的逐步提高，在这种大环境下，针对高要求的泡沫混凝土，复合型发泡剂也随之诞生了。这种发泡剂具备多种成分、多种功能的特点，不再是以往单一成分、单一功能的水泥发泡剂。这种复合型的水泥发泡剂就是我国的第四代发泡剂。这一代发泡剂是由多种成分复合的，组分之间相互取长补短、优势互补。最新型发泡剂。在发泡剂发展的后期阶段，德国等发达国家开发出了生物酶水解蛋白类发泡剂，目前在我国，我们的科研机构也正努力对此种类型的发泡剂进行研究和开发，譬如西南科技大学、国家建筑材料工业技术监督研究中心这两个科研机构。根据据不完全统计，目前在我国有着上千的企业从事发泡剂的生产加工，而发泡剂本身在市场上也出现了几代发泡剂同时存在比较混乱的现状。市场上各类发泡剂鱼龙混杂，有劣质的发泡剂，也有优质泡沫剂，然后劣质的发泡剂在整个市场的充斥阻碍了优质发泡剂的销售，因为客户在不经使用的情况下无法识别发泡剂本身的优劣。泡沫混凝土行业的发展在这种市场环境下受到了严重的影响。因此，市场需要一个系统的针对发泡剂质量而制定的行业评定标准，另外还要对发泡剂产业进行合理适当的引导和监督。这些措施的实施对于形成一个良好稳固的发泡剂产业市场具有极大的意义。在生产设备方面：我国是在其他国家设备的基础上，加以自身的改进形成的国产混凝土生产设备，这种混凝土生产设备是以中小型、现浇型为主的设备[6]。这种设备之所以可以在我国取代进口泡沫混凝土设备，并且能够迅速地发展，是因为这种中小型现浇泡沫混凝土设备恰好适应了中国泡沫混凝土小企业为主的这种现状。该种泡沫混凝土设备易于操作、体积小质量轻、模糊化。其中生产此种设备的代表性企业是驰龙、蓝海、赛地等几家企业。他们一年可以生产200到300套这样的设备。自十年前到今天，我国在该设备制造方面已具规模，生产厂家数量剧增。发泡机的发展也取得了突破性的进展，目前的空气压缩机式发泡机已经逐步取代螺旋桨叶轮搅拌式发泡机，成为发泡机行业的主流产品。但是空气压缩机发泡机也存在着自身的问题，比如气阻阻碍发泡机吸液、自动化控制难、发泡机发泡不够稳定等问题都有待解决。在国家政策方面：近年来，一系列鼓励发展像泡沫混凝土等新型建筑材料的国家或地方政策相继出台。这些政策的出台推动了泡沫混凝土的新发展。（2）国外泡沫混凝土发展现状20世纪初，泡沫混凝土在俄国以及北欧各国积极努力地研究开发的趋势下开始了较快的发展。1930年到1950年左右，泡沫混凝土慢慢走上了工业化的道路。我国的泡沫混凝土行业较西方发达国家以及日韩而言起步较晚，制备泡沫混凝土的设备之一——水泥发泡机自动化程度不高、发泡的稳定性能也低，这些都需要进一步地发展。从我国泡沫混凝土目前的发展趋势来看，我们国家泡沫混凝土产业正与其他国家逐步缩小差距。国产泡沫混凝土发泡机有着明显的价格优势，大部分的国产水泥发泡机的价格在几万元左右一台，有的简易型水泥发泡机一台只有几千元。与此相比，进口水泥发泡机就失去了价格优势，因为一台进口机型一般需要十几万元一台，有的一台甚至需要十五到二十万元。所以国产机型的价格很适合我国的企业。国产水泥发泡机也有仿制其他国家发泡机的，然而仿制并没有带来价格上优势，一台仿制进口机型的水泥发泡机价格直逼进口机型。价格上的劣势便阻碍了仿制机型的推广和销售。技术的进步和升级带来的价格上的提升这是必然的，但是还得符合我国的国情，价格太高势必影响它的推广和普及。目前，泡沫混凝土已经应用于二十多个领域，并逐步向航空、军工等高端产业拓展，这为它将来的发展开辟了新的道路。目前，欧洲、北美、亚洲的中日韩及东南亚是泡沫混凝土应用最为发达的三个区域。总而言之，泡沫混凝土正向全球普及并被应用。1.2设计要求及内容1.2.1设计要求（1）查阅文献资料，撰写开题报告，外文翻译4000汉字以上；（2）拟订水泥发泡机总体设计方案，绘制工作原理图；（3）进行相关设计计算，确定主要技术参数；（4）绘制水泥发泡机装配图和主要零件图，图纸的总量不得少于3张A0图纸；（5）编写设计说明书，字数不少于2万字，参考文献不少于15篇。1.2.2设计内容（1）研究的主要内容水泥发泡机是泡沫混凝土制品的生产设备之一，课题首先根据市场调研拟定总体设计方案，绘制新型水泥发泡机的工作原理图；通过相关设计计算，确定主要技术参数，完成发泡机的总体结构设计；绘制发泡机总装图及主要零件图，编写设计说明书。（2）拟解决的主要问题如何改变水泥发泡机的发泡密度问题；如何控制出泡的均匀度、以及怎样制备所需要的不同泡径的泡沫问题；如何降低所制备的泡沫的沁水率问题。（3）研究方法技术路线查阅相关资料，整理资料熟悉现有的水泥发泡机在国内外的发展现状，同时掌握它们的工作原理；根据机械设计基础的相关知识进行水泥发泡机的总体设计；据控制变量法对发泡密度进行设计；根据需要的出泡效果对进气、进液管道进行设计；根据可能出现的包括泡沫不均匀、泡径不一等问题对出泡口进行设计；运用绘图软件所设计的水泥发泡机的总装图。2发泡机的总体设计2.1发泡机的发泡发泡方法所谓发泡机，就是用来将气体与发泡剂混合而制备成泡沫的生产设备。发泡剂只有在其机械混合作用下才能制备成泡沫。发泡剂和发泡机是相辅相成的元素，两者缺一不可，发泡机没有发泡剂不能发泡，发泡剂不通过发泡机同样也没有作用。各种类型的发泡机的发泡方式是不一样的，但是却有着一样的产生泡沫的原理，即将空气引入发泡剂使其与之充分混合。发泡机制泡效果的差异与引入气体的方式有关。空气、发泡剂溶液是制备泡沫的两个必不可少的条件，因为在泡沫的制备过程中，发泡机溶液形成液体膜并且包围气体形成泡沫。在泡沫形成的整个过程中先是产生气泡，然后量变成泡沫。利用发泡机引气入液是制备泡沫的一个重要的环节，引气的方式取决于发泡机本身的引气方式。总而言之，发泡机的引气不外乎以下的方式[7]：（1）旋转叶片引入气体（慢速）此方法是将发泡剂直接加入到水泥砂浆中，然后将再将气体引入其中。在搅拌机旋转工作的同时，空气也随之进入水泥砂浆之中。混合进水泥砂浆的气体由三部分组成，除了被叶片旋转带入的空气，另外两部分分别是水泥等原料带入其中的、被翻滚的水泥砂浆带入的。在这三部分占主要部分的就是由叶片旋转带入的空气和被翻滚砂浆带入的空气。在空气与水泥砂浆混合后，随之被含有表面活性物的发泡剂液体包裹，在水泥砂浆体中形成气泡，并随着气泡数量的不断增加，最终形成泡沫混凝土。通过这种制备泡沫的方式所产生的泡沫生成量不大、制备效率较低、发泡的效果也不好。（2）旋转叶片引入气体（高速）此种引气方式较前者而言，叶片旋转的速度很高。这种制备泡沫的方式主要依靠叶片的高速旋转向发泡剂溶液里注气。因此，这种制备方式对叶片的转速要求很高，转速一般大于每分钟700转，基本在700到1400转每分钟之间。想要获得比较理想的效果，那么叶轮端部的线速度应该大于每秒20米。只有叶轮的旋转速度足够高速，才能达到满意的引气效果。相反，引气效果不明显的话，就说明叶片的转速太低。（3）利用压力引入气体压力引气较其他方式相对科学，目前这种引气方式已经在国内外普遍使用。是中压以及高压混凝土发泡机器技术的关键。前两种发泡技术有着共同的缺陷，主要体现在引气速度慢、气体分布不均匀、泡径大且不统一、泡沫的稳定性不足等方面。其中发泡机的随机性导致无法控制泡沫的直径和均匀度，而这两者正是制备混凝土泡沫的关键性特征，还有一点就是无法控制发泡的量。压力式发泡机恰好有针对性并且很好地解决了这几点问题。压力发泡机的诞生使得发泡技术在泡沫均匀度、泡径统一度以及泡径的控制、发泡的量、发泡的速率等方面有了很大的提高。压力发泡机的工作原理就是配备有能够产生空气压力的设备，使得在正常压力下难以进入发泡剂溶液的气体能够比较容易地被压入液体中，并且与之混合。在向气体施加压力的同时也相当于向液体施加了压力，这个作用是双层的。这种采用压力引气制泡的方式能够满足基本的要求。在我国鼓风机和空气压缩机是压力引气制泡方式的两种主要设备，前者是中低压制泡，后者是高压制泡。压力大小的区别导致了两种制泡设备不一样的制泡效果，因为压力越高，制泡效果越好。所以鼓风机制泡设备没有空气压缩机制泡效果好。前者是中低压发泡机，后者是高压发泡机。前者的风量风压决定了制泡的优劣，后者的排气量与压力决定了制泡的效果。空气压缩机的制泡效果决定了被广泛地采用，鼓风机制泡相对于空气压缩机制泡在市场上比较少。空压机所制气泡密度均匀、泡径小且同意、稳定性好、沁水率低，这是低压发泡所不能相比的。（4）高压射流引入气体技术是不断进步的，随着发泡机在现代社会建设中的普遍被应用，新型、高效的发泡机设备也处于不断地研究和开发之中。其中之一就是高压射流制泡，这是一种还处于尝试阶段的制泡方式，由射流产生的强大分散力使得发泡机溶液和气体充分混合。当然，处于尝试阶段的它还不够成熟，在优势方面还没有超越空气压缩机制泡方式，所以高压制泡还是目前市场上的主流制泡设备。2.2发泡方式的选择及其工作原理2.2.1发泡方式的确定根据在上一章节中的介绍，将几种发泡方式及其制泡效果绘制成表格以便于比较，具体情况见表2-1。表2-1各种发泡方式发泡效果的对比发泡方式发泡效果旋转叶片引入气体（慢速）泡沫生成量不大、制备效率较低、发泡的效果也不好。旋转叶片引入气体（高速）引气速度慢、气体分布不均匀、泡径大且不统一、泡沫的稳定性不足。中低压引入气体泡径的控制、发泡的量、发泡的速率等方面有了很大的提高，但是与高压发泡不能相比。续表2-1发泡方式发泡效果高压引入气体气泡密度均匀、泡径小且同意、稳定性好、沁水率低。高压射流引入气体目前处于尝试阶段，同高压引入气体制泡相比，暂时还没有发现什么优势。在表2-1中可以明显看出高压（空气压缩机）发泡方式的优势，因此本文选用空气压缩机型发泡方式。2.2.2空气压缩机型发泡机的优点（1）空气压缩机型水泥发泡机具有以下特点：（2）制泡速率较高；（3）所制出的泡沫细小绵密；（4）所制出的泡沫均匀、泡径分布窄；（5）所制出的泡沫沁水率低。2.3.1压缩空气型水泥发泡机工作原理压缩空气型水泥发泡机是采用空气压缩机使得产生的高压气体与发泡机溶液充分混合，很好地将空气压缩机与于液泵结合在一起的一种新型的水泥发泡机发泡系统[8]。2.3.2压缩空气型水泥发泡机工作原理图本次设计的一种新型水泥发泡机包含了供液装置、进气装置、控制系统、气阻消除装置、以及管路的设计。工作原理图见图2-1。图2-1压缩空气型水泥发泡机工作原理图注：1-9为手动调节球阀2.4压缩空气型总体设计方案的确定该种压缩空气型水泥发泡机包含以下几个部分：（1）进气装置本次设计采用空气压缩机。（2）供液装置本次设计采用液泵。（3）制泡装置此装置即发泡管装置，发泡剂在这个装置中能够与空气混合产生泡沫。（4）液气混合管路装置该装置是本压缩空气型水泥发泡机的液气混合系统。（5）控制系统装置在压缩空气型水泥发泡机领域里，其控制系统有人工控制系统和全自动控制系统这两种。2.4.1供液装置的设计综合考虑用户对该压缩空气型水泥发泡机发泡量的要求不同（譬如实验室发泡和工程发泡的发泡量差别是很大的），故将本新型压缩空气型水泥发泡机的供液装置设计为双向进液。压缩空气型水泥发泡机供液装置见图2-2。图2-2压缩空气型水泥发泡机供液装置该供液装置设计有两种供液方式（双向供液）。（1）盛液斗式供液方式这是专门为实验室发泡而设计的，因为实验室发泡是计量式的少量发泡。（2）抽液管式供液方式这种供液方式则是为需要大量发泡的工程用途发泡而设计的，这种供液方式适用于从大容器里连续抽液发泡。阀门1控制盛液斗进液，阀门2控制抽液管进液。阀门1、2的开启与关闭可以切换不同的供液方式，开启阀门1并且关闭阀门2，发泡机的供液方式则为盛液斗式供液,。开启阀门2同时关闭阀门1，此时发泡机的供液方式则为抽液管式供液。两种供液方式可以根据自身的需要自由的切换，盛液斗式供液方式在保持一定液位的情况下也可以实现连续不断地发泡并且两种供液方式都是依靠液泵的运转来工作的。2.4.2进气装置的设计压缩空气型水泥发泡机的进气装置设计见图2-3。图2-3压缩空气型水泥发泡机的供气装置本次设计的压缩空气型水泥发泡机由一个气泵（空气压缩机）提供高压气体，为尽可能地减少空气压缩机的“空载”以及“满载”现象，在气泵的出气管处附加了一段储气管，这样不但能够在下一阶段的空气到达前对从后冷却器

出来的水份和油份实现再次补充，而且也填补了超出压缩机容量部分的气体，满足了设备对空气量的需求。2.4.3液体控制装置的的设计液体控制装置为阀4，见图2-4。图2-4供液控制装置压缩空气发泡的本质就是利用空气压缩机将高压空气压入发泡剂溶液中，实现两相的快速均匀混合，使气体分散于液体中形成气泡，再由无数气泡组成泡沫。若发泡液进入太少，气多水少，泡沫量很小，即形不成液膜，空气无法被发泡液膜包围，成泡率低。若发泡液进入太多，水多气少，则会形成乳状泡沫，泌水率高，发泡液浪费大，且泡沫产量低。因此控制合适的气液混合比是成功发泡的关键，改变气液混合比是调整泡沫密度的关键。综合以上的考虑，在液泵出液口安装一个流量控制阀4，以达到改变进液量、调整气液混合比的作用。阀门4为手动流量调节阀（J11W-16T手动直式调节阀），阀门4见图2-5。·图2-5流量调节阀阀的转动手柄处有0-9刻度，0表示关闭状态，9表示开度最大，通常情况下，可置于3或4位置。转动流量调节阀，改变管路中进液的流量，从而达到控制、改变气液混合比的目的，最终实现该水泥发泡机泡沫密度的可调性。2.4.4发泡管的设计本文设计的水泥发泡机是双向发泡，它有两个发泡管，且两个发泡管制备的泡沫密度是不一样的。1号发泡管的生产出来的泡沫密度是比2号发泡管所制备的泡沫密度大的，因为两者所产生的气泡的泡径是不一样的。发泡管见图2-6。图2-6双向发泡管在发泡管设计中，我们通过在发泡管中加塞密度均匀的钢丝球的方式来发泡（具体加塞钢丝球个数稍后讨论），须保证2号发泡管所制备的泡沫的密度或泡径比1号发泡管小。钢丝球见图2-7。图2-7钢丝球注：钢丝球的质量50g/个，直径约为50mm。发泡管内径的确定：因钢丝球的直径约为50mm，为确保钢丝球与发泡管没有空隙，故选取内径为50mm的发泡管。发泡管长度的确定：1号发泡管的长度选取400mm，因供液、进气管路与发泡管进口处相接，所以两根发泡管在长度方向需要错开。故2号发泡管长度选取为430mm。加塞钢丝球个数的确定：1号发泡管出大泡径泡沫，加塞钢丝球个数50mm<400mm，故选取内置5个钢丝球；2号发泡管出小泡径泡沫，加塞钢丝球个数50mm>430mm，故选取内置10个钢丝球。发泡管与出泡软管采用螺纹管箍、紧固圈夹紧的方式连接，具体见图2-8。图2-8发泡管、软管连接方式管箍与发泡管采用螺纹连接，在需要调整或者更换钢丝球时，只需要用管制钳拧开其即可，然后可以利用钩状的钢丝取出发泡管中的钢丝球。管箍为圆锥形，便于用紧固圈将出泡软管固定在上面。2.4.5气阻消除装置的设计压缩空气式水泥发泡机产生气阻现象可能原因如下：发泡剂本身为溶液，一部分空气融入其中导致其含有少许气泡。空压机、液泵的运转会使整个发泡机的震动很大，这样也容易使发泡剂溶液产生气泡。所制备出的少量气泡也容易产生气阻。为解决该问题，本文设计的压缩空气式水泥发泡机为消除液泵运转现象配备了消除气阻装置，在使用得当的情况下能够较好的解决问题。解决方案：在液泵出液口处按加一个阀门，在无气阻现象的时阀门是关闭的，在出现气阻时便可以打开此阀门，但是必须做到即开即关，时间间隔不要超过1s。一次操作不能消除气阻现象的话，要继续进行下一次同样的操作。消除气阻装置，阀门3便是消除气阻所需操作的阀门。见图2-9。图2-9气阻消除装置2.4.6控制系统的设计设备的控制系统可分为自动控制和人为控制。下面针对压缩空气式水泥发泡机的三个关键方面进行对比。见表2-2。表2-2两种控制方式的对比控制类型价格维护制泡效果自动控制太高不方便良好人为控制低简单有时受人为影响由表2-2可以看出人为控制的优点还是大于缺点的，综合考虑我国目前的国情正是需要价格低、易于维护的水泥发泡机。因此本次设计的空压机型水泥发泡机采用人工控制的方式，所采用的阀门均为手动调节阀门（阀门的选型在后面讨论）。空气压缩机、液泵的启动与停止：在前立面板左上方装有两个单开开关按钮分别控制空压机以及液泵的启动与停止。需要注意的是为消除发泡机启动时产生气阻现象，按下液泵开关与空压机开关的时候要有不超过1s的时间间隔。供液：打开阀门4即可，阀门4可以控制进入供液管路的发泡剂溶液的流量。盛液斗供液：关闭阀门1打开阀门2。抽液管供液：关闭阀门2打开阀门1。1号发泡管制泡：打开阀门5、6且关闭阀门7、8。2号发泡管制泡：打开阀门7、8并关闭阀门5、6。注意：阀门3在不出现气阻现象的时候都是关闭的；在使用其中一个发泡管发泡时，另一个发泡管进口处的两个阀门是关闭的；在使用该设备制泡前必须保持其中一个发泡管进口处的两个阀门是开启的。3具体配置的选型3.1液泵及空气压缩机的选型3.1.1空气压缩机的选型小型水泥发泡机的发泡能力一般为[9]，制泡的密度应该控制在为宜，因为在这个密度范围下才不会使泡沫混凝土的性能受到影响。空压机的排气量和液泵的排量决定了泡沫的产量。则从理论上讲，泡沫的产量见式（3.1）。式（3.1）式中——表示破泡系数；——表示空压机的排量；——表示液泵的排量。一般情况下，若选择高稳定性发泡剂、气液配合比例合适时，则泡沫产量主要取决于空压机排气量，见式（3.2）。式（3.2）（破泡系数忽略不计）故选取PAW3608型空气压缩机，其参数见表3-1。表3-1PAW3608型空压机参数型号额定功率气缸数额定压力排气量PAW36083KW3个0.7MPa360L/min3.1.2液压泵的选型所制备出的泡沫密度的最大值与液泵最大排量和空压机排气量之间的关系见式（3.3）。式（3.3）式中——表示所调整的泡沫密度最大值；——表示发泡剂溶液的密度，一般约等于水的密度；——表示液泵的最大排量。则液泵最大排量见式（3.4）。式（3.4）故选取QL—380A型清洗机，其参数见表3-2。表3-2QL—380A型清洗机参数型号额定功率额定压力许用压力流量实际流量QL—380A1.6KW8MPa1~6MPa22L/min2~20L/min3.1.3阀的选型本次设计的压缩空气型水泥发泡机采用的是人工控制、人工调节的方式，故管路中的阀门（除阀门4外）均采用DN20手动调节球阀。阀门所在管路的外径均为mm。4发泡机机架的设计4.1机架设计的原则材料方面：机架应选择成本相对较低的材料，这样能够降低本压缩空气型水泥发泡机的成本，增加其在市场上的竞争力；材料的质地要求比较轻，这样便于设备的运输；材料的选择还要综合考虑到本压缩空气型水泥发泡机的工作环境，譬如耐腐蚀、耐热等一些特殊的工作环境。结构方面：在设计机架时要考虑机架的刚度、强度和稳定性，设计机架时要进行强度校核；机架的结构不能妨碍设备内置装置的正常运行以及人工的操作行为；机架的设计要保证后续安装、维护、维修或者更换的方便性；机架的设计要尽可能地简易，复杂的机架结构不但耗材而且耗时；因空压机运转时会产生很大的振动，所以机架的结构还要求具备良好的抗振性。外观方面：设计机架时，在保证设备能够运转的同时，还要注意机架的外观要求美观。4.2机架材料的选择4.2.1机架材料的选用原则机架材料的选用应该从两个角度考虑：（1）从材料本身考虑：材料应该满足一定的刚度和强度等要求。材料的价格也应该相对较低，要具备一定的经济性。（2）从零件方面考虑：须满足零件的外形、尺寸和重量以及它的工作状况和所受载荷情况对机架材料的要求。4.2.2机架材料截面形状的选择常用的机架材料的横截面形状一般为：工字型、圆管形以及空心矩形[10]。工字型截面适用于主要受弯曲的零件，本设计中的零件主要受扭转，故不选用工字型截面。圆管形截面和空心矩形截面都适用于主要受扭转的零件，从刚度角度考虑，宜选用空心矩形截面。选用空心矩形截面不但能够对其所支撑的清洗机、空气压缩机及电机的振动起到吸收作用，而且它的平面性也便于其他零件的安装。综合以上考虑，选定空心矩形截面为机架的材料截面。各部位机架材料的初选见表4-1。表4-1各部位机架材料的初选部位材料类型规格(mm)材料主支架矩形钢管40×30Q235支撑架等边角钢40×40×4Q235方钢管25×25Q2354.3机架结构的设计要求：在设计机架结构时，首先应满足前文中所述的机架设计的准则，其次综合考虑空压机、空压机电机、清洗机以及发泡管等一系列设备的安装情况，最后参照相似设备的机架结构进行设计。过程：(1)确定整体机架结构：根据设计准则和设计要求确定该空气压缩型水泥发泡机的机架结构为框架结构；综合考虑所设计的该水泥发泡机的工作原理和运转流以及各装置工作环境的要求，将整个机架自上而下分为三个层面：盛液斗安放在上层，发泡管安放在中间层，清洗机、空压机以及带动其工作的电机放在底层。这样自上而下的机架设计不但能够保证方便安装各机器而且也能确保各机器互不干扰地运行以及后续的维护和更换。（2）确定机架结构尺寸：机架的尺寸取决于内装机器的外尺寸，空压机及其电机的外形尺寸为450×280×300，清洗机及其电机的外形尺寸470×200×240。初定机架的外形尺寸为800×670×650，中间层距底层550mm(3)根据机架所选材料以及其结构，确定采用焊接方式连接机架。(4)绘制机架结构简图，见图4-1。图4-1机架结构简图在机架的结构简图中，主框架为蓝色（40×30规格的空心矩形钢管），黄色为盛液斗支撑和储管箱支撑（25×25规格的方钢管），中间层以及底层的绿色分别为发泡管、清洗机、空压机、电机的支撑（L40×4规格的角钢）。主框架外形尺寸是800×670×650。4.4支撑结构的设计4.4.1空压机与液泵的支撑结构设计（1）空压机的支撑设计空压机首先采用支座支撑的方式，其次将支座固定于底层左侧两根平行的角钢之上。空压机安装尺寸为215×155，故空压机的支座设计见图4-2。图4-2空压机的支座设计（2）空压机电机的支撑设计电机与空压机支座由两根平行的L40×4规格的角钢支撑，液泵的支撑方式与之一致，根据电机的安装尺寸140×125，液泵的安装尺寸200×125,液泵电机的安装尺寸100×125，设计空压机、液泵支撑结构见图4-3。图4-3空压机、液泵支撑结构设计注：为能够调整空压机与电机安装距离，使三角带处于崩紧状态，在底层支撑结构的角钢上须钻如图11的条状孔。4.2.2盛液斗的支撑结构设计盛液斗安放在机架的上层，由25×25规格的方钢管与主框架焊接而成，见图4-4。图4-4盛液斗支撑结构设计4.4.3发泡管及储气管的支撑结构设计从发泡管和储气管的截面形状考虑，采用半圆形定位圈、U型固定圈将发泡管和储气管分别固定于中间层角钢支架上，角钢之间的间距不能超过发泡管及储气管的长度且不能妨碍盛液斗的安放。具体设计见图4-5。图4-5发泡管、储气管支撑结4.5机架强度校核4.5.1分析载荷情况此设计的发泡机为小型设备，只需要考虑基本载荷（忽略其他载荷）。基本载荷=设备的自重+设备运行时产生的载荷[11]。查机械设计手册知，规格的矩形钢管的单位长度质量一般为，规格的方钢管的单位长度的理论质量为，角钢的单位长度的理论质量为。则机架的总重量P见式（4.1）。式（4.1）式中Ma——表示矩形钢管总质量；Mb——表示方钢总质量；Mc——表示角钢总质量。4.5.2机架强度校核机架承受最大载荷处是底层安装空压机及其电机、清洗机及其电机位置。查空压机及清洗机的产品参数表知,空压机及其电机总重量，清洗机及其电机总重量，二者同是安装在角钢上，则取空压机的重量进行静载荷强度校核。一般计算中，计算载荷为基本载荷与动力系数的乘积。动力系数表见表4-2。表4-2动力系数较小冲击、一般振动一般冲击、中等振动较大冲击、单向强振强烈冲击、双向振动1.1～1.251.25～1.51.5～22～3（4）注：取动力系数为1.2。角钢焊接在前后矩形钢管上简化为一跨梁模型，假设载荷是均布在角钢截面上，则根据计算公式得两角钢受到的最大应力为[12]，见式（4.2）。式（4.2）式中——表示角钢所受静载荷；——表示载荷方向角钢截面积。空压机支座强度校核，支座是有四个角钢支承，为固定端支座模型。角钢受到的最大应力为见式（4.3）。式（4.3）式中——表示角钢所受静载荷；——表示载荷方向角钢截面积。则机架的强度满足使用要求。4.5.3支座底脚螺栓规格的选择空压机电机经皮带传动将动力传给空压机，见式（4.4）。式（4.4）式中n——表示电机转速r/min；Me——表示轴上的外力偶矩N·m；P——表示电机功率KW。得，外力偶矩空压机底脚使用个螺栓联接，动载时在其电机带动下受翻转力矩的作用,此时左半边螺栓受压，右半边受拉[13]。空压机底脚螺栓布置见图4-6。图4-6螺栓布置图根据底板的静平衡条件得式（4.5）。式（4.5）根据螺栓变形协调条件，各螺栓的拉伸变形量与其中心至底板翻转轴线的距离成正比。见式（4.6）。式（4.6）、…通过联立解上两式求出。距底板翻转轴线最远处的螺栓受力最大，且所受工作载荷为,见式（4.7）。式（4.7）所选用的螺栓材料为45号钢，性能等级为4.8，即，取安全系数S=3，则螺栓材料需用应力为见式（4.8）。式（4.8）螺栓危险截面小径为，见式（4.9）。式（4.