毕业设计（论文）-JS500型双卧轴搅拌机设计

双卧轴搅拌机

全套设计图纸加V信153893706或扣3346389411摘要双卧轴搅拌机具备很多优点，如搅拌效率高，搅拌质量好，能源利用率高等，与传统单轴搅拌机相比，它最大的特点在于其两轴之间存在物料的逆流运动，目前它在各种道路工程和建筑工程中被普遍使用，是市场上的主流搅拌机型。因为搅拌是一个复杂的动态过程，物料在搅拌筒内的各种运动主要取决于搅拌机的结构参数和运动参数，因此对搅拌装置各参数的选择对提高搅拌机的工作能力具有十分重要的意义。本文结合了国内外相关设计经验对双卧轴搅拌机的主要参数进行了计算和分析，对主要结构进行了选择和优化，以保证其良好的工作效率和品质，高经济性，低能耗低污染性和较长的工作寿命。搅拌系统是整个搅拌机的“心脏”，所以是本次设计的核心部分，传动系统的稳定性，可靠性，精确性对于整机的工作能力也有重要影响，因而其设计合理性非常重要。此外上料系统、卸料系统、轴封系统等都是搅拌机不可或缺的组成部分。本文包含JS500型搅拌机各个系统的分析设计，并附上了总装图，关键部位装配图以及重要零件图。关键词：双卧轴搅拌机；强制式；搅拌参数；理论分析；设计；搅拌效率；搅拌质量

AbstractThetwin-shaftmixerhasmanyadvantages,suchashighmixingefficiency,goodmixingquality,andhighenergyutilization.Comparedwiththetraditionalsingle-shaftmixer,itsbiggestfeatureisthatthereisacounter-currentmovementofmaterialsbetweenitstwoshafts.Itiswidelyusedinroadengineeringandconstructionengineeringandbecomesthemainstreammixingmachineonthemarket.Consideringthatmixingisacomplexdynamicprocess,thevariousmovementsofmaterialsinthemixingdrummainlydependonthestructuralparametersandmotionparametersofthemixer.Therefore,theselectionofvariousparametersofthemixingdeviceisveryimportantforimprovingtheworkingcapacityofthemixer.Thisarticlecombinestherelevantdesignexperienceathomeandabroadtocalculateandanalyzethemainparametersofthetwin-shaftmixer,andselectsandoptimizesthemainstructuretoensureitsgoodworkingefficiencyandquality,higheconomy,lowenergyconsumptionandlowpollutionandlongerworkinglife.Themixingsystemisthe"heart"ofthemixer,soitisthecorepartofthisdesign.Thestability,reliability,andaccuracyofthetransmissionsystemalsohaveanimportantimpactontheworkingcapacityofthewholemachine,sotherationalityofitsdesignisofimportance.Inaddition,thefeedingsystem,unloadingsystem,shaftsealingsystem,etc.areallindispensablecomponentsofthemixer.ThisarticleincludestheanalysisanddesignofthevarioussystemsoftheJS500mixer,anditattachestheassemblydrawingsofthewholemachineandkeyparts,andimportantpartsdrawings.Keywords:Twin-shaftmixer;forced;mixingparameters;theoreticalanalysis;design;mixingefficiency;mixingquality

目录TOC\o"1-2"\h\z\u1 绪论 绪论课题研究背景如今，在我国经济飞速发展的大背景下，城市基础建设快速推进和发展，城市面积快速扩大，交通道路的里程和建筑的规模呈现高速增长趋势，我国将建设大批的商业建筑，民用住宅，水站电站，车站机场，公路铁路，通信基站等工程，作为建设这些现代社会基础建设的主要材料，混凝土的需求量越来越高，实际工程中对混凝土的质量要求也越来越高，混凝土搅拌机的发明和技术进步大大提高了混凝土品质，节约了原材料，加快和提高了劳动生产率，减轻了劳动强度，同时也节省了施工面积，改善了劳动条件，减少了能源浪费。因而混凝土搅拌机已成为各种建筑工程中必不可少的设施，在工程建设里发挥着重要作用。随着生产的需求快速扩大，特别是建筑行业的飞速发展，传统的混凝土搅拌机无法满足生产对混凝土材料的要求。这在一定程度上推动了混凝土搅拌设备和技术的发展，双卧轴搅拌机就是随着混凝土加工工艺的进步而逐步发展起来的新机型，可以作为大型水泥搅拌站的主机，同时也可以用于工程施工工地和水泥预制构件厂，生产各种类型的混凝土或者各种砂浆，双卧轴混凝土搅拌机的搅拌轴是水平布置的，它带动搅拌叶片，将装在搅拌筒内的物料强行拌合均匀，具有效率高、搅拌质量好、操纵灵活和卸料干净等特点，因此成为当今工程上使用量最多的混凝土搅拌设备。基于双卧轴混凝土搅拌机对于混凝土生产的重要意义，为了提高混凝土的搅拌效率和搅拌质量，本设计将对JS500型双卧轴搅拌机进行结构设计。混凝土概述混凝土是一种复合固体材料，它由胶状凝结材料与骨料(又称集料)凝结而成。由所使用胶状凝结材料的不同可以分为沥青混凝土、水泥混凝土等。其中水泥混凝土是建筑工程中使用最多的一种，而沥青混凝土是目前铺设高速公路使用的主要材料。水泥混凝土的主要成分有由砂、水、石子、水泥以及一些特殊添加剂。水和水泥形成的混合物叫做水泥浆，它凝结变硬后就叫做水泥石。水泥浆既将砂的表面包裹住，又填充在砂的空隙中，主要起润滑砂的作用，水泥浆和与砂的混合物叫做砂浆，而砂浆将石子的表面包裹住，又填充在石子之间的空隙，起到润滑石的作用，水泥浆和砂浆不仅大大提高了混凝土的流动性，为施工带来很大便利，还在混凝土凝结变硬后，将砂、石牢固地凝结紧固为整体。骨料是指混凝土中的砂、石，因为他们在混凝土中主要起到支撑的作用。骨料的作用主要在于既可以限制混凝土的干缩，又可以提高水泥利用率并降低水泥释放的化学热，还可以提升混凝土强度和耐久性。水泥混凝土是一种不均匀的多相复合材料。从微观角度上来看，水泥混凝土的构成包括粗骨料、细骨料、水泥的水合产物、各种细孔、各种裂纹(因水化热、干缩或干缩、泌水等原因使其开裂)和界面过渡层等，也就是说混凝土在凝固硬化后其本身就存在许多细孔和裂纹。界面过渡层是指骨料表面处的水泥石薄层，它是由于泌水等原因产生的，厚度大约在30-60μm，这个薄层中还常含有细小裂纹因此其结构比较松散脆弱。这种薄层结构对于水泥混凝土的使用寿命和性能非常不利，特别是粗骨料与砂浆(或水泥石)的界面。从宏观角度来看，水泥混凝土是一种由砂、石子、水泥和一些添加剂构成的混合材料，因此，骨料与水泥石的性质，在混合料中的比例以及两者接触截面(或界面过渡层)的粘结强度，就综合决定了水泥混凝土的性质。根据实验数据结果，水泥石的强度一般都低于骨料的强度，所以水泥混凝士的强度主要取决于水泥石的强度和骨料-水泥石接触面(或界面过渡层)的粘结强度，而水泥石的强度和骨料的表面质量(棱角的数量、粘附的杂质的数量、粗糙程度、吸水能力的强弱等)、凝结变硬的条件及物料混合物的泌水性等因素决定了接触面(或界面过渡层)的粘结强度。界面是水泥混凝土中最为强度最小的部分，所以要提高混凝土强度及其他性质，就必须改良界面过渡层的结构和接触面的粘结强度。2018年我国商品混凝土产量为25.46亿立方米，2019年我国商品混凝土产量为25.5亿立方米。目前我国的混凝土年产量已经成为世界第一。搅拌机概述分类及特点表1-1混凝土搅拌机分类分类方式按工作性质按搅拌方式按装置方式按出料方式按搅拌筒外形形式周期式连续式自落式强制式固定式移动式倾翻式非倾翻式梨式椎式鼓式槽式盘式按搅拌过程的工作性质区分，混凝土搅拌机可以分为周期式搅拌机和连续式搅拌机。周期式搅拌机的特点是它在工作时周期性地进行上料、搅拌、卸料，即它的称量、配料机构按设计容量将物料分批送入搅拌筒，搅拌机按规定的时间和模式进行搅拌后打开卸料门卸料，这就完成了一个循环。连续式混凝土搅拌机的特点与周期式搅拌设备完全不同：它在工作时连续不间断地进行上料、搅拌、卸料，所以，只有用称量配料装置准确配置物料的成分，控制物料的体积，才能保证生产的连续高效。按搅拌原理来区分，混凝土搅拌机可以分为强制式搅拌机和自落式搅拌机，两者的主要区别在于：自落式搅拌机的叶片和搅拌筒之间相对静止不动，强制式搅拌机叶片和搅拌筒之间相对运动。自落式搅拌机的叶片固定在搅拌筒筒体内，当筒体旋转时，叶片把物料“托着”转到搅拌筒顶部，然后物料又因所受重力分力超过摩擦力而回落到底部，像这样依次循环工作，使物料反复地上下运动，从而达到均匀搅拌，充分混合的目的。区别于自落式，强制式混凝土搅拌机的筒体是静止不动的，它由搅拌轴、搅拌臂和叶片的旋转来搅拌物料(也有搅拌筒与叶片做相对旋转来强制拌合的)，叶片安装在搅拌轴上，工作时，搅拌轴驱动叶片对筒内物料进行剪切、挤压和翻转、推移等强制搅拌作用，使物料在高强度的相对运动中得到充分的拌合，因而拌合质量好，效率高。它适用于搅拌干硬性混凝土、轻质混凝土，本次设计的就是强制式搅拌机。它的不足之处是动力消耗较大、搅拌叶片及衬板磨损大、构造较为复杂，且不适于搅拌流动性大及含大骨料的混凝土。固定式搅拌机通过机架底脚螺栓与基础固定，多装在搅拌楼或搅拌站上使用。移动式搅拌机装有行走机构。可随时拖运转移，应用于中小型临时工程。型号及参数常用搅拌机的机型代号见表1-2，以搅拌机出料容量作为其主参数，有50L、150L、250L、350L、500L、750L、1000L、1500L、3000L等，即0.05m3、0.15m3、0.25m3、0.35m3、0.5m3、0.75m3、1.0m3、1.5m3、3.0m3等。表1-2搅拌机的机型代号组型特性代号代号含义主要参数混凝土搅拌机J(搅)鼓式G(鼓)JG鼓式搅拌机出料容积(L)燃(R)JGR柴油机驱动鼓式搅拌机锥式反转出料式转(Z)JZ锥形反转出料式搅拌机齿圈(C)JZC齿圈锥形反转出料式搅拌机摩擦(M)JZM摩擦锥形反转出料式搅拌机翻(F)JF锥形倾翻出料搅拌机强制式Q(强)强制式搅拌机JQ强制式搅拌机单卧轴式(D)JD单卧轴强制搅拌机单卧轴液压式(Y)JDY单卧轴液压上料强制式搅拌机双卧轴式(S)JS双卧轴强制搅拌机立轴涡浆式(W)JW立轴涡浆强制式式搅拌机立轴行星式(X)JX立轴行星强制式式搅拌机锥形倾翻(F)出料式F齿圈(C)JFC齿圈锥形倾翻出料式搅拌机摩擦(M)JFM摩擦锥形倾翻出料式搅拌机混凝土搅拌机的型号主要由组代号，机型代号，特性代号，主参数代号，更新变型代号等组成，本设计为出料容积为500L的双卧轴强制搅拌机，即搅拌机为型号为JS500。结构与原理图1-1强制式搅拌机结构示意图如图1-1所示，强制式搅拌机(双卧轴搅拌机)主要由传动系统、搅拌系统、搅拌机壳体、卸料系统、轴端密封系统等部分构成。在传动系统中，由电机各驱动一级带传动装置，再将带传动装置连接一台三级圆柱齿轮减速器，最后由减速器通过联轴器连接两根搅拌轴进行工作，并且通过同步齿轮或者联轴器来保证两根搅拌轴反向同步，即转动方向相反，速度相同，皮带传动可以防止所需搅拌力过大而使电动机过载。搅拌筒由左右两个圆槽型搅拌仓组成，其内表面安装有通过沉头螺钉连接的耐磨衬板，衬板在达到磨损标准后可以换新的。搅拌装置包括一个ω型截面的搅拌筒，在水平面上平行布置着两根搅拌轴，每根搅拌轴上都有几组搅拌臂，相邻搅拌臂间隔相同的角度，呈螺旋状分布在两根轴的圆周方向，搅拌臂上装有叶片，两轴的叶片彼此之间都保持一定的相位差，从而接连地搅拌左右两槽内的物料，一边将物料沿着搅拌轴的圆周方向翻滚，一边又将物料沿搅拌轴轴向向前或向后推动搅拌，从而使物料得到快速而均匀的搅拌。此外，轴端密封装置是卧轴式搅拌机不可或缺的部分，它能有效地阻止物料泥浆从缝隙中泄露造成对轴承的腐蚀破坏，保证搅拌轴在较长时间里正常工作，延长其使用寿命。上图中的双卧轴搅拌机通过开设在两个拌筒中间底部的卸料门来排出加工好的物料。出料门的结构形式有双门式、单门式，其运动方式有转动式、滑动式、摆动式等，其驱动形式有电机驱动、气动和液压驱动。由于出料门长度比搅拌筒长度稍短些，在卸料门打开后，有80%以上的水泥物料可以靠重力作用下落，排出搅拌筒，而附着在在内壁和卡在角落的物料则靠搅拌叶片推动卸出。图1-2自落式搅拌机结构图自落式搅拌机的结构如图1-2所示，又称为鼓筒形搅拌机，它以鼓筒作为工作装置，鼓筒绕一根水平轴线或倾斜轴线旋转，且多数鼓筒两侧呈圆锥形，因此又称双锥形攬拌机或锥形搅拌机。鼓筒式搅拌机的工作过程为：物料被安装在鼓筒内的搅拌叶片带到高处，当重力分力大于物料与搅拌叶片之间的摩擦力时，物料从叶片上下落到鼓筒底部。同时和搅拌叶片的安装角(叶片工作面与拌筒回转中心线的夹角)使物料在搅拌鼓筒的旋转下产生轴向运动，提高了搅拌质量。虽然这种搅拌机目前已经被我国已下令停止生产，但由于它的使用可靠性较好，还有少量生产和使用。图1-3立轴式搅拌机的组成1-搅拌盖；2-筒体；3-机架；4-电机；5-减速器；6-回转体；7-内衬板；8-内筒；9搅拌臂；10-叶片；11-外衬板；12-卸料门轴；13-底村板；14-卸料门立轴式搅拌机的结构如图1-3所示。拌筒由搅拌盖1、筒体2、内筒8所组成，整个拌简焊接在机架3上。简身内壁、内筒外壁和拌筒底部分别用螺钉固定有外衬板11、内衬板7和底衬板13，以提高搅拌筒工作寿命。搅拌机构的传动是由电机4，经两级行星减速器5，带动回转体6实现搅拌机构旋转。在回转体上焊接有若干个搅拌臂固定座，搅拌叶片和内、外刮板通过螺栓固定在搅拌臂固定座上。叶片10和搅拌臂9用螺栓连在起，调整搅拌臂上下位置，即可调整叶片与底衬板13之间的间隙。搅拌好的混凝土可通过打开卸料门14卸入运输工具中。卸料门与卸料门轴12连接在一起，一般用气缸经拐臂推动卸料门旋转而实现拌筒卸料。结构缺陷双卧轴搅拌机布置有两根水平平行布置的搅拌轴，这两根轴横穿搅拌桶且反向同步转动，搅拌机工作时，搅拌轴表面的速度小搅拌效果微弱，物料在表面不被搅动就容易凝固黏结成块，这就是搅拌机的裹轴现象。一旦发生裹轴现象，如果没有及时清理，裹轴将越来越严重，混凝土凝结的厚度将越来越大。混凝土凝结后，尤其是凝结厚度变大之后，很难由机器自行清理，需要暂停工作，打开搅拌机人工清除。裹轴现象会造成搅拌轴转动的不平衡，加剧搅拌机工作的振动，并使容积利用系数下降，对搅拌质量和效率的提高极为不利。造成裹轴现象的原因还有很多，比如搅拌机的进料口位置设置不当，将上料装置的进料口正对着其中的一个搅拌轴，这样物料很容易和加入的水混合在一起落在轴上形成水泥浆。所以在设计进料口位置时一定要让物料避免和主轴接触。进料口的位置应该处在两轴对称线的正上方，进料口的宽度应该等于或者略小于两轴间离。此外，搅拌机的进料顺序不合理也会造成裹轴现象。图1-4搅拌臂速度分布在搅拌过程中，为了使混凝土物料受到的离心惯性力过大被甩出搅拌叶片，搅拌叶片末端的最大速度应被限制在一定的范围里。所以，在搅拌筒里靠近轴的那部分区域，物料很难被搅拌臂带动，运动强度相对较弱，因此被称为搅拌低效区。尤其是在实际工程应用中，经常使用大型甚至超大型搅拌机，搅拌筒的半径远大于主叶片的工作区长度，当搅拌机工作时，搅拌叶片能有效搅拌的区域只有搅拌筒外侧部分区域，搅拌低效区在搅拌筒内壁区域所占的比重更小，这个现象限制了容积利用效率的提高，严重影响了双卧轴搅拌机的工作能力。目前解决的这些问题的思路主要有：1.使用新型叶片，即在原有搅拌叶片的对面布置一个搅拌半径更小的副叶片，使副叶片的搅拌作用区域覆盖到低效搅拌区。图1-5新型叶片2.设计合理的进料口位置，合理的喷水位置，合理的容积利用系数，优化搅拌机的结构参数，都可以减弱这些有结构缺陷而导致的问题。发展水平与现状轴端密封技术一直是制约卧轴式搅拌机发展的技术难题，在20世纪70年代初，轴端密封技术得到了突破，德国的桑索霍芬机械和矿业公司、意大利的仕高玛机械设备有限公司、美国的杰克逊机械装备有限公司、日本的日工株式会社等企业又将多种型号的卧轴式搅拌机发展起来。而在国内，长沙建筑机械研究所与吉林市工程机械厂于1980年共同开发出料容积为500L的双卧轴强制式混凝土搅机。随后，山东省建筑机械厂，华东建筑机械厂，中国建筑科学研究院机械化研究所先后成功研制出了出料容积为150L、250L、350L的单卧轴混凝土搅拌机。卧轴式搅拌机开始在我国蓬勃发展起来。1986年9-12月，长沙建筑机械研究所联合中国建筑科学研究院机械化研究所一起设计了锥形反转出料式、单卧轴强制式、双卧轴强制式三个种类多个规格型号的新型搅拌机。1986-1992年间，长沙建筑机械研究所分别与郑州水工机械厂、山东省建筑机械厂、华东建筑机械厂、韶关挖掘机厂等合作研制了以双卧轴搅拌机为主机的悬臂拉铲式搅拌站后，国产的水泥搅拌站开始在市场上崭露头角，在建筑工程和道路工程中开始逐渐普及使用双卧轴搅拌机。进入21世纪以来，随着商品混凝土技术的应用推广及国家环保政策的强力推行，我国混凝土搅拌机发展非常迅速，以中联重科、珠海仕高玛为代表的混凝土搅拌机已经达到世界先进水平，引领国内混凝土搅拌机行业走上依靠技术创新的发展之路。珠海仕高玛公司首先于2000年引进意大利仕高玛双卧轴混凝土搅拌技术，在十多年时间内发展了MSO、MEOMAO、MAW等系列产品，产品出料容量为0.5~6m3；并于2006年推出MP、MPC系列立轴行星式搅拌机，产品出料容量为0.5~2.0m3；2009年，中联重科成功研制高效、节能的双卧轴复合螺带式混凝土搅拌机，并于2011年完成全系列开发。我国的中联重科于2013年10月成功研制了出料容积为10m3的混凝土搅拌机，该搅拌机单次可加工出普通商品混凝土10000L或水工常态混凝土(4级配)8000L，这两项数据均达到了全球第一。这次实验的成功是一个里程碑，标志着从此以后我国企业可以自主生产制造出大容量水工混凝土搅拌机，也标志着我国成为少数几个拥有超大出料容积搅拌机制造能力的国家之一。2014年，仕高玛成功开发新型环保低能耗智能化双卧轴混凝土搅拌机，该机型符合市场对“节能环保”方面的要求，引领混凝土搅拌机行业向节能环保方向发展。将来混凝土搅拌机械的发展趋势是绿色节能化、智能化和集成化。未来，人们的绿色节能意识越来越强，国家越来越推崇绿色生产，因此可以预见市场将越来越青睐那些效率高、能力强、噪音小、自动化的环保型混凝土搅拌设备。智能化是指利用测量系统，控制系统和计算机系统实现对搅拌机关键部件的实时监测，故障诊断，寿命检测并优化搅拌方案以提高搅拌效率和搅拌质量。随着现代工程建筑对混凝土品质要求越来越高，混凝土种类越来越细化，市场推动着混凝土搅拌机向着集成化，专业化的方向发展，比如将称量上料、搅拌、卸料功能集成的新型搅拌机，基于振动机理的振动搅拌机等等。总体设计设计原则搅拌机基本参数和主要结构的选取要符合《中华人民共和国国家标准:混凝土搅拌机(GB/T9142-2000)》的要求。搅拌机的零件选取优先考虑符合通用化，系列化，标准化的“三化”要求的零件。所绘图纸应符合《中华人民共和国家标准准：机械制图(GB4457-2000)》中的相关规定。设计要求完成其整机的方案设计，完成传动机构及执行机构的设计及强度计算，主要参数如下：最大粒径60mm，出料容量500L，进料容量800L，搅拌叶片35r/min，生产能力不低于25m3/h；每天工作16小时，每年工作300天，设计寿命10年。翻译相关文献一篇；完成主要零件的零件图和总装图的设计，总计不少于3张A0图纸；完成计算说明书的书写工作，包括中英文摘要，参考文献不少于20篇，其中英文文献不少于4篇。市场上同类型搅拌机的主要参数对比表2-1市场上同类型搅拌机的主要参数对比企业中青林卓越鸿昌虎鼎圆友重工银锚出料容量500500500500500进料容量800800800800800生产率≥25m3/h≥25m3/h≥25m3/h≥25-30m3/h≥25m3/h骨料最大粒径(碎石／卵石)mm60/8060/8060/8060/8060/80搅拌叶片(单轴上/个)\7\77搅拌叶片转速(r/min)3535353535搅拌电机型号\Y180M-4Y180M-4Y180M-4Y180M-4搅拌电机功率(kw)18.518.518.518.518.5卷扬机型号\YEZ132S-4-B5YEZ132S-4-B5YEZ132S-4\卷扬电机功率(kw)5.55.55.55.55.5水泵电机型号\50DWB20-8A50DWB20-8A\\水泵电机功率(kw)0.750.750.750.750.75料斗提升速度(m/min)\1818\\外形尺寸(长宽高)运输状态\3030×2300×28003050×2300×26803030×2300×28003050×2300×2625外形尺寸(长宽高)工作状态\4486×3030×52804461×3050×52254486×3030×5280\整机质量(kg)\40004000\4000卸料高度(mm)可根据用户要求设计150015001500/2700/3800\方案总述双卧轴搅拌机主要由传动系统、搅拌筒、搅拌系统、搅拌机壳体、卸料系统、轴端密封润滑系统等组成，在搅拌系统中，有两根搅拌轴在水平面上平行排布，每根轴上有6组搅拌臂和叶片相邻间隔60度呈螺旋状排列在搅拌轴的圆周方向上，而且两轴的叶片彼此之间都错开一定的空间，从而轮番地搅拌拌筒左右两仓的物料，保证较高的搅拌效率和搅拌质量。本次设计中的传动系统由电动机、带传动装置、减速箱、同步齿轮对等组成，由电动机驱动一级带传动再由带轮驱动一个两级圆柱齿轮减速器，减速器输出轴连接一个开式小齿轮，驱动另一个开式小齿轮和两个开式大齿轮，两个开式大齿轮分别连接两根水平布置的搅拌轴，同步齿轮对可以保证两轴反向同步旋转。本次设计选用的上料方式是卷扬电机+提升斗式。这种上料方式优点是设备投资费用低，结构简单，占用空间小，同时卷扬电机的功率较大，稳定性高，提升料斗安装维修都比较方便，由于这些优势，市场上多数同类产品都采用这种上料方式。本次设计的卸料方式选择卸料门转动式液压卸料。转动式是在同类产品中比较常用的卸料门运动方式。转动式卸料门主要由卸料门主体、油缸、接近开关构成。自动运行时，一般设置全开、全关、半开三种状态。工作时高压油从液压泵泵出，然后注入油缸(或抽出)，油缸推动(拉动)工作杆，使卸料门主体绕轴承座转动，这样就实现了开、关门。而液压驱动具有系统刚性好，便于控制，体积小推力大以及易于改装变型的特点，因此已经逐渐使用在各种类型的搅拌机上。1-上料系统2-搅拌系统3-传动系统4-卸料系统5-底架图2-1JS500结构示意图电机选型参考过往国内外设计经验，设各级传动零件的效率分别为：滚动轴承传动效率；V带传动;减速器三级传动效率；齿轮传动比；介轮传动比；则可计算出电机所需具有的功率查阅设计手册，本次设计所选择的电机型号为：Y160L-4，其基本参数性能如下表所示：表2-1电机的基本参数型号额定功率(kw)满载时最大转矩/额定转矩转速(r／min)电流(A)效率(%)功率因数Y160L-415146030.388.50.842.2表2-2电机的主要外形尺寸ABCDEFGH254254108421101237160KABACADHDBBL15330325255385314645图2-2三相异步电机的外形尺寸搅拌装置搅拌装置是整个搅拌机里的最重要的部件，搅拌装置的结构参数和运动参数决定了物料在搅拌筒里的运动轨迹和速度，可以说搅拌装置的设计是影响搅拌机工作能力的最核心的因素。双卧轴搅拌机的搅拌系统由两根搅拌轴，多组搅拌臂和叶片以及支撑轴的滚动轴承组成，在设计过程中需要确定的主要参数有叶片的倾斜角度，搅拌轴上叶片的排布方式，两轴上的叶片之间的排布相位差，以及搅拌轴工作转速，单根轴上叶片和搅拌臂的数量。这些参数共同决定了物料的运动。搅拌筒搅拌筒是搅拌机的基础部件，搅拌机上的其他部件，如搅拌轴，搅拌臂，搅拌叶片，减速器，电机，上料系统，卸料门，轴端密封等都分别装配在搅拌筒上形成一个整体。搅拌筒由端板，圆弧筒体，端面衬板，圆弧衬板，直衬板组成，衬板的作用在于它可以保护端板，圆弧筒体不被磨损，因此衬板一般采用耐磨材料且用螺栓紧固在端板和圆弧筒体上。双卧轴搅拌机的搅拌筒一般为ω型槽底，由两个水平安置的圆槽型拌筒组成，这样可以防止搅拌过程中物料堆积在死角位置，使得叶片与搅拌轴受力过大造成断裂失效，同时有效利用搅拌空间，提升搅拌效率。容积利用系数容积利用系数指的是出料容积与搅拌筒公称容积之比，在确保搅拌质量的前提下，容积利用系数越大越好，容积利用系数越大表示在搅拌机占有相同体积的情况下，搅拌机的工作能力越强。但是容积利用系数的大小要取在合适的范围里，过小或过大都不行，容积利用系数过大会使物料在搅拌筒里过于拥挤，物料的循环运动逆流运动被削弱，反而不利于提高搅拌质量和搅拌效率。根据搅拌机设计经验来说，搅拌机应具有10%的超载能力，同时按照国标GB/T9142—2000的规定，出料容积与进料容积之比是固定的，对于JS500型搅拌机来说，进料容积规定为800L，而搅拌筒公称容积必定要大于进料容积，所以经计算有容积利用系数必须满足参考市场上的各种产品，国内搅拌机的容积利用系数一般保持在0.3-0.52之间。搅拌筒长宽比图3-1搅拌筒外形尺寸选择长宽比时需要考虑的主要因素包括两方面，一方面是对混凝土品质的影响；另一方面是比例协调的外观结构。对于搅拌质量的影响是设计中应主要考虑的因素，同时它应同搅拌臂的相位分布结合起来综合考虑。如果长宽比过大，则物料的轴向循环运动距离过长，循环运动的强度有限，很难达到物料快速有效循环的目的，同时会增加搅拌轴的支撑跨距，降低整个搅拌系统的刚度。如果长宽比过小，则搅拌机的搅拌半径增大，但是叶片和搅拌臂的数量减少，导致搅拌质量难以提高，因此长径比L/W应控制在0.7-1.3之间适宜。参考过往国内外设计经验，搅拌筒可以分为浅底窄长型(1.0<L/W<1.3)和深底宽短型(0.7<L/W<1.0)两类，本次设计选用深底宽短型，结合相关设计资料以及市场同类产品的相关尺寸，取L/W=0.79。搅拌筒的长度，宽度，半径参考过往国内外设计经验，搅拌筒的宽度与半径之比W/D一般取在1.5-1.8之间，搅拌筒的宽度和搅拌轴中心距之比W/A一般取在2.9-3.1，结合相关设计资料以及市场同类产品的相关尺寸，初选搅拌筒长度L=1200(mm)，宽度W=1520(mm)，直径D=1020(mm)。则有中心距为搅拌筒公称容积为容积利用系数为符合条件。材料选择参考过往国内外设计经验，大部分混凝土搅拌机的搅拌筒体所用的材料是Q235钢或16Mn钢，这是由于它们的价格低，可塑性好，同时具有较高的强度和较好的耐磨性。结合相关设计资料以及市场同类产品的相关尺寸，本设计采用Q235，这种材料的机械性能如下：屈服极限：σ=24㎏/mm2抗拉强度：σ=39㎏/mm2这里取安全系数n=2.0，则有：许用拉压力：σ=19㎏/mm2许用切应力：γ=12㎏/mm2搅拌轴的工作转速参考过往国内外设计经验，衬板与搅拌叶片之间的间距应保持在一定距离，防止大粒径的骨料卡进衬板与叶片中间的缝隙，造成叶片变形，搅拌臂变形，甚至搅拌轴变形的严重后果。但是考虑到制造工艺和经济性的限制，大部分混凝土搅拌机的衬板-叶片间距都控制在2-5mm之间，结合相关设计资料以及市场同类产品的相关尺寸，本次设计取5mm，则叶片的工作半径为为了使叶片上的物料在搅拌过程中不被甩出，物料所受的摩擦力应该大于所受的离心惯性力，由此得到关系式式中，r为叶片的工作半径，单位m；v为搅拌叶片末端的运动速度，单位m/s；n为搅拌轴的工作转速，单位r/min；g为重力加速度，单位m/s2；f为叶片与物料之间的摩擦系数，这里取0.62。于是可以得到参考过往国内外设计经验，搅拌叶片末端的运动速度一般应控制在1.4-1.6m/s之间，如果搅拌叶片末端的运动速度过高，则会形成较大的离心惯性力，使物料被甩出，影响搅拌质量，如果搅拌叶片末端的运动速度过低，则搅拌效率又会下降。结合相关设计资料以及市场同类产品的相关尺寸，本次设计取搅拌叶片末端的运动速度为1.6m/s，则实际搅拌轴转速为实际搅拌叶片末端的运动速度为可以计算极限转速为式中，R为搅拌筒筒体半径，单位m；α为物料下滑时的初始水平夹角，这里取为40度；s为物料滚动时阻力系数，取为0.05。于是可以得到搅拌臂和叶片的数量每根搅拌轴上搅拌臂和叶片的数量对于搅拌机的工作能力有很大的影响，如果数量过多，那么必然会使轴向尺寸增大，从而增加搅拌轴的支撑跨距，降低整个搅拌系统的刚度，如果数量过少，那么物料的循环运动强度会下降，不利于搅拌质量的提高。参考过往国内外设计经验，每根搅拌轴上搅拌臂的数量与相邻两搅拌臂的相位差的乘积一般为2π的整数倍，这是因为如果乘积不为2π整数倍的话，单轴上或者两轴之间的载荷分布不均匀。单轴上载荷分布不均的话，会造成搅拌轴的强度下降，提前出现疲劳损坏，也会造成搅拌轴的刚度下降，可能会引起搅拌轴的振动，出现很大的噪声。两轴之间的载荷不均匀主要是由于在搅拌过程中两轴上同时进入主搅拌区的搅拌臂数量不一样，这会使搅拌机的振动更加剧烈。结合相关设计资料以及市场同类产品的相关尺寸，本次设计选择每根搅拌轴上布置6组搅拌臂和叶片，相邻搅拌臂之间的相位差为60度。叶片安装角叶片安装角是指搅拌叶片工作面与搅拌轴回转轴线之间所形成的锐角。它是搅拌机的核心参数之一，对提高搅拌质量和搅拌效率都有重要的意义。搅拌机工作时，由于搅拌叶片具有安装角，因此它可以推动物料沿着搅拌轴的轴向和周向两个方向运动。如果叶片安装角设置过小，搅拌叶片就主要推着物料沿着搅拌轴的周向运动，而物料的轴向运动强度变得很弱。如果叶片安装角设置过大，则搅拌叶片主要推着物料沿着搅拌轴的轴向运动，而物料的周向运动就变得很弱。因此，为了保证物料的周向和轴向运动强度都比较大，叶片安装角必须设置在一个合适的范围里，参考过往国内外设计经验，并结合相关设计资料以及市场同类产品的相关尺寸，本次设计选择叶片安装角为45度。图3-2叶片安装角搅拌臂的布置方式6组搅拌臂间隔60度呈螺旋状排布在搅拌轴的圆轴方向上，对于双卧轴搅拌机，搅拌臂的布置方式主要包括搅拌臂的料流排列，搅拌臂在单轴上的布置方式以及左轴搅拌臂和右轴搅拌臂之间的布置相位差。搅拌臂的料流排列图3-3搅拌臂的两种料流排列方式左-围流排列；右-对流排列搅拌臂的料流排列包括对流排列和围流排列。由于叶片具有安装角，所以叶片可以驱动着物料进行轴向运动，而对流排列就是指在搅拌叶片推动下，物料在搅拌筒里从轴的两端向中间运动，然后在搅拌筒的中部堆积成“小山”，后续堆上来的物料在在重力的作用下流回轴的两端，这样就完成了一次循环。围流排列是指在搅拌叶片推动下，物料沿轴向循环运动且在左轴和右轴上物料的运动方向相反，左轴的前端和右轴的后端都有一个安装方向与其他叶片不同的返回叶片，左轴的将物料推向右边，右轴的将物料推向左边，这样就完成了一次循环运动。参考过往国内外设计经验，围流排列下的物料循环运动强度要强于对流排列，因此本次设计采用围流排列。搅拌臂在单轴上的布置方式搅拌臂在单轴上的布置方式是指沿着物料轴向运动的方向看去，确定搅拌臂螺旋布置的螺旋旋转方向与搅拌轴的旋转方向相同还是相反，如果相同则称之为反排列，如果相反则称之为正排列。当搅拌臂在单轴上正排列时，物料沿轴向从一个搅拌臂的位置被推进到下一个相邻搅拌臂的位置的过程中，搅拌轴需要转过的角度为60度，而搅拌臂在单轴上反排列时，物料沿轴向从一个搅拌臂的位置被推进到下一个相邻搅拌臂的位置的过程中，搅拌轴需要转过的角度为300度。因此反排列下物料完成一次循环运动需要搅拌轴转过更大的角度，在搅拌轴转速相同的条件下，反排列下物料轴向运动的速度更慢，完成一次循环运动所需要的时间更长，或者说在相同时间里，正排列下循环运动的次数更多，相应的搅拌质量也就更好。由于有两根轴，所以布置方式共有三种，分别是正正排列，正反排列，反反排列。根据上面的分析可知，正排列时的搅拌性能明显优于反排列，于是首先可以排除反反排列。而正反排列时，由于左右两轴上物料的轴向运动速度不同，左右两侧搅拌筒里的物料分布就不均匀，严重时会造成物料拥堵，截断物料循环运动，因此正反排列也可以排除。本次设计选择搅拌臂在两轴上正正排布。两轴搅拌臂之间的布置相位差对于双卧轴搅拌机，除了沿搅拌轴轴向的物料循环运动，在它的两轴之间还存在着物料逆流运动。逆流运动是指存在于左轴n号叶片和右轴n-1号叶片之间的物料运动，逆流运动包括从左到右的运动，也包括从右到左的运动，它对于提高搅拌机的搅拌质量具有重要的意义，所以设计中需要在不影响物料循环运动的前提下，尽可能提高逆流运动的强度。参考过往国内外设计经验，为了使从左到右的逆流运动和从右到左的逆流运动交错进行并保持合适的频率，左轴n号叶片和右轴n-1号叶片之间应存在一定的相位差，如果相位差设置得太小，那么方向相反的逆流运动在主搅拌区相遇，反而阻断了逆流运动。如果相位差设置得过大，间隔的时间过长，逆流运动的频率不足，不利于搅拌质量的提高。结合相关设计资料以及市场同类产品的相关尺寸，本次设计选择左轴n号叶片和右轴n-1号叶片之间相位差保持在60-240度。图3-4物料的逆流运动本次设计共设置了6组方案，左轴n号叶片和右轴n号叶片的相位差分别为0度，60度，120度，180度，240度，300度，然后分析了每种方案的左轴n号叶片和右轴n-1号叶片之间相位差是否处在规定的范围内，经过比较之后得出结论是，左轴n号叶片和右轴n号叶片的相位差为180度时，物料的循环运动不受影响同时物料的逆流运动强度较强。搅拌臂和搅拌轴、叶片的连接方式搅拌臂和搅拌轴之间的连接方式主要包括焊接式和插入式。焊接式就是将连接轴瓦与轴焊接，然后将搅拌臂插入连接轴瓦并焊接固定。连接轴瓦分为上瓦、下瓦，上下瓦之间用螺栓紧固。这样，既可以避免对搅拌轴强度的削弱，又可以保证加工比较简单。另外，连接轴瓦是标准件，使用轴瓦可以使生产成本大大减少。插入式就是先在轴上打孔，将臂插入孔中，然后选用两垫块定位和螺栓连接在一起加以固定。一般当搅拌轴的轴径较大，支撑臂直径较大，而且整机的搅拌功率也较大时，需要采用插入式的连接方式。相对于插入式，焊接式所能承受的搅拌阻力与阻力矩更小，在大功率搅拌时，焊接部位可能裂开，使搅拌系统失去工作能力。由于本次设计中搅拌轴受力及扭转相对较小，则搅拌臂和搅拌轴之间的连接方式采取焊接式，采用螺栓将搅拌臂与叶片紧固连接。由于螺栓受压应力作用，故无需校核螺栓强度。搅拌叶片尺寸设计在搅拌机卸料时，大部分物料可以通过自重被卸出搅拌筒，但还有一小部分需要通过搅拌叶片的推动使其卸出搅拌筒，因而叶片在搅拌轴轴向上的投影应该有部分重叠，这样才能保证卸料干净完整。而投影的重叠程度可以由重叠系数来表示式中，Lb为一根搅拌轴上所有叶片的投影总长度，单位m；L为搅拌轴长度，单位m，L=1.2m；n1为侧搅拌叶片的数量，n1=2；n2为主搅拌叶片的数量，n2=4；Lc为侧叶片的长度，单位m；Lz为主搅拌叶片的长度，单位m；α为叶片安装角，单位°，α=45°。结合相关设计资料以及市场同类产品的相关尺寸，初定Lc=0.3m，Lz=0.24m，则可以计算得到重叠系数为参考过往国内外设计经验，重叠系数一般应控制在0.92-1.25之间，这说明叶片长度设计值合理。主叶片和侧叶片的具体结构尺寸设计如下图所示，通过使用cad测量工具，测得主叶片和侧面积的工作面积分别为搅拌叶片阻力系数的确定搅拌叶片的阻力系数是指在叶片的单位面积上受到的平均最大阻力，参考过往国内外设计经验，可以通过经验公式来估算搅拌叶片的阻力系数。式中，Z为搅拌叶片的阻力系数，单位N/cm2；v为搅拌叶片末端的运动速度，单位m/s，v=1.59；K为搅拌筒的容积利用系数，K=0.31。通过计算可得这里取Z=4.9N/cm2。搅拌功率计算对于侧叶片来说：径向力为轴向力为对于主叶片来说：径向力为轴向力为由于搅拌过程中，左右两轴的搅拌臂之间的相位差为180度，故每根轴上只有两个主叶片与一个侧叶片工作。则受的总径向力为：总径向力产生的转矩为叶片阻力消耗的功率为在搅拌机工作过程中，搅拌臂也会受到物料运动的阻力，也会产生搅拌功率，这里近似地将1/2臂长作为有效长度计算。其中，因为侧叶片挡住了对应搅拌臂的大部分，所以侧搅拌臂产生的搅拌楼功率在本次计算中忽略不计。主搅拌臂受工作阻力的面积为由于两根轴上有四支承臂同时受力，则径向力为总径向力产生的扭矩为搅拌臂阻力消耗的功率为单根搅拌轴的上的总功率为搅拌轴材料选择由于搅拌装置是整个搅拌机的“心脏”，所以足够的搅拌轴强度对于搅拌机高工作可靠性有重要意义。45钢为高强度中碳钢，塑性和韧性较好，强度较高，切削性能良好，但是用水淬火后容易出现裂纹，一般需要调质后才能得到良好的综合力学性能。参考过往国内外设计经验，本次设计选用45钢来制造轴，并分析轴的受力情况，进行轴的强度校核。有关性能参数如下：轴的受力情况首先计算各叶片及齿轮在A支承座产生的径向支反力：侧叶片Ⅰ产生的支反力为搅拌叶片Ⅰ产生的支反力为齿轮产生的支反力为各叶片及齿轮的径向力在支承座A处产生的支反力为然后计算叶片在A支承座产生的轴向支反力：侧叶片Ⅰ受到的轴向力产生的弯矩为搅拌叶片1的轴向力产生的绕x，y轴的弯矩分别为搅拌叶片2的轴向力产生的绕x，y轴的弯矩分别为：故由侧叶片及搅拌叶片轴向力产生的弯矩总和为支座A处有叶片轴向力引起的x，y方向的支反力为故支座A处x，y方向总的支反力为轴的强度校核轴的受力简图为垂直面弯矩图为水平面弯矩图为合成弯矩图为扭矩图为根据已求出的总弯矩图和扭矩图，按第三强度理论求出各个截面的弯矩。计算弯矩的公式为计算弯矩图为由计算弯矩图可知，2点、1点处弯矩数值都比较大，又由于这两处的截面大小形状都相同，所以这里只对2点进行强度校核。另外B点处截面的抗弯系数比较小，但是受到的弯矩相对较大，因此这里也对B点出进行强度校核。截面2处:故截面2处是安全的。截面B处：故截面B处是安全的。轴承从前章的计算中可以知道，搅拌机在工作过程中，搅拌轴上存在很大的轴向载荷和径向载荷，因此起支撑作用的轴承也要受到很大的轴向载荷和径向载荷，单向推力球轴承能承受轴向载荷，双列向心球面滚子轴承能承受径向载荷，所以本次设计选择型号为3520和51120的滚动轴承作为支撑搅拌轴的轴承。轴承的校核对于双列向心球面滚子轴承(型号3520)：根据工作条件查表可知：温度系数Ft=1；载荷系数Fp=2.7；寿命系数ε=3。根据前章的计算，n=30.25r/min，根据设计要求的工作时间，可以确定轴承所需的额定动载荷：由于，所以所选轴承满足使用要求。对于单向推力球轴承(型号51120)：由设计要求给定的工作条件，可以得到：温度系数Ft=1；载荷系数Fp=2.7；寿命系数ε=3。又知n=30.25r/min，根据设计要求的工作时间，可以确定轴承所需的额定动载荷：因为，所以所选轴承满足使用要求。寿命计算对于双列向心球面滚子轴承(型号3515)来说：对于单向推力球轴承(型号8115)来说：搅拌臂参考过往国内外设计经验，本次设计选用调质处理的45号钢为搅拌臂的材料。图3-搅拌臂的受力简图如图，这里可以将臂看作悬臂梁，截面A-A处是搅拌臂和连接套连接处，A-A截面处由轴向力产生的弯矩为：由轴向力产生的弯矩为：于是A-A截面处合成弯矩为因此正应力为所以A-A截面是安全的，即搅拌臂是安全的。连接键根据轴颈的直径和轮毂的长度可以确定键的尺寸，规格为：83mm×20mm×12mm。参考过往国内外设计经验，本次设计选择45钢制造搅拌轴上的连接键。平键在实际工作中一般会因为工作面压溃或直接挤断而失效，因此这里对于键的挤压强度和剪切强度进行校核。对45钢来说，键的挤压应力为键的剪切应力为因此，这里选则双键且按间隔180度布置较合适。传动装置对于双卧轴搅拌机，其传动装置的作用就是将运动和动力从电机传递给搅拌轴，并改变转动速度和扭矩大小。传动装置的传动比准确性，传动过程的稳定性，传动精度等性能对搅拌机的工作性能影响很大，而且传动装置的制造成本较高，其经济性和使用寿命也应在设计中着重考虑，所以设计合理的传动方案非常重要。参考过往国内外设计经验，选择下图中的传动方案。本机的搅拌传动系统由电动机、V带传动、圆柱齿轮减速器、同步齿轮对等组成，如图4-1所示。电动机连接小带轮将动力传递给V带传动装置，大带轮连接输入轴驱动两级圆柱齿轮减速箱，减速箱输出轴连接一个开式小齿轮，驱动另一个小齿轮和两个开式大齿轮，这两对同步齿轮的主要作用是使两根搅拌轴搅旋转速度相同，方向相反。该方案的特点为：可靠性高，结构简单，制造方便，工作稳定和传动精度高。图4-1搅拌机传动系统传动比分配所选电机的工作转速为nm=1460r/min，由前章计算得出的搅拌轴的转速为n0=30.25r/min，所以得到传动装置的总传动比为：总传动比公式为式中，i1为带传动的传动比，i2为减速器的传动比，i3为同步齿轮对的传动比，根据以往的设计经验，V带传动的传动比一般在2-4，二级减速齿轮的推荐传动比是8-40，并参考过往国内外设计经验，本次设计的传动比分配如下：带传动V带的设计计算首先先确定计算功率，计算公式为式中，p为带传动的传递功率，单位kw；k1为工况系数，这里取为1.3。则计算功率为然后确定V带的型号，根据计算功率和小带轮转速(即电机工作转速nm=1460r/min)确定V带型号为C型。接着计算大小带轮的基准直径，根据V带的带型(C型)可以得到最小基准直径为200mm，这里选取小带轮的基准直径为d1=dm=200mm，根据传动比计算大带轮的基准直径接着验算带速，带速公式为参考过往国内外设计经验，V带的最高转速一般为25-30m/s，则设计的带速符合标准。然后确定中心距和V带的基准长度，中心距的经验公式为即为使带传动机构结构紧凑，中心距选为a0=420mm。V带初算的基准长度可以根据几何关系由下式计算：取基准直径为ld=1800mm，则可计算出中心距为接着验算小带轮包角，可由经验公式计算：小带轮包角符合标准。接着要确定V带的根数，可由经验公式来确定式中，为包角系数，这里取0.93；为长度系数，这里取0.85；为单根带额定功率的增量，单位kw，这里取1.14；为单根带的额定功率，单位kw，这里取5.86；则通过计算可得对得出的结果取整为z=4。最后确定轴上的预紧力和作用在轴上的预紧力，计算可得带轮的设计计算带轮的常用材料有铸铁、铸钢、轻质合金、木材和塑料等。当圆周速度不高于30m/s时，常用HT150或HT200来制造带轮；铸钢带轮和冲压钢板焊接带轮适用于圆周速度很高的情况下；对于低速且小功率的传动，也可以使用木带轮或高强度的塑料带轮。根据前章计算的带速，本次设计选择使用铸铁带轮。带轮结构可根据其基准直径确定，一般小带轮，即基准直径不大于轴径的2.5倍时带轮可以采用实心式；腹板式或者孔板式适用于一般大小的带轮，如果带轮直径比较大，一般在直径大于300mm时，才会采用轮辐式带轮。本次设计中大带轮的基准直径为380mm，又由于带轮与轴的直径差大于100mm，大带轮采用轮辐式；小带轮基准直径为200mm，所以采用腹板式；小带轮的基准直径，电动机轴径d=42㎜，因此有：大带轮的基准直径；轴径d=42mm(由减速机的轴径确定)，因此有：减速器由减速机的传动比i2=16得，减速机的规格是(二级圆柱齿轮减速器)，又因为大齿带轮的分度圆直径是390mm，由安装尺寸和合理的布局性选用减速机224型号，查机械手册的ZLY-224型号减速机的尺寸参数如下：表4-减速器结构尺寸参数ABHad1l1L17553905153844282267b1t1d2l2L2b2t2124510016535528106m1m3n1n2e1e2e331033570165.5137.5168263图4-2ZLY型减速器同步齿轮对首先应选择齿轮材料，小齿轮选用调质处理的45钢，布氏硬度大约在180-210，大齿轮选用正火处理的45钢，布氏硬度大约在150-180；查表可得大小齿轮的接触和弯曲疲劳强度分别为这里取安全系数SH=1.1，可以求得许用应力为：这里取安全系数SF=1.4，可以求得许用应力为：设计齿轮结构参数：然后验算轮齿的弯曲强度：齿形系数分别为应力校正系数分别为因此齿轮的危险截面弯曲应力为则齿轮的弯曲强度通过校核。齿轮的圆周速度为所以这里选用8级精度的齿轮。小齿轮分度圆直径为小齿轮齿顶圆直径为小齿轮齿根圆直径为大齿轮分度圆直径为大齿轮齿顶圆直径为小齿轮齿根圆直径为这对齿轮的中心距为齿轮传动可做成开式，半开式或闭式，完全暴露在外边就是开式齿轮，外部的杂质颗粒容易进入开式齿轮，使轮齿齿面发生磨粒磨损，齿面磨损后再进行啮合时容易出现噪声和震动，而且磨损会导致齿厚变薄，严重时齿轮将被折断，而齿轮罩可以有效减少外部杂质颗粒进入齿轮啮合面，因此设计防护罩式是十分必要的。齿轮罩的材料大多是钢板、薄板，通过焊接而成，设计中用2mm的薄板通过焊接而成，一般有四部分组成，前侧板、后侧板罩脚以及弧面板，后侧板是靠近搅拌同一侧，前侧板靠近减速机，弧面板在齿轮上方，可以有效地防止杂物落入齿轮啮合部位，为了防止齿轮罩的制造误差影响传动过程，在设计过程中要在齿轮罩和齿轮之间留出一定的距离，这里设为18mm。罩底部应设计多个通孔，用于螺钉固定。轴端密封装置轴端密封，就是对搅拌两端的滚动轴承进行密封，阻止物料泥浆从缝隙中泄露造成对轴承的腐蚀破坏，保证搅拌轴在较长时间里正常工作，延长其使用寿命。混凝土砂浆一旦进入滚动轴承，侵入保持架和滚动体的间隙和滚道，将迅速破坏滚动体表面和座圈内表面，使轴承快速失去工作能力。双卧搅拌机在国外出现很早，但由于早期轴端密封技术迟迟没有达到实际生产的要求，所以双卧轴搅拌机难以得到广泛应用。因此，搅拌轴轴端密封是搅拌机设计中相当重要的一部分。轴封装置的分类轴封装置按照工作原理分类，可以分为液封、填料密封和机械密封三种类型。当搅拌设备设置轴封的目的是阻止外部的杂质颗粒进入搅拌机内部污染工作介质，而不是阻止混凝土物料进入滚动轴承时，液封式轴封装置可以用于这种搅拌设备，其结构如图5-1所示。液封式轴封装置的结构特殊，因为它不需要与搅拌轴直接接触，但实际工作要求静止元件与旋转元件之间要保持一定的距离，所以相关零件必须要有较高的制造精度、安装精度。同时，液封装置对于工作条件的要求比较严格，当工作介质为易燃易爆或对会环境造成严重污染或毒性程度严重或搅拌机内工作压力与大气压不等时，液封装置就不再适用了。填料密封装置结构简单、制造方便、易于维护，卧轴式搅拌机在发展初期使用的就是这种轴封装置，但它有一个致命的缺点就是其工作可靠性较差，密封能力弱，一旦填料被大量磨损，就会产生严重泄露，正是因为这个原因它很快被新型的轴封技术代替了。图5-2机械密封结构1-弹簧2-动环3-静环与上述两种方式不同，机械密封的最大特点就是它的密封工作面在搅拌轴的径向，装置中的动环和静环相互贴紧端面，动环随轴同步转动，静环固定不动，两环的接触端面会形成油膜，从而实现密封。机械密封的优点在于其密封能力强，不易出现故障，工作寿命长，性能稳定且能适应各种恶劣的工作环境，如腐蚀性环境，高温环境，风沙环境等等。如图5-2所示，机械密封的结构包括与轴用平键连接的动环、与搅拌筒固连的静环、使动环和静环紧贴的压紧装置还有O型密封圈。当转轴旋转时，静止的静环和与搅拌轴同步的动环紧紧贴着，同时压紧装置负责轴向压紧力，两环的接触端面会形成油膜，从而实现密封。如图5-2所示，按照工作性质划分，A点、C点、D点都是静态密封，都可以用密封圈或者垫片起密封作用，分别负责动环与轴之间的密封，静环与滑毂之间的密封，滑毂与衬板之间的密封，B点则是动态密封，负责动环和静环作相对运动时的端面密封，是机械密封的关键。两个密封端面的表面质量较高，依靠介质的压力和压紧装置使两端面保持密紧接触，并形成具有一定承载能力的油膜起密封作用。轴封装置的选用图5-3浮动密封的结构本次设计采用了如图5-3所示的机械浮动密封，采用这种机械浮动装置是因为它在以往常规的密封基础上做了巨大的改进，很大程度上提高了产品的质量，被广泛应用到各种工程机械上。这种机械浮动密封装置由浮动密封环(高合金白口铸铁)、转毂、搅拌轴、O型密封圈和滑毂组成，其中一个浮封环与用平键连接并同步转动，另一个浮封环与搅拌筒固连保持不动。在装配浮封环时一定要安装压紧装置或者加上合适的预紧力，使得密封圈产生弹性变形，从而对动环、静环产生反力，这样就保证了静环与动环的端面紧紧贴住。当密封环的端面或密封圈受到磨损后，密封圈与密封环之间还存在残余预紧力使它们的端面仍然可以保持贴合，虽然贴合面的压力减小了一些，但是整个装置依然可以保持良好的密封工作能力。上料与卸料装置上料装置的工作原理上料装置包括卷扬机构、进料料斗、上料架、料斗、滑轮等部分，电机连接减速器输入轴，输出轴将动力传递给卷筒，钢丝绳一端绕在卷筒上，另一端牵引料斗，料斗可以沿着上料架轨道上升或下降。当上料装置工作时，电机通过一系列传动装置驱动料斗上升，当上升到轨道的末端时，料斗门打开使物料落入搅拌筒内。此外上料架上还设置了限位开关，用以确定料斗在投料时与搅拌筒进料口的相对位置。上限位有两个限位开关，防止料斗脱离轨道；下限位设有一个限位开关，当料斗下降到地表面以下触动限位开关时，电机会暂停提供动力，钢丝绳也会恢复松弛状态。制动电机可以提供足够的正反双向力矩，使料斗在装满物料时可以停在轨道上的任意位置。1-滑轮2-料斗3-进料料斗4-卷扬机构5-上料架图6-1上料机构示意图上料系统结构设计参考过往国内外设计经验，本次设计的上料方式确定为卷扬电机+提升斗的方式。对于卷扬电机的选型，市场上同类产品所选用的都是型号为YEZ160S-4的卷扬电机，其功率满足设计要求，为15kw，工作稳定性高，控制精度高，产生的力矩足以使满载的料斗以规定的速度上升或下降。在考虑了料斗门打开时物料的放料效果，考虑了料斗轨道在地下的长度和机架所需的高度，考虑了整机所需的工作面积工作高度后，本次设计确定轨道的斜置角度为60度，使用槽钢来制造轨道，滚轮的上滚轮置于槽钢内侧，而下滚轮置于槽钢外侧，这样可保证料斗的上升下降安全平稳。参考过往国内外设计经验，市场上同类产品采用的料斗有很多种类，如正方形、长方形、正六边形和椭圆形等等，由于正方形料斗的结构简单，制造方便，成本低，而且设计方法成熟，所以本次设计选用正方形料斗。在设计过程中，设计要求每次投入筒体的物料体积，决定了料斗中部的结构尺寸(正方形的边长和中部的高度)。而料斗底部形状是四棱椎体，料斗门打开时物料就是沿着椎体倾角下落到筒体的，因此设计中必须保证倾角大于当量摩擦角，使所有物料顺利落下而不是附着在料斗内壁上。图6-2为料斗的结构示意图，在图中的切面上有最小倾角，只要使最小倾角大于等于当量摩擦角，就能满足设计要求。则有式中，φi为物料与料斗内壁之间的摩擦角。图6-2料斗结构尺寸在实际生产中，料斗不能全部装满物料，如图6-2所示，在ab线以上物料只能填充一部分空间而不能填满，所以在设计料斗容积时应预留部分容积。参考过往国内外设计经验，可以由经验公式来确定ab线的位置：式中，αd为物料的动休止角。参考过往国内外设计经验，料斗放料口的尺寸取决于单位时间内能放料的体积，计算公式为：式中，V为料流速度，单位m/s；Ω为垂直于物料流动方向的实际出口面积，单位m²；γ为物料的堆积面积，单位t/m³。当物料的粒度较大时，实际放料出口的边长等于料斗的放料口边长减去物料的平均粒度。物料流动的“极限水力半径”为为了使卸料过程不产生拱塞现象，卸料口的尺寸必须满足下式这里取RKS=0.2m，故正方形卸料口边长B=0.8(m)。图6-3放料口料流情况上述计算设计结果列表如下：表6-1料斗结构参数参数e(mm)H(mm)α1(°)α2(°)B(mm)b(mm)V(m/s)Ω(mm³)Q(t/h)数值10036378698002000.721440074.6卸料系统工作原理1-液压油缸2-卸料门3-限位接近开关4-控制杆图6-4卸料系统结构图如图6-4所示，卸料系统的构成包括卸料门、限位接近开关、控制杆、液压油