1、河南理工大学万方科技学院 2012 届本科生毕业设计1前 言近年来随着我国城市基础建设、房地产开发业的迅猛发展，推动了混凝土生产产量的迅速提高。混凝土生产是改变传统的现场分散搅拌混凝土的生产方式，实现建筑工业化的一项重要改革。混凝土的商品化生产因其生产的高度专业化和集中化等特点大大提高了混凝土工程质量，节约原材料，加快，提高劳动生产率，减轻劳动强度，同时也因其节省施工用地，改善劳动条件，减少环境污染而使人类受益。目前,在国内外的煤炭、建材、化工、基础设施建设等行业广泛地使用着各种各样的用来搅拌煤、混凝土及其他原料的搅拌机。从其运动方式及其主要结构上来看,它们可分为两大类型:一种形式为单运动的轴
2、式传动轴上(有单轴和双轴)安装各式各样的搅拌叶片(有长锥形、螺旋形等),并利用叶片来搅拌物料；而另一类则是通过钢齿轮传动带动某一形状的筒体(有圆锥体、圆柱体等)的自身旋转而使物料产生搅拌效果。由于这些搅拌输送机全部都是利用单运动方式,因而普遍存在拌和物料不充分,搅拌效果不太理想；另外,其噪音也较大,特别是在煤炭行业的工业型煤等新工艺上使用的搅拌输送机,根本满足不了其工艺设计要求而严重制约了其新技术新工艺的推广使用,因而急需一种结构新颖、效果明显的全新机型的搅拌机来逐步代替旧式搅拌机,并且也可广泛地使用于其他行业。然而，在实际生活中，我们看到的大部分混凝土搅拌机，都是起搅拌作用，然后通过车载，人
3、力等方式运送到需要的地方。搅拌和输送分开进行，既加强了工人的劳动强度，降低了劳动效率，造成大量原材料的浪费，又污染了环境。还有些设备是搅拌和输送是分开的，及用一种机器完成混凝土的搅拌作用，而用专门的机器完成混凝土的输送。河南理工大学万方科技学院 2012 届本科生毕业设计2连续式搅拌机是随着混凝土施工工艺的改进而逐渐发展起来的新机型。近年来，搅拌机逐渐向大容量和高生产率方向发展。通过长期的研究和探索发现比较完善的搅拌输送过程。为使混凝土的搅拌和输送变得相对容易，我采用卧式双轴强制式连续混凝土搅拌机。通过对搅拌轴的叶片的设计和组合，使物料完成搅拌和输送的工作。本机在封闭的环境中，实现对物料的搅拌
4、和输送，搅拌及输送效果良好，对环境污染少，能够改善施工现场施工条件，保障施工人员身心健康，降低工人的施工强度，提高工作效率，减少施工中对环境的破坏。河南理工大学万方科技学院 2012 届本科生毕业设计3第 1 章 总述1.1 搅拌的作用1.1.1 混凝土的组成混凝土作为当今最大宗的建筑材料，广泛地用于工业、农业、交通、国防、水利、市政和民用等基本建设工程中，在国民经济中占有重要地位。一般混凝土指水泥混凝土而言，它是由水泥和砂、石集料，加水按规定的配合比，经过搅拌、浇注和凝结而成的一种人造石材。其中，水泥和水起胶凝作用，砂、石起骨架填充作用，水泥浆包裹在砂的表面，并填充于砂的空隙成为砂浆，砂浆又
5、包裹在石子的表面，并填充石子的空隙。当水泥浆硬化后，就将砂、石集料颗粒牢固地粘结成一个整体，使混凝土具有一定的强度和其他许多重要性能。1.1.2 搅拌的任务强度是混凝土最主要的力学性能，混凝土强度主要取决于混合料间的界面结构。一般认为混凝土搅拌的主要任务是；(l)组分均匀分布，达到宏观及微观上的匀质；(2)破坏水泥粒子团聚现象，使其各颗粒表丽被水浸润，促使弥散现象的发展；(3)破坏水泥粒子表面的初始水化物薄膜包裹层，促进水泥颗粒与其他物料颗粒的结合，形成理想的水化生成物；(4)由于集料表面常覆盖一薄层灰尘及粘土，有碍界面结合层的形成，故应使物料颗粒间多次碰撞和互相摩擦，以减少灰尘薄膜的影响；(
6、5)提高混合料各单元体参与运动的次数和运动轨迹的交叉频率，以加速达到匀质化。1.1.3 合理的搅拌机理河南理工大学万方科技学院 2012 届本科生毕业设计4由以上分析可以给合理的搅拌机理一个解释：应尽可能使处在搅拌过程中的混合料各组分的运动轨迹在相对集中区域内互相交错穿插，在整个混合料体积中最大限度地产生相互摩擦，尽可能提高各组分参与运动的次数和运动轨迹的交叉频率，为混合料实现宏观和微观匀质性创造最有利的条件。因此，为了获得搅拌均匀的混凝土，混凝土搅拌机必须具备下列条件：(l)能对混凝土各种组分均匀搅拌，并使水泥浆或沥青均匀包裹骨料表面;(2)能将搅拌后的混凝土均匀的卸出;(3)搅拌和出料的时
7、间短;(4)占地面积小;(5)功率消耗小，符合环保要求。而影响混凝土搅拌质量的与搅拌机有关的主要因素有:(1)混凝土搅拌机的结构形式和它的搅拌速度;(2)混凝土搅拌机出料容量与搅拌筒几何容积的比率，即容积利用系数;(3)搅拌叶片和衬板的磨损状况;(4)各种混合材料的加料顺序。(5)搅拌时间。1.2 混凝土搅拌机的类型目前生产的搅拌机有两种形式，一是独立使用的搅拌单机；另一是搅拌楼( 站)的配套主机。由于使用要求有所差异，两种形式的搅拌机的配置略有不同(搅拌单机要比配套主机多上料和配水等机构)，但二者的主体机构是一致的。为了满足不同混凝土的搅拌要求，已发展了多种机型，各机型在结构和性能上各具特色
8、，可从不同角度进行分河南理工大学万方科技学院 2012 届本科生毕业设计5类。就其原理而言，基本可分为自落式和强制式两大类。表 11 混凝土搅拌机分类分类方式 作业方式 搅拌原理 安装方式 出料方式 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形、锥形、鼓形、盘形、槽形、其他形自落式搅拌机是依据物料的自落原理进行搅拌。工作时利用拌筒内壁固定的叶片对筒内物料进行分割和提升，物料则靠自身重力洒落、冲击，从而使各部分物料的相互位置不断进行重新分布而获得均匀搅拌。这种机型结构简单、功率消耗和叶片磨损均较小，但其搅拌强度不够剧烈，搅拌质量难以保证，生产效率低，只适用于搅拌普通塑性
9、混凝土，对粗骨料粒径要求不严格，广泛地应用在中小型建筑工地。常用的这类搅拌机有，鼓式搅拌机、双锥反转出料搅拌机、双锥倾翻出料搅拌机和对开式搅拌机等。其中的鼓式搅拌机由于技术性能落后，已于 1987 年列为淘汰产品。强制式搅拌机是在自落式搅拌机之后，随着干硬性混凝土的发展而逐渐发展起来的。与自落式搅拌机不同，它不是通过重力作用进行搅拌，而是借助旋转的叶片对物料进行剪切、挤压、翻滚和抛出等强制搅拌作用，使物料在剧烈的相对运动中得到均匀搅拌。与自落式搅拌机相比，搅拌作用强烈，搅拌质量好，生产率高，但磨损大、功耗大，而且对骨料粒径有较严格的限制，适用于搅拌干硬性混凝土和轻骨料混凝土，多用于施工现场的混
10、凝土搅拌站和混凝土预拌工厂的搅拌楼。常见的这类搅拌机有，立轴涡桨搅拌机、立轴行星搅拌机、单河南理工大学万方科技学院 2012 届本科生毕业设计6卧轴搅拌机和双卧轴搅拌机等。周期型搅拌机是大家可以经常见到的搅拌机。这种搅拌机在进行搅拌时，需要经常停机器，作效率较低。而连续型混凝土搅拌机，由于机器在正常工作状态时，不需要停止机器。减轻了工人的劳动强度，提高了劳动生产率，是当下的一种发展趋势。1.3 国内外混凝土搅拌机的发展状况在搅拌机出现的时期，是以自落式搅拌的形式出现。随着对混凝土要求的不断增多，出现了强制式搅拌机。强制式搅拌机又可分为立轴式和卧轴式两类。国内几乎都是这两种形式的搅拌机。立轴式搅
11、拌机，又称涡浆式强制搅拌机，这种搅拌机的形式是在固定放置的圆盘中央，装有一个由减速机驱动的转子臂架，在臂架上河南理工大学万方科技学院 2012 届本科生毕业设计7装有搅拌叶片和内外壁铲刮叶片，依靠各组搅拌叶片不同的安装位置和安装角度便能对在圆盘和转子之间环形工作容积的物料进行剧烈搅拌。卧轴式搅拌机又称圆槽式搅拌机，是七十年代发展起来的一种新型搅拌机，它可分为单轴式和双轴式，这种形式的搅拌机兼有自落和强制两种搅拌的机能，搅拌叶片的线速度比涡浆式小，因而耐磨性要比涡浆式小高。单卧轴搅拌机是由德国 ELBA 公司研制生产。它具有结构紧凑、消耗功率小、叶片衬板耐磨性好，能满载启动和具有搅拌轻质混凝土能
12、力的优点。我国也向该公司引进了样机。双卧轴搅拌机是随着混凝土施工工艺的改进而逐渐发展起来的新机型。国外从二十世纪四十年代后期开始在美国和德国出现，但因轴端密封技术的不成熟，其发展基本处于停顿状态。直到七十年代初，由于这项技术得到突破，双卧轴搅拌机在不少国家右重新发展起来，目前已形成系列产品。我国于二十世纪八十年代初研制成功，但发展迅速，在产品规格和产品数量上，都远远超过了其它机型。搅拌机构是双卧轴搅拌机的核心部分，混凝土搅拌质量的好坏，生产率的高低，使用维修费用的多少都与它有关。搅拌机构是由水平安置的双圆槽形伴筒、两根按相反方向转动的搅拌轴和其上安装的搅拌叶片组成的。搅拌叶片的作用半径是相互交
13、叉的，叶片与轴中心线成一定角度，当搅拌轴转动时，叶片一方面带动混和料在两个拌筒内轮番地作圆周运动，上下翻滚，同时在搅拌叶片相遇或重叠的部分，混和料在两轴之间的共域相互交换；另一方面推动混和料沿着搅拌轴方向，不断地从旋转平面向另一个旋转平面运动。1.4 本文的主要内容和设计方法河南理工大学万方科技学院 2012 届本科生毕业设计8为了使混凝土在有限的空间中，尽可能的进行充分的搅拌，提高混凝土的硬度。而又不出现市场中搅拌机常出现的混凝土搅拌不足和“裹轴”现象。进行的创新如下。首先，是叶片的选择。根据不同的叶片具有不同的搅拌特征，选择三种合适的叶片来完成混凝土的搅拌工作；其次，对这不同的叶片进行有机
14、的组合，充分发挥各种叶片的特征。为了达到该机器所能完成的目标，使混凝土的各项性能指标达到要求。采用理论分析和参考资料相互结合，相互补充的方法。根据相关公式对一些设计参数进行计算。同时参考已发展较为成熟的搅拌机设计，从而使本设计更具合理性，并且大大降低设计成本。第 2 章 总体设计方案确定及动力元件选择2.1 总体设计方案连续式混凝土搅拌机主要由传动系统、搅拌输送装置、搅拌筒、及外供水系统等组成。该产品的主要机构主要由一下几部分组成。河南理工大学万方科技学院 2012 届本科生毕业设计9图 22 连续式混凝土搅拌机1-电动机 2-联轴器 3-底座 4-搅拌筒 5-支架 6-搅拌轴1.电机、减速机
15、由联轴器连接在一起，减速机与搅拌轴也由联轴器连接在一起，安装在底座上组成一个整体，它们之间用螺栓联结以便装卸和运输。2. 搅拌系统由搅拌筒，搅拌轴组成，完成物料的搅拌及输送工作。两搅拌轴在搅拌筒内成对称方向布置，一个搅拌轴主要用于输送物料，而另一个搅拌轴用来搅拌和输送物料。2.2 电动机的选型由于连续式混凝土搅拌机从结构上看，主要就是依靠电机的旋转，带动减速机的转动，进而带动搅拌轴的旋转。因此，电机是整个装置的动力元件。由于在露天工作，工作时灰尘较多，土扬水溅的工作场合。在搅拌的过程中，由于混凝土在不断的搅拌过程中消耗动力，因此连续式混凝土搅拌机的生产能力决定着电机的功率。此处电动机选型计算不
16、详细涉及功率计算，而依据工作装置转速进行电机选型。异步电机具有结构简单、维修方便、工作效率高、重量较轻、成本较低、负载特性较硬等特点，是应用较广、需求较多的一类电机。综合考虑各个条件，暂选电机为 Y180M-4 型电机。查表知该电机功率为河南理工大学万方科技学院 2012 届本科生毕业设计1018.5KW。转速为 1470 转/min。效率为 90，额定转矩为 2.0 KW ,最大转矩为 2.2KW。2.3 减速器的选型由于混凝土搅拌机在搅拌时，为了使混凝土搅拌的比较均匀，搅拌轴的转速不宜过快。但考虑到该机器的生产能力，搅拌轴的转速又不可太慢。综合考虑一下，参考其它机器的转速，该搅拌轴的转速在 40 左右。通过查表知暂选减速器的型号为 ZSY224。额定功率为64KW。（1） 机械强度的校核计算11CWAPK式中 减速器的计算输入功率（KW） ；减速器的实际输入功率（KW） ；1工况系数；A与实际输入转速相对应的额定输入功率（KW） 。1P混凝土搅拌机属于中等冲击，据表查得工况系数 1.5。计算输AK入功率为1CWAK18.5 1.527.75 1P该减速器满足机械强度要求。（2） 校核热功率231GtP式中 计算热功率（KW） ；额定功率利用系数；K负荷率系数；2环境温度系数；3
