1、河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师： 设计题目： JZC350 搅拌机总体及上料系统设计 设计人： 1 设计项目 计算与说明 结果 第一章前言 1.1设计背景 1.1.1混凝土搅拌机简介 1.1.2搅拌机发展过程 第一章前言 1.1 设计背景 1.1.1 混凝土搅拌机简介 混凝土搅拌机是将水泥、砂、石和水等按一定的配合比例进行均匀拌和的专业机械，它是制作混凝土的专用设备，主要应用在道路、桥梁、房屋建筑等工程施工中。混凝土搅拌机主要由供料装置、配料装置、称量系统、上料设备、水泥供给系统及计量装置、供水及添加剂系统、拌料装置、卸料装置及控制系统等组成。混凝土搅拌机，包括通过轴与传动机构连接
2、的动力机构及由传动机构带动的滚筒，在滚筒筒体上装围绕滚筒通体设置的齿圈，传动轴上设置与齿圈啮合的齿轮。如图 1-1所示 。 图 1-1 JZC350锥形反转出料混凝土搅拌机示意图 1.前支轮 2.上料机架 3.底盘总成 4.减速系统 5.离合器 6.操纵杆 7.行走轮 8.托轮 9.搅拌筒 10.电气控制箱 11.罩壳 12.供水系统 13.进料机构 1.1.2 搅拌机发展过程 混凝土搅拌机广泛应用于工业和民用工程。不同类型的混凝土搅拌机可用来搅拌干硬性混凝土、塑性混凝土、轻骨料混凝土以及各种砂浆。 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师： 设计题目： JZC350 搅拌机总体及上料系统设
3、计 设计人： 2 设计项目 计算与说明 结果 建国初期，国内尚无混凝土机械的生产。由于大规模经济建设的需要，促使在较短的时间内得以迅速发展，改变了混凝土施工的状态。混凝土搅拌机是最早生产、适用范围最广的混凝土机械。根据结构不同有多种形式，其发展概况分述如下： 鼓筒式搅拌机： 这是我国最早生产的混凝土搅拌机。由于它的结构简单，维修方便，操作技术要求不高，工作可靠性好，因而在很长时间内成为建筑施工企业使用范围最广、数量最多的混凝土搅拌机，由于本身的自重大，生产率低，适用范围窄等原因，在 2000年以后基本全部淘汰。 自落式搅拌机（锥形反转出料搅拌机）： 这种搅拌机，我国于 1965年引进国外样机的
4、基础上开始研制， 20世纪 70年代已批量生产，经过不断改进，结构上渐趋成熟，在当时取代鼓筒式搅拌机成为建筑企业使用最大的 机型。这种搅拌机采用自落式搅拌机原理，本设计就是要涉及此种类型的搅拌机并对其改进。 强制式搅拌机 ： 从 20 世纪 70 年代初兴起后，得到了迅速的发展和推广。最先出现的是圆盘立轴式强制式混凝土搅拌机。这种搅拌机分为涡浆式和行星式两种。19 世纪 70 年代后，随着轻骨料的应用，出现了圆槽卧轴式强制搅拌机，它又分单卧轴式和双卧轴式两种，兼有自落和强制两种搅拌的 特点。其搅拌叶片的线速度小，耐磨性好和耗能少，发展速度较快。强制式混凝土搅拌机拌筒内的转轴臂架上装有搅拌叶片的
5、强力搅动下，形成交叉的物流。这种搅拌方式远比自落搅拌机方式作用强烈，主要适于搅拌干硬性混凝土。 连续式混凝土搅拌机 装有螺旋状搅拌叶片，各种材料分别按配合比经连续称量后送入机内，搅拌好的混 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师： 设计题目： JZC350 搅拌机总体及上料系统设计 设计人： 3 设计项目 计算与说明 结果 1.1.3 搅拌机的发展趋势 凝土从卸料端连续向外卸出。这种搅拌机的搅拌时间短，生产率高、其发展引人注目。 1.1.3 搅拌机的发展趋势 19 世纪 40 年代，在德、美、俄等国家出现了以蒸汽机为动力源的自落式搅拌机，其搅拌腔由多面体状的木制筒构成，一直到 19 世纪
6、80 年代，才开始用铁或钢件代替木板，但形状仍然为多面体。 1888年法国申请登记专利。 20世纪初，圆柱形的拌筒自落式搅拌机才开始普及，其工作原理如图 1-2 所示。形状的改进避免了混凝土在拌筒内壁上的凝固沉积，提高了搅拌质量和效率。1903年德国在斯泰尔伯格建造了世界上第一台内燃机驱动的搅拌机，随后电动机则成为主要动力源。从 1913年，美国开始大量生产预拌混凝土，到 1950年，亚洲大陆的日本开始用搅拌机生产 预拌混凝土。在这期间，仍然以各种有叶片或无叶片的自落式搅拌机的发明与应用为主。自落式搅拌机依靠被拌筒提升到一定高度的物料的自落完成搅拌。工作时，随着拌筒的转动，物料被搅拌筒内壁固定
7、的叶片提升到一定高度后，依靠自重下落。由于各物料颗粒下落的高度、时间、速度、落点和滚动距离不同，从而物料各颗粒相互穿插、渗透、扩散，最后达到均匀混合。自落式搅拌机结构简单，可靠性高，维护简单，功率消耗小，拌筒和叶片磨损轻，但搅拌强度不高，生产效率低，搅拌质量不易保证。此种搅拌机适于拌制普通塑性混凝土，广泛应用于中小型建筑工地。按拌 筒形状和卸料方式的不同，有鼓筒式搅拌机、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，其中鼓筒式搅拌机技术性能落后，已于 1987年被我国建设部列为淘汰产品。随着多种商品混凝土的广泛使用以及建筑规模的大型化、复杂化和高层化对混凝土质 河北建筑工程学院 毕业
8、设计计算书 指导教师： 设计题目： JZC350 搅拌机总体及上料系统设计 设计人： 4 设计项目 计算与说明 结果 量、产量不断提出的更高要求有力地促进了混凝土搅拌设备在使用性能和技术水平方面的提高与发展。各国研究人员开始从混凝土搅拌机生产工艺等方面进行改进和探索。 20世纪 40年代后期，德国 ELBA公司最先发明了强制式搅拌机，和自落式搅拌机利用旋转的叶片强迫物料按预定轨迹产生剪切、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匀质搅拌。强制式搅拌机工作原理如图 1-3，与自落式搅拌机相比，强制式搅拌机搅拌作用强烈，搅拌质量好，搅拌效率高，但拌筒和叶片磨损大，功耗增大。此种
9、搅拌机适于拌制干硬性、轻骨料混凝土以及特种混凝土和专用混凝土，多用于施工现场的混凝土搅拌站和预拌混凝土搅拌楼。根据构造特征不同，主要有立轴涡浆式搅拌机、立轴行星式搅拌机、立轴对流式搅拌机、单卧轴搅拌机和双卧轴搅拌机等。 图 1-2 自落式搅拌机工作原理示意图 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师： 设计题目： JZC350 搅拌机总体及上料系统设计 设计人： 5 设计项目 计算与说明 结果 图 1-3 强制式搅拌机工作原理示意图 随着技术的发展，强制式搅拌机在德国的 BHS公司和 ELBA 公司、美国的 JOHNSON 公司和 REX WORKS公司、意大利的 SICOMA 公司和 SI
10、MEN 公司、日本的日工株式公会和光阳株式会社等企业发展迅速，目前已形成系列产品。比如德国的 EMC 系列、 EMS 系列搅拌站和 UBM 系列、 EMT 系列搅拌楼，意大利的 MAO 系列搅拌站、 MSO 系列大型搅拌基地等。我国混凝土搅拌设备的生产从 20世纪 50年代开始。 1952年，天津工程机械厂和上海建筑机械厂试制出我国第一代混凝土搅拌机，进料容量为 400L 和 1000L。 20 世纪 70年代末至 80 年代初，我国为适应建筑业商品混凝土大规模发展的需要。在引进国外样机的基础上，有关院所厂家陆续开发了新一代 JZ型双锥自落式搅拌机、D型单卧轴强制式搅拌机。其中， JS型双卧轴
11、搅拌机在 80 年代初研制成功。 80 年代末，我国混凝土搅拌产品开发重点转向商品混凝土成套设备，研制出了 10多种混凝土搅拌楼（站）。经过引进吸收、自主开发等几个阶段，到本世纪初，国内混凝土搅拌机技术得到长足发展，在产品规格和生产数量上，都达到了一定规模，出现了一批具有自主知识产权的新技术，逐 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师： 设计题目： JZC350 搅拌机总体及上料系统设计 设计人： 6 设计项目 计算与说明 结果 1.2 设计要求 步形成了一个具有一定规模和竞争能力的行业。 2006年，我国已经生产装机容量 0.5-6m3的搅拌站 2100多台，并已成为混凝土搅拌设备的生产
12、大国。 1.2 设计要求 1主要任务：学生应在指导教师的指导下独立完成一项给定的设计任务，编写符合要求的设计说明书，计算说明书，并正确绘制机械与电气工程图纸，独立撰写一份毕业论文，并绘制有关图表。 2知识要求：学生在毕业设计工作中，应综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决工程问题。通过学习、钻研与实践，深化理论认识、扩展知识领域、延伸专业技能。 3能力培养要求：学生应学会依据技术课题任务，完成资料的调研、收集、加工与整理，正确使用工 具书； 培养学生掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文 件的能力；培养学生掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼学
13、生分析与解决工程实际问题的能力。 4综合素质要求：通过毕业设计，学生应掌握正确的设计思想；培养学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风；在工程设计中，应能树立正确的生产观、经济观与全局观。 5设计成果要求： 1）凡给定的设计内容，包括说明书、计算书、图纸等必须完整，不得有未完的部分，不应出现缺页、少图纸现象。 2）对设计的全部内容，包括设计计算、机械构造、工作原理、整机布置等，均有清晰的了解。对设 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师： 设计题目： JZC350 搅拌机总体及上料系统设计 设计人： 7 设计项目 计算与说明 结果 计过程、计算步骤有明确的概念，能用图纸完整的表达机工作原
14、理、整机布置等，均有清晰的了解。对设计过程、计算步骤有明确的概念，能用图纸完整的表达机械结构与工艺要求，有比较熟练的认识图纸的能力。对运输、安装、使用等亦有一定的基本了解。 3）说明书、计算书内容要精练，表述要清楚，取材合理，取值合适，设计计算步骤正确，数学计算准确，各项说明要有依据，插图、表格及字迹均应工整、清楚、不得随意涂改。制图要符合机械制图标准，且清洁整齐。 4）要对国内外搅拌机情况有一定的了解，对各种搅拌机也要有一定的分析能力和比较能力。 5）计算说明书一份。 其内容包括：设计任务要求的选型、设计计算内容、毕业实习报告等。做到内容完整， 论证充分（包括经济性论证），字迹清楚，插图和表
15、格正规（分别进行统一编号）、批准，字数要求不少于 2 万字；撰写中英文 摘要；提倡学生应用计算机进行设计、计算与绘图等，已同时达到灵活运用计算机来解决问题的目的。 6）图纸一套（图纸量不少于 4张 0号图纸）。 （ 1）总图一张（ 0号）； （ 2）上料系统总图一张（ 0号）； （ 3）结构图一张（ 0号）； （ 4）零件图五张（ 2、 3、 4号）。 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师： 设计题目： JZC350 搅拌机总体及上料系统设计 设计人： 8 设计项目 计算与说明 结果 1.3 主要性能及参数 1.4 设计目的 第二章 总体设计 2.1 工作原理 1.3 主要性能及参数 型
16、号 ： JZC350 ； 轮胎规格 ： 6.5016； 出料容量： 350L ； 供水精度 ： 2 %； 进料容量： 560L ； 搅拌筒转速： 14r/min； 生产率： 1014m3/h ； 骨料最大粒径 ： 60mm； 搅拌提升电机：型号： Y132S-4B3； 最大拖行速度： 20 km/h ； 功率： 5.5 KW； 外形尺寸（长 *宽 *高）： 2765*2140*3000 mm； 转速： 1440r/min ； 质量 ： 1950kg； 水泵电机型号 :40DWB8=12A ； 功率： 0.55KW ； 转速： 2900r/min。 1.4 设计目的 本次毕业设计是对机械专业学生
17、在毕业前的一次全面性的训练，目的在于巩固和扩大学生在学校所学的基础知识和专业知识，训练学生综合运用所学知识分析和解决问题的能力。是培养、锻炼学生独立工作的能力和创新精神的最佳手段。毕业设计要求每个学生在工作过程中，要独立思考，刻苦钻研，有所创新、解决相关技术问题。通过毕业设计，使学生掌握搅拌机的总体设计、上料系统的设计和计算等内容，为今后步入社会、走上工作岗位打下良好的基础。 第二章 总体设计 2.1 工作原理 物料倒进料斗，操纵操纵杆提升料斗。上料时，上料斗先沿爬轨上升到一定位置 后旋转一个角度，使拌合料全部倾入搅拌筒内。 在搅拌筒内中部焊有分别与拌筒轴线成一定夹角布置的高叶片和低叶片。由于
18、高叶片、低叶片和拌筒轴线按一定的角度交叉布置，拌合料（物料和水）由 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师： 设计题目： JZC350 搅拌机总体及上料系统设计 设计人： 9 设计项目 计算与说明 结果 2.2 总体参数设计 2.2.1 搅拌机长宽比的确定 进料锥端进入，拌筒正转搅拌时，拌合料被叶片提升至上方，然后由于自身重量自落于拌筒底部，并作轴向运动，使拌筒中的拌合料达到均匀，且被强化的目的。混凝土拌好后，即将拌筒反转（从出料方向看逆时针旋转），螺旋叶片运动方向朝外，将拌好的混凝土 卸出。 2.2 总体参数设计 2.2.1 搅拌机长宽比的确定 图 2-1 搅拌机的拌筒示意图 长宽比是搅
19、拌机的基本几何参数，是设计机器时需要选定的首要参数，其取值合理与否直接决定着搅拌质量和搅拌效率。由于搅拌过程的复杂化，长期以来都难以定量化，故采取模拟优化的方法进行长宽比的确定。 1.判定长宽比合理与否的原则 常用搅拌机的搅拌筒呈圆筒状，如图 2-1 所示。它的主要几何参数可用直角坐标系的 3 个坐标（ x,y,z）来描述。文献【 1】中利用扩散方程对搅拌过程进行综合模拟，得到了搅拌过程优化的目标函数 1,0 ,0 0 ,1,0 0 ,0 ,1ttt （ 2.1） 式中，搅拌的平均时间的下坐标表示搅拌筒的三维坐标及其顺序。该式的物理意义是：合理的搅拌机参数应保证在满足给定的均匀度指标的前提下，
20、在搅 河北建筑工程学院 毕业设计计算书 指导教师： 设计题目： JZC350 搅拌机总体及上料系统设计 设计人： 10 设计项目 计算与说明 结果 拌筒内各个方向的搅拌时间相接近。显然，这时的搅拌质量得到了保证，同时搅拌时间也最短。 连续式搅拌机的长宽比 文献【 2】 中给出了在限定条件下，图 1所示单卧轴强制式连续搅拌机的拌筒长度与半径之比： （式中 R=D/2）； 2.节省制造材料 若单纯从节省制造材料的角度出发，当搅拌筒容积 V一定时，其表面积 S应最小。 （ 2.2） （ 2.3） 式中采用拉格朗日乘法，建立辅助函数 ( , ) 2 2 0 .5 ( s i n 2 ) 2 290F
21、L R R W R W L R L R L 180 2 0 .5 ( s i n 2 ) 09 0 9 0L R L W R L V （ 2.4） 一般的取值为 4045 ，分别取为 40 和 45 代入式（ 2.4）并计算 （ 2.5） 当时 L=-4.0/ ,R=-1.61/ ,此时， W/L=3.53R/L=0.70， L/D=L/2R=1.24 当时， L=-4.0/， R=-1.62/，此时， W/L=3.41R/L=0.72， L/D=L/2R=1.23 可见，宽长比为 0.7左右时，所需制造材料最省。由于长宽比的值主要由搅拌机性能来决定，因此该值只能作为选择作为长宽比的参考。 由以上原则，本设计取搅拌机总长 L=2765 mm， L=2765 mm W=2140 mm
