一份350搅拌机的设计说明书.doc

设计项目
计算与说明
结果

第一章 概述
设计背景
1.1设计背景
1.1.1搅拌机的发展过程

1.1.2搅拌机的发展趋势

1.2设计要求
1.2.1主要任务

1.2.2知识要求

1.2.3能力培养要求

1.2.4综合素质要求

1.2.5设计成果要求

1.3已知参数

1.4设计意义

第二章 总体设计
工作原理
2.1工作原理

2.2总体参数设计

2.3关键部件的结构设计
2.3.1搅拌结构

2.3.2传动系统

2.3.3上料装置的选择

2.3.4供水系统

2.3.5底盘

2.4搅拌机生产率设计
2.4.1工作时间

2.4.2生产率计算

第三章 拌筒设计
3.1拌筒结构设计
3.1.1拌筒结构设计

3.1.2确定拌筒的尺寸
1.筒体尺寸的确定

2.进料锥尺寸确定

3.出料锥尺寸确定

4.拌筒总体长度确定
5.滚道尺寸的确定

6.齿圈的选择

7.进料口圈和出料口圈的选择

3.2 几何容积计算
3.2.1进料锥体积

3.2.2出料锥体积

3.2.3拌筒圆柱部分体积

3.2.4拌筒体积
3.2.5几何容积校核

3.3拌筒转速计算
3.3.1评判转速合理与否的准则

3.3.2转速的定义

3.3.3影响搅拌机转速的主要因素

3.3.4拌筒转速校核

3.4叶片设计计算
3.4.1搅拌叶片的面积

3.4.2叶片安装角的确定

3.5搅拌功率计算

3.5.1搅拌过程中混凝土的运动分析

3.5.2搅拌过程中搅拌简受力分析

3.5.3搅拌阻力矩及搅拌功率计算

3.5.4本设计功率计算

第四章 设计小结
第一章　概述
1.1设计背景
1.1.1搅拌机的发展过程
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、流动性混凝土、轻骨料混凝土及各种砂浆。今天我们就分类探讨一下它们的发展历史。
自落式搅拌机 有较长的历史，早在20世纪初，由蒸汽机驱动的鼓筒式混凝土搅拌机已开始出现。50年代后，反转出料式和倾翻出料式的双锥形搅拌机以及裂筒式搅拌机等相继问世并获得发展。自落式混凝土搅拌机的拌筒内壁上有径向布置的搅拌叶片。工作时，拌筒绕其水平轴线回转，加入拌筒内的物料，被叶片提升至一定高度后，借自重下落，这样周而复始的运动，达到均匀搅拌的效果。自落式混凝土搅拌机的结构简单，一般以搅拌塑性混凝土为主。
强制式搅拌机 从20世纪50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混凝土搅拌机。这种搅拌机分为涡桨式和行星式两种。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，加入拌筒内的物料，在搅拌叶片的强力搅动下，形成交叉的物流。这种搅拌方式远比自落搅拌方式作用强烈，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搅拌机内，搅拌好的混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。
随着混凝土材料和施工工艺的发展、又相继出现了许多新型结构的混凝土搅拌机,如蒸汽加热式搅拌机,超临界转速搅拌机，声波搅拌机，无搅拌叶片的摇摆盘式搅拌机和二次搅拌的混凝土搅拌机等。
1.1.2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气机为动力源的白落式搅拌机，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年法国申请登记了第一个用于修筑战前公路的混凝土搅拌机专利。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1-1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年德国在斯太尔伯格建造了世界上第一座水泥混凝土的预拌工厂。1908年，在美国出现了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1 950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、时问、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，其中鼓简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的结构形式、传动方式、搅拌腔衬板材料以及搅拌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，和自落式搅拌机的工作原理不同，强制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1-2，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1-1 自落式搅拌机工作原理示意图

图1-2 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SIMEN公司、日本的日工株式会社和光洋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年代未至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，逐步形成了一个具有一定规模和竞争能力的行业。2006年，我国生产装机容量O．5～6m3的搅拌站2100多台，已成为混凝土搅拌设备的生产大国。

1.2设计要求
1.2.1主要任务：学生应在指导教师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，并正确绘制机械与电气工程图纸，独立撰写一分毕业论文，并绘制有关图表。
1.2.2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。
1.2.3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；锻炼学生分析与解决工程实际问题的能力。
1.2.4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。
1.2.5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能力。对运输、安装、使用等亦有一般了解。
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。制图要符合机械机械制图标准，且清洁整齐。
4.对国内外搅拌机情况有一般的了解，对各种形式的搅拌机有一定的分析、比较能力。
5.计算说明书一份
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。作到内容完整，论证充分（包括经济性论证），字迹清楚，插图和表格正规（分别进行统一编号）、标准，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。
6.图纸一套（折合后的图量不少于3张0号的图纸）
1）总图一张（0号）
2）拌筒总图一张（0号）
3）传动图一张（0号）
4）零件图五张（2、3、4号）
其他各项应符合本资料有关部分提出的要求。

1.3已知参数
型号　JZC350　　　 　
外形尺寸（长宽高）276521403000mm
出料容量 350L 　　　　 骨料最大粒径 60mm
进料容量 560L 　　　　 搅拌筒转速 14r/min
生产率　 10-14m3/h 　　轮胎规格 6.50-16
搅拌提升电机：型号:Y132S-4B3
最大拖行速度 20km/h 功率：5.5kw
转速：1440r/min 　　 质量 1950kg
水泵电机：型号：40DWB8=12A 转速 2900r/min
　　　　　功率：0.55kw 供水精度 ≤2％

1.4设计意义
本次毕业设计是对机械专业学生在毕业前的一次全面训练，目的在于巩固和扩大学生在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、拌筒的设计和计算等内容，为今后步入社会工作岗位打下良好的基础。

第二章　总体设计
2.1工作原理
筒内焊两对交叉的高位拌叶和低位拌叶，与拌简中心线成一定的夹角。搅拌混凝土时，拌筒正向旋转(从出料方向看为顺时钟旋转)，物料在拌叶的推动下。即行旋转到拌筒的上方，然后由于本身重量自落于拌筒的底部，并作轴向运动。这两种运动产生了切割和搓动的作用，从而使拌筒中的物料达到均匀的目的。混凝土拌好后，即将拌筒反向旋转(从出料方向看逆时针旋转)。由于出料叶片的作用，物料就从出料口卸出。
2.2总体参数设计
2.2.1搅拌机长宽比的确定
长宽比是搅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。

图2-1 搅拌机的拌筒示意图
1.判定长宽比合理与否的原则
常用搅拌机的拌筒呈圆筒形，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【2】中利用扩散方程对搅拌过程进行了综合模拟，得到了搅拌过程优化的目标函数

式中，搅拌的平均时间t的角标表示拌筒三维坐标及其顺序。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，在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。
2.节省制造材料
若单纯从节省制造材料的角度出发，当搅拌室
容积V一定时，其表面积S应最小。式中
采用拉格朗日乘数法，建立辅助函数
一般的取值为40°-45°，分别去为40°和45°带入上式并计算

当=40°时此时，
。
当=45°时此时，
。
可见，长宽比为0.7左右时，所需要的制造材料最省。由于长宽比的值主要应由搅拌机性能来决定，因此该值只能作为选择长宽比时的参考。
由以上原则，将本设计的搅拌机长宽定为2765和2140。
本机由搅拌机构、进料机构、供水系统、底盘和电气等十三个部分组成，如图2-2。

图2-2 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-电器控制箱 11-罩壳 12-供水系统 13-进料机构

2.3关键部件的结构设计
2.3.1搅拌系统
搅拌机构由搅拌筒、托轮和传动系统等组成。
搅拌筒（图2-3）是搅拌机的工作部件，搅拌筒为双锥形，筒体内焊有两对高低叶片，交叉布置，分别也拌筒轴线成一定夹角，搅拌筒旋转时，叶片在啊使物料提升下落的同时，还使物料轴向来回窜动，所以搅拌运动比较强烈，搅拌35-45秒即可达到匀质混凝土。
　　在搅拌筒的出料锥体内部，焊有一对出料叶片，改变拉筒旋转方向，混凝土即由低叶片推向出料叶片并排出筒外。
　　搅拌筒四个托轮，搅拌筒由电机经减速箱驱动齿圈而旋转，故在有雾、阴雨天气，仍然可靠工作。
搅拌简内对称交叉布置了两组高低叶片，两组叶片与搅拌筒回转轴线间有倾角，目前该倾角还不甚理想，宜在大量试验基础上确定其最佳倾角，以提高搅拌简的搅拌效
率和搅拌质量。

2-3 搅拌筒示意图
1-出料叶片 2-出料锥 3-低叶片 4-滚道 5-高叶片 6-筒体 7-大齿圈 8-进料锥

高低叶片在使物料作轴向往复窜动时，物料对搅拌筒形成轴向力，为防止搅拌简沿轴向窜动，搅拌筒要有可靠的轴向定位装置。目前，国内双锥系列混凝土搅拌机是在搅拌简筒体的两端各焊一个挡圈，挡圈侧面紧靠摩擦轮或托轮侧面，以此买现搅拌筒轴向定位。这种定位结构较复杂、加工难度也大，因此用一对夹持轮作搅拌筒定位装置，即在底盘上安装了一对滚轮，并在搅拌筒中部焊一个挡圈。安装定位后，搅拌筒上的挡圈正好位于两个滚轮之间。由两个滚轮限定搅拌筒的轴向运动。这徉，既可有效防止搅拌筒的轴向移动，又简化了搅拌简的加工工艺。
2.3.2传动系统
减速箱为二级圆柱齿轮减速，传动比为6.04248，三角皮带轮速比为2.3912，拦筒齿圈速比为7.1111，总传动比为102.7467。拌筒的正反转由电机换向实现，（图2-5）。
其中搅拌传动采用摩擦传动，搅拌筒采取单边摩擦轮驱动形式，搅拌筒由4个摩擦轮支撑，搅拌筒一侧按图2-4形式布置,另一侧仍采用JZC350型托轮传动形式布置摩擦轮:利用摩擦轮与搅拌筒滚道之间的摩擦力带动搅拌筒转动.这样，搅拌简的转动由2个主动摩擦轮及2个从动摩擦轮驱动，转动平稳可靠。这种机构与JZC350型柑比，省了一个大齿圈，成本可降低1500元左右。

图2-4搅拌传动系统
1-电机 2-减速器 3-联轴器 4-主轴 5-摩擦轮 6-搅拌筒

图2-5 传动系统图
2.3.3上料系统
　　上料装置由上料斗、爬梯、接长轨道和落地轨道组成（图2-6）
　　上料斗的升降及爬翻动作，由齿轮减速箱的输出轴通过轴端的进料离合器和钢丝绳卷筒带动，离合器由手动操纵杆控制。料斗的上极限位置由限位装置，自动脱开离合器。

图2-6 上料机构
1-上料斗 2-爬梯 3-接长轨道 4-落地轨道
在此采用钢丝绳提升倾翻式上料装置，选择依据：
JZC350型混凝土搅拌机经过多年的统型工作，其技术参数与基本结构已经统一，为生产制造、产品检测和用户使用等方面提供了共同的标准依据，对行业的发展和技术进步起到了积极的推动作用。同时由于搅拌机上料装置的
多种结构形式.又给制造单位和用户选型带来了许多便利条件。上料装置有钢丝绳提升倾翻式、钢丝绳提升爬斗式、液压顶升式三种结构形式。下面就不同结构形式进行对比分析。
1.钢丝绳提升倾翻式上料装置
其结构示意见图2-7倾翻式上料装置主要由钢丝绳吊轮、上料斗、上料架及料斗前后滚轮组成。工作时、在钢丝绳的牵引下、上料斗通过前后两对滚轮分别沿上料架内外导与水平线呈55°”夹角时，料斗将受到限位装置(图中未示)的控制而停止运动。此时，由于倾角已大于物料安息角，物料便全部进入拌筒。上料斗下落时，由钢丝绳的松动使料斗反向运动恢复原位。

图2-7 钢丝绳提升倾翻式上料装置
1-钢丝绳吊轮 2-上料斗 3-后滚轮 4-前滚轮 5-上料架
这种上料装置工作比较直观。操作手对钢丝绳的升降运行及料斗的倾翻情况能够一目了然.十分便于操作和观察。当发生故障时很容易判明原因。及时进行维修。并且还由于上料装置与拌筒部件为同一动力集中驱动、使整机总功率降低。因此。是常见的一种上料形式。不但广泛用于齿圈传动的搅拌机.而且在摩擦轮传动的搅拌机上也已采用；该装置不足之处是料斗上料运行时产生的倾翻力矩往往对整机的稳定性有一定影响，在使用中必须注意对整机的稳固。另外，料斗下落时速度不易过快，否则容易造成料斗滚轮偏斜出轨。
2.钢丝绳提升爬斗式上料装置
该装置由料斗、上料架、提升传动机构、斗底前后滚轮、中间接料斗及水平岔道等组成，见图2-8。其中料斗由斗体、斗底及铰轴构成。料斗上面有三对滚轮，其中一对固定在斗体上，另外两对固定在斗底上。提升投料时，提升传动机构带动钢丝绳通过滑轮牵引料斗沿上料架导轨向上爬行。当料斗被提升到投料位置时，斗底前滚轮进入水平岔道。而斗体继续上升、迫使斗底与斗体以钦轴为支点分离从而打开料门。随着斗体的上升。料门逐渐开大。斗体内的物料经中间接料斗不断投入拌简。当斗体上升到终点位置时。上行程开关动作。提升传动机构停止运动，料斗停止不动;料斗的下落靠提升机构反向运转而下行至终点时下行程开关动作，料斗停止不动。在整个过程中斗体始终处于水平位置状态。

图2-8 钢丝绳提升爬斗式上料装置
1-上料架 2-传动机构 3-斗体 4-斗底前滚轮 5-铰袖 6-斗底 7-斗底后滚轮 8-中间接料牛 9-水平岔道
该装置的结构特点是料斗重心位置合理，运行中无倾翻力矩，整机工作稳定可靠，特别适用于大容量搅拌机的上料。运行中料斗不溢料，灰主较小。存在不足一是电气行程开关若受潮容易失灵;二是单独使用提升机构，擎机功率增大；三是构件较多目较复杂，不易维修。
3.液压顶升式上料装置
由图2-9可以看出、该装置的实质也是倾翻式上料，所不同的是料斗升降动作是通过液压油缸伸缩实现的，上料时料斗无顶爬行即可直接旋转倾翻。显而易见、该装置升降动作简单，操作方便。但设置了液压系统，对维修技术要求较高。否则出现故障时排除困难;料斗落地后高出地面、对料斗供料较为费力。

图2-9 滚压顶升式上料装置
1-料斗 2-液压缸 3-支轴 4-机架
4.三种结构形式对比
上述三种上料装置结构形式各有各自的特点、又有某些相似的方面。选型应根据施工的具体情况、维修条件以及技术程度等因素而定。三种结构形式的异同点列表对比如下:
项目
钢丝绳提升倾翻式
钢丝绳提升爬斗式
液压顶升式
料斗提升
先爬行后倾翻
始终爬行
直接倾翻
料斗进料
料斗底面与水平呈550
料斗水平料门
料斗底面与水平呈550
料斗下降
靠钢丝绳松动
提升传动机构反转
液压油缸伸缩
工作状态
直观
比较直观、稳定
直观
构件数量
较少
较多
较少
维修要求
一般
较高
较高
2.3.4供水系统
　　供水系统由电机、水泵、调节阀和管路组成（图2-10）在此采用时间继电器加清水泵供水系统，既达到了供水情度，又使结构紧凑，成本低廉。

图2-10 供水系统
1-电机 2-调节阀 3-冲洗水管 4-水泵 5-吸水阀

为避免同一雄内的混凝土的塌落度差值较大，在出水管上采取如图2-11所示的分流扇形供水。

图2-11