2J550×3000双轴搅拌机设计.docx

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立窑水泥企业的机立窑能否实现优质高产，在一定程度上取决于窑内的锻烧情况，预加水成球技术能改善烧成条件，提高熟料质量。
预加水成球是成球技术的一个重大突破，对改善料球质量、减少窑内阻力、提高熟料产量质量、降低烧成热耗等均有明显作用。
预加水成球的机理是：将化学成分合格的生料粉与粒径在1mm左右的煤按要求配比被调整定量后，与被控制定量后经离心压力式喷嘴雾化器雾化的、粒径约为100-500μ的雾化水同时进入搅拌机。使料水在液固运动中得到充分的均化，并在较短的时间内使含水率达到12-14%。经过约55-60s的机械搅拌，使之进一步均化、破团、湿润、渗透。在湿润渗透的过程中，生料粉和水依靠粉体颗粒的表面能和水的表面张力、以及被逐渐激发出来的物料塑料力的综合作用条件下，自由结合为1-2mm粒度的料水团状混合物，即松散的含水料团。这就是搅拌积聚预加工的半成品。随即将此半成品经倾斜下料管滑入装置有回转或往复运动式立刮刀和边刮刀的、具有全盘性成球功能的盘式成球机内。入盘后一经滚动即形成1-2mm粒径的子球。这些子球在盘转速为22.5r/min的倾斜、旋转、离心、大抛物运动中，主要依靠物料的塑性粘结力和部分渗出水的表面张力联合作用条件下相互粘连，而真正成为了球的第二个层次。由于筛析效应的作用，当球径停止增长，最后在进料推力的作用被推出盘。全部成球过程大约需要140-180s。盘径小需要成球时间短，盘径大需要成球时间长。
预加水成球的工艺流程为：提升机 → 稳流仓 → 料位指示器 → 单（双）管螺旋喂料机 → 冲击式流量计 → 供水管及雾化器 → 双轴搅拌机 → 成球盘； 生料在成球盘内制成成品球由皮带输送机送入机械立窑。
实现预加水成球技术的关键设备是双轴搅拌机。其作用是将管式螺旋喂料机喂入的生料首先受水、浸润、渗透后，进行混合、搅拌而成为含水率均匀、粒径为1-2mm的子球，供成球机成球用。
本课题来源于生产实践。
设计该双轴搅拌机有以下几项技术要求：
1.必须结合生产实践；
2.生产能力 为Q = 30 t/h；
3.进出料口的距离为3000 mm；
4.叶片回转直径为550mm；
5.结构紧凑，工作连续稳定；
6.节能、高效、环保。
在杨晓红老师的指导下，首先进行方案论证。通过讨论研究，最终确定了叶片的安装方法：在轴上钻有莫氏锥孔以及铣一方槽，先将叶片焊接在叶片杆上，然后再一起以一定角度焊接在一方垫片上，再将搅拌叶片装入莫氏锥孔中；传动装置整体放置出料口端；传动方式为：电机皮带ZQ减速机十字滑块联轴器直齿轮传动双轴搅拌机；雾化器选用MP型离心压力喷嘴式雾化器。然后根据分析的结果，开始对轴向力、径向力、扭矩以及功率等进行计算。分析拟定传动装置的运动简图，分配各级传动比，进而进行传动零件的结构进行设计和强度校核。然后对双轴搅拌机进行总体结构设计。
2J550型预加水双轴搅拌机改变了以往所成料球粒径大，料球耐压强度和孔隙率质量低的缺陷，并且机槽采用ω型，能防止搅拌死角，这样在维修时可以便于将损坏的轴吊起，省去拆叶片麻烦，检修空间增大，工作量减小，还可缩小两端轴孔直径，便于密封防漏。本课题新颖实用，在技术上有较大改进，具有较强的竞争力，并且有很大的市场前景。

2 总体方案论证
2.1 工作原理

双轴搅拌机由两根搅拌轴，轴上按螺旋推进方向安装搅拌叶及搅拌槽组成的搅拌系统，为使原料达到成型的需要，在搅拌机入料端稍后处的上部，设有加水装置，使得物料形成较大的球状块料旋转时两轴的方向由内向外，将物料搅起，靠搅拌叶旋转时的推力(搅拌叶与搅拌轴轴线夹角为10-20度)形成物料流，螺旋向前推进，最后物料经漏料箱进入承接皮带，进入到下台处理设备中。
图2-1 双轴搅拌机结构示意
1 轴承座； 2 出料口； 3 搅拌叶； 4 搅拌轴；5 搅拌槽；6 齿轮座；
7 联轴器；8 减速器；9 三角带轮；10 驱动电动机
2.2 结构设计特点
从结构上看，双轴搅拌机要较单轴搅拌机复杂，但它磨损小，搅拌质量好，生产率高，双轴搅拌机较之立轴式和单轴式搅拌机，具有明显的优越性。
双轴搅拌机优点总结如下:
1. 搅拌机外形尺寸小、高度低、布置紧凑，装载运输便利，而且结构合理坚固，工作可靠性好；
2. 搅拌机容量大，效率高。与同容量自落式相比，搅拌时间可缩短一半以上，而且物料运动区域位于卸料门上方，卸料时间也比其他机型短，因而生产率高；
3. 拌筒直径比同容量立轴式小一半，搅拌轴转速与立轴式基本相同，但叶片线速度要比立轴式小一半，因此叶片和衬板磨损小、使用寿命长，并且物料不易离析；
4.物料运动区域相对集中于两轴之间，物料行程短，挤压作用充分，频次高，因而搅拌质量好。
2.2.1 外壳的设计形式
传统的U型槽底容易出现搅拌死角，从而导致两轴负载过大以致断裂。另外他们将两端墙板焊死在机壳上，这样就使得在轴或叶片受损维修时很不方便，工作量也相当大。
将双轴搅拌机槽底做成欧米嘎型（ω）,以防止搅拌死角。两边再焊上钢板制成机槽，槽口两边焊有角钢用以固定机盖，槽机底部焊有支承垫用以支承槽体。机槽两端墙板不是焊死在机壳上，而是通过螺栓与机壳联结，这样做的目的是为了在维修时便于将损坏的轴吊起，省去拆叶片麻烦，检修空间增大，工作量减小，还可缩小两端轴孔直径，便于密封防漏，如图2-2所示。

图2-2 搅拌槽壳体
2.2.2 轴与叶片的安装方法的设计
以前，大多在整个轴上都安装叶片，生料进口处叶片角度比较大，用以快速输送物料，但是我们发现这样搅拌叶片的磨损较大，靠进料口槽体端密封处漏灰严重，从而齿轮内进灰较多，加快了传动部件的磨损，影响生产效率。
因此，针对这些问题对轴的结构进行改造，即在轴的搅拌进口端焊接两螺旋叶片使粉料不断向前输送，减少槽体端部密封处的积料。这样有利于防止打坏叶片、折断轴。在搅拌轴上正确安装带有刀片的叶片，调整好了角度后，再将叶片安装在钻有莫氏锥度孔的轴上，如图2-3所示。
叶片在双轴上三个部位的安装角度是各不相同，叶片安装角度一般选用α=20度左右，双轴搅拌机叶片角度必须要与粘土可塑性相适应，双轴搅拌机工作分三个阶段：
第一阶段是雾化水与原料的混合搅拌阶段；该阶段轴的长度为0.7m 左右（包括螺旋叶片轴段），安装的叶片数是8只，安装角度为25°，通过雾化喷水和机械翻动搅拌两个手段以达到液固均化的目的。
第二阶段是使含煤生料湿润的阶段，为使其能充分湿润，生料在这一阶段的运行速度应慢一些；该阶段轴的长度为1.5m左右，安装的叶片数是20个，安装角度为15°，其主要特征是机械搅拌。
第三阶段是形成球核的阶段；该阶段轴的长度为1.0m左右，安装的叶片数是12个，安装角度为20°，其中最后4只的安装角度是0°，其目的是为了挡料。

图2-3 搅拌机工作简图

在调整叶片角度的同时，要注意叶片的转速，这两方面也是相互影响的，在确定转速时首先要确定物料在搅拌机内搅拌的时间，而搅拌时间又影响着形成球核的产量，因此搅拌时间、叶片角度、转速、湿润时间等之间要相互配合好，一般出搅拌机的球核直径为1-2mm的占20%-75%较好。
图2-4 叶片安装图
其中每个叶片焊牢在叶片杆上，然后按照要求调整角度焊接在方垫片上。经过这样的处理后，叶片在推动物料时就不会出现角度混乱，另外把搅拌轴头的轴肩R适当调大，减小应力，防止应力集中，如图2-4所示。
2.2.3 传动机构的设计
传动装置是双轴搅拌机工作过程中的关键。设计的传动路线
为电机皮带ZQ减速机联轴器齿轮传动装置搅拌轴。
将双轴搅拌机传动装置整体放置出料口端，使生料不能进入齿轮和轴承。同时给两传动齿轮制作一个油池，用于齿轮的润滑，能减小磨损，提高使用寿命。
常用的减速机有三种型式，圆柱齿轮减速机、行星减速机和摆线针轮减速机。其中采用圆柱齿轮减速机较合适，而采用行星减速机和摆线针轮减速机常会出现因搅拌机主轴起动时扭矩大，传动系统刚度不足，故障多，有漏油问题。相对而言圆柱齿轮减速机传动稳定，噪音小，齿面接触稳定，在润滑保养良好的条件下，运转稳定。
2.2.4 密封装置的设计
对密封装置的要求相当高，可采用双道压盖填料密封装置，填料采用橡胶石墨石棉盘根，两边采用压盖压紧，内压盖、外压盖和密封盖固定采用沉头螺栓紧固，见图2-5。

图2-5 密封装置

1 密封圈；2 压板1；3 密封盖；4 端面板；5 垫板；6 轴套
2.2.5 雾化装置的设计
水的雾化的好坏，是预加水成球的关键条件之一。它通过雾化器来实现，雾化器设在搅拌机进料口的一端，其作用是担负着生料和水的第一道均匀混合工序的喷水任务，为下一道机械搅拌工序创造良好的均合基础，达到液固均化的目的。
为了保证雾化效果，必须对水压、水质、喷嘴及喷嘴布置有一定的要求：
1.结构简单，制造方便，成本低，无特殊工艺装备，维修方便，使用寿命长；
2.在低能量条件运行应保证足够的喷水能力,MP型>550kg/h,以利用于减少喷嘴组合数量,便于布置；
3.水质要干净纯洁，尽量少含泥沙等杂质，以防喷嘴堵塞。水质不好时需在水箱出水口增加过滤网，并定期清洗；
4.喷嘴要有适宜的喷射角度，保持适宜的水量和良好的雾化效果，使布水均匀，直接喷向料层，不能喷向机壳再流向物料；喷嘴离料层距离保持300 mm左右，不能过近，否则，不能保证接触料层被水充分雾化。
由于喷嘴的布置形式直接影响搅拌效果和球核的质量,因此应注意：
1.喷嘴在搅拌机中的布置原则应分布在进料口落料流及落料区，以实现操作点无粉尘污染；
2.保证喷嘴至料面的垂直距离S≥300 mm，目的是使雾滴同生料粉接触，提高生料的湿润渗透性，否则影响成球的均匀性，并增加清理特大球的工作量；
3.多嘴组合应用喷嘴能进一步提高液固均化程度，但多嘴数量要适当；
4.喷嘴喷射方向及覆盖面必须在生料面区域内，不得喷射在机槽侧壁上，否则将造成机槽侧壁粘料严重，难以清理，并增加搅拌叶片的阻力，从而提高搅拌的功率消耗，同时也会造成局部生料过湿，影响成球质量。
综合各方面的条件，选用MP-Ⅰ型离心压力喷嘴式雾化器（见表2-1）比较合理，其主要特点有：加大了喷液能力，提高到了550 kg/h以上，雾化角为90°至120°，效果好，而且可减少喷嘴数量。MP型喷嘴内衬中心有一冲水孔，出水口有4个月牙形分水刀，心部4个螺旋槽与垂线相交成45°至95°角；
表2-1 MP-Ⅰ型雾化器规格参数
流量
kg/h
雾化角
喷嘴孔径mm
雾化压力MPa
L
mm
D
mm
含水量
%
所需水量
t/h
喷嘴数量
个
550
85°
2
0.197
32
M16×1.5
12-14
3.6-4.2
10-12

3 预加水双轴搅拌机主要技术参数的计算
3.1 生产能力的估算
由于双轴搅拌机是以螺旋的形式推进的，所以可应用螺旋输送机的输送能力的机理来推导其搅拌机的估算公式。
螺旋输送机的生产能力计算公式如下：
(3-1)
其中 - 生产能力，t/h；
D - 螺旋回转直径，m；
s - 导程，m；
n - 搅拌轴转速，r/min；
ρ- 密度，t/；
- 填充系数。
双轴搅拌机的每相邻搅拌叶片成90°，为不连续装配，物料在间断区不输送物料，只作搅拌运动。所以双轴搅拌机的生产能力要比螺旋输送机小，在上述公式中，还应乘一个小于1的系数K，该系数主要与导程、物料流量、阻力等有关。

(3-2)
1.导程系数
双轴搅拌机在一个导程上等距分布着4个搅拌叶。当搅拌轴转过一周，物料向前推进，导程设为4Bsinα/s,称它为导程系数。
(3-3)
式中 B - 叶片的平均宽度，m；
- 叶片的倾角，°；
s - 导程，m。
2.流量系数
搅拌叶片从切入物料到脱离物料的理论流量为（A为物料在搅拌槽中的横截面积）。搅拌机中的物料属于松散物质，它既具有固体的实体性，也具有液态的流动性。物料在搅拌槽内的运动情况是很复杂的。在搅拌中，物料质点并未沿轴线方向直接移动，而是沿近似垂直的叶片表面的方向作复杂的曲线运动，当叶片穿过物料时，其中一部分物料被向前推进，而另一部分则推到两侧或回退，所以物料的实际推进量要少于理论流量。用1-1/2sinα来近似表示此时的推进率。另一方面，在叶片扫过区域留下的空间又很快地被两侧的物料所填满，其中也包括前侧物料的回流，由于叶片的阻力作用，使回流量和叶片角度有一定关系。
综合以上两个方面可得， (3-4)
3.阻力系数
推进物料所施加的轴向推力随叶片角度的增大而减少，而推力对物料的作用区域也是有限的，叶片在物料运动中产生相对运动，即物料的相互作用而形成内部摩擦力，物料与搅拌槽和搅拌叶等运动产生外摩擦，这些力均阻碍着物料的向前运动，物料速度快慢关系着生产能力大小。
(3-5)
其中 μ是个经验值，它与导程，摩擦系数和粘度等因素有关，一般可取0.75左右。
∴ (3-6)
综上所述，

(3-7)
已知设计参数,如下表3-1,叶片每相邻两叶片成90°,z = 4 , ρ=1.2t/,α=15°～ 25°, =0.3 ，B = 0.15mm ，μ=0.75，摩擦角β=30°。
表3-1 双轴搅拌机技术性能
型 号
2J5.5
搅拌叶片回转直径 D (mm)
550
进出料口中心距 L (mm)
3000
两轴中心距 a (mm)
360
生产能力 Q (t/h)
30
功率 P (kW)
≤22
3.2 主轴转速的估算
∵

∴
∴ n = 35.8
取n = 40
3.3 主轴直径d的估算
此时，
∴

∴ = 33.6
又

∴ d = 0.18
但是考虑到实际工作时有可能两轴上的叶片会相互干扰，所以将轴径适当的缩小，在保证强度足够的情况下，取d = 0.16 m 。
3.4 搅拌机内物料轴向运动速度的估算
物料既有轴向位移，也有圆周方向的位移，其主要表现形式为轴向位移，其圆周位移的轨迹近似于一段螺旋线，是搅拌机中物料实际运动的形式，如图3.1所示。

图3.1 物料受力图

螺旋系数 (3-8)

(3-9)

式中 - 物料运动速度，m/min；
- 叶片平均宽度，b =0.15m；
α- 叶片安装角度，°；
- 搅拌轴转速，r/min；
η- 螺旋系数；
-旁侧阻力系数， =0.5625；
– 1个螺距内叶片片数，z =4片。
3.5 物料在搅拌机内停留时间的估算
(3-10)

式中 t - 物料停留时间，min；
L - 搅拌机进出料口中心距，m；
- 物料轴向运动速度，m/min。
物料在搅拌槽内搅拌均匀的停留时间，主要取决于搅拌叶和轴线的角度及轴的转速。如果搅拌叶的角度大，轴的转速快，则物料很快被送出搅拌机，但这时物料的搅拌均匀程度就差，反之，均匀程度就好。所以物料的最佳搅拌时间，应根据搅拌后物料的均匀性及工艺平衡予以确定。
3.6 功率的计算
如下图2.2所示，单片叶片推动物料前进的轴向推力等于。叶片对物料的周向推力，反作用力=，得。
如图2.2中，叶片前方的料柱体积是，料柱同机槽槽壁的摩擦力:
(3-11)
式中 是旁侧阻力影响系数，取，、、皆为定值，摩擦系数。
从图3.2中可知，作用在叶片上有=，=，摩擦力=·（+），是滑动摩擦系数，是止推轴承摩擦系数。
由 += (3-12)
可得叶片周向力：

由可以计算出单片叶片消耗的功率P：
(3-13)
式中 - 单片叶片消耗的功率，KW；
- 叶片的周向力；

- 叶片上单片物料重心与搅拌轴中心的距离，m，。

图3.2叶片受力图

已知 =8，=20，=12，=25°，=15°，=20°，R=0.275 m，μ=tanβ，b=0.15m， s=0.15×4=0.6m，ρ=1.2 t/,，=1.5。
∴

∴

∴

4 电机的选择
4.1 选择电动机类型和结构形式
4.1.1 选择电动机的容量
按工作条件和要求，选用一般用途的Y系列三相异步电动机，为卧式封闭结构。
经分析计算得双轴搅拌机所需消耗的总功率 ；
电动机所需功率 （4-1）
由经验及实践选择，整个传动过程中有6对轴承，1对齿轮，二级减速器一部，一对联轴器，电机采用V带传动,它们的传动效率可查阅参考资料[15]得出如下表4-1。
表4-1 机械传动效率
类 别
传 动 形 式
效 率（%）
圆柱直齿轮传动
7 级精度（稀细润滑）
0.98 ～ 0.99
带 传 动
V 带 传 动
0.96
轴 承（一 对）
滚动轴承（球轴承取最大）
0.99 ～ 0.995
联 轴 器
弹性联轴器
0.99 ～ 0.995
减 速 器
两级圆柱齿轮减速器
0.95 ～ 0.96
从电动机至搅拌机的主轴的总效率为:
（4-2）

∴
选取电动机的额定功率，使

查参考资料[15]得，取= 18.5
4.1.2 确定电动机转速
取V带传动比（减速器）
∴总传动比的合理范围=18～100，故电动机转速的可选范围为

查参考资料[13]，符合这一转速范围的同步转速有750r/min,1000 r/min,1500 r/min,3000四种，由标准查出三种适合的电动机的型号，列表如下4-2。
表4-2 传动比方案对照
方案
电动机型号
额定功率/KW
电动机转速/
电动机的质 量
kg
传动装置的传动比
同步
满载
总传动比
V带传动
减速器
1
Y160L-2
18.5
2930
3000
147
73.25
7.325
10
2
Y180M-4
18.5
1460
1500
182
36.5
3.65
10
3
Y200L1-6
18.5
970
1000
220
24.25
2.425
10
4
Y225S-8
18.5
730
750
270
18.25
1.825
10
综合考虑电动机和传动装置的尺寸，结构和带传动及减速器的传动比，方案二比较适合所以选定电动机的型号为Y180M-4。
4.2 减速机选择
查参考资料[15]，选定减速器的型号为ZQ500，=10.29，其中=2.5，=4；中心距：a=500、a1=200、a2=300；中心高：Hc=；最大外形尺寸：L=986、B=350、H=590；主动轴：d1=50、d2=85；被动轴：d3=80、d4=90。
4.3 计算传动装置的总传动比并分配各级传动比
电动机选定后，根据电动机的满载转速及工作轴的转速即可确定传动装置的总传动比 。
具体分配传动比时，应注意以下几点：
a. 各级传动的传动比最好在推荐范围内选取，对减速传动尽可能不超过其允许的最大值。
b. 应注意使传动级数少﹑传动机构数少﹑传动系统简单，以提高和减少精度的降低。
c. 应使各级传动的结构尺寸协调、匀称利于安装，绝不能造成互相干涉。
d. 应使传动装置的外轮廓尺寸尽可能紧凑。
传动装置的总传动比为
分配各级传动比：，，。
5 传动装置的设计计算与校核（确定带传动、齿轮传动的主要参数）
5.1 V带的设计计算
已知V带为水平布置，所需功率P = 18.5 kW，由Y系列三相异步电动机驱动，转速=1460 r/min,从动轮转速=400 r/min，每天工作24小时。
表5-1 V带的设计计算与校核
设计项目
设计依据及内容
设计结果
1.选择V带型号
（1）确定计算功率

（2）选择V带型号

查参考资料[12]表4.6得工作系数由
=·
按、查图4.11，选C型V带

选用C型V带
2.确定带轮直径、
（1）选取小带轮直径
（2）验算带速
（3）确定从动带轮直径
（4）计算实际传动比
参考图4.11及表4.4，选取小带轮直径
由式

查表4.4

在200～800 m/s内，合适。
取

（5）验算从动轮实际转速

(389.3-400)/400×100% = 2.67%＜5%
允许
3.确定中心距和带长
（1）初选中心距

由式
得

续 表5-1
设计项目
设计依据及内容
设计结果
（2）求带的计算

665 ≤≤1900
取
（3）基准长度

（4）计算中心距

（5）确定中心距调整范围
由式

查表4.2得
由式

由式

4.验算小带轮包角
由式

合适
5.确定V带根数z
（1）额定功率
由、及查表4.5得单根C型V带的额定功率为

续表5-1
设计项目
设计依据及内容
设计结果
（2）确定V带根数z

确定
确定包角系数
由式，
查表4.7得
查表4.8得

确定长度系数

计算V带根数z
查表4.2得

取z=4根，合适
6.计算单根V带初拉力
查表4.1得
由式，

7.计算对轴的压力
由式

8.确定带轮结构尺寸，绘制带轮工作图
，采用腹板式结构，工作图如附图18;，采用辐条式结构，工作图如附图16

5.2 齿轮的设计计算
已知输入功率，,电动机驱动，两齿轮传动比,工作寿命10年，每年工作时间300天，两班制，工作平稳，齿轮转向不变，要求结构紧凑。
表5-2 齿轮的设计计算
设计项目
设计依据及内容
设计结果
1.选择齿轮材料热处
理方法、精度等级，齿数、及齿宽系数
考虑到该功率较大，故两齿轮都调质处理，齿面硬度分别为260HBS，属硬齿面闭式传动，载荷轻微冲击，齿轮速度不高，初选7级精度，两齿轮齿数的，按照硬齿面齿轮悬臂布置安装,查参考资料[12]表6.5，取齿宽系数
两齿轮都选用调
质处理齿面硬度分别260HBS，初选7级精度；
取齿宽系数
2.按齿面接触疲劳强度设计
（1）确定公式中的各参数值
① 载荷系数

② 齿轮传递的转矩

③ 材料系数
④ 大、小齿轮的接触疲劳强度极限
⑤ 应力循环系数

⑥ 接触疲劳寿命系数
由式，
试选

查表6.3得 =189.8
按齿面硬度查图6.8得

=189.8

续 表5-2
设计项目
设计依据及内容
设计结果
⑦ 确定许用接触应力

取安全系数

（2）设计计算
① 齿轮分度圆直径
② 计算圆周速度

③ 计算载荷系数K

④ 校正分度圆直径

查表6.2得使用系数；根据，7级精度查图6.10得：动载系数；查6.13图得：
则
由式：

（3）计算齿轮传动的几何尺寸
① 计算模数m

② 两轮分度圆直径
③ 中心矩
④ 齿宽 b
⑤ 齿高h

取

续 表5-2
设计项目
设计依据及内容
设计结果
3.校核齿根弯曲疲劳强度
(1) 确定公式中各参数值
① 两齿轮弯曲疲劳强度极
② 弯曲疲劳寿命系数
③ 许用弯曲应力
③ 齿形系数和应力修正系数
① 计算两齿轮的和
（2） 校核计算
由式

查图6.9得 ：取

查表6.4得取

弯曲疲劳强度足够
4．绘制齿轮

见附图5

5.3 轴的设计计算及校核

图5-1 直齿圆柱齿轮受力分析图

轴的材料选用45钢调质，它的结构尺寸与装配图见附图：2J55.00.0、，2J55.00.03-04、2J55.00.03-06。
表5-3 轴的校核计算
设计项目
设计依据及内容
设计结果
1．求轴上的载荷

（1）计算齿轮受力
参见齿轮设计参数及附图2J55.00.03-04

齿轮的分度圆直径

圆周力

径向力

（2） 计算搅拌叶片受力

叶片的周向推力，轴向推力
参见图3.2
叶片安装角度为25°时， ；叶片安装角度为15°时，，；叶片安

续 表5-3
设计项目
设计依据及内容
设计结果

装角度为20°时， ，

（1） 求支反力
① 求平面内作用在轴上的支反力

② 求平面内作用在轴上的支反力

，

，

2．绘制弯矩图和扭矩图
见图5.2

3．弯矩合成强度校核
通常只校核轴上受最大弯矩和扭矩的截面的强度。
危险截面Ⅰ
截面Ⅰ处计算弯矩

截面Ⅰ处计算应力

强度校核
考虑启动、停机影响，扭矩为脉动循环变应力，
45钢调质，由表11.2查得

弯矩合成强度满足要求
4．疲劳强度安全系数校核

不计轴向力产生的压应力的影响

续 表5-3
设计项目
设计依据及内容
设计结果
（1）截面C左侧强度校核
抗弯截面系数
抗扭截面系数

截面上的弯曲应力
截面上的扭转切应力

平均应力

弯曲正应力为对称循环弯应力，，扭转切应力为脉动循环变应力，。

应力幅

材料的力学性能
45钢调质，查表11.2

轴肩理论应力集中系数
，，查附表1.6，并经插值计算

材料的敏性系数
由，，查图2.8并经插值

有效应力集中系数

续 表5-3
设计项目
设计依据及内容
设计结果
尺寸及截面形状系数
由、 查图2.9

扭转剪切尺寸系数
由查图2.10

表面质量系数和强化系数
轴按磨削加工，由 查图2.12

疲劳强度综合影响系数

等效系数
45钢：，

取，
仅有弯曲正应力时的计算安全系数

仅有扭转切应力时的计算安全系数

弯扭联合时的计算安全系数

设计安全系数
材料均匀，载荷与应力计算精确时：
取
疲劳强度安全系数校核

轴的疲劳强度合格

图5-2 轴的受力图与弯矩图

5.4 轴承的校核
现选一对角接触球轴承7228AC，轴转速n=40r/min，轴向力，径向负荷分别为。工作时有中等冲击，脂润滑，正常工作温度，预期寿命200000h。
表5-4 轴承的校核计算
设计项目
设计内容及依据
设计结果
1． 确定7228AC轴承
的主要性能参数
查《滚动轴承产品样本》得

2． 计算派生轴向力

3． 算轴向负荷

故轴承Ⅰ被压紧，轴承Ⅱ被放松，得：

4． 确定系数

查表8.10得

5． 计算当量动负荷

6． 计算轴承寿命
已知ε=3，查表8.7、8.8得：

7． 验算轴承是否合适

该轴承合格。

6 预加水双轴搅拌机的安装
6.1 预加水成球工艺对设备安装的要求
由于桨叶式双轴搅拌机在机械结构上看，其双轴是不可能用等位提升的方法卸出机壳，它必需从机体纵向水平抽出机壳。因此，为了方便检修，搅拌机在平台上的布置位置在纵向必需留有双轴水平抽出的位置。
入搅拌机的进料管应与水平线呈55°以上的角，以便生料粉从搅拌机的进料端部滑入机内，为实现无粉尘操作环境创造有利条件。
搅拌机的出料口应配置有“地方”大于“天圆”的“天圆地方”过渡管接头下部采用直径不小于300mm的圆管，其水平线的夹角不得小于60°，以免含水物料在管内的粘结。
6.2 双轴搅拌机的安装
双轴搅拌机都具有整体槽钢机座，安装时应首先时壳体与机座吊装就位，然后将双轴放置在准确的位置，再将端面板焊接壳体上，装好轴承座，接着在轴的主动端装上一对齿轮及齿轮罩或罩壳；将减速机、电动机以及联轴器连接，最后装上搅拌叶片。根据现场条件传动装置可装在进料端。安装具体要求是：
1.双轴就位后，其两轴中心线的平行度误差不大于1.5mm，两轴中心线的连线的水平误差不大于2mm；
2.搅拌叶片与壳体的间隙应保证在5～8mm以内。间隙小，壳体上的集料易清理，双轴旋转运动阻力较小；间隙大，集料难以清理，运动阻力大，易在操作中发生震动；
3.齿轮齿顶间隙应控制在2.5～3mm；
4.双轴两端轴承轴向游隙应不小于1.5；
5.搅拌机进料管的安装必须呈大于60°的倾角，不得垂直进料。出料管的安装必须根据工艺要求呈60～65°的倾斜状态，亦不得垂直出料。
6.机壳密封性能应良好、可靠，不得漏水漏灰；
7.为防止机壳集料增加运动阻力和清料的劳动强度，机壳内可附设3～5 厚的工程塑料料板，或涂以耐磨树脂，改变含水生料在壳体上的吸附性质；
8.轴旋转方向应呈自上从外侧向下的形式。
6.3 电动机的安装
电动机安装时要考虑到V带的安装与拆换方便。由于考虑到实际工作过程中空间的布置的需要，将电动机安装在电动机滑轨上面，这样不仅避免了拆换不方便的问题，而且还有助于带轮的张紧，非常实用。

7 设备的使用维护和润滑
7.1 设备的使用维护
由于双轴搅拌机属于大型、重载、低速、高能耗的设备，且它的工作条件由工艺过程中的工艺特性决定，都具有高温、高磨损、高粉尘的工作特点。因此，及时进行调整、紧固、润滑，使之保持良好的工作条件，延长设备的寿命有重要意义。
1.检查所有螺钉和螺栓的紧固情况，发现松动应及时拧紧；
2.每班给加油点注油一次以及检查圆柱齿轮减速机油标上的油位的高低；
3.因搅拌机叶片磨损严重，未经碳化钨喷涂的叶片使用寿命仅有一个月，经喷涂处理后的叶片寿命可提高数倍。因此，要经常检查叶片的磨损情况，在更换搅拌叶片时，应严格控制叶片的安装角度，以免影响搅拌机的产量和搅拌质量。
要特别注意搅拌叶片的断裂，断裂时应及时停机取出断裂部分，以免进入下道工序引起连锁反应造成更大的破坏。
4.经常检查雾化喷嘴水路系统的水量和水压以及喷嘴是否堵塞。
5.要经常检查齿轮减速机和传动齿轮箱的润滑和磨损情况，发现异常现象要及时处理。
6.在正常工作中，搅拌机机壳边缘经常有积料，要求每班下班前应将积料清除干净，以免积料硬化于下一次开机时搅拌轴卡死，引起设备损坏。
7.经常检查搅拌轴进料端的密封，发现密封处漏灰应及时修理。
7.2 设备的润滑
预加水成球设备的润滑工作是维护工作中及其重要组成部分和关键环节，及时、正确、合理地润滑个零件部分，能减少摩擦阻力，降低动力消耗，减少磨损，延长使用寿命，充分发挥设备效能，并有助于安全运行。
双轴搅拌机是在高温、干粉尘的环境中工作，因而它的减速机、轴承、齿轮等润滑部位要经常的清洗和换油。
7.2.1 滑动轴承的润滑
滑动轴承的润滑剂，一般情况采用普通矿物润滑剂和润滑脂，高温重载时可用合成油、水和其他液体。在双轴搅拌机工作时滑动轴承的速度低、中等负载，因此，选用润滑脂润滑。
7.2.2齿轮传动的润滑
双轴搅拌机的齿轮传动采用的是闭式齿轮传动，齿轮采用粘度为38～46 cst50℃的50号的润滑油以及油池浸浴法进行润滑。

8 结论
预加水双轴搅拌机可以使水的雾化和双轴的搅拌，使物料得到充分的浸润，并搅拌成球，能为成球机成球提供有利条件，对改善料球性能，提高料球质量，降低能耗，提高立窑产量，具有十分重要的作用。参考文献
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[2] 褚瑞卿主编. 建材通用机械与设备.武汉：武汉理工大学出版社, 1996
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[7] 钱志锋，刘苏工程图学基础教程[M].北京：科学出版社，2001.9