最新本科论文 混凝土搅拌机的设计.docx

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最新本科论文混凝土搅拌机的设计

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混凝土搅拌机的设计

机械电子工程专业学生臧家普

指导教师闫冰洁

摘要：

混凝土搅拌机是搅拌设备的核心。

在搅拌机设计及使用过程中，合理的选取搅拌机的结构，运动和工作参数，直接关系到混凝土等材料的搅拌质量和搅拌效率。

本文设计的混凝土搅拌机是强制式卧轴混凝土搅拌机的一种，强制式混凝土搅拌机不仅能搅拌干硬性混凝土，而且能搅拌轻骨料混凝土，能使混凝土达到强烈的搅拌作用，搅拌非常均匀，生产率高，质量好，成本低。

它是目前国内较为新型的搅拌机，整机结构紧凑、外形美观。

其主要组成机构包括：

搅拌装置，搅拌传动系统，上料、卸料系统，机架及行走系统，电气控制系统等。

主要设计计算内容是混凝土搅拌机整机的设计，主要包括：

搅拌装置的设计，上料系统及卸料系统，供水系统传动系统，电动机的选用，轴的校核，机架稳定性的校核、完成总成图及零部件图。

关键词:

混凝土搅拌机机架强制式整体设计校核

ConcreteMixerDesign

StudentmajoringinMechanicalandElectronicEngineeringZangJiapu

TutorYanBingjie

Abstract：

Concretemixeristhecoreofmixingequipment.Intheprocessofthemixerdesignandusing,thereasonableselectionofagitatorstructure,movementandworkingparameter,directlyrelatedtothematerialsuchasconcretemixingqualityandmixingefficiency.Thedesignoftheconcretemixeriscompulsoryhorizontalaxisinaconcretemixer,compulsorymixingconcretemixercannotonlydryhardconcrete,butalsostirredlightweightaggregateconcrete,concretecanachieveastrongroleinstirringveryuniform，highproductivity，qualityLowcost.Itisanewtypeofdomesticmixerwithtwocompactstructure，goodlooks.Themaincomponentsofitsstructureincluding:

mixingdevice,stirringdrivesystem,feeding,unloadingsystem,rackandwalkingsystems,electricalcontrolsystemandsoon.Designofthemaincontentisconcretemixerrackdesign,thesemainlyinclude:

rackstructureoftheprogrammeof,allthecomponentsontherackandrackofconnectionsandinstallationofposition,thedeterminationofrackformfactor,theselectionframesteelstructure，checkingthestabilityoftherack，completeplansandpartsrackassemblyplans.

Keywords:

concretemixerrackcompulsoryoveralldesigncheck

引言

混凝土施工机械的发展状况是影响建筑工程施工机械化程度的重要因素之一。

因为建筑技术与建筑工程的现代化已经使建筑物的基础、梁、柱、板等主要构件几乎都是混凝土浇筑而成的．如果工程中所用的大量混凝土，其生产过程中的各道工序（即贮料、装料、配料、搅拌、运输、浇筑和振捣）都采用人工操作，则不仅需要大量的劳动力，而且劳动强度高、效率低、混凝土的质量差。

为此，必须十分重视混凝土施工机械的发展和应用，并作为提高建筑施工机械化程度的主要技术措施之一。

当前，我国建筑工程中混凝土的加工虽已基本机械化，但生产技术尚不完善，还不能走向较高程度的工业化，商品混凝土应用的程度还很小。

今后一段时间内，要把注意力放在混凝土施工地机械化体系的配套上，使之更加完善。

混凝土搅拌机是将一定配合比的水泥（胶结材料）、砂、石（骨料）和水（有时还加入一些混合材料）拌和成匀质混凝土的机械。

同人工拌和混凝土相比，混凝土搅拌机具有生产率高，拌和质量好，减轻工人劳功强度等优点，如今它是建筑施工现场、混凝土构件厂及商品混凝土供应站生产混凝土的重要机械设备之一。

因此，对于混凝土整机的设计组装的研究具有重要的现实意义。

1混凝土搅拌机的概述

1.1混凝土搅拌机械国内外现状

1.1.1混凝土搅拌机的发展历史

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我国混凝土搅拌机的现状

混凝土机械是基本建设的“常规武器”，需求量大，广泛应用于工业、民用建筑以及国防施工等工程建设。

在工业发达国家，混凝土生产者的先进程度，标志着一个国家制造业水平。

经过几十年的发展，我国混凝土机械已经成为建设机械的重要组成部分，在整个建设机械行业中占有相当的比重，已形成较大规模的生产能力，产品性能有了较大提高，市场竞争也越来越激烈。

目前我国混凝土机械现状——生产厂家多产品数量大。

我国混凝土机械行业现有生产企业200多家，已形成多系列、多品种规格的局面。

无论是搅拌机、搅拌站（楼）、搅拌输送车还是混凝土泵（泵车）等到产品，除大型的和高技术含量的型号外，常规产品已基本能满足施工需要。

各生产厂家的生产条件普遍得到了改善，生产能力进一步增强。

国外混凝土机械进口数量逐年下120

/h以下的搅拌站、125

/h以下的输送泵以及搅拌机等国产设备已占主导地位。

1.产品性能提高较大

机、电、液技术在混搅拌站（楼）、混凝土输送泵（含臂架式泵车）、混凝土搅拌输送车等产品中得到了广泛应用。

在控制系统中大多采用了微机自控方式，技术水平有了较大提高，制造质量也得到了改善，产品无论是可靠性、实用性还是经济性均有了显著的提高，部分产品已达到或接近国际同类产品先进水平。

如国产混搅拌楼最大已达240

/h，采用微机控制，对配料能够自动补偿，对数据库能够进行管理并可随时打印出所需数据，能够对砂石含水率进行测定并自动补偿等。

产品雷同规格不齐：

同其他机械行业一样，混凝土机械同样存在着重复生产状况，导致生产过剩，销售不畅，以降价作为促销的手段，从而导致微利甚至无利可图。

与此同时，国产车、泵、站等大型设备均存在着品种单一、规格不全等状况。

2.技术创新能力较差

除少部分企业外，混凝土机械相当一部分厂家由于自身技术水平的限制，不重视产品更新和产品的开发，产品多年一贯制，品种规格较少，技术含量较低，仿制产品多，名牌产品少，有专利和特色的产品以及能出口创汇的产品更少。

3.与国外差距明显

国外混凝土搅拌站（楼）体现了机电一体休技术，其微控技术成熟可靠，物料的配比、容量变更控制十分准确；有些搅拌站（楼）还增加了搅拌机动态负荷临测、混凝土物料稠度控制、除尘、消声、废水处理等装置；混凝土泵送技术日臻成熟，最大水平泵送距离达4000m，泵送量达 180m3/h；产品多功能性增强。

我国的混凝土搅拌及输送机械尽管性能有了较大提高，但在可靠等方面与国外相比还有不小差距，主要体现在配套电器、液压、气动元件等方面问题较多。

近年来，许多厂家均选用进口优质元器件，对提高我国混机械水平起到了非常重要的作用，但在多功能方面还无法与国外相比。

4.混凝土机械发展趋势

机械工业产品的发展趋势是高附加价值化、智能化和系统化。

混凝土机械发展的主导产品是商品混凝土成套设备，作为“十五”规划中的重点项目，商品混凝土成套设备尤其是大型站（楼）、车、泵无论从数量上还是质量上都将有一个较大的提高。

这些产品将比以往更加注重降低能耗，更加注重安全性、舒适性、维护和使用的经济性。

商品混凝土近年来在我国大中城市有了较大的发展，约占现浇混凝土的15%~20%左右，与发达国家的70%~90%相比还有较大的差距，由此给国内混凝土机械制造厂家提供了一个大的发展机遇。

商品混凝土成套设备的配套产品以及能够满足用户特殊要求的产品将会在“十五”期间得到较大发展。

如砂石预处理设备、残余混凝土清洗回收装置、高性能混凝土搅拌设备、冷搅拌和热搅拌的混凝土搅拌站、长臂架泵车等。

国家实施西部大开发战略，投资规模将超过以往任何大型工程。

由于西部开发时间跨度长、东西部经济差距大，不可能集中购买高、精、尖的大型设备，因此适合西部自然环境、经济实用的产品将会有一定市场，如开发经济实用型移动式搅拌站（25~50m3/h）以适应公路、铁路等工程建设。

同时，通过技术创新，开发多用途、多功能产品以适应市场需求的变化。

“十五”期间，人们对生活质量要求越来越高，环境保护意识越来越强，那些高效、节能、低噪音、低污染、智能化的环保型混设备也将受到人们的青睐。

1.2混凝土搅拌机械主机的分类

混凝土搅拌机按搅拌混凝土的原理来分有自落式和强制式两种。

1.2.1自落式混凝土搅拌机

自落式混凝土搅拌机工作机构是筒体，沿筒内壁圆周安装若干搅拌叶片。

工作时，将物料投入搅拌筒内，筒体绕其自身轴旋转，靠搅拌筒的旋转，由筒内的搅拌叶片将物料推到一定的高度后，物料靠自重坠落下来，反复对物料进行搅拌而加工成匀质混凝土。

这种搅拌机特点是搅拌强度不大，效率低，只适合加工普通塑性混凝土，对骨料的粒径要求不严格，广泛地应用于各种中小型建筑工地。

是现在建筑行业中应用较为广泛的一种混凝土搅拌机。

自落式混凝土搅拌机常用类型较多，最常用的的有JG型鼓筒式、JZ式双锥反出料式和JF型双锥倾翻式混凝土搅拌机。

1.2.2强制式混凝土搅拌机

强制式混凝土搅拌机的搅拌机构是水平式设置在筒内的搅拌轴，轴上安装搅拌叶片，工作时，强制式混凝土搅拌机的搅拌筒固定不动，是由筒内转轴的带动叶片旋转来对物料进行强制式的剪切，挤压、翻转的强制搅拌作用，使拌合料在剧烈的相对运动中达到均匀拌和。

这种搅拌机搅拌质量好，效率高，适合加工普通塑性和半硬性的混凝土。

由于受构造上的限制，对粗骨料粒径的要求较为严格。

由于叶片容易受磨损或被粗骨料卡住，故一般不易搅拌骨料颗粒教大的混凝土。

施工现场的混凝土搅拌站和混凝土预拌工厂的搅拌楼中使用的搅拌机均系此种类型。

1.2.3按其他分类

按混凝土搅拌机的工作性质分有：

周期性搅拌机和连续作用搅拌机两大类；按搅拌筒形状分为：

鼓筒式，锥式（含锥形及梨形）和圆周盘式等搅拌机，按所用动力装置不同又分为电动式和内燃式两种；常用的是周期性搅拌机，其具体分类如下：

1.3混凝土搅拌机械的型号

由搅拌量的不同，又将搅拌机分成多种容量型号，目前世界上的混凝上搅拌机已有200种以上。

我国混凝土搅拌机的容量、规格的发展也很迅速，容量仅在3000L以下的就合11种之多，它们是；50，100，150、200，250，350，500，750，1000，1500和3000L这些搅拌机都同属周期作业式，随着混凝土施工工艺的发展和对搅拌机要求的提高，必将很快推出各种新型的混凝土搅拌机械。

根据搅拌机搅拌筒容量参数的小同，又常把混凝土搅拌机划分为大型（出科容量为1

—3

）、中型（出料容量为0.35

—0．75

）和小型（出料容量为0.5

一0.25

）三种。

具体命名如下图所示：

JG250型混凝土搅拌机——表示鼓形自落式混凝土搅拌机，电动机驱动，出料容量并经捣实后的混凝土体积为250L。

我国混凝土搅拌机的生产业已定型，并自成系列，其代号和主要技术参数的意义：

J——搅拌机：

G——鼓形自治式混凝土搅拌机；

Z——锥形反转出料式混凝土搅拌机；

F——锥形顿翻出料式混凝土搅拌机；

D——单卧轴强制式混凝土搅拌机；

1.4混凝土搅拌机的组成结构和工作原理简介

搅拌机构：

它是混凝土搅拌机的主要工作机构，由搅拌筒、搅拌叶片等组成。

传动装置它是向搅拌机各工作机构传递力和速度的系统。

—般有由带条、摩擦轮、齿轮、链轮和轴等传动元件组成的机械传动系统和由液压元件组成的液压传动系统两大类。

上料机构,它是向搅拌筒内装人混凝土物料的设施一般有卷扬提升式料斗、固定式料斗和翻转式料斗三种形式c

配水系统,它的作用是按照混凝土的配合比要求定量供给搅拌用水。

搅拌机配水系统的型式主要有：

水泵—配水箱系统、水泵—水表系统和水泵—时间继电器系统三种。

卸料机构,它是将搅拌好的匀质熟料混凝土从搅拌筒中卸出的装置。

主要有溜槽式、螺旋叶片式和倾翻式三种型式。

搅拌筒的基本形状，即有鼓形、双锥形、盘形和圆槽形等。

其中，鼓形、双锥形搅拌机工作原理为自落式，即作业时，搅拌筒旋转，物料靠自重坠落达到搅拌要求；盘形相圆槽形搅拌机为强制式，作业时搅拌筒固定不动，靠转轴带功筒内的搅拌叶片对混凝土物料进行强制挤压、翻转和抛掷而达到拌合均匀的目的。

从搅拌原理上看，锥形反转出料式混凝土搅拌机是一种自落式混凝土搅拌机。

搅拌筒正向回转进行搅拌，反向回转进行出料，它是作为取代鼓形自落式混凝土搅拌机的一种机型，可以用来拌合普通塑性和低流动性的混凝土。

搅拌时，双锥形搅拌筒旋转。

叶片使物料作提升、下落运动的同时，还强迫物料作轴向窜动。

所以，此种搅拌机同鼓形自落式搅拌机相比，其搅拌运动比较强烈，生产率高，拌和出来的混凝土质量好。

机械构造也比较简单、操作方便，因而得到了广泛应用。

锥形反转出料式混凝土搅拌机主要有以电动机为动力的JZ系列型号和JZY系列型号。

JZY型除进料机构采用液压传动外，其余构造及技术性能均与JZ型相同。

目前，该系列产品的出料容量有150L，200L，350L,500L和750L等。

它们主要由动力装置、传动装置、进料系统、搅拌系统、供水系统、底盘和电气系统等组成。

本机有机架，搅拌装置，传动系统，出料系统和电器控制系统所组成。

机架是整个设备的支承部件，由槽钢，角钢焊接而成，搅拌装置由搅拌筒，搅拌轴，搅拌铲片所构成，搅拌铲片固定在搅拌臂上，并且与搅拌轴成为一体，形成两组螺旋方向相反，但导程及螺旋升角相同的螺旋带状搅拌铲，搅拌铲与搅拌筒内壁的间隙小于3mm。

传动机构是由电动机，减速机，联轴器所组成。

出料系统为手工卸料，电气控制具有启动，点动，停止，定时的功能。

工作原理，电动机通过减速机和联轴器使搅拌轴沿一个方向旋转，搅拌轴上的正反两组铲片搅拌物料，由于正反两个螺旋升角的作用，在铲片工作时，使筒内的物料由一侧推向另一侧，又由另一侧推回原处的循环动作，同时铲片两端的刮边板将粘在料筒两端的物料刮下，使物料得到充分的搅拌从而获得较理想的搅拌效果。

根据老师所给主要设计参数，本次设计的JS500机型，如图1-1所示。

图1-1

JS500混凝土搅拌机属于强制式搅拌机的一种，J—搅拌机，S—双卧轴，500—出料容量500L。

它主要由搅拌系统，搅拌传动系统，上料、卸料系统，供水系统，机架及行走系统，电气控制系统等组成。

它是目前国内较为新型的搅拌机，整机结构紧凑、外型美观。

JS500L双卧轴混凝土搅拌机具有操作简便的特点，既能搅拌干硬性混凝土又能搅拌塑性混凝土，还能搅拌砂浆和轻骨料。

它具有单机独立作业和与PLD系列配料机组成简易式混凝土搅拌站的双重优越性，还可为搅拌站提供配套主机，适用于各类大、中、小预制构件厂及公路、桥梁、水利、码头等工业及民用建筑工程，是一种高效率机型，应用非常广泛。

2主要机构的具体结构设计和参数设计计算

搅拌机由机架、搅拌装置、传动系统、出料系统和电器控制系统所组成。

机架是整个设备的支撑部件，由槽钢、角铁焊接而成。

搅拌装置由搅拌筒、搅拌轴、搅拌铲片所构成，搅拌铲片固定在搅拌臂上，并且与搅拌轴成为一台，形成两组螺旋方向相反，但导程及螺旋升角相同的螺旋带状搅拌铲，搅拌铲与搅拌筒内壁的间隙均可调整。

传动机构是由电动机、减速器、连轴器所组成。

出料系统为手工卸料，由蜗轮、蜗杆、手轮所组成，电器控制系统具有启动、点动、停止、定时的功能。

2.1搅拌装置的设计计算

搅拌装置包括：

搅拌筒、搅拌轴、搅拌臂、搅拌叶片和侧叶片，具体结构如下图2-1所示：

图2-1双卧轴搅拌机装置

1—搅拌筒；2—搅拌轴；3—搅拌臂；4—搅拌叶片；5—侧叶片

搅拌筒内装有两根水平配置的搅拌轴，每根轴上均装有搅拌叶片。

在靠近搅拌筒两端的搅拌臂上分别装有侧叶片，可刮掉端面上的混凝土，并改变混凝土的流向。

如图3.1所示，叶片与村板间隙≤5mm。

2.1.1搅拌筒结构及尺寸计算

根据设计要求，一般搅拌器用于液-固或者液-液相物料时桶体直径和高度应满足：

H/D1=1~1.3；用于气-液相物料时应满足：

H/D1=1~2。

所以取H/D1=1.3。

搅拌机的额定容量有进料容量和出料容量之分，各种不同含义的容量之间有如下关系：

进料容量V1是指装进搅拌桶未经搅拌的干料体积；

出料容量V2是指一罐次新鲜混凝土出料的体积；

捣实容量V3是指一罐次混凝土除了后经捣实的体积；

搅拌筒的几何容积V0是指搅拌桶能容纳配合料的体积。

额定容量是搅拌机的主要性能指标，决定着搅拌机的生产率，是选用搅拌机的重要依据，所以根据提供的原始数据出料容量500L，进料容量为800L，生产率25-30m3/h。

据生产要求和设计经验，搅拌空间应占实际桶体的1/4~1/5左右，故桶体实际体积应为3m3—4m3，搅拌箱体按近似长方体计算，故可设搅拌桶的2000mm×1500mm×1000mm（长×宽×高）。

而需要的是5m3更加优化的尺寸故调整为2500mm×2000mm×1000mm。

搅拌桶壁厚4mm。

根据进料容量根据软件设计得出桶体外形如下图2-2所示：

图2-2箱体

搅拌箱体的结构尺寸如下：

容积利用系数j=0.41

箱体长2333mm箱体宽1500mm

筒体总高度1000mm搅拌筒的几何容积V几=3.5m3

2.1.2料斗的设计

进料机构由上料斗、爬梯、接长轨道和落地轨道组成。

进料斗的升降及爬翻动作，由齿轮减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。

料斗制造采用碳素钢钢板：

Q235-AE.GB912，板厚δ=4mm；常温下强度σb=375MPa，σx=235Mpa。

许用应力值100°C时为200Mpa。

支撑架由角钢焊接构成。

角钢俗称角铁，是两边互相垂直成角形的长条钢材。

角钢属建造用碳素结构钢，是简单断面的型钢钢材，主要用于金属构件及厂房的框架等。

在使用中要求有较好的可焊性、塑性变形性能及一定的机械强度。

生产角钢的原料钢坯为低碳方钢坯，成品角钢为热轧成形、正火或热轧状态交货。

角钢有等边角钢和不等边角钢之分。

本次设计采用等边角钢。

规格为“∠30×30×3”。

结构如下图所示：

图2-3箱体

2.1.3卸料方式的确定

卸料方式的确定：

目前卧轴式搅拌机主要采用倾翻室和底开门式两种卸料方式，由于JS500的出料容量为500L，虽不是很大，但考虑到搅拌筒的尺寸及结构，采用倾翻室虽然不太可能，它的筒体近似长方体，故采用底开门式，既可使混凝土顺利地在搅拌过程中卸出，也可避免使筒体倾翻，这样既安全，又节省了劳力，表现出很多自由的特点，操作也方便，故而采用底开门式卸料。

2.1.4搅拌叶片的设计

根据目前国内外卧轴式搅拌机叶片结构型式看，广泛采用铲片式，就单个叶片来说，它是一个平板，他通过搅拌臂与轴形成一体，使全部叶片呈螺旋线分布，叶片间没有直接联系，因而这种化整为零的结构方式具有很突出的优点。

它使得叶片的加工安装非常方便，从而代替了加工安装要求高的螺旋带叶片。

从磨损角度看，铲片式易受到局部磨损，这是因为物料与叶片之间的滑动逐步不均匀，而且波动，易形成卡料，使磨损加剧，搅拌效果有所下降，故从磨损和搅拌效果来看，铲片式比螺旋带式差。

图2-4搅拌机叶片彩图

搅拌装置由两根水平轴和安装在该轴上的两段相距1800的反向螺旋带组成，两根轴上的螺旋方向也不一样，这样可以保证混合料在筒内循环运动。

从理论上讲，当一端的螺旋带叶片开始从上向罐内的混凝土拌合料切入时，另一端螺旋带叶片从混凝土拌合料中抄起，在两组叶片相互交替作业过程中，排出叶片把拌合料挑起在该端下底部形成无料或少料空间，同时切入叶片把拌合料从一端向另一端进行轴向和周向的复合位移，而另一根轴上的叶片则把混凝土拌合料向相反的方向移动，使得筒内的混凝土循环移动。

另外被挑起的混凝土拌合料在螺旋带片后部的空挡处落下，使拌合料之间产生连续的摩擦，先落下的拌合料不断受到后落下的拌合料冲击，使水泥活性不断提高。

在叶片切入端由于各点线速度不同，拌合料在受挤压的同时，相互间有较大的相对位移，所以较大的水泥团粒将被分散细化。

由于这种机型的结构紧凑，容积利用系数较大，砼拌合料的位移行程达最小值。

而各颗粒之间相互作用的时间则达最大值，这是双轴强制搅拌机综合性能较好的关键所在。