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1、全日制普通本科生毕业设计混凝土搅拌站输送搅拌系统设计THE DESIGN OF CONVEYOR SYSTEMS AND MIXING SYSTEMS OF CONCRETE MIXING PLANT 由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD图纸等，联系153893706 学生姓名： 学 号： 年级专业及班级：2008级机制（3）班 指导老师及职称： 学 部：理工学提交日期：2012年05月 目 录 摘要1 关键词1 1 前言2 1.1 选题背景及其意义2 1.2 国内外发展状况及其发展趋势2 2 混凝土搅拌站整体结构分析2 3 混凝土搅拌站输送系统设计3 3.1 方案比较3 3
2、.2 带式输送机工作原理3 3.3 带式输送机结构和布置方式3 3.4 基本参数确定4 3.4.1 输送能力计算4 3.4.2 输送带选择5 3.4.3 驱动装置及减速器选择5 3.5 主要部件计算5 3.5.1 托辊的选择与计算5 3.5.2 滚筒的选择与计算7 3.5.3 拉紧装置7 3.5.4 清扫装置7 3.5.5 制动装置84 混凝土搅拌站搅拌系统设计8 4.1 桨叶搅拌时的运动与动力分析8 4.1.1 动力分析8 4.1.2 运动分析9 4.2 搅拌机主要技术参数确定10 4.2.1 拌缸横截面流量10 4.2.2 拌缸的有效容积10 4.2.3 桨叶速度10 4.2.4 搅拌装置
3、各几何尺寸计算11 4.2.5 拌缸几何尺计算11 4.3 搅拌机轴上搅拌臂的排列12 4.4 搅拌机驱动部分选择13 4.4.1 驱动电机选型13 4.4.2 减速器选型14 4.4.3 联轴器选择14 4.5 搅拌轴设计15 5 结论15 参考文献 15 致谢 16 混凝土搅拌站输送系统和搅拌系统设计 摘 要：混凝土搅拌站主要由称量系统、输送系统、搅拌系统、贮存系统和控制系统组成，本次设计目标是设计一个双卧轴搅拌机和相匹配的带式输送机。通过对生产率的要求来设计输送系统，再通过计算出来的相关数据确定搅拌系统的数据从而进行设计。通过查阅资料，在设计过程中有详细的计算设计，让搅拌站各个系统统一协
4、调。关键词：混凝土搅拌站；双卧轴搅拌机；带式输送机The Design of Conveyor Systems and Mixing Systems of Concrete Mixing PlantAbstract: Concrete mixing plant consists of weighing system, conveyor system, mixing system, storage system and a control system. The design is to be aimed at creating a double horizontal shaft mixer a
5、nd matching belt conveyor. The conveyor system design is based on the requirement of productivity, and the mixing system is based on data which is calculated from relevant statistics got from the former steps. By consulting sources, the whole design derives from sophisticated calculation to make sur
6、e that systems in the mixing plant are working in coordination. Keywords: concrete mixing plant; double-horizontal-shaft concrete mixer; belt conveyor1 前言1.1 选题背景及其意义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，提高劳动生产率，改善劳动
7、条件，减少环境污染而使人类受益。混凝土是当代最主要的土木工程重要材料之一。它是由胶凝材料，颗粒状集料（也称为骨料），水，以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大。同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点。这些特点使其使用范围十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等，混凝土也是重要的材料。由此可见，对于混凝土的制造机械的研究在机械制造行业中有着举足轻重的地位。1.2 国内外发展状况及其发展趋势由于我国的城市化进程不
8、断向前推进，预拌混凝土在全国大中城市得到了迅速发展和推广应用，混凝土搅拌站也得到了高速发展。目前我国混凝土搅拌站生产企业众多，产品已形成系列化，但技术水平参差不齐，只有部分产品接近国际先进水平，有些技术已经超过进口混凝土搅拌站的水平，其中部分产品具有自动化程度高、生产能力高、称量精度高、投资少、搅拌质量好，能实现多仓号、多配合比、不间断地连续生产以及主机及其主要元器件的国产化程度高等优点，但我国的混凝土搅拌站还存在着整体技术含量不高、普及率不高、地区差异较大、智能化程度不高和环保性能不高等缺点。混凝土搅拌站主要由搅拌主机、物料称量系统、物料输送系统、物料贮存系统和控制系统等5大系统和其他附属设
9、施组成。国外在搅拌主机的质量和物料称量系统的精确度上的研究更加趋于完善，这两个方面的技术水平相比于国内高出不少。混凝土搅拌站中的主要设备搅拌主机按其搅拌方式分为强制式搅拌和自落式搅拌。强制式搅拌机是目前国内外搅拌站使用的主流，它可以搅拌流动性、半干硬性和干硬性等多种混凝土。自落式搅拌主机主要搅拌流动性混凝土，目前在搅拌站中很少使用。从整体上看，混凝土搅拌站在向着结构紧凑、体积小、质量轻、噪音小、无污染、使用方便、自动化程度高、生产效率高等方面发展。2 混凝土搅拌站整体结构分析本次对混凝土搅拌站的设计主要包括两个系统，输送系统和搅拌系统。物料输送系统主要任务是将骨料等搅拌所需用料输从地面某处输送
10、到搅拌机所在位置。搅拌系统则是将有一定配合比的骨料、水和粉料搅拌均匀，成为混凝土熟料。考虑到搅拌完成后需要卸料到混凝土搅拌车上，当今混凝土搅拌车普遍高度在3.6到3.8米，故卸料高度需要4米，搅拌机的高度约为1.5到2米，普通带式输送机的输送倾角最大为20，所以要将骨料输送到高于5米以上的地方，带式输送机带长需要12米以上。据此，对混凝土搅拌站有如图1所示的整体结构设计。骨料从A出开始运输，到B处进入搅拌机C，在搅拌机中完成搅拌，成为混凝土熟料后，经过卸料装置进入混凝土搅拌车。 图1 混凝土搅拌站结构Fig1 The structure of concrete mixing plant3 混凝
11、土搅拌站输送系统设计3.1 方案比较方案一：料斗提升，其优点是占地面积下，机构简单。方案二：皮带输送，其优点是输送距离大、效率高、故障率低、结构简单、耗能低，输送平稳，物料与输送带没有相对运动，能够避免对输送物的损坏。从物料的性质、环保、节能及性价比等方面考虑，本设计选用带式输送机作为骨料的输送设备。3.2 带式输送机工作原理带式输送机是以无极挠性输送带载运物料的连续输送机械。输送带即是牵引机构又是承载机构，用旋转的托辊支撑，运行阻力较小。主动滚筒在电动机驱动下旋转，通过主动滚筒与输送带之间的摩擦力带动带及带上的货载一同连续运行，当货载运动到端部后，由于输送带换向而卸载。3.3 带式输送机结构
12、和布置方式带式输送机又称为胶带运输机，带式输送机由以下部件组成：头架、驱动装置、传动滚动、尾架、托辊、中间架、尾部改向装置、卸载装置、清扫装置、安全保护装置等。电动机通过联轴器、减速器带动传动滚筒转动或其他驱动机构，借助于滚筒或其他驱动机构与输送带之间的摩擦力，使输送带运动。通用固定式输送带输送机多采用单点驱动方式，即驱动装置集中的安装在输送机的某一个位置处，一般放在机头处。单点驱动方式按传动滚筒的数目分，可分为单滚筒和双滚筒驱动。对每个滚筒的驱动又可分为单电动机驱动和多电动机驱动。单筒、单电动机驱动方式最简单，在考虑驱动方式时应是首选方式。因改带式输送机应用于混凝土搅拌站中对于骨料的输送部分
13、，故选择单电动机、单滚筒凸凹弧的典型布置方式，如图2所示。图2 带式输送机布置图Fig2 The dispose of belt conveyor3.4 基本参数确定3.4.1 输送能力计算 （1）式中：Q输送机的输送能力，t/h； q单位长度输送质量，kg/m； S输送带上物料的最大横截面面积，m2； v输送机运行速度，m/s； k倾斜输送机面积折减系数； 被输送散装物料的堆积密度，kg/m3。由设计要求可知，最大块度为amax=120mm，查表初选带宽B=650mm,带速V=1m/s。根据查带式输送机工程设计规范表3.1.3可得运行堆积角=15o，查带式输送机工程设计规范表A.1可得S=0
14、.03763m2。输送机在输送方向的倾斜角度可取=20o，则查带式输送机工程设计规范表3.1.4可得k=0.81。根据带式输送机工程设计规范表1，查得=1200kg/m3。带入数据可得： Q=3.60.0376310.811200=132.72t/h混凝土熟料的密度一般可取=1.5t/m3，生产率的要求为120m3/h，故每小时可生产170t混凝土熟料,而混凝土中骨料比重占80%以上，故可视输送机输送骨料质量小于但接近于170t。由此可以发现输送能力不符合要求，故需调整所选数据。选取带宽B=800mm，带速V=1.6m/s故可查得S=0.05890m2，带入数据可得：Q=3.60.058901
15、.60.811200=329.76t/h240t/h故带宽B=800mm，是符合设计要求的123。3.4.2 输送带选择输送带的寿命由输送带的物料和使用条件决定，对输送带的要求是：（1） 具有足够的抗张强度和模量、伸长率低；（2） 强度和宽度要满足需要；（3） 要有柔性，但伸长率有一定限制；（4） 承载的覆盖胶能满足冲击负荷的冲击和耐磨性好，耐疲劳性高。由此可见，选择输送带的骨架层喂带式输送机最关键的一步，对带式输送机的功能起着决定性的作用。输送带的类型主要有四种：普通输送带、钢绳芯输送带、钢丝绳牵引输送带及挡边带。此次设计选用的是普通输送带。3.4.3 驱动装置及减速器选取根据带宽和带速在传
16、动滚筒可取直径范围内，选取传动滚动直径D=800mm，查DTII型固定式带式输送机设计选用手册得驱动装置组合139，该组合中电动机型号Y180M-4，联轴器 。该电动机额定转速1480r/min，额定功率18.5kw。带速v=1.6m/s，又传动滚筒的直经D=800mm，所以可算出传动滚筒转速为39r/min。故传动比约为36。查 DTII型固定式带式输送机设计选用手册可选用三级硬齿面圆锥圆柱齿轮减速器DCY180。改减速器传动比为35.5，公称输入转速1500r/min，公称输出转速42r/min。3.5 主要部件设计3.5.1 托辊选择与计算托辊是带式输送机的重要部件，种类多，数量大。它占
17、了一台带式输送机总成本的75%，承受70%以上的阻力，因此托辊的质量尤其重要。托辊的作用是支撑输送带和物料重量。托辊运转必须灵活可靠，减少输送带同托辊的摩擦力，对占输送机总体成本25%以上的输送带的寿命起着关键作用。托辊组的结构在很大程度上决定了输送带和托辊所受载荷的大小和性质。对托辊的基本要求是：使用可靠，回转阻力系数小，制造成本低，托辊表面必须光滑及径向跳动小等。托辊按用途可分为承载托辊和专用托辊两种，承载托辊又可分作承载段和回空段两种，专用托辊包括过度、调心和缓冲托辊三种。托辊通常用无缝钢管制成外壳，其壁厚为0.1mm，轴为20-45钢制成，但也有使用PVC管材、玻璃钢、橡胶、陶瓷管做外
18、壳，后几种的好处是耐腐蚀，不生锈，密度小。托辊轴注入长效润滑油，保证修理前的使用期达到3年或18000h，与轴承的寿命相当。托辊直径的大小与带宽及被运送物料的松散比重和块度有关。被运物料的松散比重和块度越大，托辊的直径也越大。托辊直径增大，其重量也相应增大，打同时使输送带的运转条件改善，促使输送带的运行阻力系数减小。高速输送机用托辊的直径应适当增大，使托辊的转速和震动减小，以避免轴承过早的损坏。根据带速查表，可以选取89mm的托辊。上侧负载托辊选用30o槽式托辊，其结构如图3所示。下侧空回选用平行下托辊45。图3 托辊形式Fig3 Style of tuogun根据输送机长度及相关因素考虑，查
19、表取上托辊间距l1=1m,下托辊间距l2=2m。因只有上侧托辊有在和作用，故只需对上侧托辊进行载荷计算并校核。此处已删除对于倾斜输送物料的带式输送机，其平均倾角大于4o时，当满载停车时会发生上运物料时带的逆转现象，从而引起物料的堆积、飞车等事故，所以应设置制动装置。输送机向上运输时，在停车时需防止输送带的反向倒退，此时的制动一般称为逆止，必须设置逆止装置和制动装置。传动滚筒所需的逆止力（制动力）应按输送机的最不利逆止工况计算。本次设计选择制动器型号为YWZ5-250/30。4 混凝土搅拌站搅拌系统设计图4 搅拌装置Fig4 Mixing equipment在此次设计中，混凝土搅拌站搅拌系统选用
20、双卧轴搅拌机。搅拌机主要由搅拌装置、拌缸、驱动系统、机架等部分组成。其中搅拌装置由两根卧轴、搅拌臂、搅拌桨叶等部分组成，如图4所示。拌缸由壳体、衬板、盖板等部件组成。进料口设置在拌缸一端盖板的上部，卸料口可设置在拌缸另一端的下部或端部10。4.1 桨叶搅拌时的动力与运动分析拌和时，松散的混合料在桨叶作用下，其动力与运动形态极为复杂。为进行定性分析，将某一瞬间桨叶对混合料的作用情况简化为下图。4.1.1 动力分析如图4，设桨叶工作表面对混合料的作用力的合力为F，则混合料对桨叶的反作用力F=F。F分解成两份力：沿桨叶工作表面宽度方向的滑移力F1和垂直于桨叶工作表面的正压力F2。F1、F2按下式计算
21、：F1=FsinK F2=FcosK （4） 式中：K桨叶在搅拌轴上的投影与轴中心线夹角。图5 动力和运动分析Fig5 Motivity and movement analysis此外，混合料与桨叶表面作相对运动时，在相对运动表面有一摩擦力Ff。Ff的计算公式为：Ff=F2f,式中，f为混合料与桨叶工作表面的摩擦系数，可查阅机械设计手册确定11。从图可知，当F1-F2f0时，混合料即沿桨叶工作表面移动；当F1-F2f0,即F1F2f时，混合料在桨叶宽度方向不会移动，此时，搅拌机生产率等于0。将F1F2f变换后得：FsinkFfcosk，即当Karctanf时，桨叶的运动不能推动混合料沿搅拌轴方
22、向移动。4.1.2 运动分析此处已删除效率为0.91。带入数据计算得P1=17.85kw。选取45号钢作为轴的材料，调质处理。轴径的估算公式为： （15）式中：P1轴传递的功率，kw； n轴的转速； A取决于轴材料的许用扭矩切应力的系数，取A=115；带入数据得d91.6mm。此为轴的最小轴径，但考虑到在混凝土搅拌中，轴的四周为搅拌低效区，如果轴径太小，则轴与桨叶之间的距离增大，搅拌低效区过大，则会出现裹轴的现象，即搅拌物粘着在搅拌轴上。故本次设计中，轴径最小部分取200m。因与计算的最小轴径比增大了10倍，故不在对轴的强度进行理论校核181920。轴的整体结构如图8所示。轴中间区域的5段直径
23、200mm的地方安装搅拌臂，安装相位角为90。在轴上选用轴承型号为200KBE3201+L，内径为200mm，外径为320mm，宽度为142mm的圆锥滚子轴承。图8 搅拌轴Fig8 The mixing axis5 结论在本次混凝土搅拌站的设计中，输送系统采用带式输送机，方案简单易行，性价比高，后期维护简单。在设计过程中由给定的生产力计算骨料输送量，进而对带宽、带速进行选择并计算校核，之后选取了各种托辊、传动滚筒、转向滚筒等部件的型号，最后完成对驱动电机、减速器、联轴器的选取，从而完成对输送机的设计。搅拌系统采用强制式双卧轴搅拌机，由生产率这一给定条件，对搅拌机进行由外到里的设计，先确定搅拌缸
24、的容积和相关数据，在进一步对拌缸里面的搅拌轴、搅拌臂、桨叶进行设计计算。最后选取驱动电机、减速器、联轴器、轴承等部件，并进行相关的校核，从而完成对搅拌装置的设计。参考文献 1徐灏.机械设计手册M.北京:机械工业出版社,1992-4:9-84.2刘苏.计算机绘图M.武汉:科技出版社,2001-3:24-65.3王昆.机械设计课程设计M.北京:高等教育出版社,2001-6:42-67.4纪名刚，濮良贵.机械设计M (第六版).北京:高等教育出版社, 2000-4:23-53.5孙恒，陈作模.机械原理M.北京:高等教育出版社,1996-5:2-66.6朱东梅，胥北谰.画法几何及机械制图M.北京:高等
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28、束。蓦然回首，往事一一浮现。本毕业设计是在我的指导教师全腊珍教授的悉心指导和帮助之下完成的。她的严谨的治学态度和崇高的敬业精神给我留下了深刻的印象，也使我学到了很多的知识，同时开拓了思路，深受裨益。为了使我能出色的完成毕业设计，全老师对我要求严格。平时全老师比较繁忙，但她不辞劳苦，经常安排与我们见面,为我们排疑解惑。在此，谨向全老师表示最诚挚的谢意!在毕业设计过程中，得到了室友谭景、杨曙等人的大力支持，他们给我提供了良好的学习氛围，并帮我出谋划策，让我的设计得以顺利的完成，在此向诸位致以深深的谢意。感谢在湖南农业大学学习期间所有帮助我成长的老师们，在日常生活中，担当我的良师益友，指出我的缺点与不足，让我才有今天的成绩。同时要感谢与我共同学习生活四年的班级的每一位同学，是你们伴我一路走来，共同见证了大学的美好生活。与这些同学相识是我的荣幸，这个温馨团结的班集体将留给我美好的回忆。同时感谢我的家人在我学习成过程中给予生活和精神上的关怀和鼓励，使我得以完成学业。最后，向所有评阅我的毕业设计的老师们表示最诚挚的谢意!
