【導讀】影響著建筑施工質量和建筑施工進度。強制式攪拌機是應用最普遍、使用率最高。的混凝土攪拌機。雙臥軸攪拌機是新型攪拌機型，因其攪拌質量好，生產(chǎn)率高用。本畢業(yè)設計從攪拌的目的和機理出發(fā)。工作時,物料在葉片推動下沿螺旋面。長期的生產(chǎn)實踐證明,通過對臥軸式攪拌機的葉片結構和曲面形狀。進行合理的布置和設計，混凝土的質量和生產(chǎn)效率會有很大的提高。限的時間進行盡可能的攪拌。對它們曲面形狀進行理論分析和一些試驗，克服傳。統(tǒng)攪拌機器的缺點，并注意到新型設計可能引起的新的問題。通過攪拌過程的分。析，詳細闡述了各參數(shù)的設計，并結合理論分析，給出了結論和建議。

　　

【正文】 排列葉順序對物料沿軸向的均勻拌合是極為不利的 通過攪拌性能對比試驗進一步驗證 , 試驗的結論與理 論分析是一致的 , 攪拌葉片正反排列既能增加物料逆流運動的頻次 , 也能保證物料獲得較多的軸向流動次數(shù)和在拌筒內翻動的劇烈程度 ,從而使物料在拌筒的不同坐標方向都能夠快速達到宏觀和微觀上的勻質 , 這正說明攪拌葉片正反排列可以使物料達到較好的宏觀和微觀均 。 葉片的主要參數(shù) 雙排葉片攪拌機理和結構參數(shù)分析 雙臥軸攪拌機是目前混凝土攪拌設備中廣泛使用的主導機型，其攪拌裝置作為該機型的核心部分，直接影響著整機的攪拌質量和效率。常規(guī)的攪拌裝置普遍采用單排的槳式葉片結構，并且構成一種圍流排列的形式，以保證拌筒內混合料的均勻拌和。近年來，包括雙螺旋攪拌裝置（圖 ）和多葉片攪拌裝置（圖 ）等在內的新型雙臥軸攪拌機不斷涌現(xiàn)，在提高攪拌質量和效率方面有了新的突破。這些新機型有一個共同特點，就是它們的攪拌裝置都采用了雙排葉片結構來提高機器的攪拌性能。本文針對這種新型攪拌裝置，對雙排葉片的結構特點和攪拌機理進行有益的探討，并分析和給出了這種攪拌裝置的主要結構參數(shù)和其合理取值。 結構特點和攪拌機理分析 與其他類型強制式攪拌機一樣，雙臥軸攪拌機也是借助于攪拌葉片實現(xiàn)對物料的強制導向攪拌。目前普通采用的攪拌裝置都是由水平安置的雙 圓槽形拌筒以 葉片的設計與計算 28 及 2 根按相反方向轉動的攪拌軸和若干組呈螺旋形排列的攪拌葉片組成。其中，攪拌葉片分主葉片和側葉片 2種，分別固定在相應的攪拌臂外端，攪拌臂則沿徑向固定在攪拌軸上，顯然，這種傳統(tǒng)結構采用的是單排葉片形式。對于雙螺旋攪拌裝置和多葉片攪拌裝置，其攪拌葉片除了靠近拌筒內壁的一排常規(guī)葉片外，在靠近攪拌軸處還有一排尺寸稍小的副葉片，這些副葉片通過一根短的攪拌臂固定在攪拌軸上，并且主、副葉片按各自的安裝角成對安裝在攪拌軸兩側，結構示意圖見圖 。 圖 由此，這種新型結構采用的是雙排葉片形式，它相對于單排葉片結構有著顯著的優(yōu)點，主要體現(xiàn)在以下 2個方面。 （ 1）因為攪拌機容量不斷增大，而拌筒半徑尺寸又要比攪拌葉片的高度大很多，這樣當攪拌軸轉動時，常規(guī)的單排攪拌葉片就只能攪動靠近拌筒內壁的一層物料，而處于攪拌葉片和攪拌軸之間的很大一段距離的物料無法得到充分的攪拌。在攪拌軸處安裝副葉 片能夠改善由于拌筒直徑過大而形成的攪拌低效區(qū)。 （ 2）因為強制式攪拌機工作時，攪拌臂上每一點的線速度 v=wR，（ w 為攪拌軸轉速， R 為攪拌臂上某點至攪拌軸心的距離），因此在拌筒內沿著攪拌臂方向，速度呈三角形分布，形成了的速度梯度。在靠近攪拌軸的一端，會出現(xiàn)由于線速度相對較低而形成的攪拌低效區(qū) 而雙排葉片結構能夠使靠近攪拌軸的物料與靠近拌筒內壁的物料沿徑向形成逆流，從而有效地改善低 效區(qū)內混合料的攪拌性能。 葉片的設計與計算 29 圖 速度階梯示意圖 由圖 葉片結構示意圖可知，當攪拌軸按某一固定旋向轉動時，主、副葉片對物料的推力可分解成各自的周向力和軸向力。周向力的作用使物料在與攪拌軸垂直的平面見繞軸轉動（如圖中所示的 Y Y2 方向），并要到達一定位置后依靠自身重力自由下落（如圖中所示的 X X2 方向）。主葉片不斷地把靠近拌筒內壁的物料推向攪拌軸方向，副葉片不斷地把攪拌軸附近的物料推向拌筒內壁方向，形成了物料在主、副葉片之間沿著攪拌臂方向的徑向逆流運動。軸向力的作用中推動物料沿著攪拌軸方向，不斷地從一個旋轉平面向另一個旋轉平面運動（如 圖中所示的垂直于紙面的 Z Z2 方向）。實際的攪拌過程就是這些不同運動形式的綜合，此時在拌筒內的物料不但能夠形成常規(guī)雙臥軸攪拌機具有的圍流循環(huán)運動和軸間逆流運動，而且還形成沿攪拌臂方向的徑向逆流運動，從而使低效區(qū)內的混合料得到了充分拌和，提高了混凝土的攪拌質量和效率。 主要結構參數(shù)分析 雙排葉片攪拌裝置的主要結構參數(shù)如圖所示。無論是雙螺旋攪拌裝置還是多葉片攪拌裝置，其主要結構參數(shù)都包括主攪拌臂排列方式和主副葉片的各種參數(shù)。兩者的區(qū)別主要在于雙螺旋攪拌裝置采用的是連續(xù)式葉片，多葉片攪拌裝置采用的是間斷式葉 片。根據(jù)物料連續(xù)遞推式原理，在單軸攪拌臂排列相位相同的情況下，連續(xù)式葉片要比間斷式葉片對混合料沿攪拌軸方向推攪得快。因此在攪拌時間一定的情況下，混合料獲得的軸向循環(huán)流動次數(shù)更多，攪拌裝置的利用率更高。當然缺點也是顯而易見的，連續(xù)螺旋式葉片結構復雜，制造成本高。 與常規(guī)的單排葉片相比，雙排葉片攪拌裝置增加了副葉片，其主要結構參數(shù)就相應增加了副攪拌臂排列方式、副葉片安裝副葉片尺寸和主副葉片關系。其中，由于副葉片與主葉片成對安裝，因此副攪拌臂的排列方式將取決于主攪拌臂。而 葉片的設計與計算 30 在雙排葉片攪拌裝置中，主攪拌臂仍然采用了雙 臥軸攪拌機特有的圍流排列，這與常規(guī)單排葉片的參數(shù)和取值是相同的。對于副葉片安裝角，也與主葉片安裝角一樣，決定著物料單元所受周向力和軸向力的大小，其取值可參照由主葉片前密實核心和物料單元受力分析計算出的 31176。 、 45176。 范圍內選取。 物料在拌筒內的運動，是由攪拌葉片推動的。雖然較大的葉片能夠在攪拌過程中推動更多的物料，從而強化攪拌效果，但是較大的葉片也會阻礙物料在拌筒內的運動，降低攪拌質量和效率，同時也會導致攪拌功率的增大。目前，主葉片的尺寸都是根據(jù)攪拌半徑計算確定的，而副葉片尺寸的確定尚無明確方法。由于在雙排 葉片攪拌過程中，主葉片起主要攪拌作用，副葉片起輔助攪拌作用，并且考慮到兩攪拌軸間主、副葉片的干涉問題，所以一般副葉片的設計尺寸要小于主葉片。我們分別選取副葉片與主葉片面積比為 、 和 ，按間斷式的雙排葉片結構進行了試驗研究。試驗結果如圖 6 所示。從中可知：副葉片與主葉片面積比為 時，混凝土強度 f 最高，標準差 σ 和離差系數(shù) Cv，以及砂漿密度相對誤差 △M 和粗骨料質量相對誤差 △G 最小，表明混凝土具有較好的宏觀和微觀均勻性；而副葉片面積過大或過小都出現(xiàn)了攪拌質量的顯著下降，并且攪拌功率也隨著葉片面積 的增大而增加。顯然，副葉片面積為主葉片面積的 倍時是比較合理的。 葉片的設計與計算 31 圖 葉片大小的試驗結果 （ 1）雙排攪拌葉片結構能夠使靠近攪拌軸的物料與靠近拌筒內壁的物料沿徑向形成逆流 從而改善由于拌筒直徑過大和攪拌裝置速度梯度形成的低效區(qū)，提高混凝土的攪拌質量和效率。 （ 2）主攪拌臂排列方式和主副葉片參數(shù)是雙排攪拌葉片的主要結構參數(shù)。其中，主攪拌臂排列方式和主、副葉片安裝角與常規(guī)單排葉片的參數(shù)選取是一樣的；當副葉片面積為主葉片面積的 倍，主、副葉片反向安裝時，該攪拌裝置具有較好的攪拌性能。 葉片的設計與計算 32 表 參數(shù) 型號 JS1000 進料容量（ L） 1600 出料容量（ L） 1000 生產(chǎn)率（ m3/h) 50 骨料量大粒徑（ mm） 80 主軸轉速（ r/min) 26 總功率（ kw） 50 整機質量（ kg） 6800 為了防止在離心力的作用下混凝土產(chǎn)生離析現(xiàn)象，攪拌葉片的速度有一個極限值，稱之為臨界速度，其值為： u（臨） = √ g R =26r/min 式中 ： g—— 重力加速度； R—— 回轉半徑； 設計時，一般取攪拌葉片的速度為臨界速度的 2/3。對于渦 漿攪拌機而言，葉片的速度，為其絕對速度；對于行星式攪拌機而言，葉片的線速度是葉片對攪拌盤的相對速度，葉片的自轉速度是公轉速度的 4～ 5倍。 攪拌軸尺寸的確定 兩根攪拌軸為優(yōu)質合金鋼并經(jīng)調質處理和滾壓加工提高其靜強度和疲勞強度；主軸承能自動補償和外殼孔中心線的相對偏斜從而保證軸承正常工作，其額定動負荷 外載荷 20倍多，所以具高可靠性和高壽命，該軸系壽命 9 104 小時（ 16 年） 混凝土攪拌機是使混凝土配合料均勻拌和而制備混凝土的專用機械，是現(xiàn)代化建設施工中不可缺少的機械設備。為了適應不同混凝土攪拌要求，攪拌機有多種機型。本次設計的是生產(chǎn)率為 60m3/h 的雙臥軸強制式攪拌機，它是由攪拌系統(tǒng)、傳動裝置、卸料機構等組戊 :攪拌系統(tǒng)由圓槽形攪拌筒和攪拌軸組成，在兩根攪拌軸上安裝了幾組結構相同的葉片，但其前后上下都錯開一定的空間，使拌合料在兩個攪拌筒內不斷地得到攪拌，一方面將攪拌筒底部和中間的拌合料向上翻滾，另一方面又將拌合料沿軸線分別向前推壓，從而使拌合料得到快速而均勻 葉片的設計與計算 33 的攪拌。設置在兩只攪拌 間底部的卸料門由氣缸操縱。卸料門的長度比攪拌筒長度短， 8090%的混凝土靠其自重卸出，其余部分則靠攪拌葉片強制向外排出，卸料迅速干凈。 SolidWorks 軟件可以十分方便地繪制復雜的三維實體模型、完成產(chǎn)品裝配和生成工程圖。它能以立體的、有光的、有色的生動畫面表達大腦內產(chǎn)品的設計結果，較之于傳統(tǒng)的二維設計圖更符合人的思維習慣與視覺習慣，有利于發(fā)揮人的創(chuàng)造性思維，有利丁新產(chǎn)品、新方案的設計，幫助機械設計設計人員更快、更準確、更有效率地將創(chuàng)新思想轉變?yōu)槭袌霎a(chǎn)品。 為此，我們利用 SolidWorks 軟件來 完成雙臥軸強制式攪拌機虛擬樣機設計 1 雙臥軸強制式攪拌機主要參數(shù)的確定 攪拌功率 N： N= kwnM 500 0* ? 工作阻力矩 M:M=k(L*b* cmNRHBZ .1 3 8 4 0 4 7)*s i n**s i n* ?? ??? 攪拌轉速 n: n=30 m i n/1 1122 rkvTgrr ??? 攪拌筒直徑 d。 攪拌筒內壁直徑 :543mm*2 攪拌筒長度 L。 攪拌筒內壁長度： 1436mm 葉片長度 B: B=304mm 葉片高度 h: H=161mm 葉片螺旋角 ??: =50 葉片切削角 ? ： ? =75 葉片最大線速度 v: v max=2 雙臥軸強制式攪拌機的主體樣機設計 在攪拌機的結構設計中，最困難、最繁瑣的工作就是運動機構的設計與運動軌跡校核。目前主要采用的軌跡圖法或根據(jù)幾何約束條件建立方程組來求解，但這種設計比較麻煩，且設計工作不直觀，設計結果不盡人意，而利用三維設汁軟件 Solidworks 則能較好地解決上述問題，首先建立零件的三 維模型，再將其裝配起來，并可進行有限元分析計算，最后利用 COSMOSMotion 來模擬各零部件的運動情況。 零件設計建模 葉片的設計與計算 34 利用拉伸、陣列、切除、掃描、鏡像等特征，建立雙臥軸強制式攪拌機主要零部件的三維參數(shù)化模型 .包括攪拌臂、攪拌筒、各種襯板、 8 種規(guī)格的攪拌葉片、刮板、攪拌裝置等 100 多個零件。因電機、減速器、 聯(lián) 軸器等為選購件，在設計時沒有建立這些零件的三維模型，僅建立雙臥軸強制式攪拌機主機上零件模型。在建模過程中，充分利用參數(shù)化尺寸、方程式共享數(shù)值、配置、派生零件等參數(shù)化設計和設計重用技術，便于虛擬 裝配時發(fā)現(xiàn)零件結構不合適時對其進行修改。 虛擬裝配 SolidWorks 軟件提供了自上而下和自下而上兩種設計方式，因我們已完成了雙臥軸強制式攪拌機主要零部件設計，所以采用自下而上方式 .按照同袖、共面等幾何約束關系先將側襯板、側攪拌葉片、攪拌葉片、攪拌裝置軸裝配體等小部件裝配起來 .然后將子裝配體裝配成筒體攪拌裝置等較大的部件，最后將較大的子裝配體組裝成雙臥軸強制式攪拌機的整機裝配圖。采用分級裝配方法，既便于我們及時發(fā)現(xiàn)裝配問題，又便于修改。 在設計過程中為便于方案論證和與領導、制造工程師及其他相關人 員進行交流，我們使用了 Animaior 插件實現(xiàn)了攪拌機所有零部件的動態(tài)組裝模擬，并制作了裝配動畫，提高了設計的可視化。 有限元分析計算 攪拌機在工作過程中，攪拌軸是主要的傳動和工作部件，利用 SolidWorks內嵌集成的 COSMOSWorks 有限元分析軟件對裝配有攪拌臂和葉片的攪拌裝置軸裝配體進行有限元分析計算。首先將所建模型進行簡化，忽略圓角倒角鍵槽等設計細節(jié)，通過標準數(shù)據(jù)接口，調人到 CosmosWorks 有限元分析模塊，進行實體網(wǎng)格劃分，添加軸一端 不可平移 約束、軸承載荷和葉片上分布壓力，然 后進行有限元分析計算，得到攪拌軸應力分布情況應變和變形狀況，計算出危險點的應力和應變，為攪拌軸的結構設計提供指導，同時對設計是否合理進行準確快速的評估。 攪拌運動模擬 攪拌機螺旋葉片 繞水平軸旋轉時使物料向上翻動，軸向力的作用將物料沿水平軸推向中 間 和另一端，物料的運動軌跡非常復雜在方案論證時，為形象地表達物料的運動情況，我們首先借助 COSMOSMot