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雙臥軸混凝土攪拌機機械部分設(shè)計
DESIGN OF DOUBLE HORIZONTAL CONCRETE MIXER’S MECHANICAL PARTS
目 錄
摘要…………………………………………………………………………………1
關(guān)鍵詞………………………………………………………………………………1
1前言…………………………………………………………………………………2
2總述…………………………………………………………………………………2
2.1 攪拌的作用………………………………………………………………2
2.1.1 混凝土的組成……………………………………………………2
2.1.2 攪拌的任務(wù)………………………………………………………3
2.1.3合理的攪拌機理……………………………………………………3
2.2 混凝土攪拌機的類型…………………………………………………4
2.3 國內(nèi)外混凝土攪拌機的發(fā)展狀況………………………………………5
3 總體設(shè)計方案確定及動力元件選擇……………………………………………5
3.1 總體設(shè)計…………………………………………………………………5
3.2 混凝土攪拌機的工作原理………………………………………………9
3.3 電動機的選型……………………………………………………………6
3.4 減速器的選型……………………………………………………………6
3.5 聯(lián)軸器的選擇與計算……………………………………………………7
4 攪拌系統(tǒng)的設(shè)計與計算………………………………………………………8
4.1 總體方案的擬定…………………………………………………………8
4.2 方案的分析和確定………………………………………………………9
4.3葉片主要參數(shù)的設(shè)計……………………………………………………11
4.4 主軸轉(zhuǎn)速的確定…………………………………………………………12
4.5 螺旋葉片的加工…………………………………………………………13
4.5.1 葉片螺旋面的成形………………………………………………14
4.5.2坯料形狀的選擇…………………………………………………14
4.5.3 整圓坯料尺寸的確定……………………………………………14
4.5.4 壓模主要尺寸的確定……………………………………………14
4.6 螺旋葉片的校核…………………………………………………………16
5筒體和攪拌軸的簡要設(shè)計………………………………………………………21
5.1 筒體的主要參數(shù)…………………………………………………………21
5.2 攪拌軸的主要參數(shù)………………………………………………………21
6軸的設(shè)計與計算…………………………………………………………………22
6.1左軸的校核………………………………………………………………22
6.1.1 初步估算軸的直徑………………………………………………22
6.1.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計……………………………………………………22
6.1.3 軸承的校核……………………………………………………23
6.1.4軸的校核…………………………………………………………25
6.2 鍵的校核…………………………………………………………………26
6.3 銷軸的校核………………………………………………………………26
6.4 右軸的校核………………………………………………………………27
6.4.1初步估算軸的直徑………………………………………………27
6.4.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計……………………………………………………27
6.4.3 軸的強度校核……………………………………………………28
6.4.4 軸承的校核………………………………………………………29
6.5 攪拌軸套筒的校核……………………………………………………30
7結(jié)論………………………………………………………………………………31
參考文獻……………………………………………………………………………31
致謝…………………………………………………………………………………33
雙臥軸混凝土攪拌機機械部分設(shè)計
摘 要：混凝土攪拌機是施工機械裝備中的重要設(shè)備,其產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率直接影響著建筑施工質(zhì)量和建筑施工進度。強制式攪拌機是應(yīng)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(zhì)量好，生產(chǎn)率高，被廣泛用于各種攪拌場合。本畢業(yè)設(shè)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移動,由于兩軸的旋轉(zhuǎn)方向相反,兩軸間的物料產(chǎn)生擠壓、翻滾和揉搓,以達到攪拌混合效果。通過對臥軸式攪拌機的葉片結(jié)構(gòu)和曲面形狀進行合理的布置和設(shè)計，混凝土的質(zhì)量和生產(chǎn)效率會有很大的提高。
關(guān)鍵詞：混凝土攪拌機；雙臥軸； 葉片
Design of Double Horizontal Concrete Mixer’s Mechanical Parts
Abstract:Concrete mixer is the key device of construction machinery and equipment. It has product quality and production efficiency, which directly impacts on the construction quality and progress of construction. Compulsory mixer is the most common and the highest utilization rate of concrete mixers.Double horizontal shaft mixer is a new-style mixer, which is widely used in many conditions because of the high mixing quality and productivity.This paper begins with the mechanism and purpose of mixing. The materials leaves along the spiral of mobile on the work. Because of the two axis of rotation opposite direction, the materials between the two axis produces extrusion rolling and scrubbing, in order to meet the stirring mixed effect. It has been proved in the long-term production, through the horizontal Coaxial mixer surface of the leaf structure and shape of a reasonable layout and design, concrete’s quality and production efficiency will be greatly improved.
Key words: concrete mixer; double horizontal ;shaft
1 前言
近年來隨著我國城市基礎(chǔ)建設(shè)、房地產(chǎn)開發(fā)業(yè)的迅猛發(fā)展，推動了混凝土生產(chǎn)產(chǎn)量的迅速提高?；炷辽a(chǎn)是改變傳統(tǒng)的現(xiàn)場分散攪拌混凝土的生產(chǎn)方式，實現(xiàn)建筑工業(yè)化的一項重要改革?；炷恋纳唐坊a(chǎn)因其生產(chǎn)的高度專業(yè)化和集中化等特點大大提高了混凝土工程質(zhì)量，節(jié)約原材料，加快，提高勞動生產(chǎn)率，減輕勞動強度，同時也因其節(jié)省施工用地，改善勞動條件，減少環(huán)境污染而使人類受益。
目前,在國內(nèi)外的煤炭、建材、化工等行業(yè)廣泛地使用著各種各樣的用來攪拌煤、混凝土及其他原料的攪拌機。從其運動方式及其主要結(jié)構(gòu)上來看,它們可分為兩大類型:一種形式為單運動的軸式傳動軸上(有單軸和雙軸)安裝各式各樣的攪拌葉片(有長錐形、螺旋形等),并利用葉片來攪拌物料；而另一類則是通過鋼齒輪傳動帶動某一形狀的筒體(有圓錐體、圓柱體等)的自身旋轉(zhuǎn)而使物料產(chǎn)生攪拌效果。由于這些攪拌輸送機全部都是利用單運動方式,因而普遍存在拌和物料不充分,攪拌效果不太理想；另外,其噪音也較大,特別是在煤炭行業(yè)的工業(yè)型煤等新工藝上使用的攪拌輸送機,根本滿足不了其工藝設(shè)計要求而嚴重制約了其新技術(shù)新工藝的推廣使用,因而急需一種結(jié)構(gòu)新穎、效果明顯的全新機型的攪拌機來逐步代替舊式攪拌機,并且也可廣泛地使用于其他行業(yè)。
然而，在實際生活中，我們看到的大部分混凝土攪拌機，都是起攪拌作用，然后通過車載，人力等方式運送到需要的地方。攪拌和輸送分開進行，既加強了工人的勞動強度，降低了勞動效率，造成大量原材料的浪費，又污染了環(huán)境。還有些設(shè)備是攪拌和輸送是分開的，及用一種機器完成混凝土的攪拌作用，而用專門的機器完成混凝土的輸送。
連續(xù)式雙臥軸攪拌機是隨著混凝土施工工藝的改進而逐漸發(fā)展起來的新機型。近年來，攪拌機逐漸向大容量和高生產(chǎn)率方向發(fā)展。通過長期的研究和探索發(fā)現(xiàn)比較完善的攪拌輸送過程。為使混凝土的攪拌和輸送變得相對容易，一般采用臥式雙軸強制式連續(xù)混凝土攪拌機。通過對攪拌軸的葉片的設(shè)計和組合，使物料完成攪拌和輸送的工作。本機在封閉的環(huán)境中，實現(xiàn)對物料的攪拌和輸送，攪拌及輸送效果良好，對環(huán)境污染少，能夠改善施工現(xiàn)場施工條件，保障施工人員身心健康，降低工人的施工強度，提高工作效率，減少施工中對環(huán)境的破壞。
2 總述
2.1攪拌的作用
2.1.1混凝土的組成
混凝土作為當今最大宗的建筑材料，廣泛地用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、國防、水利、市政和民用等基本建設(shè)工程中，在國民經(jīng)濟中占有重要地位。一般混凝土指水泥混凝土而言，它是由水泥和砂、石集料，加水按規(guī)定的配合比，經(jīng)過攪拌、澆注和凝結(jié)而成的一種人造石材。其中，水泥和水起膠凝作用，砂、石起骨架填充作用，水泥漿包裹在砂的表面，并填充于砂的空隙成為砂漿，砂漿又包裹在石子的表面，并填充石子的空隙。當水泥漿硬化后，就將砂、石集料顆粒牢固地粘結(jié)成一個整體，使混凝土具有一定的強度和其他許多重要性能。
2.1.2攪拌的任務(wù)
強度是混凝土最主要的力學性能，混凝土強度主要取決于混合料間的界面結(jié)構(gòu)。
一般認為混凝土攪拌的主要任務(wù)是；
(l)組分均勻分布，達到宏觀及微觀上的勻質(zhì)；
(2)破壞水泥粒子團聚現(xiàn)象，使其各顆粒表麗被水浸潤，促使彌散現(xiàn)象的發(fā)展；
(3)破壞水泥粒子表面的初始水化物薄膜包裹層，促進水泥顆粒與其他物料
顆粒的結(jié)合，形成理想的水化生成物；
(4)由于集料表面常覆蓋一薄層灰塵及粘土，有礙界面結(jié)合層的形成，故應(yīng)使物料顆粒間多次碰撞和互相摩擦，以減少灰塵薄膜的影響；
2.1.3合理的攪拌機理
由以上分析可以給合理的攪拌機理一個解釋：應(yīng)盡可能使處在攪拌過程中的混合料各組分的運動軌跡在相對集中區(qū)域內(nèi)互相交錯穿插，在整個混合料體積中最大限度地產(chǎn)生相互摩擦，盡可能提高各組分參與運動的次數(shù)和運動軌跡的交叉頻率，為混合料實現(xiàn)宏觀和微觀勻質(zhì)性創(chuàng)造最有利的條件。因此，為了獲得攪拌均勻的混凝土，混凝土攪拌機必須具備下列條件：
(l)能對混凝土各種組分均勻攪拌，并使水泥漿或瀝青均勻包裹骨料表面;
(2)能將攪拌后的混凝土均勻的卸出;
(3)攪拌和出料的時間短;
(4)占地面積小;
(5)功率消耗小，符合環(huán)保要求。
而影響混凝土攪拌質(zhì)量的與攪拌機有關(guān)的主要因素有:
(1)混凝土攪拌機的結(jié)構(gòu)形式和它的攪拌速度;
(2)攪拌葉片和襯板的磨損狀況;
(3)各種混合材料的加料順序。
(4)攪拌時間。
2.2混凝土攪拌機的類型
目前生產(chǎn)的攪拌機有兩種形式，一是獨立使用的攪拌單機；另一是攪拌樓(站)的配套主機。由于使用要求有所差異，兩種形式的攪拌機的配置略有不同(攪拌單機要比配套主機多上料和配水等機構(gòu))，但二者的主體機構(gòu)是一致的。為了滿足不同混凝土的攪拌要求，已發(fā)展了多種機型，各機型在結(jié)構(gòu)和性能上各具特色，可從不同角度進行分類。就其原理而言，基本可分為自落式和強制式兩大類。
表1 混凝土攪拌機分類
Table 1 The classification of concrete mixer
分類方式
作業(yè)方式
攪拌原理
安裝方式
出料方式
攪拌筒外形
形式
周期式
連續(xù)式
自落式
強制式
固定式
移動式
傾翻式
非傾翻式
梨形、錐形、鼓形、盤形、槽形、其他形
自落式攪拌機是依據(jù)物料的自落原理進行攪拌。工作時利用拌筒內(nèi)壁固定的葉片對筒內(nèi)物料進行分割和提升，物料則靠自身重力灑落、沖擊，從而使各部分物料的相互位置不斷進行重新分布而獲得均勻攪拌。這種機型結(jié)構(gòu)簡單、功率消耗和葉片磨損均較小，但其攪拌強度不夠劇烈，攪拌質(zhì)量難以保證，生產(chǎn)效率低，只適用于攪拌普通塑性混凝土，對粗骨料粒徑要求不嚴格，廣泛地應(yīng)用在中小型建筑工地。常用的這類攪拌機有，鼓式攪拌機、雙錐反轉(zhuǎn)出料攪拌機、雙錐傾翻出料攪拌機和對開式攪拌機等。其中的鼓式攪拌機由于技術(shù)性能落后，已于1987年列為淘汰產(chǎn)品。
強制式攪拌機是在自落式攪拌機之后，隨著干硬性混凝土的發(fā)展而逐漸發(fā)展起來的。與自落式攪拌機不同，它不是通過重力作用進行攪拌，而是借助旋轉(zhuǎn)的葉片對物料進行剪切、擠壓、翻滾和拋出等強制攪拌作用，使物料在劇烈的相對運動中得到均勻攪拌。與自落式攪拌機相比，攪拌作用強烈，攪拌質(zhì)量好，生產(chǎn)率高，但磨損大、功耗大，而且對骨料粒徑有較嚴格的限制，適用于攪拌干硬性混凝土和輕骨料混凝土，多用于施工現(xiàn)場的混凝土攪拌站和混凝土預(yù)拌工廠的攪拌樓。常見的這類攪拌機有，立軸渦槳攪拌機、立軸行星攪拌機、單臥軸攪拌機和雙臥軸攪拌機等。
2.3國內(nèi)外混凝土攪拌機的發(fā)展狀況
在攪拌機出現(xiàn)的時期，是以自落式攪拌的形式出現(xiàn)。隨著對混凝土要求的不斷增多，出現(xiàn)了強制式攪拌機。強制式攪拌機又可分為立軸式和臥軸式兩類。國內(nèi)幾乎都是這兩種形式的攪拌機。
立軸式攪拌機，又稱渦漿式強制攪拌機，這種攪拌機的形式是在固定放置的圓盤中央，裝有一個由減速機驅(qū)動的轉(zhuǎn)子臂架，在臂架上裝有攪拌葉片和內(nèi)外壁鏟刮葉片，依靠各組攪拌葉片不同的安裝位置和安裝角度便能對在圓盤和轉(zhuǎn)子之間環(huán)形工作容積的物料進行劇烈攪拌。
臥軸式攪拌機又稱圓槽式攪拌機，是七十年代發(fā)展起來的一種新型攪拌機，它可分為單軸式和雙軸式，這種形式的攪拌機兼有自落和強制兩種攪拌的機能，攪拌葉片的線速度比渦漿式小，因而耐磨性要比渦漿式小高。
單臥軸攪拌機是由德國ELBA公司研制生產(chǎn)。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、消耗功率小、葉片襯板耐磨性好，能滿載啟動和具有攪拌輕質(zhì)混凝土能力的優(yōu)點。我國也向該公司引進了樣機。
雙臥軸攪拌機是隨著混凝土施工工藝的改進而逐漸發(fā)展起來的新機型。國外從二十世紀四十年代后期開始在美國和德國出現(xiàn)，但因軸端密封技術(shù)的不成熟，其發(fā)展基本處于停頓狀態(tài)。直到七十年代初，由于這項技術(shù)得到突破，雙臥軸攪拌機在不少國家右重新發(fā)展起來，目前已形成系列產(chǎn)品。我國于二十世紀八十年代初研制成功，但發(fā)展迅速，在產(chǎn)品規(guī)格和產(chǎn)品數(shù)量上，都遠遠超過了其它機型。
攪拌機構(gòu)是雙臥軸攪拌機的核心部分，混凝土攪拌質(zhì)量的好壞，生產(chǎn)率的高低，使用維修費用的多少都與它有關(guān)。攪拌機構(gòu)是由水平安置的雙圓槽形伴筒、兩根按相反方向轉(zhuǎn)動的攪拌軸和其上安裝的攪拌葉片組成的。攪拌葉片的作用半徑是相互交叉的，葉片與軸中心線成一定角度，當攪拌軸轉(zhuǎn)動時，葉片一方面帶動混和料在兩個拌筒內(nèi)輪番地作圓周運動，上下翻滾，同時在攪拌葉片相遇或重疊的部分，混和料在兩軸之間的共域相互交換；另一方面推動混和料沿著攪拌軸方向，不斷地從旋轉(zhuǎn)平面向另一個旋轉(zhuǎn)平面運動。
3總體設(shè)計及動力元件選擇
3.1總體設(shè)計
在本次設(shè)計中我選擇的是雙臥軸混凝土攪拌機的機械部分設(shè)計，其主要由傳動系統(tǒng)、攪拌輸送裝置、攪拌筒、及外供水系統(tǒng)等組成，但是攪拌機的核心部分是攪拌機構(gòu)。
由于考慮到自己設(shè)計水平有限，設(shè)計整個機械部分的任務(wù)量太大，可能無法完成，所以我對其核心機構(gòu)—攪拌機構(gòu)進行了詳細的設(shè)計計算。因為攪拌葉片的布置和形狀選擇是衡量混凝土攪拌機攪拌質(zhì)量和攪拌效率的重要指標，所以我從葉片的布置和選型來說明整個攪拌系統(tǒng)的工作過程及其原理。對于其他部位做出了粗略的闡述和設(shè)計，先整體了解一下雙臥軸混凝土攪拌機的主要機構(gòu)，由電動機、攪拌軸、攪拌葉片、聯(lián)軸器、攪拌筒體、減速器這些部分組成（如下圖所示）。
圖1 雙臥軸混凝土攪拌機
Fig.1 Double axes concrete mixer
1減速器 2聯(lián)軸器 3攪拌軸 4進料口 5攪拌筒體 6出料口
1.電機、減速器由聯(lián)軸器連接在一起，減速器與攪拌軸也由聯(lián)軸器連接在一起，安裝在底座上組成一個整體，它們之間用螺栓聯(lián)結(jié)以便裝卸和運輸。
2. 攪拌系統(tǒng)由攪拌筒，攪拌軸及軸上的葉片組成，完成物料的攪拌及輸送工作。兩攪拌軸在攪拌筒內(nèi)成對稱方向布置，攪拌軸主要用于輸送物料，同時可以用來攪拌和輸送物料。本次設(shè)計將主要闡述攪拌機構(gòu)的設(shè)計與計算。
3.2混凝土攪拌機的工作原理
雙臥軸混凝土攪拌機是由水平設(shè)置在攪拌筒內(nèi)壁的兩根攪拌軸組成，軸上安裝攪拌葉片，包括入料葉片和攪拌葉片以及反向葉片。入料葉片和攪拌葉片為螺旋狀，緊貼攪拌軸安裝，而攪拌葉片為螺旋帶狀，與攪拌軸之間有一定的間隙，反向葉片為螺旋槳的形式設(shè)計。工作時，物料由進料口進入，通過入料葉片的轉(zhuǎn)動使物料沿著攪拌軸向出料口移動，同時經(jīng)過攪拌葉片轉(zhuǎn)動及反向葉片的阻滯和反作用力使筒內(nèi)物料進行剪切、擠壓和翻轉(zhuǎn)推移等攪拌作用。由于反向葉片的逆流作用，使物料在劇烈的相對運動中得到均勻的拌和，因而拌和質(zhì)量好，效率高。
3.3電動機的選型
由于雙臥軸混凝土攪拌機從結(jié)構(gòu)上看，主要就是依靠電機的旋轉(zhuǎn)，帶動減速機的轉(zhuǎn)動，進而帶動攪拌軸的旋轉(zhuǎn)。因此，電機是整個裝置的動力元件。由于在露天工作，工作時灰塵較多，土揚水濺的工作場合。在攪拌的過程中，由于混凝土在不斷的攪拌過程中消耗動力，因此雙臥軸混凝土攪拌機的生產(chǎn)能力決定著電機的功率。此處電動機選型計算不詳細涉及功率計算，而依據(jù)工作裝置轉(zhuǎn)速進行電機選型。異步電機具有結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、工作效率高、重量較輕、成本較低、負載特性較硬等特點，是應(yīng)用較廣、需求較多的一類電機。綜合考慮各個條件，暫選電機為Y180M-4型電機。查表知該電機功率為18.5KW。轉(zhuǎn)速為1470轉(zhuǎn)/min。效率為90％，額定轉(zhuǎn)矩為2.0 KW ,最大轉(zhuǎn)矩為2.2KW。
3.4減速器的選型
由于混凝土攪拌機在攪拌時，為了使混凝土攪拌的比較均勻，攪拌軸的轉(zhuǎn)速不宜過快。但考慮到該機器的生產(chǎn)能力，攪拌軸的轉(zhuǎn)速又不可太慢。綜合考慮一下，參考其它機器的轉(zhuǎn)速，該攪拌軸的轉(zhuǎn)速在40r/min左右。通過查表知暫選減速器的型號為ZSY224，減速器i=40，電動機轉(zhuǎn)速為1470r/min，則攪拌軸的轉(zhuǎn)速為38r/min符合要求。還可查出該減速器額定功率為64KW。
（1） 機械強度的校核計算
式中 －減速器的計算輸入功率（KW）；
－減速器的實際輸入功率（KW）；
－工況系數(shù)；
－與實際輸入轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的額定輸入功率（KW）。
混凝土攪拌機屬于中等沖擊，據(jù)表查得工況系數(shù)＝1.5。計算輸入功率為
＝18.51.5＝27.75<
該減速器滿足機械強度要求。
（2） 校核熱功率
式中 －計算熱功率（KW）；
－額定功率利用系數(shù)；
－負荷率系數(shù)；
－環(huán)境溫度系數(shù)；
－許用熱功率（KW）。
功率利用率=0.29，查表知額定功率利用系數(shù)＝1.5；由圖知，載荷率系數(shù)＝0.7；由圖知，環(huán)境溫度系數(shù)＝1.3；由表知，許用熱功率＝87kw。
計算熱功率為
＝18.51.50.71.3
＝19.5<
熱平衡校核通過。選用減速器代號為ZSY224。
3.5連軸器的選擇與計算
由于電機與減速器和減速器與攪拌軸之間需要傳遞扭矩和運動，因此需要聯(lián)軸器來保持它們一同回轉(zhuǎn)而不脫開。
由于凸緣聯(lián)軸器具有結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，成本較低，裝拆、維護簡便，可傳遞大扭矩。因此，我們可以選擇該聯(lián)軸器作為該機器的聯(lián)軸器。由于電機和減速器已經(jīng)選定，減速器連接的軸已經(jīng)確定。因此聯(lián)軸器的基本尺寸參照機械零件設(shè)計手冊，可以確定下來。然后根據(jù)安裝和配合需要的尺寸，來確定最終的加工的大小和尺寸。
4攪拌機構(gòu)的設(shè)計與計算
4.1總體方案的擬定
雙臥軸攪拌機的攪拌機構(gòu)主要由攪拌筒和兩根攪拌軸及軸上附加的葉片組成，兩攪拌軸在攪拌筒內(nèi)成對稱方向布置，一般來說，雙臥軸混凝土攪拌機都是一個攪拌軸主要用于輸送物料，而另一個攪拌軸用來攪拌和輸送物料。攪拌葉片在軸上布置對混合物均質(zhì)性有著重大的影響。對攪拌機筒體中充填性能及對機器生產(chǎn)率和攪拌過程耗電量的也有著影響，在葉片不同的布置方式下，葉片軸轉(zhuǎn)速對混合物均質(zhì)性的有不同影響，在葉片不同布置和轉(zhuǎn)速下，攪拌機筒體的安裝傾角對攪拌過程及對混凝土制件強度指標有著不同的影響。
為了設(shè)計合理的攪拌機構(gòu)，必須從葉片的形狀和布置及筒體的安裝來提高攪拌質(zhì)量和效率。初步擬定以下幾種方案:
a型可使物料連續(xù)順向流動的布置，兩軸上葉片反向安裝，但都能確保物料朝卸料口移動。
b型兩軸上葉片在外型上是同向布置，但一根軸的葉片把混合物推向卸料槽，而另一根軸則相反。
c型兩軸葉片在外型上是同向布置，并且筒體向卸料一側(cè)傾斜一個角度。
d型葉片外型上同向布置，筒體傾斜安裝，并且在靠近卸料口處，軸上裝有阻滯作用的葉片。
e型混合布置，在一根軸上安裝的葉片使物料沿著攪拌機筒體從裝料口朝卸料口流動。在另一根軸上，使物料順著流動的葉片與逆向流動的葉片交替安裝，而兩根軸的卸料端都裝有阻滯作用的葉片(分別如下圖所示)。
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
圖2 葉片的布置形式
Fig.2 Layout forms of leaves
圖上示出了攪拌機的葉片在軸上安裝的幾種布置方式（假設(shè)葉片設(shè)置在一個平面上并只標記出安裝角度）。
4.2 方案的分析和確定
a方案中兩軸上的葉片反向安裝，都能確保物料朝著卸料口移動。但是其移動速度太快攪拌質(zhì)量差，所以不予考慮。
b方案兩軸上的葉片同向布置，但是推動物料的的方向相反，會使物料移動速度過慢或者無法移動堵死攪拌機。
c方案兩軸上葉片也是同向布置，為了使物料能夠順利移動變使筒體向卸料口方向傾斜一個角度，這個方案可以考慮。但是傾斜的角度很難把握，難以找到合適的角度確保攪拌質(zhì)量和效率。
d方案是在c方案的基礎(chǔ)上在卸料口附近加上阻滯作用的葉片，可以確保傾斜角度稍大的情況下也能控制物料正向移動速度，提高攪拌質(zhì)量，此方案可選。
e方案在e方案的基礎(chǔ)上加以改進，一根軸上安裝順流葉片，另一根軸上的順流和逆流的葉片交替安裝，使其攪拌更加均勻徹底，同時兩根軸都加阻滯葉片。
經(jīng)過這些方案的研究和考慮，決定選擇e方案混合布置的葉片。但安裝傾斜的筒體對攪拌機構(gòu)的穩(wěn)定性和壽命有所影響，但是要其葉片要有同向布置，攪拌推動物料的方向才會相反作用，物料逆流，攪拌才會充分。于是選擇了以下葉片的布置方案（如下圖所示）。
圖3 設(shè)計葉片的布置
Fig.3 The layout design blade
在入料端使用寬螺旋狀的入料葉片，中央部分用帶狀的螺旋葉片，并且利用螺旋槳式的葉片作為反向葉片，攪拌葉片的正向葉片和反向葉片分別在兩軸上交替安裝。通過對葉片相對運動分析可知:這種攪拌葉片正反依次交替的正反排列得到的逆流次數(shù)要比攪拌葉片雙正排列得到的次數(shù)多,因此攪拌作用更強烈,攪拌質(zhì)量也更好。雖然這樣攪拌效率高,攪拌作用更強烈,攪拌質(zhì)量也更好。但這種情形下，攪拌葉片的運動順序容易破壞拌筒內(nèi)物料的整體流動，因為物料以連續(xù)遞推的方式前進。為了解決這些情況，選用的反向葉片的長度一般比正向葉片的要小一些。此外，采用螺旋槳葉片，作為反向葉片，各葉片均勻分布在軸上。這種葉片，可以承受較大的反向推力，攪拌的效率較高。螺旋槳葉片間斷的分布在軸上，使攪拌更加的充分。
筒體內(nèi)的物料被正、反葉片分成兩部分,一部分向前推進,另一部分則向后推送,使物料產(chǎn)生連續(xù)不斷的軸向往復(fù)運動,將處于不同半徑處的物料翻轉(zhuǎn),在正反葉片的共同作用下,物料在機內(nèi)反復(fù)翻動、擴散、攪拌、揉搓,使物料混合均勻。由于正向葉片大于反向葉片,且入料葉片比攪拌葉片寬且與攪拌軸之間垂直方向看是沒有縫隙的，以保證所以物料在作軸向往復(fù)運動的時候,順流的推進力總體上大于反推進力，于是物料總體上是向出料口方向前進的,因而可以滿足連續(xù)工作的要求。此外,物料由通常的單向運動方式改為往復(fù)運動,使得設(shè)備在有限的長度，提高物料的生產(chǎn)率和攪拌效率。
經(jīng)過以上分析選擇此混合型正反葉片相互交替布置是最合理的方案，且正向攪拌葉片設(shè)計為螺旋帶狀，反向葉片為螺旋槳式，入料葉片緊貼攪拌軸安置，增強推進力。
4.3葉片主要參數(shù)的設(shè)計
以入料葉片為例來說明葉片的主要參數(shù)設(shè)計。
—物料在料槽中的軸向移動速度(m/s),在實際工作中,通常不考慮物料軸向阻滯的影響,因此物料在料槽內(nèi)的軸向移動速度≈/60。
∴
由上式可以看出,當物料輸送量Q確定后,可以調(diào)整螺旋外徑D、螺距S、螺旋轉(zhuǎn)速n和填充系數(shù)φ四個參數(shù)來滿足Q的要求。
所以,螺旋直徑
主要參數(shù)的確定
對于螺旋輸送葉片,其物料輸送量可按下式計算:
式中 Q———螺旋輸送攪拌機輸送量(t/h)
F———料槽內(nèi)物料層橫截面積()
(φ為填充系數(shù))
r———物料的單位容積質(zhì)量()
c———傾斜輸送系數(shù);
令 ， 所以
式中 K———物料綜合特性系數(shù)。
物料綜合特性系數(shù)為經(jīng)驗數(shù)值。一般說來,根據(jù)物料的性質(zhì)，
查表取K=0.0573
為填充系數(shù)—取值為0.3
C＝傾斜輸送系數(shù)。該攪拌機的傾斜角度為，查表取值為1
代入數(shù)據(jù)得
D= =480.9 mm。
為方便生產(chǎn)，一般把計算出來的D值應(yīng)盡量圓整成下列標準直徑(mm):150,200,250,300,400,500,600,700,800……
所以D=500 mm。
4.4攪拌主軸轉(zhuǎn)速的確定
隨著主軸的轉(zhuǎn)動，使得混凝土產(chǎn)生一個附加的繞軸旋轉(zhuǎn)的循環(huán)流。主軸一定的轉(zhuǎn)數(shù)范圍內(nèi)，這種附加的循環(huán)流對混凝土的影響并不顯著。但是，一定的轉(zhuǎn)數(shù)時，混凝土就會產(chǎn)生垂直于輸送方向的跳躍翻滾，這時主軸將主要起攪拌而不再起軸向的推進作用。這不僅會降低物料的輸送效率，加速設(shè)備構(gòu)件的磨損，而且會降低生產(chǎn)率。因此，為了避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，主軸的轉(zhuǎn)速不得超過它的臨界轉(zhuǎn)速。
為了保證位于主軸附近的混凝土不會因為離心力的作用而產(chǎn)生垂直于輸送方向的徑向運動，它所受的離心力不能大于其自身重力，而葉片外徑處的混凝土所受的離心力最大，因此混凝土所受離心力的最大值與其自身重力之間應(yīng)有如下關(guān)系:
式中 —主軸最大轉(zhuǎn)速, 即臨界轉(zhuǎn)速，；
—螺旋葉片外徑，；
—重力加速度，；
—物料綜合特性系數(shù)。
令，則式可轉(zhuǎn)化為：
式中 —物料綜合特性系數(shù)，查表知：A=37
代入數(shù)據(jù)得＝52.3 r/min
因此把它初始設(shè)置在38是合理的。
攪拌葉片的螺旋角的設(shè)計
由于筒內(nèi)充滿了物料，其擴散作用使在環(huán)筒（d2-d1）內(nèi)的物料偏離輸送實體。而周圍的物料又來補充，組成新的輸送實體，連續(xù)不斷，循環(huán)往復(fù)。為不使物料在攪拌筒內(nèi)堆積和截斷。輸送葉片旋轉(zhuǎn)一周輸出的物料應(yīng)與攪拌葉片旋轉(zhuǎn)一周輸出的物料一致。
由公式
式中：
Q: 料流量（）
：螺旋葉片軸向投影面積 （）
：葉片旋轉(zhuǎn)一周被推料的軸向運動距離（）
N：葉片軸的轉(zhuǎn)速 （）
要滿足物料的連續(xù)性，有公式
＝
其中
把其余數(shù)據(jù)代入得：
由葉片的性質(zhì)知，帶式螺旋葉片的螺旋節(jié)距與螺旋葉片的直徑大致相同，再根據(jù)下述關(guān)系知
＝463.8 mm
考慮到該軸上還有一些反轉(zhuǎn)的葉片，的值適當取的大一些，所以?。?80 mm。
4.5螺旋葉片的選擇
用于雙臥軸混凝土攪拌機的工作螺旋是由旋轉(zhuǎn)軸和許多螺旋葉片彼此焊接而成。螺旋葉片的制造無疑是整個螺旋輸送機制造中的關(guān)鍵。制造螺旋葉片雖有多種方法，但由于螺旋輸送機屬小批生產(chǎn)，故用模具壓形來制造螺旋葉片乃是質(zhì)量可靠而又切實可行的辦法。
4.5.1、葉片螺旋面的成形
葉片的螺旋面是以垂直于軸的一段直線作母線繞軸作勻速旋轉(zhuǎn)并同時作勻速軸向移動而形成的。是母線繞軸旋轉(zhuǎn)360°所形成的螺旋葉片，此時母線軸向移動的距離稱為螺距S。
4.5.2、坯料形狀的選擇
所示螺旋葉片的坯料形狀示于下圖所視，顯然坯料有一小塊扇形面積未被使用。盡管如此，但生產(chǎn)中往往選用這種形狀的坯料壓制出正好一個螺距的螺旋葉片。若將坯料修改成開有剪縫的整圓環(huán)狀，就能壓制出多于一個螺距的螺旋葉片，達到充分利用材料的目的，還可減少工作螺旋中葉片間的焊縫。這樣做的另一優(yōu)點是使構(gòu)成工作螺旋的各螺旋葉片的接頭處的各焊縫錯開而不在同一軸向平面內(nèi)，從而改善螺旋輸送機工作的平穩(wěn)性。
4.5.3、整圓坯料尺寸的確定
此葉片為實體面型的螺旋葉片。
根據(jù)設(shè)計的尺寸可知：D=140 mm，S=400 mm，B=180 mm。
圖4 實體面型螺旋葉片
Fig.4 Solid plane type spiral leaf
（1） 內(nèi)螺旋線投影長=3.14140=440 mm。
（2） 外螺旋線投影長=3.14500=1570 mm。
（3） 螺旋線實長
＝＝594.6 mm。
＝＝1620.2 mm。
（4） 葉片內(nèi)沿展開半徑
mm。
（5） 葉片外沿展開半徑
=104.5+180=284.5 mm。
（6） 展開料缺口夾角
==
(7) 展開料缺口外螺旋線旋長 A=
＝＝164.7 mm。
帶式面型的螺旋葉片
根據(jù)設(shè)計的尺寸可知：D=300 mm，S=480 mm，B=100 mm。
圖5 帶式面型螺旋葉片
Fig.5 Belt type face type spiral leaf
（1）內(nèi)螺旋線投影長=3.14300=942 mm。
（2）外螺旋線投影長=3.14500=1570 mm。
（3）螺旋線實長
＝＝1057 mm。
＝＝1642 mm。
（4）葉片內(nèi)沿展開半徑
mm。
（5）葉片外沿展開半徑
=101+100=280.7 mm。
(6)展開料缺口夾角
==
(7) 展開料缺口外螺旋線旋長 A=
＝＝120 mm。
4.6螺旋葉片的校核
葉片的材料采用16Mn的鋼，查表知道葉片的＝420 MPa。＝253 MPa。
圖6 物料葉片上運動圖
Fig.6 The campaign map. Material blade
物料顆粒M在p力作用下,在料槽中進行著一個復(fù)合運動,即沿軸向移動,又沿徑向旋轉(zhuǎn),如圖所示,既有軸向速度V1,又有圓周速度V2,其合速度為V。當螺旋體以角速度W繞軸回轉(zhuǎn)時,若在螺旋葉片任一半徑r的O點處有一物料顆粒M,則物料顆粒M的運動速度可由圖的速度三角形求解。葉片上O點的線速度.就是物料顆粒M牽連運動的速度,可用矢量OA表示,方向為沿O點回轉(zhuǎn)的切線方向;物料顆粒M相對于螺旋面相對滑動的速度,平行于O點的螺旋線切線方向,可用矢量AB表示。當不考慮葉片摩擦時,則物料顆粒M絕對運動的速度Vn應(yīng)是螺旋面上O點的法線方向,可用矢量OB表示。由于物料與葉片有摩擦,物料顆粒M自O(shè)點的運動速度V的方向應(yīng)與法線偏轉(zhuǎn)—摩擦角ρ?，F(xiàn)對V進行分解,則可得到物料顆粒自O(shè)點移動的軸向速度V1和圓周速度V2。因此,V1就是料槽中物料的輸送方向,而V2則是對物料輸送的阻滯和干擾。
根據(jù)物料顆粒M運動速度圖的分析,物料軸向移動的速度為:
由于，
所以
而
所以
由于
所以又可寫成
同理可得：
。
式中 S———螺旋螺距(mm)
n———螺旋轉(zhuǎn)速(r/min)
f———物料與葉片間的摩擦系數(shù),f=tanρ，ρ是與物料的摩擦角(°)
α———螺旋面升角(°)。
據(jù)此,可得出物料在料槽內(nèi)軸向移動速度V1和圓周速度V2隨半徑r而變化的曲線圖。
圖7 物料軸向運動與圓周運動
Fig.7 Materials axial movement and circular motion
由圖7可見, 對帶狀葉片，V2在半徑長度范圍內(nèi)是變化的。在葉片邊緣處，沿軸向運動的速度最大。
。代入數(shù)據(jù)知
＝285.3 mm/s
=0.29 m/s。
=
=164.2 mm/s
＝0.16 m/s。
現(xiàn)在假設(shè)物料均是在最大速度上進行運動，在軸旋轉(zhuǎn)一周時的時間內(nèi)，在水平方向上，由動量守恒定律得
t＝mv1
代入數(shù)據(jù)得
＝24.3 N。
在豎直方向上，由動量守恒定律得
t＝mv2
代入數(shù)據(jù)得
＝7.4N。
＝0.3mg＝
＝1366.6 N。
葉片在葉邊緣所受的力為F=＝＝1366.5 N。
葉片在沿軸向看去為一圓環(huán)，由公式對y軸的慣性矩
葉片彎曲時，最大正應(yīng)力發(fā)生在彎矩最大的截面上
由公式
＝
＝0.075 MPa<<
對實體葉片，V2在半徑長度范圍內(nèi)是變化的。在葉片邊緣處，沿軸向運動的速度最大。
。代入數(shù)據(jù)知
＝225.6 mm/s =0.2256 m/s。
=
=129.8 mm/s ＝0.130 m/s。
在水平方向上，由動量守恒定律得
t＝mv1
代入數(shù)據(jù)得
＝21.7 N。
在豎直方向上，由動量守恒定律得
t＝mv2
代入數(shù)據(jù)得
＝7.2N。
＝0.3mg＝
＝1590.3 N。
葉片在葉邊緣所受的力為F=＝＝1597.8 N。
葉片在沿軸向看去為一圓環(huán)，由公式對y軸的慣性矩
葉片彎曲時，最大正應(yīng)力發(fā)生在彎矩最大的截面上
由公式
＝
＝0.033 MPa<<
由于物料在剛接觸葉片時，瞬間速度發(fā)生了較大的變化，對葉片來說有一個很大的力的沖擊，在這個瞬間，葉片要承受較大的沖擊。由于由上式計算出的結(jié)果可知遠小于，葉片不會發(fā)生彎折的情形。可以認為這種沖擊對葉片來說也是安全的。
螺旋槳式螺旋葉片即反向葉片
螺旋槳式螺旋葉片在雙臥軸混凝土攪拌機當中，主要是用來使混凝土反向運動，使混凝土攪拌得更均勻，達到一定的硬度。然而由于葉片的作用，使混凝土在反向運動，而物料在運動的過程中突然受阻，葉片受到的阻力將突然增強。因此，葉片受到很強的推力，容易發(fā)生彎折（如下圖所示）。
圖8 反向葉片
Fig.8 backward vane
在水平方向上，由動量守恒定律得
t＝mv1-mv2
代入數(shù)據(jù)得
＝14.5 N。
在豎直方向上，由動量守恒定律得
t＝mv2
代入數(shù)據(jù)得
＝4.8N。
＝0.3mg＝
＝1883.25 N。
葉片在葉邊緣所受的力為F=＝＝1883.4 N。
葉片在沿軸向看去為一圓環(huán)，由公式對y軸的慣性矩
葉片彎曲時，最大正應(yīng)力發(fā)生在彎矩最大的截面上
由公式
＝
＝0.24 MPa<<
參考一些其它的焊接方法，對于實體攪拌葉片有很長的焊縫，。我采用交錯斷續(xù)角焊縫。焊角尺寸為5 mm，相鄰焊縫的間距為30 mm，焊縫段數(shù)為10段，每段焊縫長度為50 mm。對于帶狀葉片來說，主要是對葉片加強板兩端的焊接。分別采用角焊縫，焊角尺寸為5 mm。
5 筒體和攪拌軸的簡要設(shè)計
5.1 筒體的主要參數(shù)
筒體主要包括出料口、側(cè)板、伴筒組成，其長度根據(jù)攪拌軸長定為4354mm，寬度為1046mm，高度為593mm。為了加固筒體，在其兩個長邊加上角鋼。能增加筒體的使用壽命和安全性，如下圖所示。
圖9 筒體
Fig.9 tubular body
1側(cè)板 2角鋼 3伴筒 4出料口 5圓弧板
5.2攪拌軸的主要參數(shù)
考慮軸的材料不能太重，于是采用管軸的形式。其長度為4300mm，內(nèi)徑為116mm，外徑為140mm，留下24mm厚度作為焊接葉片所用。在軸的兩端分別有兩個與聯(lián)軸器固定的銷孔其直徑為30mm。葉片焊接上去是最簡單實用的方式，用焊接的優(yōu)勢還容易修復(fù)脫落的葉片。攪拌軸為一管光軸，既節(jié)省材料，又容易修理，在生活中普遍應(yīng)用，所以選擇這種攪拌軸作為設(shè)計所用，下圖為焊上葉片后的攪拌軸，每個螺旋葉片都附加葉片加強板來保證葉片的牢固性。
圖10 攪拌軸
Fig.10 mixer shaft
6軸的設(shè)計與計算
6.1左軸的校核
—電機的功率；
—聯(lián)軸器效率；
—減速器效率
已知電機的功率是18.5KW。查表得聯(lián)軸器的效率是0.99。減速器的效率是0.91
代入公式得＝17.59 KW。
6.1.1、初步估算軸的直徑
選取45號鋼作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理。查表得＝640N/mm2，由表查得材料許用應(yīng)力＝60N/mm2。
由公式 mm
—軸所傳遞的功率，KW；
n—軸的轉(zhuǎn)速，r/min。
A－取決于軸材料的許用扭矩切應(yīng)力的系數(shù)，其值查表知A=115
計算軸的最小直徑并加大3％以考慮鍵槽的影響。
則＝91.6 mm。
在軸的最細的部分軸的直徑取值為100 mm。
圖11 左軸結(jié)構(gòu)
Fig.11 Left shaft structure
6.1.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
確定各軸段直徑和長度
(1)段根據(jù)圓整（GB5014-85）,并由T和n，根據(jù)減速器選擇聯(lián)軸器型號為(Q/ZB121-73)，比轂孔長度稍短，因此（1）段的長度選擇為160 mm。（2）段為使聯(lián)軸器定位，軸肩應(yīng)有一定高度，且符合標準密封內(nèi)徑和滾動軸承型號，因此（2）段的直徑為110 mm。取端蓋寬度為20 mm。查GB/T281-1994,暫選圓柱孔調(diào)心球軸承2322，其寬度為80 mm。軸承座的寬度為40 mm。筒左壁厚度為27 mm?？紤]到端蓋與聯(lián)軸器之間有距離，（2）段總的長度為187 mm。
（3）段為了和軸套配合，（3）段的直徑為116 mm。軸套與軸連接用的是銷軸，考慮到銷軸成對使用，（3）段長度不宜過短，因此設(shè)計選（3）段長度為200 mm。
6.1.3軸承的強度校核
攪拌軸與殼體的連接，根據(jù)軸的直徑，選用調(diào)心球軸承2322。
查設(shè)計手冊，2322軸承的主要性能參數(shù)（GB/T—288--1994）為：
C=215000 N， Co＝942000 N ， e＝0.39 ，YI=1.6， Y2=2.5 ， Yo＝1.7
計算軸承支反力
設(shè)螺旋為標準的等螺距、等直徑、螺旋面升角α的單頭螺旋。以距離螺旋軸線r處的物料顆粒M作為研究對象,進行運動分析旋轉(zhuǎn)螺旋面作用在物料顆粒M上的力為P,由于物料與葉片的摩擦關(guān)系,P力方向與螺旋面的法線方向偏離了β角。β角的大小由物料對螺旋面的摩擦角ρ及螺旋面的表面粗糙程度決定, 板拉制的螺旋面,可忽略其表面粗糙程度對β角的影響,可認為β≈ρ。P力可分解為法向分力P1和徑向分力P2。
圖12 受力分析
Fig.12 Stress analysis
從圖上知，對任一個葉片來說，
＝1597.8sin（71.236）＝1506 N。
＝1597.8 cos（71.236）＝511.6 N。
對對整根軸來說 ＝511.69＝4604.6 N 。
因為/=0.34
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