2000型双轴卧式搅拌机搅拌轴的设计

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摘要

混凝土搅拌机是施工机械装备中的重要设备，其产品质量和生产效率直接影响着建筑施工质量和建筑施工进度。强制式搅拌机是应用最普遍、使用率最高的混凝土搅拌机。双卧轴搅拌机是新型搅拌机型，因其搅拌质量好，生产率高，被广泛用于各种搅拌场合。

这种形式的搅拌机主要由水平安置的两个相连的圆槽形拌筒、两根按相反方向转动的搅拌轴和传动机构组成。在两根水平轴上的圆周方向安装了若干有规律排列的搅拌叶片。两根水平轴上的搅拌叶片前后上下都错开一定的空间，从而使拌和料在两个拌筒内轮番地得到搅拌。

借助旋转的叶片对物料进行剪切、挤压、翻滚和抛出等强制搅拌作用，使物料在剧烈的相对运动中得到均匀搅拌。这种机型的搅拌机，搅拌作用强烈，搅拌质量好，生存率高，但磨损和功耗大。本课题从搅拌叶片的布局和搅拌机的主要参数的设计考虑，设计出更合理的搅拌机。

关键词：混泥土搅拌机；双轴；叶片

Abstract

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Concrete mixer is the key device of construction machinery and equipment. It has product quality and production efficiency, which direct 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.

The agitator is mainly composed of two groove agitating vessels connected, two mixer shafts rotating in the opposite direction and gearing. A certain number of regular mixer blades are equiped around the circle of the two horizontal shafts. In order to make sure the materials be stired in turn in the two mixer vessels, the mixer blades are staggered. With the help of rotating blades，conducts forced action of cutting，squeezing ，rolling and thrusting to the material，andthus mixes it evenly in the fierce relative movement．Thjs kind of mixer is featured with strong mixing action．good mixing quality，hish productivity ，but terrible wearing and big power consumption．Considering the

arrangement of mixing blades and the main parameters of mixer，and by analysis to the mixing process，design a more reasonable mixer.

Keywords ：concrete mixer；twin-shaft ；blade

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目录

中文摘要 英文摘要

第一章 总述 ............................................................................................................................................. 1

1.1双卧轴搅拌机原理 ..................................................................................................................... 1 1.2国内外搅拌机的发展历程 ......................................................................................................... 3 1.3搅拌机研究的背景与意义 ......................................................................................................... 6 1.4 论文研究的方法和内容 ............................................................................................................ 8 第二章 主参数设定 ................................................................................................................................. 9

2.1搅拌筒的参数设计 ..................................................................................................................... 9

2.1.1搅拌筒的外形与材质 ...................................................................................................... 9 2.1.2搅拌筒的尺寸确定及结构选型 .....................................................................................11 2.1.3容积 ................................................................................................................................ 13 2.2搅拌机功率 ............................................................................................................................... 14 2.3搅拌机主轴转速 ....................................................................................................................... 14 第三章 传动装置 ................................................................................................................................... 15

3.1电动机 ....................................................................................................................................... 15 3.2减速机 ....................................................................................................................................... 16

3.2.1齿箱速比 ........................................................................................................................ 16 3.2.2减速器的选用 ................................................................................................................ 16 3.3联轴器 ....................................................................................................................................... 17

3.3.2联轴器的选用 ................................................................................................................ 17

第四章 搅拌装置 ................................................................................................................................... 18

4.1搅拌臂的排列 ........................................................................................................................... 18

4.1.1搅拌臂的料流排列 ........................................................................................................ 18 4.1.2搅拌臂的数目 ................................................................................................................ 19 4.2搅拌轴上夹套设计 ................................................................................................................... 21

4.2.1选择材料，确定设计压力 ............................................................................................ 21 4.2.2夹套筒体和夹套封头厚度计算 .................................................................................... 21 4.2.3内筒体壁厚计算 ............................................................................................................ 23 4.3搅拌叶片 ................................................................................................................................... 24

4.3.1搅拌叶片的基本参数 .................................................................................................... 24 4.3.2搅拌叶片的排列 ............................................................................................................ 27 4.3.3搅拌叶片的安装角度 .................................................................................................... 29 4.4叶片的校核 ............................................................................................................................... 31

4.4.1叶片数量的校核 ............................................................................................................ 32 4.4.2相邻叶片相位关系 ........................................................................................................ 32 4.3.3螺旋升角λ ..................................................................................................................... 32 4.5搅拌主轴 ................................................................................................................................... 32

4.5.1主轴主要参数 ................................................................................................................ 33 4.5.2主轴的强度校核 ............................................................................................................ 34 4.6搅拌机附件 ............................................................................................................................... 36

4.6.1轴封 ................................................................................................................................ 36 4.6.2挡板 ................................................................................................................................ 37 4.6.3滚动轴承的选择 ............................................................................................................ 37

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4.7搅拌机“裹轴" 现象 ................................................................................................................. 38 结论 ......................................................................................................................................................... 39 致谢 ......................................................................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献 ................................................................................................................................................. 40

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第一章 总述

1.1双卧轴搅拌机原理

双轴式混凝土搅拌机又称双卧轴搅拌机，它与单卧轴搅拌机一样也是一种新型的搅拌机种，也具有自落和强制两种搅拌功能，2000型混凝土搅拌机属于强制式搅拌机的一种，2000——出料容量为2000L 。它是目前国内较为新型的搅拌机，整机结构紧凑，外观美观。2000型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PLC 系列配料机组成简易式混凝土搅拌站的双重优越性，还可以为搅拌站提供配套主机，试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。

图一

这种形式的搅拌机主要由水平安置的两个相连的圆槽形拌筒，两根按相反方向转动的搅拌轴和传动机构等组成，在两根水平轴的圆周方向安装了若干组呈螺旋形排列的搅拌叶片，两根水平轴上的搅拌叶片前后上下都错开一定的空间，从而使拌合料在两个拌筒内轮番地得到搅拌。搅拌叶片一方面将拌筒底部和中间的拌合料向上翻动，另一方面又将拌合料沿轴向推挤形成交叉料流，加上安装在搅拌轴端的强力推压叶片

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使拌合料经强烈搅拌后变成匀质混凝土。

图二

双卧轴搅拌机与单卧轴搅拌机一样都设有端面叶片，所不同的是：单卧轴搅拌机的水平轴上装有螺旋带状叶片，而双卧轴搅拌机的水平轴上按一定规律排列若干拌臂，每个拌臂装有一枚叶片，观察这些叶片在三维坐标内形成不连续的螺旋，当水平轴按某一固定旋向运转时，螺旋所产生对物料的推力可分解成径向力和轴向力，径向力的作用使物料向上翻动，而轴向力的作用将物料沿水平轴推向中间和一端，另一水平轴产生相同的效果，将物料推向中间和另一端。这样，拌简内物料的流动形成复杂的运动轨迹，加上端面叶片的作用，使物料的运动轨迹变得更为复杂，搅拌作用也就更为强烈。对于某一运动着的微小的混凝土物料可以看作某一运动单元，而该单元在搅拌过程中循着复杂的运动轨迹，在摩擦力挤压力、剪切力、惯性力的作用下作不规则的运动，当该单元由叶片带到上部时，则由挤紧状态松脱出来产生一个分散抛落过程，犹如自落式搅拌过程。当该单元在搅拌叶片作用下向下运动时，则将受到挤压力和摩擦力的作用，既有大的流动，又有小范围的挤散和重新组合，犹如强制式搅拌过程。此外，这就是双卧轴搅拌机的主要特点。

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1.2国内外搅拌机的发展历程

19世纪40年代，在德、美、俄等国家出现了以蒸气机为动力源的白落式搅拌机，其搅拌腔由多面体状的木制筒构成，一直到19世纪80年代，才开始用铁或钢件代替木板，但形状仍然为多面体。1888年法国申请登记了第一个用于修筑战前公路的混凝土搅拌机专利。20世纪初，圆柱形的拌筒自落式搅拌机才开始普及，形状的改进避免了混凝土在拌筒内壁上的凝固沉积，提高了搅拌质量和效率。1903年德国在斯太尔伯格建造了世界上第一座水泥混凝土的预拌工厂。1908年，在美国出现了第一台内燃机驱动的搅拌机，随后电动机则成为主要动力源。从1913年，美国开始大量生产预拌混凝土，到1950年，亚洲大陆的日本开始用搅拌机生产预拌混凝土。在这期间，仍然以各种有叶片或无叶片的自落式搅拌机的发明与应用为主„。

图三 自落式搅拌机的工作原理图 图四强制式搅拌机的工作原理图 自落式搅拌机依靠被拌筒提升到一定高度的物料的自落完成搅拌。工作时，随着拌筒的转动，物料被搅拌筒内壁固定的叶片提升到一定高度后，依靠自重下落。由于各物料颗粒下落的高度、时问、速度、落点和滚动距离不同，从而物料各颗粒相互穿插、渗透、扩散，最后达到均匀混合。自落式搅拌机结构简单，可靠性高，维护简单，功率消耗小，拌筒和叶片磨损轻，但搅拌强度不高，生产效率低，搅拌质量不易保证。此种搅拌机适于拌制普通塑性混凝土，广泛应用于中小型建筑工地。按拌筒形状和卸料方式的不同，有鼓筒式搅拌机、双锥反转出料搅拌机、双锥倾翻出料搅拌机和对开式搅拌机等，随着多种商品混凝土的广泛使用以及建筑规模的大型化、复杂化和高层化对混凝土质量、产量不断提出的更高要求，有力地促进了混凝土搅拌设备在使用性能和技术水平方面的提高与发展。各国研究人员开始从混凝土搅拌机的结构形式、传

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动方式、搅拌腔衬板材料以及搅拌生产工艺等方面进行改进和探索。

20世纪40年代后期，德国ELBA 公司最先发明了强制式搅拌机，和自落式搅拌机 的工作原理不同，强制式搅拌机利用旋转的叶片强迫物料按预定轨迹产生剪切、挤压、 翻滚和抛出等强制搅拌作用，使物料在剧烈的相对运动中得到匀质搅拌。强制式搅拌机，与自落式搅拌机相比，强制式搅拌机搅拌作用强烈，搅拌质量好，搅拌效率高，但拌筒和叶片磨损大，功耗增大。此种搅拌机适于拌制干硬性、轻骨料混凝土以及特种混凝土和专用混凝土，多用于施工现场的混凝土搅拌站和预拌混凝土搅拌楼。根据构造特征不同，主要有立轴涡浆式搅拌机、立轴行星式搅拌机、立轴对流式搅拌机、单卧轴搅拌机和双卧轴搅拌机等。

图五

公司和REX WORKS公司、意大利的SICOMA 公司和SIMEN 公司、日本的日工株式会社和光洋株式会社等企业发展迅速，目前已形成系列产品。比如德国的EMC 系列、EMS 系列搅拌站和UBM 系列、EMT 系列搅拌楼，意大利的MAO 系列搅拌站、MSO 系列大型搅拌基地等。

我国混凝土搅拌设备的生产从20世纪50年代开始。1952年，天津工程机械厂和上海建筑机械厂试制出我国第一代混凝土搅拌机，进料容量为400L 和1000L 。20

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世纪70年代未至80年代初，我国为适应建筑业商品混凝土大规模发展的需要，在引进国外样机的基础上，有关院所厂家陆续开发了新一代Jz 型双锥自落式搅拌机、．D 型单卧轴强制式搅拌机。其中，JS 型双卧轴搅拌机在80年代初研制成功。80年代末，我国混凝土搅拌产品开发重点转向商品混凝土成套设备，研制出了10多种混凝土搅拌楼(站) 。经过引进吸收、自主开发等几个阶段，到本世纪初，国内混凝土搅拌机技术得到长足发展，在产品规格和生产数量上，都达到了一定规模，出现了一批具有自主知识产权的新技术，逐步形成了一个具有一定规模和竞争能力的行业。混凝土机械是建筑工程业中使用最广泛、用量最大的施工设备之一。中国是世界上水泥产量最大的国家，年产量约13.8亿t ，占世界水泥总产量的50%以上，这就决定了中国混凝土机械在世界工程建设中的地位。到目前为止，我国是混凝土机械(主要指混凝土搅拌站(楼) 、搅拌输送车、混凝土泵和泵车) 生产量和拥有量最大的国家。就预拌混凝土的用量比例来看，我们与发达国家的平均水平还有不少差距，但在我国大中城市的使用已达到某些发达国家的水平。在我国省会城市已达到70%以上，地级市一般也在30％〜50%，特别是北京、上海等城市，预拌混凝土已达90%以上，也是世界上预拌混凝土用量最大的城市，最高时达5500万/㎥年。某些沿海省份如江苏、广东等，商品混凝土供应站均在400〜500家之多。在产品设备方面，我国产品也有可圈可点之处，有世界上最大主机为6㎥的商品混凝土搅拌楼，有将C100混凝土泵送到436m 高、创世界纪录的高压大容量混凝土泵，有世界上臂架最长的72m 泵车和6节折叠臂的RZ 型泵车。在世界建筑工程机械50强，中国入列的8家企业中，有5家生产混凝土机械。其中，中联重科和三一重工成为混凝土机械名列前茅的2家，这是中国混凝土机械行业的骄傲。

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1.3搅拌机研究的背景与意义

搅拌设备的作用如下： ① 使物料混合均匀；

② 使气体在液相中很好的分散；

③ 使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀的悬浮； ④ 使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化； ⑤ 强化相间的传质（如吸收等）； ⑥ 强化传热。

随着经济建设的同益发展，国家不断加快城市建设和基本建设，西部大开发、西气 东输、南水北调和奥运工程等一大批国家重点建设项目全面展开，国内对混凝土搅拌设 备的需求量随之增加。这为混凝土的搅拌行业提供了巨大的发展商机。商品混凝土的大力推广和工程建设施工的高质量化、高效率化和高效益化，从客观上推动了混凝土搅拌质量、搅拌设备在使用性能与技术水平方面的迅速提高和发展。此外，从市场需求看，随着高速公路和高速铁路建设的加快，用户对施工质量的要求越来越高，一些传统搅拌设备已无法满足越来越高的施工要求。