第一篇：攪拌機(jī)設(shè)計(jì)流程

摘要

攪拌機(jī)是攪拌設(shè)備的心臟。在攪拌機(jī)設(shè)計(jì)及使用過(guò)程中，合理的選取攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)和工作參數(shù)，直接關(guān)系到混凝土等材料的攪拌質(zhì)量和攪拌效率。論文對(duì)攪拌臂的排列、攪拌葉片的安裝角、拌筒長(zhǎng)寬比、攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速和攪拌時(shí)間等主要參數(shù)的選取進(jìn)行分析與試驗(yàn)研究。通過(guò)歸納，給出了雙臥軸攪拌機(jī)的主要參數(shù)，包括攪拌臂排列、葉片安裝角、拌筒長(zhǎng)寬比、攪拌線速度等；給出了評(píng)價(jià)攪拌機(jī)參數(shù)合理與否的準(zhǔn)則；給出了攪拌臂排列的基本原則。論文通過(guò)試驗(yàn)研究，建議用葉片推動(dòng)的物料量與該攪拌機(jī)的公稱容量的比值rl，來(lái)綜合評(píng)定攪拌臂的個(gè)數(shù)，葉片面積和其他參數(shù)匹配的合理性，并作為設(shè)計(jì)時(shí)的參考；雙臥軸攪拌機(jī)的葉片的安裝角范圍為3l一45，對(duì)國(guó)內(nèi)廣泛使用的寬短型雙臥軸攪拌機(jī)葉片安裝角度推薦為45；對(duì)目前國(guó)內(nèi)外普遍使用的雙臥軸攪拌機(jī)，它的長(zhǎng)寬比的選擇范圍為0．7—1．3，推薦使用值為小于1；攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速主要受攪拌過(guò)程中混合料不發(fā)生離析現(xiàn)象所限制，對(duì)目前常用的雙臥軸攪拌機(jī)，推薦的葉片線速度為1．4m／s-1．7m／s／；合理的攪拌時(shí)間是保證攪拌質(zhì)量符合要求條件下的最短攪拌時(shí)間，它受充盈率等多種因素影響，合理的攪拌時(shí)間應(yīng)通過(guò)試拌來(lái)確定。[關(guān)鍵詞]：攪拌機(jī)、主要參數(shù)、合理性、實(shí)驗(yàn)研究

第1章 前言

1．1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

19世紀(jì)40年代，在德、美、俄等國(guó)家出現(xiàn)了以蒸氣機(jī)為動(dòng)力源的白落式攪拌機(jī)，其攪拌腔由多面體狀的木制筒構(gòu)成，一直到19世紀(jì)80年代，才開始用鐵或鋼件代替木板，但形狀仍然為多面體。1888年法國(guó)申請(qǐng)登記了第一個(gè)用于修筑戰(zhàn)前公路的混凝土攪拌機(jī)專利。20世紀(jì)初，圓柱形的拌筒自落式攪拌機(jī)才開始普及，其工作原理如圖1．2所示。形狀的改進(jìn)避免了混凝土在拌筒內(nèi)壁上的凝固沉積，提高了攪拌質(zhì)量和效率。1903年德國(guó)在斯太爾伯格建造了世界上第一座水泥混凝土的預(yù)拌工廠。1908年，在美國(guó)出現(xiàn)了第一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的攪拌機(jī)，隨后電動(dòng)機(jī)則成為主要?jiǎng)恿υ础?913年，美國(guó)開始大量生產(chǎn)預(yù)拌混凝土，到1 950年，亞洲大陸的日本開始用攪拌機(jī)生產(chǎn)預(yù)拌混凝土。在這期間，仍然以各種有葉片或無(wú)葉片的自落式攪拌機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用為主?。自落式攪拌機(jī)依靠被拌筒提升到一定高度的物料的自落完成攪拌。工作時(shí)，隨著拌筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，物料被攪拌筒內(nèi)壁固定的葉片提升到一定高度后，依靠自重下落。由于各物料顆粒下落的高度、時(shí)問(wèn)、速度、落點(diǎn)和滾動(dòng)距離不同，從而物料各顆粒相互穿插、滲透、擴(kuò)散，最后達(dá)到均勻混合。自落式攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，維護(hù)簡(jiǎn)單，功率消耗小，拌筒和葉片磨損輕，但攪拌強(qiáng)度不高，生產(chǎn)效率低，攪拌質(zhì)量不易保證。此種攪拌機(jī)適于拌制普通塑性混凝土，廣泛應(yīng)用于中小型建筑工地。按拌筒形狀和卸料方式的不同，有鼓筒式攪拌機(jī)、雙錐反轉(zhuǎn)出料攪拌機(jī)、雙錐傾翻出料攪拌機(jī)和對(duì)開式攪拌機(jī)等，其中鼓簡(jiǎn)式攪拌機(jī)技術(shù)性能落后，已于1987年被我國(guó)建設(shè)部列為淘汰產(chǎn)品。隨著多種商品混凝土的廣泛使用以及建筑規(guī)模的大型化、復(fù)雜化和高層化對(duì)混凝土質(zhì)量、產(chǎn)量不斷提出的更高要求，有力地促進(jìn)了混凝土攪拌設(shè)備在使用性能和技術(shù)水平方面的提高與發(fā)展。各國(guó)研究人員開始從混凝土攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)形式、傳動(dòng)方式、攪拌腔襯板材料以及攪拌生產(chǎn)工藝等方面進(jìn)行改進(jìn)和探索。20世紀(jì)40年代后期，德國(guó)ELBA公司最先發(fā)明了強(qiáng)制式攪拌機(jī)，和自落式攪拌機(jī)的工作原理不同，強(qiáng)制式攪拌機(jī)利用旋轉(zhuǎn)的葉片強(qiáng)迫物料按預(yù)定軌跡產(chǎn)生剪切、擠壓、翻滾和拋出等強(qiáng)制攪拌作用，使物料在劇烈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中得到勻質(zhì)攪拌。強(qiáng)制式攪拌機(jī)工作原理如圖1．3，與自落式攪拌機(jī)相比，強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌作用強(qiáng)烈，攪拌質(zhì)量好，攪拌效率高，但拌筒和葉片磨損大，功耗增大。此種攪拌機(jī)適于拌制干硬性、輕骨料混凝土以及特種混凝土和專用混凝土，多用于施工現(xiàn)場(chǎng)的混凝土攪拌站和預(yù)拌混凝土攪拌樓。根據(jù)構(gòu)造特征不同，主要有立軸渦漿式攪拌機(jī)、立軸行星式攪拌機(jī)、立軸對(duì)流式攪拌機(jī)、單臥軸攪拌機(jī)和雙臥軸攪拌機(jī)等。

圖1．2 自落式攪拌機(jī)工作原理示意圖圖1．3強(qiáng)制式攪拌機(jī)工作原理示意圖

隨著技術(shù)的發(fā)展，強(qiáng)制式攪拌機(jī)在德國(guó)的BHS公司和ELBA公司、美國(guó)的JOHNSON 公司和REX WORKS公司、意大利的SICOMA公司和SIMEN公司、日本的日工株式會(huì)社和光洋株式會(huì)社等企業(yè)發(fā)展迅速，目前已形成系列產(chǎn)品。比如德國(guó)的EMC系列、EMS系列攪拌站和UBM系列、EMT系列攪拌樓，意大利的MAO系列攪拌站、MSO 系列大型攪拌基地等。我國(guó)混凝土攪拌設(shè)備的生產(chǎn)從20世紀(jì)50年代開始。1952年，天津工程機(jī)械廠和上海建筑機(jī)械廠試制出我國(guó)第一代混凝土攪拌機(jī)，進(jìn)料 容量為400L和1000L。20世紀(jì)70年代未至80年代初，我國(guó)為適應(yīng)建筑業(yè)商品混凝土大規(guī)模發(fā)展的需要，在引進(jìn)國(guó)外樣機(jī)的基礎(chǔ)上，有關(guān)院所廠家陸續(xù)開發(fā)了新一代Jz型雙錐自落式攪拌機(jī)、．D型單臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)。其中，JS型雙臥軸攪拌機(jī)在80年代初研制成功。80年代末，我國(guó)混凝土攪拌產(chǎn)品開發(fā)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向商品混凝土成套設(shè)備，研制出了10多種混凝土攪拌樓(站)。經(jīng)過(guò)引進(jìn)吸收、自主開發(fā)等幾個(gè)階段，到本世紀(jì)初，國(guó)內(nèi)混凝土攪拌機(jī)技術(shù)得到長(zhǎng)足發(fā)展，在產(chǎn)品規(guī)格和生產(chǎn)數(shù)量上，都達(dá)到了一定規(guī)模，出現(xiàn)了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)，逐步形成了一個(gè)具有一定規(guī)模和競(jìng)爭(zhēng)能力的行業(yè)。2006年，我國(guó)生產(chǎn)裝機(jī)容量O．5～6m3的攪拌站2100多臺(tái)，已成為混凝土攪拌設(shè)備的生產(chǎn)大國(guó)。1．2國(guó)內(nèi)外攪拌機(jī)參數(shù)的研究現(xiàn)狀

對(duì)攪拌設(shè)備來(lái)說(shuō)，攪拌機(jī)構(gòu)是核心裝置，混凝土攪拌質(zhì)量的好壞，攪拌機(jī)生產(chǎn)率的高低以及使用維修費(fèi)用的多少都與它有關(guān)，目前，雙臥軸攪拌機(jī)是國(guó)內(nèi)的主導(dǎo)機(jī)型，因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)臥軸攪拌機(jī)技術(shù)進(jìn)行了比較廣泛、深入的研究。國(guó)外對(duì)臥軸攪拌機(jī)技術(shù)的研究起因于對(duì)瀝青混和料拌和抽樣和方法準(zhǔn)確度的分析，由于試驗(yàn)中采用的1t間歇式臥軸強(qiáng)制攪拌器，抽取的樣品測(cè)試數(shù)據(jù)顯示了在攪拌器的一種設(shè)計(jì)與另一種設(shè)計(jì)之間，由于槳葉的排列方式不同，有可能成為造成混合料均勻度的明顯差別的主要原因。研究人員分析認(rèn)為：所用的雙軸槳葉式攪拌器中，材料的主要運(yùn)動(dòng)是一種在與軸垂直的平面內(nèi)，圍繞著每根軸的不規(guī)則轉(zhuǎn)動(dòng)。在槳葉相遇或重疊的部位，材料在一根軸之間的區(qū)域內(nèi)相互交換著，材料的輔助運(yùn)動(dòng)是與兩根軸平行的，從攪拌軸的一個(gè)旋轉(zhuǎn)平面到另一旋轉(zhuǎn)平面。在用來(lái)構(gòu)成輔助運(yùn)動(dòng)方面，不同設(shè)計(jì)方案的攪拌器，變化是很廣泛的?；旌狭显趦筛S之間的區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)是不規(guī)則的，但是在軸的兩側(cè)，物料則圍繞著攪拌器內(nèi)壁在水平面內(nèi)作某種循環(huán)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的程度都會(huì)受到槳葉端面與它們移動(dòng)方向的夾角的影響。為了找到在攪拌器其它設(shè)計(jì)特點(diǎn)保持不變的情況下，由于改變槳葉端面的角度和安裝方式而產(chǎn)生的不同方案的輔助運(yùn)動(dòng)，以及對(duì)被攪拌的混和料均勻度的影響程度，研究人員制造了一套帶有可調(diào)槳葉的特殊槳臂。通過(guò)央緊作用，將槳葉緊固到槳臂的圓柱部分，并可按任意角度調(diào)整，而且可按根右旋或左旋螺距來(lái)安裝于攪拌軸上。在一些攪拌器中，將垂直于它們移動(dòng)方向的平面槳葉，向左和向右交替地轉(zhuǎn)一定角度，使這些槳葉的排列方式不是按照產(chǎn)生一種有規(guī)則的輔助運(yùn)動(dòng)，所以在攪拌器內(nèi)材料的輸送不是始終如一地從一端到另一端。當(dāng)使物料由軸的兩端向中心運(yùn)動(dòng)時(shí)。物料向中心堆積，有一些物料則從堆積料的頂端溢出，再?gòu)膬啥朔祷?，那旱物料的水平面要低得多。在另外一些攪拌器中，槳葉的排列可使物料產(chǎn)生有規(guī)則的輔助運(yùn)動(dòng)。一軸上的所有槳葉端面都使物料朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，而另一根軸上的所有槳葉端面部使物料朝相反的方向運(yùn)動(dòng)。在槳葉相對(duì)于攪拌軸不同的傾斜角度情況下，分別采用兩種槳葉排列方式進(jìn)行試驗(yàn)：①將所有槳葉調(diào)至使物料向攪拌器的中心運(yùn)動(dòng)：②將一根軸上的所有槳葉都安裝成使物料向右運(yùn)動(dòng)，而另一根軸上的所有槳葉都安裝成使物料向左運(yùn)動(dòng)，以便能使物料 在平面內(nèi)圍繞著攪拌器產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻难h(huán)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這兩種排列方式被稱為“向心”方式和“旋轉(zhuǎn)”方式。試驗(yàn)按18批物料作為一個(gè)系列來(lái)進(jìn)行，它覆蓋的變化因素包括：三種槳葉角度（15、30和45)、兩種槳葉排列方式和三種攪拌時(shí)間(1min、2min和4min)。獲得拌和勻質(zhì)性分析的樣品總數(shù)為213個(gè)。分別計(jì)算出每批混和料樣品中粘結(jié)料的百分比標(biāo)準(zhǔn)離差和通過(guò)給定篩子的物料百分比標(biāo)準(zhǔn)離差，將標(biāo)準(zhǔn)離差轉(zhuǎn)換為離差系數(shù)，以便提供不同混和料之間合理有效的比較。

第2章攪拌機(jī)主要參數(shù)

2．1雙臥軸攪拌機(jī)的主要參數(shù)

本文以目前廣泛使用的雙臥軸攪拌機(jī)為主，對(duì)攪拌裝置幾何和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的合理取值范圍進(jìn)行分析和試驗(yàn)研究。攪拌裝置參數(shù)主要有：攪拌臂的排列、攪拌葉片的安裝角、拌筒的長(zhǎng)寬比及攪拌線速度等，其結(jié)構(gòu)如圖2 1(a)所示，主要參數(shù)如圖2 1(b)所列：

圖2．1(a)雙臥軸攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)

圖2．1雙臥軸攪拌機(jī)主要參數(shù) 2．2攪拌機(jī)參數(shù)選取的準(zhǔn)則

目前國(guó)內(nèi)外廣泛使用的自落式和強(qiáng)制式攪拌機(jī)己沿用了50余年。但在攪拌機(jī)設(shè)計(jì) 和使用中，仍采用類比法這樣的經(jīng)驗(yàn)方法，缺乏合理性；由于對(duì)攪拌過(guò)程的機(jī)理研究不夠，對(duì)如何選擇這一參數(shù)，說(shuō)法不一，缺乏科學(xué)性；在攪拌過(guò)程中，混合料的物理一化學(xué)性能都發(fā)生了變化，這一過(guò)程極其復(fù)雜而影響因素又較多，但由于對(duì)諸參數(shù)綜合優(yōu)化的試驗(yàn)研究不深入，且設(shè)計(jì)和使用者在選擇轉(zhuǎn)速值時(shí)缺少依據(jù)。攪拌機(jī)是混凝土制備設(shè)備的心臟，它必須滿足攪拌質(zhì)量與攪拌效率等性能要求。攪拌質(zhì)量就是生產(chǎn)出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的新拌混凝土；攪拌效率就是在滿足攪拌質(zhì)量的前提下，攪拌時(shí)間要盡量短，以提高設(shè)備的生產(chǎn)率和設(shè)備的利用率，降低生產(chǎn)成本。百年大計(jì)，質(zhì)量第一?；炷潦侵匾慕ㄖ牧?，新拌混凝土質(zhì)量是對(duì)攪拌機(jī)性能的最基本的要求，也是首要的性能要求?；炷临|(zhì)量用其宏觀及其微觀均勻度來(lái)評(píng)價(jià)，宏觀均勻性用拌和物中砂漿密度的相對(duì)誤差塒

式中，攪拌的平均時(shí)間f的角標(biāo)表示拌缸(或拌筒)三維坐標(biāo)(x，y，z)或(z，r，由)及其順序。該式的物理意義是：合理的攪拌機(jī)參數(shù)應(yīng)保證在滿足給定的均勻度指標(biāo)的前提下，在拌缸內(nèi)各個(gè)方向的攪拌時(shí)間相接近。這時(shí)選取的攪拌機(jī)的主要參數(shù)較合理。可利用實(shí)驗(yàn)來(lái)調(diào)整攪拌機(jī)的參數(shù)，使其趨于合理。在不同的攪拌時(shí)間，按三維坐標(biāo)方向測(cè)攪拌的均勻度就可知道，在所有方向都達(dá)到給定的均勻度的時(shí)間。一般來(lái)}兌，在三個(gè)方向同時(shí)都達(dá)到給定的均勻度指標(biāo)是不可能的，總會(huì)有先有后。應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，調(diào)整攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的參數(shù)，使得能夠在攪拌室內(nèi)所有方向上能接近同時(shí)達(dá)到給定的均勻度。2．3試驗(yàn)樣機(jī)與實(shí)驗(yàn)條件

2．3．l試驗(yàn)樣機(jī)

試驗(yàn)樣機(jī)主要攪拌參數(shù)見表2 l，主體結(jié)構(gòu)見圖2．2 表2．1試驗(yàn)樣機(jī)主要攪拌性能參數(shù)

圖2．2雙臥軸攪拌機(jī)主體結(jié)構(gòu)圖

該試驗(yàn)樣機(jī)攪拌的基本工作原理與普通雙臥軸攪拌機(jī)一樣，動(dòng)力從電機(jī)通過(guò)擺線針輪減速器，變速后由彈性畦軸器直接傳遞給一對(duì)同步齒輪，從而帶動(dòng)兩根攪拌軸作反向同步轉(zhuǎn)動(dòng)。軸端密封共采用三道密封技術(shù)，印迷宮環(huán)、浮封環(huán)O型圈和骨架油封。卸料采用手動(dòng)方式，通過(guò)攪拌筒底部的偏心旋轉(zhuǎn)扇形閘門來(lái)控制。由于試驗(yàn)條件的限制．也為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，該樣機(jī)沒有設(shè)計(jì)耐磨襯板和L料機(jī)構(gòu)，試驗(yàn)中采用人上料，這雖然會(huì)對(duì)攪拌質(zhì)爵和攪拌時(shí)捌產(chǎn)生一些影響，但由于是在相同條件下進(jìn)行試驗(yàn)．所以仍然能夠完成試驗(yàn)任務(wù)。

攪拌機(jī)構(gòu)是本次試驗(yàn)研究的重點(diǎn)。由于試驗(yàn)中要分別比較拌筒不同長(zhǎng)寬比和攪拌臂不同排列形式以及攪拌葉片不同安裝角度對(duì)攪拌質(zhì)量的影響，因此要求拌筒的長(zhǎng)寬比、攪拌臂的排列和攪拌葉片的安裝必須能夠調(diào)節(jié)，而且要求拆裝、維護(hù)方便。

2．3．2攪拌機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ●攪拌葉片的設(shè)計(jì)

攪拌葉片的形狀是根據(jù)拌簡(jiǎn)直徑、葉片安裝角度(軸向和徑向安裝角度)、葉片在軸向和徑向所占攪拌區(qū)域長(zhǎng)度和葉片設(shè)定高度等參數(shù)設(shè)計(jì)的。其中，側(cè)攪拌葉片分左旋和右旋兩種。攪拌葉片的外緣利用拌簡(jiǎn)直徑構(gòu)成的圓柱體，通過(guò)曲線擬合得到。考慮葉片與拌筒內(nèi)壁的間隙大小對(duì)葉片使用壽命和攪拌能耗的影響，設(shè)計(jì)攪拌葉片的外緣與拌筒內(nèi)壁的間隙≤4mm，并且成變間隙的楔形，見圖2．3。先接觸物料的前端間隙小于后端，相差1--2mm，利于集料一旦被卡后的釋放。對(duì)于攪拌臂和攪拌葉片的安裝設(shè)計(jì)，則都采用了抱瓦結(jié)構(gòu)，通過(guò)螺栓的央緊作用分別固定在相應(yīng)的攪拌軸和攪拌臂上，具體結(jié)構(gòu)如圖2．4所示。試驗(yàn)中，根據(jù)拌 筒長(zhǎng)寬比的不同和試驗(yàn)研究的要求，攪拌葉片的數(shù)量可以相應(yīng)的增減；通過(guò)調(diào)節(jié)攪拌軸抱瓦，可以調(diào)節(jié)單軸攪拌臂相位和雙軸攪拌臂相位差；通過(guò)調(diào)節(jié)攪拌臂抱瓦，可以調(diào)節(jié)攪拌葉片的軸向安裝角。●拌簡(jiǎn)長(zhǎng)寬比

拌筒長(zhǎng)寬比變化是通過(guò)在攪拌筒中橫置擋板實(shí)現(xiàn)圖2．4攪拌臂和攪拌葉片結(jié)構(gòu) 的，即保持拌筒寬度不變而對(duì)拌筒長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。擋板的形狀與攪拌筒橫截面是一致的，可以通過(guò)螺栓固定在與拌筒焊接的角鋼上，從而將拌筒由窄長(zhǎng)形分隔為寬短形。樣機(jī)設(shè)計(jì)窄長(zhǎng)形拌筒的長(zhǎng)寬比為1．11，寬短形拌筒的長(zhǎng)寬比為O．78。2．3．3試驗(yàn)用混凝土配合比的設(shè)計(jì)

混凝土配合比設(shè)計(jì)必須滿足四項(xiàng)基本要求；a)施工性能一混凝土拌和物應(yīng)具備滿足施工操作的和易性；b)力學(xué)性能一硬化后的混凝土應(yīng)滿足工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或施工進(jìn)度所要求的強(qiáng)度和其它有關(guān)力學(xué)性能；c)耐久性能一硬化后的混凝土必須滿足抗凍性、抗?jié)B

圖2．4攪拌臂和攪拌葉片結(jié)構(gòu) 圖2．3楔形間隙示意圖

性等耐久性要求；d)經(jīng)濟(jì)性能一應(yīng)在保證混凝土全面質(zhì)量的前提下，盡量節(jié)約水泥，合理利用原材料，降低成本。影響水泥混凝土性能的因素很多，其中各組成材料的質(zhì)量和其配合比是影響混凝土性能的內(nèi)因。一個(gè)合理的配合比，對(duì)提高水泥混凝土在各方面的性能，有著重要的作用。混凝土的配合比設(shè)計(jì)，實(shí)質(zhì)上就是確定四項(xiàng)材料用量之間的三個(gè)對(duì)比關(guān)系，即三個(gè)參數(shù)。

(1)水灰比W／C：水與水泥之間的比例關(guān)系，用水與水泥用量的質(zhì)量比表示。(2)砂率廈：砂子與石子之間的比例關(guān)系，用砂子重量占砂石總重的百分?jǐn)?shù)表示。(3)單位用水量mwD：水泥凈漿與骨料之間的比例關(guān)系，用lm3混凝土的用水量 表示。水灰比、砂率、單位用水量三個(gè)參數(shù)與混凝土的各項(xiàng)性能之間有著密切的關(guān)系，如圖2．5所示(圖中，粗實(shí)線表示直接關(guān)系，細(xì)實(shí)線表示主要關(guān)系，虛線表示次要關(guān)系)。正確地確定這三個(gè)參數(shù)，就能保證混凝土滿足一定的設(shè)計(jì)要求。

圖2．5配合比參數(shù)與混凝土性能關(guān)系

考慮本次試驗(yàn)研究的目的，因此在試驗(yàn)過(guò)程中保持混凝土組成材料及其配合比的恒定，即各組試驗(yàn)所用的混凝土均采用同一配合比設(shè)計(jì)： 水泥31kg，水17kg，砂66kg，石子127kg。

第3章攪拌臂的排列

對(duì)于雙臥軸攪拌機(jī)，攪拌臂的排列形式主要包括攪拌臂的料流排列和攪拌臂的相對(duì)位置關(guān)系。其中攪拌臂的相對(duì)位置關(guān)系主要是指單根軸上相鄰兩個(gè)攪拌臂之間的相對(duì)位置關(guān)系和雙軸上攪拌臂之間的相對(duì)位置關(guān)系。本節(jié)主要討論攪拌臂的料流排列。攪拌臂的不同排列形式，可使拌筒內(nèi)的混凝土混合料產(chǎn)生不同的料流運(yùn)動(dòng)形式。臥軸攪拌機(jī)拌筒內(nèi)的料流形式因攪拌軸數(shù)量和混凝土攪拌生產(chǎn)的方式不同有所差別。分析拌筒內(nèi)的料流形式，可以知道影響雙臥軸攪拌機(jī)攪拌筒內(nèi)物料運(yùn)動(dòng)的主要因素是攪拌臂的排列以及葉片參數(shù)。對(duì)于雙臥軸攪拌機(jī)拌簡(jiǎn)內(nèi)的物料運(yùn)動(dòng)形式，通過(guò)初步試驗(yàn)及分析，認(rèn)為由于攪拌臂的排列及其葉片的安裝形式不同，使物料表現(xiàn)“對(duì)流"和“圍流”兩種不同的運(yùn)動(dòng)軌跡。這兩種料流形式孰優(yōu)孰劣，可以通過(guò)理論分析和試驗(yàn)研究得出結(jié)論。

3．1對(duì)流和圍流

對(duì)流攪拌臂的排列如圖3．1所示。在攪拌葉片推動(dòng)下，混合料由攪拌機(jī)兩端向中央運(yùn)動(dòng)，并在中央處以錐體形狀堆積。這時(shí)有些物料就會(huì)從料堆頂部溢出，流向拌筒的兩端，然后再由葉片將其從兩端推回中央，從而完成物料的一個(gè)循環(huán)。圍流攪拌臂的排列如圖3．2所示。其中一根軸上的葉片推動(dòng)混合料沿軸朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，而另一根軸上的葉片推動(dòng)混合料沿軸朝另一個(gè)相反方向運(yùn)動(dòng)。在兩軸末端，各有返回葉片把混合料扒離拌筒端面，并從一根軸處轉(zhuǎn)送到另一根軸處，使混合料完成大循環(huán)運(yùn)動(dòng)。在兩軸之間的區(qū)域，左邊軸上的葉片將混合料推向右邊，右邊軸上的葉片將混合料推向左邊，完成混合料的小循環(huán)運(yùn)動(dòng)。

圖3．1攪拌臂對(duì)流排列圖 圖3．2攪拌臂圍流排列

3．2分析與試驗(yàn)

分析物料的運(yùn)動(dòng)形式可知，兩種攪拌臂排列都實(shí)現(xiàn)了物料的循環(huán)流動(dòng)，理論上任一物料質(zhì)點(diǎn)都能到達(dá)拌筒內(nèi)任意位置，但兩種排列使物料在拌筒中的分布狀態(tài)是不一樣的。對(duì)流排列中，物料主要積存在拌筒的中央，而兩端卻較少，因此中央的攪拌葉片受載大，兩端處的葉片受載小，容易造成個(gè)別攪拌臂和葉片過(guò)載損壞。而圍流排列可使混合料在拌筒內(nèi)均勻分布，從而保證沿軸全長(zhǎng)上的攪拌葉片受載相同，拌筒底部和葉片的磨損均勻。從這一點(diǎn)來(lái)看，攪拌臂圍流排列要比對(duì)流排列更具優(yōu)勢(shì)。對(duì)其攪拌質(zhì)量的影響可依靠試驗(yàn)研究進(jìn)行比較。通過(guò)對(duì)攪拌臂及葉片的不同排列、安裝，在不同形狀的拌筒內(nèi)，進(jìn)行關(guān)于逆流和圍流的比較試驗(yàn)，測(cè)定相應(yīng)的混凝土拌和物勻質(zhì)性和28d的硬化混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊的抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)采用相同的混凝土配合比，mco(水泥)：mwo(水)：mso(砂)：mGo(石子)=1：0．55： 2．13：4．096?；炷恋膹?qiáng)度等級(jí)為C20，混凝土拌和物坍落度為10、30mm，水泥用425號(hào)普通硅酸鹽水泥，細(xì)骨料用中砂，粗骨料用5--一40mm連續(xù)級(jí)配碎石。試驗(yàn)結(jié)果見表分析物料的運(yùn)動(dòng)形式可知，兩種攪拌臂排列都實(shí)現(xiàn)了物料的循環(huán)流動(dòng)，理論上任一物料質(zhì)點(diǎn)都能到達(dá)拌筒內(nèi)任意位置，但兩種排列使物料在拌筒中的分布狀態(tài)是不一樣的。對(duì)流排列中，物料主要積存在拌筒的中央，而兩端卻較少，因此中央的攪拌葉片受載大，兩端處的葉片受載小，容易造成個(gè)別攪拌臂和葉片過(guò)載損壞。而圍流排列可使混合料在拌筒內(nèi)均勻分布，從而保證沿軸全長(zhǎng)上的攪拌葉片受載相同，拌筒底部和葉片的磨損均勻。從這一點(diǎn)來(lái)看，攪拌臂圍流排列要比對(duì)流排列更具優(yōu)勢(shì)。對(duì)其攪拌質(zhì)量的影響可依靠試驗(yàn)研究進(jìn)行比較。通過(guò)對(duì)攪拌臂及葉片的不同排列、安裝，在不同形狀的拌筒內(nèi)，進(jìn)行關(guān)于逆流和圍流的比較試驗(yàn)，測(cè)定相應(yīng)的混凝土拌和物勻質(zhì)性和28d的硬化混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊的抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)采用相同的混凝土配合比，mco(水泥)：mwo(水)：mso(砂)：mGo(石子)=1：0．55：2．13：4．096?；炷恋膹?qiáng)度等級(jí)為C20，混凝土拌和物坍落度為10,、,30mm，水泥用425號(hào)普通硅酸鹽水泥，細(xì)骨料用中砂，粗骨料用5--一40mm連續(xù)級(jí)配碎石。試驗(yàn)結(jié)果見表3．1。

表3．1 對(duì)流與圍流的比較試驗(yàn)測(cè)試指標(biāo)值

由表3．1可見，不同拌筒內(nèi)物料運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)對(duì)流時(shí)，混凝土的勻質(zhì)性指標(biāo)全都不合格，即不滿足AM<0．8％、AG<5％的國(guó)標(biāo)要求，而對(duì)于攪拌臂圍流排列，雖然這兩個(gè)指標(biāo)會(huì)隨著其他攪拌參數(shù)的改變而變化，但是卻都滿足塒

3．3基于圍流形式的攪拌臂排列原則

目前國(guó)內(nèi)外魯廠家?guī)缀跻捕疾捎脭嚢璞坂隽髋帕械男问?。其典型特征可歸納為： 物料的流向應(yīng)當(dāng)符合右(占：)手定則，即當(dāng)有(左)手四指順著攪拌軸旋轉(zhuǎn)方向時(shí)，拇指的指向就是物料的流動(dòng)方向：并且兩軸上攪拌葉片推動(dòng)物料軸向流動(dòng)分量和徑向流動(dòng)分量的方向相反，如圖3．3所示。此時(shí)，物科不但有大范圍的循環(huán)流動(dòng)f可以是逆時(shí)針也可以是順時(shí)針，如圖3．4所示)，而且中央主攪拌區(qū)，兩軸問(wèn)的物料還有強(qiáng)烈的高頻次逆流。

圖30逆時(shí)鐘圍濰圖3順時(shí)針圍流

如果以I、II來(lái)表示軸的序號(hào)，以n來(lái)表示葉片的序號(hào)，那么之間這種運(yùn)動(dòng)就稱為逆流。拌區(qū)的次序有先有后，所上必然存在相位差。相位差太大．造成作用時(shí)間上的延遲，進(jìn)而逆流作用的效果就比較弱；相位差太小，甚至為零時(shí)，意味著兩攪拌臂幾乎同時(shí)到達(dá)攪拌區(qū)，并且二者對(duì)物料推動(dòng)的方向相反，類似于在周向形成一堵“墻”，即彤成局部“死循環(huán)”現(xiàn)象，料流的大循環(huán)運(yùn)動(dòng)被阻斷。所以．逆流相位差大小應(yīng)該有一個(gè)合理的取值范圍，在此范圍的逆流才被認(rèn)為足合理的。若能通過(guò)合理布置和兩攪拌臂，使其到達(dá)攪拌區(qū)的相位時(shí)間差更合理，頻次更多，那么物料揉搓和擠壓的作用就越充分，攪拌效果就越好。同時(shí)，由于這種逆流是在兩攪拌軸之間的強(qiáng)制作用，如果柿黃合理，使得物料作用頻次快，強(qiáng)度大，靠近攪拌軸音|f分的物料就會(huì)充分運(yùn)動(dòng)起柬．就能在某種程度上改善普通強(qiáng)制式攪拌機(jī)所固有的，園速度梯度所產(chǎn)生的攪拌低效區(qū)問(wèn)題。但逆流是以不破壞物料的大循環(huán)流動(dòng)為前提的。另外，由于I和II之間的相互關(guān)系又與單軸及雙軸上攪拌臂的相位及其排列有關(guān)，如果布置合理，那么這種逆流運(yùn)動(dòng)不但起不到強(qiáng)化攪拌的作用，反而有可能破壞整體的大循環(huán)運(yùn)動(dòng)，會(huì)惡化攪拌質(zhì)量。因此，攪拌臂排列形式優(yōu)化的最終目的就是盡可能加快物料軸向大循環(huán)的頻次，同時(shí)增加物料合理逆流，從而增加物料與攪拌葉片直接接觸并發(fā)生強(qiáng)制作用的機(jī)會(huì)，提高攪拌質(zhì)量。由此可以得到雙臥軸拌筒內(nèi)攪拌臂及葉片布置的基本原則如下： ①物料在拌筒內(nèi)合理流動(dòng)，在盡量短的時(shí)間內(nèi)把物料拌成勻質(zhì)混凝土； ②在攪拌軸旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，盡量讓參與攪拌的葉片數(shù)目相等，以達(dá)到攪拌電機(jī)負(fù)荷均勻，減少?zèng)_擊的目的；

⑧物料在拌筒內(nèi)分布均勻，不要在拌筒的局部區(qū)段產(chǎn)生堆積，避免個(gè)別葉片和攪 拌臂過(guò)載而損壞。

3．4單軸攪拌臂的排列形式

單軸攪拌臂排列形式取決于其上相鄰兩個(gè)攪拌臂之間的相位布置，包括相鄰拌臂間的相位角及其正、反排列形式。3．4．1相位角及其正、反排列形式

單根軸上相鄰兩個(gè)攪拌臂之間的相位布置，國(guó)內(nèi)外不盡相同。目前，用于攪拌普通混凝土的攪拌機(jī)中，比較主流的布置相位角是900和60。也有采用其他角度布置的，比如日本日工公司的產(chǎn)品就是450。用于攪拌大骨料混凝土?xí)r，會(huì)采用1200甚至1800相位角。從單軸上攪拌臂的相位方向與攪拌軸旋轉(zhuǎn)方向的關(guān)系來(lái)看，同一相位角在單根軸上的攪拌臂排列可以有兩種形式：一種稱為正排列，另一種稱為反排列。其中對(duì)于正排列的規(guī)定是：當(dāng)逆著混合料流動(dòng)方向看，攪拌臂排列的相位方向應(yīng)與攪拌軸轉(zhuǎn)向相同；若順著混合料流動(dòng)方向看，二者方向則相反。相反的情況就是反排列。

圖l所示為單軸上900相位角的攪拌臂排列形式，圖中“·”表示物料流出紙面，其中，圖3．5(a)為攪拌臂正排列，圖3．5(b)為攪拌臂反排列。

圖3．5單根軸上90相位角的攪拌臂排列形式

3．4．2分析與試驗(yàn)

以攪拌臂相位角900為例，對(duì)正、反排列做比較分析。先討論反排列布置。依據(jù)物料連續(xù)遞推式地前進(jìn)，當(dāng)?shù)谒臄嚢璞凵系娜~片將混合料向前推攪后，同軸的第三攪拌臂上的葉片需要旋轉(zhuǎn)270。才能繼續(xù)將混合料向前推動(dòng)，然后再經(jīng)過(guò)一個(gè)270。旋轉(zhuǎn)輪到第二攪拌臂。顯然，混合料從一個(gè)攪拌臂處被推攪到下一個(gè)相鄰的攪拌臂處，每一次攪拌軸都要旋轉(zhuǎn)270。，如果有n個(gè)攪拌臂，那么就需要n一1 倍的2700。而對(duì)于正排列布置，由第四攪拌臂上的葉片向前推攪的混合料，只需要經(jīng)過(guò)90。就可被同軸的第三攪拌臂上的葉片繼續(xù)推攪。同樣，當(dāng)混合料輪到第二攪拌臂推攪時(shí)，仍然只需要旋轉(zhuǎn)90。于是混合料從第一個(gè)攪拌臂傳到第n個(gè)攪拌臂，只需經(jīng)過(guò)n一1倍的900就能實(shí)現(xiàn)。圖3．6所示為單軸上600相位角的攪拌 臂排列形式，圖中“·”表示物料流出紙面，圖3．6(a)為反排列，圖3．6(b)為正排列。在圖3．6(a)的反排列布置下物料被連續(xù)遞推式前進(jìn)，當(dāng)?shù)谄邤嚢璞凵系娜~片將物料向前推攪后，同軸第六攪拌臂上的葉片需要。相位角的攪拌臂排列3000才能繼續(xù)將物料向前推進(jìn)。顯然，如果有n個(gè)攪拌臂，那么就需要n一1倍的3000；對(duì)于圖3．6(b)的正排列：則只需經(jīng)過(guò)n一1倍的60。就能實(shí)現(xiàn)。由此可見，在攪拌時(shí)間、拌臂數(shù)目及相位角一定的情況下，攪拌臂正排列要比反排列推攪的快，物料獲得的軸向流動(dòng)次數(shù)更多，攪拌裝置的利用率更高。這對(duì)攪拌臂圍流排列的攪拌機(jī)，完成物料從拌筒的一端運(yùn)動(dòng)到另一端的作用則更加明顯。但同時(shí)也說(shuō)明單軸上采用較小的相位角可使物料得到較多的流動(dòng)次數(shù)。但相位角太小，物料在拌筒內(nèi)周向翻動(dòng)的劇烈程度降低，它還要受制于混凝土拌和物粗骨料最大粒徑的限制?，F(xiàn)在選用國(guó)內(nèi)某廠生產(chǎn)的JS500型雙臥軸攪拌機(jī)為例進(jìn)行計(jì)算分析。該機(jī)每根軸上有7個(gè)攪拌臂，圍流排列，相位角為90。，轉(zhuǎn)速35r／rain，攪拌周期45s。于是在一個(gè)攪拌周期內(nèi)，攪拌軸轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)為

圖3.6單根軸上60相位角的攪拌臂排列

對(duì)于攪拌臂反排列，物料完成一個(gè)軸向的推攪需要轉(zhuǎn)過(guò)

那么，一個(gè)周期內(nèi)物料在單根軸上完成的流動(dòng)次數(shù)為

若采用攪拌臂正排列，物料完成一個(gè)軸向的推攪需要轉(zhuǎn)過(guò)

于是，一個(gè)周期內(nèi)物料在單根軸上完成的流動(dòng)次數(shù)為

可見，這種JSS00型雙臥軸攪拌機(jī)單根軸上攪拌臂正排列得到的流動(dòng)次數(shù)是反排列的(17．5／5．8≈)3倍。這同時(shí)也表明單根軸上采用較小的相位角可以獲得較多的流動(dòng)次數(shù)。但也不是說(shuō)單根軸上攪拌臂問(wèn)的相位角越小，攪拌質(zhì)量就越好。因?yàn)檩^小的相位角雖然可以實(shí)現(xiàn)物料沿軸向的快速均布，但物料在拌筒內(nèi)翻動(dòng)的劇烈程度卻相應(yīng)變差，即物料的周向流動(dòng)變差，這顯然不利于物料在整個(gè)空間方向的均布。顯然，單根軸上相鄰攪拌臂間的相位角是與軸上攪拌臂的數(shù)量密切相關(guān)的。對(duì)于圍流排列，若以11表示單根軸上攪拌臂的數(shù)目，0表示相鄰攪拌臂間的相位角，則理論上對(duì)于相位角的取值范圍應(yīng)滿足關(guān)系式：3600≤noO≤7200。從前面對(duì)對(duì)流、圍流的比較試驗(yàn)數(shù)據(jù)(參見表3．1)來(lái)看，對(duì)于所攪拌的混凝土來(lái) 說(shuō)，單軸上相鄰拌臂間60。相位角要比90。的攪拌質(zhì)量好。為了進(jìn)一步研究對(duì)普通混凝土攪拌時(shí)單軸上相鄰攪拌臂相位角的較優(yōu)值，選擇450、60。和900，在不同長(zhǎng)寬比的拌筒中，取滿足上述關(guān)系式的不同數(shù)目的攪拌臂，在攪拌葉片不同的安裝角和工作線速度下，攪拌粗骨料最大粒徑為40mm的普通混凝土，測(cè)得試驗(yàn)數(shù)據(jù)列于表3．2中。從表中數(shù)據(jù)可以看出：攪拌臂相位角600布置時(shí)，能夠得到相對(duì)較好的攪拌效果，對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)的均值都優(yōu)于900和450相位角的情況，尤其是混凝土的7天抗壓強(qiáng)度平均值，都在20MPa以上。從前面的理論分析也可以知道，相同條件下，60。相位角時(shí)物料在軸向獲得比900布置時(shí)更多的流動(dòng)次數(shù)，因而更容易實(shí)現(xiàn)物料在軸向的均勻分布。

由此可知，就試驗(yàn)中采用的粗骨料最大粒徑為40ram的普通混凝土來(lái)說(shuō)，攪拌臂相位600布置是較合理的。

表3．2單軸上相鄰拌臂間相位角的比較試驗(yàn)

表3．2單軸上相鄰拌臂間相位角的比較試驗(yàn)(續(xù))

3．2．3小結(jié) 3．5葉片安裝角的定義

攪拌葉片安裝角是攪拌機(jī)的主要結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)之一。對(duì)攪拌質(zhì)量和攪拌效率都有著直接的影響。本文以雙臥軸攪拌機(jī)的葉片安裝角為研究對(duì)象，其方法也可用來(lái)確定其它類型攪拌機(jī)的葉片安裝角。它是指攪拌葉片斜面與攪拌軸線間所夾的銳角，見圖4．1中的Q角。

圖4．1物料單元受力圖圖4．2葉片前的密實(shí)核心 ●定性分析

攪拌機(jī)工作時(shí)，拌缸內(nèi)的攪拌葉片應(yīng)推動(dòng)混合料沿拌缸的縱向和橫向循環(huán)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)混合料在三維空間內(nèi)的流動(dòng)。當(dāng)安裝角Q過(guò)小時(shí)，葉片主要帶動(dòng)混合料圍繞攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而缺乏必要的軸向運(yùn)動(dòng)；極限情況是當(dāng)a=0時(shí)，攪拌葉片變成和軸平行的一塊平板，不起攪拌作用。當(dāng)安裝角a過(guò)大時(shí)，葉片推動(dòng)混合料的橫向運(yùn)動(dòng)就很弱；當(dāng)Q=90。時(shí)，葉片就成為與攪拌軸垂直的平板，和Q=0。時(shí)一樣也喪失了攪拌功能。因此，攪拌葉片一定要相對(duì)于攪拌軸成一定角度安裝。為了使混合料的橫向和軸向運(yùn)動(dòng)都較大，目前國(guó)內(nèi)外葉片安裝角的常用值為Q=45。若將某一瞬間攪拌葉片對(duì)某單元混合料的作用情況簡(jiǎn)化為圖4．1所示，可以看出，要使混合料能夠沿葉片寬度方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)軸向運(yùn)動(dòng)，必須滿足E—E≥0，即：

對(duì)于普通的塑性混凝土。攪拌機(jī)T作時(shí)，葉片的前面將形成密實(shí)的核心，混合料沿著密實(shí)核心的側(cè)棱運(yùn)動(dòng)，見圖4．2，圖中AB、BC為密實(shí)核心側(cè)棱；口為葉片的安裝角；y為密實(shí)核心側(cè)棱與攪拌軸間的夾角。由于AB和BC兩側(cè)棱間的夾角180。．2y為混合料穩(wěn)定堆放的安息角，葉片的橫向攪拌速度系數(shù)6：就是口≠00時(shí)密實(shí)核心的截面積與口=00時(shí)密實(shí)核心最大面積之比：

葉片的軸向攪拌速度系數(shù)％就是密實(shí)核心兩側(cè)棱在攪拌軸上的投影差與葉片在攪拌軸上投影之比

為了兼顧混合料在橫向和軸向都有較大的運(yùn)動(dòng)速度，葉片的安裝角應(yīng)使總的攪拌速度系數(shù)6具有最大值。總攪拌速度系數(shù)6為

致謝

本文在***老師的悉心指導(dǎo)下完成，導(dǎo)師對(duì)專業(yè)的一絲不茍，對(duì)學(xué)生嘔心瀝血，使我很受感動(dòng)，在此向尊敬的***老師致以最崇高的敬意和衷心的感謝。在理論和課題研究過(guò)程中，得到相關(guān)實(shí)驗(yàn)室老師的鼎力協(xié)助和輔導(dǎo)，得到授課老師的寬容和幫助，同時(shí)也得到****老師的大力支持，還有許多在讀碩士和博士 的無(wú)私幫助，在此一致表示誠(chéng)摯的謝意。

由于本人水平有限，論文中錯(cuò)誤在所難免，敬希各位老師和同學(xué)不吝指正。

第二篇：攪拌機(jī)操作規(guī)程

攪拌機(jī)操作規(guī)程

1.混凝土攪拌機(jī)在進(jìn)料時(shí)嚴(yán)禁將頭或伸手與料斗與機(jī)架之間察看工探摸進(jìn)料情況，運(yùn)轉(zhuǎn)中不得有手或工具等物伸入攪拌筒內(nèi)扒料出料。

2.作業(yè)中如發(fā)生故障不能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)立即切斷電源，將攪拌筒內(nèi)的混凝土清除干凈，然后進(jìn)行檢修。

3.作業(yè)后應(yīng)將料斗降落到料斗坑，如須升起則用鏈條扣牢。

4.使用砂漿攪拌機(jī)作業(yè)前，檢查攪拌機(jī)的傳動(dòng)部分、工作裝置等均應(yīng)牢固可靠，操作靈活。啟動(dòng)后，先經(jīng)空運(yùn)轉(zhuǎn)，檢查攪拌葉旋轉(zhuǎn)方向正確，方可加料加水?dāng)嚢琛?.運(yùn)轉(zhuǎn)中不得用手或木棒等伸進(jìn)攪拌機(jī)內(nèi)外的清洗、保養(yǎng)及場(chǎng)地的清潔工作。

第三篇：自動(dòng)攪拌機(jī)控制系統(tǒng)及其監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)（推薦）

圖書分類號(hào)： 密 級(jí)：

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)

自動(dòng)攪拌機(jī)控制系統(tǒng)及其監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) AUTOMATIC MIXER CONTROL SYSTEM AND MONITORING SYSTEM DESIGN

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)

學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明

本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。

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I

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)

摘要

由PLC和計(jì)算機(jī)共同組成的控制系統(tǒng)是目前控制領(lǐng)域最廣泛應(yīng)用的控制模式,由PLC實(shí)現(xiàn)的控制系控制現(xiàn)混凝土攪拌的工作流程,相比于傳統(tǒng)的混凝土攪拌，擁有生產(chǎn)率高，不易發(fā)生故障，自動(dòng)化程度高，產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。

本論文對(duì)攪拌機(jī)的產(chǎn)生，發(fā)展歷史，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)等方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析，自動(dòng)攪拌機(jī)在未來(lái)的社會(huì)建設(shè)中還會(huì)發(fā)揮著重要作用。本論文要設(shè)計(jì)自動(dòng)攪拌機(jī)的控制系統(tǒng)，主要做了兩方面的工作，即攪拌機(jī)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，一個(gè)是攪拌機(jī)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。硬件方面，要了解有哪些控制對(duì)象，根據(jù)具體要求，進(jìn)行元器件的選型設(shè)計(jì)等。設(shè)計(jì)出控制電路，畫出硬件電路圖，各種接線圖等。軟件方面，首先要明確控制要求，根據(jù)要求來(lái)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。利用西門子系列S7-200PLC作為控制器。利用梯形圖進(jìn)行程序的編寫，要有控制程序，同時(shí)還要有監(jiān)控程序。利用整個(gè)控制系統(tǒng)，對(duì)攪拌機(jī)攪拌混凝土的整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

本文針對(duì)PLC和配料控制器結(jié)合控制的攪拌站來(lái)設(shè)計(jì)其控制及監(jiān)控程序設(shè)計(jì)中主要要完成的任務(wù)有系統(tǒng)構(gòu)造、PLC的I/O分配、工作流程圖及PLC程序的編寫。

關(guān)鍵詞：混凝土攪拌機(jī) ； I/O分配 ；可編程控制器（PLC）；自動(dòng)控制

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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)

Abstract The control system consists of PLC and computer composed of field control mode is the most widely used, the control system implemented by the PLC control now concrete mixing workflows, compared to traditional concrete mixing, with high productivity, less prone to failure, high degree of automation, product quality advantages.In this paper, the generation of the mixer, history, future trends and other aspects of a detailed analysis, automatic mixer in society in the future will play an important role.In this paper, to design automated mixer control system, mainly to do the work of two aspects, namely mixer hardware system design, software system design a mixer.Hardware, to understand what the control object, depending on requirements, the selection and design of components and so on.Design a control circuit, draw a hardware circuit, various wiring diagrams.The software side, we must first clear control requirements, according to the requirements for software design.Siemens Series S7-200PLC use as a controller.Use a ladder diagram program preparation, to have control procedures, but also have monitoring programs.Use of the entire control system, the whole process of concrete mixer mixing to achieve automatic control.In this paper, and ingredients controllers combine PLC controlled mixing station designed for controlling and monitoring program design of the main tasks to be accomplished in a systematic structure, PLC's I / O assignments, preparation of flow chart and PLC program.Keywords

I / O assignment programmable logic controller(PLC)automatic control mixer

II

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)

目 錄

摘要..................................................................................................................................................I Abstract..........................................................................................................................................II 1 緒論.............................................................................................................................................1 1.1 選題背景及意義..................................................................................................................1 1.2 攪拌機(jī)的現(xiàn)狀分析..............................................................................................................1 1.3本論文的主要的主要研究?jī)?nèi)容...........................................................................................2 2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案......................................................................................................................3 2.1自動(dòng)攪拌機(jī)的組成...............................................................................................................3 2.2 電控系統(tǒng)的組成................................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.3系統(tǒng)器件的選型設(shè)計(jì).........................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.3.1 PLC的選型設(shè)計(jì)..........................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.3.2 行程開關(guān)的選型.........................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.3.3交流接觸器的選型......................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.3.4熱繼電器的選型..........................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.3.5熔斷器的選型..............................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.3.6斷路器選型..................................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.3.7導(dǎo)線及開關(guān)按鈕的選用..............................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.3.8電壓表頭，電流表頭的選型......................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.3.9傳感器的選型..............................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.3.10變頻器的選型............................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。3 系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)...................................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。3.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則及步驟....................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2 硬件電路設(shè)計(jì)....................................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2.1 混凝土攪拌機(jī)主電路設(shè)計(jì).........................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2.2 PLC外部接線圖..........................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2.3 I/O分配表..................................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)............................................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。4.1 軟件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)........................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。4.2 系統(tǒng)功能模塊化分析........................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。4.3 程序設(shè)計(jì)............................................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。5程序的下載與調(diào)試....................................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。5.1 調(diào)試準(zhǔn)備............................................................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。5.2 仿真調(diào)試..............................................................................................................................3

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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)結(jié)論.................................................................................................................................................5 致謝.................................................................................................................................................6 參考文獻(xiàn).........................................................................................................................................6 附錄.................................................................................................................................................7 附錄1 主程序.............................................................................................................................7 附錄2 報(bào)警程序.......................................................................................................................12

II

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)緒論

1.1 選題背景及意義

隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展越來(lái)越快，人們對(duì)于所建住宅或其他建筑的要求也越發(fā)的嚴(yán)格，只有上好的建筑材料才能保證建造出高質(zhì)量，滿足要求的建筑。原來(lái)那種在工地自己生產(chǎn)混凝土的情況下，由于攪拌時(shí)的認(rèn)為因素多，攪拌質(zhì)量很難得到保障。同時(shí)傳統(tǒng)攪拌機(jī)還攪拌時(shí)還具有噪音大，粉塵多的缺點(diǎn)，且生產(chǎn)效率也不高。而混凝土攪拌站則沒有上述缺點(diǎn)，必將取代傳統(tǒng)攪拌機(jī)成為主流生產(chǎn)方式?；炷翑嚢枵静捎每刂葡到y(tǒng)，由電腦控制整個(gè)的生產(chǎn)流程，并且對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行監(jiān)控、與傳統(tǒng)方式相比，具有生產(chǎn)效率高，噪音小，粉塵少等特點(diǎn)，受到越來(lái)越多的生產(chǎn)企業(yè)的親睞。

攪拌機(jī)作為核心部件，從上個(gè)世紀(jì)50年代興起后，因其穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量，自動(dòng)控制，極高的生產(chǎn)效率得到了迅猛的發(fā)展。圓盤立軸式強(qiáng)制混凝土攪拌機(jī)作為最早出現(xiàn)的品類。圓盤立軸式擁有窩漿式和行星式兩種運(yùn)行方式。從1870年往后，輕骨料進(jìn)入人們視野并迅速得到應(yīng)用，從而又發(fā)展出了臥式強(qiáng)制式攪拌機(jī)，根據(jù)攪拌軸的多少又分為兩種，分別為單臥軸式和雙臥軸式，此種攪拌機(jī)具有自落的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有強(qiáng)制的優(yōu)點(diǎn)。臥式攪拌機(jī)攪拌葉片的線速度小，擁有較好的耐磨性能和耗能少的特點(diǎn)，得到快速發(fā)展。強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)的攪拌葉片裝在拌筒內(nèi)的轉(zhuǎn)軸臂架上，待攪拌材料加入到攪拌罐內(nèi)之后，攪拌葉片由攪拌電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，對(duì)物料進(jìn)行攪拌，臥式攪拌機(jī)的攪拌方式的攪拌效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于自落方式攪拌的混凝土，對(duì)攪拌干硬性混凝土，圓盤立軸式的攪拌效果不如臥式攪拌機(jī)。

1.2 攪拌機(jī)的現(xiàn)狀分析

從上個(gè)世紀(jì)世界上第一個(gè)混凝土攪拌站出現(xiàn)以來(lái)，混凝土的攪拌歷史已經(jīng)發(fā)展了一百多年。隨著生產(chǎn)要求的不斷提高，企業(yè)與科研單位也在不斷的改進(jìn)，通過(guò)吸收和借鑒國(guó)外先進(jìn)的混凝土攪拌技術(shù)，我國(guó)雖然在商品混凝土機(jī)械上面起步較晚，通過(guò)吸收學(xué)習(xí)外國(guó)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，得到的長(zhǎng)足的發(fā)展。生產(chǎn)的許多品種，甚至達(dá)到了世界領(lǐng)先。在“十五”乃至

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)2010年期間，隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展越來(lái)越快，還要建設(shè)一批高鐵，高速公路等重點(diǎn)工程。在城市化進(jìn)程的道路上，住宅，道路等都需要大量地優(yōu)質(zhì)混凝土，所以得發(fā)展前景依然良好。

雖然混凝土機(jī)械發(fā)展了很久，但仍舊面臨著許多的問(wèn)題:過(guò)去的設(shè)備大多是自動(dòng)化不足，現(xiàn)在的設(shè)備要求自動(dòng)控制，向這方面轉(zhuǎn)化又困難重重。經(jīng)過(guò)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)多年的努力，在混凝土攪拌設(shè)備方面型號(hào)與規(guī)格上已經(jīng)比較全面，所以企業(yè)的決策者們就理所當(dāng)然的認(rèn)為不再需要?jiǎng)?chuàng)新，已經(jīng)滿足需要了，不明白接下來(lái)的發(fā)展方向。

現(xiàn)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，科技發(fā)展日新月異，攪拌機(jī)械要想在如此激烈的市場(chǎng)下生存，應(yīng)該具有如下的幾個(gè)方面：

（1）設(shè)計(jì)人員要具有獨(dú)特的理解和設(shè)計(jì)能力。進(jìn)行混凝土攪拌機(jī)械的生產(chǎn)企業(yè)必須要有一個(gè)堅(jiān)實(shí)的人才儲(chǔ)備，要有一定的高水平高素養(yǎng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)人才。顯而易見，混凝土攪拌機(jī)械的入門標(biāo)準(zhǔn)較低，要有一定的閑散資金，再擁有專業(yè)技術(shù)人才，此行業(yè)經(jīng)過(guò)這么多年的發(fā)展有效的驗(yàn)證了上述理論的真實(shí)性。同時(shí)，這也是這類企業(yè)不可回避的重要條件，是混凝土攪拌機(jī)械企業(yè)的生存要素。

（2）不光具有設(shè)計(jì)能力，還要有生產(chǎn)能力。自動(dòng)攪拌機(jī)是整個(gè)混凝土攪拌站的核心部件，攪拌機(jī)的好壞決定了整個(gè)攪拌站的好壞，進(jìn)而直接影響生產(chǎn)出混凝土的質(zhì)量好壞，也就是說(shuō)，商品混凝土的質(zhì)量好壞，取決于攪拌機(jī)的質(zhì)量，一旦攪拌機(jī)的質(zhì)量差，肯定也生產(chǎn)不出高品質(zhì)的混凝土。攪拌機(jī)的價(jià)值就體現(xiàn)在這里。企業(yè)就是通過(guò)生產(chǎn)，服務(wù)等經(jīng)濟(jì)活動(dòng)賺錢的組織。所以，混凝土攪拌機(jī)械也是要賺錢來(lái)貢獻(xiàn)社會(huì)，維持企業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)，攪拌機(jī)作為核心部件，無(wú)疑是利潤(rùn)最為豐厚的一部分。由此看來(lái)，加入一個(gè)混凝土攪拌企業(yè)放棄了攪拌機(jī)這一塊，就相當(dāng)于放棄了生存下去的機(jī)會(huì)。

（3）不光要能生產(chǎn)攪拌機(jī)，還要能夠設(shè)計(jì)并制作配套的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)作為混凝土攪拌站的另一個(gè)核心，地位與攪拌機(jī)是一樣的，作為整個(gè)系統(tǒng)的大腦，控制系統(tǒng)根據(jù)不同要求控制著不同的機(jī)構(gòu)，什么時(shí)間做什么事，有條不紊的進(jìn)行生產(chǎn)。源源不斷的生產(chǎn)出高品質(zhì)的混凝土?？刂葡到y(tǒng)的利潤(rùn)同樣也不必?cái)嚢铏C(jī)差?，F(xiàn)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)如此激烈，很大程度上已經(jīng)不是產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)，而是售后服務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)，一個(gè)好的控制系統(tǒng)，是占領(lǐng)市場(chǎng)的制勝法寶。此類企業(yè)也只有在擁有了設(shè)計(jì)與制作控制系統(tǒng)的能力之后，才能說(shuō)具有了完善的售后服務(wù)體系，有了對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，升級(jí)改造的能力，這樣在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，才有了競(jìng)爭(zhēng)力。

1.3本論文的主要的主要研究?jī)?nèi)容

（1）自動(dòng)攪拌機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)

此控制系統(tǒng)要求對(duì)整個(gè)混凝土的攪拌過(guò)程就是控制并監(jiān)控?cái)嚢韪鳈C(jī)構(gòu)狀態(tài)。首先要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)施有一個(gè)清晰的了解和認(rèn)識(shí)，然后對(duì)不同的各個(gè)方面，如PLC，攪拌機(jī)的各個(gè)組成部件，按鈕開關(guān)等進(jìn)行分析。根據(jù)要求設(shè)計(jì)出控制電路，對(duì)電路中需要的各個(gè)

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)元器件進(jìn)行選型。

（2）自動(dòng)攪拌機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

按照混凝土攪拌機(jī)生產(chǎn)混凝土的工藝流程畫出程序設(shè)計(jì)流程圖，合理的分配I/O端口以及寫出梯形圖程序，用PLC，通過(guò)交流接觸器控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)，控制混凝土的生產(chǎn)過(guò)程，并對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。

2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

2.1自動(dòng)攪拌機(jī)的組成

5.2 仿真調(diào)試

第一步：從做基本的開始測(cè)試，測(cè)試程序啟動(dòng)和停止是否符合要求。程序下載完成后，找到工具欄上的有一個(gè)綠色的小三角形按鈕，點(diǎn)擊，就可以轉(zhuǎn)換到RUN模式了。在RUN模式下，點(diǎn)擊I0.0(啟動(dòng)按鈕)，則Q0.0（循環(huán)開始指示燈）的LED亮；點(diǎn)擊I0.1（手動(dòng)開始），各電機(jī)啟動(dòng)信號(hào)燈亮，這是因?yàn)榫邆溟_始條件：點(diǎn)擊I0.3（緊急停止按鈕），所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)都要停止工作，代表各輸出的信號(hào)燈要全部滅掉。就可以看出是否符合要求。符合，進(jìn)行下一步測(cè)試，不符合，改進(jìn)。

第二步：開始測(cè)各個(gè)單元，測(cè)試各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否符合要求。再點(diǎn)擊手動(dòng)開始按鈕后，然后點(diǎn)擊各個(gè)行程開關(guān)，測(cè)試各個(gè)執(zhí)行電機(jī)是否能夠正常起動(dòng)和停止。

第三步：產(chǎn)生“加水完成”信號(hào)的程序調(diào)試。加水完成信號(hào)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，用內(nèi)存監(jiān)視來(lái)調(diào)試此信號(hào)。

報(bào)警程序的調(diào)試：

第一步：點(diǎn)擊I1.1（試燈、試鈴按鈕），而后Q1.0、Q1.1??Q1.4都是輸出狀態(tài)，即報(bào)警鈴聲，所有表示故障的指示燈都由熄滅狀態(tài)變?yōu)榱翣顟B(tài)，否則程序就有錯(cuò)誤，需要進(jìn)行修改。

第二步：承接著第一步，點(diǎn)擊各個(gè)故障按鈕，而后Q1.0為亮，且與該故障對(duì)應(yīng)的故障指示燈閃爍，說(shuō)明程序正確，不然程序?yàn)殄e(cuò)誤，需要進(jìn)一步修改。

第三步：承接第二步，點(diǎn)擊I1.1，Q1.0為輸出狀態(tài)，燈由亮轉(zhuǎn)為熄滅狀態(tài)，所有的故障指示燈轉(zhuǎn)為常亮，程序就是正確的，不然程序有錯(cuò)，需要進(jìn)行修改。

第四步：承接第三步，第三步完成以后，各個(gè)故障觸點(diǎn)都處于閉合狀態(tài)，挨個(gè)的斷開這些故障觸點(diǎn)，步該故障對(duì)應(yīng)的指示燈就由常亮轉(zhuǎn)為熄滅狀態(tài)。程序就是正確的，否則為

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)錯(cuò)誤。需要進(jìn)行修改。

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)

結(jié)論

由PLC和計(jì)算機(jī)共同組成的控制系統(tǒng)是目前控制領(lǐng)域最廣泛應(yīng)用的控制模式,由PLC實(shí)現(xiàn)的控制系控制現(xiàn)混凝土攪拌的工作流程,相比于傳統(tǒng)的混凝土攪拌，擁有生產(chǎn)率高，不易發(fā)生故障，自動(dòng)化程度高，產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。

本論文對(duì)攪拌機(jī)的產(chǎn)生，發(fā)展歷史，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)等方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析，自動(dòng)攪拌機(jī)在未來(lái)的社會(huì)建設(shè)中還會(huì)發(fā)揮著重要作用。本論文要設(shè)計(jì)自動(dòng)攪拌機(jī)的控制系統(tǒng)，主要做了兩方面的工作，即攪拌機(jī)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，一個(gè)是攪拌機(jī)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。硬件方面，要了解有哪些控制對(duì)象，根據(jù)具體要求，進(jìn)行元器件的選型設(shè)計(jì)等。設(shè)計(jì)出控制電路，畫出硬件電路圖，各種接線圖等。軟件方面，首先要明確控制要求，根據(jù)要求來(lái)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。利用西門子系列S7-200PLC作為控制器。利用梯形圖進(jìn)行程序的編寫，要有控制程序，同時(shí)還要有監(jiān)控程序。利用整個(gè)控制系統(tǒng)，對(duì)攪拌機(jī)攪拌混凝土的整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

通過(guò)這次設(shè)計(jì),大大增強(qiáng)了自己獨(dú)立發(fā)現(xiàn)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力,提高了自己的動(dòng)手能力,學(xué)會(huì)了把所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中去,加深了對(duì)理論知識(shí)的理解和運(yùn)用。對(duì)PLC各系列有了更深的了解,能夠獨(dú)立的編寫一些PLC程序。還有就是最后的測(cè)試,雖然這個(gè)測(cè)試與真正的項(xiàng)目相比還有很大差別,但是它讓我了解到做一個(gè)項(xiàng)目,付出的汗水固然重要，但細(xì)心在以后的工作生活中尤為重要。

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)

致謝

參考文獻(xiàn)

[1]焦予民.混凝土攪拌機(jī)械企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力與走出國(guó)門之路[J] ,建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理 2009.1 [2] New trends in European ready-mixed concrete production,United States Patent, Appl.No.:647834, May 15, 1996,1～14 [3]高佳珍.混凝土攪拌站(樓)綜述(三)[J]，建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2000.3.[4]高佳珍.混凝土攪拌站(樓)綜述(四)[J]，建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2000.4 [6]朱蘊(yùn)璞，孔德仁等.傳感器原理及應(yīng)用[A].國(guó)防工業(yè)出版社，2005.8

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)[7]童占榮，張翔生.攪拌設(shè)備用稱重傳感器選型的探討[M].工程機(jī)械，2005,(11)[8]曲波，尚圣兵，呂建平.工業(yè)常用傳感器選型指南[M].清華大學(xué)出版社.2002.1 [9] A method of and device for improving the quality of fresh concrete and preventing adhesion and hardening of fresh concrete in a rotary mixer drum of a concrete mixer truck and of a concrete mixing plant,Canadian Patent Database(CA 2236627), 1～7 [10]張德仁.DCS, PLC的現(xiàn)狀與展望[J].山西電子技術(shù)，1999,(3).[11]張建文，徐瓊，馮林.PLC控制系統(tǒng)工作方式的分析和研究[M].華東地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003(03)[12]董油海.PLC在混凝土攪拌站計(jì)量系統(tǒng)的應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀表，2000 ,(4).[13]劉士陽(yáng).基于PLC和組態(tài)軟件的攪拌站控制系統(tǒng)[[J].建筑機(jī)械，2005,(5).[14]李丹，許少云.用于工業(yè)過(guò)程控制的一種新工具一組態(tài)軟件[J].計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化，1995(3).[15]王立明.基于PLC和工控機(jī)的混凝土攪拌站測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].西安建筑科技大學(xué)，2006(3).[16]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].—2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.5 [17]吳作明.工控組態(tài)軟件與PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.1

附錄

附錄1 主程序

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)

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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)附錄2 報(bào)警程序

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第四篇：攪拌機(jī)設(shè)計(jì)--筑路機(jī)械化與施工機(jī)械化

筑路機(jī)械化與施工機(jī)械化

Roda Mhcanieyr & Conurtsoitcn Mhceazinaoitn

1999年 第16卷 第2期 Vo1.16 No.2 1999 摘要 在修筑各級(jí)公路和城市道路中，雙臥軸強(qiáng) 制連續(xù)式攪拌機(jī)被廣泛用于各種級(jí)配混合料的攪拌。在介紹了該型攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并對(duì) 其攪拌槳葉拌料時(shí)的動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析后，較為詳實(shí)地闡述了攪拌機(jī)主要技術(shù)參數(shù)的確定 方法，以及此設(shè)計(jì)方法用于穩(wěn)定土廠拌設(shè)備后的實(shí)際應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞 穩(wěn)定土廠拌設(shè)備 攪拌機(jī) 攪拌槳葉 拌缸 混合料 受力分析

Design of Forced Continuous Mixer with Double Axle

The double axle forced continuous mixer is used in construction of different highway.This paper introduces the structure of the machine, analyzes the mixing oars movement, and expounds the determination of main technical parameters, finally, gives the practical application to stabilized soil mixing plant.Key words: Stabilized Soil Mixing Plant, Mixer, Oar, Mixing Vat, Mixture, Acting Force Analysis 攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

如圖1，攪拌機(jī)主要由攪拌裝置、拌缸、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)架等部分組成。其中攪拌裝置由兩根 臥軸、攪拌臂、攪拌槳葉等部件組成，如圖2。拌缸由殼體、襯板、蓋板等部件組成。進(jìn)料 口設(shè)置在拌缸一端蓋板的上部，卸料口可設(shè)置在拌缸另一端的下部或端部，如圖3。

圖1 攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)

圖2 攪拌裝置結(jié)構(gòu)

圖3 拌缸結(jié)構(gòu) 槳葉拌料時(shí)的動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)分析

拌和時(shí)，松散的混合料在槳葉作用下，其動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)形態(tài)極為復(fù)雜。為進(jìn)行定性分析，將某 一瞬間槳葉對(duì)混合料的作用情況簡(jiǎn)化為圖

4、圖5所示。

圖4 槳葉動(dòng)力圖

圖 5 槳葉運(yùn)動(dòng)圖

2.1 動(dòng)力分析

如圖4所示，設(shè)槳葉工作表面對(duì)混合料的作用力的合力為F，則混合料對(duì)槳葉的反作用力F′=F。F′分解成兩分力：沿槳葉工作表面寬度方向的滑移力F1和垂直于槳葉工作 表面的正壓力F2。F1、F2按下式計(jì)算：

F1=F′sinλ, F2=F′cosλ，式中，λ為槳葉在攪拌軸上的投影與軸中心線夾角。

此外，混合料與槳葉表面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面有一摩擦力Ff。Ff計(jì) 算公式為

Ff=F2f，式中，f為混合料與槳葉工作表面的摩擦系數(shù)，可查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定。

從圖4可知，當(dāng)F1-F2f>0時(shí)，混合料即沿槳葉工作表面移動(dòng)；當(dāng)F1-F2f≤0，即 F1≤F2f時(shí)，混合料在槳葉寬度方向不會(huì)移動(dòng)，此時(shí)，攪拌機(jī)生產(chǎn)率等于0。將F1≤ F2f變換后得：F′ sinλ≤F′ cosλf，即當(dāng)λ≤arctgf時(shí)，槳葉的運(yùn)動(dòng)不 能推動(dòng)混合料沿?cái)嚢栎S方向移動(dòng)。2.2 運(yùn)動(dòng)分析

如圖5所示，混合料在槳葉的作用下，一方面與槳葉一起作圓周運(yùn)動(dòng)，另一方面沿槳葉工作 表面的寬度方向滑動(dòng)。

混合料沿槳葉工作表面寬度方向的滑動(dòng)速度v可分解為兩個(gè)分速度：軸向速度v1和切向速 度v2。圖5中各速度計(jì)算方法如下：

v1=v cosλ，v2=v sinλ，VL=V-v2=V-v sinλ；

式中：V-槳葉線速度(設(shè)計(jì)時(shí)確定)； VL-混合料的線速度； λ-與動(dòng)力分析時(shí)相同。

將動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)綜合起來(lái)分析，可以得出：當(dāng)λ一定時(shí)(大于arctgf)，V增大→F增大→F1-F2f=F(sinλ-f cosλ)增 大→v增大→v1增大→混合料沿軸向的運(yùn)動(dòng)速度加快；反之，V減小→…混合料沿軸向的運(yùn) 動(dòng)速度降低。

當(dāng)V為定值，λ=arctgf～40°時(shí)，λ增大→F(sinλ-f cosλ)增大→v增大； 此時(shí)，由于v的增大速度比cosλ的減小速度快(經(jīng)驗(yàn)結(jié)論)，v1=v cosλ增大，混 合料沿軸向的運(yùn)動(dòng)速度加快。

當(dāng)V為定值，λ=40°～50°時(shí)，λ增大→F(sinλ-f cosλ)增大→v增大；此時(shí)，由于v的增大速度與cosλ的減小速度相當(dāng)，v1=v cosλ基本不變，混合料沿軸向 的運(yùn)動(dòng)速度基本不變。

當(dāng)V為定值，λ=50°～90°時(shí)，λ增大→F(sinλ-f cosλ)增大→v增大；此時(shí)，由于v的增大速度小于cosλ的減小速度，v1=v cosλ減小，混合料沿軸向的運(yùn)動(dòng) 速度減小。

以上結(jié)果表明：(1)混合料的攪拌時(shí)間與槳葉的線速度、安裝角密切相關(guān)。(2)槳葉的安裝 角λ=40°～45°時(shí)，攪拌效率最佳。鑒于此，國(guó)外許多廠家的攪拌機(jī)上，將槳葉設(shè)計(jì)成安 裝角可調(diào)的形式，傳動(dòng)系統(tǒng)也采用液壓無(wú)級(jí)調(diào)速方式，通過(guò)對(duì)安裝角和轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，改變 混合料的攪拌時(shí)間，以適應(yīng)攪拌不同的混合料。

但是，槳葉線速度和安裝角的變化，會(huì)改變攪拌機(jī)生產(chǎn)率，而生產(chǎn)率的變化將影響設(shè)備其它 系統(tǒng)的工況，而且，槳葉速度的調(diào)整也有一定的限制(待后敘述)，因此，初步設(shè)計(jì)攪拌機(jī)時(shí)，一般先確定攪拌機(jī)生產(chǎn)率，然后再計(jì)算和確定其它技術(shù)參數(shù)。攪拌機(jī)主要技術(shù)參數(shù)的確定 3.1 拌缸橫截面流量Q

攪拌機(jī)工作時(shí)，混合料在攪拌裝置的作用下，不斷翻動(dòng)、摻合，其流態(tài)非常復(fù)雜，但從宏 觀上分析，由于攪拌機(jī)是連續(xù)工作的，根據(jù)連續(xù)性原理，拌缸內(nèi)各橫截面的流量相等。

Q=［Q進(jìn)+q液］／γ(m3／h)，式中：Q進(jìn)-進(jìn)料口流量，t/h;γ-混合料密度，t/m；

q液-加入拌缸的液體質(zhì)量t/h。3.2 拌缸的有效容積G

G是指在攪拌機(jī)工作時(shí)，攪拌槳葉能夠翻動(dòng)、攪拌到的那部分混合料所占有的體積。此體積 與拌缸的大小、槳葉結(jié)構(gòu)尺寸和安裝角度以及槳葉線速度等密切相關(guān)，不易計(jì)算。初步設(shè) 計(jì)時(shí)，可按下式計(jì)算：

G=Qt(m3)，式中：Q-拌缸橫截面流量，m3/h，t-攪拌時(shí)間，h;據(jù)有關(guān)資料，穩(wěn)定土t=20～30s，水泥混凝土 t=40～60 s，3當(dāng)Q大時(shí)(150m/h以上)取大值，Q小時(shí)取小值。

3.3 槳葉線速度V

根據(jù)國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)，攪拌機(jī)葉片頂部線速度V應(yīng)為1.5～1.7m/s。當(dāng)V大于此經(jīng)驗(yàn) 速度 時(shí)，攪拌機(jī)襯板和槳葉端部的間隙中將產(chǎn)生大量的碎石楔住現(xiàn)象，這不僅增加功率消耗和 槳葉、襯板的磨損，而且會(huì)不適當(dāng)?shù)胤鬯槭?，降低混合料的質(zhì)量。當(dāng)然，采用無(wú)襯板技 術(shù) 的穩(wěn)定土攪拌機(jī)不存在以上問(wèn)題，因而這一結(jié)構(gòu)的槳葉頂部線速度可在2.5～3m/s間 選取。

3.4 攪拌裝置各幾何尺寸的計(jì)算

參考國(guó)內(nèi)有關(guān)資料，攪拌裝置(如圖2)各幾何尺寸按如下公式計(jì)算。

(1)攪拌槳葉最大旋轉(zhuǎn)半徑

式中：ψ-殼體形狀系數(shù)，ψ=1.1～1.4；當(dāng)拌缸橫截面為雙圓弧 形時(shí)，ψ取小值，其它形狀時(shí)取大值；

β-充滿系數(shù)，通常取β=0.8～1.0；當(dāng)槳葉安裝角為40°～45°時(shí)，β取小值； 其他角度時(shí)，β取大值；

G-拌缸有效容積，m3。

(2)槳葉寬度W

W=(0.4～0.57)R(m)。

槳葉寬度根據(jù)液體噴灑壓力取值，當(dāng)噴入拌缸的液體壓力在1.5～2MPa時(shí)，W取大 值；當(dāng)液體自流和小壓力噴入拌缸時(shí)，W取小值。

圖6 槳葉尺寸圖

(3)槳葉高度b b=(0.6～0.8)W(m)。

b的取值方法與W相同。

槳葉的形狀可以是長(zhǎng)方形、方形、帶圓角方形等。以上槳葉參數(shù)是初步設(shè)計(jì)值。

(4)兩軸中心距a

a=Rctgα(m)，式中，α為攪拌軸中心和槳葉最大旋轉(zhuǎn)半徑交點(diǎn)的聯(lián)線與攪拌軸中心水平線的夾角(如圖2 所示)。根據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)資料，通常取α=34°～40°。3.5 拌缸幾何尺寸的計(jì)算

拌缸尺寸如圖7所示。

圖7 拌缸幾何尺寸圖

(1)進(jìn)料口尺寸M、N

進(jìn)料口尺寸應(yīng)與送料機(jī)械的卸料口相匹配。當(dāng)送料機(jī)械為皮帶輸送機(jī)時(shí)(圖8)，可初定N=B(B 為皮帶寬度)，然后按下式計(jì)算M。

M=(2～4)h(m)，式中：h-輸送機(jī)橫截面料高，m，如圖8；當(dāng)皮帶機(jī)為V型托時(shí)，h=(B)/(2)sinθ，其中θ為V型托傾角；當(dāng)皮帶機(jī)為槽形托時(shí)，h(2B)/(5)sinθ。

圖8 輸送機(jī)械截面圖

Ｍ值的大小還與送料機(jī)械的卸料高度有關(guān)。當(dāng)卸料高度較大時(shí)，可將進(jìn)料口設(shè)計(jì)成漏斗狀，這時(shí)M取小值；當(dāng)卸料高度較小時(shí)，為避免皮帶回料，M取大值。

(2)出料口尺寸E、F

如圖7所示，當(dāng)攪拌機(jī)出料口設(shè)置在拌缸端部下面時(shí)，尺寸E的大小對(duì)攪拌時(shí)間有一定的影響，因此在保證出料順暢的情況下，E應(yīng)盡量小。參照水力學(xué)的有關(guān)知識(shí)，E與物料粒度有關(guān)，初步設(shè)計(jì)時(shí)，按下式計(jì)算：

E=(2.5～3.5)d(m)，式中，d為物料最大粒徑，m。

如圖7所示，尺寸F的計(jì)算公式為

F=a+2R sinξ(m)，式中：ξ-物料安息角，ξ=180°-2φ，可查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定；

a-兩軸中心距，m；

R-槳葉最大旋轉(zhuǎn)半徑，m。

(3)拌缸長(zhǎng)度L

在以上參數(shù)確定后，L按下試計(jì)算：

式中：G-拌缸有效容積；

S1-混合料在攪拌軸以上占有的截面面積，m2，S1=H(2R+a)；其中，H 是 攪拌過(guò)程中，假設(shè)混合料在攪拌軸以上占有的平均高度，參考有關(guān)資料，H=(1/4～2/5)R；

S2-在攪拌軸以下混合料占有的截面面積，m2，(4)拌缸寬度K

K=a+2R+2C(m)，式中：C-槳葉頂部與拌缸襯板表面的間隙；根據(jù)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，C=5～8mm，當(dāng) 采用無(wú)襯板結(jié)構(gòu)時(shí)，C=混合料最大粒徑+20mm。攪拌機(jī)驅(qū)動(dòng)功率的初步計(jì)算

4.1 受力工況

如圖9，槳葉旋轉(zhuǎn)時(shí)，在q段，粒料在重力作用下有向下運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，而槳葉從底部向上旋轉(zhuǎn)，此 時(shí)槳葉被碎石楔緊的可能性最大。設(shè)攪拌裝置裝有x對(duì)槳葉(單臂時(shí)為x把)，則x/2把槳葉同 時(shí)被楔形碎石楔緊時(shí)，拌和負(fù)荷最大。

圖9 槳葉受力圖 4.2 槳葉受力分析(楔緊時(shí))

在上述工況，攪拌槳葉受攪拌混合料的力Fj和楔緊力Fx的作用，如圖9。4.3 受力計(jì)算

(1)攪拌力Fj

為簡(jiǎn)化計(jì)算，設(shè)攪拌裝置工作時(shí)，將拌缸有效容積混合料整體推動(dòng)。這時(shí)，總攪拌力為

∑Fj=Gγf，式中：∑Fj-總攪拌力，kg；

G-拌缸有效容積，m3；

γ-混合料密度，kg/m3；

f-混合料與拌缸襯板表面的摩擦系數(shù)，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定。

(2)楔緊力Fx

槳葉被楔緊時(shí)，必須將楔石擠碎才能繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，如圖10。Fx按下式計(jì)算：

Fx=lbσf(kg)，式中：l-槳葉與楔石的接觸長(zhǎng)度，mm;為了使槳葉端部輪廓與拌缸襯板 表面的 間隙處處相等，槳葉端部為弧形，經(jīng)實(shí)際測(cè)量，l=5～10mm，弧度大時(shí)取大值，弧度小 時(shí)取小值；

b-槳葉與楔石接觸寬度，經(jīng)實(shí)際測(cè)量，b=4mm;σ-碎石抗壓強(qiáng)度，kgf/mm；

f-碎石與鋼的摩擦系數(shù)。

圖10 槳葉碎石圖

4.4 攪拌軸扭矩Mq的計(jì)算

∑Fj和Fx確定后，按下式計(jì)算Mq：

Mq=［∑Fj+(x2)Fx］R(kg*m)，式中：x-攪拌裝置槳葉對(duì)數(shù)，單臂時(shí)為把數(shù)；

R-槳葉最大旋轉(zhuǎn)半徑，m。4.5 驅(qū)動(dòng)功率P的計(jì)算 P=Mqn/975η(kW)，式中：n-攪拌軸轉(zhuǎn)速，r/min，n=60V/2πR;

η-總傳動(dòng)效率。5 應(yīng)用情況

本設(shè)計(jì)已先后用于我廠WBS-50型穩(wěn)定土廠拌設(shè)備攪拌機(jī)主要技術(shù)參數(shù)的校核和修正，WBS-200型穩(wěn)定土廠拌設(shè)備和HBS300型連續(xù)式水泥混凝土廠拌設(shè)備攪拌機(jī)的初步設(shè)計(jì)。這三種機(jī) 型中，除HBS300型尚未經(jīng)過(guò)工業(yè)性試驗(yàn)外，WBS-50型，WBS-200型已通過(guò)省級(jí)鑒定。至目 前為止，WBS-50型已銷售近百套，WBS-200型銷售近20套。所有投入使用的攪 拌機(jī)均達(dá)到設(shè)計(jì)和使用要求，故障率不到1%(不計(jì)槳葉、襯板等易損件的更換)。

通過(guò)檢測(cè)，本設(shè)計(jì)尚有不足之處，主要有：

(1)按本設(shè)計(jì)確定的驅(qū)動(dòng)功率比攪拌機(jī)工作時(shí)的實(shí)測(cè)值大1/3，富余量過(guò)大。

(2)初步設(shè)計(jì)時(shí)，攪拌機(jī)各主要技術(shù)參數(shù)是根據(jù)生產(chǎn)率確定的，但按本設(shè)計(jì)計(jì)算確定的各主 要技術(shù)參數(shù)制造的攪拌機(jī)，其生產(chǎn)率比理論值大1/2。

對(duì)于功率富余過(guò)大問(wèn)題，可根據(jù)實(shí)測(cè)值重新選配電機(jī)(電機(jī)功率應(yīng)大于高峰值10%～20%)。

實(shí)際生產(chǎn)率過(guò)大，會(huì)影響攪拌質(zhì)量，實(shí)際應(yīng)用時(shí)只要配料系統(tǒng)生產(chǎn)率不超過(guò)設(shè)計(jì)值，就可 保證攪拌質(zhì)量。

由本設(shè)計(jì)可知，在主要技術(shù)參數(shù)確定的條件下，拌缸長(zhǎng)度與攪拌時(shí)間成正比。當(dāng)混合料攪拌 時(shí)間需要增加時(shí)，拌缸長(zhǎng)度也應(yīng)增加；拌缸長(zhǎng)度的增加既增加了功率消耗，又增大了制造難 度和成本。為了解決這一問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外某些廠家設(shè)計(jì)制造了內(nèi)循環(huán)攪拌機(jī)。所謂內(nèi)循環(huán)就是 混合料沿軸向來(lái)回循環(huán)，就象繞∞字一樣，這種攪拌機(jī)可用較短的拌缸獲得較長(zhǎng)的攪拌時(shí)間。本設(shè)計(jì)是否適合內(nèi)循環(huán)攪拌機(jī)正在探索中。

作者單位：張展文 汕頭市公路局機(jī)械修配廠

作者地址：(515041)廣東省汕頭市東廈北路汕頭市公路局機(jī)械修配廠技術(shù)股

(收稿日期：1998.04.14)

第五篇：攪拌機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

目錄 概述...........................................................................................................................2 2 文獻(xiàn)綜述...................................................................................................................3 2.1 國(guó)外路面銑刨機(jī)與發(fā)展趨勢(shì).............................................................................3 2.2國(guó)內(nèi)路面銑刨機(jī)與發(fā)展趨勢(shì)..............................................................................4 3.課題的研究與意義....................................................................................................6 4.設(shè)計(jì)方案的論證........................................................................................................7 4.1原始條件及數(shù)據(jù)..................................................................................................7 4.2設(shè)計(jì)的技術(shù)要求..................................................................................................7 4.3路面銑刨機(jī)的總體設(shè)計(jì)......................................................................................7

4.3.1 路面銑刨機(jī)的選型...............................................................................................................7 4.3.2 傳動(dòng)方式的選擇...................................................................................................................8

5.進(jìn)度安排：..............................................................................................................10 6.參考文獻(xiàn)：..............................................................................................................11

概述

路面銑刨機(jī)是在瀝青路面養(yǎng)護(hù)施工機(jī)械的主要機(jī)種之一，主要用于公路、城市道路等瀝青砼面層清除擁包、油浪、網(wǎng)紋、車轍等。

用路面銑刨機(jī)銑削損壞的舊鋪層，再鋪設(shè)新面層是一種最經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化養(yǎng)護(hù)方法，由于它工作效率高、施工工藝簡(jiǎn)單、銑削深度易于控制、操作方便靈活、機(jī)動(dòng)性能好、銑削的舊料能直接回收利用等，因而廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)市政道路和告訴公路養(yǎng)護(hù)工程中。

文獻(xiàn)綜述

2.1 國(guó)外路面銑刨機(jī)與發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)外路面銑刨機(jī)起源于20 世紀(jì)50年代，經(jīng)過(guò)50 年的發(fā)展，積累了豐富的研制、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。隨著機(jī)、電、液一體化技術(shù)的成功應(yīng)用，其技術(shù)參數(shù)、整機(jī)性能、外觀形象等得到突破性進(jìn)展，形成了以德國(guó)維特根（Wirtgen）公司產(chǎn)品為代表的歐洲風(fēng)格和以美國(guó)卡特彼勒公司、RoadTec 公司、CIM 公司產(chǎn)品為代表的北美風(fēng)格。作為實(shí)現(xiàn)路面銑刨的設(shè)備，國(guó)外銑刨機(jī)經(jīng)歷了由熱銑到冷銑，由無(wú)集料到有自動(dòng)集料裝置的發(fā)展過(guò)程。如50 年代，日本研制了1 號(hào)電熱式銑刨機(jī)，它是在平地機(jī)上安裝了一個(gè)加熱裝置，后部裝備銑刨機(jī)，邊加熱邊銑刨，加熱寬度為2m，銑深只有20mm，工作速度也只有0-12km/h。60 年代后，日本又在平地機(jī)上改裝成了世界上第一臺(tái)冷式瀝青路面銑刨機(jī)，銑刨寬度為2m，深度30-50mm。首臺(tái)銑刨機(jī)出現(xiàn)在1971 年的德國(guó)，這是由維特根公司開發(fā)的裝有紅外預(yù)加熱系統(tǒng)的小型銑刨機(jī)，它的出現(xiàn)開創(chuàng)了道路養(yǎng)護(hù)施工的新紀(jì)元。到20世紀(jì)70 年代中期，全歐洲已有一百多臺(tái)這樣的銑刨機(jī)在使用。十年后，維特根公司又開發(fā)了帶直接收集舊料裝置的小型冷銑刨機(jī)。90 年代初，維特根公司的銑刨機(jī)在大型化、系統(tǒng)化、液壓及控制技術(shù)上得到顯著提高，其中W2200 就是冷銑刨技術(shù)的典型代表。意大利的Bitelli公司、Madni 公司，美國(guó)的CMI 公司、卡特彼勒公司均在二十世紀(jì)9 0 年代初開發(fā)了自己的冷銑刨機(jī)。目前國(guó)外銑刨機(jī)市場(chǎng)形成了以維特根公司的產(chǎn)品為代表的歐洲風(fēng)格和以美國(guó)R o a d t e c 公司、CMI 公司和卡特彼勒公司的產(chǎn)品為代表的北美風(fēng)格。區(qū)別在于歐洲的銑刨機(jī)采用四履帶行走方式，外型結(jié)構(gòu)緊湊、精巧，更多地采用電子控制技術(shù)；而北美的銑刨機(jī)采用的是履帶行走方式，造型粗曠，更加堅(jiān)固。目前全球范圍內(nèi)冷銑刨機(jī)的年產(chǎn)量超過(guò)2000 臺(tái)；銑刨寬度在1500mm 以上的中寬型冷銑刨機(jī)占30%以上；以維特根公司的產(chǎn)量最大，約占總量的55% 以上；其次為CMI 公司的產(chǎn)量，約占總量的13% 以上；其余的產(chǎn)量主要被Bitelli公司、Madni公司、卡特彼勒公司、Roadtech 等公司瓜分。國(guó)外銑刨機(jī)的工作原理相同，發(fā)動(dòng)機(jī)的裝機(jī)容量基本相當(dāng)；區(qū)別在于歐洲的銑刨機(jī)采用四履帶行走方式，外形結(jié)構(gòu)緊湊、精巧，更多地采用電子控制技術(shù)，特別是目前的數(shù)字電子網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。而北美的銑刨機(jī)均采用履帶行走方式，造型粗曠，更加堅(jiān)固。其產(chǎn)品已形成系列化，生產(chǎn)效率一般為150 m2/h～2000 m2/h，銑刨寬度為0.3m～4.2m，最大銑刨深度可達(dá)350mm。作為實(shí)現(xiàn)銑刨工藝的設(shè)備，國(guó)外銑刨機(jī)經(jīng)歷了由熱銑（帶有路面預(yù)加熱裝置）到冷銑（無(wú)需加熱路面），由無(wú)集料到有自動(dòng)集料裝置的發(fā)展過(guò)程。目前全世界冷銑刨機(jī)的年產(chǎn)量超過(guò)2600臺(tái)。銑刨寬度在1500mm 以上的中寬型冷銑刨機(jī)占30% 以上，而維特根公司的產(chǎn)量最大，約占總量的55% 以上；其次為CMI 公司，約占總量的13% 以上；其余的產(chǎn)量被Bitelli公司、Madni公司、卡特彼勒公司、Roadtec 等公司瓜分。

2.2國(guó)內(nèi)路面銑刨機(jī)與發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)內(nèi)銑刨機(jī)產(chǎn)業(yè)自20 世紀(jì)80 年代末起步，到90 年代才初具規(guī)模，自20 世紀(jì)90 年代以后，國(guó)內(nèi)企業(yè)通過(guò)引進(jìn)、消化和吸收德國(guó)W i r t g e n 公司、瑞典Dynapac 公司的先進(jìn)制造技術(shù)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)形成了以徐工筑路、中聯(lián)重科、鎮(zhèn)江華通、天津鼎盛和西安宏大為代表的20 多家銑刨機(jī)生產(chǎn)制造企業(yè)，銑刨機(jī)產(chǎn)業(yè)規(guī)模化已初現(xiàn)。主要產(chǎn)品有：徐工筑路X M 1 0 0、X M 1 0 1、X M 2 1 0 ；鎮(zhèn)江華通 L X Z Y 5 0 0、L X Z Y 1 0 0 0 B、L X Z Y H 1 0 0 0、L X Z Y H 1 3 0 0 ；天津鼎盛 L X 1 0 0 0、LX1300、LX2000；西安宏大 CM1000、CM1300、CM1600、CM1900、CM2000；沈陽(yáng)北方 K F X 2 2 0 0、K F X 2 0 0 0、K F X 1 2 0 0、K F X 1 0 0 0 Q ；陜西建設(shè)CM2000；西安筑路 LX200；中聯(lián)重科BG2000、BG2100。

到目前為止，國(guó)內(nèi)已有徐工筑路，中聯(lián)重科、陜建股份、西安宏大、北方交通和西筑等企業(yè)可以生產(chǎn)制造銑刨寬度為2 m，最大銑刨深度為3 0 0 m m，具有自動(dòng)切深控制和收料裝置的中大型路面銑刨機(jī)。其中陜建股份和西安宏大生產(chǎn)的CM2000、CM1900 型路面銑刨機(jī)，其整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及數(shù)字網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)都是自行設(shè)計(jì)完成的，在這些方面不但擁有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，而且達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。從單個(gè)產(chǎn)品種類上來(lái)看，0.5 米、1 米規(guī)格的銑刨機(jī)由于技術(shù)檔次較低，價(jià)格低廉，因此受到國(guó)內(nèi)中小客戶的歡迎，銷售業(yè)績(jī)較佳，銷售收入和利潤(rùn)指標(biāo)都較好；而2 米規(guī)格的銑刨機(jī)由于可靠性和技術(shù)水平的原因，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品還無(wú)法跟國(guó)外同類產(chǎn)品抗衡，雖然單臺(tái)產(chǎn)品利潤(rùn)率較高，但由于銷量較少，自然銷售收入和利潤(rùn)指標(biāo)狀況也不容樂(lè)觀。從技術(shù)角度來(lái)看，我國(guó)2米以上銑刨機(jī)技術(shù)幾乎全部為引進(jìn)技術(shù)，普遍缺少核心技術(shù)，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵配套件技術(shù)更是如此。因此銑刨機(jī)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級(jí)極其緩慢。如果今后國(guó)內(nèi)企業(yè)要涉足高端產(chǎn)品市場(chǎng)或推進(jìn)國(guó)際化戰(zhàn)略，就無(wú)法擺脫在國(guó)際銑刨機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈上的下游企業(yè)地位，增值能力有限。很多人所倡導(dǎo)的所謂“國(guó)際化配套”雖然可以一時(shí)滿足國(guó)內(nèi)企業(yè)的生存性需求，但如果真的有一天國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求層次普遍提高，恐怕國(guó)內(nèi)企業(yè)的厄運(yùn)就要來(lái)了，因?yàn)殡S著外資企業(yè)本土化戰(zhàn)略的推進(jìn)實(shí)施，國(guó)內(nèi)和外資企業(yè)的原材料成本和人工成本則完全站在同一水平線上，而國(guó)內(nèi)企業(yè)在技術(shù)、品牌等主要因素上卻處于劣勢(shì)地位。因此，鑒于我國(guó)銑刨機(jī)市場(chǎng)的巨大潛力，國(guó)內(nèi)的銑刨機(jī)主機(jī)生產(chǎn)廠家應(yīng)該和關(guān)鍵件配套企業(yè)，尤其是有實(shí)力的工程機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合攻關(guān)，從而擁有自己的核心技術(shù)。在全球范圍內(nèi)看，包括銑刨機(jī)產(chǎn)品在內(nèi)的養(yǎng)護(hù)機(jī)械產(chǎn)品和養(yǎng)護(hù)機(jī)械產(chǎn)業(yè)已處于成熟期，但從國(guó)內(nèi)情況看，養(yǎng)護(hù)機(jī)械產(chǎn)業(yè)尚處于發(fā)展期。產(chǎn)品技術(shù)仍需發(fā)展完善、產(chǎn)品使用范圍和使用量尚未得到足夠拓展、市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下的產(chǎn)業(yè)自然調(diào)整仍處于初級(jí)階段、用戶使用意識(shí)和企業(yè)研發(fā)意識(shí)、能力尚且落后，國(guó)外用戶和企業(yè)現(xiàn)在考慮的是如何把銑刨機(jī)用得更好，尋求更好的解決方案，而我國(guó)很多用戶因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)的國(guó)情還在人力和銑刨機(jī)間取舍難斷，生產(chǎn)企業(yè)也不能很好的滿足多樣化的需求?？傮w來(lái)看，我國(guó)銑刨機(jī)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前景廣闊，國(guó)內(nèi)銑刨機(jī)制造企業(yè)大有可為。

3.課題的研究與意義

伴隨著國(guó)內(nèi)公路建設(shè)的快速發(fā)展,市場(chǎng)對(duì)路面養(yǎng)護(hù)設(shè)備的需求量也越來(lái)越大。瀝青路面冷銑刨機(jī)作為路面維修和養(yǎng)護(hù)的主要設(shè)備,以其高質(zhì)量、高效率的施工效果,越來(lái)越受到施工單位的重視,市場(chǎng)需求也越來(lái)越大。盡管國(guó)內(nèi)銑刨機(jī),尤其是2米左右大型銑刨機(jī)經(jīng)過(guò)這幾年的發(fā)展已有了很大變化,但是無(wú)論從技術(shù)性能、可靠性、外觀質(zhì)量、人性化設(shè)計(jì)及自動(dòng)化程度等方面來(lái)說(shuō),國(guó)產(chǎn)銑刨機(jī)還有很長(zhǎng)一段路需要走。

瀝青混凝土路面銑刨機(jī)是一種高效的瀝青路面維修養(yǎng)護(hù)設(shè)備，其原理是利用滾動(dòng)銑削的方法把瀝青混凝土路面局部或全部破碎，銑削下來(lái)的瀝青碎料經(jīng)再生處理后，可直接用于路面表層的重新鋪筑。主要用于公路、城市道路、機(jī)場(chǎng)、貨場(chǎng)、停車場(chǎng)等瀝青混凝土砼面層開挖翻新；瀝青路面擁包、油浪、網(wǎng)紋、車轍等的清除；水泥路面的拉毛及面層錯(cuò)臺(tái)銑平等。作為路面養(yǎng)護(hù)和再生設(shè)備的主要機(jī)種之一的路面銑刨機(jī)正越來(lái)越引起道路養(yǎng)護(hù)專家和施工單位的關(guān)注。公路建設(shè)部門對(duì)路面銑刨機(jī)等成套設(shè)備的需求會(huì)越來(lái)越迫切，需求量也會(huì)越來(lái)越多。

4.設(shè)計(jì)方案的論證

4.1原始條件及數(shù)據(jù)

重量：150kg 銑削寬度：20cm 銑削厚度：0-10cm 工作速度：0-1.2km/h 4.2設(shè)計(jì)的技術(shù)要求

1.掌握銑刨機(jī)的工作原理； 2.熟悉銑刨機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)； 3.設(shè)計(jì)一種深度調(diào)節(jié)裝置； 4.能熟練使用CAD軟件繪圖

4.3路面銑刨機(jī)的總體設(shè)計(jì)

路面銑刨機(jī)的總體設(shè)計(jì)，就是根據(jù)其主要用途、作業(yè)條件、使用場(chǎng)合及生產(chǎn)情況等，合理的選擇和確定機(jī)型、各總成的結(jié)構(gòu)型式、性能參數(shù)及整機(jī)尺寸等，并進(jìn)行合理的布置。這些組成和部件相互依賴又相互制約，因此，路面銑刨機(jī)的性能不僅取決與每個(gè)部件的好壞，而更重要的是取決于各總成性能的相互協(xié)調(diào) 4.3.1 路面銑刨機(jī)的選型

路面銑刨機(jī)結(jié)構(gòu)型式的選擇，主要是根據(jù)其用途和作業(yè)場(chǎng)合。路面銑刨機(jī)的結(jié)構(gòu)型式按銑刨機(jī)行走方式不同，可分為輪胎式和履帶式。

輪胎式的優(yōu)點(diǎn)：重量輕、速度快、機(jī)動(dòng)靈活、效率高、行走時(shí)不破壞路面及維修方便等。由于以上特點(diǎn)，輪胎式路面銑刨機(jī)一般以中小型居多，運(yùn)行方便、快捷靈活。適用于小面積的路面維修、刮除噴涂標(biāo)線、銑刨小型溝槽等，一般不帶廢料回收裝置。在工作量不大、作業(yè)地點(diǎn)不太集中、轉(zhuǎn)移性頻繁的情況下，生產(chǎn)率大大超過(guò)了履帶式。

輪胎式的缺點(diǎn)：輪胎接地比壓較大、通過(guò)性能差、重心較高，穩(wěn)定性較差。履帶式的優(yōu)點(diǎn)：履帶接地面積大，使得接地比壓小，通過(guò)性能好、重心低、穩(wěn)定性好、重量大、附差性好、牽引力大、比切入力大。因此，大中型路面銑刨機(jī)一般為履帶全液壓式，主要用于大規(guī)模路面養(yǎng)護(hù)作業(yè)。

履帶式的缺點(diǎn)：速度低、不夠靈活機(jī)動(dòng)、制造成本高、維修較難、行走時(shí)易破壞路面，轉(zhuǎn)移工作場(chǎng)地時(shí)需用拖車托運(yùn)

根據(jù)本次課題的要求，主要針對(duì)小范圍路面的維修和養(yǎng)護(hù)，于是選擇輪胎式

4.3.2 傳動(dòng)方式的選擇

路面銑刨機(jī)的傳動(dòng)型式可分為液壓、液壓機(jī)械混合、機(jī)械三種傳動(dòng)方式。液壓傳動(dòng)

液壓傳動(dòng)對(duì)于小型銑刨機(jī)充分體現(xiàn)了它的優(yōu)越性，具有傳動(dòng)與控制簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊且銑刨鼓可輕易實(shí)現(xiàn)左右移動(dòng)（切邊）等特點(diǎn)。其動(dòng)力傳遞路線一般如下所示：

發(fā)動(dòng)機(jī)→彈性聯(lián)軸器→分動(dòng)箱或簡(jiǎn)易的泵安裝板→液壓泵→液壓馬達(dá)→銑刨鼓

液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)：

（1）實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速且變速范圍大，并能實(shí)現(xiàn)微動(dòng)；（2）操縱簡(jiǎn)單方便；

（3）可用液壓系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)；

（4）可采用行走履帶分別驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)，能方便地實(shí)現(xiàn)彎道行駛和原地轉(zhuǎn)向；（5）便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)； 液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)如下：（1）傳動(dòng)效率低

（2）可能導(dǎo)致整體布置困難（3）相對(duì)機(jī)械傳動(dòng)而言可靠性低 2.液壓機(jī)械混合傳動(dòng)

液壓機(jī)械混合傳動(dòng)是國(guó)內(nèi)廠家節(jié)約成本的產(chǎn)物。其動(dòng)力傳遞路線一般如下所示：

發(fā)動(dòng)機(jī)→彈性聯(lián)軸器→液壓泵→液壓馬達(dá)→減速箱→ 鏈傳動(dòng)→銑刨鼓 采用這種傳動(dòng)方式的液壓馬達(dá)為高速馬達(dá)，所以成本較液壓傳動(dòng)低；由于還采用了鏈傳動(dòng)，因而這種傳動(dòng)方式的效率比液壓傳動(dòng)要低，而且銑刨作業(yè)時(shí)阻力變化很大，沖擊大，還會(huì)導(dǎo)致鏈傳動(dòng)、減速箱高故障的發(fā)生。這種傳動(dòng)方式雖然可以降低一些成本，但相對(duì)整個(gè)機(jī)器是得不償失的。

3.機(jī)械傳動(dòng) 機(jī)械傳動(dòng)的動(dòng)力傳遞路線目前市場(chǎng)上存在兩種，如下所示： 第一種： 發(fā)動(dòng)機(jī)→彈性聯(lián)軸器或彈性聯(lián)軸器加分動(dòng)箱→液壓離合器→皮帶傳動(dòng)→行星減速機(jī)→銑刨鼓

第二種： 發(fā)動(dòng)機(jī)→彈性聯(lián)軸器→機(jī)械式離合器→分動(dòng)箱→傳動(dòng)軸→變速箱→鏈傳動(dòng)→銑刨鼓

第一種傳遞路線也可稱作機(jī)械皮帶傳動(dòng)，主要包括液壓離合器、皮帶傳動(dòng)、行星減速機(jī)、銑刨鼓等，具有傳動(dòng)效率高、穩(wěn)定性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。由于這種傳動(dòng)中離合器、分動(dòng)箱比較特殊，價(jià)格昂貴，因而相對(duì)成本較高是這種傳動(dòng)的缺點(diǎn)。

第二種傳遞路線由于成本非常低，只有國(guó)內(nèi)的一些低檔次型號(hào)的機(jī)器采用。由于該傳遞路線剛性太大，緩沖性能差，容易出現(xiàn)斷齒、斷軸等問(wèn)題；離合器為機(jī)械式常閉離合器，銑刨系統(tǒng)的啟動(dòng)與停止操作麻煩；因此也是不適合大功率高檔次銑刨機(jī)。

比較上述幾種傳動(dòng)方式，發(fā)現(xiàn)液壓傳動(dòng)更適合我們所選擇的輪胎式路面銑刨機(jī)

5.進(jìn)度安排：

9.13-9.23：調(diào)查研究，閱讀文獻(xiàn)，查找資料，擬定設(shè)計(jì)方案； 9.24-9.27：整理資料，完成開題報(bào)告；

9.28-10.11：擬定各部分方案，繪制銑刨機(jī)總稱圖； 10.12-10.26：翻譯外文資料；

10.27-11.18：銑刨設(shè)計(jì)計(jì)算，并完成各部分零件圖紙的繪制； 11.19-12.07：進(jìn)行關(guān)鍵元件校核，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書； 12.08-12.21：整理論文和圖紙，提交論文； 12.22-12.27：修改論文，準(zhǔn)備答辯； 12.28-1.08：完成答辯及成績(jī)?cè)u(píng)定

6.參考文獻(xiàn)：

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