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　　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实施工程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，被大范围的使用在各种搅拌场合。

　　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。

　　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，整机结构紧密相连，外观美观。2000型双卧轴混凝土搅拌机具有操作简单便捷的特点，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。

　　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使拌合料经强烈搅拌后变成匀质混凝土。

　　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加复杂，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。

　　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…。

　　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。自落式搅拌机结构相对比较简单，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，大范围的应用于中小型建筑施工工地。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、产量不断提出的更加高的要求，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及形式、传动方式、搅拌腔衬板材料以及搅拌生产的基本工艺等方面做改进和探索。

　　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。

　　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公司发展迅速，目前已形成系列新产品。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研究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获得长足发展，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，我们与发达国家的中等水准还有不少差距，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。

　　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，用户对实施工程质量的要求慢慢的升高，一些传统搅拌设备已不足以满足慢慢的升高的施工要求。

　　目前，我国每年城乡新建房屋建筑面积近20亿㎡，其中80％以上为高能耗建筑。单位建筑面积能耗是发达国家的2～3倍以上，建筑用实心粘土砖每年毁阳12万亩，能耗水平与发达国家相比，钢材消耗高出10％---25％，每拌和l㎥混凝土要多消耗水泥80㎏。也就是说，2005年我国的混凝土要多消耗1200亿kg水泥，以目前水泥的市场价每公斤0．40元计算，价值人民币480亿元！这中间有材料的原因，也有搅拌技术落后的原因，由此而知，搅拌技术的研究具备极其重大的社会和经济意义。

　　我国年产水泥混凝土大约15亿㎥，搅拌机的年产量也居世界首位。相对而言，我国混凝土搅拌技术相对落后，具有自主知识产权的技术很少。随着近年来商品混凝土 的大力推广以及高速铁路工程建设等施工的高效率化、高质量化和高效益化，客观上推 动了混凝土搅拌设备向高效率、高质量方向发展。此外，从市场需求看，用户对实施工程质量和效率的要求也慢慢变得高，一些传统产品已无法满足慢慢的升高的施工要求。因此，必须在现有结构基础上对搅拌机进行参数优化，同时寻求新型搅拌原理或新型搅拌机型。

　　提出“2000双卧轴搅拌机搅拌轴的设计”这一课题，旨在提高混凝土生产质量， 提高搅拌设备工作效率，从而节约生产所带来的成本。它既是对现有搅拌理论的深入探讨，更是 进一步技术的提升与创新，对提高我国搅拌设备的使用性能和技术水平，以及工程建设的质量和速度都具备极其重大的理论和实用价值，并有着广阔的应用前景。它的重要意义还在于利用优化技术提高混凝土搅拌设备发展速度和国家重点项目施工量，提升我国混凝土搅拌设备的市场竞争力和工程项目施工国产设备的装备水平。

　　论文采用先设定后验算的方法，即先设定参数，后检验校核参数的合理性。2000型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使拌合料经强烈搅拌后变成匀质混凝土。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。为了使设计的搅拌机更加合理，以下几个参数十分重要：

　　其中，重点研究的是搅拌装置，包括主轴的参数设计，主轴的强度校核，搅拌臂的设计，叶片的排列方式，叶片的安装角度，叶片的数目。

　　由于双卧轴混凝土试验用搅拌机具有两根搅拌轴，为了尽最大可能避免搅拌过程中的死角，料筒底部设计成两个圆筒形凹陷，分别对应于两根搅拌轴正下方。并且，凹陷弧面所对应的轴线与上方搅拌轴的轴线重合。两个凹陷之间有一个突起，突起的高度与搅拌筒的公称容量、搅拌效率、均匀性等密切相关。

　　搅拌轴转动时，由于搅拌叶片上各点与轴心的距离不同，各点的线速度是不同的，靠近搅拌轴线速度越小，靠近搅拌筒线速度越大，因而对物料的搅拌、剪切作用也不相同。这样，在靠近搅拌轴附近的区域形成混合料搅拌的低效区。低效区的存在对单卧轴混凝土搅拌机的影响最明显，在大搅拌叶片相对一侧、靠近搅拌轴处安装小搅拌叶，能增加搅拌轴附近物料与搅拌筒内壁附近物料间的径向对流，从而消除搅拌低效区。而针对双卧轴混凝土搅拌机而言，能够最终靠调节两根搅拌轴的间距，使其中一根搅拌轴上的搅拌叶片伸入另一根搅拌轴的低效区内，搅拌叶片相互交错，以达到主搅拌区各点搅拌效果均匀一致，从而消除了搅拌低效区。同时，两根搅拌轴的靠近程度决定了凹陷之间突起的高度和搅拌筒的公称容量。

　　搅拌筒侧壁与水平面垂直。除参与搅拌轴固定的两个相对侧壁外，剩下两个侧壁均与底部圆筒相切，此种结构设计一方面保证了料筒内没有搅拌死角，另一方面搅拌筒的公称容量最大，且搅拌过程不出现卡石子现象。

　　双卧轴混凝土试验用搅拌机的搅拌叶片和搅拌筒体采用16Mn钢制作。搅拌筒壁厚为10mm，搅拌叶片厚12mm，搅拌叶片与搅拌筒间距可调，这些设计可以能确保搅拌机的常规使用的寿命高于5年——远高于目前普遍的使用的单卧轴混凝土试验用搅拌机。

　　搅拌筒体设备长径比取值范围是1.7－2.5，考虑筒体长径比对搅拌功率、传热以及物料特性的影响选取。

　　根据工艺技术要求，装料系数，筒体全容积，筒体公称容积（操作时盛装物料的容积）。

　　初步设计搅拌筒的参数如下图所示：搅拌筒的有效直径D=1350mm，筒体中心距A=1120mm，筒体有效长度L=1578mm,有效容积由筒体相交圆弧形成的截面面积s与筒体有效长度L的乘积、减去搅拌系统所占筒体水平中心线以下空间Vj后的净空间。

　　搅拌机搅拌过程中，其搅拌叶片的线型双卧轴搅拌机的搅拌叶片线m/s，叶片外侧回转半径Ry=650mm.．则搅拌主轴转速为n===23.518rpm。

　　三相异步电动机是工农业生产中应用最广泛的一种动力机械.合理的选择与使用电动机能保证电动机安全、经济、高效地运行。Y系列三相异步电动机按照标准设计，具有互换性的特点。Y系列电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，具有防止灰尘，铁屑或其他杂物侵入电动机内部的特点。

　　查Y系列三相异步电动机的技术数据，选用Y315S-4 型号电动机，其参数如下表

　　减速器是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。

　　1）降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不可以超出减速器额定扭矩；

　　减速器的种类：一般的减速器有斜齿轮减速器(包括平行轴斜齿轮减速器、蜗轮减速器、锥齿轮减速器等等)、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器、蜗轮蜗杆减速器、行星摩擦式机械无级变速机等等。

　　联轴器是减速机 (​http:​\/​​\/​.qsreducer​\/​default.html​)的常用附件，选好联轴器对减速机性能的发挥起着至关重要的作用。联轴器可分为刚性联轴器、挠性联轴器和安全联轴器三大类别，例如刚性联轴器又可有凸缘联轴器、套筒联轴器等。

　　刚性联轴器只能用来联接两根严格共轴线的轴。而挠性联轴器，由于结构上的特殊设计，因而还有多方面的功能。如:

　　2、补偿由于制造和安装误差造成所联接两轴的轴向位移,径向位移和角位移，避免轴端产生过大的附加载荷(鳖劲力)；

　　3、改变轴系的共振转速。例如当冲击吸收功相同时，以扭矩为基准的扭转角越大(即刚度小)，冲击扭矩越小，共振转速越低。联轴器的惯性矩也影响轴的共振转速；

　　4、减轻轴的扭转振动。不过，这只有采用具有较大外阻尼(增大摩擦阻尼)的结构或较大内阻尼的材料(如橡胶、塑料等)做联轴器的中间传力件时，才能实现。

　　选用挠性联轴器，十字轴式万向联轴器。由以上参数选择SWP200B型。其公称转矩为31.5KN/m.

　　对于双卧轴搅拌机，搅拌臂的排列形式最重要的包含搅拌臂的料流排列和搅拌臂的相对位置关系。其中搅拌臂的相对位置关系主要是指单根轴上相邻两个搅拌臂之间的相对位 置关系和双轴上搅拌臂之间的相对位置关系。搅拌臂的不同排列形式，可使拌筒内的混凝土混合料产生不同的料流运动形式。卧轴搅拌机拌筒内的料流形式因搅拌轴数量和混凝土搅拌生产的方法不一样有所差别。分析拌筒内的料流形式，不难得知影响双卧轴搅拌机搅拌筒内物料运动的重要的因素是搅拌臂的排列以及叶片参数。

　　在搅拌叶片推动下，混合料由搅拌机两端向中央运动，并在中央处以锥体形状堆积。这时有些物料就会从料堆顶部溢出，流向拌筒的两端，然后再由叶片将其从两端推回中央，从而完成物料的一个循环。

　　其中一根轴上的叶片推动混合料沿轴朝一个方向运动，而另一根轴上的叶片推动混合料沿轴朝另一个相反方向运动。在两轴末端，各有返回叶片把混合料扒离拌筒端面，并从一根轴处转送到另一根轴处，使混合料完成大循环运动。在两轴之间的区域，左边轴上的叶片将混合料推向右边，右边轴上的叶片将混合料推向左边，完成混合料的小循环运动。

　　搅拌臂数量的多少对搅拌机的工作效率及混合料的搅拌质量有一定的影响，不仅单根轴上相邻搅拌臂间的相位角与搅拌臂的数量紧密关联，而且双轴上搅拌臂排列组合形式及其合理逆流的最小相位差也与搅拌臂的数量有关。搅拌臂数量多，必然使搅拌轴长度增加使其结构强度、刚性下降，使搅拌机拌筒的长度增加使其长宽比不合适。而且搅拌机拌筒的长度增加，卸料门的长度也要增加，这对总体伟置不利。另外，搅拌臂越多，使石料被叶片挤碎的可能性增大，这将影响到骨料的级配精度。搅拌臂数量少，必然减少物料的循环次数，减少物料与搅拌的叶片非间接接触而发生强制作用的机会，影响搅拌质量。