JS750混凝土搅拌机设计2【说明书+CAD】
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I 目 录 摘要 .I ABSTRACT.II 第一章 绪论 .1 1.1 研究的背景及意义 .1 1.2 国内外的研究现状 .2 1.3 主要研究内容 .2 第二章 双轴式沥青混凝土搅拌系统总体方案的分析 .4 2.1 搅拌系统的介绍 .4 2.2 搅拌系统参数的优化设计 .5 2.3 搅拌功率的计算 .7 第三章 搅拌系统的设计 .8 3.1 搅拌系统简介 .8 3.2 搅拌系统的特点分析 .8 3.2.1 混凝土的特点 .8 3.2.2 搅拌生产设备 .9 3.3 搅拌系统设计方案 .10 3.3.1 搅拌的实质分析 .10 3.4 本章小结 .10 第四章 搅拌系统内部零件的强度校核 .12 4.1 轴承的校核 .12 4.1.1 钢球最大载荷 .12 4.1.2 钢球当量载荷 .13 4.1.3 寿命计算 .13 4.1.4 最大接触应力 .13 4.2 螺栓强度校核 .14 4.3 轴的校核 .15 4.4 齿轮强的校核 .19 4.5 本章小结 .22 结论和展望 .23 参考文献 .25 I 摘要 沥青混凝土搅拌设备是生产沥青混合料的主要设备,在路面施工中占有重要 的地位,所生产的沥青混合料的质量好坏,直接影响着沥青路面的质量。对沥 青混凝土搅拌设备生产过程实现监控与动态管理是非常必要的。因此,研究设 计基于 GPRS 网络的沥青混凝土搅拌设备的监控系统具有广泛的工程实用价值。 其中固一液两相搅拌操作是最常见的操作,对固一液悬浮浆液池中的固液两相 流场进行研究,进而讨论固体浓度对浆液池内液相流场的影响规律,是固一液 搅拌研究工作的重要组成部分。本文首先从混凝土生产特别是碾压混凝土生产 的特点和影响混凝土生产质量的因素入手,设计出一种连续式搅拌设备的总体 研制方案,然后通过深入分析连续式碾压混凝土搅拌机理和连续配料方案,提 出了采用皮带重量连续配料方案和双卧轴连续搅拌机设计方案。最后,通过试 验验证,说明连续式碾压混凝土搅拌设备的生产的混凝土完全能满足水工混凝 土规范的要求,连续式碾压混凝土搅拌设备的设计正确,方案可行,同时由于 其具有的明显优势,可以大量推广。 关键词:沥青混凝土搅拌设备 结构设计 人机界面等 II Abstract Asphalt mixing plant is a main equipment of the production of the asphalt concrete,and plays an important role in the construction of roadThe quality of the asphaltconcrete made from it has a direct impact on the quality of asphalt pavementThe monitoring and dynamic management of the asphalt mixing plant is very essentialTherefore, the research and design of the monitoring system for the asphalt mixing plant based on GPRS works with a vide range ofpractical valueThe operation of blender relates to fluid flow,heat transfer and mass transfer, and other physical and chemical processesAmong them,solid-liquid twophase mixing operation is the most common operation techniquesStudy on solidliquid two- phase field in solid-liquid suspension agitator Tank and discuss the influence law of solids concentration on the liquid flow field are important components in the solid- liquid mixing researchThis thesis based on the concrete production,especially the feature of RCC production and the factors affecting concrete production quality,designed a overall development plan of continuous mixing plant,and then through in-depth analysis of continuous RCC mixing mechanism and way of continuous ingredients,proposed a scheme that using belt continuous weight measuring method and double axle continuous mixerAt last,through the test verification,illustrated the concrete produced by continuous concrete mixing plant which is designed and researched,Can completely meet the requirement of hydraulic concrete,simultaneously,because of its advantages,it Can promote widely Key words: the asphalt mixing plant,structural design, ;humanmachine interface 1 第一章 绪论 1.1 研究的背景及意义 沥青混合料搅拌设备是一种用于生产高等级沥青路面所需沥青混合料的设 备,由于在野外作业,工作环境恶劣、气温变化幅度大、干扰源多等因素的影 响,给该设备控制系统的设计增加了很大的难度。特别是用于高等级公路的设 备,对沥青、粒料、粉料和温度的计量精度要求高,因此对该设备控制系统硬 件和软件设计相对要求也较高,必须综合考虑上述因素,采取必要的设计措施, 才能满足高等级公路施工的要求。 它按照实际施工的需要,将粒料(又称骨料)、粉料、沥青等筑路材料按一 定的比例在一定的温度下搅拌均匀. 1。沥青混合料搅拌设备是沥青路面施工的 关键设备之一,其性能直接影响到所铺筑沥青路面的质量 2。沥青混凝土搅拌 设备按生产方式不同分为连续式沥青混凝土搅拌设备和间歇式沥青混凝土搅拌 设备。间歇式沥青混凝土搅拌设备由于有振动筛的“二次筛分及电子称量系统 的“二次计量,能更好的保证沥青混合料的级配及油石比,因此在我国公路建 设及养护过程中,生产沥青混合料时大都采用间歇式沥青混凝土搅拌设备。 公路沥青路面施工技术规范明确要求沥青混凝土搅拌设备必须配备打印机, 并实时打印相关数据,这对沥青混合料质量控制起到了重要的作用。但到目前 为止,除打印机外,国产及进口的沥青混凝土搅拌设备都没有实时在线数据处 理分析及监测系统,这就使得沥青混凝土搅拌设备拌合质量的实时监控十分困 难,某些情况下甚至严重影响了沥青路面的路用性能。随着我国水电建设的开 发程度的提高,我国的开发重点已转移到西部,水电站大都建在高山峡谷之中。 受地形地质条件的限制,拦河大坝主要采用面板堆石坝、碾压混凝土坝和拱坝, 三种坝型各具特点,已基本形成三分天下的格局 3。 2 1.2 国内外的研究现状 沥青混凝土搅拌设备在道路工程中应用有着悠久的历史,经过长期发展, 工艺日趋成熟,设备的主要构成已基本定型,特别是随着电子技术的日益完善 以及计算机技术和信息处理技术的提高,已经达到很高的技术水平。我国的沥 青混凝土搅拌设备的研究起步较晚,但发展较快,一些企业通过引进国外的先 进技术使自身的研制水平得到很大的提高。西筑、辽筑、雪桃、徐工、锡通、 陆德等一批优秀企业相继研制开发了 5000 型沥青混凝土搅拌设备,国内的设备 制造商也已多达 60 多家,初步实现了产业规模化。一些大中型企业不但面向眼 前的市场需要,更看重中远目标的需求,有远见的走上了自主开发新产品的道 路。与此同时,国外的一些知名品牌的沥青混凝土搅拌设备制造企业也纷纷进 入中国,德国的边宁荷夫、阿曼(AMMANN),英国的 GENC OR 和日本的日工 (NO)等公司,都己在中国设立了办事处。意大利的玛连尼(Marini)、新加 坡的林泰格、加拿大的加隆(CALoNG)和香港的德基已经在国内建厂,就地制 造和销售沥青混凝土搅拌设备。目前我国大中型水电站建设对混凝土施工机械 的要求很高,基本是大方量、高强度并能生产多品种的混凝土搅拌楼,因此混 凝土搅拌楼的规模正向大型甚至超大型化方向发展。一般大中型水电站建设要 求单座楼的生产率为 110-一 240m3h,配备的搅拌楼型号大多为自落式的 3x15m3、4x3m3、4x45m3 和强制式的 215m3、x3m3、2x4m3 及 26m3; 选用的搅拌机也在向大容量方向发展,从 15m3 扩大到 6m3。当然,各种骨料、 粉料、砂及外加剂的称量值也相应增大,以满足整机生产率的要求。现在国内 所使用现代化的搅拌设备绝大部分已实现国产化。大中型水电站建设,对水工 混凝土的质量要求也很高,除常态常温的混凝土外,还需要预冷混凝土、碾压 混凝土等口羽口 9。碾压混凝土(RCC)筑坝新工艺近几年在我国水电站施工中 得到广泛应用。碾压混凝土筑坝温控措施简单、水泥用量小,通过机械设备可 实现快速施工,大大缩短了水电站建设工期,节约了投资。本文所研究的连续 式搅拌设备就是为了满足碾压混凝土筑坝高速、连续、大强度特点的需要。 1.3 主要研究内容 沥青混合料搅拌设备作为沥青路面机械化施工的关键设备,已经被我国公 3 路建设部门所广泛采用。目前国内企业主要都是引进、消化和吸收国外的先进 搅拌设备技术,如徐工科技引进的是英国 ACP 公司技术、西安筑路引进的是英 国 Parker 公司和德国 Benninghoven 公司技术、南方路机则吸收了意大利和韩 国的技术。对于这些引进开发的搅拌设备以及已有的搅拌设备,其产品技术性 能以及质量水平如何,都需要进行正确的判断,而判断所依据的手段和方法, 就是产品的性能评价。一个优秀的产品设计离不开好的设计方法,也离不开对 产品性能的正确评价。客观、真实、科学地评价搅拌设备产品的技术与质量水 平,不仅是正确认识和评价国产搅拌设备产品的技术性能水平,帮助企业提升 产品性能和质量、增强产品竞争力的迫切需要,也是加强产品使用、管理和维 修水平的重要手段。本文主要是想设计一种双轴式的搅拌系统,是搅拌更合理。 4 第二章 双轴式沥青混凝土搅拌系统总体方案的分析 2.1 搅拌系统的介绍 长期以来,均匀度是我国衡量混合料搅拌质量的主要指标,这种规定是传 统概念的产物。传统的搅拌理论认为,搅拌的主要任务是达到规定的均匀度。 因此,各式各样的搅拌机的工作机构,主要作用是使物料产生剪切、对流及扩 散的循环流动,在物料位置的频繁迁移中达到各组分的均匀分布。为了获得均 匀的混合料,必须研究混凝土形成过程中物料的运动规律,研究搅拌机工作机 构与混合料间相互作用的关系。混凝土搅拌过程中伴随着拌和与分离同时存在 的两种现象,是一动态的发展和变化过程,这可用曲线来定性地描述,如下图 所示。 图 1 开始阶段的拌和主要是靠物料的循环流动来实现(I 段)。此时搅拌过程在 宏观水平进行。组分间的相界面小,因此各组分间的扩散现象不明显,分离现 象的影响也较小,搅拌过程的发展速度主要取决于搅拌机中物流的运动特点。 5 混凝土是重要的建筑材料 提高搅拌质量至为重要 为此 我国制定了混凝土 搅拌机等有关标准,将搅拌性能作为搅拌机性能评价的首要指标 标准规定 搅 拌机的搅拌性能以混凝土拌合物的匀质性来评定 即以同一罐不同部位的混凝土 拌合物中砂浆密度的相对误差和单位体积混凝土拌和物中粗骨料质量的相对误 差作为评定指标。 混凝土拌合物中砂浆密度按下式计算: (1) 2.2 搅拌系统参数的优化设计 按国家标准或生产要求,给出搅拌的均匀度指标。若在搅拌室内不同方位 达到给定均匀度的搅拌时间是相近的,那么这种搅拌机械不仅可保证搅拌质量, 而且搅拌时间将最短,搅拌效率高。用数学关系式来表达: (2) 搅拌过程的模型化,为参数的优化提供了理论依据,并得到了搅拌机械工 作参数与几何参数优化的目标函数。但由于搅拌过程的复杂性,不可能采用常 规的机械工程优化方法,必须依靠试验研究来优化并确定其参数。在圆柱空间 坐标系(x 、y、z)中,在不同的搅拌时间,按三维坐标方向测搅拌的均匀度 就可知道,在所有方向都达到给定均匀度的时间。一般来说,在 个方向同时达 到给定均匀度指标是不可能的,总有先有后。应根据试验结果,朝着优化目标 调整结构及相应的参数,使得能够在搅拌室内所有方向都同时达到给定均匀度。 以立式单轴强制搅拌机为例,见图 。设搅拌室工作容积为 ,圆柱壳体的 内壁半径为 ,安装叶片的旋转轴半径为 ,取空间圆柱坐标系,其坐标原点 在 底面圆心处, 轴与圆柱壳体的几何轴线重合,方向向上,则搅拌室工作腔的数 学描述为: 6 试验的简单作法是,在 3 个坐标方向按极限分布加料,在不同的搅拌时间 测相应的均匀度,就可发现难以达到均匀的方向和原因。搅拌水泥混凝土,可 按三种不同的方式布料: (1) 分层布料。将砂、水泥、石子分成 3 层,按层撒布,最后加水搅拌。 (2)按圆环形撒布。 (3)按扇形撒布。 按照这种试验方法,对不同搅拌机构进行试验和改进,就可得到较优的结 构和参数。按仿真设计理论 ,推广样机或模型的试验结果,可使要设计的机械 达到与试验样机或模型相同的搅拌效果,保证两者在搅拌过程中混合料均匀度 的变化场完全相似。搅拌机的圆筒形结构存在速度梯度问题 4,径向尺寸越大, 这一问题越严重;而立轴式搅拌机在高度方向除叶片形成的翻拌作用外,由物 料重力形成的下落运动也较强,但高度太低。这是造成沿高度方向混合料很快 均匀而径向却相对很慢的主要原因。转速的选择与搅拌机类型有关。由于工作 原理的不同,自落式搅拌机的转速与同容量的强制式肯定不同。另外, 由于工 作过程的差异, 类型相同而结构不同的搅拌装置的转速也必然不同。对于目前 最常用的双卧轴搅拌机来说,它的转速与拌筒长宽比、 搅拌臂排列形式 (包 括单轴相位与排列、 双轴相位与排列) 、 搅拌叶片安装角、 搅拌叶片数量 等参数有关 5。 长宽比是搅拌机的基本几何参数, 是设计机器时需要选定的首要参数,其取值 合理与否直接决定着搅拌质量和搅拌效率。 由于搅拌过程的复杂性, 长期以 来国内外都难以定量化,也无法仿真模拟和采用机械工程的常用方法来优化 6. 人们在选定长宽比时就一直采用经验值, 缺乏令人信服的依据。双卧轴搅拌机 是国内外广泛使用的机型, 下图为其几何示意图。目前, 它的拌筒长宽比设 计有两大类: 7 图 2 一类是浅底窄长形, 像日本的日工, 其长宽比值为 1.051.2, 长径比为 2 左右; 另一类是深底宽短形,如德国的 BHS 公司和我国的大多数厂家, 长宽比值为 0.70.9, 长径比值为 1.21.4。 由此,搅拌系统长宽比的原则如下: (1) 搅拌机参数的优化目标是 ,这也是评判长宽比 值选择合理与否的原则。 (2) 长宽比的值与搅拌机类型、 运动参数、 结构参数均有关,应综合 考虑各因素对搅拌质量和搅拌效率的影响。 对每一种机型, 长宽比的选 择应按照优化目标的要求, 通过多因素正交试验研究来确定。 (3) 理论分析与试验研究表明, 对目前国内外普遍使用的双卧轴搅拌机, 它的长宽比的选择范围为 0.71.3,推荐使用值为小于 1。 2.3 搅拌功率的计算 搅拌机有各式各样的类型 但从定性分析和参数选择来看 却有许多共同之 处 它们都有物理的 运动的和几何的 3 组基本参数,下面以振动搅拌机为例来 论述。振动机构 搅拌工作机构的运动和几何参数影响搅拌过程的动力学特性。 此时,不同工作机构 振动机构与混凝土作用原理是不同的。若首先保证混合物 在宏观上层流的对流移动,那么第二位的任务就是在混合物结构,流变特性极 大变化状态下,保证在微观上的扩散混合,这样的分析,揭示了搅拌过程的物 理本质,便可简化准则方程式。搅拌功率主要分为驱动叶浆轴的功率 N2和振动 8 功率 N1。 总的功率 N= N2+ N1 (3) 第三章 搅拌系统的设计 3.1 搅拌系统简介 该系统的组成如图 l 所示 系统后 方配上一台 1 5 2 5 m 左右 的装载机 装料 。由于 目前工地大多使用袋装 水 泥 故水泥的上料暂采 用 人工加料 方 式。该搅拌 系统可由 l 2 人操作 。 图 3 搅拌系统主视图 后方储料系统由三个储料斗按 L 型布置 , 骨料按粗骨料 、中骨料、细 骨料顺 序储装。如施工中采用一级配时,为了简化结构 、也可只用二个储料 斗成一字形布置方式 ( 省去侧斗)。储料系统主要的性能指标是一次装料 9 量即装料量越大越好在施工中除了合理的布置结构外、有时可采用填高上料 台的方法。 3.2 搅拌系统的特点分析 3.2.1 混凝土的特点 碾压混凝土筑坝技术的基本特点是:使用硅酸盐水泥、火山灰质掺和料、 水、外加剂、砂和分级控制的粗骨料拌制成无塌落度的干硬性混凝土,采用与 土石坝施工相同的运输及铺筑设备,用振动碾分层压实。碾压混凝土 7坝既具 有混凝土体积小、强度高、防渗性能好、坝身可溢流等特点,又具有土石坝施 工程序简单、快速、经济、可使用大型通用机械的优点,是快速建坝的有效途 径,目前己在国内外混凝土筑坝技术中得到广泛应用,特别是近几年来,碾压 混凝土筑坝技术在我国得到了飞速发展。 3.2.2 搅拌生产设备 混凝土生产设备按采用的搅拌主机的工艺特征又可分为自落式和强制式两 大类。自落式搅拌设备由于搅拌质量难以保证,已逐步退出市场,取而代之的 是强制式搅拌设备,搅拌剧烈,搅拌时间短,搅拌质量好而得到广泛应用。按 搅拌过程的生产方式分为周期式和连续式两大类。周期式搅拌设备从进料、搅 拌到出料都是分机进行的。称量,配料的精度都比较高。连续式搅拌设备是进 料、搅拌、出料过程都是连续进行的。因此对其必须配置精确的电子配料装置, 才能生产出合格的混凝土。 由特大石、大石、中石、小石、砂组成骨料配料系统,由水泥、煤灰组成 的粉料配料系统;水、外加剂 l(减水剂)、外加剂 2(引气剂)组成的液体料配料 系统;经配料系统配置好的各种物料进入搅拌机搅拌,经搅拌形成的混凝土进 入出料斗,由输送装置运送相应的地点。其工艺流程为贮料专投料一配料专运 料一搅拌一出料一条龙。碾压混凝土的生产工艺也一样。混凝土生产工艺见下 图。 10 图 4 3.3 搅拌系统设计方案 由于连续式搅拌设备的搅拌时间短,生产的混凝土成熟度不够,外观和工 作性能较差。为延长搅拌时间,有的采用两级搅拌,有的采用预拌砂浆。采用 两级搅拌或采用预拌砂浆,这两种方案既使搅拌设备复杂化,又增加了设备成 本,与连续式简单高效的特点相悖。为解决连续式搅拌设备搅拌时间短导致混 凝土质量差的问题,本课题决定不采用预搅拌,骨料、水泥、煤灰、水、外加 剂同时进料,一次搅拌,为延长搅拌时间,搅拌机采用细长型,以保证混凝土 搅拌质量。下面从搅拌的开始逐步研究。 3.3.1 搅拌的实质分析 混合是通过搅拌把各组分的物料充分地分散,得到各组分浓度均匀的混合 物。在搅拌过程中,粒子群内的不同组分的速度分布不同,各粒子相互滑动或 碰撞,形成剪切混合。剪切混合作用对象主要是粉体的凝集团。混合料中的水 泥、煤灰与水接触后,因其表面积大,液体的表面张力大,粉体的附着性大, 易凝集,非常容易聚成小团粒。在搅拌叶浆端部与机壳壁面之间的间隙小的部 位,剪切力、压缩力使得粉体团颗粒碎裂,保证了粉状物料在混合物中的分布 11 更均匀 8。 离析是混合的逆过程,妨碍混合进行完全,可以使已混合好的混合物重新 分层、凝集。物料组分的固粒物性以及搅拌方式、搅拌机的结构都影响搅拌过 程的混合和离析的程度。 固粒物性包括:粒径及其分布(级配)、形状(针片状比)、密度、凝集性、 流动性等。混合料中的各组分的粒径差、密度差越大、针片状比越大,混合越 难,离析越容易。工程中常用的水泥混凝土、沥青混凝土有较多比例的粉体 9, 粒径差异非常大,混合过程是十分困难的对其混合物均匀程度指标的测定和 评估又相当简易,使得长期以来对搅拌设备的评价和选型 10、设计和开发处于 比较盲目的状态阳。 3.4 本章小结 本章为连续式碾压混凝土搅拌设备方案设计,重点介绍了配料方案和搅拌 机案。首先介绍了碾压混凝土生产的特点和混凝土搅拌设备的基本概念 11,分 析比了间歇式与连续式碾压混凝土搅拌设备的特点;接着对连续式搅拌设备三 种配方案进行了详细分析,在分析比较皮带秤体积连续配料、皮带秤重量连续 配料减量秤重量连续配料的基础上,提出了采用皮带秤重量连续重量配料 12是 最优方的观点,并介绍了皮带称重量法连续配料方案设计与优化;通过分析混 凝土搅实质和连续搅拌机的特点,对解决搅拌时间短的问题提出了解决方案 13, 并详细绍了连续混凝土搅拌机设计方案及优化措施;最后介绍了连续式碾压混 凝土搅设备的总体方案设计。 12 第四章 搅拌系统内部零件的强度校核 4.1 轴承的校核 轴承寿命及最大接触应力校核轴承设计参数为:内径 d = 2 142 . 344 mm; 外径 D = 2 496 mm;球组节圆直径 Dpw = 2 360 mm;内圈沟曲率半径 r i = 21 . 67 mm;外圈沟曲率半径 r e = 22 . 29 mm;钢球直径 Dw = 41 . 275 mm;接触 角 = 45;钢球数目 Z = 142。材料为 42Cr Mo 钢。 4.1.1 钢球最大载荷 轴向力偏心距为:e =MFa= 1 025 mm,又有 2eD pw= 0 . 868 6(根据 2eD pw值查表利用插值法求得) 。 载荷分布有关参数值为: 1 = 0 . 77, 2 = 0 . 23;J ( 1 ) = 0 . 357 3, J ( 2 ) = 0 . 183 4;JM ( 1 ) = 0 . 254 6, JM ( 2 ) = 0 . 169 1;J ( 1 , 2 ) = 0 . 326 5, JM ( 1 , 2 ) = 0 . 282 8。式中: 1 , 2 分别为主、 辅沟 道的载荷分布范围参数; J ( 1 ) , J ( 2 )分别为钢球在主、 辅沟道内 的载荷积分; JM ( 1 ) , JM ( 2 )分别为钢球在主、 辅沟道内的力矩积 分; J ( 1 , 2 ) , JM ( 1 , 2 )分别为钢球载荷和力矩分布积分。 13 主沟道上钢球的最大载荷 Q1max 为: Q1max =FaZ sin+(MDpw Z sin)2 1 - J ( 1 , 2 ) JM ( 1 , 2 )+2 . 5FrZ cos (4) 将各参数代入 (1)式得:Q1max = 14 . 6 kN。辅沟道上钢球的最大载荷 Q2max 为: Q2max =MDpw Z sin2 ( 2 1) 1 . 5+ J ( 1 , 2 ) JM ( 1 , 2 )FaZ sin+2 . 5FrZ cos (5) 将各参数代入 (2)式得:Q2max = 4 . 41 kN。 4.1.2 钢球当量载荷 主沟道钢球当量载荷为: Qe1 = Q 1= J ( 1 ) Q1max = 5 . 217 kN。 (6) 辅沟道钢球当量载荷为: Qe =Q = J ( 2 ) Q2max = 0 . 809 kN。 (7) 4.1.3 寿命计算 轴承的寿命为: L10 = (Le110 )- 10 /9+ (Le210 )- 10 /9+ (Li110 )- 10 /9+ (Li210 )- 10 /9- 0 . 9, (8) Le110 = (QceQ e1)3, L1 10 = (Qc Q 1)3, Le 10 = (QceQ e )3 (9) L 10 = (Qc Q )3 经计算得: L10 = 6 . 13 10 6r。 该轴承按所要求的 20 年使用寿命计算,将其换算成转数为: L = 1 . 05 106r。 显然, L10 L,所以轴承设计寿命满足使用要求。 4.1.4 最大接触应力 额定载荷系数 14为: 14 =D w cosD pw= 0 . 012。 内沟道主曲率和函数 i 为: i = 1Dw4 -1fi+ 2 (1 - )= 0 . 051。 内沟道主曲率差函数 F ( i)为: F ( i) =0 . 91。 外沟道主曲率和函数 e 为: e= 1Dw4 -1fe+ 2 (1 - )= 0 . 051。 外沟道主曲率差函数 F (e )为: F (e )=0.861 轴承的最大接触应力为: max = 1 . 5(e a eb)( ) 2Qmax13 (10) 将相关参数值代入 (5)式得: 1 imax = 1 976 . 9 MPa,2 imax = 1 326 . 4 MPa, 1emax = 2 093 . 2MPa,2emax = 1 404 . 5MPa。 式中:1 imax ,2 imax ,1emax ,2emax 分别为主沟道内圈、辅沟道内 圈、 主沟道外圈和辅沟道外圈的最大接触应力。综上比较可得,轴承的最大接 触应力在主沟道外圈上。该轴承用 42Cr Mo 钢的最大许用接触应力 max = 3 . 85 GPa,轴承静载荷安全系数 fs = (max max) 3= 6 . 22 1 . 75,轴承安全。 4.2 螺栓强度校核 螺栓材料选用 45 #钢,调质后屈服极限 T =640MPa,对称循环疲劳极限 - 1 = 307MPa。受载最大螺栓上工作载荷 PL max 为:PL max =4Md 1 n-Fan= 5 . 018 kN。 式中: d1 为内圈安装孔直径; n 为安装孔个数。螺栓预紧力 Py 为: Py = Ky PL max (1 - x) = 7 . 527 kN。 (11) 式中: Ky 为连接面紧密性安全系数,取 Ky = 2; x 为 相对刚度系数, x = 0 . 25。 螺栓小径截面 A1 为: 15 A1 = 338 . 22 mm2。 则,螺栓预紧应力 y 为: y =P yA 1= 22 . 253MPa。 应力比值 y T= 0 . 035。 螺栓上最大许用计算载荷 P j为: Pj = Py + xPL max = 8 . 782 kN。 (12) 螺栓小径断面拉应力 1为: 1 =Pj A1= 25 . 96MPa。 预紧时螺纹上的摩擦力矩 M p为: Mp0 . 12P y dn = 21 . 677 76 Nm。 式中: d n为螺栓公称直径。 螺栓小径断面切应力 1为: 1 =Mp0 . 2d13 = 12 . 128MPa。 式中: d 1为螺栓小径。 螺栓承受拉扭组合力,根据第四强度理论,螺纹根部的最大合成应力 1 s为: 1 s = 21 + 3 1 2 = 33 . 394MPa。 (13) 塑性变形安全系数 n T为: nT = T 1 s= 19 . 165 1 . 2,可用。 螺栓所受的循环应力 a 为: a =xPL max2A 1= 1 . 855MPa。 (14) 4.3 轴的校核 如下图所示是搅拌系统的主轴。 16 图 5 1) 判断危险截面 截面 A,B 只受扭矩作用,虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的 应力集中均将削弱轴的疲劳强度,但由于轴的最小直径是按扭转强度较为 宽裕地确定的,所以截面 A,B 均无需校核。 从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看,截面和处过盈配合引起的应 力集中最严重;从受载的情况来看,截面 C 上 Mca1 最大。截面的应力集 中的影响和截面的相近,但截面不受扭矩作用,同时轴径也较大,故 不必作强度校核。截面 C 上虽然 Mca1 最大,但应力集中不大(过盈配合及 键槽引起的应力集中均在两端),而且这里轴的直径最大,故截面 C 也不 必校核。截面和显然更不必校核。键槽的应力集中系数比过盈配合的 小,因而该轴只需校核截面左右两侧即可。 2) 截面左侧 抗弯截面系数 (15) 17 抗扭截面系数 (16) 截面左侧的弯矩 M 为 (17) 截面上的扭矩 T3 为 T3=960000 Nmm 截面上的弯曲应力 (18) 截面上的扭转切应力 (19) 轴的材料为 45 号钢,调质处理,由轴常用材料性能表查得 B=640MPa,-1275MPa,-1=155MPa 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 按手册查取。 因 , ,经插值后可查得 , 又由手册可得轴的材料的敏性系数为 , 故有效应力集中系数为 1.82 (20) (21) 由手册得尺寸系数 ;扭转尺寸系数 。 18 轴按磨削加工,由手册得表面质量系数为 轴未经表面强化处理,即 ,则按手册得综合系数为 (22) (23) 又由手册得材料特性系数 =0.10.2, 取 =0.1 =0.050.1, 取 =0.05 于是,计算安全系数 Sca 值,按公式则得 (24) (25) (26) 故可知其安全。 3) 截面右侧 抗弯截面系数 W 按表中的公式计算: 19 (27) 抗扭截面系数 WT 为: (28) 弯矩 M 及弯曲应力为 : 扭矩 T3 及扭转切应力为 T3=960000 Nmm (29 ) 过盈配合处的 k/ 值,由手册用插入法求出,并取 k/=0.8k/,于是得 , 轴按磨削加工,由手册得表面质量系数为: 故得综合系数为: 20 所以轴在截面右侧的安全系数为: 4.4 齿轮强的校核 如下图所示是系统的齿轮 图 6 1.齿轮得材料及热处理方法 小齿轮选用 40Cr,调质处理,齿面硬度为 260HBS。大齿轮选用 45 钢,调 质处理,齿面硬度 220HBS,HBS 1-HBS2=260-220=40,合适。 查得 Flim1=240Mpa, Flim2=240Mpa,SF=1.3 21 故 F1= = =129MpaFS1lim 7.03.2407 F2= = =195MpaF2li .95 粗选 8 级精度 取小齿轮齿数 Z1=17,则大齿轮 Z2=172.673=45.441,取 Z2=46,实际传 动比 i = =2.706,与要求相差不大,可用。746 2.齿轮疲劳强度设计 查表,取载荷系数 K=1.1,推荐齿宽系数 R=0.250.3,取 R=0.3。 小齿轮上的转矩 T1= = =1.7297105Nmm (30)13095nP3.2856095 小齿轮齿数 Z1=17 大齿轮齿数 Z2=46 (1)计算分度圆锥角 1=arctan = arctan =69.72 (31)21467 2=90- 1=90-69.72=20.28 (32) (2)计算当量齿数 Zv1= = =18.12 1cos28.07 (33) Zv2= = =132.71 2cos7.694 (34) (3)计算模数 查的 YF1=3.02, YF2=2.16 22 因为 = =0.023, = =0.0111FY290.32FY1956. ,故将 代入计算。1F21F mm = =3.43 )5.0(421213FRFZuYKT12973.0167. ).5(2943 (35) (4)计算大端模数 m = = =4.04R5.013.0 4 查表取 m=4.5 (5)计算分度圆直径 d1=mZ1=4.517=76.50mm d2=mZ2=4.546=207.00mm (6)计算外距 R= = =109.16mm12uZm1673.25.4 (7)计算齿宽 b= RR=0.3109.16=32.75mm 取 b1=b2=35mm (8)计算齿轮的圆周速度 齿宽中点处直径 dm1=d1(1- R)=76.50(1-0.50.3)=65.025mm 当量齿数 Zv1=18.12 Zv2=132.71 模数 mm=3.43 大端模数 m=4.5 分度圆直径 d1=76.50mm 23 d2=207.00mm 齿宽 b1=b2=35mm 则圆周速度 v = = =1.10m/s106ndm1063.25. 由表可知,选择 8 级精度合适。 3.验算轮齿弯曲疲劳强度 F1= = =95.38Mpa 12ZbmYKTF175.4302.329. (36) F1=129Mpa, F1 F1,故安全。 4.5 本章小结 沥青混合料搅拌设备是沥青路面机械化施工的关键设备和大型设备,其性 能直接决定着沥青混合料的生产质量和效率,影响着所铺筑路面的施工质量和 速度。开展沥青混合料搅拌设备性能评价研究,对从量化理性的角度正确认识 搅拌设备技术性能水平具有重要意义。由于搅拌设备区别与一般的工程机械产 品,其作业特点与要求都不尽相同,目前还没有对搅拌设备性能的评价研究 15。 本文针对我国广泛使用的间歇强制式沥本章对混凝土搅拌系统的所有主要零件 16进行了校核,这样就能保证系统在工作中正常运转,经校核所有零件都符合 设计的要求。 结论和展望 沥青混凝土搅拌设备作为沥青路面施工的关键设备,正在成为机电液信一 体化的现代施工设备。在沥青混合料生产质量动态管理的要求下,在自身的自 动化控制日益进步的同时,沥青混凝土搅拌设备生产中的过程控制与远程集中 监控的要求也越来越迫切。本文在对现有沥青混凝土搅拌设备生产过程存在问 题分析的基础上,设计了基于 GPRS 技术的远程监控系统,基本能够实现沥青混 凝土搅拌设备生产过程的实时监控与动态管理 17。所做的工作和取得的结论如 24 下: 1、分析了沥青混凝搅拌设备的构造及生产过程,按照沥青混合料生产质量动 态管理的要求,通过详细说明 GPRS 技术的相关知识,在理论上论证了将 GPRS 技术用于沥青混凝土搅拌设备监控的可行性,提出了现场监控加远程监控的总 体设计方案。 2、利用模块化设计的思想,在软硬件两方面设计了现场监控无线终端,主要包 括 CPU 控制系统、GPRS 数据传输系统 18、数据采集系统等几个主要部分,完成 数据采集与数据传输的工作。 3、按照系统的设计目标,设计了本系统的监控中心,主要包括网络通信与数据 库管理系统两个部分。其中,监控中心与现场终端的网络通信采用 Soeket 通信 技术,现场终端连接 GPRS 网络时使用了动态域名技术;数据库管理系统由 VB60 与 Mirco SQLServer 2000 联合开发。综上所述,本文将 GPRS 技术用到 沥青混凝土搅拌设备的监控上,能够解决沥青混凝土搅拌设备工作环境偏远, 分散布局监控和管理困难的问题,对沥青混合料生产过程的监控和质量动态管 理、节约成本、保证路面质量上具有工程实用意义。由于个人时间及精力等原 因,本课题的研究还需要在以下几个方面加以进一步完整 1由于使用 GPRS 实现数据传输,其传输的稳定性与安全性需要进一步考证。 比如在安全性上 CDMA 技术要优于 GPRS19,但由于其覆盖范围不如 GPRS 网络, 所以本系统没有采用。随着网络技术的进步,可以考虑将双网优势互补同时用 于监控系统,或者采用更高速、更安全、范围更广泛的网络传输方式。 2本系统仅将重量数据作为监控的范围,而且考虑到实时性的要求,筛分所涉 及到的级配曲线等问题由于需要生产现场的实验配合所以本系统没有涉及,等 到自动筛分性质的装置的研制,可以对系统进行扩展,也可以将自动控制或质 量控制中所需要监控的数据扩展入系统 20。 3从数据的实时性与高效性考虑,数据库的设计还不够完善,监控中心的设计 在据库方面还有待改进。沥青混凝土搅拌设备在自动控制和远程监控等 21方面 涉及到多学科的融合,实现其智能化的方式还很多,发展空间还很大,需要我 们去进一步探索。 25 参考文献 1 冯忠绪混凝土搅拌理论与设备M北京:人民交通出版社,2001。 2 王国安沥青混凝土搅拌设备的发展动向、结构特点和计算要点J建设 机械1994,(12):30-34. 3张严明,王圣培,潘罗生中国碾压混凝土坝 20 年一从坑口坝到龙滩坝的 跨越(综述设计施工科研运行)中国水利水电出版社2006 4姚运仕 双叶片搅拌机参数优化及其试验研究A. 西安:长安大学硕士学位 26 论文. 5江建卫 周期式振动搅拌机的试验研究A 西安: 西安公路交通大学硕士学 位论文. 6张世英, 陈元基,&筑路机械工程M,北京: 机械工业出版社,1998, 7 徐立民 ,陈 卓.回转支撑 M.北京:机械工业出版社 , 1985 . 8 SIEMENSMC35I GPRS Startup User Guide V01G01,20024. 9 杨彦,申听,吴正畦,等动态域名系统及其特征J成都纺织高等专科 学校学报,2007(4):2325 10高英路面施工质量管理中的计算机应用技术研究D长安大学硕士论文, 20066 11GSM0260:Di 百 tal Cellular telecommunications system(PhaseZ+); GeneralPaeket Radioservice(GPRS):Service description:StagelG 12太淑玲,赵月英浅谈无线通用分组业务J黑龙江农业工程职业学院学 报,2006(1 1):9091 13GSM 0760:Digital cellular telecommunication system(Phase 2+); General Packet Radio Service(GPRS);Mobile Station(MS)supporting GPRS(3GPP TS 0760 version 720 Release 1 998)G 14韩斌杰GPRS 原理及其网络优化M北京:机械-rqp 出版社,2003 15文志成GPRS 网络技术M北京:电子工业出版社,2005 16 Fu K SLearning congol system and intelligent systemIEEE TransOn Automatic contr01197l,16(1):7017 17 Uchiyama MFormulation of highspeed motion of a mechanical arm by trialSociety of Instrumentation and Control Engineers1 978,14(6):7062l 18 Arimoto S,Kawamura S,Miyazaki FBettering operation of robotics by learningRobotic System1984,l(2):12314 19王正桥,蔡霖混凝土搅拌楼工艺设计要点J混凝土2003,(6): 1519 20谢立扬,温建东,左文军间歇式沥青混凝土搅拌设备验收方法的确定 27 J筑路机械与施工机械化2003,(6):17、18 21 林涛搅拌设备计算机控制系统硬件设计方案探讨J路面机械与施工 技术2006,(6):18、19
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