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河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 摘 要 雙軸攪拌機為螺旋式攪拌機，它的攪拌部件是兩根形狀對稱的同 步螺旋轉子，兩根螺旋軸在旋轉時速度同步、方向相反。雙軸攪拌機 由電機驅動，可用減速機控制轉子轉動速度，達到最佳的攪拌效果。 雙軸攪拌機的主要部件包括，機械外殼、兩根螺旋轉軸、電機驅 動裝置、聯(lián)動裝置、配管和蓋板等，雙軸攪拌機的螺旋軸是最重要的 工作部分，兩根螺旋軸的旋轉方向相反，都具有軸承座、軸承套、軸 承蓋、葉片和聯(lián)動裝置。攪拌機構包括彼此平行的第一和第二攪拌軸、 攪拌葉片和臥式攪拌桶，所述攪拌葉片從第一和第二攪拌軸向四周伸 出，并在軸向依次等距排列而在圓周方向依順時針或逆時針彼此相差 一固定角度，使在第一和第二攪拌軸上的攪拌葉片分別形成旋向相反 的螺旋狀排列；所述第一和第二攪拌軸彼此同步轉動并且其葉片交錯 通過由該第一和第二攪拌軸軸線所確定的平面；在所述攪拌桶一端的 頂部設有進料口，而在所述攪拌桶另一端的底部設有出料。采用這種 結構，攪拌機的攪拌葉片在攪拌干粉砂漿的同時將干粉砂漿從進料口 排向進料口，從而實現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)，有效的提高了生產(chǎn)效率。 關鍵詞：雙軸攪拌機 螺旋軸 攪拌葉片 生產(chǎn)效率 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 Abstract Biaxial mixer spiral mixer to its mixing two symmetrical parts are synchronized helical rotor, two screw shaft rotation speed synchronization, in the opposite direction. Biaxial mixer driven by a motor, can control the rotor rotation speed reducer, to achieve the best mixing results. The main components include biaxial mixer, mechanical enclosure, two screw shaft, motor drive, interlocks, piping, and flat tops, dual-axis mixer spiral axis is the most important part, the two helical axis of rotation in the opposite direction , have a bearing, bearing units, bearing caps, leaves and interlocks. Mixing with each other parallel institutions, including the first and second stirring shaft, stirring blades and horizontal mixing barrel, above mixing blade from the first and second axial four weeks out of mixing and axial offset in turn arranged in circle clockwise or counterclockwise direction according to a fixed point of difference with each other, so that in the first and second axis of the mixing blades were stirring the formation of the spiral spin arrangement to the contrary; the first and second mixing shafts rotate simultaneously with each other and their leaves staggered through the mixing of the first and second axes defined plane; in above the top end of the mixing bucket with feed, while the other end of the said mixing drum with the material at the bottom. Using this structure, the mixing blade mixer mixing dry powder in the mortar, while the dry mortar from the inlet to the inlet arrangement in order to achieve continuous production, effectively improve the production efficiency. Keywords: biaxial mixer efficiency helical mixing blade shaft 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 目錄 1 前 言 ...........................................1 2 總體方案論證 ....................................4 2.1 工作原理 ......................................4 2.2 結構設計特點 ..................................4 2.2.1 外殼的設計形式 ..............................5 2.2.2 軸與葉片的安裝方法的設計 ....................6 2.2.3 傳動機構的設計 ..............................8 2.2.4 密封裝置的設計 ..............................8 2.2.5 霧化裝置的設計 ..............................9 3 預加水雙軸攪拌機主要技術參數(shù)的計算 .............11 3.1 生產(chǎn)能力的估算 ...............................11 3.2 主軸轉速 n的估算 ..............................13 3.3 主軸直徑 D的估算 ..............................13 3.4 攪拌機內物料軸向運動速度 kV的估算 .............14 3.5 物料在攪拌機內停留時間的估算 .................15 3.6 功率的計算 ...................................16 4 電機的選擇 .....................................19 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 4.1 選擇電動機類型和結構形式 .....................19 4.1.1 選擇電動機的容量 ...........................19 4.1.2 確定電動機轉速 mn...........................20 4.2 減速機選擇 ...................................21 4.3 計算傳動裝置的總傳動比并分配各級傳動比 .......21 5 傳動裝置的設計計算與校核（確定帶傳動、齒輪傳動的 主要參數(shù)） .......................................22 5.1 V 帶的設計計算 ................................22 5.2 齒輪的設計計算 ...............................26 5.3 軸的設計計算及校核 ...........................31 5.4 軸承的校核 ...................................37 6 預加水雙軸攪拌機的安裝 .........................39 6.1 預加水成球工藝對設備安裝的要求 ...............39 6.2 雙軸攪拌機的安裝 .............................39 6.3 電動機的安裝 .................................40 7 設備的使用維護和潤滑 ...........................41 7.1 設備的使用維護 ...............................41 7.2 設備的潤滑 ...................................41 7.2.1 滑動軸承的潤滑 .............................42 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 7.2.2 齒輪傳動的潤滑 ..............................42 8 結論 ...........................................43 參考文獻 .........................................44 致謝 .............................................46 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 1 前 言 立窯水泥企業(yè)的機立窯能否實現(xiàn)優(yōu)質高產(chǎn)，在一定程度上取決于 窯內的鍛燒情況，預加水成球技術能改善燒成條件，提高熟料質量。 預加水成球是成球技術的一個重大突破，對改善料球質量、減少 窯內阻力、提高熟料產(chǎn)量質量、降低燒成熱耗等均有明顯作用。 預加水成球的機理是：將化學成分合格的生料粉與粒徑在 1mm 左 右的煤按要求配比被調整定量后，與被控制定量后經(jīng)離心壓力式噴嘴 霧化器霧化的、粒徑約為 100-500 的霧化水同時進入攪拌機。使料 水在液固運動中得到充分的均化，并在較短的時間內使含水率達到 12-14%。經(jīng)過約 55-60s 的機械攪拌，使之進一步均化、破團、濕潤、 滲透。在濕潤滲透的過程中，生料粉和水依靠粉體顆粒的表面能和水 的表面張力、以及被逐漸激發(fā)出來的物料塑料力的綜合作用條件下， 自由結合為 1-2mm 粒度的料水團狀混合物，即松散的含水料團。這就 是攪拌積聚預加工的半成品。隨即將此半成品經(jīng)傾斜下料管滑入裝置 有回轉或往復運動式立刮刀和邊刮刀的、具有全盤性成球功能的盤式 成球機內。入盤后一經(jīng)滾動即形成 1-2mm 粒徑的子球。這些子球在盤 轉速為 22.5 r/min 的傾斜、旋轉、離心、大拋物運動中，主1expD 要依靠物料的塑性粘結力和部分滲出水的表面張力聯(lián)合作用條件下相 互粘連，而真正成為了球的第二個層次。由于篩析效應的作用，當球 徑停止增長，最后在進料推力的作用被推出盤。全部成球過程大約需 要 140-180s。盤徑小需要成球時間短，盤徑大需要成球時間長。 預加水成球的工藝流程為：提升機 穩(wěn)流倉 料位指示器 單（雙）管螺旋喂料機 沖擊式流量計 供水管及霧化器 雙軸攪拌機 成球盤； 生料在成球盤內制成成品球由皮帶輸送機 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 2 送入機械立窯。 實現(xiàn)預加水成球技術的關鍵設備是雙軸攪拌機。其作用是將管式 螺旋喂料機喂入的生料首先受水、浸潤、滲透后，進行混合、攪拌而 成為含水率均勻、粒徑為 1-2mm 的子球，供成球機成球用。 本課題來源于生產(chǎn)實踐。 設計該雙軸攪拌機有以下幾項技術要求： 1.必須結合生產(chǎn)實踐； 2.生產(chǎn)能力 為 Q = 30 t/h； 3.進出料口的距離為 3000 mm； 4.葉片回轉直徑為 550mm； 5.結構緊湊，工作連續(xù)穩(wěn)定； 6.節(jié)能、高效、環(huán)保。 在趙武老師的指導下，首先進行方案論證。通過討論研究，最終 確定了葉片的安裝方法：在軸上鉆有莫氏錐孔以及銑一方槽，先將葉 片焊接在葉片桿上，然后再一起以一定角度焊接在一方墊片上，再將 攪拌葉片裝入莫氏錐孔中；傳動裝置整體放置出料口端；傳動方式為： 電機 皮帶 ZQ 減速機 十字滑塊聯(lián)軸器 直齒輪傳動 雙軸攪 拌機；霧化器選用 MP 型離心壓力噴嘴式霧化器。然后根據(jù)分析的結 果，開始對軸向力、徑向力、扭矩以及功率等進行計算。分析擬定傳 動裝置的運動簡圖，分配各級傳動比，進而進行傳動零件的結構進行 設計和強度校核。然后對雙軸攪拌機進行總體結構設計。 2J550 型預加水雙軸攪拌機改變了以往所成料球粒徑大，料球耐 壓強度和孔隙率質量低的缺陷，并且機槽采用 型，能防止攪拌死 角，這樣在維修時可以便于將損壞的軸吊起，省去拆葉片麻煩，檢修 空間增大，工作量減小，還可縮小兩端軸孔直徑，便于密封防漏。本 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 3 課題新穎實用，在技術上有較大改進，具有較強的競爭力，并且有很 大的市場前景。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 4 2 總體方案論證 2.1 工作原理 雙軸攪拌機由兩根攪拌軸，軸上按螺旋推進方向安裝攪拌葉及攪 拌槽組成的攪拌系統(tǒng)，為使原料達到成型的需要，在攪拌機入料端稍 后處的上部，設有加水裝置，使得物料形成較大的球狀塊料旋轉時兩 軸的方向由內向外，將物料攪起，靠攪拌葉旋轉時的推力(攪拌葉與 攪拌軸軸線夾角為 10-20 度)形成物料流，螺旋向前推進，最后物料 經(jīng)漏料箱進入承接皮帶，進入到下臺處理設備中。 圖 2-1 雙軸攪拌機結構示意 1 軸承座； 2 出料口； 3 攪拌葉； 4 攪拌軸；5 攪拌槽；6 齒輪座； 7 聯(lián)軸器；8 減速器；9 三角帶輪；10 驅動電動機 2.2 結構設計特點 從結構上看，雙軸攪拌機要較單軸攪拌機復雜，但它磨損小，攪 拌質量好，生產(chǎn)率高，雙軸攪拌機較之立軸式和單軸式攪拌機，具有 明顯的優(yōu)越性。 雙軸攪拌機優(yōu)點總結如下: 1. 攪拌機外形尺寸小、高度低、布置緊湊，裝載運輸便利，而 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 5 且結構合理堅固，工作可靠性好； 2. 攪拌機容量大，效率高。與同容量自落式相比，攪拌時間可 縮短一半以上，而且物料運動區(qū)域位于卸料門上方，卸料時間也比其 他機型短，因而生產(chǎn)率高； 3. 拌筒直徑比同容量立軸式小一半，攪拌軸轉速與立軸式基本 相同，但葉片線速度要比立軸式小一半，因此葉片和襯板磨損小、使 用壽命長，并且物料不易離析； 4.物料運動區(qū)域相對集中于兩軸之間，物料行程短，擠壓作用充 分，頻次高，因而攪拌質量好。 2.2.1 外殼的設計形式 傳統(tǒng)的U型槽底容易出現(xiàn)攪拌死角，從而導致兩軸負載過大以致 斷裂。另外他們將兩端墻板焊死在機殼上，這樣就使得在軸或葉片受 損維修時很不方便，工作量也相當大。 將雙軸攪拌機槽底做成歐米嘎型（）,以防止攪拌死角。兩邊 再焊上鋼板制成機槽，槽口兩邊焊有角鋼用以固定機蓋，槽機底部焊 有支承墊用以支承槽體。機槽兩端墻板不是焊死在機殼上，而是通過 螺栓與機殼聯(lián)結，這樣做的目的是為了在維修時便于將損壞的軸吊起， 省去拆葉片麻煩，檢修空間增大，工作量減小，還可縮小兩端軸孔直 徑，便于密封防漏，如圖 2-2 所示。 圖 2-2 攪拌槽殼體 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 6 2.2.2 軸與葉片的安裝方法的設計 以前，大多在整個軸上都安裝葉片，生料進口處葉片角度比較大， 用以快速輸送物料，但是我們發(fā)現(xiàn)這樣攪拌葉片的磨損較大，靠進料 口槽體端密封處漏灰嚴重，從而齒輪內進灰較多，加快了傳動部件的 磨損，影響生產(chǎn)效率。 因此，針對這些問題對軸的結構進行改造，即在軸的攪拌進口端焊接 兩螺旋葉片使粉料不斷向前輸送，減少槽體端部密封處的積料。這樣 有利于防止打壞葉片、折斷軸。在攪拌軸上正確安裝帶有刀片的葉片， 調整好了角度后，再將葉片安裝在鉆有莫氏錐度孔的軸上，如圖2-3 所示。 葉片在雙軸上三個部位的安裝角度是各不相同，葉片安裝角度一 般選用=20度左右，雙軸攪拌機葉片角度必須要與粘土可塑性相適 應，雙軸攪拌機工作分三個階段： 第一階段是霧化水與原料的混合攪拌階段；該階段軸的長度為 0.7m 左右（包括螺旋葉片軸段），安裝的葉片數(shù)是8只，安裝角度為 25，通過霧化噴水和機械翻動攪拌兩個手段以達到液固均化的目的。 第二階段是使含煤生料濕潤的階段，為使其能充分濕潤，生料在 這一階段的運行速度應慢一些；該階段軸的長度為 1.5m 左右，安裝 的葉片數(shù)是 20 個，安裝角度為 15，其主要特征是機械攪拌。 第三階段是形成球核的階段；該階段軸的長度為1.0m左右，安裝 的葉片數(shù)是12個，安裝角度為20，其中最后4只的安裝角度是0， 其目的是為了擋料。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 7 在調整葉片角度的同時，要注意葉片的轉速，這兩方面也是相 互影響的，在確定轉速時首先要確定物料在攪拌機內攪拌的時間，而 攪拌時間又影響著形成球核的產(chǎn)量，因此攪拌時間、葉片角度、轉速、 濕潤時間等之間要相互配合好，一般出攪拌機的球核直徑為1-2mm的 占20%-75%較好。 其中每個葉片焊牢在葉片桿上，然后按照要求調整角度焊接在方 墊片上。經(jīng)過這樣的處理后，葉片在推動物料時就不會出現(xiàn)角度混亂， 另外把攪拌軸頭的軸肩R適當調大，減小應力，防止應力集中，如圖 2-4所示。 圖2-3 攪拌機工作簡圖 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 8 圖 2-4 葉片安裝圖 2.2.3 傳動機構的設計 傳動裝置是雙軸攪拌機工作過程中的關鍵。設計的傳動路線為電 機 皮帶 ZQ減速機 聯(lián)軸器 齒輪傳動裝置 攪拌軸。 將雙軸攪拌機傳動裝置整體放置出料口端，使生料不能進入齒輪 和軸承。同時給兩傳動齒輪制作一個油池，用于齒輪的潤滑，能減小 磨損，提高使用壽命。 常用的減速機有三種型式，圓柱齒輪減速機、行星減速機和擺線 針輪減速機。其中采用圓柱齒輪減速機較合適，而采用行星減速機和 擺線針輪減速機常會出現(xiàn)因攪拌機主軸起動時扭矩大，傳動系統(tǒng)剛度 不足，故障多，有漏油問題。相對而言圓柱齒輪減速機傳動穩(wěn)定，噪 音小，齒面接觸穩(wěn)定，在潤滑保養(yǎng)良好的條件下，運轉穩(wěn)定。 2.2.4 密封裝置的設計 對密封裝置的要求相當高，可采用雙道壓蓋填料密封裝置，填料 采用橡膠石墨石棉盤根，兩邊采用壓蓋壓緊，內壓蓋、外壓蓋和密封 蓋固定采用沉頭螺栓緊固，見圖2-5。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 9 1 密封圈；2 壓板1；3 密封蓋；4 端面板；5 墊板；6 軸套 2.2.5 霧化裝置的設計 水的霧化的好壞，是預加水成球的關鍵條件之一。它通過霧化器 來實現(xiàn)，霧化器設在攪拌機進料口的一端，其作用是擔負著生料和水 的第一道均勻混合工序的噴水任務，為下一道機械攪拌工序創(chuàng)造良好 的均合基礎，達到液固均化的目的。 為了保證霧化效果，必須對水壓、水質、噴嘴及噴嘴布置有一定 的要求： 1.結構簡單，制造方便，成本低，無特殊工藝裝備，維修方便， 使用壽命長； 2.在低能量條件運行應保證足夠的噴水能力,MP 型550kg/h, 以利 用于減少噴嘴組合數(shù)量,便于布置； 3.水質要干凈純潔，盡量少含泥沙等雜質，以防噴嘴堵塞。水質 不好時需在水箱出水口增加過濾網(wǎng)，并定期清洗； 4.噴嘴要有適宜的噴射角度，保持適宜的水量和良好的霧化效果， 圖2-5 密封裝置 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 10 使布水均勻，直接噴向料層，不能噴向機殼再流向物料；噴嘴離料層 距離保持300 mm左右，不能過近，否則，不能保證接觸料層被水充分 霧化。 由于噴嘴的布置形式直接影響攪拌效果和球核的質量,因此應注 意： 1.噴嘴在攪拌機中的布置原則應分布在進料口落料流及落料區(qū)， 以實現(xiàn)操作點無粉塵污染； 2.保證噴嘴至料面的垂直距離S300 mm，目的是使霧滴同生料 粉接觸，提高生料的濕潤滲透性，否則影響成球的均勻性，并增加清 理特大球的工作量； 3.多嘴組合應用噴嘴能進一步提高液固均化程度，但多嘴數(shù)量要 適當； 4.噴嘴噴射方向及覆蓋面必須在生料面區(qū)域內，不得噴射在機槽 側壁上，否則將造成機槽側壁粘料嚴重，難以清理，并增加攪拌葉片 的阻力，從而提高攪拌的功率消耗，同時也會造成局部生料過濕，影 響成球質量。 綜合各方面的條件，選用MP-型離心壓力噴嘴式霧化器（見表 2-1）比較合理，其主要特點有：加大了噴液能力，提高到了550 kg/h以上，霧化角為90至120，效果好，而且可減少噴嘴數(shù)量。 MP型噴嘴內襯中心有一沖水孔，出水口有4個月牙形分水刀，心部4個 螺旋槽與垂線相交成45至95角。 表2-1 MP-型霧化器規(guī)格參數(shù) 流量 kg/h 霧化 角 噴嘴孔徑 mm 霧化壓力 MPa L mm D mm 含水量 % 所需水量 t/h 噴嘴數(shù)量 個 550 85 2 0.197 32 M161.5 12-14 3.6-4.2 10-12 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 11 3 預加水雙軸攪拌機主要技術參數(shù)的計算 3.1 生產(chǎn)能力的估算 由于雙軸攪拌機是以螺旋的形式推進的，所以可應用螺旋輸送機 的輸送能力的機理來推導其攪拌機的估算公式。 螺旋輸送機的生產(chǎn)能力計算公式如下： (3-1) 4/602nsDQ 其中 - 生產(chǎn)能力，t/h； D - 螺旋回轉直徑，m； s - 導程，m； n - 攪拌軸轉速，r/min； - 密度，t/ ；3 - 填充系數(shù)。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 12 雙軸攪拌機的每相鄰攪拌葉片成 90，為不連續(xù)裝配，物料在 間斷區(qū)不輸送物料，只作攪拌運動。所以雙軸攪拌機的生產(chǎn)能力要比 螺旋輸送機小，在上述公式中，還應乘一個小于 1 的系數(shù) K，該系數(shù) 主要與導程、物料流量、阻力等有關。 4/6022nsDQ攪 (3-2)K.94 1.導程系數(shù) sK 雙軸攪拌機在一個導程上等距分布著 4 個攪拌葉。當攪拌軸轉過 一周，物料向前推進，導程設為 4Bsin/s,稱它為導程系數(shù)。 (3-3) sBs /)sin( 式中 B - 葉片的平均寬度，m； - 葉片的傾角，； s - 導程，m。 2.流量系數(shù) vK 攪拌葉片從切入物料到脫離物料的理論流量為 （A 為物sinB 料在攪拌槽中的橫截面積） 。攪拌機中的物料屬于松散物質，它既具 有固體的實體性，也具有液態(tài)的流動性。物料在攪拌槽內的運動情況 是很復雜的。在攪拌中，物料質點并未沿軸線方向直接移動，而是沿 近似垂直的葉片表面的方向作復雜的曲線運動，當葉片穿過物料時， 其中一部分物料被向前推進，而另一部分則推到兩側或回退，所以物 料的實際推進量要少于理論流量。用 1-1/2sin 來近似表示此時的 推進率。另一方面，在葉片掃過區(qū)域留下的空間又很快地被兩側的物 料所填滿，其中也包括前側物料的回流，由于葉片的阻力作用，使回 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 13 流量和葉片角度有一定關系。 綜合以上兩個方面可得， (3-4)cos)sin2/1(vK 3.阻力系數(shù) f 推進物料所施加的軸向推力隨葉片角度的增大而減少，而推力對 物料的作用區(qū)域也是有限的，葉片在物料運動中產(chǎn)生相對運動，即物 料的相互作用而形成內部摩擦力，物料與攪拌槽和攪拌葉等運動產(chǎn)生 外摩擦，這些力均阻礙著物料的向前運動，物料速度快慢關系著生產(chǎn) 能力大小。 (3-5) ）（ 90/1fK 其中 是個經(jīng)驗值，它與導程，摩擦系數(shù)和粘度等因素有關，一般 可取 0.75 左右。 (3-6) fvs 綜上所述， KnDQ2.94總 fvs ）（ 90/1cos)in2/1()i4(.2 B (3-7) 已知設計參數(shù),如下表 3-1,葉片每相鄰兩葉片成 90,z = 4 , =1.2t/ ,=15 25, =0.3 ，B = 0.15mm ，=0.75，3m 摩擦角 =30。 表 3-1 雙軸攪拌機技術性能 型 號 2J5.5 攪拌葉片回轉直徑 D (mm) 550 進出料口中心距 L (mm) 3000 兩軸中心距 a (mm) 360 生產(chǎn)能力 Q (t/h) 30 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 14 功率 P (kW) 22 3.2 主軸轉速 的估算n ）（總 90/1cos)in2/1()sin4(2.94 BDQ905co15i/（ 83.6.87.0.3.30 n = 35.8 min)/(r 取 n = 40 3.3 主軸直徑 d 的估算 此時， 實 際Q ）（ 90/1cos)in2/1()sin4(2.94 BD 5i.0475.30.5.0實 際 )9/1(cos)1sin2/（ = 33.6 實 際Q(ht 又 )4602kVdD實 際 76.14.05.(2.3 d = 0.18 )m 但是考慮到實際工作時有可能兩軸上的葉片會相互干擾，所以將 軸徑適當?shù)目s小，在保證強度足夠的情況下，取 d = 0.16 m 。 3.4 攪拌機內物料軸向運動速度 的估算kV 物料既有軸向位移，也有圓周方向的位移，其主要表現(xiàn)形式為軸向 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 15 位移，其圓周位移的軌跡近似于一段螺旋線，是攪拌機中物料實際運 動的形式，如圖 3.1 所示。 螺旋系數(shù) (3-8) )tan(1)3015t( 79.0 (3-9) znbVksi1 40.5627945. 762mi)/( 式中 - 物料運動速度，m/min；kV - 葉片平均寬度，b =0.15m； - 葉片安裝角度，15； 圖 3.1 物料受力圖 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 16 - 攪拌軸轉速，r/min；n - 螺旋系數(shù) 0.79； -旁側阻力系數(shù)， =0.5625；11 1 個螺距內葉片片數(shù)，z =4 片。 3.5 物料在攪拌機內停留時間的估算 kVLt (3-10) 087.16.23(min) 式中 t - 物料停留時間，min； L - 攪拌機進出料口中心距，3m； - 物料軸向運動速度，2.76m/min。kV 物料在攪拌槽內攪拌均勻的停留時間，主要取決于攪拌葉和軸線 的角度及軸的轉速。如果攪拌葉的角度大，軸的轉速快，則物料很快 被送出攪拌機，但這時物料的攪拌均勻程度就差，反之，均勻程度就 好。所以物料的最佳攪拌時間，應根據(jù)攪拌后物料的均勻性及工藝平 衡予以確定。 3.6 功率的計算 如下圖 2.2 所示，單片葉片推動物料前進的軸向推力 等于kF 。葉片對物料的周向推力 ，反作用力 = ，得1kFsFs 。)tan(ks 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 17 如圖 2.2 中，葉片前方的料柱體積是 ，料柱同機槽槽sRbco 壁的摩擦力: (3-11) 2cosRbFk 式中 是旁側阻力影響系數(shù)，取 ， 、 、 皆為定值，25.12bs 摩擦系數(shù) 。tan 從圖 3.2 中可知， 作用在葉片上有 = ， = ，摩擦力kF1kFs = （ + ） ， 是滑動摩擦系數(shù)， 是止推軸承摩擦系數(shù)。1sFk1f21f 2f 由 + = f2tan (3-12) 可得葉片周向力： 2sF1s1sF2tan)tan(kkF 由 可以計算出單片葉片消耗的功率 P： s (3-13)單 片P0295Rns 式中 - 單片葉片消耗的功率，KW；單 片 - 葉片的周向力；2sF - 葉片上單片物料重心與攪拌軸中心的距離，0R m， 。65 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 18 已知 =8， =20， =12， =25， =15， =20，1z23z123 R=0.275 m，=tan，b=0.15m， s=0.154=0.6m，=1.2 t/ ,3m ， =1.5。57.0tant2 1kF1cosRb 8.9105.7.016... 328）（ N k 22cs ....75.01o5.0 4）（ 3kF23csRb 8.9105.7.016... 726）（ N s 2tan)tan(11kkF 3t.8305.8 392）（ 圖 3.2 葉片受力圖 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 19 2sF2tan)tan(2kkF 30.43015.43 9）（ N 2s 2tan)tan(33kk 0t7.6027.6 450）（ 1單 片P029RnFs 950.2143 8.）（ kW 2單 片 05s 5.6.1 3.）（ k 3單 片P029RnFs 950.214. 4.）（ kW 321單 片單 片單 片總 Pzz4..038. ）（ k 4 電機的選擇 4.1 選擇電動機類型和結構形式 4.1.1 選擇電動機的容量 按工作條件和要求，選用一般用途的 Y 系列三相異步電動機，為 臥式封閉結構。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 20 經(jīng)分析計算得雙軸攪拌機所需消耗的總功率 KW；12.3總P 電動機所需功率 （4-1）總P0 由經(jīng)驗及實踐選擇，整個傳動過程中有 6 對軸承，1 對齒輪，二 級減速器一部，一對聯(lián)軸器，電機采用 V 帶傳動,它們的傳動效率可 查閱參考資料 15得出如下表 4-1。 表 4-1 機械傳動效率 類 別 傳 動 形 式 效 率（%） 圓柱直齒輪傳動 7 級精度（稀細潤滑） 0.98 0.99 帶 傳 動 V 帶 傳 動 0.96 軸 承（一 對） 滾動軸承（球軸承取最大） 0.99 0.995 聯(lián) 軸 器 彈性聯(lián)軸器 0.99 0.995 減 速 器 兩級圓柱齒輪減速器 0.95 0.96 從電動機至攪拌機的主軸的總效率 為: （4-2） 聯(lián) 軸 器減 速 器齒 輪軸 承帶 6 9.058.95.0 8 3.16.20總P）（ kW 選取電動機的額定功率 ，使 mP3.15).()3.1(0P 895）（ kW 查參考資料 15得，取 = 18.5 k 4.1.2 確定電動機轉速 mn 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 21 取 V 帶傳動比 （減速器）5342ii齒 輪帶 ， 總傳動比的合理范圍 =18100，故電動機轉速的可選范圍 為 mn4018）（主 軸i 2min)/(r 查參考資料 13，符合這一轉速范圍的同步轉速有 750r/min,1000 r/min,1500 r/min,3000 四種，由標準查出三種適合的電動機的型號， 列表如下 4-2。 表 4-2 傳動比方案對照 電動機轉速/ 1minr傳動裝置的傳動比方 案 電動機型 號 額定功率 /KWmP 同步 滿載 電動機的 質 量 kg 總傳動 比 V 帶傳動 減速 器 1 Y160L-2 18.5 2930 3000 147 73.25 7.325 10 2 Y180M-4 18.5 1460 1500 182 36.5 3.65 10 3 Y200L1-6 18.5 970 1000 220 24.25 2.425 10 4 Y225S-8 18.5 730 750 270 18.25 1.825 10 綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸，結構和帶傳動及減速器的傳 動比，方案二比較適合所以選定電動機的型號為 Y180M-4。 4.2 減速機選擇 查參考資料 15，選定減速器的型號為 ZQ500， =10.29，其中實i =2.5， =4；中心距： a=500、a 1=200、a 2=300；中心高：Hc=高i低i ；最大外形尺寸：L=986 、B=350、H=590 ；主動軸：013 d1=50、 d2=85；被動軸： d3=80、d 4=90。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 22 4.3 計算傳動裝置的總傳動比并分配各級傳動比 電動機選定后，根據(jù)電動機的滿載轉速 及工作軸的轉速mn 即可確定傳動裝置的總傳動比 。主 軸n 主 軸i 具體分配傳動比時，應注意以下幾點： a. 各級傳動的傳動比最好在推薦范圍內選取，對減速傳動盡可 能不超過其允許的最大值。 b. 應注意使傳動級數(shù)少傳動機構數(shù)少傳動系統(tǒng)簡單，以提 高和減少精度的降低。 c. 應使各級傳動的結構尺寸協(xié)調、勻稱利于安裝，絕不能造成 互相干涉。 d. 應使傳動裝置的外輪廓尺寸盡可能緊湊。 傳動裝置的總傳動比為 5.36i 分配各級傳動比： ， ， 。帶 10減 速 機i齒 輪i 5 傳動裝置的設計計算與校核（確定帶傳動、齒輪 傳動的主要參數(shù)） 5.1 V 帶的設計計算 已知 V 帶為水平布置，所需功率 P = 18.5 kW，由 Y 系列三相異 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 23 步電動機驅動，轉速 =1460 r/min,從動輪轉速 =400 r/min，每天1n2n 工作 24 小時。 表 5-1 V 帶的設計計算與校核 設計項目 設計依據(jù)及內容 設計結果 1.選擇 V 帶型號 （1）確定計算功率 caP （2）選擇 V 帶型號 查參考資料 12表 4.6 得工作系數(shù) 由3.1AK = ca 05.24.18PkW 按 、 查ca05.24min/61rn 圖 4.11，選 C 型 V 帶 5.24caPk 選用 C 型 V 帶 2.確定帶輪直徑 、1d2 （1）選取小帶輪直徑 1d （2）驗算帶速 v （3）確定從動帶輪直徑 2d （4）計算實際傳動比 i參考圖 4.11 及表 4.4，選取小帶輪直徑md01由式 )106/(1nvds/420）（1di m732/查表 4.4 0/5/12di 201dm 3.5vs/在 200800 m/s 內，合適。取 7502dm.3i （5）驗算從動輪實際轉速 2n 7.3/460/12inin/r (389.3-400)/400100% = 2.67%5% .892nin/r 允許 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 24 3.確定中心距 和帶長adL （1）初選中心距 0由式 得)2)(7. 1012 dda（ 續(xù) 表 5-1 設計項目 設計依據(jù)及內容 設計結果 （2）求帶的計算 mam)7502()7502(.0 665 1900 取 ma120 （3）基準長度 0L （4）計算中心距 a （5）確定中心距調整范圍 由式 0212104)()(2addam5.39)4/()75(/72 查表 4.2 得 Ld0 由式 mad)25.39401(0得 由式 maLaLdd)4015.23(15.,.minxina得 40dLm 123ama1634minx 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 25 4.驗算小帶輪包角 1由式 1205.60127580121 ad 合適，5.21 5.確定 V 帶根數(shù) z （1）額定功率 0P 由 、 及查表md141n 4.5 得單根 C 型 V 帶的額定功率為 86.5kW 86.50pkW 設計項目 設計依據(jù)及內容 設計結果 （2）確定 V 帶根數(shù) z 確定 0P 確定包角系數(shù) K由式， LcaKPz)(0查表 4.7 得 W27.10查表 4.8 得 93. KWP27.1093. 確定長度系數(shù) L 計算 V 帶根數(shù) z 查表 4.2 得 02.1LK根 根5.302.193)27.186(40LcaPpz 02.1LK 取 z=4 根，合適 6.計算單根 V 帶初拉力 0F查表 4.1 得 mkgq/. 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 26 由式， 20)15.(qvKvzPFcaN3.150)93.0(4.2 NF408 7.計算對軸的壓力 QF由式 NzFQ）25.1sin4082(NFQ5.3170 8.確定帶輪結構尺寸，繪制 帶輪工作圖 ，采用腹板式結構，工作圖md1 如附圖 18; ，采用輻條式結d7502 構，工作圖如附圖 16 5.2 齒輪的設計計算 已知輸入功率 ， ,電動機驅動，兩齒輪5.13PkWmin/40r 傳動比 ,工作壽命 10 年，每年工作時間 300 天，兩班制，工作平1i 穩(wěn)，齒輪轉向不變，要求結構緊湊。 表 5-2 齒輪的設計計算 設計項目 設計依據(jù)及內容 設計結果 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 27 1.選擇齒輪材料熱處 理方法、精度等級，齒 數(shù) 、 及齒寬系數(shù)1z2d考慮到該功率較大，故兩齒輪都調質處理，齒面硬度分別為 260HBS，屬硬齒面閉式傳動，載荷輕微沖擊，齒輪速度不高，初選 7 級精度，兩齒輪齒數(shù)的 ，按照硬齒面齒輪懸臂布置6021z 安裝,查參考資料 12表 6.5，取齒寬系數(shù)5.d 兩齒輪都選用調 質處理齒面硬度分別 260HBS，初選 7 級精 度； 6021z 取齒寬系數(shù) 5.d 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 28 2.按齒面接觸疲勞強度 設計 （1）確定公式中的各參 數(shù)值 載荷系數(shù) tK 齒輪傳遞的轉矩T 材料系數(shù) EZ 大、小齒輪的接 觸疲勞強度極限 2lim1liH、 應力循環(huán)系數(shù) 接觸疲勞壽命系 數(shù) 12HNK、 由式， 3211 2. HEdt ZiKTd 試選 5.t mNnPT403.15.9.6 查表 6.3 得 =189.8EZMPa 按齒面硬度查圖 6.8 得 H5602lim1li821 1052.630460hnjLN95.0 21HNK 5.1tKmNT1065.3 =189.8EZMPaH5602lim182105.N95.0 21HNK 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 29 確定許用接觸應力 21H、 取安全系數(shù) 1HsMPasKHN5609. /1lim21 MPaH5321 （2）設計計算 齒輪分度圓直徑1td 計算圓周速度 v 計算載荷系數(shù) K 校正分度圓直徑1d 3 261 538.195.02. tdsmnt /6.0164.16 查表 6.2 得使用系數(shù) ；根據(jù)AK ，7 級精度查圖 6.10 得：動sm/. 載系數(shù) ；查 6.13 圖得：1.v5 則 265.1.1KvA 由式： mdtt ./5.3/1 5.31tdm 6.0vs/265.1K 3.941dm 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 30 （3）計算齒輪傳動的幾 何尺寸 計算模數(shù) m 兩輪分度圓直徑12d、 中心矩 a 齒寬 b 齒高 h 9.460/3.2/1zdm21z60/)(211835.121dbm6..m取 6m3021d6a821bm5.3h 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 31 3.校核齒根彎曲疲勞強 度 (1) 確定公式中各參數(shù) 值 兩齒輪彎曲疲勞 強度極 lim1li2F、 彎曲疲勞壽命 系數(shù) 12FNK、 許用彎曲應力 21F、 齒形系數(shù) 12FaY、 和應 力修正系數(shù) 12Sa、 計算兩齒輪的 和1F SaY 2F Sa （2） 校核計算 由式 231FSaFdFYmzKT 查圖6.9得 ：取 MPF20li1li 9.21NK MPaSYFSTFNF8.24.1/90. /1lim21 查表6.4得取 7.121SaFY014.86.2721FSaFSa53.407.12617. 32FFMPaMPa MPaF20lim 19.21NKMPaF8.217.12 1SaFY53.4021FFa 彎曲疲勞強度足夠 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 32 5.3 軸的設計計算及校核 軸的材料選用 45 鋼調質，它的結構尺寸與裝配圖見附圖 表 5-3 軸的校核計算 設計項目 設計依據(jù)及內容 設計結果 1求軸上的載荷 （1）計算齒輪受力 參見齒輪設計參數(shù)及附圖 2J55.00.03-04 齒輪的分度圓直徑 601mzd 3601dm 圓周力 NTFt 360/15.2/1 NFt42. 徑向力 2tan0.tan4r r4107. （1） 計算攪拌葉片 受力 葉片的周向推力 參見圖 3.2 葉片安裝角度為 25時， NFs392 ；葉片安裝角度為 15時，NFk3.28 392sFN5.1s圖 5-1 直齒圓柱齒輪受力分析圖 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 33 ，軸向推力sFk ， ；葉片安NFs5.31Fk3.24 4.350sFN 裝角度為 20時， ，4.350sN7.236kFN3.28k.4kFN7.236k （1） 求支反力 求 zx平面內作 用在軸上的支反力 求 平面內作yx 用在軸上的支反力 ， 0AM5.7BzFN,B12z ，A.8By,0B64FN5.Bz12AzFN7.8By64A 2繪制彎矩圖和扭矩 圖 見圖 5.2 3彎矩合成強度校核 通常只校核軸上受最大彎矩和扭矩的截面的強度。 危險截面 截面處計算彎矩 截面處計算應力 強度校核 考慮啟動、停機影響，扭矩為脈動循環(huán)變應 力， ,6.0221)(TMcaPa2223650.785154Wcac )1/(19/ 45 鋼調質，由表 11.2 查得 mNMca21934.5c 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 34 1ca 彎矩合成強度滿足要 求 4疲勞強度安全系數(shù) 校核 不計軸向力產(chǎn)生的壓應力 的影響va （1）截面 C 左側強度 校核 抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 33160..0mdW332..T 34096mW812T 截面上的彎曲應力 截面上的扭轉切應力 MPaMb4096//WT812/35/ MPab49.0T6. 平均應力 彎曲正應力為對稱循環(huán)彎應力， ，扭轉切應力為脈動/)(minaxm 循環(huán)變應力， 。MPa23./)(inax 0mMPa23. 應力幅 ba/)(minax2ia a49.0Pm6 材料的力學性能 45 鋼調質，查表 11.2 MaB1527 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 35 軸肩理論應力集中系 數(shù) ，036.14/5dr ，查附表 1.6，并經(jīng)6/D 插值計算 MPa05.231 材料的敏性系數(shù) 由 ， ，查圖 2.8 并mr5MPaB40 經(jīng)插值 8.0 q 有效應力集中系數(shù) )105.2(8.1)(1qk3.. 9.k26 尺寸及截面形狀系數(shù) 由 、 查圖 2.9mh6d1405.0 扭轉剪切尺寸系數(shù) 由 查圖 2.10D 62. 表面質量系數(shù)和強化 系數(shù) 軸按磨削加工，由 查圖MPaB640 2.12 19.0q 疲勞強度綜合影響系 數(shù) 92.0/16./21/ 58kK 2.53K 等效系數(shù) 45 鋼： ，.01.5 取 ，1.05 僅有彎曲正應力時的 計算安全系數(shù) 01.49.23751 maKS 19S 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 36 僅有扭轉切應力時的 計算安全系數(shù) 46.0523.11 maKS 3.1S 彎扭聯(lián)合時的計算安 全系數(shù) 2223.159Sca 71.30caS 設計安全系數(shù) 材料均勻，載荷與應力計算精確時： .13取 5. 疲勞強度安全系數(shù)校 核 Sca 軸的疲勞強度合格 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 37 圖 5-2 軸的受力圖與彎矩圖 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 38 5.4 軸承的校核 現(xiàn)選一對角接觸球軸承 7228AC，軸轉速 n=40r/min，軸向力 ，徑向負荷分別為 。工作時KNF39.512.2.1rFKNr、 有中等沖擊，脂潤滑，正常工作溫度，預期壽命 200000h。 表 5-4 軸承的校核計算 設計項目 設計內容及依據(jù) 設計結果 1 確定 7228AC 軸承 的主要性能參數(shù) 查滾動軸承產(chǎn)品樣本得 87.0,6. ,235,2350YeKNCrr， 2 計算派生軸向 力 12SF、 FrS2.51.21 NFS8.170632 3 算軸向負荷 12a、 11 6.4)0763( Sae N 故軸承被壓緊，軸承被放松，得： NFSaae8..2121 a8.7064512 4 確定系數(shù) 122XY1、 、 、 eFrar 17.03.4561 查表 8.10 得 0,,8.,4. 211 YX 0,1,87.4.2YX 5 計算當量動負 荷 12P、 NFNYar 6.41287.45222P107.532 6 計算軸承壽命 已知 =3，查表 8.7、8.8 得： .Ptff、 hLh496 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 39 hPfCnLpth 37.5.184067167 7 驗算軸承是否 合適 hh20495該軸承合格。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 40 6 預加水雙軸攪拌機的安裝 6.1 預加水成球工藝對設備安裝的要求 由于槳葉式雙軸攪拌機在機械結構上看，其雙軸是不可能用等位 提升的方法卸出機殼，它必需從機體縱向水平抽出機殼。因此，為了 方便檢修，攪拌機在平臺上的布置位置在縱向必需留有雙軸水平抽出 的位置。 入攪拌機的進料管應與水平線呈 55以上的角，以便生料粉從 攪拌機的進料端部滑入機內，為實現(xiàn)無粉塵操作環(huán)境創(chuàng)造有利條件。 攪拌機的出料口應配置有“地方”大于“天圓”的“天圓地方” 過渡管接頭下部采用直徑不小于 300mm 的圓管，其水平線的夾角不得 小于 60，以免含水物料在管內的粘結。 6.2 雙軸攪拌機的安裝 雙軸攪拌機都具有整體槽鋼機座，安裝時應首先時殼體與機座吊 裝就位，然后將雙軸放置在準確的位置，再將端面板焊接殼體上，裝 好軸承座，接著在軸的主動端裝上一對齒輪及齒輪罩或罩殼；將減速 機、電動機以及聯(lián)軸器連接，最后裝上攪拌葉片。根據(jù)現(xiàn)場條件傳動 裝置可裝在進料端。安裝具體要求是： 1.雙軸就位后，其兩軸中心線的平行度誤差不大于 1.5mm，兩軸 中心線的連線的水平誤差不大于 2mm； 2.攪拌葉片與殼體的間隙應保證在 58mm 以內。間隙小，殼體 上的集料易清理，雙軸旋轉運動阻力較?。婚g隙大，集料難以清理， 運動阻力大，易在操作中發(fā)生震動； 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 41 3.齒輪齒頂間隙應控制在 2.53mm； 4.雙軸兩端軸承軸向游隙應不小于 1.5； 5.攪拌機進料管的安裝必須呈大于 60的傾角，不得垂直進料。 出料管的安裝必須根據(jù)工藝要求呈 6065的傾斜狀態(tài)，亦不得垂 直出料。 6.機殼密封性能應良好、可靠，不得漏水漏灰； 7.為防止機殼集料增加運動阻力和清料的勞動強度，機殼內可附 設 35 厚的工程塑料料板，或涂以耐磨樹脂，改變含水生料在殼體 上的吸附性質； 8.軸旋轉方向應呈自上從外側向下的形式。 6.3 電動機的安裝 電動機安裝時要考慮到 V 帶的安裝與拆換方便。由于考慮到實際 工作過程中空間的布置的需要，將電動機安裝在電動機滑軌上面，這 樣不僅避免了拆換不方便的問題，而且還有助于帶輪的張緊，非常實 用。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 42 7 設備的使用維護和潤滑 7.1 設備的使用維護 由于雙軸攪拌機屬于大型、重載、低速、高能耗的設備，且它的 工作條件由工藝過程中的工藝特性決定，都具有高溫、高磨損、高粉 塵的工作特點。因此，及