第一篇：admas機械球形攪拌機建模設(shè)計

一．題目說明：

機械攪拌機常應用于化學工業(yè)和食品工業(yè)中對拌料工作（如下圖）。電動機帶動小輪經(jīng)過帶傳動減速，大輪帶動連桿2逆時針回轉(zhuǎn)，驅(qū)動大輪1—2—3組成曲柄滑桿機構(gòu)帶動桿三來回運動進行攪拌。1.機械球形攪拌機結(jié)構(gòu)簡圖

2.機械球形攪拌機工作原理

3.相關(guān)數(shù)據(jù)

構(gòu)件 小輪 大輪 半徑 60mm 80mm

長度

寬度 厚度 10mm 10mm 大輪曲

柄

連桿2 連桿3

50mm 120mm 135mm

10mm 10mm

10mm 8mm 8mm 二.仿真建模過程

（1）打開adams界面，點擊creat a new model

（2）點擊OK，進入Adams開始建模，根據(jù)相關(guān)尺寸畫出所有構(gòu)件，如下

小輪

帶凸臺的大輪

帶兩個轉(zhuǎn)動副的連桿

球形攪拌棒（3）確定個構(gòu)件的之間的傳動關(guān)系

1.大輪與小輪

通過帶實現(xiàn)平穩(wěn)減速的傳動方式，設(shè)計時，取小輪半徑r=60mm，大輪直徑R=80mm，傳動比i=0.75，采用耦合副，在工具欄中按鈕，然后選取大輪和小輪兩個旋轉(zhuǎn)副，小輪為驅(qū)動副，大輪為從動副，在圖形區(qū)的耦合副圖標上單擊右鍵，在彈出的菜單中選擇Modify項，在對話框中拾取運動副，再輸入傳遞比例關(guān)系k1和k2，確定約束關(guān)系k1θ1+k2θ2=0,畫出帶傳動

2.設(shè)置曲柄搖桿機構(gòu)

①攪拌機的傳動包括由大輪—桿2—桿3組成的曲柄搖桿機構(gòu)，如圖

建立約束如下：

1.大輪上的凸臺與大輪固定，隨大輪一起轉(zhuǎn)動。

2.凸臺與連桿構(gòu)成轉(zhuǎn)動副.3.連桿與攪拌棒構(gòu)成旋轉(zhuǎn)副.4.攪拌棒與機架構(gòu)成旋轉(zhuǎn)副.該結(jié)構(gòu)有小輪驅(qū)動，小輪上建立驅(qū)動結(jié)構(gòu)

②曲柄搖桿機構(gòu)的尺寸設(shè)計

曲柄搖桿機構(gòu)的條件：

1.桿長條件：最長桿+最短桿<兩中間桿之和 2.最短桿是曲柄

設(shè)計長度：

AB=50mm

BC=120mm CD=78.1mm

AD=138.3mm 此長度滿足桿長條件，且最短桿為曲柄，可以實現(xiàn)攪拌機的攪拌棒做來回往復運動的條件 三．仿真分析

對所建立的模型進行仿真，發(fā)現(xiàn)機構(gòu)能按預定的軌跡運行，再機構(gòu)運行的過程中，可以通過對小輪轉(zhuǎn)速的控制，實現(xiàn)對攪拌速度的正確控制，所建立的模型可行。

四．學習虛擬樣機的感悟

進過半學期對ADAMS的學習，我對ADAMS有了一定的了解和認識。記得第一次接觸它，是在老師的第一堂課上，跑動的小車、逼真的雷達偵察機、不可思議的種種運動機構(gòu)。。讓當時的我眼界大開，是什么東西讓這些復雜的運動展現(xiàn)在我們面前，是什么東西讓我們把腦中想象的運動變成電腦屏幕的仿真模型，后來，隨著一節(jié)節(jié)課的學習，通過對ADAMS的不斷學習，我知道了怎么去創(chuàng)建一個元素，怎么去編輯一些構(gòu)件以及添加約束和驅(qū)動，慢慢的我也學會了建立一些常用的模型。

后來，在上機實驗的時候，我才發(fā)現(xiàn)“紙上得來終屬淺”的道理，在建模的過程中，我束手無策，平時上課學到的到了自己去操作的時候就變得非常吃力.不過，隨著慢慢的對ADAMS這款軟件的學習和熟悉，我慢慢的熟練圖形區(qū)和工具欄中各個圖標的使用，在幾次的上機實驗后，我明白了ADAMS的學習需要不斷的練習，不斷的對各項操作的熟練。

這次建模練習也是一次對ADAMS進行“充電”良好機會，第一次嘗試去自己仿真機構(gòu)傳動，雖然我設(shè)計的機構(gòu)傳動關(guān)系并不復雜，但是設(shè)計的過稱中仍然是困難重重，常常設(shè)計出來建立好模型，仿真起來屢屢出錯，后來經(jīng)過不斷的調(diào)試，不斷的改進，才弄出滿意的作品.在這次練習中，通過和同學的交流，也看到他們的作品，我學到了很多。我發(fā)現(xiàn)很多同學的作品很新穎也很復雜，他們設(shè)計起來更是起早摸黑，我想他們更是收獲很多，每次我遇到的問題，他們也是同樣遇到過，向他們討教，問題往往迎刃而解。

這次練習雖然設(shè)計的機構(gòu)并不復雜，但也是令我受益匪淺，激發(fā)了我對ADAMS的興趣。我想在以后的時間里，應該對它多多練習，也應該去多多思考，當然，我也希望以后對一些稀奇古怪的機構(gòu)進行仿真，做一個ADAMS的熱愛者！

第二篇：攪拌機設(shè)計流程

摘要

攪拌機是攪拌設(shè)備的心臟。在攪拌機設(shè)計及使用過程中，合理的選取攪拌機的結(jié)構(gòu)，運動和工作參數(shù)，直接關(guān)系到混凝土等材料的攪拌質(zhì)量和攪拌效率。論文對攪拌臂的排列、攪拌葉片的安裝角、拌筒長寬比、攪拌機轉(zhuǎn)速和攪拌時間等主要參數(shù)的選取進行分析與試驗研究。通過歸納，給出了雙臥軸攪拌機的主要參數(shù)，包括攪拌臂排列、葉片安裝角、拌筒長寬比、攪拌線速度等；給出了評價攪拌機參數(shù)合理與否的準則；給出了攪拌臂排列的基本原則。論文通過試驗研究，建議用葉片推動的物料量與該攪拌機的公稱容量的比值rl，來綜合評定攪拌臂的個數(shù)，葉片面積和其他參數(shù)匹配的合理性，并作為設(shè)計時的參考；雙臥軸攪拌機的葉片的安裝角范圍為3l一45，對國內(nèi)廣泛使用的寬短型雙臥軸攪拌機葉片安裝角度推薦為45；對目前國內(nèi)外普遍使用的雙臥軸攪拌機，它的長寬比的選擇范圍為0．7—1．3，推薦使用值為小于1；攪拌機的轉(zhuǎn)速主要受攪拌過程中混合料不發(fā)生離析現(xiàn)象所限制，對目前常用的雙臥軸攪拌機，推薦的葉片線速度為1．4m／s-1．7m／s／；合理的攪拌時間是保證攪拌質(zhì)量符合要求條件下的最短攪拌時間，它受充盈率等多種因素影響，合理的攪拌時間應通過試拌來確定。[關(guān)鍵詞]：攪拌機、主要參數(shù)、合理性、實驗研究

第1章 前言

1．1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

19世紀40年代，在德、美、俄等國家出現(xiàn)了以蒸氣機為動力源的白落式攪拌機，其攪拌腔由多面體狀的木制筒構(gòu)成，一直到19世紀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年法國申請登記了第一個用于修筑戰(zhàn)前公路的混凝土攪拌機專利。20世紀初，圓柱形的拌筒自落式攪拌機才開始普及，其工作原理如圖1．2所示。形狀的改進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年德國在斯太爾伯格建造了世界上第一座水泥混凝土的預拌工廠。1908年，在美國出現(xiàn)了第一臺內(nèi)燃機驅(qū)動的攪拌機，隨后電動機則成為主要動力源。從1913年，美國開始大量生產(chǎn)預拌混凝土，到1 950年，亞洲大陸的日本開始用攪拌機生產(chǎn)預拌混凝土。在這期間，仍然以各種有葉片或無葉片的自落式攪拌機的發(fā)明與應用為主?。自落式攪拌機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，隨著拌筒的轉(zhuǎn)動，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、時問、速度、落點和滾動距離不同，從而物料各顆粒相互穿插、滲透、擴散，最后達到均勻混合。自落式攪拌機結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，維護簡單，功率消耗小，拌筒和葉片磨損輕，但攪拌強度不高，生產(chǎn)效率低，攪拌質(zhì)量不易保證。此種攪拌機適于拌制普通塑性混凝土，廣泛應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、雙錐反轉(zhuǎn)出料攪拌機、雙錐傾翻出料攪拌機和對開式攪拌機等，其中鼓簡式攪拌機技術(shù)性能落后，已于1987年被我國建設(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、復雜化和高層化對混凝土質(zhì)量、產(chǎn)量不斷提出的更高要求，有力地促進了混凝土攪拌設(shè)備在使用性能和技術(shù)水平方面的提高與發(fā)展。各國研究人員開始從混凝土攪拌機的結(jié)構(gòu)形式、傳動方式、攪拌腔襯板材料以及攪拌生產(chǎn)工藝等方面進行改進和探索。20世紀40年代后期，德國ELBA公司最先發(fā)明了強制式攪拌機，和自落式攪拌機的工作原理不同，強制式攪拌機利用旋轉(zhuǎn)的葉片強迫物料按預定軌跡產(chǎn)生剪切、擠壓、翻滾和拋出等強制攪拌作用，使物料在劇烈的相對運動中得到勻質(zhì)攪拌。強制式攪拌機工作原理如圖1．3，與自落式攪拌機相比，強制式攪拌機攪拌作用強烈，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)場的混凝土攪拌站和預拌混凝土攪拌樓。根據(jù)構(gòu)造特征不同，主要有立軸渦漿式攪拌機、立軸行星式攪拌機、立軸對流式攪拌機、單臥軸攪拌機和雙臥軸攪拌機等。

圖1．2 自落式攪拌機工作原理示意圖圖1．3強制式攪拌機工作原理示意圖

隨著技術(shù)的發(fā)展，強制式攪拌機在德國的BHS公司和ELBA公司、美國的JOHNSON 公司和REX WORKS公司、意大利的SICOMA公司和SIMEN公司、日本的日工株式會社和光洋株式會社等企業(yè)發(fā)展迅速，目前已形成系列產(chǎn)品。比如德國的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。我國混凝土攪拌設(shè)備的生產(chǎn)從20世紀50年代開始。1952年，天津工程機械廠和上海建筑機械廠試制出我國第一代混凝土攪拌機，進料 容量為400L和1000L。20世紀70年代未至80年代初，我國為適應建筑業(yè)商品混凝土大規(guī)模發(fā)展的需要，在引進國外樣機的基礎(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、．D型單臥軸強制式攪拌機。其中，JS型雙臥軸攪拌機在80年代初研制成功。80年代末，我國混凝土攪拌產(chǎn)品開發(fā)重點轉(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)過引進吸收、自主開發(fā)等幾個階段，到本世紀初，國內(nèi)混凝土攪拌機技術(shù)得到長足發(fā)展，在產(chǎn)品規(guī)格和生產(chǎn)數(shù)量上，都達到了一定規(guī)模，出現(xiàn)了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)，逐步形成了一個具有一定規(guī)模和競爭能力的行業(yè)。2006年，我國生產(chǎn)裝機容量O．5～6m3的攪拌站2100多臺，已成為混凝土攪拌設(shè)備的生產(chǎn)大國。1．2國內(nèi)外攪拌機參數(shù)的研究現(xiàn)狀

對攪拌設(shè)備來說，攪拌機構(gòu)是核心裝置，混凝土攪拌質(zhì)量的好壞，攪拌機生產(chǎn)率的高低以及使用維修費用的多少都與它有關(guān)，目前，雙臥軸攪拌機是國內(nèi)的主導機型，因此，國內(nèi)外對臥軸攪拌機技術(shù)進行了比較廣泛、深入的研究。國外對臥軸攪拌機技術(shù)的研究起因于對瀝青混和料拌和抽樣和方法準確度的分析，由于試驗中采用的1t間歇式臥軸強制攪拌器，抽取的樣品測試數(shù)據(jù)顯示了在攪拌器的一種設(shè)計與另一種設(shè)計之間，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。研究人員分析認為：所用的雙軸槳葉式攪拌器中，材料的主要運動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。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，材料的輔助運動是與兩根軸平行的，從攪拌軸的一個旋轉(zhuǎn)平面到另一旋轉(zhuǎn)平面。在用來構(gòu)成輔助運動方面，不同設(shè)計方案的攪拌器，變化是很廣泛的。混合料在兩根軸之間的區(qū)域內(nèi)運動是不規(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)運動，運動的程度都會受到槳葉端面與它們移動方向的夾角的影響。為了找到在攪拌器其它設(shè)計特點保持不變的情況下，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動，以及對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安裝于攪拌軸上。在一些攪拌器中，將垂直于它們移動方向的平面槳葉，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)則的輔助運動，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。當使物料由軸的兩端向中心運動時。物料向中心堆積，有一些物料則從堆積料的頂端溢出，再從兩端返回，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)則的輔助運動。一軸上的所有槳葉端面都使物料朝一個方向運動，而另一根軸上的所有槳葉端面部使物料朝相反的方向運動。在槳葉相對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行試驗：①將所有槳葉調(diào)至使物料向攪拌器的中心運動：②將一根軸上的所有槳葉都安裝成使物料向右運動，而另一根軸上的所有槳葉都安裝成使物料向左運動，以便能使物料 在平面內(nèi)圍繞著攪拌器產(chǎn)生順時針方向的循環(huán)或旋轉(zhuǎn)運動。這兩種排列方式被稱為“向心”方式和“旋轉(zhuǎn)”方式。試驗按18批物料作為一個系列來進行，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間(1min、2min和4min)。獲得拌和勻質(zhì)性分析的樣品總數(shù)為213個。分別計算出每批混和料樣品中粘結(jié)料的百分比標準離差和通過給定篩子的物料百分比標準離差，將標準離差轉(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章攪拌機主要參數(shù)

2．1雙臥軸攪拌機的主要參數(shù)

本文以目前廣泛使用的雙臥軸攪拌機為主，對攪拌裝置幾何和運動參數(shù)的合理取值范圍進行分析和試驗研究。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)雙臥軸攪拌機結(jié)構(gòu)

圖2．1雙臥軸攪拌機主要參數(shù) 2．2攪拌機參數(shù)選取的準則

目前國內(nèi)外廣泛使用的自落式和強制式攪拌機己沿用了50余年。但在攪拌機設(shè)計 和使用中，仍采用類比法這樣的經(jīng)驗方法，缺乏合理性；由于對攪拌過程的機理研究不夠，對如何選擇這一參數(shù)，說法不一，缺乏科學性；在攪拌過程中，混合料的物理一化學性能都發(fā)生了變化，這一過程極其復雜而影響因素又較多，但由于對諸參數(shù)綜合優(yōu)化的試驗研究不深入，且設(shè)計和使用者在選擇轉(zhuǎn)速值時缺少依據(jù)。攪拌機是混凝土制備設(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)出符合國家標準要求的新拌混凝土；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，質(zhì)量第一?；炷潦侵匾慕ㄖ牧?，新拌混凝土質(zhì)量是對攪拌機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評價，宏觀均勻性用拌和物中砂漿密度的相對誤差塒

式中，攪拌的平均時間f的角標表示拌缸(或拌筒)三維坐標(x，y，z)或(z，r，由)及其順序。該式的物理意義是：合理的攪拌機參數(shù)應保證在滿足給定的均勻度指標的前提下，在拌缸內(nèi)各個方向的攪拌時間相接近。這時選取的攪拌機的主要參數(shù)較合理。可利用實驗來調(diào)整攪拌機的參數(shù)，使其趨于合理。在不同的攪拌時間，按三維坐標方向測攪拌的均勻度就可知道，在所有方向都達到給定的均勻度的時間。一般來}兌，在三個方向同時都達到給定的均勻度指標是不可能的，總會有先有后。應根據(jù)實驗結(jié)果，調(diào)整攪拌機結(jié)構(gòu)及相應的參數(shù)，使得能夠在攪拌室內(nèi)所有方向上能接近同時達到給定的均勻度。2．3試驗樣機與實驗條件

2．3．l試驗樣機

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

圖2．2雙臥軸攪拌機主體結(jié)構(gòu)圖

該試驗樣機攪拌的基本工作原理與普通雙臥軸攪拌機一樣，動力從電機通過擺線針輪減速器，變速后由彈性畦軸器直接傳遞給一對同步齒輪，從而帶動兩根攪拌軸作反向同步轉(zhuǎn)動。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。卸料采用手動方式，通過攪拌筒底部的偏心旋轉(zhuǎn)扇形閘門來控制。由于試驗條件的限制．也為了簡化設(shè)計，該樣機沒有設(shè)計耐磨襯板和L料機構(gòu)，試驗中采用人上料，這雖然會對攪拌質(zhì)爵和攪拌時捌產(chǎn)生一些影響，但由于是在相同條件下進行試驗．所以仍然能夠完成試驗任務(wù)。

攪拌機構(gòu)是本次試驗研究的重點。由于試驗中要分別比較拌筒不同長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攪拌質(zhì)量的影響，因此要求拌筒的長寬比、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、維護方便。

2．3．2攪拌機構(gòu)的設(shè)計 ●攪拌葉片的設(shè)計

攪拌葉片的形狀是根據(jù)拌簡直徑、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)域長度和葉片設(shè)定高度等參數(shù)設(shè)計的。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直徑構(gòu)成的圓柱體，通過曲線擬合得到。考慮葉片與拌筒內(nèi)壁的間隙大小對葉片使用壽命和攪拌能耗的影響，設(shè)計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。對于攪拌臂和攪拌葉片的安裝設(shè)計，則都采用了抱瓦結(jié)構(gòu)，通過螺栓的央緊作用分別固定在相應的攪拌軸和攪拌臂上，具體結(jié)構(gòu)如圖2．4所示。試驗中，根據(jù)拌 筒長寬比的不同和試驗研究的要求，攪拌葉片的數(shù)量可以相應的增減；通過調(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?！癜韬嗛L寬比

拌筒長寬比變化是通過在攪拌筒中橫置擋板實現(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拌筒長度進行調(diào)節(jié)。擋板的形狀與攪拌筒橫截面是一致的，可以通過螺栓固定在與拌筒焊接的角鋼上，從而將拌筒由窄長形分隔為寬短形。樣機設(shè)計窄長形拌筒的長寬比為1．11，寬短形拌筒的長寬比為O．78。2．3．3試驗用混凝土配合比的設(shè)計

混凝土配合比設(shè)計必須滿足四項基本要求；a)施工性能一混凝土拌和物應具備滿足施工操作的和易性；b)力學性能一硬化后的混凝土應滿足工程結(jié)構(gòu)設(shè)計或施工進度所要求的強度和其它有關(guān)力學性能；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)濟性能一應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。一個合理的配合比，對提高水泥混凝土在各方面的性能，有著重要的作用?；炷恋呐浜媳仍O(shè)計，實質(zhì)上就是確定四項材料用量之間的三個對比關(guān)系，即三個參數(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數(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、單位用水量三個參數(shù)與混凝土的各項性能之間有著密切的關(guān)系，如圖2．5所示(圖中，粗實線表示直接關(guān)系，細實線表示主要關(guān)系，虛線表示次要關(guān)系)。正確地確定這三個參數(shù)，就能保證混凝土滿足一定的設(shè)計要求。

圖2．5配合比參數(shù)與混凝土性能關(guān)系

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

第3章攪拌臂的排列

對于雙臥軸攪拌機，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位置關(guān)系。其中攪拌臂的相對位置關(guān)系主要是指單根軸上相鄰兩個攪拌臂之間的相對位置關(guān)系和雙軸上攪拌臂之間的相對位置關(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)生不同的料流運動形式。臥軸攪拌機拌筒內(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攪拌筒內(nèi)物料運動的主要因素是攪拌臂的排列以及葉片參數(shù)。對于雙臥軸攪拌機拌簡內(nèi)的物料運動形式，通過初步試驗及分析，認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)“對流"和“圍流”兩種不同的運動軌跡。這兩種料流形式孰優(yōu)孰劣，可以通過理論分析和試驗研究得出結(jié)論。

3．1對流和圍流

對流攪拌臂的排列如圖3．1所示。在攪拌葉片推動下，混合料由攪拌機兩端向中央運動，并在中央處以錐體形狀堆積。這時有些物料就會從料堆頂部溢出，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混合料沿軸朝一個方向運動，而另一根軸上的葉片推動混合料沿軸朝另一個相反方向運動。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)運動。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)運動。

圖3．1攪拌臂對流排列圖 圖3．2攪拌臂圍流排列

3．2分析與試驗

分析物料的運動形式可知，兩種攪拌臂排列都實現(xiàn)了物料的循環(huán)流動，理論上任一物料質(zhì)點都能到達拌筒內(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，容易造成個別攪拌臂和葉片過載損壞。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。從這一點來看，攪拌臂圍流排列要比對流排列更具優(yōu)勢。對其攪拌質(zhì)量的影響可依靠試驗研究進行比較。通過對攪拌臂及葉片的不同排列、安裝，在不同形狀的拌筒內(nèi)，進行關(guān)于逆流和圍流的比較試驗，測定相應的混凝土拌和物勻質(zhì)性和28d的硬化混凝土標準試塊的抗壓強度。試驗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恋膹姸鹊燃墳镃20，混凝土拌和物坍落度為10、30mm，水泥用425號普通硅酸鹽水泥，細骨料用中砂，粗骨料用5--一40mm連續(xù)級配碎石。試驗結(jié)果見表分析物料的運動形式可知，兩種攪拌臂排列都實現(xiàn)了物料的循環(huán)流動，理論上任一物料質(zhì)點都能到達拌筒內(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，容易造成個別攪拌臂和葉片過載損壞。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。從這一點來看，攪拌臂圍流排列要比對流排列更具優(yōu)勢。對其攪拌質(zhì)量的影響可依靠試驗研究進行比較。通過對攪拌臂及葉片的不同排列、安裝，在不同形狀的拌筒內(nèi)，進行關(guān)于逆流和圍流的比較試驗，測定相應的混凝土拌和物勻質(zhì)性和28d的硬化混凝土標準試塊的抗壓強度。試驗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。混凝土的強度等級為C20，混凝土拌和物坍落度為10,、,30mm，水泥用425號普通硅酸鹽水泥，細骨料用中砂，粗骨料用5--一40mm連續(xù)級配碎石。試驗結(jié)果見表3．1。

表3．1 對流與圍流的比較試驗測試指標值

由表3．1可見，不同拌筒內(nèi)物料運動呈現(xiàn)對流時，混凝土的勻質(zhì)性指標全都不合格，即不滿足AM<0．8％、AG<5％的國標要求，而對于攪拌臂圍流排列，雖然這兩個指標會隨著其他攪拌參數(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： 物料的流向應當符合右(占：)手定則，即當有(左)手四指順著攪拌軸旋轉(zhuǎn)方向時，拇指的指向就是物料的流動方向：并且兩軸上攪拌葉片推動物料軸向流動分量和徑向流動分量的方向相反，如圖3．3所示。此時，物科不但有大范圍的循環(huán)流動f可以是逆時針也可以是順時針，如圖3．4所示)，而且中央主攪拌區(qū)，兩軸問的物料還有強烈的高頻次逆流。

圖30逆時鐘圍濰圖3順時針圍流

如果以I、II來表示軸的序號，以n來表示葉片的序號，那么之間這種運動就稱為逆流。拌區(qū)的次序有先有后，所上必然存在相位差。相位差太大．造成作用時間上的延遲，進而逆流作用的效果就比較弱；相位差太小，甚至為零時，意味著兩攪拌臂幾乎同時到達攪拌區(qū)，并且二者對物料推動的方向相反，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)運動被阻斷。所以．逆流相位差大小應該有一個合理的取值范圍，在此范圍的逆流才被認為足合理的。若能通過合理布置和兩攪拌臂，使其到達攪拌區(qū)的相位時間差更合理，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，由于這種逆流是在兩攪拌軸之間的強制作用，如果柿黃合理，使得物料作用頻次快，強度大，靠近攪拌軸音|f分的物料就會充分運動起柬．就能在某種程度上改善普通強制式攪拌機所固有的，園速度梯度所產(chǎn)生的攪拌低效區(qū)問題。但逆流是以不破壞物料的大循環(huán)流動為前提的。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，那么這種逆流運動不但起不到強化攪拌的作用，反而有可能破壞整體的大循環(huán)運動，會惡化攪拌質(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)生強制作用的機會，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，在盡量短的時間內(nèi)把物料拌成勻質(zhì)混凝土； ②在攪拌軸旋轉(zhuǎn)的過程中，盡量讓參與攪拌的葉片數(shù)目相等，以達到攪拌電機負荷均勻，減少沖擊的目的；

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，避免個別葉片和攪 拌臂過載而損壞。

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

單根軸上相鄰兩個攪拌臂之間的相位布置，國內(nèi)外不盡相同。目前，用于攪拌普通混凝土的攪拌機中，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時，會采用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。其中對于正排列的規(guī)定是：當逆著混合料流動方向看，攪拌臂排列的相位方向應與攪拌軸轉(zhuǎn)向相同；若順著混合料流動方向看，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

以攪拌臂相位角900為例，對正、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，當?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，然后再經(jīng)過一個270。旋轉(zhuǎn)輪到第二攪拌臂。顯然，混合料從一個攪拌臂處被推攪到下一個相鄰的攪拌臂處，每一次攪拌軸都要旋轉(zhuǎn)270。，如果有n個攪拌臂，那么就需要n一1 倍的2700。而對于正排列布置，由第四攪拌臂上的葉片向前推攪的混合料，只需要經(jīng)過90。就可被同軸的第三攪拌臂上的葉片繼續(xù)推攪。同樣，當混合料輪到第二攪拌臂推攪時，仍然只需要旋轉(zhuǎn)90。于是混合料從第一個攪拌臂傳到第n個攪拌臂，只需經(jīng)過n一1倍的900就能實現(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，當?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。顯然，如果有n個攪拌臂，那么就需要n一1倍的3000；對于圖3．6(b)的正排列：則只需經(jīng)過n一1倍的60。就能實現(xiàn)。由此可見，在攪拌時間、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次數(shù)更多，攪拌裝置的利用率更高。這對攪拌臂圍流排列的攪拌機，完成物料從拌筒的一端運動到另一端的作用則更加明顯。但同時也說明單軸上采用較小的相位角可使物料得到較多的流動次數(shù)。但相位角太小，物料在拌筒內(nèi)周向翻動的劇烈程度降低，它還要受制于混凝土拌和物粗骨料最大粒徑的限制?，F(xiàn)在選用國內(nèi)某廠生產(chǎn)的JS500型雙臥軸攪拌機為例進行計算分析。該機每根軸上有7個攪拌臂，圍流排列，相位角為90。，轉(zhuǎn)速35r／rain，攪拌周期45s。于是在一個攪拌周期內(nèi)，攪拌軸轉(zhuǎn)過的圈數(shù)為

圖3.6單根軸上60相位角的攪拌臂排列

對于攪拌臂反排列，物料完成一個軸向的推攪需要轉(zhuǎn)過

那么，一個周期內(nèi)物料在單根軸上完成的流動次數(shù)為

若采用攪拌臂正排列，物料完成一個軸向的推攪需要轉(zhuǎn)過

于是，一個周期內(nèi)物料在單根軸上完成的流動次數(shù)為

可見，這種JSS00型雙臥軸攪拌機單根軸上攪拌臂正排列得到的流動次數(shù)是反排列的(17．5／5．8≈)3倍。這同時也表明單根軸上采用較小的相位角可以獲得較多的流動次數(shù)。但也不是說單根軸上攪拌臂問的相位角越小，攪拌質(zhì)量就越好。因為較小的相位角雖然可以實現(xiàn)物料沿軸向的快速均布，但物料在拌筒內(nèi)翻動的劇烈程度卻相應變差，即物料的周向流動變差，這顯然不利于物料在整個空間方向的均布。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，則理論上對于相位角的取值范圍應滿足關(guān)系式：3600≤noO≤7200。從前面對對流、圍流的比較試驗數(shù)據(jù)(參見表3．1)來看，對于所攪拌的混凝土來 說，單軸上相鄰拌臂間60。相位角要比90。的攪拌質(zhì)量好。為了進一步研究對普通混凝土攪拌時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，測得試驗數(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，能夠得到相對較好的攪拌效果，對應的各項測試指標的均值都優(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。相位角時物料在軸向獲得比900布置時更多的流動次數(shù)，因而更容易實現(xiàn)物料在軸向的均勻分布。

由此可知，就試驗中采用的粗骨料最大粒徑為40ram的普通混凝土來說，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

表3．2單軸上相鄰拌臂間相位角的比較試驗(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的主要結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)之一。對攪拌質(zhì)量和攪拌效率都有著直接的影響。本文以雙臥軸攪拌機的葉片安裝角為研究對象，其方法也可用來確定其它類型攪拌機的葉片安裝角。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葉片前的密實核心 ●定性分析

攪拌機工作時，拌缸內(nèi)的攪拌葉片應推動混合料沿拌缸的縱向和橫向循環(huán)運動，實現(xiàn)混合料在三維空間內(nèi)的流動。當安裝角Q過小時，葉片主要帶動混合料圍繞攪拌軸轉(zhuǎn)動，而缺乏必要的軸向運動；極限情況是當a=0時，攪拌葉片變成和軸平行的一塊平板，不起攪拌作用。當安裝角a過大時，葉片推動混合料的橫向運動就很弱；當Q=90。時，葉片就成為與攪拌軸垂直的平板，和Q=0。時一樣也喪失了攪拌功能。因此，攪拌葉片一定要相對于攪拌軸成一定角度安裝。為了使混合料的橫向和軸向運動都較大，目前國內(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某單元混合料的作用情況簡化為圖4．1所示，可以看出，要使混合料能夠沿葉片寬度方向運動，實現(xiàn)軸向運動，必須滿足E—E≥0，即：

對于普通的塑性混凝土。攪拌機T作時，葉片的前面將形成密實的核心，混合料沿著密實核心的側(cè)棱運動，見圖4．2，圖中AB、BC為密實核心側(cè)棱；口為葉片的安裝角；y為密實核心側(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時密實核心的截面積與口=00時密實核心最大面積之比：

葉片的軸向攪拌速度系數(shù)％就是密實核心兩側(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動速度，葉片的安裝角應使總的攪拌速度系數(shù)6具有最大值?？倲嚢杷俣认禂?shù)6為

致謝

本文在***老師的悉心指導下完成，導師對專業(yè)的一絲不茍，對學生嘔心瀝血，使我很受感動，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程中，得到相關(guān)實驗室老師的鼎力協(xié)助和輔導，得到授課老師的寬容和幫助，同時也得到****老師的大力支持，還有許多在讀碩士和博士 的無私幫助，在此一致表示誠摯的謝意。

由于本人水平有限，論文中錯誤在所難免，敬希各位老師和同學不吝指正。

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

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

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學位論文原創(chuàng)性聲明

本人鄭重聲明： 所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進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人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標注。

本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。

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本人完全了解關(guān)于收集、保存、使用學位論文的規(guī)定，即：本校學生在學習期間所完成的學位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸所擁有。有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交學位論文的紙本復印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱?？梢怨紝W位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。

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摘要

由PLC和計算機共同組成的控制系統(tǒng)是目前控制領(lǐng)域最廣泛應用的控制模式,由PLC實現(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，自動化程度高，產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點。

本論文對攪拌機的產(chǎn)生，發(fā)展歷史，未來的發(fā)展趨勢等方面進行了詳細的分析，自動攪拌機在未來的社會建設(shè)中還會發(fā)揮著重要作用。本論文要設(shè)計自動攪拌機的控制系統(tǒng)，主要做了兩方面的工作，即攪拌機的硬件系統(tǒng)設(shè)計，一個是攪拌機的軟件系統(tǒng)設(shè)計。硬件方面，要了解有哪些控制對象，根據(jù)具體要求，進行元器件的選型設(shè)計等。設(shè)計出控制電路，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)要求來進行軟件設(shè)計。利用西門子系列S7-200PLC作為控制器。利用梯形圖進行程序的編寫，要有控制程序，同時還要有監(jiān)控程序。利用整個控制系統(tǒng)，對攪拌機攪拌混凝土的整個過程實現(xiàn)自動控制。

本文針對PLC和配料控制器結(jié)合控制的攪拌站來設(shè)計其控制及監(jiān)控程序設(shè)計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 ； I/O分配 ；可編程控制器（PLC）；自動控制

I

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

I

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

II

畢業(yè)設(shè)計(論文)緒論

1.1 選題背景及意義

隨著現(xiàn)代化進程的不斷加快，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展越來越快，人們對于所建住宅或其他建筑的要求也越發(fā)的嚴格，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。原來那種在工地自己生產(chǎn)混凝土的情況下，由于攪拌時的認為因素多，攪拌質(zhì)量很難得到保障。同時傳統(tǒng)攪拌機還攪拌時還具有噪音大，粉塵多的缺點，且生產(chǎn)效率也不高。而混凝土攪拌站則沒有上述缺點，必將取代傳統(tǒng)攪拌機成為主流生產(chǎn)方式。混凝土攪拌站采用控制系統(tǒng)，由電腦控制整個的生產(chǎn)流程，并且對生產(chǎn)流程進行監(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，受到越來越多的生產(chǎn)企業(yè)的親睞。

攪拌機作為核心部件，從上個世紀50年代興起后，因其穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量，自動控制，極高的生產(chǎn)效率得到了迅猛的發(fā)展。圓盤立軸式強制混凝土攪拌機作為最早出現(xiàn)的品類。圓盤立軸式擁有窩漿式和行星式兩種運行方式。從1870年往后，輕骨料進入人們視野并迅速得到應用，從而又發(fā)展出了臥式強制式攪拌機，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，此種攪拌機具有自落的優(yōu)點，同時具有強制的優(yōu)點。臥式攪拌機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，得到快速發(fā)展。強制式混凝土攪拌機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帶動旋轉(zhuǎn)，對物料進行攪拌，臥式攪拌機的攪拌方式的攪拌效果遠遠好于自落方式攪拌的混凝土，對攪拌干硬性混凝土，圓盤立軸式的攪拌效果不如臥式攪拌機。

1.2 攪拌機的現(xiàn)狀分析

從上個世紀世界上第一個混凝土攪拌站出現(xiàn)以來，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，通過吸收和借鑒國外先進的混凝土攪拌技術(shù)，我國雖然在商品混凝土機械上面起步較晚，通過吸收學習外國的設(shè)計經(jīng)驗，得到的長足的發(fā)展。生產(chǎn)的許多品種，甚至達到了世界領(lǐng)先。在“十五”乃至

畢業(yè)設(shè)計(論文)2010年期間，隨著現(xiàn)代化進程的不斷加快，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展越來越快，還要建設(shè)一批高鐵，高速公路等重點工程。在城市化進程的道路上，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。

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

現(xiàn)在市場競爭激烈，科技發(fā)展日新月異，攪拌機械要想在如此激烈的市場下生存，應該具有如下的幾個方面：

（1）設(shè)計人員要具有獨特的理解和設(shè)計能力。進行混凝土攪拌機械的生產(chǎn)企業(yè)必須要有一個堅實的人才儲備，要有一定的高水平高素養(yǎng)的創(chuàng)新設(shè)計人才。顯而易見，混凝土攪拌機械的入門標準較低，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)過這么多年的發(fā)展有效的驗證了上述理論的真實性。同時，這也是這類企業(yè)不可回避的重要條件，是混凝土攪拌機械企業(yè)的生存要素。

（2）不光具有設(shè)計能力，還要有生產(chǎn)能力。自動攪拌機是整個混凝土攪拌站的核心部件，攪拌機的好壞決定了整個攪拌站的好壞，進而直接影響生產(chǎn)出混凝土的質(zhì)量好壞，也就是說，商品混凝土的質(zhì)量好壞，取決于攪拌機的質(zhì)量，一旦攪拌機的質(zhì)量差，肯定也生產(chǎn)不出高品質(zhì)的混凝土。攪拌機的價值就體現(xiàn)在這里。企業(yè)就是通過生產(chǎn)，服務(wù)等經(jīng)濟活動賺錢的組織。所以，混凝土攪拌機械也是要賺錢來貢獻社會，維持企業(yè)運轉(zhuǎn)，攪拌機作為核心部件，無疑是利潤最為豐厚的一部分。由此看來，加入一個混凝土攪拌企業(yè)放棄了攪拌機這一塊，就相當于放棄了生存下去的機會。

（3）不光要能生產(chǎn)攪拌機，還要能夠設(shè)計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核心，地位與攪拌機是一樣的，作為整個系統(tǒng)的大腦，控制系統(tǒng)根據(jù)不同要求控制著不同的機構(gòu)，什么時間做什么事，有條不紊的進行生產(chǎn)。源源不斷的生產(chǎn)出高品質(zhì)的混凝土。控制系統(tǒng)的利潤同樣也不必攪拌機差?，F(xiàn)在市場競爭如此激烈，很大程度上已經(jīng)不是產(chǎn)品的競爭，而是售后服務(wù)的競爭，一個好的控制系統(tǒng)，是占領(lǐng)市場的制勝法寶。此類企業(yè)也只有在擁有了設(shè)計與制作控制系統(tǒng)的能力之后，才能說具有了完善的售后服務(wù)體系，有了對系統(tǒng)進行維護，升級改造的能力，這樣在市場競爭中，才有了競爭力。

1.3本論文的主要的主要研究內(nèi)容

（1）自動攪拌機硬件電路設(shè)計

此控制系統(tǒng)要求對整個混凝土的攪拌過程就是控制并監(jiān)控攪拌各機構(gòu)狀態(tài)。首先要對整個系統(tǒng)的硬件設(shè)施有一個清晰的了解和認識，然后對不同的各個方面，如PLC，攪拌機的各個組成部件，按鈕開關(guān)等進行分析。根據(jù)要求設(shè)計出控制電路，對電路中需要的各個

畢業(yè)設(shè)計(論文)元器件進行選型。

（2）自動攪拌機軟件系統(tǒng)設(shè)計

按照混凝土攪拌機生產(chǎn)混凝土的工藝流程畫出程序設(shè)計流程圖，合理的分配I/O端口以及寫出梯形圖程序，用PLC，通過交流接觸器控制各執(zhí)行機構(gòu)電機，控制混凝土的生產(chǎn)過程，并對整個生產(chǎn)過程進行監(jiān)控。

2系統(tǒng)整體設(shè)計方案

2.1自動攪拌機的組成

5.2 仿真調(diào)試

第一步：從做基本的開始測試，測試程序啟動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綠色的小三角形按鈕，點擊，就可以轉(zhuǎn)換到RUN模式了。在RUN模式下，點擊I0.0(啟動按鈕)，則Q0.0（循環(huán)開始指示燈）的LED亮；點擊I0.1（手動開始），各電機啟動信號燈亮，這是因為具備開始條件：點擊I0.3（緊急停止按鈕），所有執(zhí)行機構(gòu)都要停止工作，代表各輸出的信號燈要全部滅掉。就可以看出是否符合要求。符合，進行下一步測試，不符合，改進。

第二步：開始測各個單元，測試各個執(zhí)行機構(gòu)是否符合要求。再點擊手動開始按鈕后，然后點擊各個行程開關(guān)，測試各個執(zhí)行電機是否能夠正常起動和停止。

第三步：產(chǎn)生“加水完成”信號的程序調(diào)試。加水完成信號對整個控制系統(tǒng)來說至關(guān)重要，用內(nèi)存監(jiān)視來調(diào)試此信號。

報警程序的調(diào)試：

第一步：點擊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)，否則程序就有錯誤，需要進行修改。

第二步：承接著第一步，點擊各個故障按鈕，而后Q1.0為亮，且與該故障對應的故障指示燈閃爍，說明程序正確，不然程序為錯誤，需要進一步修改。

第三步：承接第二步，點擊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，需要進行修改。

第四步：承接第三步，第三步完成以后，各個故障觸點都處于閉合狀態(tài)，挨個的斷開這些故障觸點，步該故障對應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(論文)錯誤。需要進行修改。

畢業(yè)設(shè)計(論文)

結(jié)論

由PLC和計算機共同組成的控制系統(tǒng)是目前控制領(lǐng)域最廣泛應用的控制模式,由PLC實現(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，自動化程度高，產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點。

本論文對攪拌機的產(chǎn)生，發(fā)展歷史，未來的發(fā)展趨勢等方面進行了詳細的分析，自動攪拌機在未來的社會建設(shè)中還會發(fā)揮著重要作用。本論文要設(shè)計自動攪拌機的控制系統(tǒng)，主要做了兩方面的工作，即攪拌機的硬件系統(tǒng)設(shè)計，一個是攪拌機的軟件系統(tǒng)設(shè)計。硬件方面，要了解有哪些控制對象，根據(jù)具體要求，進行元器件的選型設(shè)計等。設(shè)計出控制電路，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)要求來進行軟件設(shè)計。利用西門子系列S7-200PLC作為控制器。利用梯形圖進行程序的編寫，要有控制程序，同時還要有監(jiān)控程序。利用整個控制系統(tǒng)，對攪拌機攪拌混凝土的整個過程實現(xiàn)自動控制。

通過這次設(shè)計,大大增強了自己獨立發(fā)現(xiàn)和解決實際問題的能力,提高了自己的動手能力,學會了把所學的知識運用到實踐當中去,加深了對理論知識的理解和運用。對PLC各系列有了更深的了解,能夠獨立的編寫一些PLC程序。還有就是最后的測試,雖然這個測試與真正的項目相比還有很大差別,但是它讓我了解到做一個項目,付出的汗水固然重要，但細心在以后的工作生活中尤為重要。

畢業(yè)設(shè)計(論文)

致謝

參考文獻

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附錄

附錄1 主程序

畢業(yè)設(shè)計(論文)

畢業(yè)設(shè)計(論文)

畢業(yè)設(shè)計(論文)

畢業(yè)設(shè)計(論文)

畢業(yè)設(shè)計(論文)附錄2 報警程序

畢業(yè)設(shè)計(論文)

畢業(yè)設(shè)計(論文)

第四篇：攪拌機設(shè)計--筑路機械化與施工機械化

筑路機械化與施工機械化

Roda Mhcanieyr & Conurtsoitcn Mhceazinaoitn

1999年 第16卷 第2期 Vo1.16 No.2 1999 摘要 在修筑各級公路和城市道路中，雙臥軸強 制連續(xù)式攪拌機被廣泛用于各種級配混合料的攪拌。在介紹了該型攪拌機的結(jié)構(gòu)特點，并對 其攪拌槳葉拌料時的動力與運動進行分析后，較為詳實地闡述了攪拌機主要技術(shù)參數(shù)的確定 方法，以及此設(shè)計方法用于穩(wěn)定土廠拌設(shè)備后的實際應用情況。

關(guān)鍵詞 穩(wěn)定土廠拌設(shè)備 攪拌機 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 攪拌機結(jié)構(gòu)特點

如圖1，攪拌機主要由攪拌裝置、拌缸、驅(qū)動系統(tǒng)、機架等部分組成。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) 槳葉拌料時的動力與運動分析

拌和時，松散的混合料在槳葉作用下，其動力與運動形態(tài)極為復雜。為進行定性分析，將某 一瞬間槳葉對混合料的作用情況簡化為圖

4、圖5所示。

圖4 槳葉動力圖

圖 5 槳葉運動圖

2.1 動力分析

如圖4所示，設(shè)槳葉工作表面對混合料的作用力的合力為F，則混合料對槳葉的反作用力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運動時，在相對運動表面有一摩擦力Ff。Ff計 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《機械設(shè)計手冊》確定。

從圖4可知，當F1-F2f>0時，混合料即沿槳葉工作表面移動；當F1-F2f≤0，即 F1≤F2f時，混合料在槳葉寬度方向不會移動，此時，攪拌機生產(chǎn)率等于0。將F1≤ F2f變換后得：F′ sinλ≤F′ cosλf，即當λ≤arctgf時，槳葉的運動不 能推動混合料沿攪拌軸方向移動。2.2 運動分析

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動，另一方面沿槳葉工作 表面的寬度方向滑動。

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

v1=v cosλ，v2=v sinλ，VL=V-v2=V-v sinλ；

式中：V-槳葉線速度(設(shè)計時確定)； VL-混合料的線速度； λ-與動力分析時相同。

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

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

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

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

以上結(jié)果表明：(1)混合料的攪拌時間與槳葉的線速度、安裝角密切相關(guān)。(2)槳葉的安裝 角λ=40°～45°時，攪拌效率最佳。鑒于此，國外許多廠家的攪拌機上，將槳葉設(shè)計成安 裝角可調(diào)的形式，傳動系統(tǒng)也采用液壓無級調(diào)速方式，通過對安裝角和轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，改變 混合料的攪拌時間，以適應攪拌不同的混合料。

但是，槳葉線速度和安裝角的變化，會改變攪拌機生產(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)計攪拌機時，一般先確定攪拌機生產(chǎn)率，然后再計算和確定其它技術(shù)參數(shù)。攪拌機主要技術(shù)參數(shù)的確定 3.1 拌缸橫截面流量Q

攪拌機工作時，混合料在攪拌裝置的作用下，不斷翻動、摻合，其流態(tài)非常復雜，但從宏 觀上分析，由于攪拌機是連續(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+q液］／γ(m3／h)，式中：Q進-進料口流量，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是指在攪拌機工作時，攪拌槳葉能夠翻動、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)，不易計算。初步設(shè) 計時，可按下式計算：

G=Qt(m3)，式中：Q-拌缸橫截面流量，m3/h，t-攪拌時間，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Q大時(150m/h以上)取大值，Q小時取小值。

3.3 槳葉線速度V

根據(jù)國內(nèi)外產(chǎn)品的經(jīng)驗，攪拌機葉片頂部線速度V應為1.5～1.7m/s。當V大于此經(jīng)驗 速度 時，攪拌機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，而且會不適當?shù)胤鬯槭?，降低混合料的質(zhì)量。當然，采用無襯板技 術(shù) 的穩(wěn)定土攪拌機不存在以上問題，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算

參考國內(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；當拌缸橫截面為雙圓弧 形時，ψ取小值，其它形狀時取大值；

β-充滿系數(shù)，通常取β=0.8～1.0；當槳葉安裝角為40°～45°時，β取小值； 其他角度時，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，當噴入拌缸的液體壓力在1.5～2MPa時，W取大 值；當液體自流和小壓力噴入拌缸時，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方形、方形、帶圓角方形等。以上槳葉參數(shù)是初步設(shè)計值。

(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)國內(nèi)有關(guān)資料，通常取α=34°～40°。3.5 拌缸幾何尺寸的計算

拌缸尺寸如圖7所示。

圖7 拌缸幾何尺寸圖

(1)進料口尺寸M、N

進料口尺寸應與送料機械的卸料口相匹配。當送料機械為皮帶輸送機時(圖8)，可初定N=B(B 為皮帶寬度)，然后按下式計算M。

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

圖8 輸送機械截面圖

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

(2)出料口尺寸E、F

如圖7所示，當攪拌機出料口設(shè)置在拌缸端部下面時，尺寸E的大小對攪拌時間有一定的影響，因此在保證出料順暢的情況下，E應盡量小。參照水力學的有關(guān)知識，E與物料粒度有關(guān)，初步設(shè)計時，按下式計算：

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的計算公式為

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

a-兩軸中心距，m；

R-槳葉最大旋轉(zhuǎn)半徑，m。

(3)拌缸長度L

在以上參數(shù)確定后，L按下試計算：

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)實際應用經(jīng)驗，C=5～8mm，當 采用無襯板結(jié)構(gòu)時，C=混合料最大粒徑+20mm。攪拌機驅(qū)動功率的初步計算

4.1 受力工況

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

圖9 槳葉受力圖 4.2 槳葉受力分析(楔緊時)

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 受力計算

(1)攪拌力Fj

為簡化計算，設(shè)攪拌裝置工作時，將拌缸有效容積混合料整體推動。這時，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《機械設(shè)計手冊》確定。

(2)楔緊力Fx

槳葉被楔緊時，必須將楔石擠碎才能繼續(xù)運動，如圖10。Fx按下式計算：

Fx=lbσf(kg)，式中：l-槳葉與楔石的接觸長度，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)實際測量，l=5～10mm，弧度大時取大值，弧度小 時取小值；

b-槳葉與楔石接觸寬度，經(jīng)實際測量，b=4mm;σ-碎石抗壓強度，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的計算

∑Fj和Fx確定后，按下式計算Mq：

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

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

η-總傳動效率。5 應用情況

本設(shè)計已先后用于我廠WBS-50型穩(wěn)定土廠拌設(shè)備攪拌機主要技術(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)備攪拌機的初步設(shè)計。這三種機 型中，除HBS300型尚未經(jīng)過工業(yè)性試驗外，WBS-50型，WBS-200型已通過省級鑒定。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 拌機均達到設(shè)計和使用要求，故障率不到1%(不計槳葉、襯板等易損件的更換)。

通過檢測，本設(shè)計尚有不足之處，主要有：

(1)按本設(shè)計確定的驅(qū)動功率比攪拌機工作時的實測值大1/3，富余量過大。

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

對于功率富余過大問題，可根據(jù)實測值重新選配電機(電機功率應大于高峰值10%～20%)。

實際生產(chǎn)率過大，會影響攪拌質(zhì)量，實際應用時只要配料系統(tǒng)生產(chǎn)率不超過設(shè)計值，就可 保證攪拌質(zhì)量。

由本設(shè)計可知，在主要技術(shù)參數(shù)確定的條件下，拌缸長度與攪拌時間成正比。當混合料攪拌 時間需要增加時，拌缸長度也應增加；拌缸長度的增加既增加了功率消耗，又增大了制造難 度和成本。為了解決這一問題，國內(nèi)外某些廠家設(shè)計制造了內(nèi)循環(huán)攪拌機。所謂內(nèi)循環(huán)就是 混合料沿軸向來回循環(huán)，就象繞∞字一樣，這種攪拌機可用較短的拌缸獲得較長的攪拌時間。本設(shè)計是否適合內(nèi)循環(huán)攪拌機正在探索中。

作者單位：張展文 汕頭市公路局機械修配廠

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

(收稿日期：1998.04.14)

第五篇：基于Solidworks的攪拌機虛擬樣機設(shè)計

基于Solidworks的攪拌機虛擬樣機設(shè)計

引言

混凝土攪拌機是使混凝土配合料均勻拌和而制備混凝土的專用機械，是現(xiàn)代化建設(shè)施工中不可缺少的機械設(shè)備。為了適應不同混凝土攪拌要求，攪拌機有多種機型。按工作性質(zhì)分，有周期式和連續(xù)式攪拌機;按攪拌原理分，有白落式和強制式攪拌機。本次設(shè)計的是生產(chǎn)率為75m3/h的雙臥軸強制式攪拌機，它是由攪拌系統(tǒng)、傳動裝置、卸料機構(gòu)等組戊:攪拌系統(tǒng)由圓槽形攪拌筒和攪拌軸組成，在兩根攪拌軸上安裝了幾組結(jié)構(gòu)相同的葉片，但其前后上下都錯開一定的空間，使拌合料在兩個攪拌筒內(nèi)不斷地得到攪拌，一方面將攪拌筒底部和中間的拌合料向上翻滾，另一方面又將拌合料沿軸線分別向前推壓，從而使拌合料得到快速而均勻的攪拌。設(shè)置在兩只攪拌間底部的卸料門由氣缸操縱。卸料門的長度比攪拌筒長度短，80-90%的混凝土靠其自重卸出，其余部分則靠攪拌葉片強制向外排出，卸料迅速干凈。

SolidWorks軟件可以十分方便地繪制復雜的三維實體模型、完成產(chǎn)品裝配和生成工程圖。它能以立體的、有光的、有色的生動畫面表達大腦內(nèi)產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)果，較之于傳統(tǒng)的二維設(shè)計圖更符合人的思維習慣與視覺習慣，有利于發(fā)揮人的創(chuàng)造性思維，有利丁新產(chǎn)品、新方案的設(shè)計，幫助機械設(shè)計設(shè)計人員更快、更準確、更有效率地將創(chuàng)新思想轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌霎a(chǎn)品。

為此，我們利用SolidWorks軟件來完成雙臥軸強制式攪拌機虛擬樣機設(shè)計

1、雙臥軸強制式攪拌機主要參數(shù)的確定

2、雙臥軸強制式攪拌機的主體樣機設(shè)計

在攪拌機的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，最困難、最繁瑣的工作就是運動機構(gòu)的設(shè)計與運動軌跡校核。目前主要采用的軌跡圖法或根據(jù)幾何約束條件建立方程組來求解，但這種設(shè)計比較麻煩，且設(shè)計工作不直觀，設(shè)計結(jié)果不盡人意，而利用三維設(shè)汁軟件Solidworks則能較好地解決上述問題，首先建立零件的三維模型，再將其裝配起來，并可進行有限元分析計算，最后利用COSMOSMotion來模擬各零部件的運動情況。

2.1零件設(shè)計建模

利用拉伸、陣列、切除、掃描、鏡像等特征，建立雙臥軸強制式攪拌機主要零部件的三維參數(shù)化模型.包括攪拌臂、攪拌筒、各種襯板、8種規(guī)格的攪拌葉片、刮板、攪拌裝置等100多個零件。因電機、減速器、連軸器等為選購件，在設(shè)計時沒有建立這些零件的三維模型，僅建立雙臥軸強制式攪拌機主機上零件模型。在建模過程中，充分利用參數(shù)化尺寸、方程式共享數(shù)值、配置、派生零件等參數(shù)化設(shè)計和設(shè)計重用技術(shù)，便于虛擬裝配時發(fā)現(xiàn)零件結(jié)構(gòu)不合適時對其進行修改。

2.2虛擬裝配

SolidWorks軟件提供了自上而下和自下而上兩種設(shè)計方式，因我們已完成了雙臥軸強制式攪拌機主要零部件設(shè)計，所以采用自下而上方式.按照同袖、共面等幾何約束關(guān)系先將側(cè)襯板、側(cè)攪拌葉片、攪拌葉片、攪拌裝置軸裝配體等小部件裝配起來.然后將子裝配體裝配成筒體攪拌裝置等較大的部件，最后將較大的子裝配體組裝成雙臥軸強制式攪拌機的整機裝配圖。采用分級裝配方法，既便于我們及時發(fā)現(xiàn)裝配問題，又便于修改。

在設(shè)計過程中為便于方案論證和與領(lǐng)導、制造工程師及其他相關(guān)人員進行交流，我們使用了Animaior插件實現(xiàn)了攪拌機所有零部件的動態(tài)組裝模擬，并制作了裝配動畫，提高了設(shè)計的可視化。

2.3有限元分析計算

攪拌機在工作過程中，攪拌軸是主要的傳動和工作部件，利用SolidWorks內(nèi)嵌集成的COSMOSWorks有限元分析軟件對裝配有攪拌臂和葉片的攪拌裝置軸裝配體進行有限元分析計算。首先將所建模型進行簡化，忽略圓角倒角鍵槽等設(shè)計細節(jié)，通過標準數(shù)據(jù)接口，調(diào)人到CosmosWorks有限元分析模塊，進行實體網(wǎng)格劃分，添加軸一端“不可平移”約束、軸承載荷和葉片上分布壓力，然后進行有限元分析計算，得到攪拌軸應力分布情況應變和變形狀況，計算出危險點的應力和應變，為攪拌軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供指導，同時對設(shè)計是否合理進行準確快速的評估。

2.4攪拌運動模擬

攪拌機螺旋葉片繞水平軸旋轉(zhuǎn)時使物料向上翻動，軸向力的作用將物料沿水平軸推向中問和另一端，物料的運動軌跡非常復雜在方案論證時，為形象地表達物料的運動情況，我們首先借助COSMOSMotion全功能運動仿真軟件，制作了攪拌機空轉(zhuǎn)工作的運行動畫，再建立單個物料和攪拌葉片碰撞的數(shù)學方程，借助Swift 3D制作了單個物料在攪拌簡運行狀況，模擬出物料在整個攪拌筒中形成的封閉式環(huán)流，反映出物料的拌合、離析狀態(tài)，為進一步借助控制方程模擬雙臥軸攪拌機的物料運動軌跡打下基礎(chǔ)。

3、結(jié)束語

利用SolidWorks軟件進行雙臥軸攪拌機設(shè)計，可以形象生動地表達產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)果，既幫助設(shè)計人員更快更準確地進行新產(chǎn)品設(shè)計，同時提高了設(shè)計的可視性和可靠性。(作者：譚群燕 韋樂余 李剛)