風(fēng)能混凝土攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含7張CAD圖
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風(fēng)力攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
附錄Ⅰ ：外文翻譯
混凝土攪拌方法和混凝土攪拌機(jī):工藝狀態(tài)
對于所有材料來說，混凝土的性能是由其微觀結(jié)構(gòu)決定的。它的微觀結(jié)構(gòu)由其組成、固化條件以及用于處理混凝土的攪拌方法和攪拌條件決定。攪拌過程包括攪拌機(jī)的類型、物料進(jìn)入攪拌機(jī)的順序以及攪拌的能量(持續(xù)時(shí)間和功率)。不同的攪拌機(jī)將會被介紹到一起，并對攪拌方法進(jìn)行回顧。此外，還將研究不同攪拌機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，并對其應(yīng)用進(jìn)行研究。還將介紹攪拌方法對混凝土質(zhì)量的影響，以及確定攪拌方法的有效性的一些程序。
為了確定最適合某一特定應(yīng)用的攪拌方法，需要考慮的因素包括建筑工地的位置(與配料廠的距離)、需要的混凝土量、施工進(jìn)度(每小時(shí)需要的混凝土體積)和成本。然而，主要考慮的是混凝土的質(zhì)量。這種質(zhì)量是由混凝土的性能和攪拌后的材料的同質(zhì)性決定的。
攪拌機(jī)有兩大類:間歇式攪拌機(jī)和連續(xù)攪拌機(jī)。第一類攪拌機(jī)間歇性生產(chǎn)混凝土，而第二種類型的混凝土則以恒定的速度連續(xù)生產(chǎn)混凝土。第一種類型需要在每次攪拌循環(huán)后完全清空，并清洗干凈，重新加載下一批混凝土的材料。在第二種類型中，當(dāng)新鮮的混凝土從一端出料時(shí)，另一端則同時(shí)進(jìn)料。。所有的鼓式攪拌機(jī)都有一個(gè)類似于橫截面的容機(jī)。葉片連接到活動鼓的內(nèi)部。他們的主要目的是在滾筒轉(zhuǎn)動時(shí)把材料抬起來。在每一次旋轉(zhuǎn)中，提升的物質(zhì)會回到鼓底部的攪拌機(jī)中，然后循環(huán)再次開始?？梢钥刂频膮?shù)是鼓的轉(zhuǎn)速，在某些攪拌機(jī)中，轉(zhuǎn)動軸的傾斜角。鼓式攪拌機(jī)主要有三種:
?無傾斜鼓;
?扭轉(zhuǎn)鼓;
?傾斜鼓。
無傾轉(zhuǎn)鼓式攪拌機(jī)意味著滾筒的定向力是固定的。材料在一端添加，另一端排放。
換向滾筒類似于不傾斜的攪拌機(jī)，但相同的開口用于添加成分和排放混凝土。滾筒在一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)，用于攪拌和向相反的方向排放混凝土。在鼓的內(nèi)壁上有兩種類型的葉片。當(dāng)滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，一組將混凝土向上拉向攪拌機(jī)中心;第二組葉片將混凝土推向開口，當(dāng)鼓輪轉(zhuǎn)動時(shí)，另一組。葉片有一個(gè)螺旋排列，以獲得預(yù)期的效果，用于排放和攪拌。
傾斜的圓筒攪拌機(jī)的傾斜角度可以是多種多樣的。在下降之前，更多的混凝土被提升到鼓的直徑。混凝土是在跌落過程中編織和攪拌的。因此，液滴越高，混凝土的能量就越高。如果旋轉(zhuǎn)軸幾乎是垂直的，那么葉片就無法舉起混凝土，混凝土也不能很好地?cái)嚢琛Ｔ跀嚢柽^程中，滾筒軸通常保持在15左右的角度。為了排出混凝土，滾筒在水平面上向下傾斜。在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場的小批量中，斜鼓是最常見的圓筒攪拌機(jī)類型。所有的鍋式攪拌機(jī)基本上都是一樣的原理:一個(gè)圓柱形的鍋(固定的或旋轉(zhuǎn)的)包含了攪拌的混凝土，而一個(gè)或兩組葉片在鍋內(nèi)旋轉(zhuǎn)，攪拌材料，葉片刮擦了鍋壁。葉片的形狀和旋轉(zhuǎn)的軸是不同的。另一種可能性是有兩個(gè)軸以同步的方式旋轉(zhuǎn)。這是一個(gè)葉片，它被懸掛在一個(gè)角度靠近內(nèi)壁的鍋。它的作用是刮起混凝土，使其在靠近墻的墻壁上停滯，并將其推向內(nèi)部，使它遇到旋轉(zhuǎn)的葉片。如果盤是旋轉(zhuǎn)的，刮板可以簡單的固定，也就是。，懸在墻邊，一動也不動。如果平底鍋是固定的，刮板必須移動，以推動混凝土向葉片。通常是單個(gè)運(yùn)動部件，即，葉片，平底鍋，和刮刀，都是獨(dú)立的動力。
?由坍落度定義的新混凝土的可加工性;
?混凝土的密度;
?空氣含量;
?抗壓強(qiáng)度。
這種方法的缺點(diǎn)是它是間接的。它并沒有直接表明混凝土是均勻的，只是假設(shè)任何可能的非均勻性af- fects所考慮的特性。此外，由于樣本太大，或者選擇的屬性在本質(zhì)上不受同質(zhì)性的影響，因此選擇的測量方法可能對成分的局部變化不夠敏感。屬性的一致性是一個(gè)有用的指南，但并不是一個(gè)確定的產(chǎn)品homo的指標(biāo)。它可以對所使用的攪拌方法產(chǎn)生一種虛假的安全感。
在排放過程中，攪拌機(jī)或在不同的時(shí)間，通常是通過沖洗水泥漿糊來完成，然后通過篩選團(tuán)聚體來完成。通過對樣品進(jìn)行稱重，在沖洗出水泥漿料后，可以估算出水泥漿料的含量。將清洗后收集的骨料進(jìn)行干燥、篩分，分析其粒徑分布。由于水泥漿料被洗凈并確定為一個(gè)整體，因此沒有任何規(guī)定來確定礦物摻合料的分散性或非常細(xì)的填料。隨著對高性能混凝土的需求增加，需要更精確的方法，如掃描電子顯微鏡(SEM)的顯微觀察，以測量礦物摻合物的分布。
通過對攪拌料的組分均勻性的測量，可以證明攪拌機(jī)的效率。通過定義三種攪拌機(jī):普通攪拌機(jī)、性能攪拌機(jī)和高性能攪拌機(jī)，試圖建立攪拌機(jī)效率的分類。每個(gè)等級由四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義:水/細(xì)比，細(xì)含量(主要是水泥和其他細(xì)粉)，粗ag- gregate含量(D /2和D之間，D為maxi- mum團(tuán)聚體大小)和空氣含量。一些樣品(未指定的數(shù)量)是從攪拌機(jī)或從混凝土排放中提取的，并且測量了上面的參數(shù)。計(jì)算各參數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。變異系數(shù)(斯坦-達(dá)德偏差與平均值之間的比值)給出了混凝土產(chǎn)生的均勻性的測量方法。而較小的COV則意味著更均勻的攪拌物。表1顯示了COV請求的標(biāo)準(zhǔn)和值。COV不依賴于選擇的具體類型，因?yàn)樗蝗Q于具體的參數(shù)的相對變化。這一方法，由RILEM提出，是任何組織對測量混凝土攪拌機(jī)效率的唯一嘗試。
附錄Ⅱ：外文原文
7
風(fēng)力攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
10
風(fēng)能混凝土攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘 要
本設(shè)計(jì)主要論述的是風(fēng)力攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)旨在利用風(fēng)能直接攪拌代替以往人力或電機(jī)作業(yè)。此構(gòu)思來源于生產(chǎn)實(shí)際，是根據(jù)節(jié)約能源，有效利用環(huán)境和保護(hù)環(huán)境這一主題而提出的新的設(shè)計(jì)構(gòu)想。
本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：風(fēng)能接收裝置的設(shè)計(jì)，中間傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，混凝土攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)，以及主要零部件強(qiáng)度計(jì)算等。
該設(shè)計(jì)中風(fēng)能接收裝置采用上風(fēng)、水平軸式布置，NACA翼型，風(fēng)能直接作為機(jī)械動力，通過傳動系統(tǒng)將動力傳遞至攪拌機(jī)。中間傳動系統(tǒng)采用先增速傳動，目的是提高系統(tǒng)的傳動效率，然后再減速傳遞，達(dá)到滾筒要求的轉(zhuǎn)速。攪拌機(jī)采用錐形反轉(zhuǎn)出料式，其中滾筒傳動采用齒輪——齒圈傳動，料斗升降裝置采用鋼絲繩卷筒作用，卸料方式為傾翻卸料，待混凝土攪拌均勻后反轉(zhuǎn)出料。并在原有的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了必要的調(diào)速、制動裝置，即通過錐齒輪改變機(jī)頭方向，在需要的時(shí)候垂直或平行于風(fēng)向，以使?jié)L筒轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定。
該設(shè)計(jì)最大的特點(diǎn)是節(jié)能、環(huán)保。并且結(jié)構(gòu)簡單，拆裝便利，移動方便，投資少，建設(shè)快，對建筑施工有極其重要的意義。
關(guān)鍵詞：風(fēng)力攪拌；混凝土；節(jié)能；環(huán)保
I
ABSTRACT
This design mainly discusses the contracture of the wind power mixer, and the aim of the design is using the mixing of the wind power to displace manual labor and electrical work. This idea comes from the practical working, designing the new idea with the theme of saving energy, utilizing environment and protecting environment effectively.
The main content of this design includes the design of wind power receiver device, the design of middle transmission system, the design of concrete mixer, the analysis of the main assemblies and the force calculation.
In this design, the wind power receiver device adopts windward, horizontal axial arrangements, NACA wing section and the wind power as mechanical force to transmit the power to mixer through transmission system. The middle transmission system adopts accelerating speed first, the aim is to improve the efficiency of the transmission, and then decelerating the transmission to reach the cylinder’s need. The mixer adopts taper reversing system, the cylinder adopts gear--gear transmission, the system of rising and falling adopts steel cable, discharging materiel with inclination after the concrete is mixed averaged. The design adds the essential speed governor and braking system namely changes the direction of aircraft nose with gear, vertices and parallels with the direction of wind in order to keep the stability of the cylinder.
The most important feature of the design is to save energy and protect the environment. The structure is simple, easy to disassemble, easy to move, less investment and faster construction, which is of great significance to construction.
Key words：Wind stirring; concrete; energy saving; environmental protection
II
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒論 1
1.1 風(fēng)能概述 1
1.2 混凝土攪拌機(jī)概況 5
2 風(fēng)力攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)方案 8
2.1 風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)方案比較 8
2.2 傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案比較 9
2.3 混凝土攪拌機(jī)的選用 10
3 基本參數(shù)的確定 11
3.1 風(fēng)力機(jī)參數(shù)選用 11
3.2 攪拌機(jī)的參數(shù)選用 14
4 風(fēng)力攪拌機(jī)主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定 19
4.1 風(fēng)輪的設(shè)計(jì) 19
4.2 傳動裝置的設(shè)計(jì) 20
4.3 攪拌機(jī)的設(shè)計(jì) 21
5 主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 23
5.1 軸的剛度驗(yàn)算 23
5.2 軸承壽命計(jì)算 27
6 攪拌機(jī)的安裝和使用 28
6.1 攪拌機(jī)的安裝 28
6.2 混凝土攪拌機(jī)的使用 29
結(jié)論 30
參考文獻(xiàn) 31
附錄1：外文翻譯 32
附錄2：外文原文 35
致謝
III
1 緒論
在人類社會發(fā)展過程中，出現(xiàn)了資源枯竭與環(huán)境惡化等問題，人們認(rèn)識到環(huán)境對制約著人類的發(fā)展。因此，走可持續(xù)發(fā)展的道路已經(jīng)成為國際公認(rèn)的發(fā)展目標(biāo)。中國實(shí)施可持續(xù)發(fā)展對全人類的發(fā)展都具有重要的意義。
越來越多的數(shù)據(jù)表明，作為世界上主要能源的化石燃料的長期使用已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p害了環(huán)境，并造成全球氣候的變暖。當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)是，化石燃料也是一種不可持續(xù)的能源，也并不可能無限使用。也就不可避免的在將來采取替代的能源供應(yīng)方法采用新型能源，我們必須要對可持續(xù)的新型能源的開發(fā)與研究進(jìn)行大量的投資，才能實(shí)現(xiàn)可循環(huán)能源的大規(guī)模使用。
經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基本條件是環(huán)境保護(hù)和能源供應(yīng)。21世紀(jì)我們用的能源是什么？從能源的角度來看，有許多專家和機(jī)構(gòu)分析表明，我們只有優(yōu)先發(fā)展可再生能源，下個(gè)世紀(jì)我們才會不因?yàn)槿狈δ茉炊鴮?dǎo)致全球能源危機(jī)【1】。從環(huán)保角度說，能源消耗所帶來的環(huán)境問題是清晰可見的，在過去20年，全世界能源消耗增長了50％，再往后的五年，全球的能源消耗還將增長50％到100％，由此排放的能造成溫室效應(yīng)的氣體將會增加45％到90％，這會造成很嚴(yán)重的后果，而我國目前同樣面臨著資源、能源和環(huán)境的壓力【2】。
著眼現(xiàn)實(shí)，風(fēng)能對于農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)來說，使他們?nèi)粘Ｉ钏枘茉吹闹匾揽?。對大多?shù)發(fā)展中國家來說，需要因地制宜地開發(fā)與發(fā)展新能源。中國一個(gè)是人口眾多的發(fā)展中國家，能源問題十分顯著，我們更需要合理開發(fā)與利用新能源和可再生能源來彌補(bǔ)常規(guī)能源的不足。毫不夸張地說，新能源將在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮越來越大的作用。
1．1 風(fēng)能概述
1.1.1 風(fēng)的來源
氣體流動產(chǎn)生的動能即是風(fēng)能。風(fēng)能是由于太陽輻射不均勻，導(dǎo)致地球表面加熱不均勻，使大氣壓力分布也不均勻，從而產(chǎn)生的氣體流動。風(fēng)能利用的意思主要是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成其它形式必須電能、機(jī)械能等能量。空氣的水平運(yùn)動產(chǎn)生的風(fēng)，由于地球的緯度受到太陽輻射強(qiáng)度的不同，從而產(chǎn)生的空氣運(yùn)動。低緯度的地區(qū)因?yàn)樘柛叨冉歉?，所以日照時(shí)間更長，太陽輻射強(qiáng)度更強(qiáng)，導(dǎo)致大氣和地面接受的熱量較多，溫度較高；在高緯度的地區(qū)由于太陽高度角小，所以日照時(shí)間短，導(dǎo)致大氣和地面接受的熱量少，溫度較低【3】。因此南北氣壓的不同梯度是由于緯度的高低所產(chǎn)生的溫差導(dǎo)致的?？諝馑竭\(yùn)動，風(fēng)應(yīng)沿水平壓力梯度方向吹，即從高壓到低壓垂直于等壓線。大氣的真實(shí)運(yùn)動還受到一種叫做地轉(zhuǎn)力的影響。事實(shí)上，地面風(fēng)不僅僅受到這兩種力的影響，還在在一定程度上受到海洋與地形的影響，它們也可以改變氣流運(yùn)動的方向，也可以使風(fēng)速，丘陵、山區(qū)摩擦大使風(fēng)速減小，孤立的山峰由于高空風(fēng)速增大。風(fēng)也有很多種類型。比如季風(fēng)、海風(fēng)、陸風(fēng)等。季風(fēng)的形成時(shí)由于不同的季節(jié)海陸的溫差所帶來的不同影響。海風(fēng)與陸風(fēng)的形成時(shí)由于白天是陸地溫度更高導(dǎo)致高層風(fēng)從大陸吹向海洋，地層風(fēng)從海洋吹向大陸。海風(fēng)即為夜間時(shí)還用溫度高所形成的相反的風(fēng)向。
1.1.2 風(fēng)能簡介
風(fēng)是地球上的一種自然現(xiàn)象，它具有做功的能力是一種很有開發(fā)價(jià)值的潔凈的可再生的又可就地取用的自然能源。公元前的時(shí)候人們就已經(jīng)開始利用風(fēng)能了，但幾千年來，由于人們并沒有認(rèn)識到風(fēng)能的重要性，導(dǎo)致風(fēng)能技術(shù)發(fā)展緩慢。但由于1973年世界石油危機(jī)，人們認(rèn)識到常規(guī)能源的不足，風(fēng)能作為新能源的一部分，越來越受到人們的重視。風(fēng)能是一種可再生且無污染的新型能源，具有非常大地發(fā)展?jié)摿?，特別是對于一些沿海城市、海島和一些交通不便的偏遠(yuǎn)地區(qū)、地廣人稀的草原牧場等地區(qū)，作為解決人們生產(chǎn)生活能源的一種可靠途徑，具有十分重要的意義【4】。目前即使在一些發(fā)達(dá)國家，分能也越來越受到人們的重視。
空氣流動所產(chǎn)生的動能即為風(fēng)能。大風(fēng)具有著很大的能量 ，如果我們可以充分利用起來，對我們的生產(chǎn)生活都會有很大的幫助。風(fēng)速為20m / s的9級風(fēng)，吹在物體表面的力，可達(dá)到50公斤/平方米面積。臺風(fēng)的速度竟然可達(dá)到50 甚至60m / s，它對物體竟然可以產(chǎn)生超過200公斤沒平方米的壓力。在海邊生活或者去沿海城市旅游的時(shí)候，會看到?jīng)坝康暮＠?，有風(fēng)引起的海浪會對海岸有很大程度的影響，它的壓力可高達(dá)30t每平方米。風(fēng)不僅可以產(chǎn)生能量，它也在自然界中扮演著很重要的角色。它可形成風(fēng)海流，造成沙漠，使山巖發(fā)生侵蝕，強(qiáng)大的空氣流還可以在地面輸送水分，來影響氣候，造成旱季和雨季。有數(shù)據(jù)表明，風(fēng)中含有的能量，超過了目前為止人類所能控制的所有能量。由此可見，風(fēng)能作為新型能源，對我們的發(fā)展會有多么重要的作用。
我國季風(fēng)強(qiáng)盛。風(fēng)能總儲量每年17億kw，目前也可開發(fā)1.7億kw左右。。每個(gè)區(qū)域的風(fēng)所提供的能量主要取決于該區(qū)域的風(fēng)持續(xù)時(shí)間與風(fēng)力強(qiáng)度的多少。所以在研究本課題之前要了解風(fēng)的一些特性，比如風(fēng)速、風(fēng)級、風(fēng)能密度等。
風(fēng)力等級
如下表所示，世界氣象組織將風(fēng)力分成十三個(gè)等級，在沒有風(fēng)速計(jì)的時(shí)侯可以根據(jù)它來粗略估算風(fēng)速。
表1.1 氣象風(fēng)力等級表
級別
風(fēng)速 [m/s]
陸地
?海洋
浪高[m]
0
小于0.3
靜煙直上
?無
?0
1
0.3-0.6
煙能表示風(fēng)向，但風(fēng)標(biāo)不能轉(zhuǎn)動
出現(xiàn)魚鱗似的微波，但不構(gòu)成浪
0.1
2
1.6-3.4
人的臉部感到有風(fēng)，樹葉微響，風(fēng)標(biāo)能轉(zhuǎn)動
小波浪清晰，出現(xiàn)浪花，但并 不翻滾
0.2
3
3.4-5.5
樹葉和細(xì)樹枝搖動不息，旌旗展開
小波浪增加，浪花開始翻滾， 水泡透明看起來像玻璃，并且到處出現(xiàn)白浪
0.6
4
5.5-8.0
沙塵風(fēng)揚(yáng)，紙片飄起，小樹枝搖動
小波浪增長，白浪增多
1
5
8.0-10.8
有樹葉的灌木搖動，池塘內(nèi)的水面起小波浪
波浪中等，浪延伸更清楚，白 浪更多（有時(shí)出現(xiàn)飛沫）
2
6
10.8-13.9
大樹枝搖動，電線發(fā)出響聲，舉傘困難
開始產(chǎn)生大的波浪，到處呈現(xiàn) 白沫，浪花的范圍更大（飛沫更多）
3
7
13.9-17.2
整個(gè)樹木搖動，人迎風(fēng)行走不便
浪大，浪翻滾，白沫象帶子一 樣隨風(fēng)飄動
4
8
17.2-20.8
小的樹枝折斷，迎風(fēng)行走很困難
海浪越來越長，浪花出現(xiàn)在水霧的頂端，泡沫像膠帶一樣在風(fēng)中清晰地飄動
5.5
9
20.8-24.5
建筑物有輕微損壞（如煙囪倒塌，瓦片飛出）
有很大的波浪，氣泡被厚厚的皮帶隨風(fēng)移動，波浪向前，翻滾，倒卷，泡沫擋住了視線
7
10
24.5-28.5
陸上少見，可使樹木連根拔起或?qū)⒔ㄖ飮?yán)重?fù)p壞
海浪得變更長，形成更大的波浪，大片的泡沫像白色的緞帶在風(fēng)中飄動，整個(gè)大海都是白色的，波浪翻滾
9
續(xù)表1.1 氣象風(fēng)力等級表
11
28.5-32.7
陸上很少見，有則必引起嚴(yán)重破壞
海浪很高(中小型船只有時(shí)被海浪遮住，看不到)，海水被隨風(fēng)流動的氣泡覆蓋。
11.5
12
32.7以上
破壞極大?
空氣中充滿水泡與飛沫，視野變成一片白色，基本看不清東西。
14
?
風(fēng)能與傳統(tǒng)的化石燃料比較，其優(yōu)點(diǎn)是：
（1） 能源取之不盡；
（2） 分布于各地，可以自由利用；
（3） 不污染環(huán)境；
（4） 不存在燃料費(fèi)用等；
（5） 不存在燃料費(fèi)用等；
風(fēng)能的缺點(diǎn)是：
（1） 空氣稀薄，能源密度??；
（2） 風(fēng)向時(shí)常變化，不易獲得穩(wěn)定的能量；
（3） 在年平均風(fēng)速較小的地區(qū)，能源成本較高等。
1.1.3 風(fēng)力發(fā)動機(jī)的原理
風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪是由輪轂和安裝在輪轂上的槳葉組成，每個(gè)槳葉需要按照槳葉自身軸心線給點(diǎn)的角度按同一旋轉(zhuǎn)方向，即讓每個(gè)葉片的翼弦和風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面成一個(gè)角度，這個(gè)角度叫做槳距角。下圖為風(fēng)力機(jī)啟動時(shí)的受力圖
圖1.1 槳葉受力圖
假設(shè)中心距的位置和風(fēng)向相同，當(dāng)速度為的氣流經(jīng)過風(fēng)輪是，在槳葉Ⅰ和Ⅱ會產(chǎn)生氣動力和。將和分解成垂直氣流方向的分立和以及沿著氣流方向的分力和，其中沿著氣流方向的力為阻力，垂直氣流方向的力為升力。阻力形成對風(fēng)輪地正面壓力，升力對風(fēng)輪中心軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，進(jìn)而讓風(fēng)輪轉(zhuǎn)動。
1.1.4 風(fēng)力發(fā)動機(jī)的組成和分類
風(fēng)力發(fā)動機(jī)又稱為風(fēng)力機(jī)，是風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或動能的機(jī)械，是風(fēng)能系統(tǒng)中必不可少的、最重要的機(jī)械。它由三大部分組成：風(fēng)能收集裝置、傳動系數(shù)，能量輸出系統(tǒng)。
風(fēng)力發(fā)動機(jī)的分類：
1. 按功率分
（1） 微型 1千瓦以下。
（2） 小型 1～10千瓦。
（3） 中型 10～100千瓦。
（4） 大型 100～1000千瓦。
2．按風(fēng)輪軸空間位置分
（1） 水平軸
（2） 垂直軸
3. 按葉片數(shù)量分
（1） 少葉式（或高速風(fēng)力機(jī)） 三葉片及以下。
（2） 多葉式（或慢速風(fēng)力機(jī)） 四葉片以上。
4.按用途分
（1） 直接發(fā)電。
（2） 直接驅(qū)動其他機(jī)械
1．2 混凝土攪拌機(jī)概況
1.2.1 簡介
機(jī)械既是用來減少人工勞動和提高生產(chǎn)力的工具，也是衡量社會生產(chǎn)發(fā)展的重要標(biāo)志，建筑業(yè)是世界上不可缺少的大工業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位。機(jī)械在施工中的使用，可以顯著節(jié)約勞動力，減少重體力勞動，并可以提高工程質(zhì)量和加快工程進(jìn)度，如一臺400 l混凝土攪拌機(jī)可以代替數(shù)十人的重拌工作，因此，在施工中，合理使用各種機(jī)械，實(shí)現(xiàn)最大程度的機(jī)械化作業(yè)，是適應(yīng)和加快我國四化進(jìn)程所必需的。
混凝土是當(dāng)前建筑工程中應(yīng)用非常廣的一種基礎(chǔ)材料，對我們的經(jīng)濟(jì)，生活中都有很重要的作用。混凝土是以水泥為原材料，把水泥和砂等和水、添加劑按一定比例配合、攪拌而成的物質(zhì)。因近年我國對混凝土的需求量越來越大，導(dǎo)致混凝土機(jī)械技術(shù)與設(shè)備發(fā)展迅速，但有一些在需在現(xiàn)場的攪拌裝置，機(jī)械化程度依然很低，生產(chǎn)效率低，浪費(fèi)許多人力物力，而且占地面積大。因此，許多國家都改變了這種做法，集中在工廠生產(chǎn)混凝土，把混凝土作為商品提供給施工現(xiàn)場，集中生產(chǎn)混凝土的工廠設(shè)備先進(jìn)，并能及時(shí)向訂貨現(xiàn)場供應(yīng)各種混凝土。
1.2.2 混凝土攪拌機(jī)的工作原理和分類
混凝土攪拌機(jī)按攪拌原理可分為自落式和強(qiáng)制式兩大類。
自落式和強(qiáng)制式又分很多種類型，具體分為以下幾種：
鼓筒式（已被淘汰）
自落式 錐形反轉(zhuǎn)出料式
錐形傾翻出料式 雙錐形
混凝土攪拌機(jī) 梨形
渦漿式
單臥軸式
強(qiáng)制式 雙臥軸式
行星式 定盤行星式
轉(zhuǎn)盤行星式
各種混凝土攪拌機(jī)的工作原理與類型如下：
1） 錐形反轉(zhuǎn)出料式 在工作過程中，攪拌機(jī)的攪拌桶中心周線始終處于水平，他的葉片在桶內(nèi)的排列方式成交叉狀，出料端伴有一對螺旋出料葉片，在攪拌機(jī)正轉(zhuǎn)的時(shí)候，桶內(nèi)交叉的一片一個(gè)將物料提起在讓其下落，同時(shí)另外一個(gè)葉片使物料進(jìn)行軸向移動，從而攪拌物料；當(dāng)桶反轉(zhuǎn)時(shí)，葉片迫使混凝土排出機(jī)器。他的應(yīng)用范圍為：普通混凝土、高塑性半干硬性混凝土。
2） 錐形傾翻出料式 他的主要特點(diǎn)是攪拌機(jī)的進(jìn)、出料合為一個(gè)口，攪拌時(shí)錐形攪拌筒具有約15°仰角，出料時(shí)攪拌筒向下旋轉(zhuǎn)50°—60°。這類攪拌機(jī)具有生產(chǎn)率高，卸料便捷，速度快，可攪拌大骨料等特點(diǎn)，應(yīng)用范圍：在混凝土攪拌站作主機(jī)。
3） 立軸強(qiáng)制式（渦漿式） 它是依賴攪拌筒內(nèi)的渦漿式葉片的旋轉(zhuǎn)對物料進(jìn)行強(qiáng)制攪拌對，具體過程為：先對物料進(jìn)行擠壓、帶動物料翻轉(zhuǎn)、最后拋出物料，這種方式具有攪拌均勻、時(shí)間短、密封性好的特點(diǎn)，應(yīng)用范圍：干硬性混凝土、輕質(zhì)混凝土的攪拌。
4） 臥軸強(qiáng)制式 它結(jié)合餓了自落式和強(qiáng)制式兩種的優(yōu)勢，即攪拌質(zhì)量好，耗能少，生產(chǎn)率高，能攪拌塑性、干硬性、輕骨料混凝土及各類灰漿、砂漿等混合物，是一種多功能的攪拌器械。
5）行星式 他的攪拌能力很強(qiáng)，非常適合對低水灰比的干混混凝土進(jìn)行攪拌。
1.2.3 攪拌機(jī)的選擇
表1.2 攪拌機(jī)的特點(diǎn)
考慮方面
混凝土特點(diǎn)
攪拌機(jī)選擇
工程量和工期方面
混凝土量大、工期長
宜選用中型或大型固定混凝土攪拌機(jī)組或攪拌站
混凝土工程量小、工期短
應(yīng)選用小型移動式攪拌機(jī)
設(shè)計(jì)的混凝土性質(zhì)
混凝土為塑性或半塑性
宜選用自落式攪拌機(jī)
混凝土為高強(qiáng)、刺目或輕質(zhì)混凝土
宜選用強(qiáng)制攪拌機(jī)
混凝土組成特性和稠度方面
稠度小且骨料粒度大
宜選用容量大的自落式攪拌機(jī)
稠度大而骨料粒度也大
宜選用攪拌筒轉(zhuǎn)速較快的自落式攪拌機(jī)
稠度和骨料粒徑較小
宜選用強(qiáng)制式攪拌機(jī)或中、小容量圓錐形倒排攪拌機(jī)
使用要求方面
攪拌機(jī)的數(shù)量至少等于同時(shí)攪拌的混凝土品種數(shù)，對同一品種混凝土而標(biāo)號相差懸殊時(shí)
應(yīng)盡量選用同一規(guī)格型號的攪拌機(jī)，每組攪拌機(jī)的 布置數(shù)以2～3臺為宜
7
風(fēng)力攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2 風(fēng)力攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)方案
2.1 風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)方案比較
風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)總要求是：整機(jī)效率高，操作簡單，維修方便，安全可靠，價(jià)格便宜。
2.1.1風(fēng)輪設(shè)計(jì)
風(fēng)輪的作用是把空氣流動產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)變?yōu)槭癸L(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，為了活動較佳的機(jī)組性能，在設(shè)計(jì)風(fēng)輪之前要考慮工作機(jī)的特性。一般風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪由若干個(gè)葉片構(gòu)成，葉片的多少視負(fù)載的性質(zhì)決定。由于該設(shè)計(jì)需要較大的起動扭矩，所以選擇多葉式風(fēng)輪。另外，多葉式風(fēng)輪還有一大優(yōu)點(diǎn)，起動風(fēng)速低，這樣就擴(kuò)大了風(fēng)力機(jī)的使用范圍。
葉片的材料由木質(zhì)、玻璃鋼、尼龍、鍍鋅鋼板、聚乙烯單面復(fù)合片等等，在此，我選用整體澆鑄成型的聚乙烯復(fù)合材料，因?yàn)樗哂辛己玫臋C(jī)械性能，耐腐蝕，比重小，材料利用率高，成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)，特別適合小型風(fēng)力機(jī)。
綜上所述，該設(shè)計(jì)中風(fēng)輪選用聚乙烯復(fù)合材料的多葉式風(fēng)輪。
2.1.2 限速、安全機(jī)構(gòu)
調(diào)速裝置的目的是使風(fēng)力機(jī)在處于高于額定風(fēng)速額的風(fēng)況下運(yùn)行時(shí)不使它的轉(zhuǎn)速和功率超過太多。安全裝置的作用是當(dāng)風(fēng)速過大時(shí)，風(fēng)力機(jī)可以停止運(yùn)行來保護(hù)風(fēng)力機(jī)整機(jī)。
風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速和功率是與風(fēng)速成正比的，當(dāng)風(fēng)速增大時(shí)，轉(zhuǎn)速和功率也上升，當(dāng)風(fēng)速超過額定值時(shí)，過高的轉(zhuǎn)速和超負(fù)荷將影響風(fēng)力機(jī)的壽命甚至造成破壞，因此需要加以控制，使風(fēng)力機(jī)在一定的風(fēng)速范圍，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速基本不變。在我國研制的風(fēng)力機(jī)所采用的限速方式主要有以下幾種：①風(fēng)輪側(cè)偏式；②風(fēng)輪上仰式；③漿葉變距式；④空氣制動式；⑤阻尼式。前兩種方式的機(jī)理都是使風(fēng)輪在高于額定風(fēng)速的情況下改變風(fēng)輪迎風(fēng)面，使它偏離風(fēng)向，從而避免風(fēng)輪的超速運(yùn)轉(zhuǎn)。使風(fēng)輪側(cè)偏的方法很多，例如風(fēng)輪軸側(cè)偏布置，風(fēng)輪一側(cè)安置側(cè)葉等。當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時(shí)，可以通過變漿距改變?nèi)~片的角度，從而控制風(fēng)輪的功率和轉(zhuǎn)速。采用阻風(fēng)板進(jìn)行空氣制動等限速方式在我國研制的風(fēng)力機(jī)中很少應(yīng)用。利用阻尼器自動調(diào)整風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)阻尼。具體調(diào)速方式有四種：（1）機(jī)械彈簧調(diào)節(jié)；（2）側(cè)葉配重調(diào)節(jié)；（3）通過機(jī)械離心1／3 葉片和副葉片進(jìn)行調(diào)節(jié)；（4）液壓調(diào)節(jié)。除限速裝置外，還設(shè)有特殊的制動裝置，保證風(fēng)速過大事風(fēng)力機(jī)的安全。小型風(fēng)力機(jī)多數(shù)采用報(bào)剎風(fēng)輪軸制動的方法時(shí)風(fēng)力機(jī)停止運(yùn)行。
以上五種方案中，變漿距的方法是使葉片旋轉(zhuǎn)而改變受風(fēng)面積，這樣葉片與風(fēng)輪軸不是一體的，其穩(wěn)定性不好，故不采用此方式。后兩種方法因?yàn)榧夹g(shù)要求比較高，使用比較復(fù)雜，所以在現(xiàn)在還很少使用，在該設(shè)計(jì)中，我的設(shè)計(jì)要求是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便的，所以，在以上所說四種方案中，我選擇第一種，即通過風(fēng)輪側(cè)偏改變風(fēng)輪迎風(fēng)方向，從而達(dá)到限速的目的。
2.2傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案比較
方案一 只通過錐齒輪傳動達(dá)到變向、變速的目的。
圖2.1 齒輪傳動方案一
方案二 在錐齒輪傳遞的前后均加一對增速直齒輪。
圖2.2 齒輪傳動方案二
方案三 上面加一個(gè)增速齒輪，下面加一個(gè)減速齒輪。
圖2.3 齒輪傳動方案三
以上三種方案中，第一種沒有增速機(jī)構(gòu)，只通過錐齒輪自身改變轉(zhuǎn)速是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而且由于轉(zhuǎn)速慢，傳動效率太低，能量損耗大。第三種方案的構(gòu)想是好的，先提高轉(zhuǎn)速，是傳動效率加強(qiáng)，但是由于風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速太小，如果下面加減速裝置的話，攪拌筒運(yùn)轉(zhuǎn)會比較困難，所以只有第二種方案是最合適的，即上下均有增速齒輪的傳動系統(tǒng)，這樣才既能保證傳動效率，又能保證攪拌機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.3混凝土攪拌機(jī)的選用
目前，攪拌機(jī)的種類只有自落式和強(qiáng)制式兩種。
本次設(shè)計(jì)中的動力來源于風(fēng)力機(jī)，因?yàn)槟壳帮L(fēng)能利用技術(shù)還不成熟，風(fēng)能轉(zhuǎn)換率不是很高，即額定功率小，所以要選擇一個(gè)功率消耗少的攪拌機(jī)。另外，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)是為了給小型施工獨(dú)立使用的單機(jī)或作為小型工廠用，要求攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，所以選擇自落式攪拌機(jī)更為合理。
3 基本參數(shù)的確定
3.1 風(fēng)力機(jī)參數(shù)選用
表3.1 風(fēng)力機(jī)參數(shù)
名稱
參數(shù)
風(fēng)輪直徑
6米
葉片數(shù)
12片
葉片材料
鍍鋅鋼板
葉片翼型
NACA型
迎風(fēng)方式
上風(fēng)式
風(fēng)輪中心高
10米
設(shè)計(jì)風(fēng)速
6米/秒
額定風(fēng)速
12米/秒
工作風(fēng)速范圍
3~18米/秒
風(fēng)能利用系數(shù)
0.36
3.1.1風(fēng)能利用系數(shù)的確定
變?yōu)轱L(fēng)輪機(jī)械能的風(fēng)能與通過風(fēng)輪漿葉面的風(fēng)能的比值,叫做風(fēng)輪的風(fēng)能利用系數(shù),通常以CP表示。
無論多么優(yōu)良的風(fēng)輪，也不可能將全部風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，根據(jù)貝茨理論，CP的極限值為0.593，也就是說，對于一個(gè)理想的風(fēng)輪，也只能把59.3%的風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。我國傳統(tǒng)風(fēng)車的風(fēng)能利用系數(shù)一般不超0.2，我國原軟布葉片風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪利用系數(shù)最大值不超過0.24，但現(xiàn)代風(fēng)力機(jī)的利用系數(shù)可達(dá)到0.4以上，由于考慮到成本低，重量輕，故雖然采用了最先進(jìn)的NACA翼型，但是最大風(fēng)能利用系數(shù)應(yīng)在0.26≤Cp≤0.4，所以該設(shè)計(jì)取Cp＝0.36。
3.1.2設(shè)計(jì)風(fēng)速的確定
設(shè)計(jì)風(fēng)速是指使風(fēng)輪的功率－轉(zhuǎn)速曲線與攪拌機(jī)功率－轉(zhuǎn)速曲線產(chǎn)生的最佳匹配的風(fēng)速，在此風(fēng)速下風(fēng)輪的風(fēng)能利用的效果最佳。
通常，風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)風(fēng)速應(yīng)等于使用地區(qū)的年平均風(fēng)速，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的風(fēng)力機(jī)是為我國內(nèi)蒙等內(nèi)陸地區(qū)設(shè)計(jì)的，這些地方大部分屬于Ⅰ－Ⅱ類風(fēng)能區(qū)，年平均風(fēng)速為6－7米/秒，因此確定本風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)風(fēng)速為6米/秒。
3.1.3額定風(fēng)速的確定
這里所說的額定風(fēng)速就是風(fēng)力機(jī)的調(diào)速風(fēng)速，當(dāng)外界風(fēng)速超過該風(fēng)速時(shí)，調(diào)速機(jī)構(gòu)開始工作，風(fēng)輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)，以保持功率和轉(zhuǎn)速不再增加。
荷蘭風(fēng)能專家P·T·Sawlders根據(jù)多年的研究經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為：一般來說，風(fēng)力機(jī)的額定風(fēng)速應(yīng)等于當(dāng)?shù)啬昶骄L(fēng)速的兩倍。即根據(jù)當(dāng)?shù)氐哪昶骄L(fēng)速、空氣密度等來確定風(fēng)力機(jī)的額定風(fēng)速。根據(jù)調(diào)查，我國內(nèi)陸地區(qū)的年平均風(fēng)速在6－7米/秒左右，空氣密度為0.127kg/m3,適合風(fēng)力機(jī)工作的風(fēng)速的小時(shí)數(shù)（3－18米/秒）約占全年小時(shí)數(shù)的50%左右。因此，綜合看來，風(fēng)力機(jī)的額定風(fēng)速定為12米/秒比較合理。
3.1.4 工作風(fēng)速范圍的確定
我國內(nèi)蒙古地區(qū)是內(nèi)陸風(fēng)能最豐富的地區(qū)，其有效風(fēng)能密度一般超過200瓦/米2，3－20米/秒風(fēng)速的有效風(fēng)力出現(xiàn)頻率達(dá)70%，全年在6000小時(shí)以上。一般來說，當(dāng)風(fēng)速≥3米/秒時(shí)就有開發(fā)利用價(jià)值，而且如果開始工作風(fēng)速太低，也會給機(jī)組配件帶來不利影響，所以風(fēng)力機(jī)的工作風(fēng)速定在3－18米/秒。
3.1.5 風(fēng)輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
不同風(fēng)速的空氣流,吹到風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪上的葉輪上,單位時(shí)間內(nèi)通過風(fēng)輪漿葉掃掠面的全部風(fēng)能,既風(fēng)能的理論功率為:
N=vF （3-1）
式中 ρ-空氣密度(標(biāo)準(zhǔn)狀況下ρ=0.127kg/m3)；
v—風(fēng)速(m/s)；
F—風(fēng)輪掃掠面積(m2)。
風(fēng)輪的掃掠面積與有如下關(guān)系
F=0.875D （3-2）
式中 D—風(fēng)輪的直徑(m)。
將上面兩式合并得
(kw) （3-3）
由上式可見,風(fēng)輪的直徑越大,他的受風(fēng)面積越大,通過風(fēng)輪的能量也越大。但是,變?yōu)闄C(jī)械功的能量卻只是這能量的一部分。
風(fēng)能利用系數(shù)CP=0.36
則風(fēng)輪的實(shí)際功率
V=6 (m/s) P= CP =0.36=1.346 (kw)
V=9.5(m/s) P= CP =5.342 (kw)
V=12 (m/s) P=0.36=10.767 (kw)
但這并不能誤認(rèn)為是風(fēng)力機(jī)的功率.而風(fēng)能利用系數(shù)和風(fēng)力機(jī)的效率也是截然不同的概念。風(fēng)力機(jī)的效率是風(fēng)力機(jī)輸出的有用效率和風(fēng)輪實(shí)際功率之比,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),μ=0.8
風(fēng)力機(jī)輸出功率
葉片受力情況:
風(fēng)輪葉片有升力型和阻力型兩種,在該設(shè)計(jì)中采用升力型,具體分析見第四章。
阻力 X=CA （3-4）
升力 Y=CA （3-5）
只考慮升力 F升=CA
升力系數(shù)的理論最大值為CL=2sin, 為攻角,即平板與流體相對速度的夾角。正常情況下,應(yīng)達(dá)到理論值的90%,攻角不應(yīng)超過250。
則 CL=2sin(0) =1.94
CL實(shí)=1.940.9=1.746
求平均扭矩:取單葉片長2.5m, L =1.75m, 平面積為0.5m,
則有
T1=F.L=(1.7460.50.127)1.7512=41.9 N·m
T2=F.L=(1.7460.50.127)1.7512=105.06 N·m
T3=(1.7460.50.127)1.7512=167.6 N·m
風(fēng)輪轉(zhuǎn)速n
n1=P=1.0768=245.4 (r/min) n2=P=4.27=388.1 (r/min)
n3=P=8.6136= 490.8 (r/min)
3.2 攪拌機(jī)的參數(shù)選用
表3.2攪拌機(jī)參數(shù)
名稱
參數(shù)
進(jìn)料容量
500 (L)
出料容量
300 (L)
生產(chǎn)率
12 (m3/h)
拌筒速度
15 (r/min)
骨料最大顆粒
60 (mm)
額定功率
4 (kw)
外型尺寸 L×B×H
3000×2900×3600 (mm)
自落式混凝土攪拌機(jī)基本參數(shù)計(jì)算
3.2.1攪拌筒的轉(zhuǎn)速
當(dāng)攪拌筒轉(zhuǎn)動時(shí)，物料將隨著筒一起轉(zhuǎn)動，攪拌桶的轉(zhuǎn)速不能過高，轉(zhuǎn)速過高使，物料會落在壁桶上不會落下。但是，攪拌筒的轉(zhuǎn)速也不應(yīng)過低，過低則生產(chǎn)率太低。
一般攪拌筒內(nèi)的葉片均為徑向布置。當(dāng)受力情況滿足下式時(shí),物料可自動從葉片上落下,產(chǎn)生攪拌作用。
（3-6）
式中: G---料粒的重力;
α---葉片的傾角;
P---離心力;
F---摩擦力;
又知:
（3-7）
F =f Gcosα （3-8）
式中: g ---重力加速度;
γ---料粒距回轉(zhuǎn)中心的距離,取等于攪拌筒的半徑 R,m;
n---攪拌筒轉(zhuǎn)速,r/min;
f---摩擦系數(shù),f取0.6。
將P、F代入上式并簡化：
（3-9）
在上式中，當(dāng)α略大于30°時(shí)，攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速n接近零，這就是說，如果讓物料沿著30°角下滑時(shí)，攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速接近于零。這一工況當(dāng)然是不好的。因?yàn)樵谶@一工況下，轉(zhuǎn)速低、生產(chǎn)率低、物料的落差H小，攪拌作用差。如果讓物料沿著接近90°角下滑，這時(shí)效果也不好。因?yàn)檫@時(shí)物料的落差也很小，同時(shí)循環(huán)次數(shù)也少，關(guān)于循環(huán)次數(shù)的計(jì)算如下：
在現(xiàn)有設(shè)計(jì)中常采用α角等于45°，這時(shí)：
則在該設(shè)計(jì)中的攪拌筒的轉(zhuǎn)速為
所已此攪拌筒的轉(zhuǎn)速定為15r/min。
3.2.2 攪拌機(jī)功率
自落式攪拌機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其功率主要用于克服物料所產(chǎn)生的阻力矩。為了簡化計(jì)算，假定物料在筒內(nèi)的縱向平行于攪拌筒的縱軸線。根據(jù)這一假設(shè)，可列出計(jì)算物料所產(chǎn)生的阻力矩的公式：
（3-10）
式中：----攪和料的重力，kN；
S----弓形面積S的計(jì)算。
在計(jì)算弓形面積時(shí)，攪和料的體積按出料容量計(jì)算，其容重為2200kg/m3。
在雙錐形攪拌機(jī)中由于兩端為圓錐形，所以在計(jì)算兩端弓形面積和S值時(shí)應(yīng)如圖所示，其中l(wèi)為一變量：
（3-11）
式中：R----錐底的半徑，m；
----角度;
所以在雙錐形攪拌機(jī)中，應(yīng)分別計(jì)算中部圓柱體、兩端兩錐體的S值，然后分別求出阻力矩值。
在求得阻力矩M以后，按下式計(jì)算功率N：
（3-12）
式中：n----攪拌筒轉(zhuǎn)速，r/min ；
----考慮支承裝置的效率，取0.97-0.98。
綜合我的設(shè)計(jì),其中出料容量設(shè)為300L=0.3m3 ,容重 ,其它見圖上標(biāo)示。
假設(shè)兩邊錐形相同
則
即
設(shè)混凝土在攪拌筒中高為
則又
將左右兩邊近似看成錐形
則其體積
錐=2
中間部分體積
柱=
由泰勒公式
（3-13）
可得
即
柱
根據(jù)近似公式 （3-14）
得
柱=
又
得 m
m
根據(jù)材料力學(xué)的形心公式柱體形心
（3-15）
==
錐體形心在距其表面的處
所以有
又
則扭矩
功率
4 風(fēng)力攪拌機(jī)主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定
4.1風(fēng)輪的設(shè)計(jì)
4.1.1 風(fēng)輪葉片
通過實(shí)驗(yàn)人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)沖角一定時(shí)，Y值的大小主要取決于薄板的斷面形狀、表面光滑度和其在氣流中的位置。
圖4.1 薄板受力
上圖示出當(dāng)沖角相同時(shí)，在三種不同斷面形狀薄板上產(chǎn)生的升阻力情況。顯然，流線型斷面薄板的升力比平板的升力要大的多。由于飛機(jī)機(jī)翼也是利用上訴原理設(shè)計(jì)的，所以一般把確定其斷面型式的一組通過大量實(shí)驗(yàn)得出得數(shù)據(jù)稱為翼型，如常用的美國NACA系列翼型和蘇聯(lián)?cцepo翼型。風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)目前還沒有專用翼型，通常是借用飛機(jī)翼型數(shù)據(jù)。另外，每一葉片從根部到尖端需要有一定的扭曲度，使各個(gè)葉片都可以在最佳條件下運(yùn)行。
所以本風(fēng)力機(jī)的葉片選擇NACA翼型。葉片形狀如下圖所示。
圖4.2 NACA翼型 圖4.3 螺旋槳實(shí)圖
4.1.2 機(jī)頭
它是風(fēng)輪、增速箱、尾翼等上部結(jié)構(gòu)的支撐裝置，機(jī)頭整體通過回轉(zhuǎn)體可以作3600旋轉(zhuǎn)。
4.1.3尾翼
由于自然界產(chǎn)生的風(fēng)的速度和方向隨時(shí)都在變化，應(yīng)使風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪經(jīng)常對準(zhǔn)風(fēng)向。除了下風(fēng)式風(fēng)力機(jī)外，一般風(fēng)力機(jī)都是利用尾翼來控制風(fēng)輪的迎風(fēng)方向。尾翼通常采用鍍鋅鋼板，一般都設(shè)置在風(fēng)輪的尾端，這樣可以減少風(fēng)輪尾流對它的影響。
4.1.4 塔架
塔架是整個(gè)風(fēng)力機(jī)的支撐裝置。為簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，便于搬遷，采用以角鋼為構(gòu)件組成的珩架式結(jié)構(gòu)件為塔架。
4.2 傳動裝置的設(shè)計(jì)
該風(fēng)力攪拌機(jī)的傳動部分分為兩部分:
4.2.1 風(fēng)力機(jī)部分
風(fēng)輪的傳動見圖如下所示：
圖4.4 風(fēng)輪的傳動圖
從圖中可以看出,風(fēng)輪迎風(fēng)后,風(fēng)輪轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生扭矩,先增速,在通過錐齒輪變向、調(diào)速,再增速,將動力傳遞給攪拌機(jī),達(dá)到傳動、變向、變速的問題。
4.2.2 攪拌機(jī)的傳動部分
為了提高傳動效率,所以風(fēng)力機(jī)傳動部分采用增速裝置,但是由于攪拌筒的轉(zhuǎn)速要求很低,所以需要減速裝置,故在攪拌機(jī)的變速箱采用減速設(shè)置,如下所示:
圖4.5 攪拌機(jī)的傳動圖
4.3 攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)
4.3.1 攪拌筒的設(shè)計(jì)
左圖是攪拌筒葉片的示意圖,當(dāng)物料進(jìn)入
攪拌筒,攪拌葉片將將其提起、落下,并
迫使物料軸向竄動,另有螺旋葉片翻轉(zhuǎn)出
料。
4.3.2 手柄的設(shè)計(jì)
在圖中有兩處用到手柄,均為控制離合器。把操縱桿打到上升位置,離合器合上,兩處表現(xiàn)分別為：風(fēng)力攪拌機(jī)開始工作；鋼絲繩開支卷動,吊輪拉動料斗進(jìn)料,進(jìn)料完成后,離合器將自動脫開,手柄還原。控制操縱桿,風(fēng)力攪拌機(jī)停止工作；料斗靠本身的自重下落,落地時(shí)將操縱桿打到停止的位置。
5 主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1 軸的剛度驗(yàn)算
1.軸的彎曲變形的條件和允許值
各類軸的撓度和裝齒輪軸承處的傾角應(yīng)小于彎曲剛度的許用值即y≤[Y]；q≤[q],理論上要求滿足[Y]＝(0.01~0.03)mn(其中mn指齒輪的模數(shù))，mn=4 ， [Y]=0.12 ； 在變形部位裝軸承處[q]＝0.0025，裝齒輪處[q]＝0.001
1.軸的彎曲變形計(jì)算
計(jì)算軸本身彎曲變形產(chǎn)生的撓度及傾角時(shí)，一般常將軸簡化為集中載荷下的簡支梁，然后參照機(jī)械工程手冊中有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。
當(dāng)軸的直徑相差不大且計(jì)算精度要求不高時(shí)，可把軸看作是等徑軸，取第三根軸為研究對象，受力分析如圖所示：
a=100mm, b=172mm, c=128mm，l=400mm
在B處Q x=2Mn/d, Mn=97400N h/nj,
Q x=2×97400×4.27×0.9÷80÷120＝78N Q Y=1/2 Q x=39 N
在C處P x=2Mn’/d, Mn’=97400hN h/nj,
P x=2×97400×4.27×0.98×0.9÷72÷120＝85N P Y=1/2P x=42.5N
E=2.1×10MPa
（1）當(dāng)Q單獨(dú)作用時(shí)，
在B點(diǎn)處有：
yx= Q x·(b+c)·a·[l-( b+c)-a]/6E·I·L
=78×300×100×（400－300－100）/(6×2.1×10×12.56×10 ×400)
＝0.022mm
yy=1/2yx=0.011mm
在C點(diǎn)處有：
yx=Q x·a·c·[l-c-a]/6E·I·L
=78×100×128×（400－128－100）/(6×2.1×10×12.56×10×400)
＝0.02mm
yy=1/2yx=0.01mm
在A點(diǎn)軸承處有：
qx=－Q x·(b+c)·[l-( b+c)-3x]/6E·I·L
=－78×300×（400－300－3×0）/(6×2.1×10×12.56×10×400)
＝－0.000258（rad）
qy=1/2qx=－0.000129（rad）
在B點(diǎn)處有：
qx= Q x·(b+c)·[l-( b+c)-3x]/6E·I·L
＝Q x·(b+c)·[l-( b+c)-3a]/6E·I·L
=78×300×（400－300－3×100）/(6×2.1×10×12.56×10×400)
＝0.000148（rad）
qy=1/2qx=0.000074（rad）
在C點(diǎn)處有：
qx= Q x·a[l-a-3c]/6E·I·L
=78×100×（400－100－3×128）/(6×2.1×10×12.56×10×400)
＝0.00012（rad）
qy=1/2qx=0.00006（rad）
在D點(diǎn)處有：
qx= －Q x·a[l-a]/6E·I·L
=－78×100×（400－100）/(6×2.1×10×12.56×10×400)
＝－0.000184（rad）
qy=1/2qx=-0.000092（rad）
（2）當(dāng)P單獨(dú)作用時(shí)：
在B點(diǎn)處有，
yx= －P x·c·a·[l-c-a]/6E·I·L
=－85×128×100×（400－128－100）/(6×2.1×10×12.56×10×400)
＝－0.022mm
yy=1/2yx=－0.011mm
在C點(diǎn)處有：
yx= －P x·(a+b)·c·[l-c-(a+b)]/6E·I·L
=－85×272×128×（400－128－272）/(6×2.1×10×12.56×10×400)
＝－0.0326mm
yy=1/2yx=－0.0163mm
在A點(diǎn)軸承處有：
qx=P x·c·[l-c-3x]/6E·I·L
=85×128×（400－128－3×0）/(6×2.1×10×12.56×10×400)
＝0.000246（rad）
qy=1/2qx=0.000123（rad）
在B點(diǎn)處有：
qx=－P x·c·[l-c-3a]/6E·I·L
=－85×128×（400－128－3×100）/(6×2.1×10×12.56×10×400)
＝－0.000126（rad）
qy=1/2qx=－0.000063（rad）
在C點(diǎn)處有：
qx=－P x·(a+b)·[l-(a+b)-3c]/6E·I·L
=－85×272×（400－272－3×128）/(6×2.1×10×12.56×10×400)
＝－0.000134（rad）
qy=1/2qx=－0.000067（rad）
在D點(diǎn)處有：
qx=P x·(a+b) [l-(a+b)-0]/6E·I·L
=85×272×（400－272）/(6×2.1×10×12.56×10×400)＝0.000314（rad）
qy=1/2qx=0.000157（rad）
現(xiàn)將所求得的值列表如下：
表5.1撓度傾角計(jì)算表
撓度y（mm）
坐標(biāo)方向
由作用在B點(diǎn)的力產(chǎn)生的撓度
由作用才C點(diǎn)的力產(chǎn)生的撓度
疊加后的撓度
合成后的撓度
計(jì)算值
允許值
Q1
X
0.022
-0.022
0
0
0.12
Y
0.011
-0.011
0
P1
X
0.02
-0.0326
-0.0126
0.014
0.12
Y
0.01
-0.0163
-0.0063
傾角q（rad）
坐標(biāo)方向
由作用在B點(diǎn)的力產(chǎn)生的傾角
由作用才C點(diǎn)的力產(chǎn)生的傾角
疊加后的傾角
合成后的傾角
計(jì)算值
允許值
Q2
X
0.000148
0.00012
0.000268
0.0003
0.001
Y
0.000074
0.00006
0.000134
P2
X
-0.000126
-0.000134
-0.00026
0.00036
0.001
Y
-0.000063
-0.00067
-0.00013
續(xù)表5.1撓度傾角計(jì)算表
傾角q（rad）
坐標(biāo)方向
由作用在A點(diǎn)的力產(chǎn)生的傾角
由作用才D點(diǎn)的力產(chǎn)生的傾角
疊加后的傾角
合成后的傾角
計(jì)算值
允許值
Q3
X
-0.000258
-0.000184
-0.000442
0.0006
0.0025
Y
-0.000129
-0.000092
-0.000221
P3
X
0.000246
0.000314
0.00056
0.00076
0.0025
Y
0.000123
0.000157
0.00005
由此得知，該軸滿足要求。
5.2軸承壽命計(jì)算
由軸承壽命計(jì)算公式可知：Lh=·其中深溝球軸承e＝3，n=720rpm且該軸承主要承受徑向力Fa=0 ； P=fP·（x·Fr+Y·Fa） 因?yàn)檩d荷系數(shù)fP在受中等沖擊或中等慣性力時(shí)取值范圍fP=1.2～1.8，本設(shè)計(jì)中取fP=1.8 ； 因?yàn)镕a=0，查表知x＝1， Y＝0
所以P=1.8×（1×122.94＋0×0）=221.3 N
查設(shè)計(jì)手冊知對于61808C深溝球軸承C=33400 N 預(yù)選軸承壽命Lh’=100000h
所以有Lh=·＝·＝8.1×10 h
由此可知該軸承安全。
6 攪拌機(jī)的安裝和使用
6.1 攪拌機(jī)的安裝
6.1.1 安裝
攪拌機(jī)需安放在堅(jiān)實(shí)、平整的場地位置。不同類型的JZ型攪拌機(jī)有不同的安裝方法,有的在支腿調(diào)節(jié)件有兩件前后可同時(shí)頂起，支腿每到一個(gè)孔距用插銷插好，再頂起另兩個(gè)支腿;帶一個(gè)安裝調(diào)整裝置，使用時(shí)在地盤標(biāo)記“↑”位置頂起，并將調(diào)整裝置頂部的圓柱部分，插入底盤槽鋼孔內(nèi)，支腿每到一個(gè)孔距插銷插好，再將另一端頂起，且不得在一端頂起過高。有的四個(gè)支腿均裝有螺桿，螺母，可方便地進(jìn)行調(diào)整。有的應(yīng)打混凝土基礎(chǔ)。有的在整機(jī)安裝就位后，將上料架上軌道安裝好，并檢查或連上下限開關(guān)。
6.1.2 試運(yùn)轉(zhuǎn)前的檢查的準(zhǔn)備工作
(1)檢查變速箱潤滑油位和油質(zhì)，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充和更換。
(2)在各潤滑點(diǎn)注潤滑油。
(3)檢查各個(gè)緊固件的緊固情況，擰緊松動件。
(4)檢查鋼絲繩是否緊排在卷筒上，若有松散混亂應(yīng)重新繞好。
(5)接通水路前，應(yīng)先須滿清水的容器，至于水泵附近，將水閥放入容器內(nèi)。
6.1.3 空載試運(yùn)轉(zhuǎn)
(1)開動風(fēng)力攪拌機(jī)，檢查拌筒旋轉(zhuǎn)方向。
(2)使拌筒作正、反向旋轉(zhuǎn)，每兩分鐘一個(gè)循環(huán)，反復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)15min，察看風(fēng)力機(jī)，變速箱及拌筒個(gè)部件是否正常，應(yīng)無異常噪聲及沖擊現(xiàn)象。
(3)操作進(jìn)料斗升、降，檢查升降過程及上下限為是否可靠。
6.2 混凝土攪拌機(jī)的使用
6.2.1 每次使用前的檢查內(nèi)容
機(jī)器是否平穩(wěn)，支腿是否牢固；水泵供水否正常；拌筒及進(jìn)料級構(gòu)空運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。
6.2.2 操作注意事項(xiàng)
(1)每次加入拌筒攪拌的物料質(zhì)量不得超過允許值的10%。
(2)進(jìn)料斗只能在拌筒出料完畢，恢復(fù)正轉(zhuǎn)后方能提升上料。
(3)進(jìn)料斗正常條件下不得下放，出現(xiàn)特殊情況時(shí)下放時(shí)必須帶剎車且要緩慢下降。
(4)為減少料斗粘料現(xiàn)象，向料斗加料的順序應(yīng)是：石子、水泥、砂或者是砂、水泥、石子。
(5)在上料過程中要及時(shí)加水，否則會導(dǎo)致攪拌時(shí)間過長以及塵土飛揚(yáng)
(6)料斗升起后，嚴(yán)謹(jǐn)任何人在都下停留?？斩废路艖?yīng)緩慢。
(7)嚴(yán)禁非本機(jī)司機(jī)隨意操作手柄及按鈕。
(8)注意電器安全，防止電器元件、電線受潮及損傷。
(9)停電時(shí)，可利用曲柄搖桿搖動皮帶輪，應(yīng)及時(shí)更換和修復(fù)。
6.2.3 使用后維護(hù)保養(yǎng)
(1) 停機(jī)前，應(yīng)放入適量石子和水，攪料3--5min，反轉(zhuǎn)放出，這樣反復(fù)數(shù)次清除半筒內(nèi)的積渣。
(2)清除整機(jī)積灰和粘附的混凝土，
(3)寒冷季節(jié)應(yīng)將供水系統(tǒng)內(nèi)的剩水排凈。
(4)檢查各潤滑點(diǎn)，酌情注油
6.2.4 拖行注意事項(xiàng)
(1)
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