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JS500混凝土攪拌機設計
摘 要
本次設計的JS500混凝土攪拌機是我們的主要設計機型。它是強制式臥軸混凝土攪拌機中的一種，強制式混凝土攪拌機不僅能攪拌干硬性混凝土，而且能攪拌輕骨料混凝土，能使混凝土達到強烈的攪拌作用，攪拌非常均勻，生產(chǎn)率高，質(zhì)量好，成本低。它是目前國內(nèi)較為新型的攪拌機，整機結(jié)構緊湊、外型美觀。其主要組成結(jié)構包括：攪拌裝置，攪拌傳動系統(tǒng)，上料、卸料系統(tǒng)，供水系統(tǒng)，機架及行走系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)等。主要設計計算內(nèi)容是JS500混凝土攪拌機機架的設計，主要包括：機架結(jié)構方案的確定、機架上所有部件之間相互位置的確定、機架上所有部件與機架的連接方式及安裝位置、機架外形尺寸的確定、機架鋼結(jié)構的選材，機架穩(wěn)定性的校核、完成機架總成圖及零部件圖。
關鍵詞：混凝土攪拌機，機架，槽鋼
Abstract
The design of the JS500 concrete mixer is our main design models. It is compulsory horizontal axis in a concrete mixer, compulsory mixing concrete mixer can not only dry hard concrete, but also stirred lightweight aggregate concrete, concrete can achieve a strong role in stirring, stirring very uniform, high productivity, quality Low cost.It is a new type of domestic mixer with two compact structure, good looks. The main components of its structure, including: mixing device, stirring drive system, feeding, unloading system, water supply systems, rack and walking systems, electrical control system, lubrication system.Design of the main content is JS500 concrete mixer rack design, These mainly include: rack structure of the programme of identification, rack between all the components determine the location of, all the components on the rack and rack of connections and installation of position, the determination of rack form factor, the selection frame steel structure , Checking the stability of the rack, complete plans and parts rack assembly plans.
Keyword: concrete mixer, rack, the channel
目 錄
1 JS500總體概述 1
1.1 畢業(yè)設計課題 1
1.2 設計的總體要求： 1
1.3 設計大綱 1
1.3.1 設計原則 1
1.3.2 原始數(shù)據(jù) 1
1.4 攪拌機概述 1
1.5 畢業(yè)設計的意義 3
2 設計的主要內(nèi)容 4
2.1 總體設計 4
2.1.1 攪拌裝置 4
2.1.2 傳動系統(tǒng) 4
2.1.3 上料系統(tǒng) 4
2.1.4 供水系統(tǒng) 4
2.1.5 機架與支腿 4
2.1.6 電氣控制系統(tǒng) 5
2.2 主要機構具體結(jié)構設計及參數(shù)設計 5
2.2.1 攪拌裝置 5
2.2.2 傳動系統(tǒng) 8
2.2.3 上料系統(tǒng) 9
2.2.4 供水系統(tǒng) 11
2.2.5 電氣控制系統(tǒng) 12
2.2.6 機架與支腿 13
3 機架的設計 14
3.1 機架設計的主要內(nèi)容 14
3.2 底架的設計 14
3.2.1 機架設計的一般要求 14
3.2.2 底架設計中的材料選擇 14
3.2.3 底架的大體尺寸 15
3.2.4 確定攪拌筒偏離機架底架重心的距離 17
3.2.5 底架所受各力的分析計算 17
3.2.6 求各點的力矩 23
3.2.7 選材 24
3.2.8 底架的校核 25
3.3 支腿的設計 28
3.3.1 校核支腿的穩(wěn)定性 29
3.3.2 局部穩(wěn)定性的校核 31
3.4 梯子及欄桿的設計 31
3.5 上料架與底架的聯(lián)結(jié)形式及臺板的設計 33
3.5.1 上料架與底架的聯(lián)結(jié)形式 33
3.5.2 臺板 34
3.6 電機底架的設計 34
3.7 減速器底板的設計 35
4 設計總結(jié) 37
參考文獻 38
附錄 圖紙清單 39
致謝 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
第 40 頁
1 JS500總體概述
1.1 畢業(yè)設計課題
JS500混凝土攪拌機設計
1.2 設計的總體要求
① 滿足使用要求
② 滿足經(jīng)濟性要求
③ 力求整機的布局緊湊合理
④ 工業(yè)性要求簡單而實用
⑤ 滿足有關的技術標準
1.3 設計大綱
1.3.1 設計原則
① 攪拌機技術條件應滿足GB9142-2000《混凝土攪拌機技術條件》規(guī)范；
③ 所用圖紙的幅面應符合GB4457-2000《中華人民共和國標準機械制圖》中的相關規(guī)定。
1.3.2 原始數(shù)據(jù)
① 出料容積 500 L
② 進料容積 800 L
③ 攪拌電機額定功率 15 KW
④ 最大骨料粒徑 80/60 ㎜
⑤ 生產(chǎn)率：（ ） 25-30
1.4 攪拌機概述
混凝土時建筑材料中的一種主要的材料，它是以水泥做為黏結(jié)劑把骨料粘在一起的，屬于一種非勻質(zhì)材料，其用途廣，用量大。
混凝土攪拌機就是用來大量生產(chǎn)混凝土的機械?；炷翑嚢铏C有自落式和強制式。混凝土從塑性混凝土發(fā)展到干性，硬性混凝土，強制式攪拌機得到了很大發(fā)展。強制式混凝土攪拌機不僅能攪拌干硬性混凝土，而且能攪拌輕骨料混凝土，能使混凝土達到強烈的攪拌作用，攪拌非常均勻，生產(chǎn)率高，質(zhì)量好，成本低。因此，強制式攪拌機得到了很大的發(fā)展，但這種攪拌機的功率損耗比較大。
本次設計的JS500混凝土攪拌機是我們的主要設計機型。為了適應不同混凝土攪拌機的攪拌要求，攪拌機發(fā)展了許多機型，它們在結(jié)構和性能上各有特點，但按工作原理可劃分為自落式和強制式。JS500混凝土攪拌機屬于強制式攪拌機的一種，J—攪拌機，S—雙臥軸，500—出料容量500L。它主要由攪拌系統(tǒng)，攪拌傳動系統(tǒng)，上料、卸料系統(tǒng)，供水系統(tǒng)，機架及行走系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)等組成。它是目前國內(nèi)較為新型的攪拌機，整機結(jié)構緊湊、外型美觀。JS500雙臥軸混凝土攪拌機具有操作簡便的特點，既能攪拌干硬性混凝土又能攪拌塑性混凝土，還能攪拌砂漿和輕骨料。它具有單機獨立作業(yè)和與PLD系列配料機組成簡易式混凝土攪拌站的雙重優(yōu)越性，還可為攪拌站提供配套主機，適用于各類大、中、小預制構件廠及公路、橋梁、水利、碼頭等工業(yè)及民用建筑工程，是一種高效率機型，應用非常廣泛。
該機采用底開門卸料，所以攪拌筒不用傾翻，因而節(jié)省了動力，簡化了結(jié)構，布置也比較緊湊合理。
圖1.1 JS500混凝土攪拌機
1.5 畢業(yè)設計的意義
通過本次畢業(yè)設計，我們對JS500混凝土攪拌機有了完整的了解和深刻認識。而且學會把所學知識有效的用運到解決實際問題中的能力，不僅對課本所學知識有了更深層次的掌握，同時提高了自己解決實際問題的能力。學會了更好的查閱相關資料，為以后打下良好基礎。本次畢業(yè)設計使我們受益匪淺，通過研究解決一些工程技術問題，各方面的能力均有提升。
2 設計的主要內(nèi)容
2.1 總體設計
2.1.1 攪拌裝置
攪拌筒、攪拌葉片、攪拌軸以及支承結(jié)構的確定.
2.1.2 傳動系統(tǒng)
傳動系統(tǒng)方案的確定；
傳動系統(tǒng)結(jié)構形式的確定；
傳動系統(tǒng)結(jié)構型式和基本組成組成；
動力設備型式和配置；
畫出結(jié)構方案草圖。
2.1.3 上料系統(tǒng)
上料系統(tǒng)機構型式的選擇；
上料架的結(jié)構及基本組成；
畫出結(jié)構草圖。
2.1.4 供水系統(tǒng)
供水方式的選擇；
供水系統(tǒng)的組成和設備配置；
畫出結(jié)構草圖。
2.1.5 機架與支腿
機架的基本組成；
機架的結(jié)構型式。
2.1.6 電氣控制系統(tǒng)
整機電氣控制系統(tǒng)方案的確定；
電氣系統(tǒng)原理圖的確定；
畫出電氣原理圖。
2.2 主要機構具體結(jié)構設計及參數(shù)設計
2.2.1 攪拌裝置
攪拌裝置包括：攪拌筒、攪拌軸、攪拌臂、攪拌葉片和側(cè)葉片，具體結(jié)構如下圖2.1所示：
圖2.1 雙臥軸攪拌機攪拌裝置
1—攪拌筒；2—攪拌軸；3—攪拌臂；4—攪拌葉片；5—側(cè)葉片
攪拌筒內(nèi)裝有兩根水平配置的攪拌軸，每根軸上均裝有攪拌葉片。在靠近攪拌筒兩端的攪拌臂上分別裝有側(cè)葉片，可刮掉端面上的混凝土，并改變混凝土的流向。如圖2.1所示，葉片與村板間隙≤5mm。
（1）攪拌筒結(jié)構及卸料方式的確定
① 攪拌筒的結(jié)構尺寸如下：
容積利用系數(shù)j=0.41
筒體長1190mm 筒徑D=838mm
筒體總長度1330mm 外徑D0=858mm
攪拌筒的幾何容積 V幾=1.22m3
② 卸料方式的確定：目前臥軸式攪拌機主要采用傾翻室和底開門式兩種卸料方式，由于JS500的出料容量為500L，雖不是很大，但考慮到攪拌筒的尺寸及結(jié)構，采用傾翻室雖然不太可能，它的筒體近似于長方體，故采用底開門式，既可使混凝土順利地在攪拌過程中卸出，也可避免使筒體傾翻，這樣既安全，又節(jié)省了勞力，表現(xiàn)出很多自由的特點，操作也方便，故而采用底開門式卸料。
（2）攪拌葉片、攪拌軸及支承結(jié)構
①攪拌葉片：
根據(jù)目前國內(nèi)外臥軸式攪拌機葉片結(jié)構型式看，廣泛采用鏟片式，就單個葉片來說，它是一個平板，他通過攪拌臂與軸形成一體，使全部葉片呈螺旋線分布，葉片間沒有直接聯(lián)系，因而這種化整為零的結(jié)構方式具有很突出的優(yōu)點。它使得葉片的加工安裝非常方便，從而代替了加工安裝要求高的螺旋帶葉片。從磨損角度看，鏟片式易受到局部磨損，這是因為物料與葉片之間的滑動逐步不均勻，而且波動，易形成卡料，使磨損加劇，攪拌效果有所下降，故從磨損和攪拌效果來看，鏟片式比螺旋帶式差。
攪拌裝置由兩根水平軸和安裝在該軸上的兩段相距1800的反向螺旋帶組成，兩根軸上的螺旋方向也不一樣，這樣可以保證混合料在筒內(nèi)循環(huán)運動。從理論上講，當一端的螺旋帶葉片開始從上向罐內(nèi)的混凝土拌合料切入時，另一端螺旋帶葉片從混凝土拌合料中抄起，在兩組葉片相互交替作業(yè)過程中，排出葉片把拌合料挑起在該端下底部形成無料或少料空間，同時切入葉片把拌合料從一端向另一端進行軸向和周向的復合位移，而另一根軸上的葉片則把混凝土拌合料向相反的方向移動，使得筒內(nèi)的混凝土循環(huán)移動。另外被挑起的混凝土拌合料在螺旋帶片后部的空擋處落下，使拌合料之間產(chǎn)生連續(xù)的摩擦，先落下的拌合料不斷受到后落下的拌合料沖擊，使水泥活性不斷提高。在葉片切入端由于各點線速度不同，拌合料在受擠壓的同時，相互間有較大的相對位移，所以較大的水泥團粒將被分散細化。由于這種機型的結(jié)構緊湊，容積利用系數(shù)較大，砼拌合料的位移行程達最小值。而各顆粒之間相互作用的時間則達最大值，這是雙軸強制攪拌機綜合性能較好的關鍵所在。
圖2.2 攪拌裝置
1.軸Ⅰ 2.側(cè)葉片Ⅰ 3.攪拌葉片支承臂Ⅱ 4.攪拌葉片 5.攪拌葉片支承臂Ⅰ 6. 側(cè)葉片Ⅱ 7.攪拌葉片支承臂Ⅲ 8. 軸Ⅱ
由以上分析可以看出，鏟片式不如螺旋帶式好，但考慮加工安裝要求及目前廠家現(xiàn)有的生產(chǎn)技術條件，我們決定采用鏟片式，以達到經(jīng)濟、簡便，生產(chǎn)效率高的效果。
本次設計采用兩組鏟片，第一根軸上采用右螺旋鏟片，第二根軸上采用左螺旋鏟片。每根軸上的葉片數(shù)目定為6（包括兩片側(cè)葉片及四片攪拌葉片）。
②攪拌軸
攪拌軸的主要尺寸經(jīng)過初步驗算，考慮安全裕量，直徑定為90mm, 軸的結(jié)構型式，就目前廠家生產(chǎn)狀況來看，一般采用實心軸，空心軸一般都具有省材，重量輕，受力效果號等優(yōu)點，但加工困難，裝置要求高，造成生產(chǎn)率低，一般不被采用。采用實心軸加工方便，而且也可靠實用，鏟片式攪拌軸系統(tǒng)存在攪拌臂與攪拌軸的聯(lián)接方式問題，現(xiàn)有的插孔焊接式、抱軸式、卡軸式，考慮插孔焊接式有簡單優(yōu)勢，又對軸的強度無削弱，因而采用焊接式。
③支承結(jié)構
考慮本次設計采用底開門的卸料方式，所以此支承與傳統(tǒng)支承不一樣，先把筒體固定在底座上，而把兩根軸通過軸承支承在筒體上。
由于攪拌筒內(nèi)裝流塑態(tài)的混凝土拌合料，因此攪拌軸必須采用軸端密封，以防止砂漿污損軸承。浮動密封是經(jīng)過實踐證明了的被公認是較理想的密封，本機即采用這種密封。
2.2.2 傳動系統(tǒng)
傳動按傳動方式可分為兩種：機械傳動和液壓傳動。液壓傳動具有重量輕，體積小，結(jié)構緊，驅(qū)動力大等特點，但考慮到目前國內(nèi)狀況，液壓馬達雖然比以前在質(zhì)量上提高了，但價格昂貴，用于一般的攪拌機上，成本太高，不經(jīng)濟，故而我們選用傳統(tǒng)的機械傳動。傳動系統(tǒng)由電動機、皮帶輪、減速箱、開式齒輪等組成，如圖2.3所示。電動機8通過皮帶輪7、5帶動二級齒輪減速箱，減速箱兩軸通過由兩個開式小齒輪10和兩個開式大齒輪9組成的兩對開式齒輪副分別帶動兩根水平布置的攪拌軸反向等速回轉(zhuǎn)。
圖2.3 攪拌傳動系統(tǒng)
1—箱體；2—第二級大齒輪；3—第一級大齒輪；4—第二級小齒輪；
5—大皮帶輪；6—第一級小齒輪；7—小皮帶輪；8—電動機；
9—開式大齒輪；10—開式小齒輪
2.2.3 上料系統(tǒng)
上料系統(tǒng)由卷揚機構、上料架、料斗、進料料斗、滑輪等組成，如圖2.4所示。
(1)上料架：斜置角度為600，它是綜合考慮了上料架的位置及攪拌筒銜接，而且考慮底架的寬度不能超過規(guī)定的長度及上料架的寬度，行程等綜合因素后得出的。上料架的上料軌道（下料軌道）為槽鋼，滾輪的上滾輪置于槽鋼內(nèi)側(cè)，而下滾輪置于槽鋼外側(cè)，這樣可保證料斗上下安全平穩(wěn)。
(2)卷揚機構
(3)上料動力及卸料
制動式電機通過減速箱帶動卷筒轉(zhuǎn)動，鋼絲繩通過滑輪牽引料斗沿上料架軌道向上爬升，當爬升到一定高度時，料斗底部都門上的一對滾輪進入上料架水平通道，斗門自動打開，物料經(jīng)過進料漏斗投入桶內(nèi)。為保證料斗準確就位，在上料架上裝有限位開關，上行程有兩個限位開關，下行程有一個限位開關，當料斗下降至地坑底部時，鋼絲繩稍松，彈簧鋼桿機構使下限位開關動作，卷揚機構自動停車。制動式電機可保證料斗在滿足負荷運行時，可靠地停在任意位置，制動力矩的大小由電機后座的大螺母調(diào)整。
圖2.4 上料系統(tǒng)
1.滑輪2.料斗3.進料料斗 4卷揚機構5.上料架
卸料系統(tǒng)由卸料門、操作柄等機構組成，如圖2.5所示。卸料門安裝在攪拌罐底部，通過操作柄可以使其繞水平軸迥轉(zhuǎn)以達到啟閉目的，通過調(diào)整出料。兩側(cè)的密封條的位置來保證卸料門的密封。
圖2.5 攪拌機卸料機構
1—襯板；2—攪拌筒弧板；3—密封板；4—卸料門
2.2.4 供水系統(tǒng)
(1)供水系統(tǒng)的組成及結(jié)構
供水系統(tǒng)是電動機、水泵、節(jié)流閥及管路等組成，見圖2.6。啟動水泵，即可將注入攪拌筒，水的流量通過閘閥調(diào)節(jié)，供水總量由時間繼電器控制。當按鈕轉(zhuǎn)到“時控”位置時，水泵會按設定的時間運轉(zhuǎn)和自動停止，當按鈕轉(zhuǎn)到“手動”位置時，可連續(xù)供水。
(2)供水方式的選擇
在混凝土攪拌機生產(chǎn)混凝土時，對混凝土質(zhì)量影響較大的除了攪拌機自身的工作性能以外，就是供水精度。由于供水精度要求控制在2%的范圍內(nèi)，故如何更好的滿足精度問題是供水方式的選擇，應加以認真考慮。目前，國內(nèi)運用的主要是時間繼電器或虹吸式水箱控制供水精度。但由于虹吸式水箱在不配備站的情況下有諸多不便，故而選用混凝土攪拌機專用水泵配以時間繼電器控制，在誤差允許范圍內(nèi)讓供水時間略大一些，如果砂石過濕則供水時間相對短一些。
(3)供水系統(tǒng)的設備配置
時間繼電器，供水開關控制，帶防塵罩的電機。
(4)供水系統(tǒng)結(jié)構示意圖如圖2.6所示
圖 2.6 供水系統(tǒng)
1.噴水管 2.進水管 3.水源 4.吸水管 5.水泵
2.2.5 電氣控制系統(tǒng)
圖2.7 電氣原理圖
電氣控制系統(tǒng)需要控制JS500混凝土攪拌機的主傳動電機，供水系統(tǒng)電機，上料，下料等的電機。所有電器控制元件都設在配電箱中。電器元件控制滿足的使用要求：主電機可以點動以滿足安裝修理過程的要求。電氣控制線路設有空氣開關，熔斷器，熱繼電器具有短路保護，過載保護，斷相保護的功能，所有控制按鈕及空氣開關手柄和指示燈均布置在配電箱門上，并設有門鎖。配電箱內(nèi)的電器元件安裝在一塊鐵板上，安全可靠，操作維修方便。其原理圖如上圖2.7所示。
2.2.6 機架與支腿
（1）機架：根據(jù)整體的布置情況和尺寸要求，按整體具體要求用槽鋼，角鋼焊接而成的，并按強度組裝焊鉚在一起，支承主機，并且使各部件空間位置固定形成一整體。
（2）支腿：由于本機容量較大，按國家城建法規(guī)要求卸料高度大于1.5m,采用長短腿配合使用。攪拌時長支腿支承達到使用要求。運輸時可將支腿卸掉。短支腿則用于運輸狀態(tài)，卸去長支腿防止機架上各部件與車輛接觸而受損。
圖2.8 JS500攪拌機機架
3 機架的設計
機架包括底架，支腿，梯子，欄桿等幾部分組成。
3.1 機架設計的主要內(nèi)容
(1) 機架結(jié)構方案的確定
(2) 機架上所有部件之間相互位置的確定
(3) 機架上所有部件與機架的連接方式及安裝位置
(4) 機架外形尺寸的確定（要求運輸寬度不超過2.2米）
(5) 機架鋼結(jié)構的選材，機架穩(wěn)定性的校核
(6) 完成機架總成圖及零部件圖。
3.2 底架的設計
3.2.1 機架設計的一般要求
(1) 機架的重量輕，材料選擇合適，成本低。
(2) 結(jié)構合理，便于制造。
(3) 結(jié)構應使機架上的零部件安裝，調(diào)整，修理和更換都方便。
(4) 結(jié)構設計合理，工藝性好，還應使機架本身的內(nèi)應力小，有溫度變換引起的變形應力小。
(5) 抗振性能好。
(6) 耐腐蝕，使機架結(jié)構在服務期限內(nèi)盡量少維修。
3.2.2 底架的材料選擇
在材料的選擇及鋼結(jié)構的選擇一般應考慮以下幾個因素：
(1)結(jié)構的性質(zhì)，如連接方式，方法，結(jié)構的重要性及其受力特點。
(2)載荷的性質(zhì)，例如主要受的是動載荷還是靜載荷等情況。
(3)結(jié)構的工作環(huán)境及條件：如所處的溫度高低以及浸蝕的情況等。
由于攪拌機機架承重比較大，所以選用強度良好的Q235碳素鋼來設計制造機架。受彎構件的截面形式有工字鋼，槽鋼，彎曲薄壁鋼，組合梁等，在攪拌機機架中，載荷作用點接近扭轉(zhuǎn)中心，能保證截面不會發(fā)生扭轉(zhuǎn)等一些情況，所以采用槽鋼來焊接底架，其中有一些焊件考慮其受力很小用角鋼代替，槽鋼能起到節(jié)省材料的目的。
3.2.3 底架的大體尺寸
底架的總長度2800㎜，總寬度為1680㎜，為使制造節(jié)省材料，整機的結(jié)構緊湊，并同時滿足上料的要求，放置攪拌筒的兩根槽鋼長度方向的距離為1300㎜，背對背放置，寬度方向兩根槽鋼面對面放置，兩背面之間的距離為1680㎜，其他的槽鋼間距具體尺寸如圖3.1所示。 圖3.1 JS500混凝土攪拌機機架底架
3.2.4 確定攪拌筒偏離機架底架重心的距離
在整個底架上，電機減速箱安裝在一側(cè)，從各部件的自重考慮，不對稱的安裝造成整個底架失穩(wěn)的趨勢，所以攪拌筒的安裝位置中心必須偏向機架底架中心線，以保證整機在工作和運輸時具有良好的穩(wěn)定性。利用攪拌筒對中心線的力矩來平衡，考慮此方法會引起底架在長度方向的加長，空間體積太大，不便于運輸，利用移動左右支腿（長度方向）的方法更加簡便。
計算整機的重心位置：
由查閱有關資料及手冊，可將各部件坐標，重量歸納如下表：
表3.1 各部件重心及坐標
部件名稱
攪拌筒
上料架
料斗
減速器
電機
水泵
電器箱
帶輪
聯(lián)軸器
質(zhì)量Kg
1100
330
300
415.5
174
29
26
30
42.46
坐標mm
0
0
0
1080
1015
1065
-1020
1306
852
重心坐標：
=
=
=288.14㎜
即整機重心在偏離攪拌筒中心線右側(cè)288.14mm，由于左側(cè)常有人工在臺板上操作，加上欄桿的重量，大概整機的重心坐標為 180mm.
3.2.5 底架所受各力的分析計算
經(jīng)分析：底架示意圖上槽鋼AB受力最大，所以校核時按AB受力來設計。槽鋼AB所受的力的形式有：支腿在兩端的支持力,，攪拌筒支承壓力，,支承力加上上料架和料斗的壓力,,減速箱結(jié)構包括聯(lián)軸器，帶輪的簡化重量，水泵的壓力，電器箱的壓力。
由于整機重心位置偏移量不是很大，只有180mm，無須將支腿向中間靠近。其它部件自重作用點及尺寸可由底架圖可知，可將AB看做受彎梁，其受力如下圖3.2所示：
圖3.2
(1) 計算支承壓力，的大小
其中G=+ =1100+500×2.3×(1+10%)=2365 kg
攪拌筒底架支撐對如下圖3.3所示:
圖3.3
M,N兩點為攪拌筒及料在左右支承中心，，為P,T兩點的受力，且=，左右支承受力簡圖如圖3.4下所示：
圖3.4
=0 - 1095=0
=/1680=765.85 kg
所以==765.85 kg
(2) 計算支承壓力，的大小
，為料斗上升到最高位置時，料斗中的料已卸入攪拌筒中而料斗還未下降時料斗與上料架的重量壓在AB槽鋼上的力，又前面數(shù)據(jù)可知 =300kg， 上料架包括上料軌道，則上料架作用在底架槽鋼上的力為上料軌道架和其他部件的重量和，則有=2rl=2×18.52×2.70=100.0kg （r:槽鋼材料的試比重18.52kg/m，出自《機械設計手冊》上冊第一分冊），上料架上的其他部件如滑輪等估算重量為56kg.則 =100.0+56=156kg 。
PQ槽鋼受力示意圖3.5：
圖3.5
為上料架及料在最高點時底架的估計重心，由于上料架的滑輪等裝置，料斗上升到最高位置時，合重偏靠PT方，則估計到第一槽鋼的距離為530㎜，并假設槽鋼PQ和TZ上有兩支承點H、I。
畫出受力簡圖如下圖3.6所示：
圖3.6
由則有：
1680 - （+ ）×1150 =0
1680 - (300+156)×1150 =0
= (300+156)×1150/1680=156.07㎏
所以 ===156.07kg
(3)計算減速器結(jié)構對槽鋼AB的壓力
由于皮帶輪與槽鋼的距離比較遠，同時聯(lián)軸器重43kg，皮帶和帶輪合重35kg，減速器的重量為415kg，由于皮帶輪好聯(lián)軸器的重量相近，可假設三者之和的作用中心為,合計重量為=503kg，受力示意圖如下圖3.7：
圖3.7
根據(jù)平衡條件
1150- ×450/1150=0
代入數(shù)據(jù)得：=196.83㎏
(4)計算電器箱對槽鋼AB的壓力
電器箱對槽鋼AB的壓力為，電器箱的重量為26㎏，由底架各部件相對位置尺寸確定，電器箱的位置為，受力示意圖如下圖3.8：
圖3.8
1680 – G(1680–205)=0
=26×（1680-205）/1680=22.83㎏
所以 =22.83㎏
(5)計算水泵對槽鋼AB的壓力
水泵的重量為29㎏，由底架各部件相對位置尺寸確定，水泵的重心為，受力示意圖如下圖3.9：
圖3.10
G(1680 -135)- ·1680=0
=29×(1680-135)/1680=26.67㎏
所以 =26.67㎏
(6)計算槽鋼AB的總受力
根據(jù)槽鋼AB的受力情況求二支承力 ，，總示意圖如圖3.11所示：
圖3.11
由=0 ，列出力矩平衡式：
·395 +（+）·795+2025·（+）+2415·+·2475=·2800
=
=1035.6㎏
=-=2012.1-1035.6=976.5㎏
3.2.6 求各點的力矩
因為將槽鋼視為受彎梁，則求各力的彎矩，彎矩無論在指定截面的左側(cè)或右側(cè)，向上的外力產(chǎn)生正的彎矩，向下的彎矩產(chǎn)生負的彎矩。
=0 g =9.8N/㎏
=·395=1035.6×395=409062×9.8=4008807.6N/㎏=4008.8KN·mm
=·795 -400·=1035.6×795-400×22.83=706138.5×9.8=7139.67 KN·mm
=·（2800-2025）-·（2415-2025）-·(2475-2025)
=976.5×（2800-2025）-196.83×(2415-2025)-26.67×450
=655407.625×9.8=6423.0 KN·mm
=·(2800-2415)- ·(2475-2415)
=976.5×385-26.67×60
=3431.47 KN·mm
=·(2800-2475)=976.5×325=317362.5×9.8=3110.15 KN·mm
=0
由以上的彎矩計算結(jié)果可以畫出AB槽鋼的受力彎矩圖，該槽鋼的受力彎矩圖如下圖3.12所示：
圖3.12
由上示彎矩圖可以看出，最大彎矩為=7139.67 KN·mm .
3.2.7 選材
由以上計算可知，最大彎矩為=7139.67 KN·mm ，此點D為危險點，D的截面為危險截面，所以按設計。
所選材料為普通碳素鋼Q235，查《機械設計手冊》可知其屈服極限=225N/,由于比重較大，而且工作環(huán)境較差，攪拌時的振動較大，以及上面不可避免的要打孔，將會有應力集中現(xiàn)象。為了保證工作和運輸?shù)陌踩?，選取安全系數(shù)=1.8，則有：
[]===125 N/ （由《材料力學》可知對型材可取=1.5～2.5）
截面系數(shù) ===57.12 ，根據(jù)《材料力學》上冊附錄Ⅱ表3查取截面系數(shù)的標準值 =87.1，選取槽鋼型號為熱軋普通型槽鋼 [14b，[14b 的有關數(shù)據(jù)如下圖3.13：
圖3.13 槽鋼14b
3.2.8 底架的校核
（1）校核AB槽鋼
① 校核其強度
表3.2 [14b的尺寸
類型
尺寸（㎜）
理論重量
（㎏/m）
h
b
d
t
r
[14b
140
60
8
9.5
9.5
4.75
1.67
16.733
由《機械設計手冊》取相關數(shù)據(jù)：b=60㎜，h=140㎜， t=9.5㎜，一根截面對稱的梁，載荷作用在其最大剛度平面內(nèi)，當載荷較小時，梁的彎曲平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。由于外界各種因素會使梁產(chǎn)生微小的側(cè)向彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，在外界影響消失后，梁仍能恢復原來的彎曲和扭轉(zhuǎn)，沒有喪失繼續(xù)承擔載荷的能力。但這時如果外界載荷稍微增大一些，梁的變形就會急劇增加，并導致梁的破壞，這種情況表示梁喪失了整體穩(wěn)定性。梁維持其穩(wěn)定性能承擔的最大載荷或最大彎矩稱為臨界彎矩。
對于軋制槽鋼簡支梁的整體穩(wěn)定系數(shù)，不論載荷的形式和載荷作用點在截
面高度上的位置如何均可按下式計算：
= （公式出自《鋼結(jié)構》附錄）
式中 h — 槽鋼的截面高度
b — 槽鋼的翼緣高度
t — 槽鋼的平均腿厚度
— 材料的屈服極限
對此槽鋼進行校核：
==0.86566（注：=225Mpa由《材料力學》表2-1中查出）
=0.86566>0.6 ,應由其相對應的來代替。按《鋼結(jié)構》附表查出相應的值。
=1.1-+
=1.1-+=0.72
則有==113.85< []=125 N/ ,即AB槽鋼單獨受力的整體穩(wěn)定性滿足要求，強度滿足要求。并且AB槽鋼在底架中并不是計算的簡支梁，而是和許多焊接件焊接后構成底架，使底架的整體穩(wěn)定性得到進一步加強，所以穩(wěn)定性完全可以得到保證，強度滿足要求。為使槽鋼穩(wěn)定性更好，在槽鋼兩翼之間間隔的焊接了一些加強筋。
② 校核AB槽鋼的剛度
校核了槽鋼的強度后，在工程應用中，對受彎桿件還應有剛度要求，即要求其變形不能太大，每個力作用在槽鋼上都可以簡化成下圖圖3.14，分別求其作用下槽鋼的撓度。
圖3.14
由公式=
注：公式出自《材料力學》上冊表6-1續(xù)表
E — 鋼材的彈性模量
I — 截面對主軸的慣性矩
Q235碳素鋼取E=206× N/(《鋼結(jié)構》表2-6)
有如下計算：
==-0.16×㎜
==-2.25×㎜
==2.24×㎜
==-0.51×㎜
==-0.049×㎜
==++++
=（0.16+2.25+2.24+0.51+0.049）×
=5.21×㎜
因為材料的許用撓度為～之間，則取[]===5.6㎜,因為=5.21×㎜<5.6㎜，因此剛度達到要求，并且此槽鋼并不是簡支梁，且不可能產(chǎn)生各力最大撓度的重合情況，所以受力表示實際撓度遠遠小于許用撓度，此剛度達到要求，安全可靠。
（2）其他槽鋼的校核
經(jīng)估算和分析，其他槽鋼所承受的載荷最大也不會超過AB槽鋼，故以校核完成，其他的不必再校核，進行其他的剛度、穩(wěn)定性和強度的校核。
對于其他槽鋼，由于其所受彎矩小于槽鋼AB,則其強度均可以保證。支腿安裝于槽鋼Ⅰ、Ⅱ上，槽鋼Ⅱ受力很小，，所以不易產(chǎn)生抗剪切現(xiàn)象，而槽鋼Ⅰ受力很大，易發(fā)生剪切變形，所以要對此槽鋼進行抗剪校核。由上述受力計算可知：
=976.5㎏，=1035.6㎏
由公式 (公式出自《材料力學》上冊P180)
其中Q — 橫截面上的剪力
b — 截面寬度，b=60㎜
— 槽鋼截面對主軸的慣性矩
— 槽鋼截面上距中心軸為y的槽線以外部分的面積對中心軸的靜矩。
=6×0.8×+×0.8×=273.64
==58.3N/
由《機械設計手冊》可查得Q235的抗剪強度f=115 N/，由于孔等會引起應力集中現(xiàn)象，取安全系數(shù)n=1.5，則 []=115/1.5=76.7 N/,因為=58.3N/ <[]=76.7 N/，所以在抗剪強度上，[14b滿足抗剪要求，安全可靠。
3.3 支腿的設計
支腿選用Q235的等邊角鋼，四根槽鋼分別安裝在槽鋼Ⅰ、Ⅱ上，各前支腿和后支腿之間用螺栓聯(lián)結(jié)，選用等邊角鋼L110×110×10，兩后支腿之間同樣的用螺栓聯(lián)結(jié)，前支腿之間無角鋼聯(lián)結(jié)，以便于出料及把卸出的料運走。
為了在運輸時不對整機構件造成壓損危險，故采用長短支腿的結(jié)構，運輸時把長支腿拆卸后由短支腿承重。支腿和底架之間有螺栓聯(lián)結(jié)的斜支撐和鋼板，用于增加整機的穩(wěn)定性。
選用等邊角鋼L110×110×10，聯(lián)結(jié)結(jié)構如下圖3.15所示：
圖3.15
1.支腿 2.斜支撐 3. 底架槽鋼
3.3.1 校核支腿的穩(wěn)定性
支腿在整機工作時受到整機振動的影響，并承受底架上各部件的自重，為了簡化計算，根據(jù)支腿在整機中的受力情況可以將其簡化為兩端固定（底面腳板在工作時要固定）的受壓桿件考慮，如下圖3.16所示：
圖3.16
按長度1575㎜校核，在四個支腿中，由估算可知，支腿受到的最大壓力=1035.6㎏=10148.9N 考慮到底架上各部件的影響，取底架上各部件的總重為，由于焊接在槽鋼上的兩前支腿承重較大，故設兩前支腿承重 Q=(×9.8)+
=（×2900×9.8）+10148.9
=19622.3N
計算長度系數(shù)取，由于壓重較大切工作環(huán)境差，攪拌時有振動以及上面不可避免的要打孔，將有應力集中現(xiàn)象發(fā)生。為了保證安全，取安全系數(shù)=1.5,可查的Q235的屈服極限=225N/，=150 N/，方能滿足條件，A為截面面積，所選等邊角鋼為L110×110×10，由《機械設計手冊》第3篇可查得A=21.261,=3.38㎝（為截面對主軸的回轉(zhuǎn)半徑）。
長細比===23.29，對于受壓桿件[]=150～200,取[]=150，則<[],剛度滿足要求。由《機械設計》表6-2查出=120～150Mpa，取=135 Mpa。由《材料力學》公式(14.8) 求出
===122.72
因為由<，所以不能用歐拉公式計算臨界壓力，查《材料力學》上冊P162得Q235的a=304Mpa，b=1.12Mpa，由公式
==61.06
這是用直線公式的最小柔度。<，所以只能按壓縮的強度計算。要求，=9.23Mpa<=235Mpa
因此，支腿的強度完全滿足要求。
可查出相應的穩(wěn)定系數(shù)=0.976（由《鋼結(jié)構》附錄三可查得），所以
==9.74 N/<[]=150 N/,則強度滿足要求，安全可靠。
3.3.2 局部穩(wěn)定性的校核
翼緣寬厚比 ，因為<30，故取=30。應滿足下式：
（此公式由《鋼結(jié)構》書中P118查得）
==40.88
因為 =11<40.88，所以局部穩(wěn)定性可以得到保證。
綜上各步計算、分析和校核，選取Q235碳素鋼的熱軋等邊角鋼L110×110×10完全能滿足使用要求。
3.4 梯子及欄桿的設計
對于梯子和欄桿，其強度方面要求不是特別重要，其可能受力也不大。因為梯子僅供以人上下所用，欄桿供人扶撐用，起到安全保護的作用，所以不需對此結(jié)構進行強度和剛度的校核，重點在其結(jié)構，具體尺寸與形狀如下圖3.17和圖3.18所示：
圖3.17 欄 桿
圖3.18 梯 子
1.彎板 2.橫撐 3.梯腿 4.腳板
3.5 上料架與底架的聯(lián)結(jié)形式及臺板的設計
3.5.1 上料架與底架的聯(lián)結(jié)形式
考慮到導向滑輪在靠近槽鋼Ⅱ的邊緣安裝的原因，由于導向滑輪組的存在，如果將上料架和底架以三面角鋼聯(lián)結(jié)形式焊接與底架上來實現(xiàn)是不可能的。所以采用側(cè)面焊接的方式。其結(jié)構如下圖3.19所示：
圖3.19
1. 鋼板 2.聯(lián)結(jié)槽鋼 3.上料軌道架 4.聯(lián)結(jié)鋼板
3.5.2 臺板
臺板是供操作人員站立和行走的，所以采用防滑的花紋鋼板設計臺板。由《機械設計手冊》選用國標GB/T 3277-1991。
3.6 電機底架的設計
為了防止皮帶過松而引起皮帶打滑現(xiàn)象（注：電機到減速器采用帶傳動），皮帶設置張緊裝置。由于移動電機比較困難，所以本設計采用不移動電動機的位置來實現(xiàn)皮帶的張緊。
電機的底架由兩根 角鋼焊接與底架槽鋼上，，角鋼長度為490㎜，電機底板長450㎜，寬度為300㎜，將電機底板焊接在底架上，電動機底板上開四個槽，電動機可通過在槽中的移動來實現(xiàn)皮帶的張緊。
在電動機底板上焊接固定兩個螺母，要移動電機時，首先將法蘭上的螺母擰松打開放松螺母，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺釘，調(diào)節(jié)螺釘將會頂這電動機移動，將電動機移動到所需位置時，擰緊放松螺母，再擰緊法蘭上的螺母，抵緊電機，以防止電機的移動。其結(jié)構簡圖如下圖3.20所示：
圖3.20
1.焊接固定螺母（與放松螺母用螺釘聯(lián)結(jié)） 2.底架鋼板
3.7 減速器底板的設計
由于攪拌筒軸中心高為500㎜，減速器中心高為280㎜，因為二者需要保持等高，所以將減速器底板設計成220㎜，長寬490㎜×350㎜，安裝時將此底架支承用以鋼板焊接在底架的槽鋼上，在鋼板上打相應位置的螺栓孔。
另外，由于帶輪是聯(lián)結(jié)減速器輸入軸與電動機輸出軸的部件，則考慮減速器底板、電動機底板在底架上的相對位置，必須保證準確、密切的相對位置關系。具體尺寸如下圖3.21所示：
圖3.21 減速器底板
將此板焊接在底架的機架上，并在其上打出相應位置的螺栓孔，以安裝減速器，將減速器用螺栓聯(lián)結(jié)在底架機架上。
4 設計總結(jié)
畢業(yè)設計是大學生專業(yè)知識深化和系統(tǒng)提高的重要過程，是對學生實踐能力、理論聯(lián)系實際能力和創(chuàng)新精神的綜合訓練，是培養(yǎng)學生探求真理的科學精神、科學研究方法和優(yōu)良的思想品質(zhì)等綜合素質(zhì)的重要途徑。通過本次JS500混凝土攪拌機的設計，加深了我對專業(yè)知識的理解和應用，同時，也彌補了以前的知識漏洞，鞏固了知識的積累。更好的利用所學知識解決實際問題。在老師的指導下，自己的各方面能力有了全面提高。
機架是整機的基礎，要求設計時確定其與其余各部件的安裝位置與尺寸關系，通過全面的設計計算，校核整個機架的強度、剛度、整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性。整個底架由槽鋼，角鋼和鋼板以焊接或螺栓聯(lián)結(jié)而形成，因而要求有相關的材料力學和鋼結(jié)構的知識。
通過這次畢業(yè)設計，不僅對JS500混凝土攪拌機有了完整的了解，而且學會了解決一些工程技術問題的方法，對自己有很大幫助，為我即將走上工作崗位打下良好的基礎，同時開闊了自己的視野，對機械相關產(chǎn)品及知識有了更多的了解。
參考文獻
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附錄
圖紙清單
圖名
圖號
圖幅
JS500 機 架
JS500.1-00
A1
JS500 底 架
JS500.1.1-00
A0
JS500 架腳板
JS500.5.1-1
A4
JS500 機架槽鋼
JS500.5.1-2
A4
JS500 底架槽鋼
JS500.5.1-3
A4
JS500 支承架槽鋼
JS500.5.1-4
A4
JS500 座 板
JS500.5.1-5
A4
JS500 調(diào)高墊板
JS500.5.1-6
A4
JS500 底架槽鋼
JS500.5.1-7
A4
JS500 螺母板
JS500.5.1-8
A4
JS500 連接板
JS500.5.2-1
A4
JS500 底 板
JS500.5.2-2
A4
JS500 斜支撐
JS500.5.2-3
A4
JS500 走臺板
JS500.5.2-4
A4
JS500 支 座
JS500.5.2-5
A4
JS500 側(cè)支承
JS500.5.2-6
A4
JS500 欄 桿
JS500.5.2-7
A3
JS500 工具箱箱蓋
JS500.5.1-9
A4
JS500 后支腿
JS500.1.2-00
A2
JS500 前支腿
JS500.1.3
A3
JS500 梯 子
JS500.1.4-00
A3
JS500 彎 板
JS500.1.4-1
A4
JS500 橫 撐
JS500.1.4-2
A4
JS500 梯 腿
JS500.1.4-3
A4
共計折合A1圖7張
致謝
本次畢業(yè)設計是在陳宜通老師的悉心指導下完成的，在整個設計過程中老師孜孜不倦的指導、嚴謹?shù)闹螌W及對學生的關心與愛護極大的提高了我們畢業(yè)設計的效率和進度，同時使我們學到了更多東西。陳老師每天都親臨設計室指導，使我倍受感動，在這里表示由衷的感謝，老師辛苦了。同時也感謝張平老師細心、盡責的指導，感謝老師們的用心指導和督促，使我能順利完成任務，萬分感謝。還有同組的林海、李小斌、高啟林同學的知識交流與互勉。