風(fēng)能混凝土攪拌機結(jié)構(gòu)設(shè)計含7張CAD圖
風(fēng)能混凝土攪拌機結(jié)構(gòu)設(shè)計含7張CAD圖,風(fēng)能,混凝土攪拌機,結(jié)構(gòu)設(shè)計,cad
一、選題依據(jù)
1、研究領(lǐng)域
機械機構(gòu)設(shè)計、CAD
2、論文研究的理論意義和應(yīng)用價值
能源是一個國家發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源，由于世界人口增長，工業(yè)現(xiàn)代化進程的飛速發(fā)展，導(dǎo)致資源減少，從而能源枯竭問題已經(jīng)成為人們關(guān)注的熱點問題?，F(xiàn)如今風(fēng)能具有資源豐富性能并且是清潔能源，風(fēng)資源已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)競相發(fā)展新 型能源，我國的風(fēng)力資源開發(fā)和拓展更是在短時間內(nèi)得到迅猛發(fā)展。目前，風(fēng)能主要是用在風(fēng)力發(fā)電行業(yè)。
風(fēng)能作為可大規(guī)模開發(fā)利用的可再生新型清潔能源之一，不需要較高的成本、可以一定程度上解決燃煤、燃油的環(huán)境污染問題，風(fēng)力發(fā)電不消耗燃料，無三廢處理問題，可以降低因為過量的排放 CO2 等氣體所造成的溫室效應(yīng)，不存在核電放射性廢料對人類的威脅在技術(shù)研究、裝備制造及零部件配套等方面都得到了迅速的發(fā)展。
3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢
風(fēng)力發(fā)電機是依靠自然界中的無窮無盡的風(fēng)資源工作的，現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機是由各種相互作用的部件和子系統(tǒng) 組成 的，其設(shè)計技術(shù)涉及轉(zhuǎn)子氣動力 學(xué)、控 制系 統(tǒng) 、機械 系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等廣泛領(lǐng)域。風(fēng)力發(fā)電機的工作環(huán)境很復(fù)雜 ，它 處在地球附面層形成的剪切風(fēng)、陣風(fēng)之中，加上運行中產(chǎn)生的慣 性力、氣 動力等，這使得風(fēng)機的葉片及塔架受力后振動等問題。當設(shè)計風(fēng)力發(fā)電機葉片及傳動系統(tǒng)時，必須考慮其動力學(xué)問題。風(fēng)力發(fā)電機組動力學(xué)問題是涉及多方面因素的綜合性問題，包括結(jié)構(gòu)動力學(xué)、空氣動力學(xué) 、系統(tǒng)動力學(xué)等方面。
隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，現(xiàn)代工程建設(shè)質(zhì)量的提高，我們對混凝土綜合性能 的要求也越來越高，混凝土攪拌機作為其生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵工藝，直接影響著混凝土的攬拌質(zhì)量及生產(chǎn)效率。進入 21 世紀 90 后，隨著市場對基礎(chǔ)建設(shè)要求的不斷提高及建筑行業(yè)的高速發(fā)展，混凝土攪拌設(shè)備迎來了良好的發(fā)展機遇。攪拌機的種類、 型號日益完善，攪拌性能及可靠性日益提高，國內(nèi)相關(guān)研究機構(gòu)及生產(chǎn)廠家在原有機型的基礎(chǔ)上，對攪拌機進行不斷地研究改進：通過對攪拌過程中攪拌葉片、攪拌臂和攪拌軸的受力分析，優(yōu)化轉(zhuǎn)動機構(gòu)連接形式，提 高傳動機構(gòu)與攪拌軸融合效果，消除攪拌軸錯位和 重負載。
國外先進的混凝土生產(chǎn)設(shè)備已實現(xiàn)了計算機控制、配合比選擇調(diào)整、電子計算機屏幕監(jiān)控、含水率測定、稱量、攪拌、出料等的全自動化控制， 使得攪拌出來的混凝土料達到了較高的配合比精度要求，直接保證了生產(chǎn)的混凝 土成品料的質(zhì)量。國外對臥軸式攪拌機的研究起源于對瀝青混和料拌和抽樣和方法準確度的分析。試驗
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結(jié)果認為，臥軸式攪拌機中混和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)做某種循環(huán)運動，運動的程度受到槳葉端面與它們移動方向的夾角的影響。目前混凝土攪拌機的發(fā)展趨勢是：
（1）高附加價值化、
（2）智能化
（3）系統(tǒng)化。
我國的混凝土攪拌以及輸送機械盡管性能有了較大提高，但在可靠性等方面與國外相比還有不小差距，近年來許多廠家均選用進口優(yōu)質(zhì)元器件，對提高我國混凝土機械水平起到了非常重要的作用，但在多功能方面還無法與國外相比?？傊畤鴥?nèi)企業(yè)只有不斷引進吸收國外先進技術(shù)，進行自主創(chuàng)新并加大研發(fā)力度，國內(nèi)混凝土機械才能取得長足發(fā)展。
二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容
1.重點解決的問題
（1）風(fēng)能混凝土攪拌機的方案設(shè)計；
（2）風(fēng)能混凝土攪拌機的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）
（1）收集風(fēng)力機相關(guān)的文獻資料，掌握其風(fēng)力機的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，熟悉風(fēng)力機動力傳動系統(tǒng)的組成及技術(shù)要求；
（2）收集與查閱混凝土攪拌機相關(guān)的文獻資料，了解混凝土攪拌機的分類及特點，攪拌機的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析現(xiàn)有混凝土攪拌機存在的問題等；
（3）擬定風(fēng)能混凝土攪拌機的總體方案；
（4）風(fēng)能接收裝置的設(shè)計；
（5）動力傳動系統(tǒng)的設(shè)計，將葉輪旋轉(zhuǎn)運動傳動到攪拌機的攪拌軸上；
（6）攪拌機的設(shè)計。
（7）繪制裝配圖及主要零件圖，編寫設(shè)計說明書。
3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果
（1）一套完整的風(fēng)能混凝土攪拌機的裝配圖及零件圖；
（2）一份風(fēng)能混凝土攪拌機的設(shè)計說明書；
（3）一篇外文文獻翻譯。
三、論文（設(shè)計）工作安排
1.重點解決的問題
擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；
本課題完成風(fēng)能混凝土攪拌機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，即設(shè)計一款以風(fēng)能為驅(qū)動力的混凝土攪拌裝置。需要完成對風(fēng)能接收裝置、動力傳動系統(tǒng)、混凝土攪拌機的設(shè)計。本文主要采用傳統(tǒng)的理論力學(xué)計算方法和現(xiàn)代計算機輔助設(shè)計方法對各部件進行設(shè)計和分析。
對攪拌機設(shè)計主要采用的是理論分析 ，攪拌是一個復(fù)雜動態(tài)的過程，因此在分析某些參數(shù)，如攪拌功率、葉片面積時，采用了理論和試驗數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法。
風(fēng)力發(fā)電機參數(shù)選用：
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；
攪拌機的參數(shù)選用：
進料容量 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)；
2.論文（設(shè)計）進度計劃：
第 1-4 周:根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書要求，收集參考文獻資料，撰寫開題報告等；
第 5 周:擬定風(fēng)能混凝土攪拌機的總體方案；
第 6-8 周:風(fēng)能接收裝置的設(shè)計，主要是葉片、塔架、葉輪轉(zhuǎn)向等設(shè)計；
第 9-10 周:動力傳動系統(tǒng)的設(shè)計；
第 11-12 周:攪拌機的設(shè)計，初步確定采用強制式臥式雙軸攪拌方案；
第 13 周:書寫畢業(yè)設(shè)計說明書，翻譯與本設(shè)計相關(guān)的英文文獻；
第 14 周:準備畢業(yè)設(shè)計答辯。
四、需要閱讀的參考文獻
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附：文獻綜述
文獻綜述
1.混凝土攪拌機的目的和意義
混凝土攪拌機是把水泥、砂石骨料和水混合并拌制成混凝土混合料的機械?；炷翑嚢铏C廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、建筑、橋梁、港口、機場等工程中。在“十二五” 期間，我國要建設(shè)一大批大型煤礦、油田、電站、機場、港口、高速鐵路等重點工程， 同時也要進行大量的城市道路、城鎮(zhèn)住宅的開發(fā)與建設(shè)，這都選要用到大量的混凝土攪拌機所以現(xiàn)在正式發(fā)展混凝土攪拌機的大好時機。隨著混凝土材料和施工工藝的發(fā)展、相繼出現(xiàn)了許多新型結(jié)構(gòu)的混凝土攪拌機，如蒸汽加熱式攪拌機，超臨界轉(zhuǎn)速攪拌機，聲波攪拌機和二次攪拌的混凝土攪拌機等。但經(jīng)過多年的發(fā)展，混凝土攪拌機械行業(yè)發(fā)展進步依舊面臨著許多問題。比如資源問題，如今許多混凝土攪拌機依舊用燃料作為動力來源，這不可避免的會在一定程度上造成環(huán)境污染等問題，所以研究發(fā)明出各種新型混凝土攪拌機是我國混凝土機械行業(yè)要解決的主要問題。還有就是攪拌機的智能化，智能化是機械行業(yè)的總體趨勢，混凝土攪拌機當然也是這樣。
本研究既是對現(xiàn)有攪拌機關(guān)鍵技術(shù)的深入探討，也是進一步的技術(shù)提升和創(chuàng)新， 對今后混凝土攪拌機的設(shè)計和產(chǎn)品水平的提高都具有一定的使用價值。它的重要意義在于利用高新技術(shù)提升混凝土攪拌機械行業(yè)水平和國家重點項目建設(shè)社工水平以及推動攪拌機設(shè)備性能的全面提高。
2.攪拌機的分類
（1）按攪拌原理，主要可分為自落式和強制式兩大類，區(qū)別為攪拌葉片和攪拌筒之間沒有相對運動的為自落式攪拌機，有相對運動的便為強制式攪拌機。
自落式攪拌是利用攪拌裝置對拌筒內(nèi)物料進行分割和提升，直到物料與攪拌裝置之間的摩擦力小于使物料下滑的重力分力時，物料靠自身重力跌落，從而使各部分物料的相互位置不斷進行重新分布而拌合均勻。
強制式攪拌是利用旋轉(zhuǎn)的攪拌裝置對混凝土進行剪切、擠壓、翻滾等拌合方 式， 使混凝土在強烈的相對運動中攪拌均勻。強制式攪拌機具有攪拌強烈，拌合質(zhì)量好， 生產(chǎn)效率高，適應(yīng)性強，能攪拌塑性、半塑性、干硬性混凝土及砂漿等一系列優(yōu)點。
（2）按能源供給形式，主要可分為風(fēng)能混凝土攪拌機和電能混凝土攪拌機，風(fēng)能作為可大規(guī)模開發(fā)利用的可再生新型清潔能源之一，不需要較高的成本、風(fēng)力發(fā)電不消耗燃料，無三廢處理問題，可以一定程度上解決燃煤、燃油的環(huán)境污染問題，，可以降低因為過量的排放 CO2 等氣體所造成的溫室效應(yīng)。本文主要介紹風(fēng)能混凝土攪拌機。
3.風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用
風(fēng)力發(fā)電機技術(shù)日趨成熟，成為新能源發(fā)電領(lǐng)域的典范，尤其是隨著風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)的不斷提高和突破，風(fēng)力發(fā)電機應(yīng)用產(chǎn)業(yè)正以驚人的速度在全球擴張，成為了人類改善能源結(jié)構(gòu)和應(yīng)對環(huán)境問題的法寶之一。清華大學(xué)劉雄.陳嚴【1】等人提出了以年能量輸出最大為優(yōu)化目標 ,使用復(fù)合形法搜索最優(yōu)點的風(fēng)力發(fā)電機槳葉總體優(yōu)化設(shè)計模型。
風(fēng)力發(fā)電機作為風(fēng)力發(fā)電機組的關(guān)鍵部件之一，肩負著將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械能的任務(wù)。目前，風(fēng)力發(fā)電機的種類較多，但整體上可以劃分為水平軸和垂直軸兩大類。上海麟風(fēng)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備公司蔣超奇, 嚴強【2】對水平軸風(fēng)力發(fā)電機與垂直軸風(fēng)力發(fā)電機在設(shè)計方法、結(jié)構(gòu)等方面進行了比較,指出垂直軸風(fēng)力發(fā)電機具有設(shè)計方法先進、風(fēng)能利用率高、起動風(fēng)速低、基本不產(chǎn)生氣動噪聲等優(yōu)點,具有廣泛的市場應(yīng)用前景。
水平軸風(fēng)力發(fā)電機是目前應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)最為成熟的一種機型，其結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行，這也決定了該類型機組需要偏航系統(tǒng)，以減小“對風(fēng)損失”，提高風(fēng)能利用率 。清華大學(xué)陳嚴, 歐陽高飛【4】在大型水平軸風(fēng)力發(fā)電機傳動系統(tǒng)的動力學(xué)研究提出了風(fēng)力發(fā)電機傳動系統(tǒng)動力學(xué)是風(fēng)力發(fā)電機動態(tài)性能分析和控制系統(tǒng)設(shè)計的重要基礎(chǔ)。
與水平軸風(fēng)力發(fā)電機相比，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的研究則相對偏少，理論基礎(chǔ)薄弱。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機主要有 D 型和 S 型兩種類型 。S 型屬于阻力型風(fēng)力發(fā)電機， D 型屬于升力型風(fēng)力發(fā)電機。北京工業(yè)大學(xué)楊慧杰, 楊文通【3】指出人類利用風(fēng)能已有數(shù)千年歷史,在蒸汽機發(fā)明以前風(fēng)能曾作為重要的動力源,廣泛應(yīng)用于人類征服海洋、灌溉農(nóng)田和加工谷物等領(lǐng)域
2 風(fēng)力發(fā)電機的研究中存在的問題
（1）變槳距機組中槳葉與輪轂之間通過變槳軸承相連，大功率機組中高達幾噸的槳葉使變槳軸承承受著巨大的機械應(yīng)力，尤其是陣風(fēng)情況下的瞬態(tài)載荷，很容易出現(xiàn)疲勞損壞的現(xiàn)象。另外，槳距角的調(diào)節(jié)需要獨立的控制系統(tǒng)，無疑增加了系統(tǒng)
的復(fù)雜性，降低了可靠性。而且，維修變槳系統(tǒng)，尤其是變槳軸承，需要拆卸葉片， 得動用大型機械設(shè)備，維修周期長、費用高。
（2）槳葉制造工藝和設(shè)計水平的提高。在風(fēng)力發(fā)電機組中，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量很大程度上由風(fēng)力發(fā)電機決定。新型材料（如玻璃纖維復(fù)合材料，碳纖維復(fù)合材料等） 的推出和制造工藝的改進，使得風(fēng)力發(fā)電機的重量和轉(zhuǎn)動慣量大大減小。空氣動力學(xué)理論的完善和相關(guān)計算和設(shè)計軟件的成熟，使得設(shè)計出新型高性能槳葉成為
可能。
（3）風(fēng)速預(yù)測技術(shù)的開發(fā)。通過提前控制能避免在大風(fēng)和陣風(fēng)的時候出現(xiàn)功 率過載，減小瞬態(tài)載荷，確保機組的安全可靠運行，延長機組的使用壽命。中國機械工程楊 軍，重慶大學(xué)秦大同，陳會濤，等【6】根據(jù)隨機風(fēng)速模擬方法、風(fēng)力發(fā)電機氣動載荷計算方法、發(fā)電機矢量控制方法和風(fēng)力發(fā)電機傳動系統(tǒng)的機電耦合模型,建立了風(fēng)力發(fā)電機傳動系統(tǒng)在隨機風(fēng)速下的載荷模型,利用該模型對風(fēng)力發(fā)電機進行實例計算,得到了風(fēng)力發(fā)電機傳動系統(tǒng)隨機載荷的有效樣本
4.攪拌機的發(fā)展趨勢
（1）攪拌機應(yīng)節(jié)能環(huán)保
因水泥生產(chǎn)需要大量燃煤、礦物資源、電能，且要排放大量粉塵、CO2、硫化物和氮化物，引發(fā)嚴重的環(huán)境污染和資源浪費問題。因此，混凝土攪拌機需增強環(huán)保節(jié)能，降低功耗等。西安公路交通大學(xué)馮忠緒,王衛(wèi)中【9】針對中國攪拌技術(shù)落后,資源浪費嚴重的現(xiàn)狀,進行了節(jié)約型攪拌技術(shù)的研究,將機械工程、建筑材料與施工工藝有機結(jié)合起來,提出了攪拌機參數(shù)優(yōu)化、振動攪拌技術(shù)及雙排葉片結(jié)構(gòu) 3 種節(jié)約型攪拌技術(shù)。對常用雙臥軸攪拌機結(jié)構(gòu)、運動和動力學(xué)參數(shù)進行了優(yōu)化,得出了攪拌臂排列及其相位、葉片安裝角、拌筒長寬比、攪拌線速度等參數(shù)的匹配關(guān)系;基于混凝土結(jié)構(gòu)流變特性,設(shè)計了深度激振器,將振動活化與強制攪拌結(jié)合,明顯地提高了攪拌質(zhì)量和效率;雙排葉片結(jié)構(gòu)較好地解決了攪拌低效區(qū)問題,改善了機構(gòu)與混凝土相互作用的攪拌性能
（2）攪拌機的高可靠性
影響攪拌機可靠性的因素主 要有以下幾個方面：
1）襯板和葉片的磨損 攪拌機工作時，襯板和葉片在骨料不斷的沖擊和磨削下， 導(dǎo)致材料產(chǎn)生裂紋并逐漸擴展，最終造成材料脫落，使其產(chǎn)生磨損。襯板和葉片磨損后，要進行更換，不僅勞動強度很大，而且浪費了不少工作時間，影響生產(chǎn)正常進行， 根據(jù)襯板和葉片的工況，應(yīng)保證襯板和葉片材料有高的硬度和較高的強度。
2）密封裝置攪拌機的軸端是容易發(fā)生應(yīng)力集中的地方，應(yīng)力過大加快了密封裝置的磨損，潤滑裝置供油不足也會造成密封的磨損。洛陽機械有限公司楊套全【5】
介紹了混凝土攪拌機軸端密封的兩種主要形式及其缺陷和解決方法,推出了一種改進型軸端密封,有效的解決了漏漿問題,延長了密封時間。
3）制造工藝 應(yīng)保證關(guān)鍵零部件的加工精度，如攪拌筒體的內(nèi)徑加工精度不高， 則易造成攪拌葉片與襯板的卡料。如密封裝置動定間隙越小，潤滑油在間隙處產(chǎn)生的阻力越大，但是由于零件加工和裝配的誤差，使密封性能大打折扣。長安大學(xué)王衛(wèi)中
【7】在對攪拌機工作裝置參數(shù)理論分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計了試驗樣機。應(yīng)用正交試驗設(shè)計
的方法，對工作裝置參數(shù)進行了綜合優(yōu)化。因此，改善制造和裝配工藝對提高攪拌機的可靠性有十分重要的意義。
（3）攪拌機的智能化
智能化是所有機械發(fā)展的方向，攪拌機當 然也不例外，攪拌機的智能化主要 有兩個方面：
1）控制系統(tǒng)自動化程度高。采用工業(yè)計算機控制，完成物料的配料、攪拌、卸料生產(chǎn)的自動控制和半自動控制。控制系統(tǒng)監(jiān)控整個生產(chǎn)過程和工作情況，能夠及時解決生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題時控制臺有指示警報及時報警，且能實現(xiàn)全自動供油的潤滑系統(tǒng)。攪拌機控制系統(tǒng)高度自動化 能很大的提高生產(chǎn)率，改善攪拌質(zhì)量，
2）對不同工況的適應(yīng)能力。 攪拌設(shè)備在攪拌不同配方的混凝土?xí)r， 攪拌機的轉(zhuǎn)速和攪拌時間卻是相同的， 缺乏對不同工況的感知能力。攪拌機轉(zhuǎn)速是重要的作業(yè)參數(shù)，攪拌葉片旋轉(zhuǎn)時使物料產(chǎn)生離心力，當離心力大于物料與葉片之間的摩擦力或者物料與物料單元之 間的內(nèi)摩擦力時，物料就會發(fā)生離析。
綜上所述，本次的畢業(yè)設(shè)計主要是通過對混凝土攪拌機的研究，并分析常用風(fēng)能混凝土攪拌機的特點，確定自己所設(shè)計的風(fēng)能混凝土攪拌機，運用 CAD 等軟件把裝配圖及其原理圖繪制出。并進行裝置的可實施性進行分析判斷，最終完成本次風(fēng)能混凝土攪拌機的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
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