JS500混凝土搅拌机设计

JS500混凝土搅拌机设计

摘 要

本次设计的JS500混凝土搅拌机是我们的主要设计机型。它是强制式卧轴混凝土搅拌机中的一种，强制式混凝土搅拌机不仅能搅拌干硬性混凝土，而且能搅拌轻骨料混凝土，能使混凝土达到强烈的搅拌作用，搅拌非常均匀，生产率高，质量好，成本低。它是目前国内较为新型的搅拌机，整机结构紧凑、外型美观。其主要组成结构包括：搅拌装置，搅拌传动系统，上料、卸料系统，供水系统，机架及行走系统，电气控制系统，润滑系统等。主要设计计算内容是JS500混凝土搅拌机机架的设计，主要包括：机架结构方案的确定、机架上所有部件之间相互位置的确定、机架上所有部件与机架的连接方式及安装位置、机架外形尺寸的确定、机架钢结构的选材，机架稳定性的校核、完成机架总成图及零部件图。

关键词：混凝土搅拌机，机架，槽钢

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 录

1 JS500总体概述 ................................................... 1

1.1 毕业设计课题 ................................................. 1

1.2 设计的总体要求： ............................................. 1

1.3 设计大纲 ..................................................... 1

1.3.1 设计原则 ................................................. 1

1.3.2 原始数据 ................................................. 1

1.4 搅拌机概述 ................................................... 1

1.5 毕业设计的意义 ............................................... 3

2 设计的主要内容 ................................................... 4

2.1 总体设计 ..................................................... 4

2.1.1 搅拌装置 ................................................. 4

2.1.2 传动系统 ................................................. 4

2.1.3 上料系统 ................................................. 4

2.1.4 供水系统 ................................................. 4

2.1.5 机架与支腿 ............................................... 4

2.1.6 电气控制系统 ............................................. 5

2.2 主要机构具体结构设计及参数设计 ............................... 5

2.2.1 搅拌装置 ................................................. 5

2.2.2 传动系统 ................................................. 8

2.2.3 上料系统 ................................................. 9

2.2.4 供水系统 ................................................ 11

2.2.5 电气控制系统 ............................................ 12

2.2.6 机架与支腿 .............................................. 13

3 机架的设计 ...................................................... 14

3.1 机架设计的主要内容 .......................................... 14

3.2 底架的设计 .................................................. 14

3.2.1 机架设计的一般要求 ...................................... 14

3.2.2 底架设计中的材料选择 .................................... 14

3.2.3 底架的大体尺寸 .......................................... 15

3.2.4 确定搅拌筒偏离机架底架重心的距离 ........................ 17

3.2.5 底架所受各力的分析计算 .................................. 17

3.2.6 求各点的力矩 ............................................ 23

3.2.7 选材 .................................................... 24

3.2.8 底架的校核 .............................................. 25

3.3 支腿的设计 .................................................. 28

3.3.1 校核支腿的稳定性 ........................................ 29

3.3.2 局部稳定性的校核 ........................................ 31

3.4 梯子及栏杆的设计 ............................................ 31

3.5 上料架与底架的联结形式及台板的设计 .......................... 33

3.5.1 上料架与底架的联结形式 .................................. 33

3.5.2 台板 .................................................... 34

3.6 电机底架的设计 .............................................. 34

3.7 减速器底板的设计 ............................................ 35

4 设计总结 ....................................................... 37

参考文献 ....................................................... 38

附录 图纸清单 .................................................. 39 致谢 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

1 JS500总体概述

1.1 毕业设计课题

JS500混凝土搅拌机设计

1.2 设计的总体要求

① 满足使用要求

② 满足经济性要求

③ 力求整机的布局紧凑合理

④ 工业性要求简单而实用

⑤ 满足有关的技术标准

1.3 设计大纲

1.3.1 设计原则

① 搅拌机技术条件应满足GB9142-2000《混凝土搅拌机技术条件》规范； ③ 所用图纸的幅面应符合GB4457-2000《中华人民共和国标准机械制图》中的

相关规定。

1.3.2 原始数据

① 出料容积 500 L

② 进料容积 800 L

③ 搅拌电机额定功率 15 KW

④ 最大骨料粒径 80/60 ㎜

⑤ 生产率：（ ） 25-30 m3/h

1.4 搅拌机概述

混凝土时建筑材料中的一种主要的材料，它是以水泥做为黏结剂把骨料粘在一起的，属于一种非匀质材料，其用途广，用量大。

混凝土搅拌机就是用来大量生产混凝土的机械。混凝土搅拌机有自落式和

1 JS500总体概述

1.1 毕业设计课题

JS500混凝土搅拌机设计

1.2 设计的总体要求

① 满足使用要求

② 满足经济性要求

③ 力求整机的布局紧凑合理

④ 工业性要求简单而实用

⑤ 满足有关的技术标准

1.3 设计大纲

1.3.1 设计原则

① 搅拌机技术条件应满足GB9142-2000《混凝土搅拌机技术条件》规范； ③ 所用图纸的幅面应符合GB4457-2000《中华人民共和国标准机械制图》中的

相关规定。

1.3.2 原始数据

① 出料容积 500 L

② 进料容积 800 L

③ 搅拌电机额定功率 15 KW

④ 最大骨料粒径 80/60 ㎜

⑤ 生产率：（ ） 25-30 m3/h

1.4 搅拌机概述

混凝土时建筑材料中的一种主要的材料，它是以水泥做为黏结剂把骨料粘在一起的，属于一种非匀质材料，其用途广，用量大。

混凝土搅拌机就是用来大量生产混凝土的机械。混凝土搅拌机有自落式和

强制式。混凝土从塑性混凝土发展到干性，硬性混凝土，强制式搅拌机得到了很大发展。强制式混凝土搅拌机不仅能搅拌干硬性混凝土，而且能搅拌轻骨料混凝土，能使混凝土达到强烈的搅拌作用，搅拌非常均匀，生产率高，质量好，成本低。因此，强制式搅拌机得到了很大的发展，但这种搅拌机的功率损耗比较大。

本次设计的JS500混凝土搅拌机是我们的主要设计机型。为了适应不同混凝土搅拌机的搅拌要求，搅拌机发展了许多机型，它们在结构和性能上各有特点，但按工作原理可划分为自落式和强制式。JS500混凝土搅拌机属于强制式搅拌机的一种，J—搅拌机，S—双卧轴，500—出料容量500L。它主要由搅拌系统，搅拌传动系统，上料、卸料系统，供水系统，机架及行走系统，电气控制系统等组成。它是目前国内较为新型的搅拌机，整机结构紧凑、外型美观。JS500双卧轴混凝土搅拌机具有操作简便的特点，既能搅拌干硬性混凝土又能搅拌塑性混凝土，还能搅拌砂浆和轻骨料。它具有单机独立作业和与PLD系列配料机组成简易式混凝土搅拌站的双重优越性，还可为搅拌站提供配套主机，适用于各类大、中、小预制构件厂及公路、桥梁、水利、码头等工业及民用建筑工程，是一种高效率机型，应用非常广泛。

该机采用底开门卸料，所以搅拌筒不用倾翻，因而节省了动力，简化了结构，布置也比较紧凑合理。

图1.1 JS500混凝土搅拌机

1.5 毕业设计的意义

通过本次毕业设计，我们对JS500混凝土搅拌机有了完整的了解和深刻认识。而且学会把所学知识有效的用运到解决实际问题中的能力，不仅对课本所学知识有了更深层次的掌握，同时提高了自己解决实际问题的能力。学会了更好的查阅相关资料，为以后打下良好基础。本次毕业设计使我们受益匪浅，通过研究解决一些工程技术问题，各方面的能力均有提升。

2 设计的主要内容

2.1 总体设计

2.1.1 搅拌装置

搅拌筒、搅拌叶片、搅拌轴以及支承结构的确定.

2.1.2 传动系统

传动系统方案的确定；

传动系统结构形式的确定；

传动系统结构型式和基本组成组成；

动力设备型式和配置；

画出结构方案草图。

2.1.3 上料系统

上料系统机构型式的选择；

上料架的结构及基本组成；

画出结构草图。

2.1.4 供水系统

供水方式的选择；

供水系统的组成和设备配置；

画出结构草图。

2.1.5 机架与支腿

机架的基本组成；

机架的结构型式。

2.1.6 电气控制系统

整机电气控制系统方案的确定；

电气系统原理图的确定；

画出电气原理图。

2.2 主要机构具体结构设计及参数设计

2.2.1 搅拌装置

搅拌装置包括：搅拌筒、搅拌轴、搅拌臂、搅拌叶片和侧叶片，具体结构如下图2.1所示：

图2.1 双卧轴搅拌机搅拌装置

1—搅拌筒；2—搅拌轴；3—搅拌臂；4—搅拌叶片；5—侧叶片

搅拌筒内装有两根水平配置的搅拌轴，每根轴上均装有搅拌叶片。在靠近搅拌筒两端的搅拌臂上分别装有侧叶片，可刮掉端面上的混凝土，并改变混凝土的流向。如图2.1所示，叶片与村板间隙≤5mm。

（1）搅拌筒结构及卸料方式的确定

① 搅拌筒的结构尺寸如下：

容积利用系数j=0.41

筒体长1190mm 筒径D=838mm

筒体总长度1330mm 外径D0=858mm

搅拌筒的几何容积 V几=1.22m3

② 卸料方式的确定：目前卧轴式搅拌机主要采用倾翻室和底开门式两种卸料方式，由于JS500的出料容量为500L，虽不是很大，但考虑到搅拌筒的尺寸及结构，采用倾翻室虽然不太可能，它的筒体近似于长方体，故采用底开门式，既可使混凝土顺利地在搅拌过程中卸出，也可避免使筒体倾翻，这样既安全，又节省了劳力，表现出很多自由的特点，操作也方便，故而采用底开门式卸料。

（2）搅拌叶片、搅拌轴及支承结构

①搅拌叶片：

根据目前国内外卧轴式搅拌机叶片结构型式看，广泛采用铲片式，就单个叶片来说，它是一个平板，他通过搅拌臂与轴形成一体，使全部叶片呈螺旋线分布，叶片间没有直接联系，因而这种化整为零的结构方式具有很突出的优点。它使得叶片的加工安装非常方便，从而代替了加工安装要求高的螺旋带叶片。从磨损角度看，铲片式易受到局部磨损，这是因为物料与叶片之间的滑动逐步不均匀，而且波动，易形成卡料，使磨损加剧，搅拌效果有所下降，故从磨损和搅拌效果来看，铲片式比螺旋带式差。

搅拌装置由两根水平轴和安装在该轴上的两段相距1800的反向螺旋带组成，两根轴上的螺旋方向也不一样，这样可以保证混合料在筒内循环运动。从理论上讲，当一端的螺旋带叶片开始从上向罐内的混凝土拌合料切入时，另一端螺旋带叶片从混凝土拌合料中抄起，在两组叶片相互交替作业过程中，排出叶片把拌合料挑起在该端下底部形成无料或少料空间，同时切入叶片把拌合料从一端向另一端进行轴向和周向的复合位移，而另一根轴上的叶片则把混凝土拌合料向相反的方向移动，使得筒内的混凝土循环移动。另外被挑起的混凝土拌合料在螺旋带片后部的空挡处落下，使拌合料之间产生连续的摩擦，先落下的拌合料不断受到后落下的拌合料冲击，使水泥活性不断提高。在叶片切入端由于各点线速度不同，拌合料在受挤压的同时，相互间有较大的相对位移，所以较大的水泥团粒将被分散细化。由于这种机型的结构紧凑，容积利用系数较

大，砼拌合料的位移行程达最小值。而各颗粒之间相互作用的时间则达最大值，这是双轴强制搅拌机综合性能较好的关键所在。

图2.2 搅拌装置

1.轴Ⅰ 2.侧叶片Ⅰ 3.搅拌叶片支承臂Ⅱ 4.搅拌叶片 5.搅拌叶片支承臂Ⅰ 6. 侧叶片Ⅱ 7.搅拌叶片支承臂Ⅲ 8. 轴Ⅱ

由以上分析可以看出，铲片式不如螺旋带式好，但考虑加工安装要求及目前厂家现有的生产技术条件，我们决定采用铲片式，以达到经济、简便，生产效率高的效果。

本次设计采用两组铲片，第一根轴上采用右螺旋铲片，第二根轴上采用左螺旋铲片。每根轴上的叶片数目定为6（包括两片侧叶片及四片搅拌叶片）。 ②搅拌轴

搅拌轴的主要尺寸经过初步验算，考虑安全裕量，直径定为90mm, 轴的结构型式，就目前厂家生产状况来看，一般采用实心轴，空心轴一般都具有省材，重量轻，受力效果号等优点，但加工困难，装置要求高，造成生产率低，一般

不被采用。采用实心轴加工方便，而且也可靠实用，铲片式搅拌轴系统存在搅拌臂与搅拌轴的联接方式问题，现有的插孔焊接式、抱轴式、卡轴式，考虑插孔焊接式有简单优势，又对轴的强度无削弱，因而采用焊接式。

③支承结构

考虑本次设计采用底开门的卸料方式，所以此支承与传统支承不一样，先把筒体固定在底座上，而把两根轴通过轴承支承在筒体上。

由于搅拌筒内装流塑态的混凝土拌合料，因此搅拌轴必须采用轴端密封，以防止砂浆污损轴承。浮动密封是经过实践证明了的被公认是较理想的密封，本机即采用这种密封。

2.2.2 传动系统

传动按传动方式可分为两种：机械传动和液压传动。液压传动具有重量轻，体积小，结构紧，驱动力大等特点，但考虑到目前国内状况，液压马达虽然比以前在质量上提高了，但价格昂贵，用于一般的搅拌机上，成本太高，不经济，故而我们选用传统的机械传动。传动系统由电动机、皮带轮、减速箱、开式齿轮等组成，如图2.3所示。电动机8通过皮带轮7、5带动二级齿轮减速箱，减速箱两轴通过由两个开式小齿轮10和两个开式大齿轮9组成的两对开式齿轮副分别带动两根水平布置的搅拌轴反向等速回转。

图2.3 搅拌传动系统

1—箱体；2—第二级大齿轮；3—第一级大齿轮；4—第二级小齿轮； 5—大皮带轮；6—第一级小齿轮；7—小皮带轮；8—电动机；

9—开式大齿轮；10—开式小齿轮

2.2.3 上料系统

上料系统由卷扬机构、上料架、料斗、进料料斗、滑轮等组成，如图2.4所示。

(1)上料架：斜置角度为600，它是综合考虑了上料架的位置及搅拌筒衔接，而且考虑底架的宽度不能超过规定的长度及上料架的宽度，行程等综合因素后得出的。上料架的上料轨道（下料轨道）为槽钢，滚轮的上滚轮置于槽钢内侧，而下滚轮置于槽钢外侧，这样可保证料斗上下安全平稳。

(2)卷扬机构

(3)上料动力及卸料

制动式电机通过减速箱带动卷筒转动，钢丝绳通过滑轮牵引料斗沿上料架轨道向上爬升，当爬升到一定高度时，料斗底部都门上的一对滚轮进入上料架水平通道，斗门自动打开，物料经过进料漏斗投入桶内。为保证料斗准确就位，在上料架上装有限位开关，上行程有两个限位开关，下行程有一个限位开关，当料斗下降至地坑底部时，钢丝绳稍松，弹簧钢杆机构使下限位开关动作，卷扬机构自动停车。制动式电机可保证料斗在满足负荷运行时，可靠地停在任意位置，制动力矩的大小由电机后座的大螺母调整。

图2.4 上料系统

1.滑轮2.料斗3.进料料斗 4卷扬机构5.上料架

卸料系统由卸料门、操作柄等机构组成，如图2.5所示。卸料门安装在搅拌罐底部，通过操作柄可以使其绕水平轴迥转以达到启闭目的，通过调整出料。两侧的密封条的位置来保证卸料门的密封。

图2.5 搅拌机卸料机构

1—衬板；2—搅拌筒弧板；3—密封板；4—卸料门

2.2.4 供水系统

(1)供水系统的组成及结构

供水系统是电动机、水泵、节流阀及管路等组成，见图2.6。启动水泵，即可将注入搅拌筒，水的流量通过闸阀调节，供水总量由时间继电器控制。当按钮转到“时控”位置时，水泵会按设定的时间运转和自动停止，当按钮转到“手动”位置时，可连续供水。

(2)供水方式的选择

在混凝土搅拌机生产混凝土时，对混凝土质量影响较大的除了搅拌机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%的范围内，故如何更好的满足精度问题是供水方式的选择，应加以认真考虑。目前，国内运用的主要是时间继电器或虹吸式水箱控制供水精度。但由于虹吸式水箱在不配备站的情况下有诸多不便，故而选用混凝土搅拌机专用水泵配以时间继电器控制，在误差允许范围内让供水时间略大一些，如果砂石过湿则供水时间相对短一些。

(3)供水系统的设备配置

时间继电器，供水开关控制，带防尘罩的电机。

(4)供水系统结构示意图如图2.6所示

图 2.6 供水系统

1.喷水管 2.进水管 3.水源 4.吸水管 5.水泵

2.2.5 电气控制系统

图2.7 电气原理图

电气控制系统需要控制JS500混凝土搅拌机的主传动电机，供水系统电机，上料，下料等的电机。所有电器控制元件都设在配电箱中。电器元件控制满足的使用要求：主电机可以点动以满足安装修理过程的要求。电气控制线路设有空气开关，熔断器，热继电器具有短路保护，过载保护，断相保护的功能，所有控制按钮及空气开关手柄和指示灯均布置在配电箱门上，并设有门锁。配电箱内的电器元件安装在一块铁板上，安全可靠，操作维修方便。其原理图如上图2.7所示。

2.2.6 机架与支腿

（1）机架：根据整体的布置情况和尺寸要求，按整体具体要求用槽钢，角钢焊接而成的，并按强度组装焊铆在一起，支承主机，并且使各部件空间位置固定形成一整体。

（2）支腿：由于本机容量较大，按国家城建法规要求卸料高度大于1.5m,采用长短腿配合使用。搅拌时长支腿支承达到使用要求。运输时可将支腿卸掉。短支腿则用于运输状态，卸去长支腿防止机架上各部件与车辆接触而受损。

图2.8 JS500搅拌机机架

3 机架的设计

机架包括底架，支腿，梯子，栏杆等几部分组成。

3.1 机架设计的主要内容

(1) 机架结构方案的确定

(2) 机架上所有部件之间相互位置的确定

(3) 机架上所有部件与机架的连接方式及安装位置

(4) 机架外形尺寸的确定（要求运输宽度不超过2.2米）

(5) 机架钢结构的选材，机架稳定性的校核

(6) 完成机架总成图及零部件图。

3.2 底架的设计

3.2.1 机架设计的一般要求

(1) 机架的重量轻，材料选择合适，成本低。

(2) 结构合理，便于制造。

(3) 结构应使机架上的零部件安装，调整，修理和更换都方便。

(4) 结构设计合理，工艺性好，还应使机架本身的内应力小，有温度变换引起

的变形应力小。

(5) 抗振性能好。

(6) 耐腐蚀，使机架结构在服务期限内尽量少维修。

3.2.2 底架的材料选择

在材料的选择及钢结构的选择一般应考虑以下几个因素：

(1)结构的性质，如连接方式，方法，结构的重要性及其受力特点。

(2)载荷的性质，例如主要受的是动载荷还是静载荷等情况。

(3)结构的工作环境及条件：如所处的温度高低以及浸蚀的情况等。

由于搅拌机机架承重比较大，所以选用强度良好的Q235碳素钢来设计制造机架。受弯构件的截面形式有工字钢，槽钢，弯曲薄壁钢，组合梁等，在搅拌

机机架中，载荷作用点接近扭转中心，能保证截面不会发生扭转等一些情况，所以采用槽钢来焊接底架，其中有一些焊件考虑其受力很小用角钢代替，槽钢能起到节省材料的目的。

3.2.3 底架的大体尺寸

底架的总长度2800㎜，总宽度为1680㎜，为使制造节省材料，整机的结构紧凑，并同时满足上料的要求，放置搅拌筒的两根槽钢长度方向的距离为1300㎜，背对背放置，宽度方向两根槽钢面对面放置，两背面之间的距离为1680㎜，其他的槽钢间距具体尺寸如图3.1所示。

图3.1 JS500混凝土搅拌机机架底架

第 16 页

3.2.4 确定搅拌筒偏离机架底架重心的距离

在整个底架上，电机减速箱安装在一侧，从各部件的自重考虑，不对称的安装造成整个底架失稳的趋势，所以搅拌筒的安装位置中心必须偏向机架底架中心线，以保证整机在工作和运输时具有良好的稳定性。利用搅拌筒对中心线的力矩来平衡，考虑此方法会引起底架在长度方向的加长，空间体积太大，不便于运输，利用移动左右支腿（长度方向）的方法更加简便。

计算整机的重心位置：

由查阅有关资料及手册，可将各部件坐标，重量归纳如下表：

重心坐标：

GX=Giii

415.51080174101529106526102030130642.46852 1100330300415.517429263042.46

=288.14㎜ =

即整机重心在偏离搅拌筒中心线右侧288.14mm，由于左侧常有人工在台板上操作，加上栏杆的重量，大概整机的重心坐标为 180mm.

3.2.5 底架所受各力的分析计算

经分析：底架示意图上槽钢AB受力最大，所以校核时按AB受力来设计。槽钢AB所受的力的形式有：支腿在两端的支持力N1,N2，搅拌筒支承压力F1，F2,支承力加上上料架和料斗的压力F4,F5,减速箱结构包括联轴器，带轮的简化重量F3，水泵的压力F6，电器箱的压力F7。

由于整机重心位置偏移量不是很大，只有180mm，无须将支腿向中间靠近。其它部件自重作用点及尺寸可由底架图可知，可将AB看做受弯梁，其受力如下图3.2所示：

第 17 页

图3.2

(1) 计算支承压力F1，F2的大小

其中G=G筒+G料 =1100+500×2.3×(1+10%)=2365 kg

搅拌筒底架支撑对如下图3.3所示

:

图3.3

M,N两点为搅拌筒及料在左右支承中心，F1，F2为P,T两点的受力，且F1=F2，左右支承受力简图如图3.4

下所示：

图3.4

第 18 页

Mz=0 F1Tz - 1095

F1=

所以F1=F2=765.85 kg G=0 2123651095/1680=765.85 kg 2

(2) 计算支承压力F4，F5的大小

F4，F5为料斗上升到最高位置时，料斗中的料已卸入搅拌筒中而料斗还未下降时料斗与上料架的重量压在AB槽钢上的力，又前面数据可知 G料斗=300kg，

上料架包括上料轨道，则上料架作用在底架槽钢上的力为上料轨道架和其他部件的重量和，则有G上料轨道架=2rl=2×18.52×2.70=100.0kg （r:槽钢材料的试

比重18.52kg/m，出自《机械设计手册》上册第一分册），上料架上的其他部件如滑轮等估算重量为56kg.则 G上料架 =100.0+56=156kg 。

PQ槽钢受力示意图3.5：

图3.5

O1为上料架及料在最高点时底架的估计重心，由于上料架的滑轮等装置，料斗上升到最高位置时，合重偏靠PT方，则估计O1到第一槽钢的距离为530㎜，并假设槽钢PQ和TZ上有两支承点H、I。

画出受力简图如下图3.6所示：

第 19 页

图3.6

由Mk0则有：

1FA'1680 - （G料斗+ G上料架）×1150 =0 2

1FA'1680 - (300+156)×1150 =0 2

1FA'= (300+156)×1150/1680=156.07㎏ 2

所以 FA'=F4=F5=156.07kg

(3)计算减速器结构对槽钢AB的压力F3

由于皮带轮与槽钢的距离比较远，同时联轴器重43kg，皮带和带轮合重35kg，减速器的重量为415kg，由于皮带轮好联轴器的重量相近，可假设三者之和的作用中心为O2,合计重量为G合=503kg，受力示意图如下图3.7：

第 20 页

图3.7

根据平衡条件M(H)0

F31150- G合×450/1150=0 代入数据得：F3=196.83㎏ (4)计算电器箱对槽钢AB的压力F7

电器箱对槽钢AB的压力为F7，电器箱的重量为26㎏，由底架各部件相对位置尺寸确定，电器箱的位置为O3，受力示意图如下图3.8：

Q

图3.8

M

(Q)

0 F71680 – G(1680–205)=0

F7=26×（1680-205）/1680=22.83㎏ 所以 F7=22.83㎏

(5)计算水泵对槽钢AB的压力F6

水泵的重量为29㎏，由底架各部件相对位置尺寸确定，水泵的重心为O4，受力示意图如下图3.9：

第 21 页

(Z)

图3.10

M

(E)

0 G(1680 -135)- F6·1680=0

F6=29×(1680-135)/1680=26.67㎏ 所以 F6=26.67㎏ (6)计算槽钢AB的总受力

根据槽钢AB的受力情况求二支承力 N1，N2，总示意图如图3.11所示：

图3.11

由M(N1)=0 ，列出力矩平衡式：

+（F4+F5）·795+2025·（F2+F5）+2415·F3+F6·2475=N2·2800 F7·395

23395(156766)7952025(766156)2415194272475

2800

=1035.6㎏

N2=

第 22 页

N1=Fi-N2=2012.1-1035.6=976.5㎏ 3.2.6 求各点的力矩

因为将槽钢视为受弯梁，则求各力的弯矩，弯矩无论在指定截面的左侧或右侧，向上的外力产生正的弯矩，向下的弯矩产生负的弯矩。

MN1=0 g =9.8N/㎏

MC=N1·395=1035.6×395=409062×9.8=4008807.6N/㎏=4008.8KN·mm 795 -400·MD=N1·F7=1035.6×795-400×22.83=706138.5×9.8=7139.67

KN·mm

（2800-2025）-F3·（2415-2025）-F6·(2475-2025) ME=N2·

=976.5×（2800-2025）-196.83×(2415-2025)-26.67×450 =655407.625×9.8=6423.0 KN·mm

MF=N2·(2800-2415)- F6·(2475-2415)

=976.5×385-26.67×60 =3431.47 KN·mm

MG=N2·(2800-2475)=976.5×325=317362.5×9.8=3110.15 KN·mm MB=0

由以上的弯矩计算结果可以画出AB槽钢的受力弯矩图，该槽钢的受力弯矩图如下图3.12所示：

第 23 页

·

·

图3.12

由上示弯矩图可以看出，最大弯矩为Mmax=7139.67 KN·mm . 3.2.7 选材

由以上计算可知，最大弯矩为Mmax=7139.67 KN·mm ，此点D为危险点，D的截面为危险截面，所以按MD设计。

所选材料为普通碳素钢Q235，查《机械设计手册》可知其屈服极限

b=225N/mm2,由于比重较大，而且工作环境较差，搅拌时的振动较大，以及

上面不可避免的要打孔，将会有应力集中现象。为了保证工作和运输的安全，选取安全系数ns=1.8，则有：

[]=2.5）

b225==125 N/mm2 （由《材料力学》可知对型材可取ns=1.5～ns1.8

第 24 页

截面系数 x=

Mmax7139.67

==57.12 ，根据《材料力学》上册附录Ⅱ表3

125[]

查取截面系数x的标准值 x=87.1cm3，选取槽钢型号为热轧普通型槽钢 [14b，[14b 的有关数据如下图3.13：

图3.13 槽钢14b

3.2.8 底架的校核 （1）校核AB槽钢 ① 校核其强度

由《机械设计手册》取相关数据：b=60㎜，h=140㎜， t=9.5㎜，一根截面对称的梁，载荷作用在其最大刚度平面内，当载荷较小时，梁的弯曲平衡

第 25 页

状态是稳定的。由于外界各种因素会使梁产生微小的侧向弯曲和扭转变形，在外界影响消失后，梁仍能恢复原来的弯曲和扭转，没有丧失继续承担载荷的能力。但这时如果外界载荷稍微增大一些，梁的变形就会急剧增加，并导致梁的破坏，这种情况表示梁丧失了整体稳定性。梁维持其稳定性能承担的最大载荷或最大弯矩称为临界弯矩。

对于轧制槽钢简支梁的整体稳定系数，不论载荷的形式和载荷作用点在截 面高度上的位置如何均可按下式计算：

b=

570bt235

（公式出自《钢结构》附录） 

lhfy

式中 h — 槽钢的截面高度

b — 槽钢的翼缘高度 t — 槽钢的平均腿厚度

fy— 材料的屈服极限

对此槽钢进行校核：

570609.5235

=0.86566（注：fy=225Mpa由《材料力学》表2-1b=

2800140225

中查出）

b=0.86566>0.6 ,应由其相对应的b来代替b。按《钢结构》附表查出

'

相应的b'值。

b=1.1-'

0.46460.1269

+ 3

b

b2

0.1269(0.86566)

3

2

b=1.1-'

0.4646

+

0.86566

=0.72

Mmax7139.67103

则有==113.85

b1x0.7287100力的整体稳定性满足要求，强度满足要求。并且AB槽钢在底架中并不是计算的简支梁，而是和许多焊接件焊接后构成底架，使底架的整体稳定性得到进一步加强，所以稳定性完全可以得到保证，强度满足要求。为使槽钢稳定性更好，在槽钢两翼之间间隔的焊接了一些加强筋。 ② 校核AB槽钢的刚度

校核了槽钢的强度后，在工程应用中，对受弯杆件还应有刚度要求，即要求其变形不能太大，每个力作用在槽钢上都可以简化成下图图3.14，分别求其作用下槽钢的挠度。

图3.14

由公式fmax=

pb(lb)3EIl

2

322

注：公式出自《材料力学》上册表6-1续表

E — 钢材的弹性模量 I — 截面对主轴的惯性矩

Q235碳素钢取E=206×103 N/mm2(《钢结构》表2-6) 有如下计算： fC=

322

22.839.8(2800395)3

10=-0.16×㎜ 4

93206000866102800(765.85156.07)(2800795)3

10=-2.25×㎜ 4

93206000866102800(765.85156.07)(28002025)3

10=2.24×㎜ 4

93206000866102800196.839.8[2800(28002415)]3

10=-0.51×㎜ 4

9320600086610280026.679.8[2800(28002475)]3

10=-0.049×㎜ 4

9206000866102800

2

2

2

3

2

2

2

2

32

2

322

2

322

2

fD=

fE=

fF=

fG=

fmax=fi=fC+fD+fE+fF+fG

=（0.16+2.25+2.24+0.51+0.049）×103 =5.21×103㎜ 因为材料的许用挠度为

lll2800～之间，则取[f]===5.6㎜,因[1**********]0

为fmax=5.21×103㎜

经估算和分析，其他槽钢所承受的载荷最大也不会超过AB槽钢，故以校核完成，其他的不必再校核，进行其他的刚度、稳定性和强度的校核。 对于其他槽钢，由于其所受弯矩小于槽钢AB,则其强度均可以保证。支腿安装于槽钢Ⅰ、Ⅱ上，槽钢Ⅱ受力很小，，所以不易产生抗剪切现象，而槽钢Ⅰ受力很大，易发生剪切变形，所以要对此槽钢进行抗剪校核。由上述受力计算可知：

N1=976.5㎏，N2=1035.6㎏

*

QSz

由公式  (公式出自《材料力学》上册P180)

Izb

其中Q — 横截面上的剪力

b — 截面宽度，b=60㎜

Iz — 槽钢截面对主轴的惯性矩

*

— 槽钢截面上距中心轴为y的槽线以外部分的面积对中心轴的静矩。 Sz

1(140.82)2

=273.64cm3 S=6×0.8×7+×0.8×

82

*

z

2

1035.69.8273.64103

=58.3N/mm2 max=4

609108.0

由《机械设计手册》可查得Q235的抗剪强度f=115 N/mm2，由于孔等会引起

应力集中现象，取安全系数n=1.5，则 []=115/1.5=76.7 N/mm2,因为

max=58.3N/mm2

求，安全可靠。

3.3 支腿的设计

支腿选用Q235的等边角钢，四根槽钢分别安装在槽钢Ⅰ、Ⅱ上，各前支腿和后支腿之间用螺栓联结，选用等边角钢L110×110×10，两后支腿之间同样的用螺栓联结，前支腿之间无角钢联结，以便于出料及把卸出的料运走。 为了在运输时不对整机构件造成压损危险，故采用长短支腿的结构，运输时把长支腿拆卸后由短支腿承重。支腿和底架之间有螺栓联结的斜支撑和钢板，用于增加整机的稳定性。

选用等边角钢L110×110×10，联结结构如下图3.15所示：

图3.15

1.支腿 2.斜支撑 3. 底架槽钢

3.3.1 校核支腿的稳定性

支腿在整机工作时受到整机振动的影响，并承受底架上各部件的自重，为了简化计算，根据支腿在整机中的受力情况可以将其简化为两端固定（底面脚板在工作时要固定）的受压杆件考虑，如下图3.16所示：

图3.16

按长度1575㎜校核，在四个支腿中，由估算可知，支腿受到的最大压力

Qmax=1035.6㎏=10148.9N 考虑到底架上各部件的影响，取底架上各部件的总重为Gi，由于焊接在槽钢上的两前支腿承重较大，故设两前支腿承重

23

Gi Q=(

13

G×9.8)+ Q

i

max

1

=（×2900×9.8）+10148.9

3

=19622.3N

计算长度系数取0.5，由于压重较大切工作环境差，搅拌时有振动以及上面不可避免的要打孔，将有应力集中现象发生。为了保证安全，取安全系数ns=1.5,

225

=150 N/mm2，[]方1.5A

能满足条件，A为截面面积，所选等边角钢为L110×110×10，由《机械设计手

可查的Q235的屈服极限s=225N/mm2，

册》第3篇可查得A=21.261cm2,ix=3.38㎝（ix为截面对主轴的回转半径）。 长细比x=

0.5157.5

==23.29，对于受压杆件[]=150～200,取[]=150，

3.38ix

则x

p=135 Mpa。由《材料力学》公式(14.8) 求出

22206109

==122.72 1=6

p13510

因为由x

P162得Q235的a=304Mpa，b=1.12Mpa，由公式

as3042352==61.06 b1.12

这是用直线公式的最小柔度。1

crP19622.3s，cr=9.23Mpa

因此，支腿的强度完全满足要求。

，所以 x可查出相应的稳定系数x=0.976（由《钢结构》附录三可查得）

19622.3Q==9.74 N/mm2

要求，安全可靠。

3.3.2 局部稳定性的校核

翼缘宽厚比

h110h11 ，因为x

235 (250.5)

因为 y=(250.530)235=40.88 225h=11

综上各步计算、分析和校核，选取Q235碳素钢的热轧等边角钢L110×110

×10完全能满足使用要求。

3.4 梯子及栏杆的设计

对于梯子和栏杆，其强度方面要求不是特别重要，其可能受力也不大。因

为梯子仅供以人上下所用，栏杆供人扶撑用，起到安全保护的作用，所以不需

对此结构进行强度和刚度的校核，重点在其结构，具体尺寸与形状如下图3.17

和图3.18所示：

图3.17 栏 杆

图3.18 梯 子

1.弯板 2.横撑 3.梯腿 4.脚板

3.5 上料架与底架的联结形式及台板的设计

3.5.1 上料架与底架的联结形式

考虑到导向滑轮在靠近槽钢Ⅱ的边缘安装的原因，由于导向滑轮组的存在，

如果将上料架和底架以三面角钢联结形式焊接与底架上来实现是不可能的。所

以采用侧面焊接的方式。其结构如下图3.19所示：

图3.19

1. 钢板 2.联结槽钢 3.上料轨道架 4.联结钢板

3.5.2 台板

台板是供操作人员站立和行走的，所以采用防滑的花纹钢板设计台板。由《机械设计手册》选用国标GB/T 3277-1991。

3.6 电机底架的设计

为了防止皮带过松而引起皮带打滑现象（注：电机到减速器采用带传动），皮带设置张紧装置。由于移动电机比较困难，所以本设计采用不移动电动机的位置来实现皮带的张紧。

电机的底架由两根 角钢焊接与底架槽钢上，，角钢长度为490㎜，电机底板长450㎜，宽度为300㎜，将电机底板焊接在底架上，电动机底板上开四个槽，电动机可通过在槽中的移动来实现皮带的张紧。

在电动机底板上焊接固定两个螺母，要移动电机时，首先将法兰上的螺母拧松打开放松螺母，旋转调节螺钉，调节螺钉将会顶这电动机移动，将电动机移动到所需位置时，拧紧放松螺母，再拧紧法兰上的螺母，抵紧电机，以防止电机的移动。其结构简图如下图3.20所示：

图3.20

1.焊接固定螺母（与放松螺母用螺钉联结） 2.底架钢板

3.7 减速器底板的设计

由于搅拌筒轴中心高为500㎜，减速器中心高为280㎜，因为二者需要保持等高，所以将减速器底板设计成220㎜，长宽490㎜×350㎜，安装时将此底架支承用以钢板焊接在底架的槽钢上，在钢板上打相应位置的螺栓孔。

另外，由于带轮是联结减速器输入轴与电动机输出轴的部件，则考虑减速器底板、电动机底板在底架上的相对位置，必须保证准确、密切的相对位置关系。具体尺寸如下图3.21所示：

图3.21 减速器底板

将此板焊接在底架的机架上，并在其上打出相应位置的螺栓孔，以安装减速器，将减速器用螺栓联结在底架机架上。

4 设计总结

毕业设计是大学生专业知识深化和系统提高的重要过程，是对学生实践能力、理论联系实际能力和创新精神的综合训练，是培养学生探求真理的科学精神、科学研究方法和优良的思想品质等综合素质的重要途径。通过本次JS500混凝土搅拌机的设计，加深了我对专业知识的理解和应用，同时，也弥补了以前的知识漏洞，巩固了知识的积累。更好的利用所学知识解决实际问题。在老师的指导下，自己的各方面能力有了全面提高。

机架是整机的基础，要求设计时确定其与其余各部件的安装位置与尺寸关系，通过全面的设计计算，校核整个机架的强度、刚度、整体稳定性和局部稳定性。整个底架由槽钢，角钢和钢板以焊接或螺栓联结而形成，因而要求有相关的材料力学和钢结构的知识。

通过这次毕业设计，不仅对JS500混凝土搅拌机有了完整的了解，而且学会了解决一些工程技术问题的方法，对自己有很大帮助，为我即将走上工作岗位打下良好的基础，同时开阔了自己的视野，对机械相关产品及知识有了更多的了解。

参考文献

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mixers;report:efficientcy of concrete mixers to-wards qualification of mixers,Mater.Struct.(Suppl.196)28-32(1997).

附录

图纸清单

共计折合A1图7张

致谢

本次毕业设计是在陈宜通老师的悉心指导下完成的，在整个设计过程中老师孜孜不倦的指导、严谨的治学及对学生的关心与爱护极大的提高了我们毕业设计的效率和进度，同时使我们学到了更多东西。陈老师每天都亲临设计室指导，使我倍受感动，在这里表示由衷的感谢，老师辛苦了。同时也感谢张平老师细心、尽责的指导，感谢老师们的用心指导和督促，使我能顺利完成任务，万分感谢。还有同组的林海、李小斌、高启林同学的知识交流与互勉。