引言[1]
混凝土机械是建设机械的主要门类,而混凝土的拌和是工程建设的基础和关键所在,其中混凝土搅拌站扮演着一个重要角色。搅拌站的建设在我国建筑业的发展中异军突起,所以说对搅拌站的设计有着十分必要的现实意义。
近二十多年以来,随着我国城市化进程的不断推进,商品混凝土在大中城市乃至部分城镇得到了迅猛发展和推广应用。混凝土搅拌站的制造技术及建设都已取得了丰硕的成果,如具有:1)较高的可靠性;2)较高的自动化控制程度;3)较高的生产能力;4)较高的计量精度;5)较高的搅拌质量;6)搅拌站主机及其主要元器件的国产化程度较高;7)建站投资较省等。
不过受目前制造业现状的制约,其发展有一定的局限性。如:1)搅拌站整体技术含量不高;2)智能化程度不高;3)环保性能不高;4)普及率不高,地区差异大。
随着我国商品混凝土机械进一步发展,在开展绿色制造、研发节能型产品、环保型产品、标准化、模块化、国产化等方面大量的工作需要努力。
1 HZS100型混凝土搅拌站的方案设计
1.1 搅拌系统
搅拌主机选用JS2000型双卧轴强制式搅拌主机。
1.2 贮存系统
骨料的贮存采用计算机控制的配料机,用三个贮料斗,整体呈/一0字形排列,以方便装载机上料。给料机构的给料形式为扇形门给料。水泥粉料采用钢结构筒仓贮存,筒仓的上部配置拍打振动式除尘器。微波料位计监测水泥料仓的储料情况。采用小水箱供水,大水池贮存方式。添加剂采用专用箱体结构安装于搅拌站的计量层的上部。
1.3 计量系统
1)骨料计量。采用皮带秤累计计量的方式。其结构是料斗铰接于皮带机的机架上,传感器采用悬臂式传感器,90b球铰接于机架上,直接计量。2)水泥计量。采用设置在搅拌机上方的全封闭单独计量斗。计量斗上设有破拱装置,能保证水泥快速卸出。其他的粉料的计量在水泥计量斗中累计计量。3)水计量。采用三吊点悬挂式称量机构,并设有补供精称水路,能够实现水的精确称量。4)附加剂计量。采用单独的计量斗计量,在计量管路上设置减压缓冲装置,以保证剂量的精确性。在附加剂箱内设置安装气动附加剂搅拌装置,以防止附加剂的沉淀或分层,保证附加剂的均匀度。
1.4 提升输送装置
骨料通过装载机向配料机的料仓中上料,计量后的骨料由设在配料机下部的水平皮带输送机输送到小倾角(设计倾角18b)普通斜皮带输送机上。再由斜皮带机输送到搅拌机上方的储料斗中,完成骨料的提升。
水泥的提升采用螺旋输送机全封闭输送。无间断的实体螺旋叶片输送迅速,卸料干净,喂料均匀。
水、附加剂采用泵送。向搅拌机中输送时,采用泵强制供给。
1.5 电气控制系统
搅拌站采用工控机总线型控制系统对搅拌站的的电气元件、称量、配料、搅拌、监测、打印、数据库等进行控制和管理。
2 配料机设计
2.1 配料机钢结构设计
本搅拌站的配料机设计容量为(3@12)m3,计量范围0 kg~4 000 kg,计量斗容量2.4 m3。贮料斗分为上下两层结构,上层斗体为钢板铰接结构,下层为台式壳体结构;上层铰接在支架上,下层斗体与上层铰接,并与支架有支撑关系,上下层的铰接只是为了定位。支架为钢结构,皮带秤通过传感器铰接在支架支腿上。
2.2 仓体设计
在设计仓体时应着重考虑各仓体上口的宽度、仓体的容量和仓底锥部位各面的倾斜角度。仓体上口的宽度应根据铲运设备斗宽来确定,一般要比铲运设备的斗宽300 mm~400 mm。仓体的容量设计时应为铲运设备斗容的2倍~5倍,这样做有两点优点:1)铲运设备装料时不撒料;2)骨料储料斗保持有一定的储料可以更好地满足整个搅拌站连续运转。仓底锥部位各面的倾斜角度严格讲应根据骨料储料仓所储存物料的静态安息角来确定,而不同物料的静态安息角各不相同,也就是说在理论上设计配料机几种骨料储料仓底锥部位各面的倾斜角度应各不相同。实际中通常都依据砂的静态安息角来确定,然后将各储仓都设计、制作成相同的仓体,既满足了各种物料配料时落料的流畅,又使设计和生产变得简单、方便。
3 配料机结构力学模型简化及有限元计算
3.1 配料机金属结构力学模型简化
依据结构力学模型简化要遵循的一般原则:1)模型要尽可能地反映实际结构主要工作性能,以使计算结果精确可靠。2)必须抓住主要矛盾,忽略某些次要因素,力求计算简便。配料机结构为空间刚梁组合结构,受力构件基本上可分为梁式杆和桁架杆。
3.2 配料机金属结构有限元分析
计算结果:建立出模型后,应用ANSYS软件直接就可以计算出机架载满荷时的各种力学状态。
由有限元分析结果可以看出:1)各种受力及变形与结构和荷载有关,在此对称结构中呈对称性分布。2)针对此结构而言,受力和变形较大的点主要是支腿的中间梁结点处(受力最大点为支腿根部,这里是综合受力处)以及横梁的人字支撑结点处。这些位置点所要注意的问题是要保证焊接接点的强度,以增加刚度,减小变形和应力。尽可能地使受力点均布对称,使对称结构与对称力形成部分内消,整体稳定性加强。
通过有限元的建模分析,可知此结构的选型布置是较合理的,变形均匀,有很好的稳定性。而且结构的变形很小,强度和刚度都比较大,从这点来说,结构的选材还是可以进一步改进的。
进一步对其分析讨论,从结构上来说,这种选型是没有问题的,而且有很好的指导意义。一般来说,象这种框架结构,不管受力是竖直、水平或是斜向的受力较大的一般在边缘支点。若受力不大,结构完全可以取掉中间梁和人字加强杆,为保证要求可以只加人字加强杆。然而从上面的分析可以看出,人字加强杆对结构的稳定性有着很大的作用,它可以分散上梁受力,均布应力,减小弯矩,使结构变形减小,刚度和强度加强很多。再加上横梁后,结果就如同以上的分析结果一样,会是更理想的。再从材料选择上来说,从结果来看,结构的强度、刚度很大,稳定性很好(几乎没有变形)。这说明了材料选的偏大,材料还可以进一步的节省。
4 结语
本设计的配料机结构,在结构上进行了有限元计算,使得结构合理,受力理想。在搅拌站的整体结构设计或其他结构设计中,也同样按照这种设计思想来设计,可以得到同样的效果。现有产品设计的选材或许大了一些(过强),也就是说,现在生产厂家的选材较为保守。或者说,在结构上还有些欠缺,从材料选择上还需有很大的改进。在对配料机的结构进行有限元分析中所得到的结果可以看出,有限元分析软件是一个很好的实体分析软件,有效地解决结构力学建模手工不容易演算,而且与实际状态相差较大的问题。

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