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引言[1]
混凝土機械是建設(shè)機械的主要門類,而混凝土的拌和是工程建設(shè)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵所在,其中混凝土攪拌站扮演著一個重要角色。攪拌站的建設(shè)在我國建筑業(yè)的發(fā)展中異軍突起,所以說對攪拌站的設(shè)計有著十分必要的現(xiàn)實意義。
近二十多年以來,隨著我國城市化進程的不斷推進,商品混凝土在大中城市乃至部分城鎮(zhèn)得到了迅猛發(fā)展和推廣應(yīng)用?；炷翑嚢枵镜闹圃旒夹g(shù)及建設(shè)都已取得了豐碩的成果,如具有:1)較高的可靠性;2)較高的自動化控制程度;3)較高的生產(chǎn)能力;4)較高的計量精度;5)較高的攪拌質(zhì)量;6)攪拌站主機及其主要元器件的國產(chǎn)化程度較高;7)建站投資較省等。
不過受目前制造業(yè)現(xiàn)狀的制約,其發(fā)展有一定的局限性。如:1)攪拌站整體技術(shù)含量不高;2)智能化程度不高;3)環(huán)保性能不高;4)普及率不高,地區(qū)差異大。
隨著我國商品混凝土機械進一步發(fā)展,在開展綠色制造、研發(fā)節(jié)能型產(chǎn)品、環(huán)保型產(chǎn)品、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、國產(chǎn)化等方面大量的工作需要努力。
1 HZS100型混凝土攪拌站的方案設(shè)計
1.1 攪拌系統(tǒng)
攪拌主機選用JS2000型雙臥軸強制式攪拌主機。
1.2 貯存系統(tǒng)
骨料的貯存采用計算機控制的配料機,用三個貯料斗,整體呈/一0字形排列,以方便裝載機上料。給料機構(gòu)的給料形式為扇形門給料。水泥粉料采用鋼結(jié)構(gòu)筒倉貯存,筒倉的上部配置拍打振動式除塵器。微波料位計監(jiān)測水泥料倉的儲料情況。采用小水箱供水,大水池貯存方式。添加劑采用專用箱體結(jié)構(gòu)安裝于攪拌站的計量層的上部。
1.3 計量系統(tǒng)
1)骨料計量。采用皮帶秤累計計量的方式。其結(jié)構(gòu)是料斗鉸接于皮帶機的機架上,傳感器采用懸臂式傳感器,90b球鉸接于機架上,直接計量。2)水泥計量。采用設(shè)置在攪拌機上方的全封閉單獨計量斗。計量斗上設(shè)有破拱裝置,能保證水泥快速卸出。其他的粉料的計量在水泥計量斗中累計計量。3)水計量。采用三吊點懸掛式稱量機構(gòu),并設(shè)有補供精稱水路,能夠?qū)崿F(xiàn)水的精確稱量。4)附加劑計量。采用單獨的計量斗計量,在計量管路上設(shè)置減壓緩沖裝置,以保證劑量的精確性。在附加劑箱內(nèi)設(shè)置安裝氣動附加劑攪拌裝置,以防止附加劑的沉淀或分層,保證附加劑的均勻度。
1.4 提升輸送裝置
骨料通過裝載機向配料機的料倉中上料,計量后的骨料由設(shè)在配料機下部的水平皮帶輸送機輸送到小傾角(設(shè)計傾角18b)普通斜皮帶輸送機上。再由斜皮帶機輸送到攪拌機上方的儲料斗中,完成骨料的提升。
水泥的提升采用螺旋輸送機全封閉輸送。無間斷的實體螺旋葉片輸送迅速,卸料干凈,喂料均勻。
水、附加劑采用泵送。向攪拌機中輸送時,采用泵強制供給。
1.5 電氣控制系統(tǒng)
攪拌站采用工控機總線型控制系統(tǒng)對攪拌站的的電氣元件、稱量、配料、攪拌、監(jiān)測、打印、數(shù)據(jù)庫等進行控制和管理。
2 配料機設(shè)計
2.1 配料機鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計
本攪拌站的配料機設(shè)計容量為(3@12)m3,計量范圍0 kg~4 000 kg,計量斗容量2.4 m3。貯料斗分為上下兩層結(jié)構(gòu),上層斗體為鋼板鉸接結(jié)構(gòu),下層為臺式殼體結(jié)構(gòu);上層鉸接在支架上,下層斗體與上層鉸接,并與支架有支撐關(guān)系,上下層的鉸接只是為了定位。支架為鋼結(jié)構(gòu),皮帶秤通過傳感器鉸接在支架支腿上。
2.2 倉體設(shè)計
在設(shè)計倉體時應(yīng)著重考慮各倉體上口的寬度、倉體的容量和倉底錐部位各面的傾斜角度。倉體上口的寬度應(yīng)根據(jù)鏟運設(shè)備斗寬來確定,一般要比鏟運設(shè)備的斗寬300 mm~400 mm。倉體的容量設(shè)計時應(yīng)為鏟運設(shè)備斗容的2倍~5倍,這樣做有兩點優(yōu)點:1)鏟運設(shè)備裝料時不撒料;2)骨料儲料斗保持有一定的儲料可以更好地滿足整個攪拌站連續(xù)運轉(zhuǎn)。倉底錐部位各面的傾斜角度嚴(yán)格講應(yīng)根據(jù)骨料儲料倉所儲存物料的靜態(tài)安息角來確定,而不同物料的靜態(tài)安息角各不相同,也就是說在理論上設(shè)計配料機幾種骨料儲料倉底錐部位各面的傾斜角度應(yīng)各不相同。實際中通常都依據(jù)砂的靜態(tài)安息角來確定,然后將各儲倉都設(shè)計、制作成相同的倉體,既滿足了各種物料配料時落料的流暢,又使設(shè)計和生產(chǎn)變得簡單、方便。
3 配料機結(jié)構(gòu)力學(xué)模型簡化及有限元計算
3.1 配料機金屬結(jié)構(gòu)力學(xué)模型簡化
依據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)模型簡化要遵循的一般原則:1)模型要盡可能地反映實際結(jié)構(gòu)主要工作性能,以使計算結(jié)果精確可靠。2)必須抓住主要矛盾,忽略某些次要因素,力求計算簡便。配料機結(jié)構(gòu)為空間剛梁組合結(jié)構(gòu),受力構(gòu)件基本上可分為梁式桿和桁架桿。
3.2 配料機金屬結(jié)構(gòu)有限元分析
計算結(jié)果:建立出模型后,應(yīng)用ANSYS軟件直接就可以計算出機架載滿荷時的各種力學(xué)狀態(tài)。
由有限元分析結(jié)果可以看出:1)各種受力及變形與結(jié)構(gòu)和荷載有關(guān),在此對稱結(jié)構(gòu)中呈對稱性分布。2)針對此結(jié)構(gòu)而言,受力和變形較大的點主要是支腿的中間梁結(jié)點處(受力最大點為支腿根部,這里是綜合受力處)以及橫梁的人字支撐結(jié)點處。這些位置點所要注意的問題是要保證焊接接點的強度,以增加剛度,減小變形和應(yīng)力。盡可能地使受力點均布對稱,使對稱結(jié)構(gòu)與對稱力形成部分內(nèi)消,整體穩(wěn)定性加強。
通過有限元的建模分析,可知此結(jié)構(gòu)的選型布置是較合理的,變形均勻,有很好的穩(wěn)定性。而且結(jié)構(gòu)的變形很小,強度和剛度都比較大,從這點來說,結(jié)構(gòu)的選材還是可以進一步改進的。
進一步對其分析討論,從結(jié)構(gòu)上來說,這種選型是沒有問題的,而且有很好的指導(dǎo)意義。一般來說,象這種框架結(jié)構(gòu),不管受力是豎直、水平或是斜向的受力較大的一般在邊緣支點。若受力不大,結(jié)構(gòu)完全可以取掉中間梁和人字加強桿,為保證要求可以只加人字加強桿。然而從上面的分析可以看出,人字加強桿對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有著很大的作用,它可以分散上梁受力,均布應(yīng)力,減小彎矩,使結(jié)構(gòu)變形減小,剛度和強度加強很多。再加上橫梁后,結(jié)果就如同以上的分析結(jié)果一樣,會是更理想的。再從材料選擇上來說,從結(jié)果來看,結(jié)構(gòu)的強度、剛度很大,穩(wěn)定性很好(幾乎沒有變形)。這說明了材料選的偏大,材料還可以進一步的節(jié)省。
4 結(jié)語
本設(shè)計的配料機結(jié)構(gòu),在結(jié)構(gòu)上進行了有限元計算,使得結(jié)構(gòu)合理,受力理想。在攪拌站的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計或其他結(jié)構(gòu)設(shè)計中,也同樣按照這種設(shè)計思想來設(shè)計,可以得到同樣的效果?，F(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計的選材或許大了一些(過強),也就是說,現(xiàn)在生產(chǎn)廠家的選材較為保守?；蛘哒f,在結(jié)構(gòu)上還有些欠缺,從材料選擇上還需有很大的改進。在對配料機的結(jié)構(gòu)進行有限元分析中所得到的結(jié)果可以看出,有限元分析軟件是一個很好的實體分析軟件,有效地解決結(jié)構(gòu)力學(xué)建模手工不容易演算,而且與實際狀態(tài)相差較大的問題。

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