引言[1]
混凝土機械是建設機械的主要門類,而混凝土的拌和是工程建設的基礎和關鍵所在,其中混凝土攪拌站扮演著一個重要角色。攪拌站的建設在我國建築業的發展中異軍突起,所以說對攪拌站的設計有著十分必要的現實意義。
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得到了迅猛發展和推廣應用。混凝土攪拌站的製造技術及建設都已取得了豐碩的成果,如具有:1)較高的可靠性;2)較高的自動化控製程度;3)較高的生產能力;4)較高的計量精度;5)較高的攪拌質量;6)攪拌站主機及其主要元器件的國產化程度較高;7)建站投資較省等。
不過受目前製造業現狀的製約,其發展有一定的局限性。如:1)攪拌站整體技術含量不高;2)智能化程度不高;3)環保性能不高;4)普及率不高,地區差異大。
隨著我國商品混凝土機械進一步發展,在開展綠色製造、研發節能型產品、環保型產品、標準化、模塊化、國產化等方麵大量的工作需要努力。
1 HZS100型混凝土攪拌站的方案設計
1.1 攪拌係統
攪拌主機選用JS2000型雙臥軸強製式攪拌主機。
1.2 貯存係統
骨料的貯存采用計算機控製的配料機,用三個貯料鬥,整體呈/一0字形排列,以方便裝載機上料。給料機構的給料形式為扇形門給料。水泥粉料采用鋼結構筒倉貯存,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構安裝於攪拌站的計量層的上部。
1.3 計量係統
1)骨料計量。采用皮帶秤累計計量的方式。其結構是料鬥鉸接於皮帶機的機架上,傳感器采用懸臂式傳感器,90b球鉸接於機架上,直接計量。2)水泥計量。采用設置在攪拌機上方的全封閉單獨計量鬥。計量鬥上設有破拱裝置,能保證水泥快速卸出。其他的粉料的計量在水泥計量鬥中累計計量。3)水計量。采用三吊點懸掛式稱量機構,並設有補供精稱水路,能夠實現水的精確稱量。4)附加劑計量。采用單獨的計量鬥計量,在計量管路上設置減壓緩衝裝置,以保證劑量的精確性。在附加劑箱內設置安裝氣動附加劑攪拌裝置,以防止附加劑的沉澱或分層,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,計量後的骨料由設在配料機下部的水平皮帶輸送機輸送到小傾角(設計傾角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鬥中,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,卸料幹淨,喂料均勻。
水、附加劑采用泵送。向攪拌機中輸送時,采用泵強製供給。
1.5 電氣控製係統
攪拌站采用工控機總線型控製係統對攪拌站的的電氣元件、稱量、配料、攪拌、監測、打印、數據庫等進行控製和管理。
2 配料機設計
2.1 配料機鋼結構設計
本攪拌站的配料機設計容量為(3@12)m3,計量範圍0 kg~4 000 kg,計量鬥容量2.4 m3。貯料鬥分為上下兩層結構,上層鬥體為鋼板鉸接結構,下層為台式殼體結構;上層鉸接在支架上,下層鬥體與上層鉸接,並與支架有支撐關係,上下層的鉸接隻是為了定位。支架為鋼結構,皮帶秤通過傳感器鉸接在支架支腿上。
2.2 倉體設計
在設計倉體時應著重考慮各倉體上口的寬度、倉體的容量和倉底錐部位各麵的傾斜角度。倉體上口的寬度應根據鏟運設備鬥寬來確定,一般要比鏟運設備的鬥寬300 mm~400 mm。倉體的容量設計時應為鏟運設備鬥容的2倍~5倍,這樣做有兩點優點:1)鏟運設備裝料時不撒料;2)骨料儲料鬥保持有一定的儲料可以更好地滿足整個攪拌站連續運轉。倉底錐部位各麵的傾斜角度嚴格講應根據骨料儲料倉所儲存物料的靜態安息角來確定,而不同物料的靜態安息角各不相同,也就是說在理論上設計配料機幾種骨料儲料倉底錐部位各麵的傾斜角度應各不相同。實際中通常都依據砂的靜態安息角來確定,然後將各儲倉都設計、製作成相同的倉體,既滿足了各種物料配料時落料的流暢,又使設計和生產變得簡單、方便。
3 配料機結構力學模型簡化及有限元計算
3.1 配料機金屬結構力學模型簡化
依據結構力學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構主要工作性能,以使計算結果精確可靠。2)必須抓住主要矛盾,忽略某些次要因素,力求計算簡便。配料機結構為空間剛梁組合結構,受力構件基本上可分為梁式杆和桁架杆。
3.2 配料機金屬結構有限元分析
計算結果:建立出模型後,應用ANSYS軟件直接就可以計算出機架載滿荷時的各種力學狀態。
由有限元分析結果可以看出:1)各種受力及變形與結構和荷載有關,在此對稱結構中呈對稱性分布。2)針對此結構而言,受力和變形較大的點主要是支腿的中間梁結點處(受力最大點為支腿根部,這裏是綜合受力處)以及橫梁的人字支撐結點處。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,減小變形和應力。盡可能地使受力點均布對稱,使對稱結構與對稱力形成部分內消,整體穩定性加強。
通過有限元的建模分析,可知此結構的選型布置是較合理的,變形均勻,有很好的穩定性。而且結構的變形很小,強度和剛度都比較大,從這點來說,結構的選材還是可以進一步改進的。
進一步對其分析討論,從結構上來說,這種選型是沒有問題的,而且有很好的指導意義。一般來說,象這種框架結構,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,結構完全可以取掉中間梁和人字加強杆,為保證要求可以隻加人字加強杆。然而從上麵的分析可以看出,人字加強杆對結構的穩定性有著很大的作用,它可以分散上梁受力,均布應力,減小彎矩,使結構變形減小,剛度和強度加強很多。再加上橫梁後,結果就如同以上的分析結果一樣,會是更理想的。再從材料選擇上來說,從結果來看,結構的強度、剛度很大,穩定性很好(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省。
4 結語
本設計的配料機結構,在結構上進行了有限元計算,使得結構合理,受力理想。在攪拌站的整體結構設計或其他結構設計中,也同樣按照這種設計思想來設計,可以得到同樣的效果。現有產品設計的選材或許大了一些(過強),也就是說,現在生產廠家的選材較為保守。或者說,在結構上還有些欠缺,從材料選擇上還需有很大的改進。在對配料機的結構進行有限元分析中所得到的結果可以看出,有限元分析軟件是一個很好的實體分析軟件,有效地解決結構力學建模手工不容易演算,而且與實際狀態相差較大的問題。

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