admas机械球形搅拌机建模设计[优秀范文5篇]

第一篇：admas机械球形搅拌机建模设计

一．题目说明：

机械搅拌机常应用于化学工业和食品工业中对拌料工作（如下图）。电动机带动小轮经过带传动减速，大轮带动连杆2逆时针回转，驱动大轮1—2—3组成曲柄滑杆机构带动杆三来回运动进行搅拌。1.机械球形搅拌机结构简图

2.机械球形搅拌机工作原理

3.相关数据

构件 小轮 大轮 半径 60mm 80mm

长度

宽度 厚度 10mm 10mm 大轮曲

柄

连杆2 连杆3

50mm 120mm 135mm

10mm 10mm

10mm 8mm 8mm 二.仿真建模过程

（1）打开adams界面，点击creat a new model

（2）点击OK，进入Adams开始建模，根据相关尺寸画出所有构件，如下

小轮

带凸台的大轮

带两个转动副的连杆

球形搅拌棒（3）确定个构件的之间的传动关系

1.大轮与小轮

通过带实现平稳减速的传动方式，设计时，取小轮半径r=60mm，大轮直径R=80mm，传动比i=0.75，采用耦合副，在工具栏中按钮，然后选取大轮和小轮两个旋转副，小轮为驱动副，大轮为从动副，在图形区的耦合副图标上单击右键，在弹出的菜单中选择Modify项，在对话框中拾取运动副，再输入传递比例关系k1和k2，确定约束关系k1θ1+k2θ2=0,画出带传动

2.设置曲柄摇杆机构

①搅拌机的传动包括由大轮—杆2—杆3组成的曲柄摇杆机构，如图

建立约束如下：

1.大轮上的凸台与大轮固定，随大轮一起转动。

2.凸台与连杆构成转动副.3.连杆与搅拌棒构成旋转副.4.搅拌棒与机架构成旋转副.该结构有小轮驱动，小轮上建立驱动结构

②曲柄摇杆机构的尺寸设计

曲柄摇杆机构的条件：

1.杆长条件：最长杆+最短杆<两中间杆之和 2.最短杆是曲柄

设计长度：

AB=50mm

BC=120mm CD=78.1mm

AD=138.3mm 此长度满足杆长条件，且最短杆为曲柄，可以实现搅拌机的搅拌棒做来回往复运动的条件 三．仿真分析

对所建立的模型进行仿真，发现机构能按预定的轨迹运行，再机构运行的过程中，可以通过对小轮转速的控制，实现对搅拌速度的正确控制，所建立的模型可行。

四．学习虚拟样机的感悟

进过半学期对ADAMS的学习，我对ADAMS有了一定的了解和认识。记得第一次接触它，是在老师的第一堂课上，跑动的小车、逼真的雷达侦察机、不可思议的种种运动机构。。让当时的我眼界大开，是什么东西让这些复杂的运动展现在我们面前，是什么东西让我们把脑中想象的运动变成电脑屏幕的仿真模型，后来，随着一节节课的学习，通过对ADAMS的不断学习，我知道了怎么去创建一个元素，怎么去编辑一些构件以及添加约束和驱动，慢慢的我也学会了建立一些常用的模型。

后来，在上机实验的时候，我才发现“纸上得来终属浅”的道理，在建模的过程中，我束手无策，平时上课学到的到了自己去操作的时候就变得非常吃力.不过，随着慢慢的对ADAMS这款软件的学习和熟悉，我慢慢的熟练图形区和工具栏中各个图标的使用，在几次的上机实验后，我明白了ADAMS的学习需要不断的练习，不断的对各项操作的熟练。

这次建模练习也是一次对ADAMS进行“充电”良好机会，第一次尝试去自己仿真机构传动，虽然我设计的机构传动关系并不复杂，但是设计的过称中仍然是困难重重，常常设计出来建立好模型，仿真起来屡屡出错，后来经过不断的调试，不断的改进，才弄出满意的作品.在这次练习中，通过和同学的交流，也看到他们的作品，我学到了很多。我发现很多同学的作品很新颖也很复杂，他们设计起来更是起早摸黑，我想他们更是收获很多，每次我遇到的问题，他们也是同样遇到过，向他们讨教，问题往往迎刃而解。

这次练习虽然设计的机构并不复杂，但也是令我受益匪浅，激发了我对ADAMS的兴趣。我想在以后的时间里，应该对它多多练习，也应该去多多思考，当然，我也希望以后对一些稀奇古怪的机构进行仿真，做一个ADAMS的热爱者！

第二篇：搅拌机设计流程

摘要

搅拌机是搅拌设备的心脏。在搅拌机设计及使用过程中，合理的选取搅拌机的结构，运动和工作参数，直接关系到混凝土等材料的搅拌质量和搅拌效率。论文对搅拌臂的排列、搅拌叶片的安装角、拌筒长宽比、搅拌机转速和搅拌时间等主要参数的选取进行分析与试验研究。通过归纳，给出了双卧轴搅拌机的主要参数，包括搅拌臂排列、叶片安装角、拌筒长宽比、搅拌线速度等；给出了评价搅拌机参数合理与否的准则；给出了搅拌臂排列的基本原则。论文通过试验研究，建议用叶片推动的物料量与该搅拌机的公称容量的比值rl，来综合评定搅拌臂的个数，叶片面积和其他参数匹配的合理性，并作为设计时的参考；双卧轴搅拌机的叶片的安装角范围为3l一45，对国内广泛使用的宽短型双卧轴搅拌机叶片安装角度推荐为45；对目前国内外普遍使用的双卧轴搅拌机，它的长宽比的选择范围为0．7—1．3，推荐使用值为小于1；搅拌机的转速主要受搅拌过程中混合料不发生离析现象所限制，对目前常用的双卧轴搅拌机，推荐的叶片线速度为1．4m／s-1．7m／s／；合理的搅拌时间是保证搅拌质量符合要求条件下的最短搅拌时间，它受充盈率等多种因素影响，合理的搅拌时间应通过试拌来确定。[关键词]：搅拌机、主要参数、合理性、实验研究

第1章 前言

1．1国内外研究现状及发展趋势

19世纪40年代，在德、美、俄等国家出现了以蒸气机为动力源的白落式搅拌机，其搅拌腔由多面体状的木制筒构成，一直到19世纪80年代，才开始用铁或钢件代替木板，但形状仍然为多面体。1888年法国申请登记了第一个用于修筑战前公路的混凝土搅拌机专利。20世纪初，圆柱形的拌筒自落式搅拌机才开始普及，其工作原理如图1．2所示。形状的改进避免了混凝土在拌筒内壁上的凝固沉积，提高了搅拌质量和效率。1903年德国在斯太尔伯格建造了世界上第一座水泥混凝土的预拌工厂。1908年，在美国出现了第一台内燃机驱动的搅拌机，随后电动机则成为主要动力源。从1913年，美国开始大量生产预拌混凝土，到1 950年，亚洲大陆的日本开始用搅拌机生产预拌混凝土。在这期间，仍然以各种有叶片或无叶片的自落式搅拌机的发明与应用为主⋯。自落式搅拌机依靠被拌筒提升到一定高度的物料的自落完成搅拌。工作时，随着拌筒的转动，物料被搅拌筒内壁固定的叶片提升到一定高度后，依靠自重下落。由于各物料颗粒下落的高度、时问、速度、落点和滚动距离不同，从而物料各颗粒相互穿插、渗透、扩散，最后达到均匀混合。自落式搅拌机结构简单，可靠性高，维护简单，功率消耗小，拌筒和叶片磨损轻，但搅拌强度不高，生产效率低，搅拌质量不易保证。此种搅拌机适于拌制普通塑性混凝土，广泛应用于中小型建筑工地。按拌筒形状和卸料方式的不同，有鼓筒式搅拌机、双锥反转出料搅拌机、双锥倾翻出料搅拌机和对开式搅拌机等，其中鼓简式搅拌机技术性能落后，已于1987年被我国建设部列为淘汰产品。随着多种商品混凝土的广泛使用以及建筑规模的大型化、复杂化和高层化对混凝土质量、产量不断提出的更高要求，有力地促进了混凝土搅拌设备在使用性能和技术水平方面的提高与发展。各国研究人员开始从混凝土搅拌机的结构形式、传动方式、搅拌腔衬板材料以及搅拌生产工艺等方面进行改进和探索。20世纪40年代后期，德国ELBA公司最先发明了强制式搅拌机，和自落式搅拌机的工作原理不同，强制式搅拌机利用旋转的叶片强迫物料按预定轨迹产生剪切、挤压、翻滚和抛出等强制搅拌作用，使物料在剧烈的相对运动中得到匀质搅拌。强制式搅拌机工作原理如图1．3，与自落式搅拌机相比，强制式搅拌机搅拌作用强烈，搅拌质量好，搅拌效率高，但拌筒和叶片磨损大，功耗增大。此种搅拌机适于拌制干硬性、轻骨料混凝土以及特种混凝土和专用混凝土，多用于施工现场的混凝土搅拌站和预拌混凝土搅拌楼。根据构造特征不同，主要有立轴涡浆式搅拌机、立轴行星式搅拌机、立轴对流式搅拌机、单卧轴搅拌机和双卧轴搅拌机等。

图1．2 自落式搅拌机工作原理示意图图1．3强制式搅拌机工作原理示意图

随着技术的发展，强制式搅拌机在德国的BHS公司和ELBA公司、美国的JOHNSON 公司和REX WORKS公司、意大利的SICOMA公司和SIMEN公司、日本的日工株式会社和光洋株式会社等企业发展迅速，目前已形成系列产品。比如德国的EMC系列、EMS系列搅拌站和UBM系列、EMT系列搅拌楼，意大利的MAO系列搅拌站、MSO 系列大型搅拌基地等。我国混凝土搅拌设备的生产从20世纪50年代开始。1952年，天津工程机械厂和上海建筑机械厂试制出我国第一代混凝土搅拌机，进料 容量为400L和1000L。20世纪70年代未至80年代初，我国为适应建筑业商品混凝土大规模发展的需要，在引进国外样机的基础上，有关院所厂家陆续开发了新一代Jz型双锥自落式搅拌机、．D型单卧轴强制式搅拌机。其中，JS型双卧轴搅拌机在80年代初研制成功。80年代末，我国混凝土搅拌产品开发重点转向商品混凝土成套设备，研制出了10多种混凝土搅拌楼(站)。经过引进吸收、自主开发等几个阶段，到本世纪初，国内混凝土搅拌机技术得到长足发展，在产品规格和生产数量上，都达到了一定规模，出现了一批具有自主知识产权的新技术，逐步形成了一个具有一定规模和竞争能力的行业。2006年，我国生产装机容量O．5～6m3的搅拌站2100多台，已成为混凝土搅拌设备的生产大国。1．2国内外搅拌机参数的研究现状

对搅拌设备来说，搅拌机构是核心装置，混凝土搅拌质量的好坏，搅拌机生产率的高低以及使用维修费用的多少都与它有关，目前，双卧轴搅拌机是国内的主导机型，因此，国内外对卧轴搅拌机技术进行了比较广泛、深入的研究。国外对卧轴搅拌机技术的研究起因于对沥青混和料拌和抽样和方法准确度的分析，由于试验中采用的1t间歇式卧轴强制搅拌器，抽取的样品测试数据显示了在搅拌器的一种设计与另一种设计之间，由于桨叶的排列方式不同，有可能成为造成混合料均匀度的明显差别的主要原因。研究人员分析认为：所用的双轴桨叶式搅拌器中，材料的主要运动是一种在与轴垂直的平面内，围绕着每根轴的不规则转动。在桨叶相遇或重叠的部位，材料在一根轴之间的区域内相互交换着，材料的辅助运动是与两根轴平行的，从搅拌轴的一个旋转平面到另一旋转平面。在用来构成辅助运动方面，不同设计方案的搅拌器，变化是很广泛的。混合料在两根轴之间的区域内运动是不规则的，但是在轴的两侧，物料则围绕着搅拌器内壁在水平面内作某种循环运动，运动的程度都会受到桨叶端面与它们移动方向的夹角的影响。为了找到在搅拌器其它设计特点保持不变的情况下，由于改变桨叶端面的角度和安装方式而产生的不同方案的辅助运动，以及对被搅拌的混和料均匀度的影响程度，研究人员制造了一套带有可调桨叶的特殊桨臂。通过央紧作用，将桨叶紧固到桨臂的圆柱部分，并可按任意角度调整，而且可按根右旋或左旋螺距来安装于搅拌轴上。在一些搅拌器中，将垂直于它们移动方向的平面桨叶，向左和向右交替地转一定角度，使这些桨叶的排列方式不是按照产生一种有规则的辅助运动，所以在搅拌器内材料的输送不是始终如一地从一端到另一端。当使物料由轴的两端向中心运动时。物料向中心堆积，有一些物料则从堆积料的顶端溢出，再从两端返回，那旱物料的水平面要低得多。在另外一些搅拌器中，桨叶的排列可使物料产生有规则的辅助运动。一轴上的所有桨叶端面都使物料朝一个方向运动，而另一根轴上的所有桨叶端面部使物料朝相反的方向运动。在桨叶相对于搅拌轴不同的倾斜角度情况下，分别采用两种桨叶排列方式进行试验：①将所有桨叶调至使物料向搅拌器的中心运动：②将一根轴上的所有桨叶都安装成使物料向右运动，而另一根轴上的所有桨叶都安装成使物料向左运动，以便能使物料 在平面内围绕着搅拌器产生顺时针方向的循环或旋转运动。这两种排列方式被称为“向心”方式和“旋转”方式。试验按18批物料作为一个系列来进行，它覆盖的变化因素包括：三种桨叶角度（15、30和45)、两种桨叶排列方式和三种搅拌时间(1min、2min和4min)。获得拌和匀质性分析的样品总数为213个。分别计算出每批混和料样品中粘结料的百分比标准离差和通过给定筛子的物料百分比标准离差，将标准离差转换为离差系数，以便提供不同混和料之间合理有效的比较。

第2章搅拌机主要参数

2．1双卧轴搅拌机的主要参数

本文以目前广泛使用的双卧轴搅拌机为主，对搅拌装置几何和运动参数的合理取值范围进行分析和试验研究。搅拌装置参数主要有：搅拌臂的排列、搅拌叶片的安装角、拌筒的长宽比及搅拌线速度等，其结构如图2 1(a)所示，主要参数如图2 1(b)所列：

图2．1(a)双卧轴搅拌机结构

图2．1双卧轴搅拌机主要参数 2．2搅拌机参数选取的准则

目前国内外广泛使用的自落式和强制式搅拌机己沿用了50余年。但在搅拌机设计 和使用中，仍采用类比法这样的经验方法，缺乏合理性；由于对搅拌过程的机理研究不够，对如何选择这一参数，说法不一，缺乏科学性；在搅拌过程中，混合料的物理一化学性能都发生了变化，这一过程极其复杂而影响因素又较多，但由于对诸参数综合优化的试验研究不深入，且设计和使用者在选择转速值时缺少依据。搅拌机是混凝土制备设备的心脏，它必须满足搅拌质量与搅拌效率等性能要求。搅拌质量就是生产出符合国家标准要求的新拌混凝土；搅拌效率就是在满足搅拌质量的前提下，搅拌时间要尽量短，以提高设备的生产率和设备的利用率，降低生产成本。百年大计，质量第一。混凝土是重要的建筑材料，新拌混凝土质量是对搅拌机性能的最基本的要求，也是首要的性能要求。混凝土质量用其宏观及其微观均匀度来评价，宏观均匀性用拌和物中砂浆密度的相对误差埘

式中，搅拌的平均时间f的角标表示拌缸(或拌筒)三维坐标(x，y，z)或(z，r，由)及其顺序。该式的物理意义是：合理的搅拌机参数应保证在满足给定的均匀度指标的前提下，在拌缸内各个方向的搅拌时间相接近。这时选取的搅拌机的主要参数较合理。可利用实验来调整搅拌机的参数，使其趋于合理。在不同的搅拌时间，按三维坐标方向测搅拌的均匀度就可知道，在所有方向都达到给定的均匀度的时间。一般来}兑，在三个方向同时都达到给定的均匀度指标是不可能的，总会有先有后。应根据实验结果，调整搅拌机结构及相应的参数，使得能够在搅拌室内所有方向上能接近同时达到给定的均匀度。2．3试验样机与实验条件

2．3．l试验样机

试验样机主要搅拌参数见表2 l，主体结构见图2．2 表2．1试验样机主要搅拌性能参数

图2．2双卧轴搅拌机主体结构图

该试验样机搅拌的基本工作原理与普通双卧轴搅拌机一样，动力从电机通过摆线针轮减速器，变速后由弹性畦轴器直接传递给一对同步齿轮，从而带动两根搅拌轴作反向同步转动。轴端密封共采用三道密封技术，印迷宫环、浮封环O型圈和骨架油封。卸料采用手动方式，通过搅拌筒底部的偏心旋转扇形闸门来控制。由于试验条件的限制．也为了简化设计，该样机没有设计耐磨衬板和L料机构，试验中采用人上料，这虽然会对搅拌质爵和搅拌时捌产生一些影响，但由于是在相同条件下进行试验．所以仍然能够完成试验任务。

搅拌机构是本次试验研究的重点。由于试验中要分别比较拌筒不同长宽比和搅拌臂不同排列形式以及搅拌叶片不同安装角度对搅拌质量的影响，因此要求拌筒的长宽比、搅拌臂的排列和搅拌叶片的安装必须能够调节，而且要求拆装、维护方便。

2．3．2搅拌机构的设计 ●搅拌叶片的设计

搅拌叶片的形状是根据拌简直径、叶片安装角度(轴向和径向安装角度)、叶片在轴向和径向所占搅拌区域长度和叶片设定高度等参数设计的。其中，侧搅拌叶片分左旋和右旋两种。搅拌叶片的外缘利用拌简直径构成的圆柱体，通过曲线拟合得到。考虑叶片与拌筒内壁的间隙大小对叶片使用寿命和搅拌能耗的影响，设计搅拌叶片的外缘与拌筒内壁的间隙≤4mm，并且成变间隙的楔形，见图2．3。先接触物料的前端间隙小于后端，相差1--2mm，利于集料一旦被卡后的释放。对于搅拌臂和搅拌叶片的安装设计，则都采用了抱瓦结构，通过螺栓的央紧作用分别固定在相应的搅拌轴和搅拌臂上，具体结构如图2．4所示。试验中，根据拌 筒长宽比的不同和试验研究的要求，搅拌叶片的数量可以相应的增减；通过调节搅拌轴抱瓦，可以调节单轴搅拌臂相位和双轴搅拌臂相位差；通过调节搅拌臂抱瓦，可以调节搅拌叶片的轴向安装角。●拌简长宽比

拌筒长宽比变化是通过在搅拌筒中横置挡板实现图2．4搅拌臂和搅拌叶片结构 的，即保持拌筒宽度不变而对拌筒长度进行调节。挡板的形状与搅拌筒横截面是一致的，可以通过螺栓固定在与拌筒焊接的角钢上，从而将拌筒由窄长形分隔为宽短形。样机设计窄长形拌筒的长宽比为1．11，宽短形拌筒的长宽比为O．78。2．3．3试验用混凝土配合比的设计

混凝土配合比设计必须满足四项基本要求；a)施工性能一混凝土拌和物应具备满足施工操作的和易性；b)力学性能一硬化后的混凝土应满足工程结构设计或施工进度所要求的强度和其它有关力学性能；c)耐久性能一硬化后的混凝土必须满足抗冻性、抗渗

图2．4搅拌臂和搅拌叶片结构 图2．3楔形间隙示意图

性等耐久性要求；d)经济性能一应在保证混凝土全面质量的前提下，尽量节约水泥，合理利用原材料，降低成本。影响水泥混凝土性能的因素很多，其中各组成材料的质量和其配合比是影响混凝土性能的内因。一个合理的配合比，对提高水泥混凝土在各方面的性能，有着重要的作用。混凝土的配合比设计，实质上就是确定四项材料用量之间的三个对比关系，即三个参数。

(1)水灰比W／C：水与水泥之间的比例关系，用水与水泥用量的质量比表示。(2)砂率厦：砂子与石子之间的比例关系，用砂子重量占砂石总重的百分数表示。(3)单位用水量mwD：水泥净浆与骨料之间的比例关系，用lm3混凝土的用水量 表示。水灰比、砂率、单位用水量三个参数与混凝土的各项性能之间有着密切的关系，如图2．5所示(图中，粗实线表示直接关系，细实线表示主要关系，虚线表示次要关系)。正确地确定这三个参数，就能保证混凝土满足一定的设计要求。

图2．5配合比参数与混凝土性能关系

考虑本次试验研究的目的，因此在试验过程中保持混凝土组成材料及其配合比的恒定，即各组试验所用的混凝土均采用同一配合比设计： 水泥31kg，水17kg，砂66kg，石子127kg。

第3章搅拌臂的排列

对于双卧轴搅拌机，搅拌臂的排列形式主要包括搅拌臂的料流排列和搅拌臂的相对位置关系。其中搅拌臂的相对位置关系主要是指单根轴上相邻两个搅拌臂之间的相对位置关系和双轴上搅拌臂之间的相对位置关系。本节主要讨论搅拌臂的料流排列。搅拌臂的不同排列形式，可使拌筒内的混凝土混合料产生不同的料流运动形式。卧轴搅拌机拌筒内的料流形式因搅拌轴数量和混凝土搅拌生产的方式不同有所差别。分析拌筒内的料流形式，可以知道影响双卧轴搅拌机搅拌筒内物料运动的主要因素是搅拌臂的排列以及叶片参数。对于双卧轴搅拌机拌简内的物料运动形式，通过初步试验及分析，认为由于搅拌臂的排列及其叶片的安装形式不同，使物料表现“对流"和“围流”两种不同的运动轨迹。这两种料流形式孰优孰劣，可以通过理论分析和试验研究得出结论。

3．1对流和围流

对流搅拌臂的排列如图3．1所示。在搅拌叶片推动下，混合料由搅拌机两端向中央运动，并在中央处以锥体形状堆积。这时有些物料就会从料堆顶部溢出，流向拌筒的两端，然后再由叶片将其从两端推回中央，从而完成物料的一个循环。围流搅拌臂的排列如图3．2所示。其中一根轴上的叶片推动混合料沿轴朝一个方向运动，而另一根轴上的叶片推动混合料沿轴朝另一个相反方向运动。在两轴末端，各有返回叶片把混合料扒离拌筒端面，并从一根轴处转送到另一根轴处，使混合料完成大循环运动。在两轴之间的区域，左边轴上的叶片将混合料推向右边，右边轴上的叶片将混合料推向左边，完成混合料的小循环运动。

图3．1搅拌臂对流排列图 图3．2搅拌臂围流排列

3．2分析与试验

分析物料的运动形式可知，两种搅拌臂排列都实现了物料的循环流动，理论上任一物料质点都能到达拌筒内任意位置，但两种排列使物料在拌筒中的分布状态是不一样的。对流排列中，物料主要积存在拌筒的中央，而两端却较少，因此中央的搅拌叶片受载大，两端处的叶片受载小，容易造成个别搅拌臂和叶片过载损坏。而围流排列可使混合料在拌筒内均匀分布，从而保证沿轴全长上的搅拌叶片受载相同，拌筒底部和叶片的磨损均匀。从这一点来看，搅拌臂围流排列要比对流排列更具优势。对其搅拌质量的影响可依靠试验研究进行比较。通过对搅拌臂及叶片的不同排列、安装，在不同形状的拌筒内，进行关于逆流和围流的比较试验，测定相应的混凝土拌和物匀质性和28d的硬化混凝土标准试块的抗压强度。试验采用相同的混凝土配合比，mco(水泥)：mwo(水)：mso(砂)：mGo(石子)=1：0．55： 2．13：4．096。混凝土的强度等级为C20，混凝土拌和物坍落度为10、30mm，水泥用425号普通硅酸盐水泥，细骨料用中砂，粗骨料用5--一40mm连续级配碎石。试验结果见表分析物料的运动形式可知，两种搅拌臂排列都实现了物料的循环流动，理论上任一物料质点都能到达拌筒内任意位置，但两种排列使物料在拌筒中的分布状态是不一样的。对流排列中，物料主要积存在拌筒的中央，而两端却较少，因此中央的搅拌叶片受载大，两端处的叶片受载小，容易造成个别搅拌臂和叶片过载损坏。而围流排列可使混合料在拌筒内均匀分布，从而保证沿轴全长上的搅拌叶片受载相同，拌筒底部和叶片的磨损均匀。从这一点来看，搅拌臂围流排列要比对流排列更具优势。对其搅拌质量的影响可依靠试验研究进行比较。通过对搅拌臂及叶片的不同排列、安装，在不同形状的拌筒内，进行关于逆流和围流的比较试验，测定相应的混凝土拌和物匀质性和28d的硬化混凝土标准试块的抗压强度。试验采用相同的混凝土配合比，mco(水泥)：mwo(水)：mso(砂)：mGo(石子)=1：0．55：2．13：4．096。混凝土的强度等级为C20，混凝土拌和物坍落度为10,、,30mm，水泥用425号普通硅酸盐水泥，细骨料用中砂，粗骨料用5--一40mm连续级配碎石。试验结果见表3．1。

表3．1 对流与围流的比较试验测试指标值

由表3．1可见，不同拌筒内物料运动呈现对流时，混凝土的匀质性指标全都不合格，即不满足AM<0．8％、AG<5％的国标要求，而对于搅拌臂围流排列，虽然这两个指标会随着其他搅拌参数的改变而变化，但是却都满足埘

3．3基于围流形式的搅拌臂排列原则

目前国内外鲁厂家几乎也都采用搅拌臂圉流排列的形式。其典型特征可归纳为： 物料的流向应当符合右(占：)手定则，即当有(左)手四指顺着搅拌轴旋转方向时，拇指的指向就是物料的流动方向：并且两轴上搅拌叶片推动物料轴向流动分量和径向流动分量的方向相反，如图3．3所示。此时，物科不但有大范围的循环流动f可以是逆时针也可以是顺时针，如图3．4所示)，而且中央主搅拌区，两轴问的物料还有强烈的高频次逆流。

图30逆时钟围潍图3顺时针围流

如果以I、II来表示轴的序号，以n来表示叶片的序号，那么之间这种运动就称为逆流。拌区的次序有先有后，所上必然存在相位差。相位差太大．造成作用时间上的延迟，进而逆流作用的效果就比较弱；相位差太小，甚至为零时，意味着两搅拌臂几乎同时到达搅拌区，并且二者对物料推动的方向相反，类似于在周向形成一堵“墙”，即彤成局部“死循环”现象，料流的大循环运动被阻断。所以．逆流相位差大小应该有一个合理的取值范围，在此范围的逆流才被认为足合理的。若能通过合理布置和两搅拌臂，使其到达搅拌区的相位时间差更合理，频次更多，那么物料揉搓和挤压的作用就越充分，搅拌效果就越好。同时，由于这种逆流是在两搅拌轴之间的强制作用，如果柿黄合理，使得物料作用频次快，强度大，靠近搅拌轴音|f分的物料就会充分运动起柬．就能在某种程度上改善普通强制式搅拌机所固有的，园速度梯度所产生的搅拌低效区问题。但逆流是以不破坏物料的大循环流动为前提的。另外，由于I和II之间的相互关系又与单轴及双轴上搅拌臂的相位及其排列有关，如果布置合理，那么这种逆流运动不但起不到强化搅拌的作用，反而有可能破坏整体的大循环运动，会恶化搅拌质量。因此，搅拌臂排列形式优化的最终目的就是尽可能加快物料轴向大循环的频次，同时增加物料合理逆流，从而增加物料与搅拌叶片直接接触并发生强制作用的机会，提高搅拌质量。由此可以得到双卧轴拌筒内搅拌臂及叶片布置的基本原则如下： ①物料在拌筒内合理流动，在尽量短的时间内把物料拌成匀质混凝土； ②在搅拌轴旋转的过程中，尽量让参与搅拌的叶片数目相等，以达到搅拌电机负荷均匀，减少冲击的目的；

⑧物料在拌筒内分布均匀，不要在拌筒的局部区段产生堆积，避免个别叶片和搅 拌臂过载而损坏。

3．4单轴搅拌臂的排列形式

单轴搅拌臂排列形式取决于其上相邻两个搅拌臂之间的相位布置，包括相邻拌臂间的相位角及其正、反排列形式。3．4．1相位角及其正、反排列形式

单根轴上相邻两个搅拌臂之间的相位布置，国内外不尽相同。目前，用于搅拌普通混凝土的搅拌机中，比较主流的布置相位角是900和60。也有采用其他角度布置的，比如日本日工公司的产品就是450。用于搅拌大骨料混凝土时，会采用1200甚至1800相位角。从单轴上搅拌臂的相位方向与搅拌轴旋转方向的关系来看，同一相位角在单根轴上的搅拌臂排列可以有两种形式：一种称为正排列，另一种称为反排列。其中对于正排列的规定是：当逆着混合料流动方向看，搅拌臂排列的相位方向应与搅拌轴转向相同；若顺着混合料流动方向看，二者方向则相反。相反的情况就是反排列。

图l所示为单轴上900相位角的搅拌臂排列形式，图中“·”表示物料流出纸面，其中，图3．5(a)为搅拌臂正排列，图3．5(b)为搅拌臂反排列。

图3．5单根轴上90相位角的搅拌臂排列形式

3．4．2分析与试验

以搅拌臂相位角900为例，对正、反排列做比较分析。先讨论反排列布置。依据物料连续递推式地前进，当第四搅拌臂上的叶片将混合料向前推搅后，同轴的第三搅拌臂上的叶片需要旋转270。才能继续将混合料向前推动，然后再经过一个270。旋转轮到第二搅拌臂。显然，混合料从一个搅拌臂处被推搅到下一个相邻的搅拌臂处，每一次搅拌轴都要旋转270。，如果有n个搅拌臂，那么就需要n一1 倍的2700。而对于正排列布置，由第四搅拌臂上的叶片向前推搅的混合料，只需要经过90。就可被同轴的第三搅拌臂上的叶片继续推搅。同样，当混合料轮到第二搅拌臂推搅时，仍然只需要旋转90。于是混合料从第一个搅拌臂传到第n个搅拌臂，只需经过n一1倍的900就能实现。图3．6所示为单轴上600相位角的搅拌 臂排列形式，图中“·”表示物料流出纸面，图3．6(a)为反排列，图3．6(b)为正排列。在图3．6(a)的反排列布置下物料被连续递推式前进，当第七搅拌臂上的叶片将物料向前推搅后，同轴第六搅拌臂上的叶片需要。相位角的搅拌臂排列3000才能继续将物料向前推进。显然，如果有n个搅拌臂，那么就需要n一1倍的3000；对于图3．6(b)的正排列：则只需经过n一1倍的60。就能实现。由此可见，在搅拌时间、拌臂数目及相位角一定的情况下，搅拌臂正排列要比反排列推搅的快，物料获得的轴向流动次数更多，搅拌装置的利用率更高。这对搅拌臂围流排列的搅拌机，完成物料从拌筒的一端运动到另一端的作用则更加明显。但同时也说明单轴上采用较小的相位角可使物料得到较多的流动次数。但相位角太小，物料在拌筒内周向翻动的剧烈程度降低，它还要受制于混凝土拌和物粗骨料最大粒径的限制。现在选用国内某厂生产的JS500型双卧轴搅拌机为例进行计算分析。该机每根轴上有7个搅拌臂，围流排列，相位角为90。，转速35r／rain，搅拌周期45s。于是在一个搅拌周期内，搅拌轴转过的圈数为

图3.6单根轴上60相位角的搅拌臂排列

对于搅拌臂反排列，物料完成一个轴向的推搅需要转过

那么，一个周期内物料在单根轴上完成的流动次数为

若采用搅拌臂正排列，物料完成一个轴向的推搅需要转过

于是，一个周期内物料在单根轴上完成的流动次数为

可见，这种JSS00型双卧轴搅拌机单根轴上搅拌臂正排列得到的流动次数是反排列的(17．5／5．8≈)3倍。这同时也表明单根轴上采用较小的相位角可以获得较多的流动次数。但也不是说单根轴上搅拌臂问的相位角越小，搅拌质量就越好。因为较小的相位角虽然可以实现物料沿轴向的快速均布，但物料在拌筒内翻动的剧烈程度却相应变差，即物料的周向流动变差，这显然不利于物料在整个空间方向的均布。显然，单根轴上相邻搅拌臂间的相位角是与轴上搅拌臂的数量密切相关的。对于围流排列，若以11表示单根轴上搅拌臂的数目，0表示相邻搅拌臂间的相位角，则理论上对于相位角的取值范围应满足关系式：3600≤noO≤7200。从前面对对流、围流的比较试验数据(参见表3．1)来看，对于所搅拌的混凝土来 说，单轴上相邻拌臂间60。相位角要比90。的搅拌质量好。为了进一步研究对普通混凝土搅拌时单轴上相邻搅拌臂相位角的较优值，选择450、60。和900，在不同长宽比的拌筒中，取满足上述关系式的不同数目的搅拌臂，在搅拌叶片不同的安装角和工作线速度下，搅拌粗骨料最大粒径为40mm的普通混凝土，测得试验数据列于表3．2中。从表中数据可以看出：搅拌臂相位角600布置时，能够得到相对较好的搅拌效果，对应的各项测试指标的均值都优于900和450相位角的情况，尤其是混凝土的7天抗压强度平均值，都在20MPa以上。从前面的理论分析也可以知道，相同条件下，60。相位角时物料在轴向获得比900布置时更多的流动次数，因而更容易实现物料在轴向的均匀分布。

由此可知，就试验中采用的粗骨料最大粒径为40ram的普通混凝土来说，搅拌臂相位600布置是较合理的。

表3．2单轴上相邻拌臂间相位角的比较试验

表3．2单轴上相邻拌臂间相位角的比较试验(续)

3．2．3小结 3．5叶片安装角的定义

搅拌叶片安装角是搅拌机的主要结构和工作参数之一。对搅拌质量和搅拌效率都有着直接的影响。本文以双卧轴搅拌机的叶片安装角为研究对象，其方法也可用来确定其它类型搅拌机的叶片安装角。它是指搅拌叶片斜面与搅拌轴线间所夹的锐角，见图4．1中的Q角。

图4．1物料单元受力图图4．2叶片前的密实核心 ●定性分析

搅拌机工作时，拌缸内的搅拌叶片应推动混合料沿拌缸的纵向和横向循环运动，实现混合料在三维空间内的流动。当安装角Q过小时，叶片主要带动混合料围绕搅拌轴转动，而缺乏必要的轴向运动；极限情况是当a=0时，搅拌叶片变成和轴平行的一块平板，不起搅拌作用。当安装角a过大时，叶片推动混合料的横向运动就很弱；当Q=90。时，叶片就成为与搅拌轴垂直的平板，和Q=0。时一样也丧失了搅拌功能。因此，搅拌叶片一定要相对于搅拌轴成一定角度安装。为了使混合料的横向和轴向运动都较大，目前国内外叶片安装角的常用值为Q=45。若将某一瞬间搅拌叶片对某单元混合料的作用情况简化为图4．1所示，可以看出，要使混合料能够沿叶片宽度方向运动，实现轴向运动，必须满足E—E≥0，即：

对于普通的塑性混凝土。搅拌机T作时，叶片的前面将形成密实的核心，混合料沿着密实核心的侧棱运动，见图4．2，图中AB、BC为密实核心侧棱；口为叶片的安装角；y为密实核心侧棱与搅拌轴间的夹角。由于AB和BC两侧棱间的夹角180。．2y为混合料稳定堆放的安息角，叶片的横向搅拌速度系数6：就是口≠00时密实核心的截面积与口=00时密实核心最大面积之比：

叶片的轴向搅拌速度系数％就是密实核心两侧棱在搅拌轴上的投影差与叶片在搅拌轴上投影之比

为了兼顾混合料在横向和轴向都有较大的运动速度，叶片的安装角应使总的搅拌速度系数6具有最大值。总搅拌速度系数6为

致谢

本文在***老师的悉心指导下完成，导师对专业的一丝不苟，对学生呕心沥血，使我很受感动，在此向尊敬的***老师致以最崇高的敬意和衷心的感谢。在理论和课题研究过程中，得到相关实验室老师的鼎力协助和辅导，得到授课老师的宽容和帮助，同时也得到****老师的大力支持，还有许多在读硕士和博士 的无私帮助，在此一致表示诚挚的谢意。

由于本人水平有限，论文中错误在所难免，敬希各位老师和同学不吝指正。

第三篇：自动搅拌机控制系统及其监控系统设计（推荐）

图书分类号： 密 级：

毕业设计(论文)

自动搅拌机控制系统及其监控系统设计 AUTOMATIC MIXER CONTROL SYSTEM AND MONITORING SYSTEM DESIGN

毕业设计(论文)

学位论文原创性声明

本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

论文作者签名：

日期：

年 月 日

学位论文版权协议书

本人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

论文作者签名：

导师签名：

日期：

年 月 日 日期：

年 月 日

I

毕业设计(论文)

摘要

由PLC和计算机共同组成的控制系统是目前控制领域最广泛应用的控制模式,由PLC实现的控制系控制现混凝土搅拌的工作流程,相比于传统的混凝土搅拌，拥有生产率高，不易发生故障，自动化程度高，产品质量高等优点。

本论文对搅拌机的产生，发展历史，未来的发展趋势等方面进行了详细的分析，自动搅拌机在未来的社会建设中还会发挥着重要作用。本论文要设计自动搅拌机的控制系统，主要做了两方面的工作，即搅拌机的硬件系统设计，一个是搅拌机的软件系统设计。硬件方面，要了解有哪些控制对象，根据具体要求，进行元器件的选型设计等。设计出控制电路，画出硬件电路图，各种接线图等。软件方面，首先要明确控制要求，根据要求来进行软件设计。利用西门子系列S7-200PLC作为控制器。利用梯形图进行程序的编写，要有控制程序，同时还要有监控程序。利用整个控制系统，对搅拌机搅拌混凝土的整个过程实现自动控制。

本文针对PLC和配料控制器结合控制的搅拌站来设计其控制及监控程序设计中主要要完成的任务有系统构造、PLC的I/O分配、工作流程图及PLC程序的编写。

关键词：混凝土搅拌机 ； I/O分配 ；可编程控制器（PLC）；自动控制

I

毕业设计(论文)

Abstract The control system consists of PLC and computer composed of field control mode is the most widely used, the control system implemented by the PLC control now concrete mixing workflows, compared to traditional concrete mixing, with high productivity, less prone to failure, high degree of automation, product quality advantages.In this paper, the generation of the mixer, history, future trends and other aspects of a detailed analysis, automatic mixer in society in the future will play an important role.In this paper, to design automated mixer control system, mainly to do the work of two aspects, namely mixer hardware system design, software system design a mixer.Hardware, to understand what the control object, depending on requirements, the selection and design of components and so on.Design a control circuit, draw a hardware circuit, various wiring diagrams.The software side, we must first clear control requirements, according to the requirements for software design.Siemens Series S7-200PLC use as a controller.Use a ladder diagram program preparation, to have control procedures, but also have monitoring programs.Use of the entire control system, the whole process of concrete mixer mixing to achieve automatic control.In this paper, and ingredients controllers combine PLC controlled mixing station designed for controlling and monitoring program design of the main tasks to be accomplished in a systematic structure, PLC's I / O assignments, preparation of flow chart and PLC program.Keywords

I / O assignment programmable logic controller(PLC)automatic control mixer

II

毕业设计(论文)

目 录

摘要..................................................................................................................................................I Abstract..........................................................................................................................................II 1 绪论.............................................................................................................................................1 1.1 选题背景及意义..................................................................................................................1 1.2 搅拌机的现状分析..............................................................................................................1 1.3本论文的主要的主要研究内容...........................................................................................2 2系统整体设计方案......................................................................................................................3 2.1自动搅拌机的组成...............................................................................................................3 2.2 电控系统的组成................................................................................错误！未定义书签。2.3系统器件的选型设计.........................................................................错误！未定义书签。2.3.1 PLC的选型设计..........................................................................错误！未定义书签。2.3.2 行程开关的选型.........................................................................错误！未定义书签。2.3.3交流接触器的选型......................................................................错误！未定义书签。2.3.4热继电器的选型..........................................................................错误！未定义书签。2.3.5熔断器的选型..............................................................................错误！未定义书签。2.3.6断路器选型..................................................................................错误！未定义书签。2.3.7导线及开关按钮的选用..............................................................错误！未定义书签。2.3.8电压表头，电流表头的选型......................................................错误！未定义书签。2.3.9传感器的选型..............................................................................错误！未定义书签。2.3.10变频器的选型............................................................................错误！未定义书签。3 系统硬件系统设计...................................................................................错误！未定义书签。3.1 控制系统设计的基本原则及步骤....................................................错误！未定义书签。3.2 硬件电路设计....................................................................................错误！未定义书签。3.2.1 混凝土搅拌机主电路设计.........................................................错误！未定义书签。3.2.2 PLC外部接线图..........................................................................错误！未定义书签。3.2.3 I/O分配表..................................................................................错误！未定义书签。4系统软件设计............................................................................................错误！未定义书签。4.1 软件设计的主要任务........................................................................错误！未定义书签。4.2 系统功能模块化分析........................................................................错误！未定义书签。4.3 程序设计............................................................................................错误！未定义书签。5程序的下载与调试....................................................................................错误！未定义书签。5.1 调试准备............................................................................................错误！未定义书签。5.2 仿真调试..............................................................................................................................3

I

毕业设计(论文)结论.................................................................................................................................................5 致谢.................................................................................................................................................6 参考文献.........................................................................................................................................6 附录.................................................................................................................................................7 附录1 主程序.............................................................................................................................7 附录2 报警程序.......................................................................................................................12

II

毕业设计(论文)绪论

1.1 选题背景及意义

随着现代化进程的不断加快，基础设施建设，房地产业发展越来越快，人们对于所建住宅或其他建筑的要求也越发的严格，只有上好的建筑材料才能保证建造出高质量，满足要求的建筑。原来那种在工地自己生产混凝土的情况下，由于搅拌时的认为因素多，搅拌质量很难得到保障。同时传统搅拌机还搅拌时还具有噪音大，粉尘多的缺点，且生产效率也不高。而混凝土搅拌站则没有上述缺点，必将取代传统搅拌机成为主流生产方式。混凝土搅拌站采用控制系统，由电脑控制整个的生产流程，并且对生产流程进行监控、与传统方式相比，具有生产效率高，噪音小，粉尘少等特点，受到越来越多的生产企业的亲睐。

搅拌机作为核心部件，从上个世纪50年代兴起后，因其稳定的产品质量，自动控制，极高的生产效率得到了迅猛的发展。圆盘立轴式强制混凝土搅拌机作为最早出现的品类。圆盘立轴式拥有窝浆式和行星式两种运行方式。从1870年往后，轻骨料进入人们视野并迅速得到应用，从而又发展出了卧式强制式搅拌机，根据搅拌轴的多少又分为两种，分别为单卧轴式和双卧轴式，此种搅拌机具有自落的优点，同时具有强制的优点。卧式搅拌机搅拌叶片的线速度小，拥有较好的耐磨性能和耗能少的特点，得到快速发展。强制式混凝土搅拌机的搅拌叶片装在拌筒内的转轴臂架上，待搅拌材料加入到搅拌罐内之后，搅拌叶片由搅拌电机带动旋转，对物料进行搅拌，卧式搅拌机的搅拌方式的搅拌效果远远好于自落方式搅拌的混凝土，对搅拌干硬性混凝土，圆盘立轴式的搅拌效果不如卧式搅拌机。

1.2 搅拌机的现状分析

从上个世纪世界上第一个混凝土搅拌站出现以来，混凝土的搅拌历史已经发展了一百多年。随着生产要求的不断提高，企业与科研单位也在不断的改进，通过吸收和借鉴国外先进的混凝土搅拌技术，我国虽然在商品混凝土机械上面起步较晚，通过吸收学习外国的设计经验，得到的长足的发展。生产的许多品种，甚至达到了世界领先。在“十五”乃至

毕业设计(论文)2010年期间，随着现代化进程的不断加快，基础设施建设，房地产业发展越来越快，还要建设一批高铁，高速公路等重点工程。在城市化进程的道路上，住宅，道路等都需要大量地优质混凝土，所以得发展前景依然良好。

虽然混凝土机械发展了很久，但仍旧面临着许多的问题:过去的设备大多是自动化不足，现在的设备要求自动控制，向这方面转化又困难重重。经过企业和科研机构多年的努力，在混凝土搅拌设备方面型号与规格上已经比较全面，所以企业的决策者们就理所当然的认为不再需要创新，已经满足需要了，不明白接下来的发展方向。

现在市场竞争激烈，科技发展日新月异，搅拌机械要想在如此激烈的市场下生存，应该具有如下的几个方面：

（1）设计人员要具有独特的理解和设计能力。进行混凝土搅拌机械的生产企业必须要有一个坚实的人才储备，要有一定的高水平高素养的创新设计人才。显而易见，混凝土搅拌机械的入门标准较低，要有一定的闲散资金，再拥有专业技术人才，此行业经过这么多年的发展有效的验证了上述理论的真实性。同时，这也是这类企业不可回避的重要条件，是混凝土搅拌机械企业的生存要素。

（2）不光具有设计能力，还要有生产能力。自动搅拌机是整个混凝土搅拌站的核心部件，搅拌机的好坏决定了整个搅拌站的好坏，进而直接影响生产出混凝土的质量好坏，也就是说，商品混凝土的质量好坏，取决于搅拌机的质量，一旦搅拌机的质量差，肯定也生产不出高品质的混凝土。搅拌机的价值就体现在这里。企业就是通过生产，服务等经济活动赚钱的组织。所以，混凝土搅拌机械也是要赚钱来贡献社会，维持企业运转，搅拌机作为核心部件，无疑是利润最为丰厚的一部分。由此看来，加入一个混凝土搅拌企业放弃了搅拌机这一块，就相当于放弃了生存下去的机会。

（3）不光要能生产搅拌机，还要能够设计并制作配套的控制系统。控制系统作为混凝土搅拌站的另一个核心，地位与搅拌机是一样的，作为整个系统的大脑，控制系统根据不同要求控制着不同的机构，什么时间做什么事，有条不紊的进行生产。源源不断的生产出高品质的混凝土。控制系统的利润同样也不必搅拌机差。现在市场竞争如此激烈，很大程度上已经不是产品的竞争，而是售后服务的竞争，一个好的控制系统，是占领市场的制胜法宝。此类企业也只有在拥有了设计与制作控制系统的能力之后，才能说具有了完善的售后服务体系，有了对系统进行维护，升级改造的能力，这样在市场竞争中，才有了竞争力。

1.3本论文的主要的主要研究内容

（1）自动搅拌机硬件电路设计

此控制系统要求对整个混凝土的搅拌过程就是控制并监控搅拌各机构状态。首先要对整个系统的硬件设施有一个清晰的了解和认识，然后对不同的各个方面，如PLC，搅拌机的各个组成部件，按钮开关等进行分析。根据要求设计出控制电路，对电路中需要的各个

毕业设计(论文)元器件进行选型。

（2）自动搅拌机软件系统设计

按照混凝土搅拌机生产混凝土的工艺流程画出程序设计流程图，合理的分配I/O端口以及写出梯形图程序，用PLC，通过交流接触器控制各执行机构电机，控制混凝土的生产过程，并对整个生产过程进行监控。

2系统整体设计方案

2.1自动搅拌机的组成

5.2 仿真调试

第一步：从做基本的开始测试，测试程序启动和停止是否符合要求。程序下载完成后，找到工具栏上的有一个绿色的小三角形按钮，点击，就可以转换到RUN模式了。在RUN模式下，点击I0.0(启动按钮)，则Q0.0（循环开始指示灯）的LED亮；点击I0.1（手动开始），各电机启动信号灯亮，这是因为具备开始条件：点击I0.3（紧急停止按钮），所有执行机构都要停止工作，代表各输出的信号灯要全部灭掉。就可以看出是否符合要求。符合，进行下一步测试，不符合，改进。

第二步：开始测各个单元，测试各个执行机构是否符合要求。再点击手动开始按钮后，然后点击各个行程开关，测试各个执行电机是否能够正常起动和停止。

第三步：产生“加水完成”信号的程序调试。加水完成信号对整个控制系统来说至关重要，用内存监视来调试此信号。

报警程序的调试：

第一步：点击I1.1（试灯、试铃按钮），而后Q1.0、Q1.1„„Q1.4都是输出状态，即报警铃声，所有表示故障的指示灯都由熄灭状态变为亮状态，否则程序就有错误，需要进行修改。

第二步：承接着第一步，点击各个故障按钮，而后Q1.0为亮，且与该故障对应的故障指示灯闪烁，说明程序正确，不然程序为错误，需要进一步修改。

第三步：承接第二步，点击I1.1，Q1.0为输出状态，灯由亮转为熄灭状态，所有的故障指示灯转为常亮，程序就是正确的，不然程序有错，需要进行修改。

第四步：承接第三步，第三步完成以后，各个故障触点都处于闭合状态，挨个的断开这些故障触点，步该故障对应的指示灯就由常亮转为熄灭状态。程序就是正确的，否则为

毕业设计(论文)错误。需要进行修改。

毕业设计(论文)

结论

由PLC和计算机共同组成的控制系统是目前控制领域最广泛应用的控制模式,由PLC实现的控制系控制现混凝土搅拌的工作流程,相比于传统的混凝土搅拌，拥有生产率高，不易发生故障，自动化程度高，产品质量高等优点。

本论文对搅拌机的产生，发展历史，未来的发展趋势等方面进行了详细的分析，自动搅拌机在未来的社会建设中还会发挥着重要作用。本论文要设计自动搅拌机的控制系统，主要做了两方面的工作，即搅拌机的硬件系统设计，一个是搅拌机的软件系统设计。硬件方面，要了解有哪些控制对象，根据具体要求，进行元器件的选型设计等。设计出控制电路，画出硬件电路图，各种接线图等。软件方面，首先要明确控制要求，根据要求来进行软件设计。利用西门子系列S7-200PLC作为控制器。利用梯形图进行程序的编写，要有控制程序，同时还要有监控程序。利用整个控制系统，对搅拌机搅拌混凝土的整个过程实现自动控制。

通过这次设计,大大增强了自己独立发现和解决实际问题的能力,提高了自己的动手能力,学会了把所学的知识运用到实践当中去,加深了对理论知识的理解和运用。对PLC各系列有了更深的了解,能够独立的编写一些PLC程序。还有就是最后的测试,虽然这个测试与真正的项目相比还有很大差别,但是它让我了解到做一个项目,付出的汗水固然重要，但细心在以后的工作生活中尤为重要。

毕业设计(论文)

致谢

参考文献

[1]焦予民.混凝土搅拌机械企业核心竞争力与走出国门之路[J] ,建设机械技术与管理 2009.1 [2] New trends in European ready-mixed concrete production,United States Patent, Appl.No.:647834, May 15, 1996,1～14 [3]高佳珍.混凝土搅拌站(楼)综述(三)[J]，建设机械技术与管理，2000.3.[4]高佳珍.混凝土搅拌站(楼)综述(四)[J]，建设机械技术与管理，2000.4 [6]朱蕴璞，孔德仁等.传感器原理及应用[A].国防工业出版社，2005.8

毕业设计(论文)[7]童占荣，张翔生.搅拌设备用称重传感器选型的探讨[M].工程机械，2005,(11)[8]曲波，尚圣兵，吕建平.工业常用传感器选型指南[M].清华大学出版社.2002.1 [9] A method of and device for improving the quality of fresh concrete and preventing adhesion and hardening of fresh concrete in a rotary mixer drum of a concrete mixer truck and of a concrete mixing plant,Canadian Patent Database(CA 2236627), 1～7 [10]张德仁.DCS, PLC的现状与展望[J].山西电子技术，1999,(3).[11]张建文，徐琼，冯林.PLC控制系统工作方式的分析和研究[M].华东地质学院学报，2003(03)[12]董油海.PLC在混凝土搅拌站计量系统的应用[J].自动化与仪表，2000 ,(4).[13]刘士阳.基于PLC和组态软件的搅拌站控制系统[[J].建筑机械，2005,(5).[14]李丹，许少云.用于工业过程控制的一种新工具一组态软件[J].计算技术与自动化，1995(3).[15]王立明.基于PLC和工控机的混凝土搅拌站测控系统设计[J].西安建筑科技大学，2006(3).[16]廖常初.PLC编程及应用[M].—2版.北京：机械工业出版社，2005.5 [17]吴作明.工控组态软件与PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.1

附录

附录1 主程序

毕业设计(论文)

毕业设计(论文)

毕业设计(论文)

毕业设计(论文)

毕业设计(论文)附录2 报警程序

毕业设计(论文)

毕业设计(论文)

第四篇：搅拌机设计--筑路机械化与施工机械化

筑路机械化与施工机械化

Roda Mhcanieyr & Conurtsoitcn Mhceazinaoitn

1999年 第16卷 第2期 Vo1.16 No.2 1999 摘要 在修筑各级公路和城市道路中，双卧轴强 制连续式搅拌机被广泛用于各种级配混合料的搅拌。在介绍了该型搅拌机的结构特点，并对 其搅拌桨叶拌料时的动力与运动进行分析后，较为详实地阐述了搅拌机主要技术参数的确定 方法，以及此设计方法用于稳定土厂拌设备后的实际应用情况。

关键词 稳定土厂拌设备 搅拌机 搅拌桨叶 拌缸 混合料 受力分析

Design of Forced Continuous Mixer with Double Axle

The double axle forced continuous mixer is used in construction of different highway.This paper introduces the structure of the machine, analyzes the mixing oars movement, and expounds the determination of main technical parameters, finally, gives the practical application to stabilized soil mixing plant.Key words: Stabilized Soil Mixing Plant, Mixer, Oar, Mixing Vat, Mixture, Acting Force Analysis 搅拌机结构特点

如图1，搅拌机主要由搅拌装置、拌缸、驱动系统、机架等部分组成。其中搅拌装置由两根 卧轴、搅拌臂、搅拌桨叶等部件组成，如图2。拌缸由壳体、衬板、盖板等部件组成。进料 口设置在拌缸一端盖板的上部，卸料口可设置在拌缸另一端的下部或端部，如图3。

图1 搅拌机结构

图2 搅拌装置结构

图3 拌缸结构 桨叶拌料时的动力与运动分析

拌和时，松散的混合料在桨叶作用下，其动力与运动形态极为复杂。为进行定性分析，将某 一瞬间桨叶对混合料的作用情况简化为图

4、图5所示。

图4 桨叶动力图

图 5 桨叶运动图

2.1 动力分析

如图4所示，设桨叶工作表面对混合料的作用力的合力为F，则混合料对桨叶的反作用力F′=F。F′分解成两分力：沿桨叶工作表面宽度方向的滑移力F1和垂直于桨叶工作 表面的正压力F2。F1、F2按下式计算：

F1=F′sinλ, F2=F′cosλ，式中，λ为桨叶在搅拌轴上的投影与轴中心线夹角。

此外，混合料与桨叶表面作相对运动时，在相对运动表面有一摩擦力Ff。Ff计 算公式为

Ff=F2f，式中，f为混合料与桨叶工作表面的摩擦系数，可查阅《机械设计手册》确定。

从图4可知，当F1-F2f>0时，混合料即沿桨叶工作表面移动；当F1-F2f≤0，即 F1≤F2f时，混合料在桨叶宽度方向不会移动，此时，搅拌机生产率等于0。将F1≤ F2f变换后得：F′ sinλ≤F′ cosλf，即当λ≤arctgf时，桨叶的运动不 能推动混合料沿搅拌轴方向移动。2.2 运动分析

如图5所示，混合料在桨叶的作用下，一方面与桨叶一起作圆周运动，另一方面沿桨叶工作 表面的宽度方向滑动。

混合料沿桨叶工作表面宽度方向的滑动速度v可分解为两个分速度：轴向速度v1和切向速 度v2。图5中各速度计算方法如下：

v1=v cosλ，v2=v sinλ，VL=V-v2=V-v sinλ；

式中：V-桨叶线速度(设计时确定)； VL-混合料的线速度； λ-与动力分析时相同。

将动力与运动综合起来分析，可以得出：当λ一定时(大于arctgf)，V增大→F增大→F1-F2f=F(sinλ-f cosλ)增 大→v增大→v1增大→混合料沿轴向的运动速度加快；反之，V减小→…混合料沿轴向的运 动速度降低。

当V为定值，λ=arctgf～40°时，λ增大→F(sinλ-f cosλ)增大→v增大； 此时，由于v的增大速度比cosλ的减小速度快(经验结论)，v1=v cosλ增大，混 合料沿轴向的运动速度加快。

当V为定值，λ=40°～50°时，λ增大→F(sinλ-f cosλ)增大→v增大；此时，由于v的增大速度与cosλ的减小速度相当，v1=v cosλ基本不变，混合料沿轴向 的运动速度基本不变。

当V为定值，λ=50°～90°时，λ增大→F(sinλ-f cosλ)增大→v增大；此时，由于v的增大速度小于cosλ的减小速度，v1=v cosλ减小，混合料沿轴向的运动 速度减小。

以上结果表明：(1)混合料的搅拌时间与桨叶的线速度、安装角密切相关。(2)桨叶的安装 角λ=40°～45°时，搅拌效率最佳。鉴于此，国外许多厂家的搅拌机上，将桨叶设计成安 装角可调的形式，传动系统也采用液压无级调速方式，通过对安装角和转速的调节，改变 混合料的搅拌时间，以适应搅拌不同的混合料。

但是，桨叶线速度和安装角的变化，会改变搅拌机生产率，而生产率的变化将影响设备其它 系统的工况，而且，桨叶速度的调整也有一定的限制(待后叙述)，因此，初步设计搅拌机时，一般先确定搅拌机生产率，然后再计算和确定其它技术参数。搅拌机主要技术参数的确定 3.1 拌缸横截面流量Q

搅拌机工作时，混合料在搅拌装置的作用下，不断翻动、掺合，其流态非常复杂，但从宏 观上分析，由于搅拌机是连续工作的，根据连续性原理，拌缸内各横截面的流量相等。

Q=［Q进+q液］／γ(m3／h)，式中：Q进-进料口流量，t/h;γ-混合料密度，t/m；

q液-加入拌缸的液体质量t/h。3.2 拌缸的有效容积G

G是指在搅拌机工作时，搅拌桨叶能够翻动、搅拌到的那部分混合料所占有的体积。此体积 与拌缸的大小、桨叶结构尺寸和安装角度以及桨叶线速度等密切相关，不易计算。初步设 计时，可按下式计算：

G=Qt(m3)，式中：Q-拌缸横截面流量，m3/h，t-搅拌时间，h;据有关资料，稳定土t=20～30s，水泥混凝土 t=40～60 s，3当Q大时(150m/h以上)取大值，Q小时取小值。

3.3 桨叶线速度V

根据国内外产品的经验，搅拌机叶片顶部线速度V应为1.5～1.7m/s。当V大于此经验 速度 时，搅拌机衬板和桨叶端部的间隙中将产生大量的碎石楔住现象，这不仅增加功率消耗和 桨叶、衬板的磨损，而且会不适当地粉碎石料，降低混合料的质量。当然，采用无衬板技 术 的稳定土搅拌机不存在以上问题，因而这一结构的桨叶顶部线速度可在2.5～3m/s间 选取。

3.4 搅拌装置各几何尺寸的计算

参考国内有关资料，搅拌装置(如图2)各几何尺寸按如下公式计算。

(1)搅拌桨叶最大旋转半径

式中：ψ-壳体形状系数，ψ=1.1～1.4；当拌缸横截面为双圆弧 形时，ψ取小值，其它形状时取大值；

β-充满系数，通常取β=0.8～1.0；当桨叶安装角为40°～45°时，β取小值； 其他角度时，β取大值；

G-拌缸有效容积，m3。

(2)桨叶宽度W

W=(0.4～0.57)R(m)。

桨叶宽度根据液体喷洒压力取值，当喷入拌缸的液体压力在1.5～2MPa时，W取大 值；当液体自流和小压力喷入拌缸时，W取小值。

图6 桨叶尺寸图

(3)桨叶高度b b=(0.6～0.8)W(m)。

b的取值方法与W相同。

桨叶的形状可以是长方形、方形、带圆角方形等。以上桨叶参数是初步设计值。

(4)两轴中心距a

a=Rctgα(m)，式中，α为搅拌轴中心和桨叶最大旋转半径交点的联线与搅拌轴中心水平线的夹角(如图2 所示)。根据国内有关资料，通常取α=34°～40°。3.5 拌缸几何尺寸的计算

拌缸尺寸如图7所示。

图7 拌缸几何尺寸图

(1)进料口尺寸M、N

进料口尺寸应与送料机械的卸料口相匹配。当送料机械为皮带输送机时(图8)，可初定N=B(B 为皮带宽度)，然后按下式计算M。

M=(2～4)h(m)，式中：h-输送机横截面料高，m，如图8；当皮带机为V型托时，h=(B)/(2)sinθ，其中θ为V型托倾角；当皮带机为槽形托时，h(2B)/(5)sinθ。

图8 输送机械截面图

Ｍ值的大小还与送料机械的卸料高度有关。当卸料高度较大时，可将进料口设计成漏斗状，这时M取小值；当卸料高度较小时，为避免皮带回料，M取大值。

(2)出料口尺寸E、F

如图7所示，当搅拌机出料口设置在拌缸端部下面时，尺寸E的大小对搅拌时间有一定的影响，因此在保证出料顺畅的情况下，E应尽量小。参照水力学的有关知识，E与物料粒度有关，初步设计时，按下式计算：

E=(2.5～3.5)d(m)，式中，d为物料最大粒径，m。

如图7所示，尺寸F的计算公式为

F=a+2R sinξ(m)，式中：ξ-物料安息角，ξ=180°-2φ，可查阅《机械设计手册》确定；

a-两轴中心距，m；

R-桨叶最大旋转半径，m。

(3)拌缸长度L

在以上参数确定后，L按下试计算：

式中：G-拌缸有效容积；

S1-混合料在搅拌轴以上占有的截面面积，m2，S1=H(2R+a)；其中，H 是 搅拌过程中，假设混合料在搅拌轴以上占有的平均高度，参考有关资料，H=(1/4～2/5)R；

S2-在搅拌轴以下混合料占有的截面面积，m2，(4)拌缸宽度K

K=a+2R+2C(m)，式中：C-桨叶顶部与拌缸衬板表面的间隙；根据实际应用经验，C=5～8mm，当 采用无衬板结构时，C=混合料最大粒径+20mm。搅拌机驱动功率的初步计算

4.1 受力工况

如图9，桨叶旋转时，在q段，粒料在重力作用下有向下运动趋势，而桨叶从底部向上旋转，此 时桨叶被碎石楔紧的可能性最大。设搅拌装置装有x对桨叶(单臂时为x把)，则x/2把桨叶同 时被楔形碎石楔紧时，拌和负荷最大。

图9 桨叶受力图 4.2 桨叶受力分析(楔紧时)

在上述工况，搅拌桨叶受搅拌混合料的力Fj和楔紧力Fx的作用，如图9。4.3 受力计算

(1)搅拌力Fj

为简化计算，设搅拌装置工作时，将拌缸有效容积混合料整体推动。这时，总搅拌力为

∑Fj=Gγf，式中：∑Fj-总搅拌力，kg；

G-拌缸有效容积，m3；

γ-混合料密度，kg/m3；

f-混合料与拌缸衬板表面的摩擦系数，查阅《机械设计手册》确定。

(2)楔紧力Fx

桨叶被楔紧时，必须将楔石挤碎才能继续运动，如图10。Fx按下式计算：

Fx=lbσf(kg)，式中：l-桨叶与楔石的接触长度，mm;为了使桨叶端部轮廓与拌缸衬板 表面的 间隙处处相等，桨叶端部为弧形，经实际测量，l=5～10mm，弧度大时取大值，弧度小 时取小值；

b-桨叶与楔石接触宽度，经实际测量，b=4mm;σ-碎石抗压强度，kgf/mm；

f-碎石与钢的摩擦系数。

图10 桨叶碎石图

4.4 搅拌轴扭矩Mq的计算

∑Fj和Fx确定后，按下式计算Mq：

Mq=［∑Fj+(x2)Fx］R(kg*m)，式中：x-搅拌装置桨叶对数，单臂时为把数；

R-桨叶最大旋转半径，m。4.5 驱动功率P的计算 P=Mqn/975η(kW)，式中：n-搅拌轴转速，r/min，n=60V/2πR;

η-总传动效率。5 应用情况

本设计已先后用于我厂WBS-50型稳定土厂拌设备搅拌机主要技术参数的校核和修正，WBS-200型稳定土厂拌设备和HBS300型连续式水泥混凝土厂拌设备搅拌机的初步设计。这三种机 型中，除HBS300型尚未经过工业性试验外，WBS-50型，WBS-200型已通过省级鉴定。至目 前为止，WBS-50型已销售近百套，WBS-200型销售近20套。所有投入使用的搅 拌机均达到设计和使用要求，故障率不到1%(不计桨叶、衬板等易损件的更换)。

通过检测，本设计尚有不足之处，主要有：

(1)按本设计确定的驱动功率比搅拌机工作时的实测值大1/3，富余量过大。

(2)初步设计时，搅拌机各主要技术参数是根据生产率确定的，但按本设计计算确定的各主 要技术参数制造的搅拌机，其生产率比理论值大1/2。

对于功率富余过大问题，可根据实测值重新选配电机(电机功率应大于高峰值10%～20%)。

实际生产率过大，会影响搅拌质量，实际应用时只要配料系统生产率不超过设计值，就可 保证搅拌质量。

由本设计可知，在主要技术参数确定的条件下，拌缸长度与搅拌时间成正比。当混合料搅拌 时间需要增加时，拌缸长度也应增加；拌缸长度的增加既增加了功率消耗，又增大了制造难 度和成本。为了解决这一问题，国内外某些厂家设计制造了内循环搅拌机。所谓内循环就是 混合料沿轴向来回循环，就象绕∞字一样，这种搅拌机可用较短的拌缸获得较长的搅拌时间。本设计是否适合内循环搅拌机正在探索中。

作者单位：张展文 汕头市公路局机械修配厂

作者地址：(515041)广东省汕头市东厦北路汕头市公路局机械修配厂技术股

(收稿日期：1998.04.14)

第五篇：基于Solidworks的搅拌机虚拟样机设计

基于Solidworks的搅拌机虚拟样机设计

引言

混凝土搅拌机是使混凝土配合料均匀拌和而制备混凝土的专用机械，是现代化建设施工中不可缺少的机械设备。为了适应不同混凝土搅拌要求，搅拌机有多种机型。按工作性质分，有周期式和连续式搅拌机;按搅拌原理分，有白落式和强制式搅拌机。本次设计的是生产率为75m3/h的双卧轴强制式搅拌机，它是由搅拌系统、传动装置、卸料机构等组戊:搅拌系统由圆槽形搅拌筒和搅拌轴组成，在两根搅拌轴上安装了几组结构相同的叶片，但其前后上下都错开一定的空间，使拌合料在两个搅拌筒内不断地得到搅拌，一方面将搅拌筒底部和中间的拌合料向上翻滚，另一方面又将拌合料沿轴线分别向前推压，从而使拌合料得到快速而均匀的搅拌。设置在两只搅拌间底部的卸料门由气缸操纵。卸料门的长度比搅拌筒长度短，80-90%的混凝土靠其自重卸出，其余部分则靠搅拌叶片强制向外排出，卸料迅速干净。

SolidWorks软件可以十分方便地绘制复杂的三维实体模型、完成产品装配和生成工程图。它能以立体的、有光的、有色的生动画面表达大脑内产品的设计结果，较之于传统的二维设计图更符合人的思维习惯与视觉习惯，有利于发挥人的创造性思维，有利丁新产品、新方案的设计，帮助机械设计设计人员更快、更准确、更有效率地将创新思想转变为市场产品。

为此，我们利用SolidWorks软件来完成双卧轴强制式搅拌机虚拟样机设计

1、双卧轴强制式搅拌机主要参数的确定

2、双卧轴强制式搅拌机的主体样机设计

在搅拌机的结构设计中，最困难、最繁琐的工作就是运动机构的设计与运动轨迹校核。目前主要采用的轨迹图法或根据几何约束条件建立方程组来求解，但这种设计比较麻烦，且设计工作不直观，设计结果不尽人意，而利用三维设汁软件Solidworks则能较好地解决上述问题，首先建立零件的三维模型，再将其装配起来，并可进行有限元分析计算，最后利用COSMOSMotion来模拟各零部件的运动情况。

2.1零件设计建模

利用拉伸、阵列、切除、扫描、镜像等特征，建立双卧轴强制式搅拌机主要零部件的三维参数化模型.包括搅拌臂、搅拌筒、各种衬板、8种规格的搅拌叶片、刮板、搅拌装置等100多个零件。因电机、减速器、连轴器等为选购件，在设计时没有建立这些零件的三维模型，仅建立双卧轴强制式搅拌机主机上零件模型。在建模过程中，充分利用参数化尺寸、方程式共享数值、配置、派生零件等参数化设计和设计重用技术，便于虚拟装配时发现零件结构不合适时对其进行修改。

2.2虚拟装配

SolidWorks软件提供了自上而下和自下而上两种设计方式，因我们已完成了双卧轴强制式搅拌机主要零部件设计，所以采用自下而上方式.按照同袖、共面等几何约束关系先将侧衬板、侧搅拌叶片、搅拌叶片、搅拌装置轴装配体等小部件装配起来.然后将子装配体装配成筒体搅拌装置等较大的部件，最后将较大的子装配体组装成双卧轴强制式搅拌机的整机装配图。采用分级装配方法，既便于我们及时发现装配问题，又便于修改。

在设计过程中为便于方案论证和与领导、制造工程师及其他相关人员进行交流，我们使用了Animaior插件实现了搅拌机所有零部件的动态组装模拟，并制作了装配动画，提高了设计的可视化。

2.3有限元分析计算

搅拌机在工作过程中，搅拌轴是主要的传动和工作部件，利用SolidWorks内嵌集成的COSMOSWorks有限元分析软件对装配有搅拌臂和叶片的搅拌装置轴装配体进行有限元分析计算。首先将所建模型进行简化，忽略圆角倒角键槽等设计细节，通过标准数据接口，调人到CosmosWorks有限元分析模块，进行实体网格划分，添加轴一端“不可平移”约束、轴承载荷和叶片上分布压力，然后进行有限元分析计算，得到搅拌轴应力分布情况应变和变形状况，计算出危险点的应力和应变，为搅拌轴的结构设计提供指导，同时对设计是否合理进行准确快速的评估。

2.4搅拌运动模拟

搅拌机螺旋叶片绕水平轴旋转时使物料向上翻动，轴向力的作用将物料沿水平轴推向中问和另一端，物料的运动轨迹非常复杂在方案论证时，为形象地表达物料的运动情况，我们首先借助COSMOSMotion全功能运动仿真软件，制作了搅拌机空转工作的运行动画，再建立单个物料和搅拌叶片碰撞的数学方程，借助Swift 3D制作了单个物料在搅拌简运行状况，模拟出物料在整个搅拌筒中形成的封闭式环流，反映出物料的拌合、离析状态，为进一步借助控制方程模拟双卧轴搅拌机的物料运动轨迹打下基础。

3、结束语

利用SolidWorks软件进行双卧轴搅拌机设计，可以形象生动地表达产品的设计结果，既帮助设计人员更快更准确地进行新产品设计，同时提高了设计的可视性和可靠性。(作者：谭群燕 韦乐余 李刚)