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低成本混凝土搅拌机的设计
伊凡尼UKWUABASAMUAL
尼日利亚埃弗隆石油培训学院机械工程系
摘要：随着人口的增加和住房需求的不断增加，建筑业日益扩大。混凝土主要由砂、水泥和砾石组成，是房屋和道路建设的重要组成部分。然而，由于缺乏足够的机械设备和高昂的进口成本，尼日利亚大部分的混凝土搅拌作业都是人工完成的。在这项研究中，我进行了一个低成本混凝土搅拌机的设计。本研究所用材料如下：砂、砾石、水、软钢、漏斗、电动机、轴、轴承、三角带、角铁、软钢板、螺栓螺母等，以达到良好的设计、可行性研究和初步试验。为此设计选择的材料是合理的。进行了详细的设计，以确定扭矩、功率、力、混合室等。实验结果表明，要求搅拌功率为2hp，搅拌力为450N，扭矩为135Nm，皮带张力为692.56N，搅拌体积为0.0085m3。关键词设计、混凝土搅拌机、功率、扭矩、皮带张紧度、搅拌量。
提交日期：2018年4月18日 验收日期：2018年5月3日
1、介绍
混凝土是建筑业广泛使用的结构材料。主要由水泥、细集料（砂）和粗集料（天然砾石或碎石）组成。这些按比例混合的组成材料与水适当地混合在一起形成混凝土。水泥是集料的粘合剂，而集料则是增强混凝土强度的填充材料。混凝土是唯一在现场制造的建筑材料，而其他材料的形状仅用于施工现场[1]。混凝土搅拌机是一种将水泥、砂或砾石等集料和水均匀地混合形成混凝土的装置[2]。一个典型的混凝土搅拌机使用一个旋转的滚筒来混合这些部件。混凝土的抗压强度取决于集料级配、集料/水泥比以及水灰比。新拌混凝土应具有可操作性，以便正确浇筑，硬化混凝土应耐用并达到特定抗压强度[3]。混凝土搅拌机设计的目的是达到混凝土达到规定的强度。混凝土可采用机械或人工混合方法生产。在尼日利亚和其他发展中国家一样，手工搅拌是一种流行的混凝土生产方法，它涉及将混凝土材料的混合物从搅拌托盘或平台的一端翻转到另一端。但人工搅拌法所得的成品抗压强度较弱。混凝土的抗压强度在很大程度上取决于通过搅拌获得的稠度[4]。人口的不断增加带来了为满足日常需要提供住房、工作和道路的发展需求的增加。住房是人类最基本的生活必需品之一。尽管如此，无论庇护所的重要性如何，大多数人都无法获得良好的庇护所，特别是在发展中国家和不发达国家。尼日利亚2012年的住房赤字估计在1700万至1800万套之间[5]。穷人最受住房短缺的不利影响。最重要的建筑材料是低成本的住宅混凝土[6]，但传统的优质混凝土人工配合比由于搅拌不均匀而具有弱抗压性。
建筑业是世界主要工业之一。建筑业是劳动密集型行业，以危险的方式平等进行，实现机械化施工的重要性，并迅速增长。今天的建筑革命，使承包人以最低的建设成本，装备自己的建筑，以达到最高的产出。为了获得最高的输出，必须优化精度、精度、质量和周期时间等参数。这可以通过拥有熟练的人力或机械化系统来实现[7]。随着建筑业的不断增长，承包商不得不在竞争激烈的市场中提高建筑业的质量。大多数国家的建筑业占国民生产总值（GNP）的10-20%，是最大的经济用人部门。它仍然依赖于劳动，而且涉及的大部分工作是重复的。任何国家的发展都依赖于建筑业，因此，它对许多工业部门具有重要的经济意义。激烈的竞争、优质的原材料、熟练的劳动力和技术进步正在迫使建筑业迅速发生变化，从而鼓励其机械化。建筑、公寓、综合楼、商店、道路和住宅的建设是人类的基本要求。在该施工区域，需要混凝土。然而，人工混凝土搅拌法仍然主要用于生产普通尼日利亚人用于建筑工程的组分混合物。人工混合法生产混合料需要大量的时间，而且需要大量的人力进行混合。现有的混凝土搅拌机很多。然而，这些机器的数量太昂贵，因为这种小规模的建筑工人是用传统的方法来搅拌混凝土。本研究设计了一种低成本混凝土搅拌机。该项目的工作带来了比通常进口到尼日利亚的人工搅拌和昂贵的机械化混凝土搅拌机的优势。
2、材料和方法
本研究所用的材料如下：砂、砾石和水。使用的其他材料包括：软钢、漏斗、电动机、轴、轴承、三角带、角铁、软钢板、螺栓和螺母等。机器的耐久性、安全性和最重要的性能取决于使用的材料。为了实现更好的设计，必须使用尽可能低成本的优质材料。
2.1可行性研究
可行性研究旨在客观合理地揭示现有机器或拟用机器的优缺点、环境中存在的机会和威胁、进行所需的资源以及最终的成功前景[9]。利用现有生产混凝土连锁瓦机的方法进行了可行性研究。对不同的现有设计进行了研究、修改、利润优化、环境、易用性和损失最小化。
2.2初步设计
初步设计弥补了设计概念和详细设计阶段之间的差距。在此任务中，定义了整个系统配置，并且项目的示意图、图表和布局将提供早期的项目配置。在详细设计和优化过程中，正在创建的部件的参数将发生变化，但初步设计的重点是创建用于构建项目的通用框架。采用人工生产混凝土的方法进行了初步试验。这里的水泥是由能干的人用铲子将水和细花岗岩混合在一起的。按照相同的方法和步骤设计机器。
2.3设计要求
确定设计要求是设计过程中最重要的要素之一，通常与可行性分析同时进行。设计要求在整个设计过程中控制项目的设计。设计要求如下：
1、混凝土搅拌机所需功率估算
2、皮带近似长度的测定（m）
3、轴带轮负荷和皮带张力的测定（n）
4、驱动轮和从动轮速度的测定
5、电动机传递扭矩的测定
7、压缩联锁瓦块所需的力的测定
8、八轴轴承选择
2.4设计考虑
由于施工中采用零坍落度混凝土，混凝土成品的质量将取决于各种参数；
1、机器振动
2、使用的水泥等级
3、含水量
4、使用的集料质量
5、采用的级配和配合比设计
6、使用的添加剂
7、使用的搬运设备。
8、监理水平
9、工艺
10、质量控制
设计过程中考虑的其他方面如下：
1、功能性
2、可靠性
3、耐久性
4、材料和人工使用
5、混合
6、简单
7、便携性和空间
8、操作程序
9、电源供应商
10、可用性
11、维护
12、成本
13、安全
2.5功能
混凝土搅拌机能够生产出强度和硬度相对较高的瓷砖。机器应能在短时间内生产连锁瓷砖。
2.6可靠性
混凝土联锁砖机的设计应确保可靠性高于平均值（60%）。它必须是可靠的，因为它必须很好地履行其职责，不容易被宠坏。
2.8耐久性
混凝土搅拌机应具有较长的使用寿命（10年）。换句话说，它必须能够持续很长时间。
2.9劳动力使用
机器的耐久性是另一个重要的物理设计考虑因素。尼日利亚的工作环境可能会非常恶劣，而且温度和湿度都非常高。这些条件要求选择耐腐蚀的材料。此外，机器的设计应使其能被许多不同的操作人员使用，因此机器的材料必须能够承受长期的大量使用。最终产品的重量是选择设计材料时考虑的另一个因素。劳动力仅限于整体机械工程中可用的劳动力。有些工作是在卷板机、钻床和焊接机上完成的。
2.10简易性
混凝土搅拌机应具有以下特点：
1、价格低
2、高、小尺寸
3、易操作
4、易维护
5、备有现成备件
6、适销对路
2.11便携性和空间
混凝土搅拌机的设计应便于从一个地方运输到另一个地方。它不应该占用很大的空间。这台机器必须是可以携带的，而且不应该有太多的空间。
2.12操作程序
操作不需要经验的专门技能。打开电源，使其驱动皮带轮转动运送搅拌机的轴（例如，用于混凝土搅拌机）。
2.13动力供应商
混凝土搅拌机需要动力。一旦你接通电源，电源首先流向电机，电机将运动传送到皮带轮，使整个系统工作。轴的转动使混凝土搅拌机叶片转动，从而进行搅拌过程。
2.14材料选择
本研究工作的材料选择基于[10]；
1、服务要求
2、制造要求
3、经济要求
2.14.1服务要求
材料选择中的服务要求涉及材料应具有的性能，以满足其设计目的。其中一些特性包括：耐腐蚀性、导电性、强度、韧性、耐热性、可维护性、安全性等[10]。
2.14.2制造要求
制造要求包括材料应具有的可加工性，包括可加工性、韧性、延展性、可焊性、可铸性等。[10]
2.14.3经济要求
材料选择中的经济要求包括制造和商业化材料的可承受性。以高成本制造并低于制造成本销售是无利可图的[10]。
2.15材料选择表
材料选择表1中列出的下列材料用于工厂的各个部件。
表1、材料选择和理由
序号 | 组件描述 | 材料 | 理由 |
1 | 金属薄板 | 低碳钢 | 在高温下，它可以防止氧化皮、韧性和保持强度 |
2 | 角钢 | 中碳钢 | 承受剪切力和压缩力的能力 |
3 | 滑轮 | 铸铁 | 坚韧、坚硬、低成本、高强度 |
4 | 轴和杠杆 | 中碳钢 | 能够承受剪切力和压缩力 |
5 | V带轮 | 增强橡胶 | 坚固、柔韧、耐用，它有很高的摩擦系数 |
6 | 滚珠轴承 | 高碳钢 | 耐磨、耐腐蚀，坚硬、坚硬、强度高 |
2.16详细设计
2.16.1混凝土搅拌力的确定
混凝土的搅拌力计算如下：
其中，MT=总质量=混凝土质量 搅拌筒质量g=重力加速度=10m/sec2
但是，搅拌筒能承受的最大混凝土质量=40kg（测量）
汽包质量=5Kg（实测）
因此，总质量MT=40 5=45kg
因此，格栅机所需重量W=MT×g=F
W=45×10=450N
因此，适当搅拌混凝土所需的力=450N
2.16.2混合体积的测定
混合室的体积计算如下：
Vmc= ??2ℎ (2)
其中,Vmc=混合室容积
r=圆柱半径=300mm=0.3m
h=气缸高度=300mm=0.3m
因此,Vmc= ?×0.32 ×0.3 = 0.0085m3
2.16.3皮带长度的确定
皮带长度可通过以下方式获得
[14] (3)
2.16.4司机与被驱动滑轮的距离
主动皮带轮和从动皮带轮之间的中心距如下：
C= 2D1 D2 (4)
其中，D1=驱动器直径=100毫米=0.10米
D2=驱动直径=200mm=0.20m
C
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