稳定土厂拌设备成品贮存与卸料装置设计卢和铭.docx

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稳定土厂拌设备成品贮存与卸料装置设计卢和铭

稳定土厂拌设备--成品贮存与卸料装置设计

摘要

稳定土厂拌设备存在材料级配准确、保证质量以及拌和均匀等的优点，是专用于制造利用具有水硬性能的物料作为稳定结合剂的稳定土系列搅拌装置组。

稳定土厂拌设备里，成品贮存和卸料装置是拌合设备中的最后一个环节，也是至关重要不可或缺的组成部分。

成品料贮存与卸料装置经过多年发展，技术已经相当成熟。

本次设计的主要内容是稳定土厂拌设备的整体方案论证以及成品料仓的可移动式设计。

本文根据市场调研情况，对稳定土厂拌设备的应用，优缺点和发展趋势等进行了简单地叙述。

根据拆装，运输和整体设计要求对料仓，支架等主要部件进行基本尺寸限制。

然后对成品贮存和卸料装置进行设计计算，确定出本设计整体以及各部件基本参数。

最后对设计中的零部件危险面进行了强度和刚度校核。

关键词：

成品贮存；卸料装置；稳定土厂拌设备

THESTABLESOILMIXINGPLANT——PRODUCTSTORAGEANDUNLOADINGDEVICE

ABSTRACT

Thestabilizedsoilmixingplanthastheadvantagesofaccuratematerialgradation,uniformmixingandassurablequalityetc.Itisanintegrationofseveraldifferantdevices,whichdedicatedtotheproductionofvariousmaterialswithhydraulicbinders.Thefinishedmixturestorageandunloadingdeviceofstabilizedsoilmixingplantisthelastlinkandvitalintegralpart.

Afterthedevelopmentofmanyyears,thetechnologyofthefinishedmaterialstorageandunloadingequipmentisalreadyquitemature.Themaincontentsofthedesignisthestabilizedsoilmixingplant'soverallprogramdemonstrationandfinishedsiloportabledesign.Basedonmarketresearchsituation,theadvantagesanddisadvantages,applicationsandanddevelopmenttrendsofstabilizedsoilmixingplantarebrieflydescribed.Accordingtodisassembly,transportationandoveralldesignrequirements,thebasicsizeofsilos,stentsandothermajorcomponentsaredecide.Thentheoveralldesignaswellasthevariouscomponents’basicparametersofthefinishedstorageandunloadingdevicearecalculatedanddetermined.Finallythehazardoussurfaceofcomponentsinthedesignarecheckedthroughstrengthandrigidity.

Keywords:

thestablesoilmixingplant;productsiol;unloadingdevice

1绪论………………………..……………………………….………………………….1

1.1稳定土厂拌设备综述…………………………………………………………………1

1.2稳定土厂拌设备的国内外研究状况及其发展趋势…………………………………2

1.3成品贮存与卸料装置主要设计内容…………………………………………………4

2稳定土厂拌设备总体尺寸结构…………………………………………………………...5

2.1稳定土厂拌设备的设计选型………………………………………………………..5

2.2稳定土厂拌设备基本尺寸的确定………………………………………………….5

2.2.1总体参数的确定…………………….………………………………………5

2.2.2装载机的选用……………………….………………………………………6

2.2.3配料机的基本尺寸确定…………….………………………………………6

2.2.4集料输送机的基本尺寸确定……….………………………………………6

2.2.5拌制装置的基本尺寸确定………….………………………………………6

2.2.6粘接剂供应装置的基本尺寸确定….………………………………………6

2.2.7成品料输送装置的基本尺寸确定…………………………………………6

2.2.8成品贮存与卸料装置的基本尺寸确定……………………………………6

3成品贮存与卸料装置的设计……………………………….………………..…………....7

3.1成品贮存与卸料装置设计综述…………………………………………………….7

3.2成品料仓的设计……………………………………………………………………8

3.2.1成品料仓的整体设计…………………………………………………….…...8

3.2.2仓体的设计……………………………………………………………….…...9

3.2.3吊耳的设计…………………………………………………………….…...15

3.2.4料仓与支架，卸料装置连接部的设计………………………………….…...16

3.2.5加强筋的设计………………………………………………………….…...18

3.3料仓支架的设计……………………………………………………………………19

3.3.1料仓支架的整体设计………………………………………………….…...19

3.3.2支腿的设计…………………………………………………………….…...20

3.3.3横梁的设计…………………………………………………………….…...22

3.3.4支架加强部分的设计………………………………………………….…...23

3.4卸料装置的设计……………………………………………………………………24

3.4.1卸料装置的整体设计………………………………………………….…...24

3.4.2卸料装置底板的设计……………………………………………….…...24

3.4.3卸料装置侧板的确定……………………………………………….…...25

3.5标准件和外购件选用………………………………………………………………26

4成品贮存与卸料装置的零部件强度和刚度校核………….………………..………....27

4.1销轴的强度和刚度校核…………………………………………………………….27

4.2螺栓紧固件强度校核………………………………………………………………27

5设计小结………………………………………………………………………………...28

参考文献……………………………………………………………………………….……..29

致谢………………………………………………………………………………….…..30

1绪论

本课题内容是设计公路基层施工用的稳定土厂拌设备。

在统一的总体参数下又分若干个子课题，本子课题的内容是设备的总体设计和成品贮存与卸料装置设计。

1.1稳定土厂拌设备综述

道路基层是关乎高质量公路极其重要的结构层，对于沥青路面而言，它是载荷向下扩散的承重层；对于水泥路面而言，它能减轻断裂、唧泥以及错台等多种混凝土病害的出现率。

基层用稳定土的生产，可采用路拌或者是厂拌等方式然后通过运输进行现场摊铺。

近年来，随着经济飞速发展，交通运输量也不断扩增，在公路建设中，道路交通对公路的水稳性，平整度，整体强度以及道路的使用寿命等质量提出了更高的整体要求。

所以，现代公路的基层和底基层生产广泛采用了更能保证质量的厂拌设备形式进行拌制。

而高质量的稳定土厂拌设备便是高质量公路保障的施工设备之一，对公路建设的意义重大[1]。

稳定土厂拌设备形式更是多种多样，现代施工中也开始广泛采用移动式的稳定土厂拌设备。

稳定土厂拌设备作为公路路面施工机械中重要的一种类型，是专门用来制造各式利用具有水硬性能物料作为稳定结合剂的稳定土的系列搅拌装置组，具有水硬性能的物料有石灰粉，煤灰碎石，石灰稳定土和水泥稳定砂砾等混合料[2]。

厂拌设备对物料计量的要求精度高，单位时间产量大，拌合均匀，级配精确并且便于计算机自动控制。

厂拌设备是一种目前高要求道路修筑中使用的较高效率道路表面基层用机械，同时也是建筑物和机场等的基层和底基层施工的重要机械[3]。

稳定土厂拌设备根据不同的分类方式可以非为不同形式。

例如根据稳定土厂拌装置的布置以及其移动性能，稳定土拌合设备可以分为可搬式，部分移动式，固定式以及移动式等的结构形式[4]。

稳定土厂拌设备的结构如下图所示，其进行生产工作时的基本原理如下：

将选定的各种物料（如煤灰，土，砂石粉等）用装载机分别装入各配料仓中，经计量装置计量后送到带式集料机；同时，结合料储存仓中的粉料稳定剂（如石灰、水泥等）经螺旋输送机送至计量料斗装置，最后送到带式集料机上[2]；各种物料经集料机送到搅拌机组装置进行拌合。

在搅拌机装置中物料的上方设置有液体的喷淋设施，可以根据不同物料的水分含有的实际情况，通过控制系统调节并供给适量水份，使其能满足公路施工对水分的要求[5]。

在有些必要的情形中可以采用相对应的供给装置喷洒所需的不同类型的稳定剂。

搅拌完成后的成品料即稳定土，通过带式输送机被送到成品料仓中暂时贮存，料仓的底部装配的可控制气压斗门开启时，混合成品料便卸入转运货车，进而将物料运到施工地点[6]。

图1-1稳定土厂拌设备

1.2稳定土厂拌设备国内外研究状况及发展趋势

近年道路建设事业的飞速兴起并实现众多成果，我国道路交通要求筑路以及护路机械的发展应与其同步前进。

例如修筑高速公路所用到的稳定土拌和设备，就要求不允许使用路拌机而必须使用场拌机。

由于厂拌设备具有级配物料较准确、节省物料、成品搅拌较匀并能保证物料的质量等优点，因此在城市道路和公路的基层或者底基层施工中被广泛采用[6]。

市场需求的多样性以及新原理与技术的应用，使得稳定土厂拌设备不论是在整体的结构，还是在产品的功能，都呈现出了多样化的发展。

在国外的一些国家，厂拌设备的发展可谓比较早，例如法国SAE公司等厂商在稳定土厂拌设备的制造领域具有很高的知名度，由发达国家所生产的稳定土厂拌设备已经形成了系列的产品[7]。

在具有原来寿命长，适应性强等优点的同时，防离析等新技术被引用，随着不断的改进以及各种技术的运用，稳定土厂拌设备的发展呈现出了如下形势：

（1）无衬板型式搅拌装置技术的运用。

近些年以来，一些公司根据稳定土生产的稳定物料的特性以及其他特点，改进了连续式搅拌装置即是不再使用衬板，生产出了新型无衬板搅拌器。

这种无衬板型式搅拌器得到了买家的接受与欢迎，现在已经开始被广泛的用于稳定土厂拌设备。

无衬板装置在搅拌工作时，叶片和装置的壳体之间的空隙中形成了一层不可以移动的物料层，此物料层在壳体上的停留相当于衬板，不但使装置外壳减轻大的磨损，也减轻了搅拌叶片运动中的损坏，与此同时，在同样体积的前提条件下，采用无衬板型式的搅拌装置其整体质量相对于有衬板型式的搅拌器来说会小许多，并且无衬板型式的搅拌装置还有较低制造价格，较高的生产效率，不产生阻塞等优点[8]。

（2）物料含水率的快速和连续监测技术的应用。

由于原始物料的含水率会受天气等因素的变化影响，尤其是对砂料等细集料的含水率的影响更大，而它们的含水率的变化将会直接影响到骨料级配的准确性[5]。

其监测原理如下：

集料输送机所供物料与喷淋装置所洒水通过搅拌机搅拌均匀之后，进而运送到皮带机，由皮带机上的检测装置检测出混合料中的含水量，并将数据传送入微型处理器，与系统给定值进行比较，最后通过调节配套的电磁流量装置来控制供水量[2]。

目前，快速连续检测物料含水量的技术被普遍应用。

（3）设备的发展变得大型化。

现代施工设备向机械化方向发展，根据其要求，稳定土厂拌设备也开始变得大型化[9]。

（4）设备结构采用模块化技术。

机构模块化可解决设备大型化的装、拆等困难因素，不但利于生产厂家的制造以及产品的系列化，而且也符合施工作业的特点。

（5）稳定土厂拌设备向多用途的方向发展。

稳定土厂拌设备多用途的发展扩大了其生产范围，使得厂拌设备不仅能生产稳定混合料，还能生产其它类型的路面混合料，例如碾压用的混凝土以及乳化沥青混凝土等等。

（6）广泛建立起用户联络用的控制核心。

伴随着通讯技术的飞速发展，一些厂家便通过利用国际网络等十分先进的通讯技术手段与电子科学微机技术，同不同地域的用户建立起较为直接的联系。

生产制造厂家建立起控制核心，利用控制核心中的微机利用国际间的通讯网络与客户们的计算机连接来控制客户的厂拌设备，还可以利用控制核心的微机及时地查询和监测客户用厂拌设备的运转状况，并且能方便地调节客户厂拌设备的生产稳定土的工作状态。

（7）厂拌设备的主要组成部件采用多种搭配的技术应用。

大多数生产厂商生产制造的厂拌设备，都是由很多个总成部分相互组合装配而成的。

因此，在保证厂拌设备基本生产性能的前提条件下，其主要组成的部件可以根据客户的实际生产需要进行不同的调整和组合，厂拌设备的总体结构布局也可以根据工程施工场地的条件作出相应变化。

1.3成品贮存与卸料装置主要设计内容

成品料贮存与卸料装置是稳定土厂拌设备的不可或缺的独立部分。

本次设计的主要内容是稳定土厂拌设备的整体方案论证以及成品料仓的可移动式设计。

根据市场调研的实际情况，对稳定土厂拌设备的发展有了较为确切的认识，确定了设计的整体思路。

由拆装，运输和整体设计等要求对料仓，支架等主要部件进行基本尺寸限制。

由贮存容器和卸料有关设计手册等资料对成品贮存和卸料装置进行设计计算，确定出本设计整体以及各部件基本参数。

最后对设计中的零部件危险面进行了强度和刚度校核。

2稳定土厂拌设备总体尺寸结构

2.1稳定土厂拌设备的基本设计选型

此次设计的稳定土厂拌设备的生产率是200t/h，属于中小型的厂拌设备，因此在设计选型时我们考虑了移动式和可搬式的结构形式。

移动式厂拌设备具有整体结构布置紧凑，方便部属生产，随停随用，不需要预先制造安装的地基基础，移动过程快捷方便等优点，这使得移动式厂拌设备在市场上具有很大的占有率。

但是移动式厂拌设备也存在一些缺点，例如设备的集成程度很高，使得设备的维修变得比较困难，另外，在转场运输的方面速度会显得比较慢。

可搬式厂拌设备相对于移动式厂拌设备而言，其各总成部分相互独立安装，在维修和保养方面显得方便快捷，可以根据施工现场的实际情况，按照需要适当的增加或减少设备的部件，但可搬式厂拌设备在安装转场的过程中工作量就会比移动式大很多，转移工作重复并且耗时。

稳定土厂拌设备的设计本着经济实用以及可靠性的基本设计原则，另外考虑到设备的使用寿命，设备生产的操作舒适性，使用的安全性以及设备维修的方便性等方面，本次设计选择了可搬式厂拌设备的基本结构形式。

在此选型的基础上，广泛采用了新技术和新工艺，并作出了如下方面的改进：

各总成部分采用框架式的结构，缩短安装时间；较高强度的机构稳定设计，使其适用于可频繁搬迁；采用高强度的螺栓以及销轴等的连接方式，连接方便。

本次设计的总体结构形式采用的是可搬式的结构形式：

使用一辆中型半挂车安放配料仓，集料输送装置，搅拌装置和成品料输送装置四大模块，四大机构模块集成在一辆挂车上，在转场运输时无需吊装，直接运输；粘结剂输送装置和成品贮存与卸料装置则采用可拆装搬移的形式，这两大机构模块的各部件经拆卸吊装后通过一辆运输卡车进行转场运输。

2.2稳定土厂拌设备基本尺寸的确定

2.2.1总体参数的确定

由国标GB1589-2004《道路车辆外部尺寸、轴荷及质量限制》，确定挂车的长和宽分别为12.5m、2.5m[10]；并且考虑到轮式装载机的最大卸载物料高度和挂车的通过性（例如高架桥洞等），确定挂车的总体高度不能超过2.9m，考虑到整体设备的机构布置，确定整机机构的离地间隙为0.8m。

设备的总质量应不超过t，设备总功率应不超过150kw。

2.2.2与厂拌设备配合装载机的选用

在不考虑添加加稳定物料和水的情况下，设备生产过程用到四种级配物料，选用ZL50型号的装载机为设备生产上料，装载机每次的动作循环是30s，满载时的生产率是2*60*5=600t/h，考虑到铲斗的满载系数，时间系数以及意外故障等方面的因素，采用两台ZL50装载机完全可以可满足生产制造的需要。

2.2.3配料机的基本尺寸确定

根据设备的生产率以及装车运输等约束条件，配料机组结构模块的整体尺寸选择如下：

长为6.5m，宽为2.5m，高为0.8m。

2.2.4集料输送机的基本尺寸确定

依据备的生产率以及装车运输等约束条件，集料输送机结构模块的整体尺寸选择如下：

长为7m，宽为1.2，高为0.6m。

2.2.5拌制装置的基本尺寸确定

根据设备的生产率以及装车运输等约束条件，配料机组结构模块的整体尺寸选择如下：

长为1.6m，宽为1.4m，高为0.8m。

2.2.6粘接剂供应装置的基本尺寸确定

根据设备的生产率以及装车运输等约束条件，粘结剂供应装置结构模块的整体尺寸选择如下：

长为2.2m，宽为2.2m，高为3m。

2.2.7成品料输送装置的基本尺寸确定

根据设备的生产率以及装车运输等约束条件，成品料输送装置结构模块的整体尺寸选择如下：

宽为1m，带速为1.6m/s。

2.2.8成品贮存与卸料装置的基本尺寸确定

根据设备的生产率以及装车运输等约束条件，粘结剂供应装置结构模块的整体尺寸选择如下：

长为4.8m，宽为2.2m，高为3.1m。

3成品贮存与卸料装置的设计

3.1成品贮存与卸料装置设计综述

成品贮存与卸料装置作为稳定土厂拌设备的不可或缺的独立部分，其功用可以归纳如下：

在自卸货车交替作业或者一段时间内自卸货车无法到达时，为保证稳定土厂拌设备能够连续稳定的生产而把混合料进行暂时的贮存[5]。

厂拌设备的成品料仓有多种结构形式，常见的结构形式有如下几种：

1.）成品料仓直接设计安装在搅拌装置的底部；2.）成品料仓直接设计悬挂设置在成品料的皮带输送设备的支架上；3.）成品料仓带有固定的支腿，将其安装在预先制作好的水泥混凝土的基础之上。

另外，成品料仓在卸料的时候，为了防止混合料的离析现象，需要合理的控制好成品料的卸料高度。

有些生产厂家制造的稳定土厂拌设备也因此把成品料仓或者是料仓的支架制造成卸料高度可变的的结构形式。

图3-1成品贮存与卸料机构简图

稳定土厂拌设备的成品料仓的容量一般设计为5～8m3储存量，尤其是悬挂在成品料输送带的成品料仓，其容量不能太大。

如果使用的是小容量的厂拌设备成品料仓，在运输自卸货车的调度等生产制造，安排以及组织等方面都必须达到精确的要求，否则的话很可能会发生停机候车等现象。

因此，在设计方面可以适当考虑增加成品料仓的容量，这样的话可以在一定程度上增加设备工作的连续性。

如果稳定土厂拌设备会在一台班的作业时间内出现多次的停机和启动时，不但会使稳定土的拌和质量出现问题，而且还会耽误生产工时，使生产效率不能得到充分的发挥。

如图3-1所示，固定稳定土厂拌设备成品料仓的安装结构主要由支架立柱，贮存成品料斗以及卸料用的斗门启闭装置等部分组成[11]。

卸料用斗门一般采用双扇斗门摆动启闭的机构形式，斗门的开闭动作一般用液压，气动或者是电动的控制方式。

经过多年的发展，成品料贮存与卸料装置的各方面技术都已经比较成熟了。

根据市场调查和查阅资料的实际情况，对稳定土厂拌设备的技术发展有了较为确切的认识，确定了本次设计的整体思路。

根据稳定土厂拌设备设计的整体设计等要求，此次设计采用的是可拆卸，吊装，运输的成品料仓和卸料装置。

3.2成品料仓的设计

3.2.1成品料仓的整体设计

稳定土的散集密度γ0<2t/m3，最大块度A=20mm，静堆积角ρ=40º，生产率Q=200t/h，温度<50℃，稳定土厂拌设备的工作环境为露天。

稳定土厂拌设备的成品料仓的容量一般设计为5～8m3储存量，但是如果使用的是小容量的厂拌设备成品料仓，运输的车辆在调度等的生产制造组织安排与管理方面都必须做到精确的要求，否则的话很可能会发生停机候车等现象。

因此，在设计方面可以适当考虑增加成品料仓的容量，这样的话可以在一定程度上增加设备工作的连续性。

考虑到以上因素，此次的成品料仓的容量设计取20分钟的生产量，

（3-1）

由

，可知,

（3-2）

因此，可取成品料仓的容量为V=33m3。

另外，为防止卸料时混合物料发生离析现象混合料的卸料高度不能选择太高，根据运输车辆的高度（以15吨的车辆的高度为参考）一般为2.4m左右，选取卸料高度为3m。

成品料仓的材料选择16Mn钢板，16Mn钢含碳量是将近16%，在分类上隶属碳锰钢，16Mn的屈服强度为

[4]。

16Mn钢中具有较少的合金，并且具有很好的焊接性能，焊接前不需要进行预热处理。

3.2.2仓体的设计

考虑到整体设计思路中，成品料仓是可以拆装与运输的，仓体一般通过大货车或者是卡车进行运输，因此，仓体的长和宽尺寸应受到运输车辆的的限制。

查阅国家标准以及参考自卸货车的基本尺寸，例如东风柳汽龙卡的发动机

的牵引货车准载重量（kg）分别为28150/27500，牵引货车的基本尺寸（mm）

，功率（kw）分别为

。

由实际调查结果得出货车的基本尺寸如下表3-1所示。

表3-1普通货车的基本参数

根据货车的基本尺寸,可知成品料仓的宽度应小于货车车厢的宽度，选取宽度d为2.2m。

考虑到车辆在运输过程中，会遇到涵洞等限高的路段，根据运输车辆的箱体底部高度一般为1m，而涵洞以及高速公路等的限制高度一般为4.5m。

由此可知，成品料仓的高度h<4.5-1=3.5m，取料仓的整体高度h=3.1m。

成品料仓的卸料斗高度选取为h1=1m，贮存仓部分选取高度为h2=h-1=2.1m。

3.2.2.1卸料斗半锥角的设计

固体颗粒的散装物料从宏观角度看既具有固态物料的特征又有液态物料的特征，具有流动性又存在内摩擦力而自成物料堆积角；既具松散状态又因内聚力而具成型性；既具有流动特征而又有滞流特征。

在实际的生产过程中，混合物料在成品料仓中的流动过程十分复杂，流动过程中会出现许多问题，例如物料结拱以及涌流等。

混合物料在成品料仓中的流动形式一般分为:

1.）整体流动，此时料仓斗部角度较小，并且内壁十分光滑，卸料过程没有停滞区，并且流动均匀；

2.）中心流动，此时料仓斗角较大，并且内壁不太光滑，物料仅在成品料仓的中央部分流动，在靠近仓壁处物料流动较少；

3.）扩展流动，料仓的底部物料符合整体流动，顶部物料符合中心流动；

4.）搭拱，此时物料停滞在成品料仓内部不流动。

在设计