精品稳定土拌合机总体设计.docx

1、精品稳定土拌合机总体设计前言随着公路建设的现代化发展,稳定土拌和机在性能和可靠性方面有了飞速的发展，并且在使用方面边的更加广泛用于公路、机场等底基层稳定材料的就地拌和，并切对旧路面进行铣削与破碎，做到一机多用。本次设计在参考国内外同类型资料的基础上,并根据技术参数要求进行设计的，在设计过程中得到了指导老师展朝勇的亲切关怀和耐心指导，并且得到了同组同学的帮助与支持，在此特表示衷心的感谢。由于我们经验不足，水平有限难免存在遗漏与不足，敬请各位老师批评指正。第一章绪论1。1用途及工作对象稳定土拌和机是一种稳定材料处理机械主要用于稳定材料修筑道路、机场、城市建筑的基础层拌和施工，亦可用于土壤改良的拌和

2、及旧路面的翻新和破碎作业,稳定土拌和机通过其工作装置转子在道路施工现场就地完成对土壤的切削、破碎作业并将土与加入的稳定剂(乳化沥青、水泥、石灰等)搅拌均匀。利用稳定土拌和机进行材料路拌施工由于就地取材，施工简便,成本低廉,有厂拌法不可取代的优点。现场施工经验表明,对灰土、灰砂小颗粒等稳定材料，经过性能良好的拌和机12次的拌和作业，一般都可以达到质量要求。但目前国内一些粉料撒布机的性能均不够理想，所以靠人工作业的方式完成粉料即干稳定剂的撒布,其均匀性能难达到要求，这就影响了拌和机的使用效果。也就是说,稳定土拌和机就其本身而言，性能是可靠的。由于配合机械的缺陷，因而就影响了该设备在路面上的使用。相

3、信在不久的将来，配套机械一定会得到解决，路拌法将会得到更广泛的应用.并且随着计量精确撒布均匀的粉料撒布机械的开发和应用，路拌法将会获得更好的应用前景.1.2国外发展水平及趋势国外稳定土拌和机发展的历程是：旋耕机代用拖拉机或汽车改制小功率机械传动式专用稳定土拌和大功率全液压专用稳定土拌和机和大功率液压、机械组合式专用稳定土拌和机。在成熟的机型中，BOMAG公司的MPH100型稳定土拌和机和CATERPILLAR公司的SS250稳定土拌和机等具有一定的代表性.全液压专用稳定土拌和机的转子多用低速大扭矩马达直接驱动，结构简单、维修方便,然而整机效率低，可靠性较差。近年来国外公司为改进低速大钮矩马达传

4、动这一缺点，成功地研制出高速马达加行星减速直接驱动转子的方式,置减速机和马达于转子轴内，减小了转子直径和宽度尺寸，大大改善了机器的综合性能。现代优良的稳定土拌和机除了性能和可靠性外，正朝着多功能转子的方向发展，即使用一种综合型的刀具来完成松土拌和及硬土翻松等作业，避免了用户更换转子的困难。此外，现代稳定土拌和机还配有液体料喷洒装置，从输料车上将水、乳化沥青等液体料吸入,经准确计量后从转子罩壳前上方沿横向配置的喷嘴中均匀喷出并与拌和料均匀混合。国外也曾出现过一些两转子甚至更多转子串联排列、联合作业的稳定土拌和机，利用多转子不同旋向的复合破碎与拌和作用达到机械一次通过即对稳定材料完成均匀拌和的目的

5、,不过由于结构复杂、机器庞大而没有普遍推广。关于稳定土拌和机转子的旋向,早期多取正转方式，刀具自上而下切削土壤，切屑随之向后抛出,不在转子前方形成堆积,驱动阻力小，且转子工作的水平切削分力起推进机器前进之作用。随着现代道路施工对拌和质量要求的提高以及稳定土拌和机采取正转方式有行走稳定性差的缺点，反转方式得到越来越多的采用。反转刀具由下而上切削土壤，切屑由薄到厚变化,载荷平稳,在硬土翻松和旧路面铣削作业中尤有优点；此外，后继刀具对堆积于转子前方的切屑进行复拌，有利于改善拌和质量，因而现代大功率稳定土拌和机几乎都取反转方式。近年来国外先进机型在行走系统和转子系统间设置了功率自动调节装置，自动控制机

6、器在负荷变化的情况下始终保持发动机在额定工况工作，还设有拌深自动调节装置等.这种自控装置的设置大大提高了机器的综合性能，减轻了司机的操作强度。1.3国内发展水平及趋势我国在20世纪60年代先由石油部门购进美国REXNOTD公司的SPDM型及HDS型稳定土拌和机，并开始研究小型后置式稳定土拌和机，但由于多种原因未能批量推广.。80年代初期,由交通部西安筑路机械厂生产了中小功率（120kW以下级)稳定土拌和机；80年代末期,随着道路发展的需求,大力发展和生产大功率稳定土拌和机列入日程,并先后由交通部新津筑路机械厂生产出235kW全液压稳定土拌和机，徐州筑路机械厂生产出220kW全液压稳定土拌和机;

7、至此中国的稳定土拌和机生产开始步人成熟阶段。随着进口液压动力元件的引入和生产工艺的改进，其技术日臻完善。目前国产稳定土拌和机已达年产300台以上的生产能力。1.4稳定土拌和机的分类及特点1。4。1按行走部分的形式：分为履带式、轮胎式和复合式。履带式稳定土拌和机由于机动性不好,所以目前很少生产。现代稳定土拌和机以轮胎式为主,其轮胎多为宽基低压的越野型轮胎，以满足机械在松软土壤上行驶作业时对附着牵引性能的要求。1.4.2按转子和行走机构的驱动方式：分为液压驱动式、机械驱动式和混合驱动式（机液结合）.由于液压技术日趋完善,液压传动具有结构设计布置简等优点,稳定土拌和机目前采用全液压传动的较多.其行走

8、和转子拌和系统采用液压马达驱动。行走系统中只采用一个液压马达作为变速箱驱动桥总成的动力输入，而不是采用两个液压马达分别驱动两侧的驱动轮。这主要是因为在驱动车轮上直接安装低速车轮马达的传动方式，要求液压马达能承受地面传给驱动轮的各种轴向和径向的复杂载荷且用马达本身数量有限的排量规格匹配主机扭矩的要求有一定的困难，另外,由于低速马达出现的比高速马达晚的多，相对而言没有前者那麽成熟,它的效率（特别是容积效率）低于高速马达，而价格比较昂贵。基于这些原因，全液压稳定土拌和机目前都采用这种传动布置格局。1。4。3按拌和装置在车辆上安装的位置：分为转子前置式、转子中置式和转子后置式。前置转子式稳定土拌和机拌

9、和过的作业面残留有轮迹，仅见于早期生产的稳定土拌和机。中置式稳定土拌和机没有上述缺陷，且整机机构比较紧凑，但保养维护转子和更换搅拌刀具时不够方便.后置转子式稳定土拌和机的转子保养维护和搅拌刀具的更换较为方便，也不会在拌和过的表面留有作业轮迹，但是这种布置型式需要在拌和机的前方增设配重，因而增加了整机长度和行驶转弯半径。1。4。4按拌和转子旋转方向：可分为正转转子和反转转子两种。转子正转时，拌和转子从上向下削切土壤。从受力情况看，正转转子切削反力的水平分力与拌和机的前进方向一致，减少了行进阻力，有助于拌和机的行走，但是，当遇到地下有较大的拌和障碍物时，切削阻力增加很快，会对转子形成冲击载荷。反转

10、方式的拌和转子由下向上翻起土壤进行切削，其切削阻力比正转方式小。在破坏旧的沥青混凝土路面或翻修硬的基层作业中，切削阻力很大，这时采用反转方式为合理.有下向上翻时,切曾有薄变厚，阻力平稳增加，这样可以减少冲击载荷,使得工作比正转转子平稳些。从反转转子受力分析中可以看出，转子切削阻力的水平分力与拌和机行进方向相反，因而整机消耗功率较大。第二章稳定土拌和机结构分析2。1总体构造稳定土拌和机的部件结构与作业装置的构造和安装部位可以有不同的形式，但是稳定土拌和机均由主机和作业装置两个部分组成。有些稳定土拌和机还设置了稳定剂计量撒布系统.图1是稳定土拌和机的外形图。组成部分包括发动机和底盘。底盘作为拌和作

11、业装置的安装基础,它由传动系统、行走驱动桥、转向桥、操纵机构、电气、液压系统、驾驶室、翻滚保护架以及主机架等部分构成。各个部分均安装于主机架上。主机是稳定土拌和机的基础车辆，其组成部分包括发动机和底盘。底盘作为拌和作业装置的安装基础，它由传动系统、行走驱动桥、转向桥、操纵机构、电气、液压系统、驾驶室、翻滚保护架以及主机架等部分构成。各个部分均安装于主机架上。2.2拌和转子装置稳定土拌和机的主要工作装置是转子装置。它由转子、转子架、罩壳、转子升降油缸、罩壳后尾门启闭油缸等组成。如图2.2所示.工作装置由转子、转子动臂、转子罩壳等机构组成。转子是一个强度、刚度较大的空心钢管轴，在轴上装有若干个刀盘

12、,刀盘刚性地固接在轴上，每个刀盘都装有六把可更换刀片.转子两端通过转子轴头支承在转子动臂上。转子动臂两端分别安装两个滚动轴承来支承转子.转子动臂由厚钢板焊接而成，并通过在根水平管梁将左、右转子动臂连为一体,成为转子架。主横梁可以相对支承座转动。转子动臂前上端内侧安装有两个低速大扭矩液压马达，液压马达从两侧驱动行星减速器立功经过链传动带动安装在转子轴上的链轮，从而驱动转子旋转。链传动封闭在转子动臂里，打开动臂的侧板就可以进行维修。转子动臂由一对往复作用式液压缸进行升降，液压缸的一端同主机底盘上的销轴连接，另一端的活塞杆与支架连接；支架刚性地固定在水平横梁上。液压缸的伸缩就可带动转子动臂和转子围绕

13、主横梁上下升降。转子罩壳由钢板焊接而成,与转子之间采用浮动连接.工作时四壳靠自重浮于地面构成一封闭工作室，转子提升时,带动罩壳脱离地面.为防止浮动田罩壳相对转子倾斜或翻转，有拉杆将罩壳与底盘机架相连，使浮动罩壳相对于转子只限于水平运动。罩壳上还装有尾板，尾板由液压缸控制启闭，它可用来均匀地刮平被拌和机处理的稳定土混合料。图2。1稳定土拌和机外形图图2 。2稳定土拌和机工作装置1-分土器；2液压马达；3举升轴；4-举升油缸；5保险销6深度指示器；7-举升升臂8-牵引杆；9-调整螺栓；10-罩壳;11-护板；12-尾门开度指示器；13-尾门油缸；14尾门15-加油口16油面口17放油口18-转子拌

14、刀图2.3转子结示意图1转子动臂;2转子轴头；3、12转子轴；4-刀盘；5轴承；6-链轮;7动臂侧板；8、13刀片；9-固定螺栓；10-刀臂;11-刀头转子用来削切土壤并将其与结合料均匀拌和。由于它直接接触，承受处理土壤时所产生的各种载荷,因此要求转子轴具有足够的强度和刚度.转子在处理土壤时，要尽力保证动力传动装置所承受的载荷平顺、稳定和均匀。转子轴的刀盘或刀臂的拌和刀具在其横向排列上应呈螺旋线形式,使刀具能依次连续地切削和粉碎土壤.目前，转子拌和刀具大多采用左、右对称呈螺旋等角布置，以保证转子在拌和过程中对称切削受力，有利于减小转子的动载冲击.转子有刀盘结构式转子和刀臂结构式转子两种型式，如

15、图2。3所示。刀盘结构式转子轴上焊接着若干个刀盘，转子轴采用大口径薄壁空心钢管,在相同质量的前提下，可以提高整体强度和刚度；还可减少刀盘的尺寸,增加刀盘的强度。这种结构形式适合于拌和深度较浅的工作条件；刀臂结构式转的强度和刚度比刀盘式的要差些，不适合于切削阻力比较大的破碎工况;当切削阻力较小,拌和深度较大时，采用这种结构形式比较合理.拌和机转子上使用的刀具有四种结构形式，如图2.4所示.其中:a)、b)为铲形刀具,刀头的切削刃处镶有耐磨硬质合金材料，以增强刀头的强度和耐磨性并延长其工作寿命；c)、d）分别是直形和弯角形刀片，这种刀片安装在转子轴上时，相邻刀片之间可以有一定重叠或正好搭接，这样其

16、拌和均匀性和效果将会很好;e)为子弹形铣削刀,这种刀头在刀尖上镶嵌有硬质合金,能承受住极大的磨擦力，其强度和耐磨性均很好，适用于破碎旧的沥青路面以及拌和加石料的稳定土。图2。4子刀具结构形式a）、b）铲形刀具；c）直形刀具；d)弯角形刀具；e）弹形刀具工作装置为液压驱动的稳定土拌和机转子动力来自液压马达，有两种传动布置型式：一种型式是低速大扭矩液压马达直接驱动转子,另一种传动型式是液压马达经过行星齿轮闰速器和传动链，降速增扭后将动力传给转子轴.2。3前后桥前桥为转向桥,拟采用全液压转向，液压油缸使车轮偏转,前轮采用混合花纹的载货汽车轮胎。图2.5压式稳定土拌和机传动原理图1发动机；2-万向节传

17、动轴;3转向油泵;4-行走变量泵;5-操纵系统油泵；6-分动箱；7转子变量泵；8-行走定量马达；9-变速箱；10-驱动桥；11转子定量马达;12-拌和转子后桥采用液压马达输入动力的液压-机械驱动方式，如图2.5示,动力传递路线为:发动机1万向传动装置2分动箱6双向变量液压泵4液压马达8两级变速箱9驱动桥10,其中驱动桥选择国内相关生产厂家的驱动桥总成作为外购件，驱动轮采用人字形花纹的宽基低压越野型轮胎。2。4制动系统因全液压稳定土拌和机的行使速度较低，故我们所设计的拌和机采用气压式制动驱动,采用凸轮张开式制动器实现前后轮的制动，制动系统的组成部件有：空气压缩机、油水分离器、压力控制阀、手制动阀

18、、脚制动阀,其工作原理如图2。6示.该制动系统包括行车制动和驻车制动，凸轮张开蹄式制动器的制动鼓装在前、后车轮上。凸轮转动一个角度迫使制动蹄张开，压紧制动鼓的内壁,产生制动效果。行车制动用脚操纵，驻车制动为手操纵。行车制动时,前后四个车轮制动器都产生制动作用;驻车制动时，只有两个后车轮制动作用.气压缩机由柴油机驱动。压缩空气经油水分离器、压力控制阀进入储气筒。压力控制阀使储气筒中空气压力保持在0。680。7Mpa。油水分离器可把水分和润滑油从压缩空气中分离出来，以免腐蚀气筒及管路中不耐油橡胶件。图2.6稳定土拌和机制动系统原理图1-前左制动室；2前右制动室;3压力表；4-三位四通转阀；5制动阀

19、；6-空气压缩机；7、9油水分离器；8手制动阀;10-储气筒11-压力控制器12-制动灯开关；13后右双气室制动室外；14后左双气室制动室第三章WB230型稳定土拌和机总体方案的设计与论证3。1WB2300型稳定土拌和机的功用WB2300稳定土拌和机械是一种将土壤粉碎,并与稳定剂（石灰、水泥、沥青、乳化沥青或其他化学剂）均匀拌和，以提高土壤稳定性，修建稳定土路面或加强路基的专用自行式机械。稳定土拌和机主要用于公路工程施工中，完成稳定土基层的现场拌和作业。由于该机型拌和幅度变化范围大，所以它既适用于高等级公路稳定土基层施工，又适用于中、低级路面或县级道路路面施工，可以拌和I、II级土壤，也可以拌

20、和III、IV级土壤；附设有热态沥青或乳化沥青再生作业自动洒水装置，可就地改变稳定土的含水量并完成拌和。使用WB2300型稳定土拌和机械不仅可以节约施工费用，加快施工进程,更重要的是保证施工技术要求和施工质量。3。2总体方案设计的基本要求本机在设计中应满足以下几项基本要求：1.机动灵活：要具有一般汽车或挂车装载和行使的各种性能,符合一般工程机械的一切技术要求。2.安全可靠：在行驶和作业过程中，要保证操作人员和机器的安全,不妨碍其它交通。3.功能齐全：要充分做到一机多用，满足路面的要求,不仅能拌和，而且还可以铣刨旧的沥青混泥土路面，完成破碎再生作业。4。良好的效率：要做到提高工作效率，保证施工质

21、量，降低工程成本，减轻劳动强度，保护环境。3.3主要技术参数的初定WB2300型稳定土拌和机总体参数的选择就是对其主要性能指标提出总体要求，作为整体和总成部件的设计依据。根据WB2300型稳定土拌和机的主要用途,并结合其生产的工况的实际情况及可能性,对其技术参数最初提出如下要求：表3.1原始设计参数拌和宽度2300最大拌和深度0-400行驶速度025工作速度0-3.5转子转速0-150最小转弯半径7000机重15000kg外形尺寸长7950宽3256高3277/2567发动机型号CumminsNTA-855（初定）发动机功率258发动机额定转速2100爬坡能力30%3.4稳定土拌和机总体方案确

22、定因后置转子式稳定土拌和机的转子保养、维护和搅拌刀具的更换较为方便，也不会在拌和过的表面留有作业轮迹，且发动机与工作装置便于在主机上布置，国内生产厂家可供参考的机型也较多.经过调研、对所收集的资料进行分析并与与设计小组其他同学探讨后,我最终选择后置式全液压驱动的逆拌式稳定土拌和机为我们设计小组所设计的WB230型稳定土拌和机总体方案,我们所设计的WB230型稳定土拌和机总体布置如图3。1所示,其基本参数如表3.2所示.图3.1WB230型稳定土拌和机总体布置图1发动机；2-驾驶室;3-驱动轮；4横梁；5-举升臂；6拌和装置；7尾门油缸；8侧板；9-径向柱塞液压马达；10-液压油箱；11-转向轮

23、；12机架；13配重表3.2WB230型稳定土拌和机总体参数表名称单位参数整机质量kg约15000拌和宽度mm2300最大拌和深度mm400行驶速度km/h025工作速度km/h03.5转子转速r/min0150转子旋向逆向发动机型号（初定）康明斯NTA855C360型柴油机发动机功率kW258爬坡能力%303.5发动机的初定我们设计小组所初定的发动机为康明斯NTA855C360型柴油机，其主要参数如表3.3示。表3。3康明斯NTA855C360型柴油机主要参数表名称单位参数型式四冲程水冷直喷式缸数与排列直列式六缸机气缸内径与活塞行程mmmm140152吸气方式废气涡轮增压中冷式燃油系PT燃油

24、供给系统总排量L14标定功率/转速kW/（r/min)258/2000最大扭矩/转速（Nm)/（r/min)1509/1400最低比油耗g/（kW/h）207高原工作能力m3000净质量kg1305大修周期h1000012000外形尺寸(长宽高）mmmmmm15437811300工作顺序153624第四章发动机的选型与计算4.1功率计算拌和机工作所需要的功率是拌合机的主要参数.整机运行所需的功率包括机器运行所耗功率，铣削土壤所耗功率和计量系统工作所需功率。切削土壤所耗功率：N1=p0bhh1zn(W）（41）式中：p0土壤的切削阻力（Pa）；b铣桨宽度（m）；h切削深度（m）;h1切削厚度（m

25、)；z-铣筒上的铣桨数;n转速(s1）。土壤的切削阻力视土壤的级别而定，在此取土的级别为,则p0=220000N.根据本机的设计要求可知h=0.4h1=0。004n=2.35所以有N1=2200000。10.40。0041452.35=12kw.抛掷土壤所耗功率：N2=k0mv02/2=k0Bhvpv02/2（4-2）式中：k0抛掷系数,对窄和宽的铣桨，相应地取为0.75和1;m-每秒钟被抛掷土的质量（）；v0铣桨端的圆周速度(m/s）；B-铣削宽度(m）;-土的密度（/）由于本机采用宽铣浆所以取=1本设计要求转子转速为150rpm，经计算可得v0=11m/s查资料可知土壤密度为2.7103k

26、g/m3所以有N2=12.30。43。5/3.61122。71000/2=146kw拌合机移动所耗功率：N3=Gfvp（4-3)式中:G机器的重力（N）,根据设计参数要求有G=15t;f滚动阻力系数,取f=0.3。所以有N3=1510009.80。33。5/3.6=42。9kw克服自功率输出轴至铣筒间传动机构摩擦力所耗功率：N4=（N1+N2）（11）（4-4）式中:1传动机械效率。所以有N4=（12+146）（1-0。95）=7.9kw4.2发动机的选型因整机由发动机来提供所有动力，所以有发动机的功率即为:N=N1+N2+N3/2+N4=12+146+42.9+7。9=231。9kw取10%

27、的功率作为发动机的功率储备则得：本机所需的发动机的功率为:P=N/0.9=231.9/0.9=257。7kw所以综上所述，选用康明斯NTA855-c360其主要参数见表4.1.表4。1康明斯NTA855C360型柴油机参数表名称单位参数型式四冲程水冷直喷式缸数与排列直列式六缸机气缸内径与活塞行程mmmm140152吸气方式废气涡轮增压中冷式燃油系PT燃油供给系统总排量L14标定功率/转速kW/（r/min)258/2000最大扭矩/转速（Nm）/（r/min）1509/1400最低比油耗g/(kW/h）207高原工作能力m3000净质量kg1305大修周期h1000012000外形尺寸（长宽高

28、）mmmmmm15437811300工作顺序153624康明斯NTA855-C360柴油机结构特点为：装有干式空气滤清器、空气滤清器帽、空气阻力指示器。装有通径为127mm的90排气弯管、同时带610mm长的排气波纹管，可带排气消音器。装有燃油供油和回油单向阀,可带容量为5。7升安装在发动机左侧的浮子油箱,旋装式机油帝通滤清器.装镍铜管热交换大及皮带传动的自吸式海水泵。在减振器前可安装双槽动力输出皮带动轮。发动机前端装有多槽皮带轮，可带各种前端动力输出装置.发动机装有前后其共四只支架。装有24V、60A双线制充电发电机,包括电压调节器；24V电马达,安装于发动机右侧；启动继电器。发动机仪表板包

29、括转速表/小时计、水温表、发动机油压表、排温表、电源指示灯、熔断器电源开关、启动开关。由上表可知所选发动机满足本机需要！4.3整机质量与桥荷后置式稳定土拌合机由于后悬较大易使重心后移，需加配重调整。一般应保证前桥静负荷为整机质量的（302）。整机重约15t,因此我拟定前桥承重5t,后桥承重10t。前桥我负荷的重量有发动机及其罩壳和一些支架,发动机重1305kg,加上其余的罩壳等有2t,所以其余的3t用配重来调整。配重用钢板制成，钢的密度为7.84103gkg/m3，所以所需的体积为=0.38m3又因为本机宽为2.6m,断面为梯形，平均后为0。4m，经计算可得厚度为0.37m。第五章制动系统的设

30、计制动系是用于使行使中的车辆减速或停车，使下坡行使的车辆的车速保持稳定以及使已停的车辆在原地(包括在斜坡上)驻留不动的机构。车辆的制动系直接影响着车辆行驶的安全性和停车的可靠性。车辆制动系至少应有两套独立的制动装置，即行车制动装置和驻车制动装置。行车制动装置用于使行驶中的车辆强制减速或停车,并使车辆在下短坡时宝石适当的稳定车速.驻车制动装置用于使车辆可靠而无时间限制地停驻在一定位置甚至在斜坡上，它也有助于车辆在破路上的起步。任何一套制动装置均由制动器和制动驱动机构两部分组成。制动器有鼓式和盘式之分。行车制动是用脚踩下制动踏板操纵车轮制动器来制动全部车轮的;而驻车制动则多采用手制动杆操纵，且利用专设的中央制动器或利用车轮制动器进行制动.行车制动装置的驱动机构分液压和气压两种形式。本机因为行驶速度最高为25km/h所以拟定采用气压驱动的制动系统，制动器采用凸轮轴鼓式制动器。本机的制动系统设计相应的分成气压驱动装置设计和制动器的设计两部分.5。1制动器主要零部件的结构设计5.1.1制动鼓制动鼓应具有非常好的刚性和大的热容量，制动时其温升不应超过极限值。制动鼓的材料应与摩擦衬片的材料相匹配，以保证具有高的摩擦系数并使工作表面磨损均匀.制动鼓一般用HT