混凝土攪拌車(chē)攪拌實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)論文

1、<p>　　混凝土攪拌車(chē)攪拌實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　1.1混凝土攪拌車(chē)的介紹 ------------------------------------------ 4</p><p>　　

2、1.2課題研究背景 ------------------------------------------------ 6</p><p>　　1.3混凝土攪拌車(chē)攪拌系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 -------------------------- 7</p><p>　　1.4本文研究?jī)?nèi)容及方法 ------------------------------------------ 8</p&g

3、t;<p>　　2.攪拌筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1攪拌筒的工作原理 ------------------------------------------- 10 </p><p>　　2.2攪拌筒的整體構(gòu)成 ------------------------------------------- 10</p><p>　　2.3拌筒主要結(jié)

4、構(gòu)尺寸參數(shù)的確定 --------------------------------- 11</p><p>　　2.4切割法求裝載容積 ------------------------------------------- 13</p><p>　　2.5積分法求裝載容積 ------------------------------------------- 14</p>&

5、lt;p>　　2.6攪拌筒幾何容積計(jì)算 ----------------------------------------- 18</p><p>　　2.7滿(mǎn)載時(shí)拌筒的重心位置 --------------------------------------- 18</p><p><b>　　3.驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算</b></p><p>　　

6、3.1攪拌力矩曲線 ----------------------------------------------- 19</p><p>　　3.2驅(qū)動(dòng)阻力矩計(jì)算 --------------------------------------------- 19</p><p>　　3.3攪拌筒驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算 --------------------------------------- 2

7、3</p><p>　　螺旋葉片的設(shè)計(jì)及仿真</p><p>　　4.1螺旋葉片上螺旋角的確定 ------------------------------------- 24</p><p>　　4.2攪拌葉片的母線方程 ----------------------------------------- 27</p><p>　　4.3攪拌

8、葉片設(shè)計(jì) ----------------------------------------------- 29</p><p>　　4.4攪拌葉片的仿真設(shè)計(jì)和模態(tài)分析 ------------------------------- 33</p><p>　　4.5攪拌葉片結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析 --------------------------------------- 37</p>

9、<p>　　參考文獻(xiàn) ------------------------------------------------------ 43</p><p>　　致謝 ----------------------------------------------------------- 44 </p><p>　　附錄 -------------------------------

10、---------------------------- 44</p><p>　　摘要：混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)是用于解決商品混凝土運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸工具。它兼有載運(yùn)和攪拌混凝土的雙重功能，可在運(yùn)送混凝土的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行攪拌或攪動(dòng)，因此能在保證輸送的混凝土質(zhì)量的同時(shí)適當(dāng)延長(zhǎng)運(yùn)距(或運(yùn)送時(shí)間)。所以大力發(fā)展商品混凝土和攪拌運(yùn)輸車(chē)有明顯的社會(huì)效益和適用價(jià)值。而我國(guó)混凝土運(yùn)輸車(chē)起步較晚，到70年代才開(kāi)始試生產(chǎn)。目前，攪拌運(yùn)輸車(chē)的理論研

11、究及生產(chǎn)在我省及整個(gè)西北地區(qū)均處于空白。因此攪拌運(yùn)輸車(chē)的理論研究及開(kāi)發(fā)勢(shì)在必行。攪拌運(yùn)輸車(chē)的攪拌筒之所以具有攪拌和卸料的功能，主要是因?yàn)榘柰矁?nèi)部特有的兩條連續(xù)螺旋葉片在工作時(shí)形成螺旋運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)混凝土沿?cái)嚢柰草S向和切向產(chǎn)生復(fù)合運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。因此兩條葉片的螺旋曲線的形式及結(jié)構(gòu)直接影響攪拌筒的工作性能。本論文基于物料在螺旋葉片上的攪拌出料機(jī)理對(duì)螺旋葉片的工作原理、主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行理論分析和計(jì)算，同時(shí)對(duì)前錐段、后錐段的螺旋葉片進(jìn)行展開(kāi)設(shè)計(jì)；對(duì)

12、拌筒進(jìn)行幾何設(shè)計(jì)。攪拌筒既是攪拌運(yùn)輸車(chē)運(yùn)輸混凝土的裝載容器，又是攪拌混凝土的工作裝置。幾何設(shè)計(jì)是攪拌筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它包括幾何容積計(jì)算、外形尺寸的確定、攪拌筒有效容積及滿(mǎn)載時(shí)重心位置計(jì)算。為使混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)的攪拌裝置系列化，</p><p>　　關(guān)鍵詞：混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē) 拌筒 液壓系統(tǒng) 功率鍵合圖 幾何設(shè)計(jì) </p><p>　　數(shù)學(xué)模型 螺旋葉片 動(dòng)態(tài)特性 展開(kāi) 仿真

13、</p><p><b>　　指導(dǎo)老師簽名：</b></p><p>　　Design of the Structure of the Truck Mixer and Digital</p><p>　　Simulation of its Hydraulic System</p><p>　　Student name:F

14、u Hao Min Class:078105207</p><p>　　Supervisor:Xing Pu</p><p>　　Abstract:The truck mixer is a vehicle for transportation concrete. It is fulfilled two actions,conveying concrete and mixin

15、g concrete. These actions not only ensure the quality of the concrete, but also make the conveying distance longer. But in the northwest area of our country, research on the field of the truck mixer is little. So the tru

16、ck mixer must be developed strongly in order to meet the need of the rising concrete market. Three important parts are studied in this thesis. Firstly, the h</p><p>　　Key words:Truck Mixer Drum Spread

17、 Hydraulic System </p><p>　　Mathematic Models Structure Design Helix-vanes</p><p>　　Power Bond Graph Dynamic Characteristics Simulation</p><p>　　Signature of Superv

18、isor:</p><p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　1.1 混凝土攪拌車(chē)的介紹</p><p>　　商品混凝土的發(fā)展從根本上改變了傳統(tǒng)上工地自制混凝土，用翻斗車(chē)或自卸卡車(chē)進(jìn)行輸送，就近使用的落后生產(chǎn)方式，建立起一種新的生產(chǎn)方式，即許多施工工地所需要的混凝土，都由專(zhuān)業(yè)化的混凝土工廠或大型混凝土攪拌站集中生產(chǎn)供應(yīng)，形成以混

19、凝土制備地點(diǎn)為中心的供應(yīng)網(wǎng)。由于混凝十工廠便于應(yīng)用現(xiàn)代電子技術(shù)，使用計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)，可以得到精確配比和均質(zhì)拌合的混凝土，使混凝土質(zhì)量大大提高，所以對(duì)于整個(gè)施丁工程起到良好的促進(jìn)作用。但是混凝土的商品化生產(chǎn)，勢(shì)必把混凝土從廠站輸送到各個(gè)需求工地之間的距離相應(yīng)加長(zhǎng)，有些供應(yīng)點(diǎn)甚至很遠(yuǎn)。當(dāng)混凝土的輸舒巨離(或輸送時(shí)間)超過(guò)某一限度時(shí)，叮燃使用一般的運(yùn)輸機(jī)械進(jìn)行輸送，混凝土就可能在運(yùn)輸途中發(fā)生分層離析，甚至初撇見(jiàn)象，嚴(yán)重影響混凝土質(zhì)量，這是施工

20、所不允許的。因此為了適應(yīng)商品混凝土的輸送，發(fā)展了一種運(yùn)送混凝土的專(zhuān)用機(jī)械—混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)攪拌運(yùn)輸車(chē))。圖1.1所示就是這種攪拌運(yùn)輸車(chē)的外形和基本結(jié)構(gòu)。攪拌運(yùn)輸車(chē)多作為混凝十工廠或攪拌站的配套運(yùn)輸機(jī)械，通過(guò)攪拌運(yùn)輸車(chē)將混凝土工廠、攪拌站與許多施工工地聯(lián)系起來(lái)，如與混凝土輸送泵配合使用，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行“接力”輸送，則可以完全不再需</p><p>　　攪拌運(yùn)輸車(chē)實(shí)際上就是在載重汽車(chē)或?qū)Ｓ眠\(yùn)載底盤(pán)上安裝一種

21、獨(dú)特的混凝土攪拌裝置的組合機(jī)械，它兼有載運(yùn)和攪拌混凝土的雙重功能，可以在運(yùn)送混凝土的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行攪動(dòng)或攪拌。因此能保證輸送混凝土的質(zhì)量，允許適當(dāng)延長(zhǎng)運(yùn)距(或運(yùn)送時(shí)間)?；跀嚢柽\(yùn)輸車(chē)的上述工作特點(diǎn)，通?？梢愿鶕?jù)對(duì)混凝土運(yùn)距長(zhǎng)短、現(xiàn)場(chǎng)施工條件以及對(duì)混凝土的配比和質(zhì)量的要求等不同情況，采取下列不同的工作方式:</p><p>　　(1)預(yù)拌混凝土的攪動(dòng)運(yùn)輸</p><p>　　這種運(yùn)輸方式是攪

22、拌運(yùn)輸車(chē)從混凝土工廠裝進(jìn)已經(jīng)攪拌好的混凝土，在運(yùn)往工地的路途中，使攪拌筒作大約1-3r/min的f氏速轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)運(yùn)輸運(yùn)的混凝土不停地進(jìn)行攪動(dòng)，以防止出現(xiàn)離析等現(xiàn)象，從而使運(yùn)到工地的混凝土質(zhì)量得到控制，并相應(yīng)增長(zhǎng)運(yùn)距。但這種運(yùn)輸方式其運(yùn)距(或運(yùn)送時(shí)間)不宜過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)控制在預(yù)拌混凝土開(kāi)始初凝以前，具體的運(yùn)距或時(shí)間視混凝土配比和道路、氣候等條件而定。</p><p>　　混凝土拌合料的攪拌運(yùn)輸</p><

23、;p>　　這種運(yùn)輸方式又有濕料和干料攪拌運(yùn)輸兩種情況。濕料攪拌運(yùn)輸是指攪拌運(yùn)輸車(chē)在配料站按混凝土配比同時(shí)裝入水泥，砂石骨料和水等拌合料，然后在運(yùn)送途中使攪拌筒以8-12r / min的“攪拌速度”轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)混凝土拌合料完成攪拌作業(yè)。干料注水?dāng)嚢柽\(yùn)輸是指在配料站按混凝土配比分別向攪拌筒內(nèi)加入水泥、砂石等干料，再向車(chē)內(nèi)水箱加入攪拌用水。在攪拌運(yùn)輸車(chē)駛向工地途中的適當(dāng)時(shí)候向攪拌筒內(nèi)噴水進(jìn)行攪拌。也可根據(jù)工地的澆灌要求運(yùn)干料到現(xiàn)場(chǎng)后再注水?dāng)?/p>

24、拌。</p><p>　　混凝土拌合料的攪拌運(yùn)輸，比預(yù)拌混凝土的攪動(dòng)運(yùn)輸能進(jìn)一步延長(zhǎng)對(duì)混凝土的輸送距離(或時(shí)間)，尤其是混凝土干料的注水?dāng)嚢柽\(yùn)輸可以將混凝土送到很遠(yuǎn)的地方。另外，這種運(yùn)輸方式又用攪拌運(yùn)輸車(chē)代替了混凝土工廠的攪拌工作，因而可以節(jié)約設(shè)備投資，相對(duì)提高生產(chǎn)率。但是，攪拌運(yùn)輸車(chē)的攪拌卻難以獲得象混凝土工廠生產(chǎn)的那樣和易性好均勻一致的混凝土，所以，在對(duì)混凝土的質(zhì)量要求愈來(lái)愈嚴(yán)格的現(xiàn)代建筑施工中，對(duì)預(yù)拌混凝土

25、的攪動(dòng)運(yùn)輸是攪拌運(yùn)輸車(chē)的主要工作方式。</p><p>　　從上述幾種工作方式看出，攪拌運(yùn)輸車(chē)能根據(jù)工作條件的需要靈活應(yīng)用，可以充分發(fā)揮其特點(diǎn)。它不但配合商品混凝土的生產(chǎn)，而且反過(guò)來(lái)發(fā)展了商品混凝上的生產(chǎn)工藝，把混凝土從工廠的“集中攪拌”又延伸到許多攪拌運(yùn)輸車(chē)的所謂“分散攪拌”，因而擴(kuò)大了混凝土工廠的服務(wù)范圍，與一般的運(yùn)輸機(jī)械相比，它有較大的靈活性、適應(yīng)性，并有較高的生產(chǎn)率，成為現(xiàn)代混凝土施工中的有效運(yùn)輸工具。&

26、lt;/p><p>　　1.2 課題研究背景</p><p>　　隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，高速公路建設(shè)、城市基礎(chǔ)建設(shè)、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)也急劇發(fā)展。在以國(guó)家“十一五”規(guī)劃、中西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的大背景下，以及北京申辦2008年29屆夏季奧運(yùn)會(huì)成功的帶動(dòng)下，加大城市建設(shè)成為不變的潮流。</p><p>　　建設(shè)容量的加大，就意味著混凝土的消費(fèi)量加大?；炷烈呀?jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)文明的基

27、石，越來(lái)越發(fā)揮著不可替代的作用。伴隨著我國(guó)政府頒布的終結(jié)現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土條文的實(shí)施， 從2006年起，我國(guó)240多個(gè)城市要全面使用商品混凝土，作為城市中唯一合理的運(yùn)輸預(yù)拌混凝土工具，混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)的作用就顯得尤為重要。</p><p>　　雖然混凝土攪拌車(chē)的市場(chǎng)前景異常樂(lè)觀，但是我國(guó)混凝土攪拌車(chē)生產(chǎn)的一些薄弱環(huán)節(jié)尤其是基礎(chǔ)理論方面研究的薄弱卻不容忽視。本課題針對(duì)中國(guó)重汽集團(tuán)專(zhuān)用汽車(chē)公司生產(chǎn)的混凝土攪拌車(chē)（如圖1.

28、2）目前還存在著攪拌葉片使用壽命短、攪拌振動(dòng)噪聲大、攪拌效果和出料速度不理想、出料殘余率高等問(wèn)題和隱患而立題并開(kāi)展研究的。并得到國(guó)家自然科學(xué)基金-基于流變學(xué)的混凝土攪拌葉片理論研究、山東省自然科學(xué)基金-基于流變學(xué)的混凝土攪拌車(chē)攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論研究的資助。</p><p>　　圖1.2 8.5LP混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)</p><p>　　1.3 混凝土攪拌車(chē)攪拌系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p&

29、gt;<p><b>　　1、國(guó)內(nèi)方面：</b></p><p>　　1965年上海華東建筑機(jī)械廠引進(jìn)了我國(guó)第一臺(tái)混凝土攪拌車(chē)。我國(guó)混凝土攪拌車(chē)的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)始于二十世紀(jì)八十年代初期，開(kāi)始基本上是引進(jìn)散件組裝，或者通過(guò)技貿(mào)方式引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)與部分零部件引進(jìn)相結(jié)合的生產(chǎn)制造模式。從1982年開(kāi)始，一些企業(yè)相繼引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展，產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化率不斷提高，產(chǎn)量也有了很大

30、的提高。在產(chǎn)品系列上，形成了3 m3、4 m3、5 m3、6 m3、8 m3、10 m3、12 m3等品種，8 m3以下正在逐漸淘汰，向著10 m3、12 m3甚至更大容積發(fā)展，但整機(jī)性能與國(guó)外相比還有一定差距。如今，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)混凝土攪拌車(chē)的攪拌系統(tǒng)研究主要是引進(jìn)消化國(guó)外的技術(shù)或者仿制國(guó)外產(chǎn)品為主，自主開(kāi)發(fā)很少，在理論方面的研究比較匱乏，國(guó)內(nèi)企業(yè)的生產(chǎn)多靠測(cè)繪和技術(shù)引進(jìn)，甚至在攪拌葉片的生產(chǎn)安裝過(guò)程中，局部敲打、硬性整合現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮

31、。雖然國(guó)內(nèi)一些高校也在這一領(lǐng)域進(jìn)行研究，如武漢理工大學(xué)、西安建筑科技大學(xué)等。但他們主要是對(duì)攪拌筒進(jìn)行設(shè)計(jì)繪制，對(duì)于攪拌葉片設(shè)計(jì)，數(shù)值模擬研究很少。</p><p><b>　　2、國(guó)外方面：</b></p><p>　　19世紀(jì)40年代出現(xiàn)以蒸汽為動(dòng)力源的木制多面體拌筒的自落式攪拌機(jī)，19世紀(jì)80年代用鋼鐵件代替木板。20世紀(jì)初開(kāi)始改良為圓柱形攪拌筒。1926年美國(guó)生

32、產(chǎn)出攪拌容積為3m3的第一臺(tái)混凝土攪拌車(chē)。早期的攪拌葉片一般都是采用阿基米德螺旋線，1965年以后日本開(kāi)始采用對(duì)數(shù)螺旋線設(shè)計(jì)制造攪拌葉片，后來(lái)又在此基礎(chǔ)上對(duì)局部葉片的螺旋角進(jìn)行了修正，逐漸形成了現(xiàn)在這種梨形拌筒（前后部分為圓錐形，中間部分為圓柱形）-混合螺旋線攪拌葉片的混凝土攪拌車(chē)。2000年，美國(guó)的CHRISTENSON RONALD E在原來(lái)攪拌筒的基礎(chǔ)上，在底錐添加輔助攪拌葉片改進(jìn)了傳統(tǒng)的攪拌葉片；2005年澳大利亞的KHOURI

33、 ANTHONY JAMES采用兩條螺旋鋼板焊接作為內(nèi)筒壁，合成樹(shù)脂作為外筒壁，改進(jìn)了傳統(tǒng)的三段式攪拌筒，不過(guò)這種攪拌筒制造起來(lái)比較困難。近年來(lái)，澳大利亞VULCAN、美國(guó)的馬克西姆等公司推出了超長(zhǎng)攪拌筒的前卸式攪拌車(chē)，拌筒前錐加長(zhǎng)，架在駕駛室上方，于駕駛室前方出料。成為攪拌車(chē)市場(chǎng)快速增長(zhǎng)的產(chǎn)品，但攪拌葉片設(shè)計(jì)仍然沿承了對(duì)數(shù)螺旋線葉片設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　目前，國(guó)外的攪拌設(shè)備研究逐漸向著多功能、自動(dòng)監(jiān)控

34、、多樣化、成套化發(fā)展，如單、雙臥軸式攪拌機(jī)、振動(dòng)式攪拌機(jī)、強(qiáng)制式攪拌機(jī)，多種混凝土攪拌樓等。攪拌車(chē)研究更傾向于上裝技術(shù)、耐磨材料的研究。針對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，本文改變傳統(tǒng)的攪拌葉片母線所采用的螺旋線方程，使攪拌葉片和攪拌筒之間的連接方式和安裝參數(shù)得到了改善，提出了用有限元軟件對(duì)攪拌葉片進(jìn)行數(shù)值模擬和參數(shù)優(yōu)化。試驗(yàn)驗(yàn)證了理論方法的可行性。</p><p>　　1.4本文研究?jī)?nèi)容及方法</p><p&g

35、t;<b>　　1、研究目的</b></p><p>　　通過(guò)對(duì)攪拌葉片的設(shè)計(jì)分析，找出攪拌葉片的薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)攪拌葉片進(jìn)行改進(jìn)，延長(zhǎng)攪拌葉片的使用壽命、提高出料速度、降低出料殘余率、降低生產(chǎn)成本，達(dá)到更好的攪拌出料效果。</p><p><b>　　2、研究意義</b></p><p>　　一輛混凝土攪拌車(chē)的售價(jià)在40～8

36、0萬(wàn)之間，其中一個(gè)混凝土攪拌系統(tǒng)造價(jià)大約10萬(wàn)元。平均使用3年左右即告報(bào)廢。而混凝土攪拌輸送車(chē)的攪拌和卸料作用是由攪拌裝置—攪拌筒完成的，攪拌葉片更是關(guān)鍵中的關(guān)鍵，攪拌葉片的性能好壞直接決定攪拌運(yùn)輸車(chē)的性能，進(jìn)而影響著基礎(chǔ)建設(shè)的質(zhì)量。因此研究攪拌出料過(guò)程葉片的磨損、提高攪拌葉片使用壽命、提高葉片的攪拌質(zhì)量具有重要的的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。</p><p>　　充分的文件檢索和實(shí)際調(diào)研表明，了解螺旋葉片出料機(jī)理分析是

37、設(shè)計(jì)攪拌裝置的基礎(chǔ)。也是生產(chǎn)具有更好攪拌性能但又不降低混凝土質(zhì)量的基礎(chǔ)。沖擊小、響應(yīng)決而且效率高的液壓系統(tǒng)是攪拌運(yùn)輸車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。</p><p>　　攪拌運(yùn)輸車(chē)的攪拌筒之所以具有攪拌和卸料的功能，主要是因?yàn)榘柰矁?nèi)部特有的兩條連續(xù)螺旋葉片在工作時(shí)形成螺旋運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)混凝土沿?cái)嚢柰草S向和切向產(chǎn)生復(fù)合運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。因此兩條葉片的螺旋曲線的形式及結(jié)構(gòu)直接影響攪拌筒的工作性能。本論文應(yīng)用靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)的原理闡述螺

38、旋葉片的工作原理并對(duì)主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行理論分析。為螺旋葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。</p><p>　　攪拌筒既是攪拌運(yùn)輸車(chē)運(yùn)輸混凝上的裝載容器，又是攪拌混凝土的工作裝置。幾何設(shè)計(jì)是攪拌筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它包括幾何容積計(jì)算、外形尺寸的確定、攪拌筒有效容積及滿(mǎn)載時(shí)重心位置計(jì)算。本論文對(duì)攪拌筒進(jìn)行幾何設(shè)計(jì)。</p><p>　　螺旋葉片的幾何參數(shù)直接影響攪拌筒的攪拌和卸料性能。目前，應(yīng)用于攪拌運(yùn)

39、輸車(chē)的拌筒葉片螺旋面的形式有:正螺旋面、圓錐對(duì)數(shù)螺旋面兩種。本論文對(duì)攪拌筒內(nèi)螺旋葉片曲線參數(shù)的選擇及展開(kāi)進(jìn)行計(jì)算，并加以攪拌系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)模擬。</p><p>　　2.攪拌筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　攪拌運(yùn)輸車(chē)攪拌筒絕大部分都采用梨型結(jié)構(gòu)，通過(guò)支承裝置斜臥在機(jī)架上，可以繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，攪拌筒的后上方只有一個(gè)筒口分別通過(guò)進(jìn)出料裝置進(jìn)行裝料或卸料。圖2.1為其外部結(jié)構(gòu)圖。整個(gè)攪拌筒

40、的殼體是一個(gè)變截面而不對(duì)稱(chēng)的雙錐體，外形似梨型，底段錐體較短，端面封閉并焊接著法蘭，通過(guò)連接法蘭用螺栓與減速器聯(lián)結(jié)。上段錐體的過(guò)渡部分有一條環(huán)行滾道，它焊接在垂直于攪拌筒軸線的平面圓周上，整個(gè)攪拌筒通過(guò)連接法蘭和環(huán)形滾道頃斜臥置在固定與機(jī)架上的減速器殼體和一對(duì)支承滾輪所組成的三點(diǎn)支承結(jié)構(gòu)上，由減速器帶動(dòng)平穩(wěn)的繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。在攪拌筒滾道圓周上部，通常設(shè)有鋼帶護(hù)繞，以限制攪拌筒在汽車(chē)顛簸行駛時(shí)向上跳動(dòng)。機(jī)架由水平框架、前臺(tái)、后臺(tái)和門(mén)形支架組

41、成，攪拌裝置的各部分都組裝在它上面，形成一個(gè)整體。最后通過(guò)水平框架與載運(yùn)底盤(pán)大梁用螺栓連接在一起。</p><p>　　2.1攪拌筒的工作原理</p><p>　　攪拌筒的工作原理用圖2.1.1 來(lái)說(shuō)明。圖為通過(guò)攪拌筒軸線的垂直剖面示意圖。其中(a),(b)為剖開(kāi)攪拌筒的兩部分，斜線代表螺旋葉片， 為其螺旋升角，為攪拌筒軸線與底盤(pán)平面的夾角。我們?cè)O(shè)定圖a所示方向?yàn)椤罢颉?，圖b所示方向?yàn)椤?/p>

42、反向”。工作時(shí)，攪拌筒繞其自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，混凝土因與筒壁和葉片的摩擦力和內(nèi)在的粘著力而被轉(zhuǎn)動(dòng)的筒壁沿圓周帶起來(lái)，但在達(dá)到一定高度后，必在其自重G作用下，克服上述摩擦力和內(nèi)聚力而向下翻跌和滑移。由于攪拌筒在連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以混凝土即在不斷的被提升而又向下滑跌的運(yùn)動(dòng)中，同時(shí)受筒壁和葉片所確定的螺旋形軌道的引導(dǎo)，產(chǎn)生沿?cái)嚢柰睬邢蚝洼S向的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，使混凝土一直被推移到螺旋葉片的終端。</p><p>　　當(dāng)攪拌筒做圖a所示方

43、向的“正向”轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，混凝土將被葉片連續(xù)不斷的推送到攪拌筒的底部，同時(shí)到達(dá)筒底的混凝土勢(shì)必又被攪拌筒的端壁頂推翻轉(zhuǎn)回來(lái)，這樣在上述運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上又增加了混凝土上下層的軸向翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到了攪拌筒對(duì)混凝土進(jìn)行充分?jǐn)嚢璧哪康摹?lt;/p><p>　　當(dāng)攪拌筒做圖b所示方向的 “反向”轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片的螺旋運(yùn)動(dòng)方向也相反，這時(shí)混凝土被葉片引導(dǎo)向攪拌筒口方向移動(dòng)直至筒口卸出，從而達(dá)到卸料目的。</p><p>

44、;　　圖2.1.1攪拌工作原理</p><p>　　2.2攪拌筒的整體構(gòu)成</p><p>　　混凝土攪拌車(chē)由汽車(chē)底盤(pán)和混凝土攪拌運(yùn)輸專(zhuān)用裝置組成。我國(guó)生產(chǎn)的混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)的底盤(pán)多采用整車(chē)生產(chǎn)廠家提供的二類(lèi)通用底盤(pán)。其專(zhuān)用機(jī)構(gòu)主要包括取力器、攪拌筒前后支架、減速機(jī)、液壓系統(tǒng)、攪拌筒、操縱機(jī)構(gòu)、清洗系統(tǒng)等。</p><p>　　工作原理是，通過(guò)取力裝置將汽車(chē)底盤(pán)的動(dòng)

45、力取出，并驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)的變量泵，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能傳給定量馬達(dá)，馬達(dá)再驅(qū)動(dòng)減速機(jī)，由減速機(jī)驅(qū)動(dòng)攪拌裝置，對(duì)混凝土進(jìn)行攪拌。 </p><p><b>　　取力裝置</b></p><p>　　國(guó)產(chǎn)混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)采用主車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)取力方式。取力裝置的作用是通過(guò)操縱取力開(kāi)關(guān)將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力取出，經(jīng)液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)攪拌筒，攪拌筒在進(jìn)料和運(yùn)輸過(guò)程中正向旋轉(zhuǎn)，以利于進(jìn)料和對(duì)混凝土進(jìn)行攪

46、拌，在出料時(shí)反向旋轉(zhuǎn)，在工作終結(jié)后切斷與發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力聯(lián)接。</p><p><b>　　液壓系統(tǒng)</b></p><p>　　將經(jīng)取力器取出的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，轉(zhuǎn)化為液壓能（排量和壓力），再經(jīng)馬達(dá)輸出為機(jī)械能（轉(zhuǎn)速和扭矩），為攪拌筒轉(zhuǎn)動(dòng)提供動(dòng)力。</p><p><b>　　減速機(jī)</b></p><p>

47、;　　將液壓系統(tǒng)中馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)速減速后，傳給攪拌筒。</p><p><b>　　操縱機(jī)構(gòu)</b></p><p>　?。?）控制攪拌筒旋轉(zhuǎn)方向，使之在進(jìn)料和運(yùn)輸過(guò)程中正向旋轉(zhuǎn)，出料時(shí)反向旋轉(zhuǎn)。</p><p>　?。?）控制攪拌筒的轉(zhuǎn)速。</p><p><b>　　攪拌裝置</b></p&

48、gt;<p>　　攪拌裝置主要由攪拌筒及其輔助支撐部件組成。攪拌筒是混凝土的裝載容器，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)混凝土沿葉片的螺旋方向運(yùn)動(dòng)，在不斷的提升和翻動(dòng)過(guò)程中受到混合和攪拌。在進(jìn)料及運(yùn)輸過(guò)程中，攪拌筒正轉(zhuǎn)，混凝土沿葉片向里運(yùn)動(dòng)，出料時(shí)，攪拌筒反轉(zhuǎn)，混凝土沿著葉片向外卸出。葉片是攪拌裝置中的主要部件，損壞或嚴(yán)重磨損會(huì)導(dǎo)致混凝土攪拌不均勻。另外，葉片的角度如果設(shè)計(jì)不合理，還會(huì)使混凝土出現(xiàn)離析。</p><p><

49、;b>　　清洗系統(tǒng)</b></p><p>　　清洗系統(tǒng)的主要作用是清洗攪拌筒，有時(shí)也用于運(yùn)輸途中進(jìn)行干料拌筒。清洗系統(tǒng)還對(duì)液壓系統(tǒng)起冷卻作用。</p><p>　　2.3拌筒主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的確定</p><p>　　攪拌筒既是攪拌運(yùn)輸車(chē)的運(yùn)輸混凝土的裝載容器，又是攪拌混凝土的工作裝置。所以對(duì)它的設(shè)計(jì)有以下基本要求:有足夠的有效的裝載容量:滿(mǎn)足規(guī)

50、定的攪拌和裝卸料性能；在結(jié)構(gòu)上適應(yīng)運(yùn)載底盤(pán)和運(yùn)輸中攪拌工作特點(diǎn)；具有適當(dāng)?shù)氖褂脡勖?耐磨性能)。攪拌筒設(shè)計(jì)分幾何設(shè)計(jì)和金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩部分，幾何設(shè)計(jì)是金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，本節(jié)主要介紹拌筒的幾何設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖2.3攪拌筒截面圖</p><p>　　由于攪拌筒是斜置安裝在運(yùn)載底盤(pán)上，因此其結(jié)構(gòu)尺寸受到運(yùn)載混凝土的容積、所選底盤(pán)結(jié)構(gòu)尺寸及保證運(yùn)送混凝土的質(zhì)量等因素的的影響，如攪拌筒

51、的斜置角α，混凝土表面與攪拌筒軸線的夾角α0，前后錐的錐角α1、α2。同時(shí)運(yùn)輸車(chē)必須保證在坡度為14%的路面上行駛且出料口面對(duì)下坡方向時(shí)不產(chǎn)生外溢，取</p><p>　　根據(jù)中華人民共和國(guó)建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，攪拌筒的斜置角α的取值可參照下表2.3</p><p><b>　　表2.3</b></p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)，將各形狀參數(shù)化為主參數(shù)

52、r(攪拌筒最大半徑，根據(jù)交通法規(guī)的要求Y2小于等于1.25m)可得:</p><p>　　為進(jìn)料口半徑，取值范圍250-310mm</p><p>　　中圓的長(zhǎng)度要結(jié)合攪拌筒的額定容積確定。</p><p><b>　　前半錐角</b></p><p><b>　　后半錐角</b></p>

53、;<p>　　2.4切割法求裝載容積</p><p>　　圖2.4是混凝土攪拌輸送車(chē)攪拌筒的側(cè)面圖，它是由圓柱、圓臺(tái)和球缺結(jié)合成的筒體。在攪動(dòng)過(guò)程中，進(jìn)料口和出料口之間由于高度為A一B的葉片將混凝土拌合料擋住，不會(huì)從A一B處流出。若混凝土拌合料是理想的流體，它應(yīng)從B點(diǎn)形成一水平面。因攪拌筒中心線與水平面之間成一傾角a，這樣，混凝土拌合料在攪拌筒內(nèi)構(gòu)成一種特殊形狀的體積。</p><

54、;p><b>　　圖2.4</b></p><p>　　目前，據(jù)有關(guān)資料介紹，該容積計(jì)算均采用切割法。切割法就是根據(jù)圖紙給定的尺寸按比例作圖，在垂直攪拌筒軸線，將混凝土拌合料實(shí)體切成若干厚度為B的薄片，其斷面積Ai成弓形(如圖2.4.1)，把所有的簿片體積BAi、加起來(lái)，即為它的容積。切片越多、容積計(jì)算越精確，然而切得再多也僅是近似值。</p><p><

55、b>　　圖2.4.1</b></p><p>　　根據(jù)圖2.3寫(xiě)出計(jì)算方程</p><p>　　攪拌筒內(nèi)混凝土任一弓形截面F(x)的方程: </p><p><b>　　式中</b></p><p>　　所以，攪拌筒中混凝土的有效容積為：</p><p>　　2.5積分法求裝載容

56、積</p><p>　　要求出圖2.4五個(gè)部分的混凝土拌合料在攪拌筒內(nèi)占有的體積，只要推導(dǎo)出圖2.5(粗實(shí)線包圍的部份)三種形狀的體積計(jì)算公式，那么攪拌筒的每段混凝土拌合料體積就可計(jì)算。</p><p>　　A B C</p><p><b>　　圖2.5</b></p>

57、<p>　　用Va、Vb、Vc表示三段的體積，圖2.5 A為圓柱截段(D代表直徑)，圖2.5 B為圓錐截段(D代表錐體的底直徑)，圖2.5 C為球缺截段(R1代表球半徑)。</p><p>　　下面分別三種體積的計(jì)算公式。</p><p>　　（1）Va的計(jì)算公式</p><p>　　若 為已知，可用代替</p><p>　　（

58、2）Vb的計(jì)算公式</p><p>　　根據(jù)圖2.5.1推出其中：</p><p>　　（h為圓錐體頂點(diǎn)P到MN的距離）</p><p>　?。⊿1為圓錐截段弓形底面積）</p><p>　　（S2為MN截面積）</p><p><b>　　的計(jì)算分三種情況</b></p><

59、p><b>　　a.當(dāng)，，為正值</b></p><p><b>　　式中， b.</b></p><p><b>　　c.</b></p><p><b>　　圖2.5.1</b></p><p><b>　　Vc的計(jì)算公式</

60、b></p><p>　　根據(jù)右圖2.5.2要求Vc還需知道R、</p><p>　　H、a、β的值。根據(jù)公式，有：</p><p>　　有了以上數(shù)據(jù)便可求出S1、S2，而：</p><p><b>　　圖2.5.2</b></p><p>　　根據(jù)圖2.5.3計(jì)算V1</p>

61、<p><b>　　圖2.5.3</b></p><p>　　根據(jù)圖2.5.4計(jì)算V2</p><p><b>　　圖2.5.4</b></p><p>　?。?）根據(jù)圖2.5.5計(jì)算V3</p><p><b>　　圖2.5.5</b></p>&l

62、t;p>　　2.6攪拌筒幾何容積計(jì)算</p><p>　　攪拌運(yùn)輸車(chē)的梨形攪拌筒幾何容積Vj與其設(shè)計(jì)的最大裝載容積V存在如下關(guān)系:</p><p>　　V一公稱(chēng)攪動(dòng)容量，即運(yùn)輸車(chē)能運(yùn)輸?shù)念A(yù)拌混凝土經(jīng)搗實(shí)后的最大體積。</p><p>　　對(duì)混凝土拌合料攪拌運(yùn)輸，此值為運(yùn)輸車(chē)置于水平位置，攪拌筒能容納全部未經(jīng)攪拌的配料(包括水)要在充分?jǐn)嚢钑r(shí)不產(chǎn)生外溢，并能生產(chǎn)

63、勻質(zhì)混凝土經(jīng)搗實(shí)后的最大體積。</p><p>　　Vj一攪拌筒的幾何容積。</p><p>　　2.7滿(mǎn)載時(shí)拌筒的重心位置</p><p><b>　　圖2.7</b></p><p>　　如圖2.7所示，混凝土任一截面I一I處為一弓形，設(shè)微分段重心G的位置為:</p><p><b>

64、;　　每段錐體重心：</b></p><p><b>　　總重心為：</b></p><p><b>　　3.驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算</b></p><p><b>　　3.1攪拌力矩曲線</b></p><p>　　混凝土攪拌的過(guò)程力矩曲線變化規(guī)律如圖3.1所示：<

65、/p><p>　　圖3.1攪拌力矩曲線</p><p>　　0~1：加工工序，攪拌筒以14-18rmp正轉(zhuǎn)，在大約10min的加料的時(shí)間里，攪拌筒的驅(qū)動(dòng)力矩隨著混凝土不斷被加入而逐漸增大，在即將加滿(mǎn)時(shí)，力矩反而略有下降；</p><p>　　1~2：運(yùn)料工序，在卸料地點(diǎn)，攪拌輸送車(chē)停駛，攪拌筒從運(yùn)拌狀態(tài)制動(dòng)，轉(zhuǎn)入14-18rPm的反轉(zhuǎn)卸料工況，攪拌筒的驅(qū)動(dòng)力矩在反轉(zhuǎn)開(kāi)始

66、的極短時(shí)間內(nèi)陡然上升，然后迅速跌落下來(lái)； </p><p>　　4~5：卸料工序，攪拌筒繼續(xù)以14-18rPm的速度反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)力矩隨混凝土的卸出而逐漸下降； </p><p>　　5~6：空筒返回，攪拌筒內(nèi)加入適量清水，返程行駛中攪拌筒作3rPm的返向轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)其進(jìn)行清洗，到達(dá)混凝土工廠，排出污水，準(zhǔn)備下一個(gè)循環(huán)。</p><p>　　3.2驅(qū)動(dòng)阻力矩計(jì)算 <

67、;/p><p>　　攪拌筒驅(qū)動(dòng)阻力矩由拌筒與支承系統(tǒng)的摩擦阻力矩與拌筒攪拌阻力矩共同組成，其以拌筒攪拌阻力矩最難計(jì)算。</p><p><b>　　積分公式計(jì)算方法</b></p><p>　　a.拌合料與筒壁間的摩擦力矩，拌合料與筒壁或與攪拌葉片間的單位摩擦力f</p><p>　　式中，k1——粘著系數(shù)，kN/m2；&l

68、t;/p><p>　　k2——速度系數(shù)，kN/m2；</p><p><b>　　V——拌合料速度；</b></p><p>　　s——混合料的坍落度。</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　b..拌合料與攪拌葉片間的摩擦阻力矩</p>&

69、lt;p>　　圖3.2螺旋葉片斷面投影</p><p>　　圖3.2為拌筒內(nèi)螺旋葉片的端面投影。任取一半徑r，該半徑對(duì)應(yīng)的葉片螺旋開(kāi)角k(近似認(rèn)為對(duì)應(yīng)于各r處的螺旋開(kāi)角，均等于中徑上的螺旋開(kāi)角)。</p><p>　　V2——拌合料與攪拌螺旋葉片間的相對(duì)滑移速度</p><p>　　式中：R1——攪拌螺旋葉片斷面投影最小半徑</p><p&

70、gt;　　R2——攪拌螺旋葉片斷面投影最大半徑</p><p><b>　　c.流動(dòng)阻力矩</b></p><p><b>　　微元面積</b></p><p>　　設(shè)混凝土的單位平均流動(dòng)阻力系數(shù)為p，則取微元面積上的法向阻力</p><p>　　周向阻力對(duì)攪拌筒軸線的阻力矩</p>

71、<p>　　d.由筒體的轉(zhuǎn)動(dòng)引起的偏載，對(duì)攪拌筒的阻力矩</p><p>　　見(jiàn)圖3.2.1拌合料在隨拌筒攪拌的同時(shí)，由于拌合料受到與筒壁和攪拌葉片間的摩擦阻力矩的作用，使拌合料向轉(zhuǎn)動(dòng)方向提升，其重心偏向轉(zhuǎn)動(dòng)一側(cè)。出現(xiàn)偏心距e，對(duì)拌筒運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻力矩。e值的精確確定目前還有困難，除與拌筒結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與拌合料的性質(zhì)有關(guān)。只能采取先近似計(jì)算，再用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法確定。對(duì)拌合料來(lái)說(shuō)，共受到三個(gè)力矩的作用：即偏心

72、力矩、與簡(jiǎn)體的摩擦力矩、與葉片的摩擦力矩。由力矩平衡條件得：</p><p>　　圖3.2.1攪拌筒偏載示意圖</p><p>　　對(duì)簡(jiǎn)體來(lái)說(shuō)，又受到由于拌合料的偏心距，產(chǎn)生的阻力矩作用，在數(shù)值上等于。</p><p>　　2）Lieberherr的經(jīng)驗(yàn)公式</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)測(cè)得：</b></p&g

73、t;<p>　　式中：r——偏心距，一般取0.1m；F——混凝土重量</p><p>　　3.3攪拌筒驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算</p><p>　　按求得的拌筒攪拌阻力矩，再根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率，拌筒與支撐系統(tǒng)的摩擦阻力矩及拌筒轉(zhuǎn)速n，即可求出攪拌筒的驅(qū)動(dòng)功率N(kw)</p><p>　　式中：——攪拌筒支撐機(jī)構(gòu)所克服的摩擦阻力矩；一般取為4000-5000N

74、m</p><p>　　——攪拌筒攪拌阻力矩；</p><p>　　——機(jī)械效率，一般0.8-0.9</p><p>　　C——考慮峰值的影響系數(shù)，1.2-1.4；</p><p><b>　　n——轉(zhuǎn)速，rpm</b></p><p>　　設(shè)：當(dāng)攪拌筒轉(zhuǎn)速為12 rpm時(shí)，設(shè)混凝土重量2400，

75、攪拌筒實(shí)際容積按5計(jì)算，則計(jì)算出攪拌筒的驅(qū)動(dòng)功率為：</p><p>　　因?yàn)閿嚢柰驳尿?qū)動(dòng)功率一般是從攪拌車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中直接取力，在計(jì)算攪拌車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)功率時(shí)，要在攪拌筒驅(qū)動(dòng)功率的基礎(chǔ)上，再加上汽車(chē)驅(qū)動(dòng)功率、爬坡功率等。</p><p>　　4.螺旋葉片的設(shè)計(jì)及仿真</p><p>　　攪拌運(yùn)輸車(chē)的攪拌筒所以有攪拌和卸料等工作性能，主要是因其內(nèi)部特有的兩條螺旋葉片推動(dòng)混凝土

76、沿?cái)嚢柰草S向和切向產(chǎn)生復(fù)合運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。因此攪拌葉片的螺旋曲線直接影響攪拌與運(yùn)輸混凝土的性能。在其幾何設(shè)計(jì)中，鑒于我國(guó)車(chē)輛在道路右側(cè)行駛的規(guī)定，攪拌運(yùn)輸車(chē)攪拌筒旋轉(zhuǎn)方向?yàn)?，面向?chē)尾看，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)為進(jìn)料、攪拌或攪動(dòng)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)為出料，所以攪拌筒的兩條螺旋葉片應(yīng)為互錯(cuò)180度的左旋螺旋葉片。如圖4.1。</p><p>　　母線(直線或曲線)在繞軸線作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，沿軸線方向作勻速或變速直線運(yùn)動(dòng)，該母線的運(yùn)動(dòng)

77、軌跡形成等螺距或變螺距螺旋面。母線為直線形成直紋螺旋面;母線為曲線形成非直紋螺旋面。攪拌運(yùn)輸車(chē)中常用的螺旋面是直紋正螺旋面(母線和軸線正交)和直紋斜螺旋面(母線和軸線斜交)兩種螺旋面。圓柱面或圓錐面同該螺旋面的交線分別稱(chēng)為圓柱螺旋線或圓錐螺旋線。螺旋線的切線和圓柱面或圓錐面的母線之間的夾角稱(chēng)為螺旋角，用β表示。</p><p>　　圖4.1螺旋葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　4.1螺旋葉

78、片上螺旋角的確定</p><p>　　由于不同的圓錐面(或圓柱面)與同一螺旋面相交的螺旋線是不同的，因此螺旋角也不同。在設(shè)計(jì)拌筒螺旋葉片結(jié)構(gòu)之前，螺旋葉片上螺旋角的確定就顯得格外重要。</p><p><b>　　a.螺旋角的表示</b></p><p>　　圖4.1.1給出了錐、柱螺線的視圖和內(nèi)壁展開(kāi)圖。螺線上任意一點(diǎn)M的對(duì)</p>

79、;<p>　　應(yīng)的投影和展開(kāi)位置用m、和M表示。中為M點(diǎn)平面投影m的位置角。圓錐段的圓錐面展開(kāi)面為一扇形面，為扇形角，ε為M點(diǎn)在展開(kāi)面上的位置角，所以=OM。</p><p>　　圖4.1.1螺旋線及展開(kāi)圖</p><p>　　由上述幾何關(guān)系可知：。</p><p>　　設(shè)螺線上另一點(diǎn)N，其相應(yīng)的位置參量為。當(dāng)N和點(diǎn)M無(wú)限接近的時(shí)候，直線MN就是M點(diǎn)切

80、線τ，而且</p><p><b>　　其螺旋角滿(mǎn)足：</b></p><p>　　b.內(nèi)外圓錐(或圓柱)上螺旋角的關(guān)系</p><p>　　斜螺旋面的任意一條母線n分別與內(nèi)錐、外錐相交于點(diǎn)1和2，內(nèi)、外錐的半錐角分別為θ1、θ2，以為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，n線與x軸的夾角為µ。見(jiàn)圖4.1.2</p><p>　　圖

81、4.1.2螺旋線轉(zhuǎn)面投影圖</p><p>　　設(shè)母線n繞Z軸旋轉(zhuǎn)無(wú)限小角到達(dá)母線的位置，線與內(nèi)外錐分別相交于點(diǎn)1’和2’，Z軸分別和n、組成兩個(gè)縱截面，并轉(zhuǎn)面重疊投影。由圖4.1.2可知：</p><p>　　設(shè)P1和P2分別為點(diǎn)1和點(diǎn)2的螺旋角，由此可得出:</p><p><b>　　內(nèi)錐；</b></p><p>

82、;<b>　　外錐：</b></p><p>　　這就是同一螺旋面在不同圓錐面(圓柱面)上產(chǎn)生的螺旋線的螺旋角之間的關(guān)系式。</p><p>　　在進(jìn)行分析時(shí)，經(jīng)常會(huì)用到下列幾種情況：</p><p>　　4.2攪拌葉片的母線方程</p><p>　　攪拌葉片在前錐和后錐部分采用的是對(duì)數(shù)螺旋線，其母線的方程為：</

83、p><p>　　其中為螺旋角，為初始極徑；為半錐角；為螺旋轉(zhuǎn)角。</p><p>　　當(dāng)是一定值時(shí)，螺旋線為等角對(duì)數(shù)（圓錐）螺旋線；當(dāng)是一個(gè)變量時(shí)，該螺旋線即為非等角對(duì)數(shù)螺旋線。</p><p>　　中圓攪拌葉片采用圓柱螺旋線，其母線方程為：</p><p>　　其中為圓柱底半徑，為螺旋轉(zhuǎn)角，為螺旋角。</p><p>　

84、　基于PRO/E的水泥攪拌筒葉片螺旋曲線的設(shè)計(jì)。筒體前錐和后錐采用具有等升角的對(duì)數(shù)螺旋葉片，圓柱段采用不等升角的阿基米德螺旋葉片。為了同時(shí)保證攪拌均勻和出料干凈，將前錐螺旋角設(shè)計(jì)為60°后錐螺旋角設(shè)計(jì)為≥75°</p><p>　　圖4.2所示的螺旋線方程為：</p><p>　　式中 ——螺旋線起點(diǎn)的極徑；</p><p><b>

85、　　——極徑；</b></p><p><b>　　θ——半錐角；</b></p><p>　　Ψ——極徑在坐標(biāo)系xoy的投影與y軸的夾角，即圓錐對(duì)數(shù)螺旋線的螺旋轉(zhuǎn)角；</p><p>　　β——圓錐對(duì)數(shù)螺旋線的切線與圓錐母線的夾角，即圓錐對(duì)數(shù)螺旋線的螺旋角。</p><p>　　圖4.2.1所示的圓柱阿基米

86、德螺旋線的方程</p><p>　　式中 R——圓柱半徑；</p><p><b>　　Ψ——螺旋轉(zhuǎn)角；</b></p><p><b>　　β——螺旋角。</b></p><p>　　圖4.2 圖4.2.1 </p>

87、<p><b>　　4.3攪拌葉片設(shè)計(jì)</b></p><p>　　攪拌運(yùn)輸車(chē)攪拌筒內(nèi)的兩條螺旋葉片，是攪拌運(yùn)輸車(chē)設(shè)計(jì)的重要部件。它的結(jié)構(gòu)形狀對(duì)攪拌運(yùn)輸車(chē)進(jìn)、出料性能及混凝土的攪拌質(zhì)量有一定影響。目前，設(shè)計(jì)的攪拌運(yùn)輸車(chē)螺旋葉片，多采用斜圓錐對(duì)數(shù)螺旋面。設(shè)計(jì)中，將空間螺旋面葉片分段展開(kāi)成平面圖形。制造中根據(jù)設(shè)計(jì)的平面圖形下料經(jīng)鍛壓成型后，焊接在攪拌筒內(nèi)壁上。所以，葉片展開(kāi)成平面圖形的

88、準(zhǔn)確程度，是使攪拌運(yùn)輸車(chē)性能達(dá)到要求的重要因素之一。而空間螺旋面理論上是不可展開(kāi)曲面由于制造工藝的需要我們常常采用近似展開(kāi)法加以處理。在設(shè)計(jì)時(shí)，采用制圖中的“三角形”法的原理并借用計(jì)算機(jī)對(duì)空間斜圓錐對(duì)數(shù)螺旋面葉片進(jìn)行展開(kāi)計(jì)算。</p><p>　　螺旋面理論上是不可展開(kāi)曲面，由于制造工藝的要求，常采用近似展開(kāi)法進(jìn)行處理，以滿(mǎn)足制造要求。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中，利用將空間葉片第i點(diǎn)至第i十1兩等分點(diǎn)之間的一小段葉片，近似地看

89、作一梯形，如圖4.3所示。只要算出第i點(diǎn)至第i+1兩等分點(diǎn)之間葉片根部及頂部斜圓錐對(duì)數(shù)螺旋線上點(diǎn)C、B、D、A的坐標(biāo)值，就可根據(jù)空間任意兩點(diǎn)間距離公式得出圖中任意兩點(diǎn)間的距離，即AB、BC、CD、DA、DB。</p><p>　　還可把第i點(diǎn)至第i+1兩等分點(diǎn)之間這一小段葉片展開(kāi)，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行循環(huán)計(jì)算，然后利用“三角形”法，將整個(gè)螺旋葉片展開(kāi)。只要在螺旋葉片設(shè)計(jì)中，兩等分點(diǎn)之間的間隔控制在一定范圍內(nèi)，展開(kāi)的螺旋

90、葉片平面圖，就可達(dá)到一定的精度要求。</p><p>　　圖4.3葉片頂部 葉片根面</p><p>　　本設(shè)計(jì)是在三段式梨形攪拌筒外形尺寸不變的前提下進(jìn)行的。攪拌筒的外形優(yōu)化暫不考慮。根據(jù)攪拌葉片有三段擬合而成的特點(diǎn)，我們分別對(duì)前錐、中圓和后錐的葉片采取不同的型線規(guī)律。</p><p>　　圖4.3.1非等變角對(duì)數(shù)螺旋線正視圖和右視圖</p>&l

91、t;p>　　圖中標(biāo)記A、B處是各段葉片的擬合接合點(diǎn)</p><p>　　表4.3攪拌葉片基本設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　知道了內(nèi)外螺旋線的方程，我們就可以在軟件中繪制出內(nèi)外螺旋線的圖形，然后利用掃略功能，做出攪拌葉片的實(shí)體模型,如圖4.3.2所示。</p><p>　　圖4.3.2葉片實(shí)體模型</p><p>　　表4.3.1 攪拌葉

92、片設(shè)計(jì)規(guī)律與參數(shù)</p><p>　　4.4攪拌葉片的仿真設(shè)計(jì)和模態(tài)分析</p><p>　　計(jì)算機(jī)仿真也是對(duì)一個(gè)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行的試驗(yàn)研究，計(jì)算機(jī)仿真具有周期短，投入少，避免了實(shí)際試驗(yàn)所承擔(dān)的成本浪費(fèi)、試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)和危險(xiǎn)。特別是用于大數(shù)據(jù)的計(jì)算更顯出其優(yōu)越性。</p><p>　　計(jì)算機(jī)仿真作為新的實(shí)驗(yàn)研究的方式，可以為實(shí)際的試驗(yàn)研究提供參考和思路。實(shí)驗(yàn)研究和計(jì)算機(jī)仿真研

93、究相結(jié)合，相輔相成，取長(zhǎng)補(bǔ)短，對(duì)于課題的研究非常有利。</p><p>　　我們?cè)诶碚撗芯康幕A(chǔ)上，初步對(duì)設(shè)計(jì)的攪拌系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬和仿真，下面是一些截圖基于在UG下建立的，如下圖所示的葉片與罐總成裝配模型，通過(guò)UG的仿真功能，實(shí)現(xiàn)了葉片與罐的運(yùn)動(dòng)仿真。</p><p>　　本文采用8.5LP混凝土攪拌車(chē)為模型進(jìn)行研究如下圖所示。</p><p>　　其中，圖4.

94、4.1-4.4.3為攪拌筒各段圖，圖4.4.4為攪拌葉片造型圖；圖4.4.5-4.4.7為實(shí)體建模圖；圖4.4.8為運(yùn)動(dòng)仿真圖。</p><p>　　圖 4.4攪拌系統(tǒng)尺寸圖</p><p><b>　　建模過(guò)程如下：</b></p><p>　　圖4.4.1前錐 圖4.4.2中柱圖</p>&l

95、t;p>　　圖4.4.3后錐 圖4.4.4 攪拌葉片</p><p>　　圖4.4.5 前支撐 圖4.4.6 連接法蘭 </p><p>　　圖4.4.7攪拌罐三維實(shí)體裝配模型</p><p>　　圖4.4.8 運(yùn)動(dòng)模擬</p><p>　　模態(tài)分析是機(jī)械和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)

96、中一種極為重要的分析方法, 是將線性定常系統(tǒng)振動(dòng)微分方程組中的物理坐標(biāo)變換為模態(tài)坐標(biāo),采用有限元法形成系統(tǒng)的離散數(shù)學(xué)模型- 質(zhì)量矩陣和剛度矩陣,使方程組解耦,成為一組以模態(tài)坐標(biāo)和模態(tài)參數(shù)描述的獨(dú)立方程,以便求出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)的方法。經(jīng)過(guò)模態(tài)分析, 攪拌葉片的前六階振型如下圖所示。</p><p>　　第1階模態(tài)是一階橫向彎曲振動(dòng),攪拌葉片右側(cè)振幅較大,左端變形較小；第2階模態(tài)是一階縱向振動(dòng),葉片左端振幅很大,葉片

97、中部產(chǎn)生很大的彎曲應(yīng)力；第3階模態(tài)是葉片結(jié)構(gòu)的二階橫向彎曲即出現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)和彎曲的復(fù)合變形, 葉片中部的振幅較大；第4階模態(tài)是葉片結(jié)構(gòu)的二階縱向彎曲即出現(xiàn)了葉片在水平面內(nèi)的左右扭轉(zhuǎn),葉片中部的變形量較大；第 5 階和第 6 階模態(tài)葉片結(jié)構(gòu)在各個(gè)方向均出現(xiàn)了大范圍的彎曲和扭轉(zhuǎn),葉片中部變形量較大。這些局部振型表明葉片各部位剛度存在不均勻的現(xiàn)象?；炷翑嚢柢?chē)在攪拌的過(guò)程中受到新拌混凝土在各個(gè)方向上的沖擊作用, 這類(lèi)載荷最易激發(fā)葉片結(jié)構(gòu)的彎曲模態(tài)

98、；當(dāng)在路上行駛時(shí), 由于路面的凹凸不平,葉片承受更多的非對(duì)稱(chēng)載荷, 此時(shí)最易激發(fā)葉片結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)模態(tài)。因此, 攪拌葉片的彎曲及扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是其結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的主要表現(xiàn)形式。</p><p>　　4.5攪拌葉片結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析</p><p>　　ANSYS有限元的計(jì)算，就是將形狀復(fù)雜以及受力情況復(fù)雜的零件化分為有限數(shù)目的單元，再分別計(jì)算這些單元的受力和變形情況，然后將這些單元整合起來(lái)，就形成了整個(gè)零件

99、的受力變形圖。</p><p>　　螺旋葉片在各攪拌工況下進(jìn)行應(yīng)力和變形分析；受力和變形如下列圖所示：</p><p>　　圖4.5 等角攪拌葉片應(yīng)力圖</p><p>　　圖4.5.1 等變角攪拌應(yīng)力圖</p><p>　　圖4.5.2 非等變角a攪拌應(yīng)力圖</p><p>　　圖4.5.3非等變角b攪拌葉片應(yīng)力圖

100、</p><p>　　圖4.5.4 非等變角c攪拌葉片應(yīng)力圖</p><p>　　圖4.5.5 等角出料葉片應(yīng)力圖</p><p>　　圖4.5.6 變等角出料葉片應(yīng)力圖</p><p>　　圖4.5.7 非等角a出料葉片應(yīng)力圖</p><p>　　圖4.5.8 非等角b出料葉片應(yīng)力圖</p><p

101、>　　圖4.5.9 非等角c出料葉片應(yīng)力圖</p><p>　　綜合上述分析得到：等角、等變角和非等角螺旋葉片的應(yīng)力與應(yīng)變情況如下表4.5所示：</p><p>　　表4.5等角、等變角和非等變角螺旋葉片的應(yīng)力與應(yīng)變</p><p>　　由上表可知作用在非等角對(duì)數(shù)螺旋葉片上的壓力和變形明顯小于其它幾種對(duì)數(shù)螺旋葉片的壓力和變形值正轉(zhuǎn)攪拌和反轉(zhuǎn)卸料時(shí)攪拌葉片的應(yīng)力

102、值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于材料的屈服應(yīng)力361MPa。葉片應(yīng)力越大摩擦力也就越大磨損也就越嚴(yán)重，變形越大振動(dòng)更為嚴(yán)重同時(shí)變形使攪拌葉片的形狀改變達(dá)不到預(yù)期的攪拌和出料效果，由此可見(jiàn)非等變角對(duì)數(shù)螺旋葉片明顯優(yōu)于其它幾種對(duì)數(shù)螺旋葉片。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]馮忠緒.混凝土攪拌理論與設(shè)備，北京人民交通出版 2001.8</p>

103、<p>　　[2]邢普，儀垂杰，郭健翔. 非等角對(duì)數(shù)螺旋線攪拌葉片的設(shè)計(jì)研究.工程機(jī)械</p><p><b>　　2006.4</b></p><p>　　[3]邢普，儀垂杰，郭健翔.混凝土攪拌車(chē)攪拌葉片仿真設(shè)計(jì)及模態(tài)分析.機(jī)械設(shè)</p><p>　　計(jì)與制造2007.8</p><p>　　[4]邢普 郭

104、健翔等 非等角對(duì)數(shù)螺旋線攪拌葉片的實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào) </p><p><b>　　2008.1</b></p><p>　　[5]邢普 儀垂杰等 混凝土攪拌車(chē)攪拌葉片新型母線及應(yīng)用研究 建筑機(jī)械 </p><p><b>　　2007.2</b></p><p>　　[6]江繼輝.混凝十

105、攪拌輸送車(chē)攪拌筒攪拌過(guò)程的運(yùn)動(dòng)分析 工程機(jī)械 1991(2)</p><p>　　[7]程書(shū)良.混凝土攪拌車(chē)攪拌葉片的設(shè)計(jì).建筑機(jī)械化 2002年第2期</p><p>　　[8]田利芳.混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真.西安建筑科技大</p><p>　　學(xué)學(xué)位論文 2004.03.10.</p><p>　　[9]王明慶.前端卸

106、料攪拌輸送車(chē)的應(yīng)用與推廣 建筑機(jī)械 1988(12)</p><p>　　[10]R.V. Romen Studies on transfer process in mixing vessels: effects </p><p>　　of gas on solid-liquid hydrodynamics using modified Rushton turbine </p>

107、<p>　　agitators[J]. Bioprocess Engineering 17,1997.</p><p>　　[11]Chiara F. Ferraris Concrete Mixing Methods and Concrete Mixers: </p><p>　　State of the Art Journal of Research of the Na

108、tional Institute of </p><p>　　Standards and Technology J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. Volume </p><p>　　106, Number 2, March–April 2001 ( 391–399)</p><p>　　[12] M. DI PRISCO, L

109、. FERRARA, F. MEFTAH, Mixed mode fracture in plain </p><p>　　and reinforced concrete: someresults on benchmark tests. </p><p>　　International Journal of Fracture 103: 127–148, 2000.</p>&

110、lt;p><b>　　致謝</b></p><p>　　本文是在導(dǎo)師邢普博士精心的指導(dǎo)下完成的，作者的每一點(diǎn)進(jìn)步無(wú)不傾注了邢老師的一番心血與教誨，在此，謹(jǐn)致以我衷心的感謝。</p><p><b>　　付昊旻</b></p><p><b>　　2011年5月</b></p>&l

111、t;p><b>　　附錄A</b></p><p><b>　　部分程序源代碼</b></p><p>　　NUMBER/r(5),h(4),bt(3),bt1(3),btn(3),i,j,st,stm(3),k(3),a1,a3,p,p1,p3,stn1 $$1一定義變量 ENTI

112、TY/ax,ps1(1021),ps2(1021),m(4),g(4),sl(6),pt(5),pt0(2),b(9),SPLN(2),$</p><p>　　ln(10),EN(K),CSYS1,CSYS2,CSYS3</p><p>　　pds1: $$2一生成輸入?yún)?shù)的對(duì)話(huà)框</p><p>　　'前錐小端半徑:',r(1),$&l

113、t;/p><p>　　'前錐高度:',h(1),$</p><p>　　'前錐最大螺旋角:',bt(1),$</p><p>　　'前錐最小螺旋角:',bt1(1),$</p><p>　　'前錐螺旋轉(zhuǎn)角:',k(1),$</p><p>　　'中圓半

114、徑:',r(2),$</p><p>　　'中圓高度:',h(2),$</p><p>　　'中圓最大螺旋角:',bt(2),$</p><p>　　'中圓最小螺旋角:',bt1(2),$</p><p>　　'中圓螺旋轉(zhuǎn)角:',k(2),$</p><

115、;p>　　'后錐小端半徑:',r(3),$</p><p>　　'后錐錐面段數(shù):',j,$</p><p>　　'后錐高度:',h(3),$</p><p>　　'后錐前錐面高度:',h(4),$</p><p>　　'后錐前錐面小端半徑:',r(4),$&