混凝土攪拌車畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文1.前言1.1 混凝土攪拌車的介紹商品混凝土的發(fā)展從根本上改變了傳統(tǒng)上工地自制混凝土，用翻斗車或自卸卡車進(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

2、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)送混凝土的專用機(jī)械混凝土攪拌運(yùn)輸車(以下簡(jiǎn)稱攪拌運(yùn)輸車)。圖1.1所示就是這種攪拌運(yùn)輸車的外形和基本結(jié)構(gòu)。攪拌運(yùn)輸車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，則可以完全不再需要人力的中間周轉(zhuǎn)而將混凝土連續(xù)不斷的送到施工澆注點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)混凝土輸送的高效能和全部機(jī)械化。 攪拌運(yùn)輸車實(shí)際上就是在載重汽車或?qū)Ｓ眠\(yùn)載底盤上安裝一種

3、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)。基于攪拌運(yùn)輸車的上述工作特點(diǎn)，通常可以根據(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:(1)預(yù)拌混凝土的攪動(dòng)運(yùn)輸這種運(yùn)輸方式是攪拌運(yùn)輸車從混凝土工廠裝進(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

4、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。(2) 混凝土拌合料的攪拌運(yùn)輸這種運(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，再向車內(nèi)水箱加入攪拌用水。在攪拌運(yùn)輸車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)嚢?。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

5、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)拌混凝土的攪動(dòng)運(yùn)輸是攪拌運(yùn)輸車的主要工作方式。1.2 課題研究背景隨著我國(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

6、潮流。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)輸車的作用就顯得尤為重要。雖然混凝土攪拌車的市場(chǎng)前景異常樂(lè)觀，但是我國(guó)混凝土攪拌車生產(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)專用汽車公司生產(chǎn)的混凝土攪拌車（如圖1.2）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。 圖

7、1.2 8.5lp混凝土攪拌運(yùn)輸車圖1.21.3 混凝土攪拌車攪拌系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1、國(guó)內(nèi)方面： 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。我國(guó)混凝土攪拌車的開(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

8、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。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。2、國(guó)外方面： 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)生產(chǎn)出攪拌容積為3m3的第一臺(tái)混凝土攪拌

9、車。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。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 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)

10、攪拌筒的前卸式攪拌車，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。 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、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。1.4本文研究?jī)?nèi)容及方法1、研究目的通過(guò)對(duì)攪拌葉片的設(shè)計(jì)分析，找出攪拌

11、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。2、研究意義一輛混凝土攪拌車的售價(jià)在4080萬(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。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)理分析是設(shè)計(jì)攪拌裝置的基礎(chǔ)。也是生產(chǎn)具有更好攪

12、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)輸車傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。攪拌運(yùn)輸車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)。攪拌筒既是攪拌運(yùn)輸車運(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載時(shí)重心位

13、置計(jì)算。本論文對(duì)攪拌筒進(jìn)行幾何設(shè)計(jì)。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)輸車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。2.攪拌車仿真的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 攪拌運(yùn)輸車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)攪拌筒的殼體是一個(gè)變截面而不對(duì)稱的雙錐體，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)

14、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)和門形支架組成，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)底盤大梁用螺栓連接在一起。 1 裝料斗 2環(huán)形滾道3滾筒殼體4連接法蘭5減速器6機(jī)架 7支承滾輪8調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9活動(dòng)卸料溜槽10固定卸料溜槽 圖2.12.1攪拌車仿真實(shí)驗(yàn)臺(tái)的工作原理 攪拌筒的工作原理用圖2.1.1 來(lái)說(shuō)明。圖為通過(guò)攪

15、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平面的夾角。我們?cè)O(shè)定圖a所示方向?yàn)椤罢颉保瑘Db所示方向?yàn)椤胺聪颉?。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。當(dāng)攪拌筒做圖a所示方向的“正向”轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，混凝土將

16、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?。?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。圖2.1.1攪拌工作原理2.2實(shí)驗(yàn)臺(tái)攪拌筒的整體構(gòu)成混凝土攪拌車由汽車底盤和混凝土攪拌運(yùn)輸專用裝置組成。我國(guó)生產(chǎn)的混凝土攪拌運(yùn)輸車的底盤多采用整車生產(chǎn)廠家提供的二類通用底盤。其專用機(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。工作原理是

17、，通過(guò)取力裝置將汽車底盤的動(dòng)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。 取力裝置國(guó)產(chǎn)混凝土攪拌運(yùn)輸車采用主車發(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。液壓系統(tǒng)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。減速機(jī)將液壓系統(tǒng)中馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)速減速后，傳給攪拌筒。操縱機(jī)構(gòu)（1）控制攪拌筒旋轉(zhuǎn)方

18、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)。（2）控制攪拌筒的轉(zhuǎn)速。攪拌裝置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。清洗系統(tǒng)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。2.3實(shí)驗(yàn)臺(tái)拌筒主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的確定攪拌筒既是攪拌

19、運(yùn)輸車的運(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:滿足規(guī)定的攪拌和裝卸料性能；在結(jié)構(gòu)上適應(yīng)運(yùn)載底盤和運(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)。 圖2.3攪拌筒截面圖由于攪拌筒是斜置安裝在運(yùn)載底盤上，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，如攪拌筒的斜置角，混凝土表面與攪拌筒軸線的夾角0，前后錐的錐角1、2。同時(shí)運(yùn)輸車必須保證在坡度為14%的路面上行駛且出料口面對(duì)下坡方向時(shí)不產(chǎn)生

20、外溢，取根據(jù)中華人民共和國(guó)建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，攪拌筒的斜置角的取值可參照下表2.3 公稱攪拌容量(m³)拌筒傾斜角（°）拌筒最大轉(zhuǎn)速（rmin）1.0，（1.5），2.0，（2.5）182014183.0，（4.0），4.5，（5.0），6.01618（7.0），8.0,（9.0），10.0,12.01015 表2.3 根據(jù)文獻(xiàn)，將各形狀參數(shù)化為主參數(shù)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: 為進(jìn)料口半徑，取值范圍250-310mm中圓的長(zhǎng)度要結(jié)合攪拌筒的額定容積確定。前半錐角后半錐角2.4切割法求裝載容積圖2.4是混凝土攪拌輸送車攪拌筒的側(cè)面圖，

21、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。 圖2.4 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。 圖2.4.1根據(jù)圖2.3寫出計(jì)算

22、方程攪拌筒內(nèi)混凝土任一弓形截面f(x)的方程: 式中所以，攪拌筒中混凝土的有效容積為：2.5積分法求裝載容積 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。 a b c 圖2.5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)。下面分別三種體積的計(jì)算公式。（1）va的計(jì)算公式 若 為已知，可用代替（2）vb的計(jì)算公式 根據(jù)圖2.5.1推出其中： （h為圓錐體頂點(diǎn)p到mn的

23、距離） （s1為圓錐截段弓形底面積） （s2為mn截面積）的計(jì)算分三種情況 a.當(dāng)，為正值 式中， b. c. 圖2.5.1（3） vc的計(jì)算公式根據(jù)右圖2.5.2要求vc還需知道r、h、a、的值。根據(jù)公式，有： 有了以上數(shù)據(jù)便可求出s1、s2，而： 圖2.5.2（4） 根據(jù)圖2.5.3計(jì)算v1 圖2.5.3（5） 根據(jù)圖2.5.4計(jì)算v2 圖2.5.4（6）根據(jù)圖2.5.5計(jì)算v3 圖2.5.52.6實(shí)驗(yàn)臺(tái)攪拌筒幾何容積計(jì)算 攪拌運(yùn)輸車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:v一公稱攪動(dòng)容量，即運(yùn)輸車能運(yùn)輸?shù)念A(yù)拌混凝土經(jīng)搗實(shí)后的最大體積。對(duì)混凝土拌合料攪拌運(yùn)輸，此值為運(yùn)

24、輸車置于水平位置，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)勻質(zhì)混凝土經(jīng)搗實(shí)后的最大體積。vj一攪拌筒的幾何容積。2.7滿載時(shí)拌筒的重心位置 圖2.7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:每段錐體重心： 總重心為：3. 驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算3.1攪拌力矩曲線混凝土攪拌的過(guò)程力矩曲線變化規(guī)律如圖3.1所示：圖3.1攪拌力矩曲線 01：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，在即將加滿時(shí)，力矩反而略有下降；12：運(yùn)料工序，在卸料地點(diǎn)，攪拌輸送車停駛，攪拌筒從運(yùn)

25、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)始的極短時(shí)間內(nèi)陡然上升，然后迅速跌落下來(lái)； 45：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； 56：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)。3.2 驅(qū)動(dòng)阻力矩計(jì)算 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。 1） 積分公式計(jì)算方法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 式中，k1粘著系數(shù)，kn/m2；k2速度系

26、數(shù)，kn/m2；v拌合料速度；s混合料的坍落度。 式中： b.拌合料與攪拌葉片間的摩擦阻力矩 圖3.2螺旋葉片斷面投影 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)。v2拌合料與攪拌螺旋葉片間的相對(duì)滑移速度 式中：r1攪拌螺旋葉片斷面投影最小半徑r2攪拌螺旋葉片斷面投影最大半徑c.流動(dòng)阻力矩微元面積設(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周向阻力對(duì)攪拌筒軸線的阻力矩 d.由筒體的轉(zhuǎn)動(dòng)引起的偏載，對(duì)攪拌筒的阻力矩見(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

27、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： 圖3.2.1攪拌筒偏載示意圖對(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。 2）lieberherr的經(jīng)驗(yàn)公式 實(shí)驗(yàn)測(cè)得： 式中：r偏心距，一般取0.1m；f混凝土重量3.3 攪拌筒驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算 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

28、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) 式中：攪拌筒支撐機(jī)構(gòu)所克服的摩擦阻力矩；一般取為4000-5000nm 攪拌筒攪拌阻力矩；機(jī)械效率，一般0.8-0.9c考慮峰值的影響系數(shù)，1.2-1.4；n轉(zhuǎn)速，rpm設(shè)：當(dāng)攪拌筒轉(zhuǎn)速為12rpm時(shí)，設(shè)混凝土重量2400，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：因?yàn)閿嚢柰驳尿?qū)動(dòng)功率一般是從攪拌車發(fā)動(dòng)機(jī)中直接取力，在計(jì)算攪拌車發(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，再加上汽車驅(qū)動(dòng)功率、爬坡功率等。4. 螺旋葉片的設(shè)計(jì)及仿真 攪拌運(yùn)輸車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)混凝土沿?cái)嚢柰草S

29、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)車輛在道路右側(cè)行駛的規(guī)定，攪拌運(yùn)輸車攪拌筒旋轉(zhuǎn)方向?yàn)椋嫦蜍囄部?，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。 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)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

30、分別稱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為螺旋角，用表示。 1 夾卡套 2 輔助葉片 3 進(jìn)料管 4 滾道 5 拖輪 6 入孔 7 筒體 8 葉片 9 輔助攪拌葉片10連接法蘭 圖4.1螺旋葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)4.1螺旋葉片上螺旋角的確定 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。a.螺旋角的表示 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)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

31、形角，為m點(diǎn)在展開(kāi)面上的位置角，所以=om。 圖4.1.1螺旋線及展開(kāi)圖由上述幾何關(guān)系可知：。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)切線，而且其螺旋角滿足：b.內(nèi)外圓錐(或圓柱)上螺旋角的關(guān)系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1、2，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 圖4.1.2螺旋線轉(zhuǎn)面投影圖設(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：設(shè)p1和p2分別為點(diǎn)1和點(diǎn)2的螺旋角，由此可得

32、出:內(nèi)錐；外錐：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。在進(jìn)行分析時(shí)，經(jīng)常會(huì)用到下列幾種情況：4.2攪拌葉片的母線方程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： 其中為螺旋角，為初始極徑；為半錐角；為螺旋轉(zhuǎn)角。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。中圓攪拌葉片采用圓柱螺旋線，其母線方程為： 其中為圓柱底半徑，為螺旋轉(zhuǎn)角，為螺旋角。 基于ug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

33、螺旋角設(shè)計(jì)為60°后錐螺旋角設(shè)計(jì)為75°圖4.2所示的螺旋線方程為： 式中 螺旋線起點(diǎn)的極徑； 極徑； 半錐角； 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； 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。 圖4.2.1所示的圓柱阿基米德螺旋線的方程 式中 r圓柱半徑； 螺旋轉(zhuǎn)角； 螺旋角。 圖4.2 圖4.2.14.3攪拌葉片設(shè)計(jì)攪拌運(yùn)輸車攪拌筒內(nèi)的兩條螺旋葉片，是攪拌運(yùn)輸車設(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

34、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)成平面圖形的準(zhǔn)確程度，是使攪拌運(yùn)輸車性能達(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。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)

35、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。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)的螺旋葉片平面圖，就可達(dá)到一定的精度要求。 圖4.3葉片頂部 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。 圖4.3.1非等變角對(duì)數(shù)螺旋線正視圖和右視圖 b(mm)前錐380中圓380后

36、錐圖中標(biāo)記a、b處是各段葉片的擬合接合點(diǎn) 表4.3攪拌葉片基本設(shè)計(jì)參數(shù)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。 圖4.3.2葉片實(shí)體模型 后錐中圓前錐螺旋線規(guī)律螺旋角表達(dá)式螺旋線規(guī)律螺旋角表達(dá)式螺旋線規(guī)律螺旋角表達(dá)式非等變角對(duì)數(shù)螺旋線等變角遞增圓柱螺旋線非等變角對(duì)數(shù)螺旋線等變角遞減對(duì)數(shù)螺旋線等角圓柱螺旋線等變角遞減對(duì)數(shù)螺旋線底部和與中圓接口處為離散點(diǎn)，中間為等角對(duì)數(shù)螺旋線。等角圓柱螺旋線頂部和與中圓接口處為離散點(diǎn)，中間為等角對(duì)數(shù)螺旋線。 表4.3.1 攪拌葉片設(shè)計(jì)規(guī)律與參數(shù)4.4攪拌葉片的仿真設(shè)計(jì)和模態(tài)分析

37、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。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。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。本文采用8.5lp混凝土攪拌車為模型進(jìn)行研究如下圖所示。 其中，圖4.4.1-4.4.3為攪拌筒各段圖，圖4.4.

38、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。 圖 4.4攪拌系統(tǒng)尺寸圖建模過(guò)程如下： 圖4.4.1前錐 圖4.4.2中柱圖 圖4.4.4 攪拌葉片 圖4.4.5 前支撐 圖4.4.6 連接法蘭 圖4.4.7攪拌罐三維實(shí)體裝配模型 圖4.4.8 運(yùn)動(dòng)模擬 模態(tài)分析是機(jī)械和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)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。

39、 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??；第2階模態(tài)是一階縱向振動(dòng),葉片左端振幅很大,葉片中部產(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翑嚢柢囋跀嚢璧倪^(guò)程中受到新拌混凝土在各個(gè)方向上的沖擊作用, 這類載荷最易激發(fā)葉片結(jié)構(gòu)的彎曲模態(tài)；當(dāng)在路上行駛時(shí), 由于路面的凹凸不平,葉片

40、承受更多的非對(duì)稱載荷, 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。5. 攪拌葉片結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析 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)零件的受力變形圖。5.1物理模型與網(wǎng)格劃分 計(jì)算采用專用汽車公司的8.5lp型攪拌車的攪拌罐。根據(jù)罐體尺寸在ug中對(duì)攪拌設(shè)備進(jìn)行建模，將生成的模型以iges的格式導(dǎo)入到icem中，如圖5-1所示，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，考慮到幾何造型比較復(fù)雜，在這里采用四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分，劃分后的網(wǎng)格如圖5-2所示。工作介

41、質(zhì)為新拌混凝土，計(jì)算中攪拌葉片轉(zhuǎn)速為12rmin，相應(yīng)的雷諾數(shù)re=2.7×103，故罐內(nèi)液體處于湍流模式。 圖5-1攪拌系統(tǒng)模型 圖5-2攪拌葉片網(wǎng)格劃分邊界條件：采用的材料為水，水泥，砂子，石子的混合物，其配比為：0.45：1：1.48：3.15。本文假定了葉片進(jìn)口邊的流速v=1ms，流體密度2400kgm3，流體粘v=0.01kgm·s，進(jìn)口邊的壓力為101kpa，出口邊的壓力為0，與葉片接觸的流體滑移流速為0。求解過(guò)程中各松弛因子為：壓力項(xiàng)0.3，速度項(xiàng)0.7，湍動(dòng)能項(xiàng)和湍流粘性系數(shù)項(xiàng)0.5，湍流耗散率項(xiàng)0.3。進(jìn)口條件為速度進(jìn)口，出口條件為壓力出口。臨近固壁的區(qū)域

42、采用壁面函數(shù)，固壁面采用無(wú)滑移邊界條件。在差分格式中，壓力項(xiàng)采用標(biāo)準(zhǔn)格式。速度項(xiàng)，湍動(dòng)能項(xiàng)和湍流粘性系數(shù)項(xiàng)均采用一階迎風(fēng)差分格式，壓力與速度之間的耦合算法為simple算法。5.2 數(shù)值模擬結(jié)果正轉(zhuǎn)攪拌工況根據(jù)計(jì)算方法與邊界條件，用cfx對(duì)正轉(zhuǎn)時(shí)攪拌罐內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行分析，運(yùn)行后，得到罐體內(nèi)的流場(chǎng)速度矢量如圖5-3，圖5-5和圖5-6分別為罐體在軸向和周向的速度矢量圖，其中圖5-4為在軸截面的速度分布圖。罐內(nèi)流體流線如圖5-7所示，攪拌葉片和罐體軸截面的壓力分布如圖5-8和圖5-9所示，圖5-10，5-11，5-12分別為攪拌罐內(nèi)流體的x，y，z坐標(biāo)值隨時(shí)間的變化率： 圖5-3 罐體流場(chǎng)速度矢量圖

43、圖5-4 軸截面速度分布圖 圖5-5 周向速度矢量圖 圖5-6 軸向速度矢量圖 圖5-7 罐內(nèi)流體流線圖 圖5-8 攪拌葉片壓力分布圖 圖5-9 罐體軸截面的壓力分布 圖5-10 罐內(nèi)流體x坐標(biāo)值隨時(shí)間的變化 圖5-11 罐內(nèi)流體y坐標(biāo)值隨時(shí)間的變化 圖5-12 罐內(nèi)流體z坐標(biāo)值隨時(shí)間的變化 反轉(zhuǎn)卸料工況 用cfx對(duì)強(qiáng)迫出料工況攪拌罐內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行分析，得到罐體內(nèi)的流場(chǎng)速度矢量如圖5-13所示，圖5-15和圖5-16分別為罐體在軸向和周向的速度矢量圖，其中圖5-14為在軸截面的速度分布圖。罐內(nèi)流體流線如圖5-17所示，攪拌葉片和罐體軸截面的壓力分布如圖5-18和圖5-19所示，圖5-20，5-21

44、，5-22分別為攪拌罐內(nèi)流體的x，y，z坐標(biāo)值隨時(shí)間的變化率： 圖5-13 罐體流場(chǎng)速度矢量圖 圖5-14 軸截面速度分布圖 圖5-15 周向速度矢量圖 圖5-16 軸向速度矢量圖 圖5-17 罐內(nèi)流體流線圖 圖5-18 攪拌葉片壓力分布圖 圖5-19 罐體軸截面的壓力分布 圖5-20 罐內(nèi)流體x坐標(biāo)值隨時(shí)間的變化 圖5-21 罐內(nèi)流體y坐標(biāo)值隨時(shí)間的變化 圖5-22 罐內(nèi)流體z坐標(biāo)值隨時(shí) 間的變化從以上各圖可知：攪拌罐在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)過(guò)程中的壓力、流速在葉片內(nèi)部分布是不均勻的，流體在罐體中的運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，隨著半徑的增大，相對(duì)速度有上升的趨勢(shì)。當(dāng)攪拌罐正轉(zhuǎn)時(shí)，在葉片后錐與中圓處的速度最大，此處壓力

45、也最大，那么這里的葉片也最容易遭到破壞，所以在底錐和中圓處要采用較厚的葉片。而且葉片與筒壁的接合處所受壓力很大，這就要求在葉片焊接時(shí)進(jìn)行滿焊。當(dāng)攪拌葉片反轉(zhuǎn)時(shí)，中圓到前錐段流體速度最快，此處攪拌葉片受到的壓力也最大，這與理論分析的結(jié)果是一致的。總結(jié) 通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我學(xué)會(huì)了很多有關(guān)專業(yè)的知識(shí)，使對(duì)專業(yè)得到進(jìn)一步的了解，學(xué)到了以下幾點(diǎn)： 第一 學(xué)會(huì)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方法。產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程是創(chuàng)造性的過(guò)程，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)應(yīng)按科學(xué)的程序進(jìn)行，一般包括課題調(diào)研，擬定設(shè)計(jì)方案、總體設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、技術(shù)資料整理、產(chǎn)品試制、改進(jìn)設(shè)計(jì)等過(guò)程，一個(gè)產(chǎn)品經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，才能完善成熟。 第二 提高了綜合應(yīng)用各科知識(shí)的能力。以前

46、課程設(shè)計(jì)接觸課程知識(shí)比較窄，而且時(shí)間有限，即使發(fā)現(xiàn)問(wèn)題也不能及時(shí)的改進(jìn)，借用這次機(jī)會(huì)再把專業(yè)知識(shí)做了系統(tǒng)的了解。 第三 鞏固了計(jì)算機(jī)繪圖的能力。以前所繪的工程圖，標(biāo)注配合公差毒標(biāo)注不完整，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅提高了自己的作圖能力，更是培養(yǎng)了自己細(xì)致的作圖習(xí)慣。 第四 提高了收集資料和查閱的能力。收集資料是做畢業(yè)設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作，資料是否全面可靠關(guān)系到整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)程。查閱手冊(cè)是設(shè)計(jì)過(guò)程中隨時(shí)要做的事情。只有廣泛收集有用的資料才能設(shè)計(jì)出較好的產(chǎn)品。 第五 培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)?？茖W(xué)工作來(lái)不得半點(diǎn)虛假，在設(shè)計(jì)過(guò)程中每個(gè)結(jié)構(gòu)、零件、材料、尺寸、公差都反映在圖紙上，每一個(gè)錯(cuò)誤都會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，因此，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須要有高度的責(zé)任