混凝土攪拌車新型螺旋線攪拌葉片的設(shè)計

1、混凝土攪拌車新型螺旋線攪拌葉片的設(shè)計摘要：基于微分原理，提出了攪拌筒葉片新的推 導(dǎo)方法，推導(dǎo)了對數(shù)螺旋線與平方螺旋線，結(jié)合經(jīng)驗, 設(shè)計出一種新型的攪拌筒葉片曲線，與傳統(tǒng)對數(shù)螺旋 線葉片進(jìn)行對比，它的攪拌均勻性、出料速度和出料 殘余率性能有很大提高，進(jìn)一步建立了新型攪拌筒三 維數(shù)字模型。關(guān)鍵詞：攪拌車對數(shù)螺旋線混凝土 攪拌近年來我國的混凝土攪拌運輸車需求量越來越 大，然而實際運用中，混凝土攪拌運輸車在攪拌和卸 料性能都存在很多弊端，而葉片是混凝土攪拌裝置中 實現(xiàn)工作性能的主要部件，其設(shè)計是否合理直接影響 混凝土攪拌和出料性能，為保證混凝土攪拌和卸料時 的均勻順暢，混凝土攪拌筒葉片螺旋線型線和螺旋

2、角 的選擇至關(guān)重要。以往文獻(xiàn)大多介紹的是等角或非等 角對數(shù)螺旋線攪拌葉片的設(shè)計方法，但對于不同螺旋 線的數(shù)學(xué)規(guī)律還未作深入的闡述，雖然非等角對數(shù)螺 旋線攪拌葉片在攪拌性能上已經(jīng)有很大提高，但是在 出料性能上還是存在出料速度慢、積料現(xiàn)象。為改善 出料性能存在的不足，該文分析攪拌葉片的攪拌出料 機(jī)理，突破傳統(tǒng)的對數(shù)螺旋線的推導(dǎo)方法，基于微分原理利用新的推導(dǎo)方法設(shè)計了一種新型螺旋線攪拌葉 片。1傳統(tǒng)對數(shù)螺旋線攪拌葉片目前混凝土攪拌車攪拌葉片的母線大多數(shù)采用的 是等角或非等角對數(shù)螺旋線。進(jìn)一步分析等角對數(shù)螺 旋線攪拌葉片的特征，得出葉片方程為：(如圖1)z = pflcxp(-6)cosa(1.1)S

3、2和EE社段廉蜒由上式(1.1)可知，當(dāng)圓錐頂角a為確定值時，葉片螺旋面的形狀取決于投影位置角6和螺旋角0。 當(dāng)螺旋角過小時，工作點在螺旋面的位置過高，混凝 土將不會沿著螺旋面曲線方向滑動，而是向兩邊滑走, 以至于影響混凝土出料速度，功率損耗增大。2推導(dǎo)三種攪拌葉片螺旋線方程的新方法對攪拌車對數(shù)螺旋線攪拌機(jī)理進(jìn)行深入研究，結(jié) 合某廠生產(chǎn)攪拌車葉片的經(jīng)驗，利用微分方法推導(dǎo)了 對數(shù)螺旋線，并結(jié)合實際經(jīng)驗，總結(jié)出攪拌筒葉片的 成型規(guī)律，進(jìn)而針對目前傳統(tǒng)攪拌車葉片的不足。設(shè) 計出一種新型螺旋曲線。2.1傳統(tǒng)攪拌筒葉片螺旋線（1）對數(shù)螺旋線與平方曲線攪拌筒葉片曲線分為三段，前錐段、圓柱段和后錐段。后錐段

4、是 攪拌筒出料的關(guān)鍵部件，因此，對后錐段型線特性進(jìn)行分析成為攪拌 筒設(shè)計的關(guān)鍵。攪拌車攪拌筒的截面圖形如圖2所示，有一條螺旋線 沿表而從圓錐部分過渡到圓柱部分，圓柱段半徑為rO （常數(shù)），圓錐 段總高度為hO （常數(shù)），螺距為M （其中圓柱段螺距為定值M0）o關(guān)系式；譽(yù)二半，其中P為極半徑，且徉:山圖2中幾何關(guān)系可得：入 _ r _%h dh Mp =,=/;） hi （70 2n進(jìn)而，得出螺旋線上任一點縱坐標(biāo)值h與轉(zhuǎn)角的關(guān)系如“方對滬心°）同理根據(jù)經(jīng)驗公式色L羊、并結(jié)合圖即p2形幾何關(guān)系,可推得平方曲線高度h隨轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系：如爐工如。乙 J）_佻（】_丨證）A/。2兀九比較對數(shù)螺

5、旋線和平方曲線兩種曲線高度h隨轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系 式，可以看出這兩種關(guān)系式在形式上很類似，都有一個共同的表達(dá)式, 這里把它定義為攪拌筒后錐大錐角，且滿足。則對數(shù)曲線和平方曲線 的高度h還可以表達(dá)為：必珂（i-丄工），知“衛(wèi)一2.2新型螺旋線的推導(dǎo)過程根據(jù)實際經(jīng)驗，對數(shù)螺旋線攪拌車出 料速度弱于平方曲線，但攪拌均勻性比平方 曲線更優(yōu)越，為便新型攪拌筒葉片具備兩者 的優(yōu)點，并根據(jù)對兩種螺旋曲線的組成規(guī) 律，町以假定，新型螺旋線圈錐段螺距滿足進(jìn)一步可以假設(shè)對于任何一種曲線，都 有公式一気煨成立，且箸為攪拌筒后 錐大錐角。根搖枳分原理，得出新型螺施線 的方程是：綣愛幾（1_ 一幕一戶 U- 一）°

6、;（-）2（X 凹與2 2Mj4k A,3新型攪拌筒葉片曲線與傳統(tǒng)攪拌筒葉片曲線性能對比螺旋曲線攪拌葉片有多種形式，選擇合適的螺旋曲線主要參數(shù)是 葉片螺旋升角。葉片曲線的螺旋升角，決定混凝土在攪拌筒內(nèi)沿軸向 或切向運動的強(qiáng)度，從而影響著攪拌和卸料功能。木文設(shè)計的新型螺 旋線主要為改善卸料性能對攪拌筒后錐螺旋葉片的方程進(jìn)行具體分 析，設(shè)計時，在一定范圍內(nèi)當(dāng)螺旋升角越小時其出料性能越好，因為 螺旋升角丫與螺旋角卩的關(guān)系式為卩忙90。所以容易得出，要想出 料性能更好，后錐段螺旋角卩在一定范圍內(nèi)必須越大。如卜'圖是攪拌筒展開圖9逋過此展幵圖 推導(dǎo)出了螺旋角的表示式，為:娜=哼, 0為M點平面投

7、影m的位置角。且螺旋角也 可以表示為tan卩二zsina字。az對于對數(shù)螺旋線，它的螺旋角是一個定值，本文利用在一定情況 下后錐段螺旋角越大攪拌筒出料性能越好這個特征，設(shè)計的新型曲線 它的后錐段螺旋角是變化的，進(jìn)一步說明新型螺旋線可以改善出料性 能。根據(jù)圖3幾何關(guān)系，推得對數(shù)曲線、平方曲線、新型曲線螺旋角隨轉(zhuǎn)角變化關(guān)系如下：12兀泡盡(1耳)鈕匕亍/% , (3.1)2兀(1 +豈與tan P =(九一九(1) sin «嚴(yán)(3 ?)2賦271(14伽P =（九一九（1M7)sma4磯(3.3)用matlab畫出傳統(tǒng)和新型螺旋線后錐段螺旋角p和螺旋升角丫隨轉(zhuǎn)角e變化的關(guān)系對比圖為：（

8、如圖4.圖5）。993撞樣筒康開圖& "型科)0求済掾從圖4和圖5中可以看出，由圖中對比得出，在攪拌筒轉(zhuǎn)角達(dá)到 較大值時，物料處在出料階段，后錐段螺旋角一般取0= 7677?。較 為合適，但是對數(shù)螺旋線攪拌葉片的螺旋角是一個定值，會導(dǎo)致攪拌 筒后錐段螺旋角偏大，出料時物料在葉片上滑動的斷而越小，容易積 料，出料速度變慢，阻力矩和功率消耗也隨之增大；而平方螺旋線的 螺旋角在攪拌的初始階段轉(zhuǎn)角8比較小時，螺旋角B偏小，對初始攪 拌筒攪拌和出料性能也會有影響；只有新型螺旋線攪拌葉片的后錐段 螺旋角卩隨轉(zhuǎn)角8變化較平穩(wěn)，而且在一定范圍越來越大，比較得出, 新型螺旋線攪拌葉片的出料性能

9、比傳統(tǒng)的螺旋型線更優(yōu)越。4三維建模根據(jù)各種螺旋線的方程，得出螺旋線上各點的坐標(biāo)方程，生成前 錐段、圓柱段和后錐段三段獨立的螺旋曲面，然后采用橋接曲而的方 法將其連接起來，而且銜接處也比較光滑，對葉片的攪拌性能也不會 產(chǎn)生影響。如圖5所示是傳統(tǒng)螺旋線葉片和新型曲線的三維模型對 比，從圖中可看岀新型曲線葉片在銜接處更平滑，前錐段呈螺旋上升 趨勢也較平穩(wěn)，螺旋角相比傳統(tǒng)螺旋線偏小，這有利于攪拌筒攪拌性 能提高。由圖6中也進(jìn)一步驗證了上節(jié)中模擬的曲線對比結(jié)果，得出 新型曲線葉片后錐段的模型在小端處螺旋角變大，出料更為容易，葉 片的整體性能也更優(yōu)越（如圖6圖7）。35升角F逋將角日芟化對比臣3«傳統(tǒng)級強(qiáng)姣輪環(huán)眾空馥葉片楫融対比、新型沏線涪儺段'平方曲線后錐段L対數(shù)曲線啟錐段、區(qū)丿f5«tt«4C»®SSW片后僅歸對比5結(jié)語利用微分方法，建立了對數(shù)螺旋線與平方曲線新的數(shù)學(xué)模型，進(jìn) 一步設(shè)計了一種新的攪拌筒葉片型線，并對三種螺旋線的出料性能和 攪拌葉片模型作了對比。參考文獻(xiàn)1 楊紀(jì)明混凝土攪拌輸送車拌筒螺旋葉片的設(shè)計(上)J建 筑機(jī)械化,1984(2):8-1