混凝土搅拌车搅拌筒设计基本方法
1.混凝土搅拌筒主要结构尺寸的确定
根据中华人民共和国建筑工业行业标准JG/T5094-1997《混凝土搅拌运输车》，搅拌筒的斜置角α的取值可参照下表1.1:
由于运输车必须保证在坡度为14%的路面上行驶且出料口面对下坡方向时不产生外溢，故在计算搅拌罐的额定装载容量时取混凝土与搅拌轴线的夹角
0arctan(0.14)8
ααα
=+≈+o
搅拌筒目前一般采用梨形，底部（称为后锥）是较短的锥形，中部是圆柱形，上部（前锥）是较长的锥形，研究发现：搅拌筒中下部的外形接近球体形状为最佳，这时，不仅搅拌效果好，搅拌效率高，而且也因搅拌筒重心适当前移，对合理分配运载底盘前后桥负荷，提高搅拌输送车的装载能力是有利的。因此，设计时，后锥加上球冠的长度基本等于中圆的半径。具体参见图1.1所示：
设前锥长为1L ，中圆柱长为2L ，后锥长为3L ，中圆半径r ，则根据交通法规的要求搅拌筒的最大半径， 1.25r m ≤
11L c r =? 1-1 32L c r =? 1-2
12~~c c 取值范围1.4 1.8取值范围0.80.97
2r 为进料口半径，取值范围250-310mm
中圆的长度要结合搅拌筒的额定容积确定。 前锥角114.2~16.1θo o 取值范围 后锥角215~20θo o 取值范围
2.搅拌筒几何容积与装载容积的计算
2.1积分计算方法 2.1.1圆柱截段计算公式
如图2.1所示： 2.1计算示意图
3[(1)arccos(1)a h b b V R b R R =--+ 2-1
若α 为已知，
h
b
可用代替cot α 2.1.2圆锥截段计算公式
1211
33
b V HS hS =- 2-2
sin()cos a
h αββ
=
?+ 其中，圆锥截段弓形的面积
21
11arccos
()R h S R R h R
-=- 2-3 其计算分三种情况 a.当αβ<，2
1cos (
)1cos c αβ
=-，为正值
211232111
(24b b S l c c =+? 2-4
式中，cos H a
l α
-=
b.αβ
=
3
2
2
S l
=2-5 c.αβ
>
2
111
232
111
2
(arccos(1)
24()
b b
c l
S l
c c b
=+?+
-
2-6 2.1.3圆柱段搅拌筒计算
图2.2圆柱截台计算示意图
V1是一圆柱截台，是两个圆柱截段之差
1
12
a a
V V V
=-
322
111
111
1
322
222
222
2
[3(1)arccos(1)(32
3
[3(1)arccos(1)(32
3
a
a
h b b
V R R Rb b
b R R
h b b
V R R Rb b
b R R
=--+-+
=--+-+
3
01122
1
12
2222
1122
{3[(1)arccos(1)(1)arccos(1)] 3()
(32(32
h b b b b
V R
b b R R R R
R Rb b R Rb b
=-----+
-
-+--+
2-7 2.1.4前锥圆锥段搅拌筒计算
V2是一个圆锥台截段，圆台截段就是两个圆锥截段之差，如图2.3所示：
图2.3 小圆锥截台计算示意图
''
2121211()()33V HS hS HS hS =---
''
211221[()()]3
V H S S h S S =--- 2-8
2.1.5后锥圆锥段截台计算公式
V 3是从一个圆台体减去一个圆台截体，如图2.4，计算公式如下
22'301111
()3V H R R R R V π=++?-
2
2''
3011112211()[()()]33
V H R R R R H S S h S S π=++?----
2-9
图2.4 圆锥截台计算示意图
2.2.经验公式
搅拌筒设计的最大装载容积V 与搅拌筒的几何容积V j 存在以下经验公式：
0.5~0.65j
V
V ≤ 2.3.重心位置的计算
112233123112233123()/()
()/()X V X V X V X V V V Y VY V Y V Y V V V =++++??
=++++? 2-10
体积的计算如前
其中,(1,2,3)i i X Y i =是各段重心的坐标
3.驱动功率的计算
3.1搅拌力矩曲线
混凝土搅拌的过程力矩曲线变化规律如图3.1所示：
图3.1搅拌力矩曲线
0~1：加工工序，搅拌筒以14-18rmp 正转，在大约10min 的加料的时间里，搅拌筒的驱动力矩随着混凝土不断被加入而逐渐增大，在即将加满时，力矩反而略有下降；
1~2：运料工序，在卸料地点，搅拌输送车停驶，搅拌筒从运拌状态制动，转入14-18rPm的反转卸料工况，搅拌筒的驱动力矩在反转开始的极短时间内陡然上升，然后迅速跌落下来；
4~5：卸料工序，搅拌筒继续以14-18rPm的速度反转，驱动力矩随混凝土的卸出而逐渐下降；
5~6：空筒返回，搅拌筒内加入适量清水，返程行驶中搅拌筒作3rPm的返向转动，对其进行清洗，到达混凝土工厂，排出污水，准备下一个循环。
3.2 驱动阻力矩计算
搅拌筒驱动阻力矩由拌筒与支承系统的摩擦阻力矩与拌筒搅拌阻力矩共同组成，其以拌筒搅拌阻力矩最难计算。
=+
M M M
3-1 驱搅支
=+++
M M M M M
3-2 搅筒摩叶摩流阻偏
3.2.1积分公式计算方法
a.拌合料与筒壁间的摩擦力矩M
筒摩
如图3.1，拌合料与筒壁或与搅拌叶片间的单位摩擦力f
图3.1装满拌合料的搅拌筒剖面图
12f k k V =+? 3-3
212
2(30.1)9.810(40.1)9.810
k s k s --=-???=-???
式中，k 1——粘着系数，kN/m 2；
k 2——速度系数，kN/m 2； V ——拌合料速度； s ——混合料的坍落度。
''3
3
''
1211()22
i i i
i i i i d d M f S k k V S ===??=+???∑
∑筒摩 3-4
式中：
''i i i V S d ---搅拌螺旋叶片外圆线速度
锥筒各段内表面与混凝土实际摩擦面面积锥筒各段试验计算直径搅拌螺旋叶片外圆线速度。 '11211(0.6~0.8)22d S d d h π?
?
=?
?-+????
(） 3-5