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混凝土搅拌车搅拌总成建模与仿真中国混凝土网 [2007-3-15] 网络硬盘我要建站博客常用搜索摘要: 搅拌总成作为混凝土搅拌运输车的核心部分, 直接决定了整车性能。
通过对815L P 型搅拌车搅拌总成的研究, 指出了搅拌叶片在前锥、中圆和后锥部分分别采用的螺旋线形式, 并对搅拌罐总成进行了建模和仿真,为指导生产实践奠定了理论基础。
关键词: 搅拌总成; 螺旋叶片; 建模; 仿真中图分类号: TU 642+ 12文献标识码: A0 引言搅拌叶片是混凝土搅拌车的关键部件, 它的好坏直接影响着搅拌罐的寿命、出料残余率、搅拌效果、出料速度等。
在搅拌罐装料、运料和卸料三个过程的运动中, 要达到新拌混凝土均质性好、进出料效率高、出料残余率低且性能可靠的技术要求, 需找出最佳的罐体和叶片配置尺寸。
目前国内搅拌叶片的制造靠测绘仿制[1] , 鉴于此, 有待研究开发出指导叶片和罐体及相关件的关键技术。
1 搅拌筒和叶片参数设计设计搅拌罐的搅拌叶片时, 一般在前锥和后锥段采用对数圆锥螺旋线, 中圆段采用圆柱螺旋线。
搅拌罐的搅拌和出料性能与螺旋线的螺旋升角和螺旋角有着密切的关系, 搅拌罐与地面的夹角为14o , A角为叶片曲线围绕搅拌筒轴心的螺旋升角, 它与旋角B之间的关系为: A+ B= 90o [ 2 ]。
螺旋升角A越大, 搅拌性能越好, 但出料性能越差。
随着A角的增大, 混凝土沿叶片滑移的摩擦力也相应加大, 达到一定程度, 就易造成混凝土在叶片上的淤积, 使其运动受阻, 搅拌效率降低, 尤其在卸料工况时, 由于淤积而造成的堵塞会使卸料发生困难。
当A趋于90o 时, 叶片与搅拌曲线近似平行, 这时叶片对混凝土类似于自落式搅拌机而几乎没有轴向的推移作用, 因而丧失卸料功能。
为了避免前锥积料, 改善出料性能, 应减小小端处的螺旋升角, 但A角不能太小, 当A角很小时, 叶片几乎与搅拌轴线垂直, 混凝土在转动的搅拌筒中轴向运动非常微小, 近似于只作沿筒叶的切向滑跌。
基于PRO/E的混凝土搅拌车螺旋叶片三维造型作者：郑招强来源：《专用汽车》 2009年第10期搅拌叶片是混凝土搅拌车的重要部件，如何得到光顺的叶片是搅拌车设计中的重要课题。
目前介绍叶片螺旋线设计的资料较多，但对螺旋叶片的三维造型涉及较少。
文献[1～3]较为系统地论述了罐体螺旋线和螺旋叶片三维造型的设计方法，并使用UG/GRIP语言进行二次开发而形成了相应的设计程序。
虽然使用二次开发程序设计会很方便，但对于一般的工程技术人员来说，完成程序代码编写还有着一定难度。
因此，本文通过实例介绍使用PRO/E进行螺旋叶片三维设计的一种方法。
1叶片型线方程1.1罐体锥段叶片型线方程对于搅拌车罐体锥段叶片型线，文献[4]提出在选取圆锥大端叶片顶部的螺旋角后，为了改善圆锥段小端处的出料性能，应使其螺旋角适当大于大端螺旋角(增加60)，以使其工作点降低；其实现方法是引入计算锥的概念，计算锥上采用对数螺旋线，然后得到罐体内壁螺线（即叶片型线），从而得出罐体内壁螺旋线螺旋角变化的近似线性关系，即在罐体锥段叶片型线采用的是非等角对数螺旋线。
但是，由于这种方法没有指出非等角对数螺旋线的数学规律，即使现在采用比较先进的设计软件来实现也是较为复杂。
文献[5]明确提出了在罐体锥段采用非等角对数螺旋线作为叶片型线的概念，认为当对数螺旋线方程中的螺旋角为常数时，方程为对数螺旋线，当螺旋角为变量时方程便是非等角对数螺旋线。
文献[6]指出文献[5]所讨论的螺旋线的螺旋角除起点外，其余部分仍无法控制，螺旋角并不能按给定的函数关系变化，故此给出了等变角的对数螺旋线方程为：口为半锥顶角，∥为螺旋角，成为起点螺旋角，f/为终点螺旋角，日为螺旋转角，p为极径，dl为锥体小端直径，c／二为锥体大端直径。
1.2罐体中筒型线方程对于中简叶片型线，一般采用等螺旋角圆柱螺旋线。
文献[7]提出了均变圆柱螺旋线的概念，并推导了均变螺旋角圆柱螺旋线和均变斜率圆柱螺旋线在平面上的展开方程。
混凝土搅拌运输车搅拌筒的研究与设计本文主要包括以下内容：1、绪论部分2、搅拌筒的结构设计及受力分析3、驱动功率的计算4、搅拌筒螺旋叶片的设计5、搅拌筒螺旋叶片的三维造型设计山大兴邦技术中心制混凝土搅拌运输车结构上主要由独立的汽车底盘和混凝土搅拌装置两部分组成。
一般汽车底盘主要起到运输和对搅拌筒提供动力的作用，而搅拌装置则是装载混凝土及对其起搅拌和卸料的作用。
本文着重对混凝土搅拌运输车的搅拌筒筒体及其内部搅拌叶片进行研究与设计。
混凝土搅拌运输车搅拌筒筒体的结构一般是由三部分组成，即由前、后锥段筒体和中段圆柱筒体焊接而成。
本文在设计搅拌筒筒体时，主要通过计算机辅助设计得到搅拌筒体相关的几何尺寸，然后通过ANSYS软件重点对其进行静态受力分析，得到相关的应力、位移分布云图和变形图，这对设计搅拌筒筒体时进行选材和几何结构尺寸优化起到重要的验证依据。
混凝土的搅拌和卸料主要取决于搅拌筒中的两条螺旋叶片，因此螺旋叶片的设计对搅拌运输车就显得格外重要。
本文通过对叶片的理论设计计算进行编程，得到叶片的等分点值，然后利用Pro 甩软件对其进行造型设计。
将螺旋叶片在搅拌筒的不同部位进行分段，结合程序运算的每段数据，对螺旋叶片分别进行造型设计和拟合，最终得到了两条准确的螺旋叶片。
另外，在对螺旋叶片的拟合问题上，本文的设计解决了实际制造中，螺旋叶片衔接不上，用钢筋逼焊在一起，产生应力不均等相关的问题。
最后，将建模技术应用于混凝土运输车搅拌筒的研究，对其设计、制造有重要的指导意义。
这种研究思想和方法，在众多企业激烈的竞争中，确保了混凝土的质量和满足不同工作环境的需求，使得混凝土运输车的研制向着高效率、高技术、高质量及智能化控制的方向发展，对于研究和开发其它高性能机械产品具有一定的指导意义和实用参考价值。
一、绪论 (5)1.1 混凝土搅拌运输车的国内外现状和发展趋势 (5)1.2 混凝土搅拌运输车的结构及工作原理 (6)1.2.1 混凝土搅拌运输车的结构 (6)1.2.2 混凝上搅拌运输车的工作原理 (7)1.3 混凝土搅拌运输车的类型和特点 (8)1.3.1 混凝土搅拌运输车的类型 (8)1.3.2 混凝土搅拌运输车的特点 (9)1.4 本文主要研究内容 (9)二、搅拌筒的结构设计及受力分析 (11)2.1搅拌筒的结构和工作原理 (11)2.2搅拌筒的结构设计计算 (12)2.2.1搅拌筒的几何容积 (12)2.2.2搅拌筒的有效容积计算 (12)2.2.3搅拌筒各参数的确定 (13)2.3 搅拌筒筒体的有限元分析 (16)2.3.1搅拌筒工作状态的受力分析 (16)2.3.2用ANSYS对搅拌筒筒体进行建模及分析 (17)2.3.3 用ANSYS对搅拌筒封头法兰进行分析 (34)2.4本章小结 (39)三、驱动功率的计算 (40)3.1 搅拌力矩曲线 (40)3.2 驱动阻力矩计算 (40) (41)3.2.1 拌合料与筒壁间的摩擦力矩M筒摩 (42)3.2.2 拌合料与搅拌叶片间的摩擦阻力矩M叶摩3.2.3 流动阻力矩 (43)3.2.4 由筒体的转动引起的偏载，对搅拌筒的阻力矩 (43)3.3 搅拌筒驱动功率的计算 (44)四、搅拌筒螺旋叶片的设计 (46)4.1搅拌筒螺旋叶片的工作原理 (46)4.2搅拌筒螺旋叶片的曲线、曲面设计 (46)4.2.1搅拌筒螺旋叶片的螺旋曲线的选择 (46)4.2.2搅拌筒螺旋叶片的螺旋曲面的选择 (48)4.3搅拌筒螺旋叶片的计算机辅助设计 (52)4.3.1前锥段螺旋叶片的计算 (52)4.3.2圆柱段螺旋叶片的计算 (58)4.3.3后锥段螺旋叶片的计算 (59)4.4搅拌筒螺旋叶片的展开计算 (65)4.4.1计算锥的建立 (65)4.4.2前锥段螺旋叶片的展开计算 (68)4.4.3圆柱段螺旋叶片的展开计算 (71)4.4.4后锥段螺旋叶片的展开计算 (72)4.5本章小结 (74)五、搅拌筒螺旋叶片的三维造型设计 (76)5.1用Pro/E对搅拌筒螺旋叶片进行三维造型设计 (76)5.1.1用pro/E绘制搅拌筒的螺旋线 (76)5.1.2 用Pro/E对螺旋叶片进行三维造型 (84)5.1.3螺旋叶片在搅拌筒三段中的衔接 (90)5.2本章小结 (92)一、绪论1.1 混凝土搅拌运输车的国内外现状和发展趋势随着建筑业的发展，混凝土使用量也不断增加，而我国混凝土主要用于城市公共设施、民用住房的建筑中。
混凝土搅拌车拌筒螺旋叶片的设计李 斌，王凯威，刘 杰，肖 凡（沈阳建筑大学 交通与机械工程学院，辽宁 沈阳 110168）［摘要］搅拌筒非等角对数螺旋叶片具有流线性好、拟合方便的优点。
根据等角对数螺旋线的性质，按搅拌筒功能区段，适当区别选用叶片的螺旋升角，着重满足该段的主要工作性能，提出设计非等角对数螺旋搅拌叶片的新方法，并在此基础上应用AutoCAD 二次开发技术进行叶片的参数化设计，从而大大提高设计与制图效率。
［关键词］螺旋叶片；螺旋升角；螺旋曲线［中图分类号］TU642 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X （2014）09-0070-06Design on helical blades of concrete mixer truck mixing drumLI Bin ，WANG Kai -wei ，LIU Jie ，XIAO Fan混凝土搅拌车搅拌筒内部特有的2条连续螺旋叶片在工作时形成螺旋运动，推动混凝土沿搅拌筒轴向和切向产生复合运动［1］，这2条叶片的螺旋曲线直接影响搅拌筒的工作性能。
在其几何设计中，必须根据工作性能要求和混凝土性质等有关因素，恰当确定叶片螺旋曲线的形式和具体参数，这些参数中，最重要的是螺旋升角。
叶片曲线的螺旋升角决定混凝土在搅拌筒内沿轴向或切向运动的状态，从而影响搅拌和卸料性能。
本文根据设计经验对对数螺旋线的螺旋角进行修正，使得不同筒体段内螺旋搅拌叶片的螺旋角呈线性变化关系，这样不同筒体段内的螺旋线在筒体结合处形成平滑过渡，保证了螺旋线的连续性，也能有效地避免混凝土在这个位置发生粘结，可以有效地提高混凝土搅拌车的工作效能。
1 搅拌叶片螺旋曲线方程的建立1.1 选用螺旋曲线形式为使搅拌叶片具有更好的搅拌与出料性能，采用改进对数螺旋曲线，它是在等角对数螺旋曲线的基础上得到的。
等角对数螺旋曲线是自极点出发、其运动方向始终与径向保持定角β的动点轨迹（见图1）。
混凝土搅拌车新型螺旋线搅拌叶片的设计摘要：基于微分原理，提出了搅拌筒叶片新的推导方法，推导了对数螺旋线与平方螺旋线，结合经验，设计出一种新型的搅拌筒叶片曲线，与传统对数螺旋线叶片进行对比，它的搅拌均匀性、出料速度和出料残余率性能有很大提高，进一步建立了新型搅拌筒三维数字模型。
关键词：搅拌车对数螺旋线混凝土搅拌近年来我国的混凝土搅拌运输车需求量越来越大，然而实际运用中，混凝土搅拌运输车在搅拌和卸料性能都存在很多弊端，而叶片是混凝土搅拌装置中实现工作性能的主要部件，其设计是否合理直接影响混凝土搅拌和出料性能，为保证混凝土搅拌和卸料时的均匀顺畅，混凝土搅拌筒叶片螺旋线型线和螺旋角的选择至关重要。
以往文献大多介绍的是等角或非等角对数螺旋线搅拌叶片的设计方法，但对于不同螺旋线的数学规律还未作深入的阐述，虽然非等角对数螺旋线搅拌叶片在搅拌性能上已经有很大提高，但是在出料性能上还是存在出料速度慢、积料现象。
为改善出料性能存在的不足，该文分析搅拌叶片的搅拌出料机理，突破传统的对数螺旋线的推导方法，基于微分原理利用新的推导方法设计了一种新型螺旋线搅拌叶片。
1 传统对数螺旋线搅拌叶片目前混凝土搅拌车搅拌叶片的母线大多数采用的是等角或非等角对数螺旋线。
进一步分析等角对数螺旋线搅拌叶片的特征，得出叶片方程为：(如图1)由上式（1.1）可知，当圆锥顶角α为确定值时，叶片螺旋面的形状取决于投影位置角θ和螺旋角β。
当螺旋角过小时，工作点在螺旋面的位置过高，混凝土将不会沿着螺旋面曲线方向滑动，而是向两边滑走，以至于影响混凝土出料速度，功率损耗增大。
2 推导三种搅拌叶片螺旋线方程的新方法对搅拌车对数螺旋线搅拌机理进行深入研究，结合某厂生产搅拌车叶片的经验，利用微分方法推导了对数螺旋线，并结合实际经验，总结出搅拌筒叶片的成型规律，进而针对目前传统搅拌车叶片的不足。
设计出一种新型螺旋曲线。
2.1 传统搅拌筒叶片螺旋线(1)对数螺旋线与平方曲线搅拌筒叶片曲线分为三段，前锥段、圆柱段和后锥段。
