混凝土搅拌车搅拌筒设计基本方法

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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J G/T5094-1997《混凝土搅拌运输车》,搅拌筒的斜置角a的取值可参照下表:由于运输车必须保证在坡度为14%勺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arcta n(0.14)Li图搅拌罐体图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。

具体参见图所示:设前锥长为L i ,中圆柱长为L 2,后锥长为L 3,中圆半径r ,则根据交通法规的要求搅拌筒的最大半径,r 1.25m L | c ( r 1-1 L 3 c 2 r1-2c i 取值范围1.4 ~1.8 c 2取值范围0.8 ~ 0.97D 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1取值范围14.2o~16.1o后锥角2取值范围15o~ 20o2. 搅拌筒几何容积与装载容积的计算积分计算方法 圆柱截段计算公式 如图所示:若 为已知,h可用代替cotb 圆锥截段计算公式1 1 V b3HS1 3hS 2其中,圆锥截段弓形的面积 S R 2arccos^^1... 2Rh^2(R hjR 其计算分三种情况h[R 3(b1)arccos(1 -)b RR23R 22Rb3b>2Rb b 2]2-1a cossin(计算示意图2-22-3b.圆柱段搅拌筒计算h i图圆柱截台计算示意图V i是一圆柱截台,是两个圆柱截段之差V i V ai V a2i)arccos(i 直)(3R22Rb b2)j2Rb b2] Ri)arccos(i 直)(3R22Rp b;) 2Rp b;] Ra.当,c i (叱)2 i,为正值cosS2(lcjb i24c32ln(2c i l b 2 屆疔bi) 2-4 式中,H acosS2§sin3、3l22-5c.S2 4( Ch arccOs(i2-6Eb ib2h2V ai 旦[3R3弹3b RV a2 匹[3R3 (直3b2 R(3R 2 2Rb, b 2)、2Rb, b 2] (3R 2 2Rp b ;)... 2Rb 2 b ;}前锥圆锥段搅拌筒计算V 是一个圆锥台截段,圆台截段就是两个圆锥截段之差,如图所示:图小圆锥截台计算示意图1 1 ' ' -(HS 1 hSD -(HS 1 hSD 3 3 1 ' '-[H (S 1 S 1) h(S 2 S 2)] 2-83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,计算公式如下1 2 2 'V 3 H 0(R R 1 R R 1) V 1V i h 。

3(b b 2)3 b ib i b ?b ? {3R [(- 1)arccos(1 -) (— 1)arccos(1 2)]R R R R2-711 H 0(R R1R R) -[H (S 13S 1) h(S 2 S 2)]2-9JC --卢a 3 *1 I IL\HC B ARS图圆锥截台计算示意图.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存在以下经验公式:V0.5 ~ 0.65V j.重心位置的计算X (V i X i V2X2 V3X3)/(V i V2 V3)丫(VY i V2Y2 gi/V V2 V3)体积的计算如前其中X i,丫 (i 1,2,3)是各段重心的坐标3.驱动功率的计算搅拌力矩曲线混凝土搅拌的过程力矩曲线变化规律如图所示:图搅拌力矩曲线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。

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驱M搅M支3-1M搅M筒摩M叶摩M流阻M偏3-2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,拌合料与筒壁或与搅拌叶片间的单位摩擦力 f图装满拌合料的搅拌筒剖面图f k i k2 V 3-3k i (3 0.1 s) 9.8 10 2k2 (4 0.1 s) 9.8 10 2式中,k i -------- 粘着系数,kN/m2;k2――速度系数,kN/mf;V——拌合料速度;图螺旋叶片断面投影图 为拌筒内螺旋叶片的端面投影。

任取一半径 r ,该半径对应的叶片螺旋开角为k(近似认为对应于各r 处的螺旋开角,均等于中径上的螺旋开角)。

s ――混合料的坍落度。

3' d'3M 筒摩 f Si: (k i k 2 V i ) i 12 i i式中:V 搅拌螺旋叶片外圆线速度 s '锥筒各段内表面与混凝土实际摩擦面面积di 锥筒各段试验计算直径 S ' (0.6 ~ 0.8) — d 2 h 色)2 2 《(0.5 ~ 0.7) d 2 h 3S (0.3~0.5)h 2d ; d 1 1 12'd 3 d ?d ?2I d 3 d 3S 色3-42搅拌螺旋叶片外圆线速度。

3-53-63-7M 叶摩dM 叶摩=r f dA cos=(K 1 K 2V 2) 2 r 2 drV 2――拌合料与搅拌螺旋叶片间的相对滑移速度式中:Ri ——搅拌螺旋叶片断面投影最小半径R ――搅拌螺旋叶片断面投影最大半径c.流动阻力矩由于拌合料眼螺旋升角方向运动,所以取微元面积 dA (2 rdr)/ cos 设混凝土的单位平均流动阻力系数为 p ,则取微元面积上的法向阻力dF p dArdrcos周向流阻 dF r dF sin 2 p tan rdr周向阻力对搅拌筒轴线的阻力矩2dM 流阻 r dF r 2 p tan r dr R2 23 3M 流阻 R dM 流阻;p tan R R 2)3-9冃 3其中p 值的确定较复杂,除与搅拌筒和叶片的结构参数有关外, 还与混凝上的水 灰比、配合比、坍落度、外加剂和易性等有关,一般取 p 20~30kN/m 2d.由筒体的转动引起的偏载,对搅拌筒的阻力矩见图。

拌合料在随拌筒搅拌的同时,由于拌合料受到与筒壁和搅拌叶片间的摩擦 阻力矩的作用,使拌合料向转动方向提升,其重心偏向转动一侧。

出现偏心距e , 对拌筒运动产生阻力矩。

e 值的精确确定目前还有困难,除与拌筒结构有关外,还与拌合料的性质有关。

只能采取先近似计算,再用实验验证的方法确定。

对拌合料来说,共受到三个力矩的作用:即偏心力矩、与简体的摩擦力矩、与叶片 的摩擦力矩。

由力矩平衡条件得:dM n 2 r 60cos 叶摩K inr 30cos K 2匹30cosr 2 dr叶摩R 2R I3K I(R ;R 3)(K1K230C OS22 r 2dr陋(R ; R 4)60cos3-8图脚板筒偏载示意图对简体来说,又受到由于拌合料的偏心距,产生的阻力矩 于Ge oM 偏M 筒摩M 叶摩M 搅2(M 筒摩M 叶摩)M 流阻 3-10的经验公式M偏M 筒摩M叶摩F rM 搅2 F r M 流阻实验测得:M 流阻0.5 F r M 搅 2.5 F r3-11式中:r 偏心距,一般取;F ――混凝土重量搅拌筒驱动功率的计算Ge M 筒摩 M 叶摩 0Ge M 筒摩叶摩M 偏作用,在数值上等F按求得的拌筒搅拌阻力矩,再根据传动系统的总效率,拌筒与支撑系统的摩擦阻力矩M支及拌筒转速n,即可求出搅拌筒的驱动功率N(kw)N C(M 支M搅)n/716.2 CM 驱n/716.2 3-12式中:M支一一搅拌筒支撑机构所克服的摩擦阻力矩;M搅一一搅拌筒脚板阻力矩;――机械效率,一般一一考虑峰值的影响系数,;n --- 转速,rpm4、搅拌出料机理物料下滑角物料的下滑角物料下滑角是确定叶片螺旋角的主要依据之一。

当混凝土性质(坍落度)不同时,其下滑角的大小也不同。

图是混凝土下滑角与坍落度s关系曲线图,该图由试验所得。

由曲线图可知,混凝土的坍落度越小(s<5 cm的混凝土为干硬性混凝土),下滑角就越大。

斜面上物料的下滑方向是沿斜面的最大倾斜线 S 的方向。

如图所示,即斜 面上对水平面 H 的最大倾斜线 AC 。

混凝土有效下滑出料的条件如图所示图平置圆柱正螺旋面叶片 设在平置圆柱形简体内壁的正螺旋叶片上, 面积元 A 的对地最大倾斜线用 S 表示;螺旋线的切线用 表示;螺旋面的母线用n 表示。

S 、 、n 线的对地倾角 分别用 、 、 n 表示。

a. 当拌筒转角 =0时,面积元A 处于拌筒最低位置1。

=0, n =90 , S 线与n线重合,=90,S 线垂直指向筒壁。

物料积在筒壁处。

b. 当拌筒转到0 < <90时,面积元A 处于位置2。

n 线倾角n =90 - ,S 线斜 向指向筒壁。

若角足够大,使 线倾角 大于物料下滑角 ,物料就沿S 线方 向滑至筒壁后沿 线方向下滑出料。

c. 当拌筒转到 =90时,面积元A 处于位置3。

S 线与 线重合,以达到最大值, 此时 = = ,若 > ,物料也将顺着筒壁沿 线方向下滑出料。

但当 < 时, 物料不能下滑而被叶片带着继续上升。

( 为叶片螺旋角 )d. 当拌筒转到90 < <180时,面积元A 到达位置4。

当S 线的倾角 > 时,物 料沿S 线下滑。

此时,S 线指向离开筒壁,达不到出料目的。

根据以上分析,物料有效下滑出料的条件是> 时,面积元A 的S 线下滑指图 斜面及最大倾斜面s 方向由图可得:sin sin /cossinn/cos n4-1又因为 n所以 cos ncos()cos cos sin sin代入上式得: tan(sin n /sin cos )/sin4-2同理: tan n (sin/sin n cos )/sin4-3向不离开筒。