【正文】 等角圓柱 螺旋線 ?? 頂部和與中圓接口處為離散點，中間為等角對數(shù)螺旋線。實驗研究和計算機仿真研究相結(jié)合，相輔相成，取長補短，對于課題的研究非常有利。 圖 建模過程如下： 圖 前錐 圖 中柱圖 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 34 圖 后錐 圖 攪拌葉片 圖 前支撐 圖 連接法蘭 圖 攪拌罐三維實體裝配模型 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 35 圖 運動模擬 模態(tài)分析是機械和結(jié)構(gòu)動力學(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)描述的獨立方程 ,以便求出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)的方法。混凝土攪拌車在攪拌的過程中受到新拌混凝土在各個方向上的沖擊作用 , 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 , 由于路面的凹凸不平 ,葉片承受更多的非對稱載荷 , 此時最易激發(fā)葉片結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)模態(tài)。葉片應(yīng)力越大摩擦力也就越大磨損也就越嚴重，變形越大振動更為嚴重同時變形使攪拌葉片的形狀改變達不到預(yù)期的攪拌和出料效果，由此可見非等變角對數(shù)螺旋葉片明顯優(yōu)于其它幾種對數(shù) 螺旋葉片。,r(1),$ 39。,bt(1),$ 39。,k(1),$ 39。,h(2),$ 39。,bt1(2),$ 39。,r(3),$ 39。,h(3),$ 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 45 39。,r(4),$ 。,h(4),$ 39。,j,$ 39。,k(2),$ 39。,bt(2),$ 39。,r(2),$ 39。,bt1(1),$ 39。,h(1),$ 39。 付昊旻 2021 年 5月 附錄 A 部分程序源代碼 NUMBER/r(5),h(4),bt(3),bt1(3),btn(3),i,j,st,stm(3),k(3),a1,a3,p,p1,p3,stn1 $$1一定義變量 ENTITY/ax,ps1(1021),ps2(1021),m(4),g(4),sl(6),pt(5),pt0(2),b(9),SPLN(2),$ ln(10),EN(K),CSYS1,CSYS2,CSYS3 pds1: $$2一生成輸入?yún)?shù)的對話框 39。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 37 ANSYS 有限元的計算，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，再分別計算這些單元的受力和變形情況，然后將這些單元整合起來，就形成了整個零件的受力變形圖。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 36 第 1 階模態(tài)是一階橫向彎曲振動 ,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 ,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。 本文采用 混凝土攪拌車為模型進行研究如下圖所示。特別是用于大數(shù)據(jù)的計 算更顯出其優(yōu)越性。 BA ABB BA A 圖 非等變角對數(shù)螺旋線正視圖和右視圖 圖中標(biāo)記 A、 B處是各段葉片的擬合接合點 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 31 0? ? ? ? B(mm) 前錐 109? 90 380 中圓 0 1918? 380 后錐 72? 380 304? 表 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，做出攪拌葉片的實體模型 ,如圖 。只要在螺旋葉片設(shè)計中，兩等分點之間的間隔控制在一定范圍內(nèi)，展開的螺旋葉片平面圖，就可達到一定的精度要求。 螺旋面理論上是不可展開曲面，由于制造工藝的要求，常采用近似展開法進行處理，以滿足制造要求。制造中根據(jù)設(shè)計的平面圖形下料經(jīng)鍛壓成型后，焊接在攪拌筒內(nèi)壁上。 圖 圖 攪拌運輸車攪拌筒內(nèi)的兩條螺旋葉片，是攪拌運輸車設(shè)計的重要部件。為了同時保證攪拌均勻和出料干凈，將前錐螺旋角設(shè)計為 60176。 當(dāng) ? 是一定值時，螺旋線為等角對數(shù)（圓錐）螺旋線；當(dāng) ? 是一個變量時，1212121 3 2312121212122 1 2 11212=01 t a n t a n11 t a n t a nt a n t a nt a n t a n1 t a n t a n= = 0t a n t a n( ) t a n0 = 0t a n( 1 t a n taZ Z ZZZZxxZ Z x x?????????????????????????????? ? ???? ? ? ????（ 1 ） 當(dāng) 時 ， 即 內(nèi) 外 錐 平 行（ 2 ） 當(dāng) 時 ， 即 內(nèi) 柱 — 外 柱 的 情 況（ 3 ） 當(dāng) ， 時 ， 即 內(nèi) 柱 — 外 柱 的 情 況 ， 此 時 點 1 和 點 2 重 合tan2111,a n ) c osZZ???2 2 2 2 2211212t a n si n si nt a n t a nddZZdZ adZal l??? ? ???????南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 28 該螺旋線即為非等角對數(shù)螺旋線。 其螺旋角滿足： (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 1和 2，內(nèi)、外錐的半錐角分別為θ θ 2，以 2O 為原點建立坐標(biāo)系 2xoz ， n線與 x 軸的夾角為 181。圓錐段的圓錐面展開面為一扇形面， 為扇形角， ε 為 M點在展開面上的位置角，所以 =OM。在設(shè)計拌筒螺旋葉片結(jié)構(gòu)之前，螺旋葉片上螺旋角的確定就顯得格外重要。攪拌運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。如圖 。 M M M??偏 筒 摩 葉 摩 2 ( )M M M M? ? ? ?攪 筒 摩 葉 摩 流 阻 2） Lieberherr 的經(jīng)驗公式 2M M M F rM F r M? ? ? ?? ? ? ?偏 筒 摩 葉 摩攪 流 阻 實驗測得： 0 .5M F r? ? ?流 阻 F r? ? ? ?攪 式中： r——偏心距，一般取 ； F——混凝土重量 rF南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 23 功率的計算 按求得的拌筒攪拌阻力矩，再根據(jù)傳動系統(tǒng)的總效率 ? ，拌筒與支撐系統(tǒng)的摩擦阻力矩 M支 及拌筒轉(zhuǎn)速 n，即可求出攪拌筒的驅(qū)動功率 N(kw) ( ) / 9 5 4 9 / 9 5 4 9N C M M n CM n??? ? ? 驅(qū)攪支 式中： M支 ——攪拌筒支撐機構(gòu)所克服的摩擦阻力矩；一般取為40005000Nm M攪 ——攪拌筒攪拌阻力矩； ? ——機械效率，一般 C——考慮峰值的影響系數(shù)， ； n——轉(zhuǎn)速， rpm 設(shè)：當(dāng)攪拌筒轉(zhuǎn)速為 12 rpm 時，設(shè)混凝土重量 2400 3/kgm ，攪拌筒實際容積按 5 3m 計算，則計算出攪拌筒的驅(qū)動功率為： ( 4200 2400 5 ) 129549 61 ( )NkW? ? ? ? ? ? ???? 因為攪拌筒的驅(qū)動功率一般是從攪拌車發(fā)動機中直接取力，在計算 攪拌車發(fā)動機功率時，要在攪拌筒驅(qū)動功率的基礎(chǔ)上，再加上汽車驅(qū)動功率、爬坡功率等。 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)。3322dddddddd????? b..拌合料與攪拌葉片間的摩擦阻力矩 M葉 摩 M M M??驅(qū) 攪 支M M M M M? ? ? ?攪 筒 摩 葉 摩 流 阻 偏南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 21 kraFFF1d2RRrr 圖 螺旋葉片斷面投影 圖 為拌筒內(nèi)螺旋葉片的端面投影。 23( ~ )S d h?? ? ? ?２ 39。1211 ()22iii i iii ddM f S k k V S??? ? ? ? ? ? ? ???筒 摩 式中： 39。 39。 Vj一攪拌筒的幾何容積。3 0 1 1 11 ()3V H R R R R V?? ? ? ? ?2 2 39。39。39。 A B C 圖 用 Va、 Vb、 Vc 表示三段的體積，圖 A 為圓柱截段 (D 代表直徑 )，圖 B112 1 1 23 1 2 1 2 3( ) 0( ) ( )()Y X X LR x Y X L X L LY X L L X L L L? ? ???? ? ? ? ???? ? ? ? ? ??1 2 30 ()L L LV F x dx??? ?南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 15 為圓錐截段 (D 代表錐體的底直徑 )，圖 C 為球缺截段 (R1 代表球半徑 )。 圖 目前，據(jù)有關(guān)資料介紹，該容積計算均采用切割法。 前半錐角 1 1 4 .2 ~ 1 6 .1? 取 值 范 圍 后半錐角 2 15 ~ 20? 取 值 范 圍 切割法求 裝載容積 圖 是混凝土攪拌輸送車攪拌筒的側(cè)面圖，它是由圓柱 、圓臺和球缺結(jié)合成的筒體。所以對它的設(shè)計有以下基本要求 :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)運載底盤和運輸中攪拌工作特點；具有適當(dāng)?shù)氖褂脡勖?(耐磨性能 )。另外，葉片的角度如果設(shè)計不合理，還會使混凝土出現(xiàn)離析。 攪拌裝置 攪拌 裝置主要由攪拌筒及其輔助支撐部件組成。 液壓系統(tǒng) 將經(jīng)取力器取出的發(fā)動機動力，轉(zhuǎn)化為液壓能（排量和壓力），再經(jīng)馬達輸出為機械能（轉(zhuǎn)速和扭矩），為攪拌筒轉(zhuǎn)動提供動力。其專用機構(gòu)主要包括取力器、攪拌筒前后支架、減速機、液壓系統(tǒng)、攪拌筒、操縱機構(gòu)、清洗系統(tǒng)等。 當(dāng)攪拌筒做圖 a 所示方向的“正向”轉(zhuǎn)動時，混凝土將被葉片連續(xù)不斷的推送到攪拌筒的底部，同時到達筒底的混凝土勢必又被攪拌筒的端壁頂推翻轉(zhuǎn)回來，這樣在上述運動的基礎(chǔ)上又增加了混凝土上下層的軸向翻轉(zhuǎn)運動，達到了攪拌筒對混凝土進行充分攪拌的目的。其中 (a),(b)為剖開攪拌筒的兩部分，斜線代表螺旋葉片， ?