【正文】 等角圓柱 螺旋線 ?? 頂部和與中圓接口處為離散點(diǎn)，中間為等角對(duì)數(shù)螺旋線。實(shí)驗(yàn)研究和計(jì)算機(jī)仿真研究相結(jié)合，相輔相成，取長(zhǎng)補(bǔ)短，對(duì)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(shí)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(yùn)動(dòng)模擬 模態(tài)分析是機(jī)械和結(jié)構(gòu)動(dòng)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(dòng)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(dú)立方程 ,以便求出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)的方法?；炷翑嚢柢囋跀嚢璧倪^程中受到新拌混凝土在各個(gè)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(shí) , 由于路面的凹凸不平 ,葉片承受更多的非對(duì)稱載荷 , 此時(shí)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(yán)重，變形越大振動(dòng)更為嚴(yán)重同時(shí)變形使攪拌葉片的形狀改變達(dá)不到預(yù)期的攪拌和出料效果，由此可見非等變角對(duì)數(shù)螺旋葉片明顯優(yōu)于其它幾種對(duì)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(duì)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(jì)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(jì)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(gè)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(dòng) ,攪拌葉片右側(cè)振幅較大 ,左端變形較小；第 2 階模態(tài)是一階縱向振動(dòng) ,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(gè)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(jìn)行研究如下圖所示。特別是用于大數(shù)據(jù)的計(jì) 算更顯出其優(yōu)越性。 BA ABB BA A 圖 非等變角對(duì)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(diǎn) 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(shí)體模型 ,如圖 。只要在螺旋葉片設(shè)計(jì)中，兩等分點(diǎn)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(dá)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(jìn)行處理，以滿足制造要求。制造中根據(jù)設(shè)計(jì)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(yùn)輸車攪拌筒內(nèi)的兩條螺旋葉片，是攪拌運(yùn)輸車設(shè)計(jì)的重要部件。為了同時(shí)保證攪拌均勻和出料干凈，將前錐螺旋角設(shè)計(jì)為 60176。 當(dāng) ? 是一定值時(shí)，螺旋線為等角對(duì)數(shù)（圓錐）螺旋線；當(dāng) ? 是一個(gè)變量時(shí)，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(shí) ， 即 內(nèi) 外 錐 平 行（ 2 ） 當(dāng) 時(shí) ， 即 內(nèi) 柱 — 外 柱 的 情 況（ 3 ） 當(dāng) ， 時(shí) ， 即 內(nèi) 柱 — 外 柱 的 情 況 ， 此 時(shí) 點(diǎn) 1 和 點(diǎn) 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(duì)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(diǎn) 1和 2，內(nèi)、外錐的半錐角分別為θ θ 2，以 2O 為原點(diǎn)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(diǎn)在展開面上的位置角，所以 =OM。在設(shè)計(jì)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(yùn)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(yàn)公式 2M M M F rM F r M? ? ? ?? ? ? ?偏 筒 摩 葉 摩攪 流 阻 實(shí)驗(yàn)測(cè)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(jì)算 按求得的拌筒攪拌阻力矩，再根據(jù)傳動(dòng)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(dòng)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(jī)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(jī)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(shí)，設(shè)混凝土重量 2400 3/kgm ，攪拌筒實(shí)際容積按 5 3m 計(jì)算，則計(jì)算出攪拌筒的驅(qū)動(dòng)功率為： ( 4200 2400 5 ) 129549 61 ( )NkW? ? ? ? ? ? ???? 因?yàn)閿嚢柰驳尿?qū)動(dòng)功率一般是從攪拌車發(fā)動(dòng)機(jī)中直接取力，在計(jì)算 攪拌車發(fā)動(dòng)機(jī)功率時(shí)，要在攪拌筒驅(qū)動(dòng)功率的基礎(chǔ)上，再加上汽車驅(qū)動(dòng)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(jì)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(tái)和球缺結(jié)合成的筒體。所以對(duì)它的設(shè)計(jì)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(yùn)載底盤和運(yùn)輸中攪拌工作特點(diǎn)；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(jì)不合理，還會(huì)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(dòng)機(jī)動(dòng)力，轉(zhuǎn)化為液壓能（排量和壓力），再經(jīng)馬達(dá)輸出為機(jī)械能（轉(zhuǎn)速和扭矩），為攪拌筒轉(zhuǎn)動(dòng)提供動(dòng)力。其專用機(jī)構(gòu)主要包括取力器、攪拌筒前后支架、減速機(jī)、液壓系統(tǒng)、攪拌筒、操縱機(jī)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(dòng)時(shí)，混凝土將被葉片連續(xù)不斷的推送到攪拌筒的底部，同時(shí)到達(dá)筒底的混凝土勢(shì)必又被攪拌筒的端壁頂推翻轉(zhuǎn)回來，這樣在上述運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上又增加了混凝土上下層的軸向翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到了攪拌筒對(duì)混凝土進(jìn)行充分?jǐn)嚢璧哪康摹Ｆ渲?(a),(b)為剖開攪拌筒的兩部分，斜線代表螺旋葉片， ?