【正文】 圖 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 7 混凝土攪拌車攪拌系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)方面： 1965 年上海華東建筑機(jī)械廠引進(jìn)了我國(guó)第一臺(tái)混凝土攪拌車。從1982 年開(kāi)始，一些企業(yè)相繼引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，經(jīng)過(guò) 20年的發(fā)展，產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化率不斷提高，產(chǎn)量也有了很大的提高。如今，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)混凝土攪拌車的攪拌系統(tǒng)研究主要是引進(jìn)消化國(guó)外的技術(shù)或者仿制國(guó)外產(chǎn)品為主，自主開(kāi)發(fā)很少，在 理論方面的研究比較匱乏，國(guó)內(nèi)企業(yè)的生產(chǎn)多靠測(cè)繪和技術(shù)引進(jìn)，甚至在攪拌葉片的生產(chǎn)安裝過(guò)程中，局部敲打、硬性整合現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮。但他們主要是對(duì)攪拌筒進(jìn)行設(shè)計(jì)繪制，對(duì)于攪拌葉片設(shè)計(jì)，數(shù)值模擬研究很少。 20世紀(jì)初開(kāi)始改良為圓柱形攪拌筒。早期的攪拌葉片一般都是采用 阿基米德螺旋線， 1965 年以后日本開(kāi)始采用對(duì)數(shù)螺旋線設(shè)計(jì)制造攪拌葉片，后來(lái)又在此基礎(chǔ)上對(duì)局部葉片的螺旋角進(jìn)行了修正，逐漸形成了現(xiàn)在這種梨形拌筒（前后部分為圓錐形，中間部分為圓柱形） 混合螺旋線攪拌葉片的混凝土攪拌車。 近 年來(lái)，澳大利亞 VULCAN、美國(guó)的馬克西姆等公司推出了超長(zhǎng)攪拌筒的前卸式攪拌車，拌筒前錐加長(zhǎng)，架在駕駛室上方，于駕駛室前方出料。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 目前，國(guó)外的攪拌設(shè)備研究逐漸向著多功能、自動(dòng)監(jiān)控、多樣化、成套化發(fā)展，如單、雙臥軸式攪拌機(jī)、振動(dòng)式攪拌機(jī)、強(qiáng)制式攪拌機(jī)，多種混凝土攪拌樓等。針對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，本文改變傳統(tǒng)的攪拌葉片母線所采用的螺旋線方程，使攪拌葉片和攪拌筒之間的連接方式和安裝參數(shù)得到了改 善，提出了用有限元軟件對(duì)攪拌葉片進(jìn)行數(shù)值模擬和參數(shù)優(yōu)化。 研究目的 通過(guò)對(duì)攪拌葉片的設(shè)計(jì)分析，找出攪拌葉片的薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)攪拌葉片進(jìn)行改進(jìn)，延長(zhǎng)攪拌葉片的使用壽命、提高出料速度、降低出料殘余率、降低生產(chǎn)成本，達(dá)到更好的攪拌出料效果。平均使用 3年左右即告報(bào)廢。因此研究攪拌出料過(guò)程葉片的磨損、提高攪拌葉片使用壽命、提高葉片的攪拌質(zhì)量具有重要的的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。也是生產(chǎn)具有更好攪拌性能但又不降低混凝土質(zhì)量的基礎(chǔ)。 攪拌運(yùn)輸車的攪拌筒之所以具有攪拌和卸料的功能，主要是因?yàn)榘柰矁?nèi)部特有的兩條連續(xù)螺旋葉片在工作時(shí)形成螺旋運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)混凝土沿?cái)嚢柰草S向和切向產(chǎn)生復(fù)合 運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。本論文應(yīng)用靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)的原理闡述螺旋葉片的工作原理并對(duì)主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行理論分析。 攪拌筒既是攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸混凝上的裝載容器，又是攪拌混凝土的工作裝置。本論文對(duì)攪拌筒進(jìn)行幾何設(shè)計(jì)。目前，應(yīng)用于攪拌運(yùn)輸車的拌筒葉片螺旋面的形式有 :正螺旋面、圓錐對(duì)數(shù)螺旋 面兩種。 攪拌運(yùn)輸車攪拌筒絕大部分都采用梨型結(jié)構(gòu)，通過(guò)支承裝置斜臥在機(jī)架上，可以繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，攪拌筒的后上方只有一個(gè)筒口分別通過(guò)進(jìn)出料裝置進(jìn)行裝料或卸料。整個(gè)攪拌筒的殼體是一個(gè)變截面而不對(duì)稱的雙錐體，外形似梨型，底段錐體較短，端面封閉并焊接著法蘭，通過(guò)連接法蘭用螺栓與減速器聯(lián)結(jié)。在攪拌筒滾道圓周上部，通常設(shè)有鋼帶護(hù)繞，以限制攪拌筒在汽車顛簸行駛時(shí)向上跳動(dòng)。最后通過(guò)水平框架與載運(yùn)底盤大梁用螺栓連接在一起。圖為通過(guò)攪拌筒軸線的垂直剖面示意圖。我們?cè)O(shè)定圖 a 所示方向?yàn)椤罢颉保瑘Db 所示方向?yàn)椤胺聪颉?。由于攪拌筒在連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以混凝土即在不斷的被提升而又向下滑跌的運(yùn)動(dòng)中，同時(shí)受筒壁 和葉片所確定的螺旋形軌道的引導(dǎo)，產(chǎn)生沿?cái)嚢柰睬邢蚝洼S向的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，使混凝土一直被推移到螺旋葉片的終端。 當(dāng)攪拌筒做圖 b所示方向的 “反向”轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片的螺旋運(yùn)動(dòng)方向也相反，這時(shí)混凝土被葉片引導(dǎo)向攪拌筒口方向移動(dòng)直至筒口卸出，從而達(dá)到卸料目的。我國(guó)生產(chǎn)的混凝土攪拌運(yùn)輸車的底盤多采用整車生產(chǎn)廠家提供的二類通用底盤。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 11 工作原理是，通過(guò)取力裝置將汽車底盤的動(dòng)力取出，并驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)的變量泵，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能傳給定量馬達(dá)，馬達(dá)再驅(qū)動(dòng)減速機(jī)，由減速機(jī)驅(qū)動(dòng)攪拌裝置，對(duì)混凝土進(jìn)行攪拌。取力裝置的作用是通過(guò)操縱取力開(kāi)關(guān)將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力取出，經(jīng)液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)攪拌筒，攪拌筒在進(jìn)料和運(yùn)輸過(guò)程中正向旋轉(zhuǎn)，以利于進(jìn)料和對(duì)混凝土進(jìn)行攪拌，在出料時(shí)反向旋轉(zhuǎn)，在工作終結(jié)后切斷與發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力聯(lián)接。 減速機(jī) 將液壓系統(tǒng)中馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)速減速后，傳給攪拌筒。 （ 2）控制攪拌筒的轉(zhuǎn)速。攪拌筒是混凝土的裝載容器，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)混凝土沿葉片的螺旋方向運(yùn)動(dòng)，在不斷的提升和翻動(dòng)過(guò)程中受到混合和攪拌。葉片是攪拌裝置中的主要部件，損壞或嚴(yán)重磨損會(huì)導(dǎo)致混凝土攪拌不均勻。 清洗系統(tǒng) 清洗系統(tǒng)的主要作用是清洗攪拌筒，有時(shí)也用于運(yùn)輸途中進(jìn)行干料拌筒。 攪拌筒既 是攪拌運(yùn)輸車的運(yùn)輸混凝土的裝載容器，又是攪拌混凝土的工作南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 裝置。攪拌筒設(shè)計(jì)分幾何設(shè)計(jì)和金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩部分，幾何設(shè)計(jì)是金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，本節(jié)主要介紹拌筒的幾何設(shè)計(jì)。同時(shí)運(yùn)輸車必須保證在坡度為 14%的路面上行駛且出料口面對(duì)下坡方向時(shí)不產(chǎn)生外溢，取 0 a r c ta n( ) 8? ? ?? ? ? ? 根據(jù)中華人民共和國(guó)建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，攪拌筒的斜置角 α 的取值可參照下表 表 根據(jù)文獻(xiàn)，將各形狀參數(shù)化為主參數(shù) r(攪拌筒最大半徑，根據(jù)交通法規(guī)的要求 Y2小于等于 )可 得 : α201αα南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 13 11L c r?? 32L c r?? 12~~cc 取 值 范 圍 值 范 圍 2r 為進(jìn)料口半徑，取值范圍 250310mm 中圓的長(zhǎng)度要結(jié)合攪拌筒的額定容積確定。在攪動(dòng)過(guò)程中，進(jìn)料口和出料口之間由于高度為 A 一 B 的葉片將混凝土拌合料擋住，不會(huì)從 A一 B處流出。因攪拌筒中心線與水平面之間成一傾角 a，這樣，混凝土拌合料在攪拌筒內(nèi)構(gòu)成一種特殊形狀的體積。切割法就是根據(jù)圖紙給定的尺寸按比例作圖，在垂直攪拌筒軸線，將混凝土拌合料實(shí)體切成若干厚度為 B的薄片，其斷 面積 Ai 成弓形 (如圖 )，把所有的簿片體積 BAi、加起來(lái)，即為它的容積。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 圖 根據(jù)圖 寫出計(jì)算方程 攪拌筒內(nèi)混凝土任一弓形截面 F(x)的方程 : ? ?4( ) ( ), ( )F x R X Y X? 式中 所以，攪拌筒中混凝土的有效容積為 ： 積分法求 裝載容積 要求出圖 五個(gè)部分的混凝土拌合料在攪拌筒內(nèi)占有的體積，只要推導(dǎo)出圖 (粗實(shí)線包圍的部份 )三種形狀的體積計(jì)算公式，那么攪拌筒的每段混凝土拌合料體積就可計(jì)算。 下面分別三種體積的計(jì)算公式。根據(jù)公式，有： 有了以上數(shù)據(jù)便可求出 S S2，而： 圖 （ 4） 根據(jù)圖 計(jì)算 V1 1 1 2aaV V V??3 2 2 21 1 11 1 1 1 113 2 2 22 2 22 2 2 2 22[ 3 ( 1 ) a r c c os ( 1 ) ( 3 2 ) 2 ]3[ 3 ( 1 ) a r c c os ( 1 ) ( 3 2 ) 2 ]3aah b bV R R Rb b Rb bb R Rh b bV R R Rb b Rb bb R R? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?30 1 1 2 21122 2 2 2 2 21 1 1 1 2 2 2 2{ 3 [ ( 1 ) a r c c o s( 1 ) ( 1 ) a r c c o s( 1 ) ]3 ( )( 3 2 ) 2 ] ( 3 2 ) 2 }h b b b bVRb b R R R RR R b b R b b R R b b R b b? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ?1212 2c ossi n2c osR EFHh EFR R h ha H EFRarc tgH??????????? ? ??121 ()3cV H S hS??南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 17 圖 （ 5） 根據(jù)圖 計(jì)算 V2 圖 （ 6）根據(jù)圖 計(jì)算 V3 圖 b 2b 1h 1h 2RDEC AB39。2 1 1 2 21 [ ( ) ( ) ]3V H S S h S S? ? ? ?HCHSS39。βαC AHRB39。2 1 2 1 211( ) ( )33V H S h S H S h S? ? ? ?SS39。βαC AHRB2 2 39。 39。 對(duì)混凝土拌合料攪拌運(yùn)輸，此值為運(yùn)輸車置于水平位置，攪拌筒能容納全部未經(jīng)攪拌的配料 (包括水 )要在充分?jǐn)嚢钑r(shí)不產(chǎn)生外溢，并能生產(chǎn)勻質(zhì)混凝土經(jīng)搗實(shí)后的最大體積。 圖 如圖 所示，混凝土任一截面 I一 I處為一弓形，設(shè)微分段重心 G的位置為 : 每段錐體重心： ~ 5jVV ?3( ) /( ) ( ) / ( ) / 12()i i ii i i i iiiX XF x dx VY Y x F x dx V C x V dxV F x dx? ??????????????3()( ) ( ) / 1 2 ( )iiX x xY x C x F x? ??????南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 19 總重心為： 混凝土攪拌的過(guò)程力矩曲線變化規(guī)律如圖 所示： 圖 攪拌力矩曲線 0~1：加工工序，攪拌筒以 1418rmp 正轉(zhuǎn)，在大約 10min 的加料的時(shí)間里，攪拌筒的驅(qū)動(dòng)力矩隨著混凝土不斷被加入而逐漸增大，在即將 加滿時(shí)，力矩反而略有下降； 1~2：運(yùn)料工序，在卸料地點(diǎn)，攪拌輸送車停駛，攪拌筒從運(yùn)拌狀態(tài)制動(dòng)，轉(zhuǎn)入 1418rPm 的反轉(zhuǎn)卸料工況，攪拌筒的驅(qū)動(dòng)力矩在反轉(zhuǎn)開(kāi)始的極短時(shí)間內(nèi)陡然上升，然后迅速跌落下來(lái)； 4~5：卸料工序，攪拌筒繼續(xù)以 1418rPm 的速度反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)力矩隨混凝土的卸出而逐漸下降； 5~6：空筒返回，攪拌筒內(nèi)加入適量清水，返程行駛中攪拌筒作 3rPm 的返向轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)其進(jìn)行清洗，到達(dá)混凝土工廠，排出污水，準(zhǔn)備下一個(gè)循環(huán)。 654321minNm1 1 2 2 3 3 1 2 31 1 2 2 3 3 1 2 3/ ( )/ ( )X V X V X V X V V VY V Y V Y V Y V V V? ? ? ? ???? ? ? ? ??南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 1） 積分公式計(jì)算方法 M筒 摩 ，拌合料與筒壁或與攪拌葉片間的單位摩擦力 f 12f k k V? ? ? 2122( 3 0 .1 ) 9 .8 1 0( 4 0 .1 ) 9 .8 1 0ks ??? ? ? ? ?? ? ? ? ? 式中， k1——粘著系數(shù)， kN/m2； k2——速度系數(shù)， kN/m2； V——拌合料速度； s——混合料的坍落度。39。39。39。 11 2 1 1( 0 . 6 ~ 0 . 8 ) 22 dS d d h? ??? ? ? ? ?????( ） 39。 2332( 0 . 3 ~ 0 . 5 ) 2ddSh??? ? ? ? 39。 32239。任取一半徑 r，該半徑對(duì)應(yīng)的