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1、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摘要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
2、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
3、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。目录一、绪论51.1 混凝土搅拌运输车的国内外现状和发展趋势51.2 混凝土搅拌运输车的结构及工作原理61.2.1 混凝土搅拌运输车的结构61.2.2 混凝上搅拌运输车的工作原理71.3 混凝土搅拌运输车的类型和特点81.3.1 混凝土搅拌运输车的类型81.3.2 混凝土搅拌运输车的特点
4、91.4 本文主要研究内容9二、搅拌筒的结构设计及受力分析112.1搅拌筒的结构和工作原理112.2搅拌筒的结构设计计算122.2.1搅拌筒的几何容积122.2.2搅拌筒的有效容积计算122.2.3搅拌筒各参数的确定132.3 搅拌筒筒体的有限元分析162.3.1搅拌筒工作状态的受力分析162.3.2用ANSYS对搅拌筒筒体进行建模及分析172.3.3 用ANSYS对搅拌筒封头法兰进行分析342.4本章小结39三、驱动功率的计算403.1 搅拌力矩曲线403.2 驱动阻力矩计算403.2.1 拌合料与筒壁间的摩擦力矩413.2.2 拌合料与搅拌叶片间的摩擦阻力矩423.2.3 流动阻力矩433
5、.2.4 由筒体的转动引起的偏载，对搅拌筒的阻力矩433.3 搅拌筒驱动功率的计算44四、搅拌筒螺旋叶片的设计464.1搅拌筒螺旋叶片的工作原理464.2搅拌筒螺旋叶片的曲线、曲面设计464.2.1搅拌筒螺旋叶片的螺旋曲线的选择464.2.2搅拌筒螺旋叶片的螺旋曲面的选择484.3搅拌筒螺旋叶片的计算机辅助设计524.3.1前锥段螺旋叶片的计算524.3.2圆柱段螺旋叶片的计算584.3.3后锥段螺旋叶片的计算594.4搅拌筒螺旋叶片的展开计算654.4.1计算锥的建立654.4.2前锥段螺旋叶片的展开计算684.4.3圆柱段螺旋叶片的展开计算714.4.4后锥段螺旋叶片的展开计算724.5本
6、章小结74五、搅拌筒螺旋叶片的三维造型设计765.1用Pro/E对搅拌筒螺旋叶片进行三维造型设计765.1.1用pro/E绘制搅拌筒的螺旋线765.1.2 用Pro/E对螺旋叶片进行三维造型845.1.3螺旋叶片在搅拌筒三段中的衔接905.2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。目前，从商品混凝土的年消耗量来看，小、中等城市约为100300万m3，而大城市约为300一500万m3，要将这些商品混凝土从搅拌站运到施工现场，混凝土搅拌运输车就起着关键的一个环节。假设按每辆搅拌运
7、输车运输预拌混凝土每年可达 1.5万m3计，那么就需要大概几十甚至几百辆混凝土搅拌运输车来服务于每个城市，因此就产生了一个特殊运输行业混凝土运输业。自进入21纪以来，混凝土搅拌运输车在我国也进入了高速的发展时期，成为当今建筑业的“宠儿”。由于混凝土搅拌运输车的发展是由汽车专业分工细化的结果，随着市场上混凝土需求量的增大，这块市场已被众多企业看好。随着全民经济的快速发展和国家在基础设施建设方面力度的加大，如项目数量和规模扩张速度明显的加快，这就给混凝土搅拌运输车提供了广阔的市场前景。尽管市场前景较好，但是国内混凝土搅拌运输车行业仍存在混乱的局面，面临如下的问题: (1)生产混凝土搅拌运输车的企业
8、较多，在国内有限的销售市场上，竞争显得特别激烈，企业的利润受到严重的影响，从长期来看，对企业的发展不利。 (2)国家对混凝土搅拌运输车市场管控不严，导致运营混乱，缺少规范，部分生产厂家的应收货款有限，普遍存在资金周转困难。 (3)新产品的开发很多是模仿国外产品，真正自主开发的产品不多。虽然存在较多的问题，但由于该行业正处于旺势，近几年国内对混凝土搅拌运输车每年的需求量都在增长，因此，上述的好多问题有的将会被掩盖。若国内企业把握住了该行业发展的黄金时段搞好研发设计，强化企业的竞争力，那么，当市场回落到来的时候，生产混凝土搅拌运输车的企业也健康发展起来了。反之，若同某些行业那样，在价格上互相竞争，
9、则很有可能导致整个行业陷入困境。目前，我国市场上的混凝土搅拌运输车装载量多为为6一 10m3，以生产地来来分，有3种类型: (l)国产的汽车底盘，如陕汽德龙、内蒙奔驰、山东斯太尔等重型车底盘。安装国产搅拌筒和引进技术生产的驱动装置，这种配置的车型价格和维修费较低，配件有保障，但容易出现问题，故障频繁。 (2)采用进口的驱动装置和底盘，其它配件用国内生产的安装。其底盘采用日产、日本产三菱、欧洲奔驰、沃尔沃等15t级的汽车底盘;驱动装置的液压泵、液压马达、液压阀等关键部件从国外进口。这种配置价格高于国产，而且系统具有较高的可靠性，在国内使用者较多。 (3)整车进口，质量较好，但价格、配件都比较昂贵
10、、技术服务不方便。1.2 混凝土搅拌运输车的结构及工作原理1.2.1 混凝土搅拌运输车的结构 混凝土搅拌运输车种类较多，不同的种类在结构上也有许多差异，但从基本的原理来看，大多都是由专用的混凝上搅拌装置和汽车运载底盘两大部分组成。我国市场上的混凝土搅拌运输车多采用由生产企业制造的二类通用底盘，其装用的控制机构主要有搅拌筒前、后支架、搅拌筒、操纵机构、液压系统、取力器、减速机、清洗系统等。混凝土搅拌运输车的外形如图1.1所示。图1.1混凝土搅拌运输车混凝土搅拌运输车的基本结构:1.取力装置 一般国产中小型混凝土搅拌运输车采用普通载重汽车底盘、液压一机械传动共用动力的取力方式，而大容量的搅拌运输车
11、采用独立驱动的取力方式。取力装置的功能是通过控制取力装置的开关把发动机中的动力取出，经液压系统将动力传给搅拌筒，在运输或进料过程中，搅拌筒须正向旋转(从车尾看顺时针旋转)，方便进料和搅拌混凝土;在出料过程中，搅拌筒须反向旋转(从车尾看逆时针旋转)，以便快速出料。整个工作完成后，关闭取力装置的开关即可。2.液压系统 该系统把用取力器从发动机得到的动力，转成液压能，再通过马达输出转成机械能，从而将动力提供给搅拌筒驱使其转动。3.减速机 由于搅拌筒转速较低，故通常用减速机把马达输出的转速减速后，传递给搅拌筒驱使其转动。4.操纵机构 (l)操纵机构可控制搅拌筒旋转方向，使搅拌筒在进料和运输过程中，正向
12、旋转;在出料过程中，反向旋转。 (2)操纵机构可控制其转速满足每个环节需要。5.搅拌装置搅拌筒和支撑其辅助件构成搅拌装置整体。搅拌筒是装载混凝土的容器，混凝土拌合料在其转动过程中沿搅拌筒内壁的螺旋叶片的螺旋方向运动，在叶片作用下卷起和跌落，使混凝土不断的搅拌混合。在进料或运输中，搅拌筒正转，混凝土在叶片的作用下向筒底运动，进行搅拌;在出料时，搅拌筒反转，混凝土在叶片的作用下向筒口外卸料。由上可见螺旋叶片的作用是非常重要的，工作过程中受到冲击力和磨损比较严重，其完好程度会使混凝土搅拌的不均匀。另外，螺旋叶片的角度设计若不合理，很有可能使混凝土发生离析现象。6.清洗系统 搅拌筒的清洗主要靠清洗系统
13、来完成，由于其具有水箱，有时在运输过程中对干料进行拌水。另外液压系统的冷却也是通过清洗系统来完成。1.2.2 混凝上搅拌运输车的工作原理 本文研究的混凝土搅拌运输车的工作原理是经过取力装置将汽车底盘的动力取出，用其驱动液压系统的变量泵，把机械能转成液压能传递给定量马达，然后通过马达再将转速传给减速机进行减速，由减速机将转速传给搅拌筒驱动其转动，从而实现对混凝土进行搅拌和卸料的作用。实际上是在专用运载底盘上通常会安装一种独特的组合机构，它兼有搅拌和载运混凝土的双重作用，即能够将混凝土的运载和搅拌同时进行。因此，保证了运载混凝土的质量，可以允许适当延长运送时间，由于其上述的工作特点，一般根据对混凝
14、土运输距离的长短、施工现场条件以及对混凝土质量和配比不同情况的要求等，分别采取不同的工作方式。 一般有两种工作方式: (l)预拌混凝土的搅动运输将在混凝土搅拌站己经搅拌好的混凝土直接装入搅拌运输车进行运送，在运途中，搅拌筒大约以1一3r/min转速转动，使筒内混凝土得到不断搅动，以预防了离析现象，从而保证了混凝土质量。但这种方式运输混凝土的距离不宜过长，一般控制在混凝土初凝以前，根据混凝土配比和路况、天气等条件可定出运距或时间。 (2)混凝土拌合料的搅拌运输一般有两种情况:干料和湿料搅拌运输 干料注水搅拌运输-在配料站将沙石、水泥等干料按混凝土配比加入搅拌筒内，再将搅拌用水加入车内水箱。在运途
15、中适当的距离或时间将水喷向搅拌筒内，对混凝土进行搅拌，也可到工地后搅拌。 湿料搅拌运输一在配料站将沙石骨料、水泥和水等混凝土拌合料按配比同时装入搅拌筒内，搅拌筒在运输途中以8一12r/min的转速转动，对拌合料进行搅拌，完成搅拌作业。 上述两种方式相比，后者更能延长对混凝上的运距(或时间)，特别是混凝土干料的注水搅拌运输，能够满足远距离的混凝输送。第二种方式的混凝土搅拌运输车从某种程度上，基本替代了混凝土工厂，为使用者不仅在设备上节省了投资，而且使生产率也大大提高。但是，在混凝土和易性，均匀等质量上存在着问题，不像搅拌站生产的混凝土那样好，所以，为保证混凝土的质量，满足现代建设施工的要求，第一种运输方式自然成了搅拌运输车首选主要工作方式。1.3 混凝土搅
