混凝土搅拌车滚筒研究与设计.docx

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1、目录一、绪论31.1 搅拌车的国内外现状和发展趋势31.2 搅拌车的结构及工作原理41.2 . 1搅拌车的结构41.3 .2混凝上搅拌车的工作原理51.3 搅拌车的类型和特点61.3.1 搅拌车的类型61.3.2 搅拌车的特点61.4 本文主要研究内容6二、滚筒的结构设计及受力分析72. 1滚筒的结构和工作原理72.2滚筒的结构设计计算82.2.1滚筒的几何容积82. 2. 2滚筒的有效容积计算92.2.3滚筒各参数的确定102.3滚筒筒体的有限元分析132. 3. 1滚筒工作状态的受力分析132. 3. 2用ANSYS对滚筒筒体进行建模及分析142. 3.3用ANSYS对滚筒封头法兰进行分析

2、292. 4本章小结34三、驱动功率的计算343. 1搅拌力矩曲线354. 2驱动阻力矩计算353.2. 1拌合料与筒壁间的摩擦力矩M筒摩353. 2. 2拌合料与搅拌叶片间的摩擦阻力矩M叶摩373. 2.3流动阻力矩383. 2.4由筒体的转动引起的偏载，对滚筒的阻力矩383.3滚筒驱动功率的计算39四、滚筒螺旋叶片的设计414. 1滚筒螺旋叶片的工作原理414,2滚筒螺旋叶片的曲线、曲面设计414. 2.1滚筒螺旋叶片的螺旋曲线的选择414. 2. 2滚筒螺旋叶片的螺旋曲面的选择434. 3滚筒螺旋叶片的计算机辅助设计474. 3.1前锥段螺旋叶片的计算474. 3. 2圆柱段螺旋叶片的计

3、算534. 3. 3后锥段螺旋叶片的计算544. 4滚筒螺旋叶片的展开计算604. 4. 1计算锥的建立604. 4. 2前锥段螺旋叶片的展开计算624. 4. 3圆柱段螺旋叶片的展开计算664. 4. 4后锥段螺旋叶片的展开计算674. 5本章小结69五、滚筒螺旋叶片的三维造型设计714.1 用Pro/E对滚筒螺旋叶片进行三维造型设计715. 1. 1用pro/E绘制滚筒的螺旋线716. 1.2用Pro/E对螺旋叶片进行三维造型797. 1. 3螺旋叶片在滚筒三段中的衔接855. 2本章结85一、绪论1.1搅拌车的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

4、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300 500万m3,要将这些商品混凝土从搅拌站运到施工现场，搅拌车就起着关键的一个环节。假设按每辆搅拌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搅拌车来服务于每个城市，因此就产生了一个特殊运输行业一混凝土运输业。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，这就给搅拌车提供了广阔的市场前景。尽管市场前景较好，但是国内搅拌车行业仍存在混乱的局面，面临如下的问题：(1)生产搅拌车的企业较多，在国内有限的销售市场

5、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)国家对搅拌车市场管控不严，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，近几年国内对搅拌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，生产搅拌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，则很有可能导致整个行业陷入困境。目前，我国市场上的搅拌车装载

6、量多为为6 10m3,以生产地来来分，有3种类型：(1)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。安装国产滚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、技术服务不方便。1. 2搅拌车的结构及工作原理1.2.1搅拌车的结构搅拌车种类

7、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。我国市场上的搅拌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滚筒前、后支架、滚筒、操纵机构、液压系统、取力器、减速机、清洗系统等。1 .取力装置一般国产中小型搅拌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，而大容量的搅拌车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滚筒，在运输或进料过程中，滚筒须正向旋转(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，滚筒须反向旋转(从车尾看逆时

8、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，从而将动力提供给滚筒驱使其转动。3 .减速机由于滚筒转速较低，故通常用减速机把马达输出的转速减速后，传递给滚筒驱使其转动。4 .操纵机构(1)操纵机构可控制滚筒旋转方向，使滚筒在进料和运输过程中，正向旋转;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 .搅拌装置滚筒和支撑其辅助件构成搅拌装置整体。滚筒是装载混凝土的容器，混凝土拌合料在其转动过程中沿滚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

9、搅拌混合。在进料或运输中，滚筒正转，混凝土在叶片的作用下向筒底运动，进行搅拌;在出料时，滚筒反转，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 .清洗系统滚筒的清洗主要靠清洗系统来完成，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混凝上搅拌车的工作原理搅拌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

10、速传给减速机进行减速，由减速机将转速传给滚筒驱动其转动，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：(1)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车进行运送，在运途中，滚筒大约以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

11、，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。在运途中适当的距离或时间将水喷向滚筒内，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滚筒内，滚筒在运输途中以8 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

12、注水搅拌运输，能够满足远距离的混凝输送。第二种方式的搅拌车从某种程度上，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车首选主要工作方式。1. 3搅拌车的特点1 .专业性强对于预拌混凝土必须由专用的搅拌车来的运输，要求自动完成装料和卸料，运途中要对筒内的预拌混凝土不断地进行搅动，防止离析或板结现象，以保证预拌混凝土到施工场地的质量。而对于拌合料则要求搅拌车具有水箱装置，根据运输的距离，在途中适机加水进行混合搅拌，

13、可不受距离限制。2 .服务性强预拌混凝土的运输的服务对象大多为建筑工地，故一切工作都围绕用户对工地施工的进度来安排。只要用户施工需要，就立即将预拌混凝土送到用户指定的地点，能够做到随叫随到，不影响施工进度，也不会造成预拌混凝土的浪费，同时还会增加企业的信誉度。3 .时间性强预拌混凝土生产出来后，应在2h以内使用到工作面上（对时间要求因预拌混凝土的型号不同而不同，有些特殊型号的预拌混凝土必须在20min内使用），在使用时间内混凝土搅动不能停止，直到某一工作面完工为止，其间供应连续，不能中断。这些要求必须一环扣一环地严格满足，否则会影响工程的质量，没有“灵活掌握”的余地。4 .运输距短混凝土的运输

14、距离因使用的时间性而被限制了，再加之交通法规和道路车况的不同程度，混凝土的运输距离一般控制在20km以内。5 .4本文主要研究内容滚筒是搅拌车的重要组成部分，同时也是设计研究的重要部分。滚筒的外形尺寸是进行设计的基础，根据用户或场地等多方面的要求，这就提供了对滚筒的容量和强度设计要求。根据这些大方面的要求就可进行滚筒筒体的外形几何尺寸、容量，材料选择等方面的设计。本文主要是应用计算机的辅助设计及专业的软件来完成整个滚筒筒体的结构及受力分析。搅拌螺旋叶片是搅拌车的核心组成之一，也是本文研究的主要对象之一。现有搅拌车的搅拌叶片多数在制造上存在一定的问题，如叶片连接不光顺，叶片焊接时存在应力，叶片螺

15、旋角度不精准等一系列问题，而本文则主要针对这些问题进行逐一的解决和改善。搅拌车的螺旋叶片的设计在混凝土的搅拌和卸料上起着非常关键的作用。目前，市场上的搅拌车有的在搅拌质量上存在问题，有的在卸料上时间耗费长，残留在滚筒内的混凝土较多，那么，如何设计搅拌螺旋叶片才能使搅拌车在整个工作过程中效率更高些，从上述情况来看，研究搅拌车的滚筒及内部的搅拌叶片就显得非常重要。二、滚筒的结构设计及受力分析2.1滚筒的结构和工作原理搅拌车的滚筒大多数采用的是不标准的梨形结构，本课题也采用此结构，滚筒通过支撑辅助装置斜卧在底盘车架的后台上，可以绕其轴线转动，滚筒的后上方只有一个筒口分别通过进、出料装置进行装料或卸料。其外形如图2.1所示。图2.1滚筒外形结构示意图1 一装料斗；2 一环形滚道;3 一滚筒壳体;4 一连接法兰;5 一减速器；6 一