摘要: 攪拌總成作為混凝土攪拌運(yùn)輸車的核心部分, 直接決定了整車性能。通過對(duì)815L P 型攪拌車攪拌總成的研究, 指出了攪拌葉片在前錐、中圓和后錐部分分別采用的螺旋線形式, 并對(duì)攪拌罐總成進(jìn)行了建模和仿真,為指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐奠定了理論基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞: 攪拌總成; 螺旋葉片; 建模; 仿真
中圖分類號(hào): TU 642+ 12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
0 引言
攪拌葉片是混凝土攪拌車的關(guān)鍵部件, 它的好壞直接影響著攪拌罐的壽命、出料殘余率、攪拌效果、出料速度等。在攪拌罐裝料、運(yùn)料和卸料三個(gè)過程的運(yùn)動(dòng)中, 要達(dá)到新拌混凝土均質(zhì)性好、進(jìn)出料效率高、出料殘余率低且性能可靠的技術(shù)要求, 需找出最佳的罐體和葉片配置尺寸。目前國內(nèi)攪拌葉片的制造靠測繪仿制[1] , 鑒于此, 有待研究開發(fā)出指導(dǎo)葉片和罐體及相關(guān)件的關(guān)鍵技術(shù)。
1 攪拌筒和葉片參數(shù)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)攪拌罐的攪拌葉片時(shí), 一般在前錐和后錐段采用對(duì)數(shù)圓錐螺旋線, 中圓段采用圓柱螺旋線。攪拌罐的攪拌和出料性能與螺旋線的螺旋升角和螺旋角有著密切的關(guān)系, 攪拌罐與地面的夾角為14o , A角為葉片曲線圍繞攪拌筒軸心的螺旋升角, 它與旋角B之間的關(guān)系為: A+ B= 90o [ 2 ]。螺旋升角A越大, 攪拌性能越好, 但出料性能越差。隨著A角的增大, 混凝土沿葉片滑移的摩擦力也相應(yīng)加大, 達(dá)到一定程度, 就易造成混凝土在葉片上的淤積, 使其運(yùn)動(dòng)受阻, 攪拌效率降低, 尤其在卸料工況時(shí), 由于淤積而造成的堵塞會(huì)使卸料發(fā)生困難。當(dāng)A趨于90o 時(shí), 葉片與攪拌曲線近似平行, 這時(shí)葉片對(duì)混凝土類似于自落式攪拌機(jī)而幾乎沒有軸向的推移作用, 因而喪失卸料功能。為了避免前錐積料, 改善出料性能, 應(yīng)減小小端處的螺旋升角, 但A角不能太小, 當(dāng)A角很小時(shí), 葉片幾乎與攪拌軸線垂直, 混凝土在轉(zhuǎn)動(dòng)的攪拌筒中軸向運(yùn)動(dòng)非常微小, 近似于只作沿筒葉的切向滑跌。在這種情況下, 不但攪拌作用很弱, 而且也不具備實(shí)際的卸料能力。因此, 要綜合考慮以下幾點(diǎn):
(1) 后錐螺旋葉片主要是為了實(shí)現(xiàn)攪拌功能, 在滿足物料下滑(一般下滑角C> 30o [ 3 ]) 的前提下盡量加大螺旋升角, 但為了避免前錐積料, 改善出料性能, 應(yīng)減小小端處的螺旋升角。
(2) 中圓段是攪拌與出料的過渡段, 為提高攪拌性能應(yīng)適當(dāng)提高螺旋葉片頂端螺旋升角, 為改善出料性能應(yīng)使螺旋葉片直紋與攪拌筒軸線有一定夾角, 這個(gè)夾角等于后錐的半錐角的余角, 以實(shí)現(xiàn)以上這兩種功能。
(3) 前錐螺旋葉片實(shí)現(xiàn)快速卸料, 并起一定拌和作用, 避免出料時(shí)出現(xiàn)離析。越靠近出口的位置越要選用大的螺旋角, 即小的螺旋升角, 可提高攪拌罐的出料性能。
從以上分析可見, 葉片曲線的螺旋升角, 決定混凝土在攪拌筒沿軸向或切向運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度, 影響著攪拌和卸料功能。當(dāng)A較大或很小時(shí), 葉片的工作性能差,甚至沒有攪拌或卸料能力。為保證攪拌質(zhì)量或卸料速度, 應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)穆菪? 以上的分析只是定性分析。螺旋升角的確定, 還要受混凝土性質(zhì)和攪拌筒斜置角度等因素的制約, 從理論上確定還有一定困難。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)攪拌罐的斜置角度在14o～ 20o 左右時(shí),對(duì)于攪拌工況和卸料工況一般都使A≤30o [ 4 ]?；诖?下文給出后錐段、中圓段和前錐段的螺旋角關(guān)系式。
2 對(duì)數(shù)螺旋線
圖1 為815L P 型攪拌車。已知其攪拌罐的外形尺寸, 攪拌葉片設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。表1 中, B為螺旋角,H為半錐角, U為螺旋轉(zhuǎn)角, L為葉片與筒壁的夾角, B為葉片母線。
選擇攪拌罐前錐與圓柱段葉片為平直截面, 前錐葉片與罐壁垂直焊接, 葉片母線B 1= 80mm; 圓柱段葉片母線B 2= 380mm , 與罐壁呈74111o 焊接; 后錐段葉片與罐壁呈74111o , 并且后錐段葉片母線沿出料方向逐漸減小。
螺旋葉片的前、后錐采用非等角對(duì)數(shù)螺旋線, 如圖2 所示, 中圓采用等角對(duì)數(shù)螺旋線, 如圖3 所示。圖2 的對(duì)數(shù)螺旋線方程為:
利用參數(shù)t, 其默認(rèn)變化范圍0～ 1, 將公式(1) 中的變量寫成t 的函數(shù), 根據(jù)螺旋線方程可以給出前錐對(duì)數(shù)螺旋線的方程:
基于以上表達(dá)式, 用U G 給出了圖4 所示的螺旋線。
3 攪拌葉片建模
按照上面所確定的螺旋角和葉片與筒壁所成的夾角做葉片的截面線, 其中截面線寬度取5mm , 前錐和中圓用1∶1 比例, 后錐用5∶3 比例, 利用U G 建立了葉片三維模型, 見圖5。
4 葉片與罐總成的運(yùn)動(dòng)仿真
葉片與罐總成的三維實(shí)體模型見圖6, 罐厚取5mm , 各部件之間的裝配關(guān)系見圖7?；谠赨 G 下建立的如圖6、圖7 所示的葉片與罐總成裝配模型, 通過U G 的仿真功能, 實(shí)現(xiàn)了葉片與罐的運(yùn)動(dòng)仿真, 并了解了兩者的運(yùn)動(dòng)關(guān)系和干涉情況。
5 結(jié)束語
本文給出了葉片螺旋升角與混凝土在攪拌罐內(nèi)運(yùn)動(dòng)關(guān)系; 葉片曲線參數(shù)和工作性能間的關(guān)系?；谶@些關(guān)系, 在U G 環(huán)境下, 對(duì)葉片和攪拌罐各自與相關(guān)件以及兩者裝配總成建模, 并完成了葉片與攪拌罐總成的運(yùn)動(dòng)仿真。以上結(jié)果對(duì)研發(fā)自主葉片、攪拌罐等關(guān)鍵技術(shù)具有一定的指導(dǎo)意義。
參考文獻(xiàn):
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(1. Q ingdao R&D Center of Energy and Environmental Equipment,Q ingdao Techno logicalU niversity,Q ingdao 266033, Ch ina; 2. Co llege of Engineer2ing, Ch ina A gricultural U niversity,Beijing 100083, Ch ina)Abstract: The m ixing assembly is the cent ral part of the concrete m ixer t ruck,w h ich direct ly determ ines the ent ire car’s perfo r2mance. Th rough the research of 815L P m ixer t ruck m ixing assembly, the paper po inted out the sp iral lines w h ich adop ted by thefront cone, the m iddle circle and the back cone of m ixing blade. F inally a modeling and simulat ion of the m ixing assembly w as bemade,w h ich p rovides a theo ry foundat ion fo r the engineering p ract ice.
Key words:m ixing assembly; sp iral blade;modeling; simulat ion
