混凝土搅拌车毕业设计

混凝土搅拌车毕业设计（精选7篇）

混凝土搅拌车毕业设计篇1

对拌筒进行几何设计。搅拌筒既是搅拌运输车运输混凝土的装载容器，又是搅拌混凝土的工作装置。几何设计是搅拌筒结构设计的基础，它包括几何容积计算、外形尺寸的确定、搅拌筒有效容积及满载时重心位置计算。为使混凝土搅拌运输车的搅拌装置系列化，以满足用户要求，借用计算机程序语言对其进行设计。基于功率键合图的建模方法，利用大型软件Matlab的仿真工具箱Simulink，对混凝土搅拌运输车液压系统进行设计分析，同时建立系统动态仿真模型，用此来模拟液压系统工作过程，更好地反映系统中各输出变量随输入变量的变化关系。尤其是对辅助泵调节斜盘角度系统、变量主泵控制系统及恒速控制系统进行详细的分析，为液压系统的进一步优化设计提供有益的借鉴。

关键词：混凝土搅拌运输车拌筒液压系统功率键合图几何设计数学模型螺旋叶片动态特性展开仿真指导老师签名：

Design of the Structure of the Truck Mixer and Digital Simulation of its Hydraulic System Student name:Fu Hao Min Class:078105207 Supervisor:Xing Pu Abstract:The truck mixer is a vehicle for transportation concrete.It is fulfilled two actions,conveying concrete and mixing concrete.These actions not only ensure the quality of the concrete, but also make the conveying distance longer.But in the northwest area of our country, research on the field of the truck mixer is little.So the truck mixer must be developed strongly in order to meet the need of the rising concrete market.Three important parts are studied in this thesis.Firstly, the helix-vanes of the truck mixer are designed following the principles of the flowing state of the concrete on the helix-vane.Secondly, the drum of the truck mixer is designed base on its working characteristic.Thirdly, with the widely used soft ware package SIMULINK the mathematic models of the hydraulic system driving the truck mixer are established on the found of the theory and method of power bond graph.The dynamic characteristics of the hydraulic system are simulated numerically, and some significant results are presented.Key words:Truck Mixer Drum Spread Hydraulic System Mathematic Models Structure Design Helix-vanes Power Bond Graph Dynamic Characteristics Simulation Signature of Supervisor: 目录 1.绪论 1.1混凝土搅拌车的介绍------------------------------------------4 1.2课题研究背景------------------------------------------------6 1.3混凝土搅拌车搅拌系统国内外研究现状--------------------------7 1.4本文研究内容及方法------------------------------------------8 2.搅拌筒的结构设计 2.1搅拌筒的工作原理-------------------------------------------10 2.2搅拌筒的整体构成-------------------------------------------10 2.3拌筒主要结构尺寸参数的确定---------------------------------11 2.4切割法求装载容积-------------------------------------------13 2.5积分法求装载容积-------------------------------------------14 2.6搅拌筒几何容积计算-----------------------------------------18 2.7满载时拌筒的重心位置---------------------------------------18 3.驱动功率的计算 3.1搅拌力矩曲线-----------------------------------------------19 3.2驱动阻力矩计算---------------------------------------------19 3.3搅拌筒驱动功率的计算---------------------------------------23 4.螺旋叶片的设计及仿真 4.1螺旋叶片上螺旋角的确定-------------------------------------24 4.2搅拌叶片的母线方程-----------------------------------------27 4.3搅拌叶片设计-----------------------------------------------29 4.4搅拌叶片的仿真设计和模态分析-------------------------------33 4.5搅拌叶片结构应力分析---------------------------------------37 参考文献------------------------------------------------------43 致谢-----------------------------------------------------------44 附录-----------------------------------------------------------44 1.绪论 1.1 混凝土搅拌车的介绍商品混凝土的发展从根本上改变了传统上工地自制混凝土，用翻斗车或自卸卡车进行输送，就近使用的落后生产方式，建立起一种新的生产方式，即许多施工工地所需要的混凝土，都由专业化的混凝土工厂或大型混凝土搅拌站集中生产供应，形成以混凝土制备地点为中心的供应网。由于混凝十工厂便于应用现代电子技术，使用计算机控制生产，可以得到精确配比和均质拌合的混凝土，使混凝土质量大大提高，所以对于整个施丁工程起到良好的促进作用。但是混凝土的商品化生产，势必把混凝土从厂站输送到各个需求工地之间的距离相应加长，有些供应点甚至很远。当混凝土的输舒巨离(或输送时间)超过某一限度时，叮燃使用一般的运输机械进行输送，混凝土就可能在运输途中发生分层离析，甚至初撇见象，严重影响混凝土质量，这是施工所不允许的。因此为了适应商品混凝土的输送，发展了一种运送混凝土的专用机械—混凝土搅拌运输车(以下简称搅拌运输车)。图1.1所示就是这种搅拌运输车的外形和基本结构。搅拌运输车多作为混凝十工厂或搅拌站的配套运输机械，通过搅拌运输车将混凝土工厂、搅拌站与许多施工工地联系起来，如与混凝土输送泵配合使用，在施工现场进行“接力”输送，则可以完全不再需要人力的中间周转而将混凝土连续不断的送到施工浇注点，实现混凝土输送的高效能和全部机械化。这样不但大大的提高了劳动生产率和施工质量，而且有利于现场的文明施工，这对于城市建设、尤其是现场狭窄的施工工地更加显示出它的优越性。随着国民经济的发展,一些大型建筑工程对现浇混凝土的大量需求，大力发展商品混凝土和搅拌运输车有明显的社会效益和适用价值。

搅拌运输车实际上就是在载重汽车或专用运载底盘上安装一种独特的混凝土搅拌装置的组合机械，它兼有载运和搅拌混凝土的双重功能，可以在运送混凝土的同时对其进行搅动或搅拌。因此能保证输送混凝土的质量，允许适当延长运距(或运送时间)。基于搅拌运输车的上述工作特点，通常可以根据对混凝土运距长短、现场施工条件以及对混凝土的配比和质量的要求等不同情况，采取下列不同的工作方式:(1)预拌混凝土的搅动运输这种运输方式是搅拌运输车从混凝土工厂装进已经搅拌好的混凝土，在运往工地的路途中，使搅拌筒作大约1-3r/min的f氏速转动，对运输运的混凝土不停地进行搅动，以防止出现离析等现象，从而使运到工地的混凝土质量得到控制，并相应增长运距。但这种运输方式其运距(或运送时间)不宜过长，应控制在预拌混凝土开始初凝以前，具体的运距或时间视混凝土配比和道路、气候等条件而定。

(2)混凝土拌合料的搅拌运输这种运输方式又有湿料和干料搅拌运输两种情况。湿料搅拌运输是指搅拌运输车在配料站按混凝土配比同时装入水泥，砂石骨料和水等拌合料，然后在运送途中使搅拌筒以8-12r / min的“搅拌速度”转动，对混凝土拌合料完成搅拌作业。干料注水搅拌运输是指在配料站按混凝土配比分别向搅拌筒内加入水泥、砂石等干料，再向车内水箱加入搅拌用水。在搅拌运输车驶向工地途中的适当时候向搅拌筒内喷水进行搅拌。也可根据工地的浇灌要求运干料到现场后再注水搅拌。

混凝土拌合料的搅拌运输，比预拌混凝土的搅动运输能进一步延长对混凝土的输送距离(或时间)，尤其是混凝土干料的注水搅拌运输可以将混凝土送到很远的地方。另外，这种运输方式又用搅拌运输车代替了混凝土工厂的搅拌工作，因而可以节约设备投资，相对提高生产率。但是，搅拌运输车的搅拌却难以获得象混凝土工厂生产的那样和易性好均匀一致的混凝土，所以，在对混凝土的质量要求愈来愈严格的现代建筑施工中，对预拌混凝土的搅动运输是搅拌运输车的主要工作方式。

从上述几种工作方式看出，搅拌运输车能根据工作条件的需要灵活应用，可以充分发挥其特点。它不但配合商品混凝土的生产，而且反过来发展了商品混凝上的生产工艺，把混凝土从工厂的“集中搅拌”又延伸到许多搅拌运输车的所谓“分散搅拌”，因而扩大了混凝土工厂的服务范围，与一般的运输机械相比，它有较大的灵活性、适应性，并有较高的生产率，成为现代混凝土施工中的有效运输工具。

1.2 课题研究背景随着我国国民经济的迅速发展，高速公路建设、城市基础建设、房地产开发也急剧发展。在以国家“十一五”规划、中西部大开发战略的大背景下，以及北京申办2008年29届夏季奥运会成功的带动下，加大城市建设成为不变的潮流。

建设容量的加大，就意味着混凝土的消费量加大。混凝土已经成为现代社会文明的基石，越来越发挥着不可替代的作用。伴随着我国政府颁布的终结现场搅拌混凝土条文的实施，从2006年起，我国240多个城市要全面使用商品混凝土，作为城市中唯一合理的运输预拌混凝土工具，混凝土搅拌运输车的作用就显得尤为重要。

虽然混凝土搅拌车的市场前景异常乐观，但是我国混凝土搅拌车生产的一些薄弱环节尤其是基础理论方面研究的薄弱却不容忽视。本课题针对中国重汽集团专用汽车公司生产的混凝土搅拌车（如图1.2）目前还存在着搅拌叶片使用寿命短、搅拌振动噪声大、搅拌效果和出料速度不理想、出料残余率高等问题和隐患而立题并开展研究的。并得到国家自然科学基金-基于流变学的混凝土搅拌叶片理论研究、山东省自然科学基金-基于流变学的混凝土搅拌车搅拌系统设计理论研究的资助。

图1.2 8.5LP混凝土搅拌运输车 1.3 混凝土搅拌车搅拌系统国内外研究现状 1、国内方面：

1965年上海华东建筑机械厂引进了我国第一台混凝土搅拌车。我国混凝土搅拌车的开发生产始于二十世纪八十年代初期，开始基本上是引进散件组装，或者通过技贸方式引进技术生产与部分零部件引进相结合的生产制造模式。从1982年开始，一些企业相继引进国外的先进生产技术，经过20年的发展，产品国产化率不断提高，产量也有了很大的提高。在产品系列上，形成了3 m3、4 m3、5 m3、6 m3、8 m3、10 m3、12 m3等品种，8 m3以下正在逐渐淘汰，向着10 m3、12 m3甚至更大容积发展，但整机性能与国外相比还有一定差距。如今，国内生产企业对混凝土搅拌车的搅拌系统研究主要是引进消化国外的技术或者仿制国外产品为主，自主开发很少，在理论方面的研究比较匮乏，国内企业的生产多靠测绘和技术引进，甚至在搅拌叶片的生产安装过程中，局部敲打、硬性整合现象屡见不鲜。虽然国内一些高校也在这一领域进行研究，如武汉理工大学、西安建筑科技大学等。但他们主要是对搅拌筒进行设计绘制，对于搅拌叶片设计，数值模拟研究很少。

2、国外方面：

19世纪40年代出现以蒸汽为动力源的木制多面体拌筒的自落式搅拌机，19世纪80年代用钢铁件代替木板。20世纪初开始改良为圆柱形搅拌筒。1926年美国生产出搅拌容积为3m3的第一台混凝土搅拌车。早期的搅拌叶片一般都是采用阿基米德螺旋线，1965年以后日本开始采用对数螺旋线设计制造搅拌叶片，后来又在此基础上对局部叶片的螺旋角进行了修正，逐渐形成了现在这种梨形拌筒（前后部分为圆锥形，中间部分为圆柱形）-混合螺旋线搅拌叶片的混凝土搅拌车。2000年，美国的CHRISTENSON RONALD E在原来搅拌筒的基础上，在底锥添加辅助搅拌叶片改进了传统的搅拌叶片；

2005年澳大利亚的KHOURI ANTHONY JAMES采用两条螺旋钢板焊接作为内筒壁，合成树脂作为外筒壁，改进了传统的三段式搅拌筒，不过这种搅拌筒制造起来比较困难。近年来，澳大利亚VULCAN、美国的马克西姆等公司推出了超长搅拌筒的前卸式搅拌车，拌筒前锥加长，架在驾驶室上方，于驾驶室前方出料。成为搅拌车市场快速增长的产品，但搅拌叶片设计仍然沿承了对数螺旋线叶片设计方法。

目前，国外的搅拌设备研究逐渐向着多功能、自动监控、多样化、成套化发展，如单、双卧轴式搅拌机、振动式搅拌机、强制式搅拌机，多种混凝土搅拌楼等。搅拌车研究更倾向于上装技术、耐磨材料的研究。针对国内外现状，本文改变传统的搅拌叶片母线所采用的螺旋线方程，使搅拌叶片和搅拌筒之间的连接方式和安装参数得到了改善，提出了用有限元软件对搅拌叶片进行数值模拟和参数优化。试验验证了理论方法的可行性。

1.4本文研究内容及方法 1、研究目的通过对搅拌叶片的设计分析，找出搅拌叶片的薄弱环节，对搅拌叶片进行改进，延长搅拌叶片的使用寿命、提高出料速度、降低出料残余率、降低生产成本，达到更好的搅拌出料效果。

2、研究意义一辆混凝土搅拌车的售价在40～80万之间，其中一个混凝土搅拌系统造价大约10万元。平均使用3年左右即告报废。而混凝土搅拌输送车的搅拌和卸料作用是由搅拌装置—搅拌筒完成的，搅拌叶片更是关键中的关键，搅拌叶片的性能好坏直接决定搅拌运输车的性能，进而影响着基础建设的质量。因此研究搅拌出料过程叶片的磨损、提高搅拌叶片使用寿命、提高叶片的搅拌质量具有重要的的经济效益和社会效益。

充分的文件检索和实际调研表明，了解螺旋叶片出料机理分析是设计搅拌装置的基础。也是生产具有更好搅拌性能但又不降低混凝土质量的基础。冲击小、响应决而且效率高的液压系统是搅拌运输车传动系统设计的关键。

搅拌运输车的搅拌筒之所以具有搅拌和卸料的功能，主要是因为拌筒内部特有的两条连续螺旋叶片在工作时形成螺旋运动，从而推动混凝土沿搅拌筒轴向和切向产生复合运动的结果。因此两条叶片的螺旋曲线的形式及结构直接影响搅拌筒的工作性能。本论文应用静力学、运动学的原理阐述螺旋叶片的工作原理并对主要技术参数进行理论分析。为螺旋叶片的结构设计提供理论依据。

搅拌筒既是搅拌运输车运输混凝上的装载容器，又是搅拌混凝土的工作装置。几何设计是搅拌筒结构设计的基础，它包括几何容积计算、外形尺寸的确定、搅拌筒有效容积及满载时重心位置计算。本论文对搅拌筒进行几何设计。

螺旋叶片的几何参数直接影响搅拌筒的搅拌和卸料性能。目前，应用于搅拌运输车的拌筒叶片螺旋面的形式有:正螺旋面、圆锥对数螺旋面两种。本论文对搅拌筒内螺旋叶片曲线参数的选择及展开进行计算，并加以搅拌系统的仿真设计与运动模拟。

2.搅拌筒的结构设计搅拌运输车搅拌筒绝大部分都采用梨型结构，通过支承装置斜卧在机架上，可以绕其轴线转动，搅拌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。图2.1为其外部结构图。整个搅拌筒的壳体是一个变截面而不对称的双锥体，外形似梨型，底段锥体较短，端面封闭并焊接着法兰，通过连接法兰用螺栓与减速器联结。上段锥体的过渡部分有一条环行滚道，它焊接在垂直于搅拌筒轴线的平面圆周上，整个搅拌筒通过连接法兰和环形滚道顷斜卧置在固定与机架上的减速器壳体和一对支承滚轮所组成的三点支承结构上，由减速器带动平稳的绕其轴线转动。在搅拌筒滚道圆周上部，通常设有钢带护绕，以限制搅拌筒在汽车颠簸行驶时向上跳动。机架由水平框架、前台、后台和门形支架组成，搅拌装置的各部分都组装在它上面，形成一个整体。最后通过水平框架与载运底盘大梁用螺栓连接在一起。

2.1搅拌筒的工作原理搅拌筒的工作原理用图2.1.1 来说明。图为通过搅拌筒轴线的垂直剖面示意图。其中(a),(b)为剖开搅拌筒的两部分，斜线代表螺旋叶片，为其螺旋升角，为搅拌筒轴线与底盘平面的夹角。我们设定图a所示方向为“正向”，图b所示方向为“反向”。工作时，搅拌筒绕其自身轴线转动，混凝土因与筒壁和叶片的摩擦力和内在的粘着力而被转动的筒壁沿圆周带起来，但在达到一定高度后，必在其自重G作用下，克服上述摩擦力和内聚力而向下翻跌和滑移。由于搅拌筒在连续的转动，所以混凝土即在不断的被提升而又向下滑跌的运动中，同时受筒壁和叶片所确定的螺旋形轨道的引导，产生沿搅拌筒切向和轴向的复合运动，使混凝土一直被推移到螺旋叶片的终端。

当搅拌筒做图a所示方向的“正向”转动时，混凝土将被叶片连续不断的推送到搅拌筒的底部，同时到达筒底的混凝土势必又被搅拌筒的端壁顶推翻转回来，这样在上述运动的基础上又增加了混凝土上下层的轴向翻转运动，达到了搅拌筒对混凝土进行充分搅拌的目的。

当搅拌筒做图b所示方向的 “反向”转动时，叶片的螺旋运动方向也相反，这时混凝土被叶片引导向搅拌筒口方向移动直至筒口卸出，从而达到卸料目的。

图2.1.1搅拌工作原理 2.2搅拌筒的整体构成混凝土搅拌车由汽车底盘和混凝土搅拌运输专用装置组成。我国生产的混凝土搅拌运输车的底盘多采用整车生产厂家提供的二类通用底盘。其专用机构主要包括取力器、搅拌筒前后支架、减速机、液压系统、搅拌筒、操纵机构、清洗系统等。

工作原理是，通过取力装置将汽车底盘的动力取出，并驱动液压系统的变量泵，把机械能转化为液压能传给定量马达，马达再驱动减速机，由减速机驱动搅拌装置，对混凝土进行搅拌。

取力装置国产混凝土搅拌运输车采用主车发动机取力方式。取力装置的作用是通过操纵取力开关将发动机动力取出，经液压系统驱动搅拌筒，搅拌筒在进料和运输过程中正向旋转，以利于进料和对混凝土进行搅拌，在出料时反向旋转，在工作终结后切断与发动机的动力联接。

液压系统将经取力器取出的发动机动力，转化为液压能（排量和压力），再经马达输出为机械能（转速和扭矩），为搅拌筒转动提供动力。

减速机将液压系统中马达输出的转速减速后，传给搅拌筒。

操纵机构（1）控制搅拌筒旋转方向，使之在进料和运输过程中正向旋转，出料时反向旋转。

（2）控制搅拌筒的转速。

搅拌装置搅拌装置主要由搅拌筒及其辅助支撑部件组成。搅拌筒是混凝土的装载容器，转动时混凝土沿叶片的螺旋方向运动，在不断的提升和翻动过程中受到混合和搅拌。在进料及运输过程中，搅拌筒正转，混凝土沿叶片向里运动，出料时，搅拌筒反转，混凝土沿着叶片向外卸出。叶片是搅拌装置中的主要部件，损坏或严重磨损会导致混凝土搅拌不均匀。另外，叶片的角度如果设计不合理，还会使混凝土出现离析。

清洗系统清洗系统的主要作用是清洗搅拌筒，有时也用于运输途中进行干料拌筒。清洗系统还对液压系统起冷却作用。

2.3拌筒主要结构尺寸参数的确定搅拌筒既是搅拌运输车的运输混凝土的装载容器，又是搅拌混凝土的工作装置。所以对它的设计有以下基本要求:有足够的有效的装载容量:满足规定的搅拌和装卸料性能；

在结构上适应运载底盘和运输中搅拌工作特点；

具有适当的使用寿命(耐磨性能)。搅拌筒设计分几何设计和金属结构设计两部分，几何设计是金属结构设计的基础，本节主要介绍拌筒的几何设计。

图2.3搅拌筒截面图由于搅拌筒是斜置安装在运载底盘上，因此其结构尺寸受到运载混凝土的容积、所选底盘结构尺寸及保证运送混凝土的质量等因素的的影响，如搅拌筒的斜置角α，混凝土表面与搅拌筒轴线的夹角α0，前后锥的锥角α1、α2。同时运输车必须保证在坡度为14%的路面上行驶且出料口面对下坡方向时不产生外溢，取根据中华人民共和国建筑工业行业标准，搅拌筒的斜置角α的取值可参照下表2.3 表2.3 根据文献，将各形状参数化为主参数r(搅拌筒最大半径，根据交通法规的要求Y2小于等于1.25m)可得: 为进料口半径，取值范围250-310mm 中圆的长度要结合搅拌筒的额定容积确定。

前半锥角后半锥角 2.4切割法求装载容积图2.4是混凝土搅拌输送车搅拌筒的侧面图，它是由圆柱、圆台和球缺结合成的筒体。在搅动过程中，进料口和出料口之间由于高度为A一B的叶片将混凝土拌合料挡住，不会从A一B处流出。若混凝土拌合料是理想的流体，它应从B点形成一水平面。因搅拌筒中心线与水平面之间成一倾角a，这样，混凝土拌合料在搅拌筒内构成一种特殊形状的体积。

图2.4 目前，据有关资料介绍，该容积计算均采用切割法。切割法就是根据图纸给定的尺寸按比例作图，在垂直搅拌筒轴线，将混凝土拌合料实体切成若干厚度为B的薄片，其断面积Ai成弓形(如图2.4.1)，把所有的簿片体积BAi、加起来，即为它的容积。切片越多、容积计算越精确，然而切得再多也仅是近似值。

图2.4.1 根据图2.3写出计算方程搅拌筒内混凝土任一弓形截面F(x)的方程: 式中所以，搅拌筒中混凝土的有效容积为：

2.5积分法求装载容积要求出图2.4五个部分的混凝土拌合料在搅拌筒内占有的体积，只要推导出图2.5(粗实线包围的部份)三种形状的体积计算公式，那么搅拌筒的每段混凝土拌合料体积就可计算。

A B C 图2.5 用Va、Vb、Vc表示三段的体积，图2.5 A为圆柱截段(D代表直径)，图2.5 B为圆锥截段(D代表锥体的底直径)，图2.5 C为球缺截段(R1代表球半径)。

下面分别三种体积的计算公式。

（1）Va的计算公式若为已知，可用代替（2）Vb的计算公式根据图2.5.1推出其中：

（h为圆锥体顶点P到MN的距离）（S1为圆锥截段弓形底面积）（S2为MN截面积）的计算分三种情况 a.当，为正值式中，b.c.图2.5.1（3）Vc的计算公式根据右图2.5.2要求Vc还需知道R、H、a、β的值。根据公式，有：

有了以上数据便可求出S1、S2，而：

图2.5.2（4）根据图2.5.3计算V1 图2.5.3（5）根据图2.5.4计算V2 图2.5.4（6）根据图2.5.5计算V3 图2.5.5 2.6搅拌筒几何容积计算搅拌运输车的梨形搅拌筒几何容积Vj与其设计的最大装载容积V存在如下关系: V一公称搅动容量，即运输车能运输的预拌混凝土经捣实后的最大体积。

对混凝土拌合料搅拌运输，此值为运输车置于水平位置，搅拌筒能容纳全部未经搅拌的配料(包括水)要在充分搅拌时不产生外溢，并能生产匀质混凝土经捣实后的最大体积。

Vj一搅拌筒的几何容积。

2.7满载时拌筒的重心位置图2.7 如图2.7所示，混凝土任一截面I一I处为一弓形，设微分段重心G的位置为: 每段锥体重心：

总重心为：

3.驱动功率的计算 3.1搅拌力矩曲线混凝土搅拌的过程力矩曲线变化规律如图3.1所示：

图3.1搅拌力矩曲线 0~1：加工工序，搅拌筒以14-18rmp正转，在大约10min的加料的时间里，搅拌筒的驱动力矩随着混凝土不断被加入而逐渐增大，在即将加满时，力矩反而略有下降；

1~2：运料工序，在卸料地点，搅拌输送车停驶，搅拌筒从运拌状态制动，转入14-18rPm的反转卸料工况，搅拌筒的驱动力矩在反转开始的极短时间内陡然上升，然后迅速跌落下来；

4~5：卸料工序，搅拌筒继续以14-18rPm的速度反转，驱动力矩随混凝土的卸出而逐渐下降；

5~6：空筒返回，搅拌筒内加入适量清水，返程行驶中搅拌筒作3rPm的返向转动，对其进行清洗，到达混凝土工厂，排出污水，准备下一个循环。

3.2驱动阻力矩计算搅拌筒驱动阻力矩由拌筒与支承系统的摩擦阻力矩与拌筒搅拌阻力矩共同组成，其以拌筒搅拌阻力矩最难计算。

1）积分公式计算方法 a.拌合料与筒壁间的摩擦力矩，拌合料与筒壁或与搅拌叶片间的单位摩擦力f 式中，k1——粘着系数，kN/m2；

k2——速度系数，kN/m2；

V——拌合料速度；

s——混合料的坍落度。

式中：

b..拌合料与搅拌叶片间的摩擦阻力矩图3.2螺旋叶片断面投影图3.2为拌筒内螺旋叶片的端面投影。任取一半径r，该半径对应的叶片螺旋开角k(近似认为对应于各r处的螺旋开角，均等于中径上的螺旋开角)。

V2——拌合料与搅拌螺旋叶片间的相对滑移速度式中：R1——搅拌螺旋叶片断面投影最小半径 R2——搅拌螺旋叶片断面投影最大半径 c.流动阻力矩微元面积设混凝土的单位平均流动阻力系数为p，则取微元面积上的法向阻力周向阻力对搅拌筒轴线的阻力矩 d.由筒体的转动引起的偏载，对搅拌筒的阻力矩见图3.2.1拌合料在随拌筒搅拌的同时，由于拌合料受到与筒壁和搅拌叶片间的摩擦阻力矩的作用，使拌合料向转动方向提升，其重心偏向转动一侧。出现偏心距e，对拌筒运动产生阻力矩。e值的精确确定目前还有困难，除与拌筒结构有关外，还与拌合料的性质有关。只能采取先近似计算，再用实验验证的方法确定。对拌合料来说，共受到三个力矩的作用：即偏心力矩、与简体的摩擦力矩、与叶片的摩擦力矩。由力矩平衡条件得：

图3.2.1搅拌筒偏载示意图对简体来说，又受到由于拌合料的偏心距，产生的阻力矩作用，在数值上等于。

2）Lieberherr的经验公式实验测得：

式中：r——偏心距，一般取0.1m；

F——混凝土重量 3.3搅拌筒驱动功率的计算按求得的拌筒搅拌阻力矩，再根据传动系统的总效率，拌筒与支撑系统的摩擦阻力矩及拌筒转速n，即可求出搅拌筒的驱动功率N(kw)式中：——搅拌筒支撑机构所克服的摩擦阻力矩；

一般取为4000-5000Nm ——搅拌筒搅拌阻力矩；

——机械效率，一般0.8-0.9 C——考虑峰值的影响系数，1.2-1.4；

n——转速，rpm 设：当搅拌筒转速为12 rpm时，设混凝土重量2400，搅拌筒实际容积按5计算，则计算出搅拌筒的驱动功率为：

因为搅拌筒的驱动功率一般是从搅拌车发动机中直接取力，在计算搅拌车发动机功率时，要在搅拌筒驱动功率的基础上，再加上汽车驱动功率、爬坡功率等。

4.螺旋叶片的设计及仿真搅拌运输车的搅拌筒所以有搅拌和卸料等工作性能，主要是因其内部特有的两条螺旋叶片推动混凝土沿搅拌筒轴向和切向产生复合运动的结果。因此搅拌叶片的螺旋曲线直接影响搅拌与运输混凝土的性能。在其几何设计中，鉴于我国车辆在道路右侧行驶的规定，搅拌运输车搅拌筒旋转方向为，面向车尾看，顺时针旋转时为进料、搅拌或搅动，逆时针旋转时为出料，所以搅拌筒的两条螺旋叶片应为互错180度的左旋螺旋叶片。如图4.1。

母线(直线或曲线)在绕轴线作匀速圆周运动的同时，沿轴线方向作匀速或变速直线运动，该母线的运动轨迹形成等螺距或变螺距螺旋面。母线为直线形成直纹螺旋面;母线为曲线形成非直纹螺旋面。搅拌运输车中常用的螺旋面是直纹正螺旋面(母线和轴线正交)和直纹斜螺旋面(母线和轴线斜交)两种螺旋面。圆柱面或圆锥面同该螺旋面的交线分别称为圆柱螺旋线或圆锥螺旋线。螺旋线的切线和圆柱面或圆锥面的母线之间的夹角称为螺旋角，用β表示。

图4.1螺旋叶片内部结构 4.1螺旋叶片上螺旋角的确定由于不同的圆锥面(或圆柱面)与同一螺旋面相交的螺旋线是不同的，因此螺旋角也不同。在设计拌筒螺旋叶片结构之前，螺旋叶片上螺旋角的确定就显得格外重要。

a.螺旋角的表示图4.1.1给出了锥、柱螺线的视图和内壁展开图。螺线上任意一点M的对应的投影和展开位置用m、和M表示。中为M点平面投影m的位置角。圆锥段的圆锥面展开面为一扇形面，为扇形角，ε为M点在展开面上的位置角，所以=OM。

图4.1.1螺旋线及展开图由上述几何关系可知：。

设螺线上另一点N，其相应的位置参量为。当N和点M无限接近的时候，直线MN就是M点切线τ，而且其螺旋角满足：

b.内外圆锥(或圆柱)上螺旋角的关系斜螺旋面的任意一条母线n分别与内锥、外锥相交于点1和2，内、外锥的半锥角分别为θ1、θ2，以为原点建立坐标系，n线与x轴的夹角为µ。见图4.1.2 图4.1.2螺旋线转面投影图设母线n绕Z轴旋转无限小角到达母线的位置，线与内外锥分别相交于点1’和2’，Z轴分别和n、组成两个纵截面，并转面重叠投影。由图4.1.2可知：

设P1和P2分别为点1和点2的螺旋角，由此可得出: 内锥；

外锥：

这就是同一螺旋面在不同圆锥面(圆柱面)上产生的螺旋线的螺旋角之间的关系式。

在进行分析时，经常会用到下列几种情况：

4.2搅拌叶片的母线方程搅拌叶片在前锥和后锥部分采用的是对数螺旋线，其母线的方程为：

其中为螺旋角，为初始极径；

为半锥角；

为螺旋转角。

当是一定值时，螺旋线为等角对数（圆锥）螺旋线；

当是一个变量时，该螺旋线即为非等角对数螺旋线。

中圆搅拌叶片采用圆柱螺旋线，其母线方程为：

其中为圆柱底半径，为螺旋转角，为螺旋角。

基于PRO/E的水泥搅拌筒叶片螺旋曲线的设计。筒体前锥和后锥采用具有等升角的对数螺旋叶片，圆柱段采用不等升角的阿基米德螺旋叶片。为了同时保证搅拌均匀和出料干净，将前锥螺旋角设计为60°后锥螺旋角设计为≥75° 图4.2所示的螺旋线方程为：

式中 ——螺旋线起点的极径；

——极径；

θ——半锥角；

Ψ——极径在坐标系xoy的投影与y轴的夹角，即圆锥对数螺旋线的螺旋转角；

β——圆锥对数螺旋线的切线与圆锥母线的夹角，即圆锥对数螺旋线的螺旋角。

图4.2.1所示的圆柱阿基米德螺旋线的方程式中 R——圆柱半径；

Ψ——螺旋转角；

β——螺旋角。

图4.2 图4.2.1 4.3搅拌叶片设计搅拌运输车搅拌筒内的两条螺旋叶片，是搅拌运输车设计的重要部件。它的结构形状对搅拌运输车进、出料性能及混凝土的搅拌质量有一定影响。目前，设计的搅拌运输车螺旋叶片，多采用斜圆锥对数螺旋面。设计中，将空间螺旋面叶片分段展开成平面图形。制造中根据设计的平面图形下料经锻压成型后，焊接在搅拌筒内壁上。所以，叶片展开成平面图形的准确程度，是使搅拌运输车性能达到要求的重要因素之一。而空间螺旋面理论上是不可展开曲面由于制造工艺的需要我们常常采用近似展开法加以处理。在设计时，采用制图中的“三角形”法的原理并借用计算机对空间斜圆锥对数螺旋面叶片进行展开计算。

螺旋面理论上是不可展开曲面，由于制造工艺的要求，常采用近似展开法进行处理，以满足制造要求。我们在设计中，利用将空间叶片第i点至第i十1两等分点之间的一小段叶片，近似地看作一梯形，如图4.3所示。只要算出第i点至第i+1两等分点之间叶片根部及顶部斜圆锥对数螺旋线上点C、B、D、A的坐标值，就可根据空间任意两点间距离公式得出图中任意两点间的距离，即AB、BC、CD、DA、DB。

还可把第i点至第i+1两等分点之间这一小段叶片展开，通过计算机进行循环计算，然后利用“三角形”法，将整个螺旋叶片展开。只要在螺旋叶片设计中，两等分点之间的间隔控制在一定范围内，展开的螺旋叶片平面图，就可达到一定的精度要求。

图4.3叶片顶部叶片根面本设计是在三段式梨形搅拌筒外形尺寸不变的前提下进行的。搅拌筒的外形优化暂不考虑。根据搅拌叶片有三段拟合而成的特点，我们分别对前锥、中圆和后锥的叶片采取不同的型线规律。

图4.3.1非等变角对数螺旋线正视图和右视图图中标记A、B处是各段叶片的拟合接合点 B(mm)前锥 380 中圆 380 后锥表4.3搅拌叶片基本设计参数知道了内外螺旋线的方程，我们就可以在软件中绘制出内外螺旋线的图形，然后利用扫略功能，做出搅拌叶片的实体模型,如图4.3.2所示。

图4.3.2叶片实体模型后锥中圆前锥螺旋线规律螺旋角表达式螺旋线规律螺旋角表达式螺旋线规律螺旋角表达式非等变角对数螺旋线等变角递增圆柱螺旋线非等变角对数螺旋线等变角递减对数螺旋线等角圆柱螺旋线等变角递减对数螺旋线底部和与中圆接口处为离散点，中间为等角对数螺旋线。

等角圆柱螺旋线顶部和与中圆接口处为离散点，中间为等角对数螺旋线。

表4.3.1 搅拌叶片设计规律与参数 4.4搅拌叶片的仿真设计和模态分析计算机仿真也是对一个数学模型进行的试验研究，计算机仿真具有周期短，投入少，避免了实际试验所承担的成本浪费、试验风险和危险。特别是用于大数据的计算更显出其优越性。

计算机仿真作为新的实验研究的方式，可以为实际的试验研究提供参考和思路。实验研究和计算机仿真研究相结合，相辅相成，取长补短，对于课题的研究非常有利。

我们在理论研究的基础上，初步对设计的搅拌系统进行了数值模拟和仿真，下面是一些截图基于在UG下建立的，如下图所示的叶片与罐总成装配模型，通过UG的仿真功能，实现了叶片与罐的运动仿真。

本文采用8.5LP混凝土搅拌车为模型进行研究如下图所示。

其中，图4.4.1-4.4.3为搅拌筒各段图，图4.4.4为搅拌叶片造型图；

图4.4.5-4.4.7为实体建模图；

图4.4.8为运动仿真图。

图 4.4搅拌系统尺寸图建模过程如下：

图4.4.1前锥图4.4.2中柱图图4.4.3后锥图4.4.4 搅拌叶片图4.4.5 前支撑图4.4.6 连接法兰图4.4.7搅拌罐三维实体装配模型图4.4.8 运动模拟模态分析是机械和结构动力学中一种极为重要的分析方法, 是将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标,采用有限元法形成系统的离散数学模型-质量矩阵和刚度矩阵,使方程组解耦,成为一组以模态坐标和模态参数描述的独立方程,以便求出系统的模态参数的方法。经过模态分析, 搅拌叶片的前六阶振型如下图所示。

第1阶模态是一阶横向弯曲振动,搅拌叶片右侧振幅较大,左端变形较小；

第2阶模态是一阶纵向振动,叶片左端振幅很大,叶片中部产生很大的弯曲应力；

第3阶模态是叶片结构的二阶横向弯曲即出现了扭转和弯曲的复合变形, 叶片中部的振幅较大；

第4阶模态是叶片结构的二阶纵向弯曲即出现了叶片在水平面内的左右扭转,叶片中部的变形量较大；

第 5 阶和第 6 阶模态叶片结构在各个方向均出现了大范围的弯曲和扭转,叶片中部变形量较大。这些局部振型表明叶片各部位刚度存在不均匀的现象。混凝土搅拌车在搅拌的过程中受到新拌混凝土在各个方向上的冲击作用, 这类载荷最易激发叶片结构的弯曲模态；

当在路上行驶时, 由于路面的凹凸不平,叶片承受更多的非对称载荷, 此时最易激发叶片结构的扭转模态。因此, 搅拌叶片的弯曲及扭转振动是其结构动态特性的主要表现形式。

4.5搅拌叶片结构应力分析 ANSYS有限元的计算，就是将形状复杂以及受力情况复杂的零件化分为有限数目的单元，再分别计算这些单元的受力和变形情况，然后将这些单元整合起来，就形成了整个零件的受力变形图。

螺旋叶片在各搅拌工况下进行应力和变形分析；

受力和变形如下列图所示：

图4.5 等角搅拌叶片应力图图4.5.1 等变角搅拌应力图图4.5.2 非等变角a搅拌应力图图4.5.3非等变角b搅拌叶片应力图图4.5.4 非等变角c搅拌叶片应力图图4.5.5 等角出料叶片应力图图4.5.6 变等角出料叶片应力图图4.5.7 非等角a出料叶片应力图图4.5.8 非等角b出料叶片应力图图4.5.9 非等角c出料叶片应力图综合上述分析得到：等角、等变角和非等角螺旋叶片的应力与应变情况如下表4.5所示：

表4.5等角、等变角和非等变角螺旋叶片的应力与应变由上表可知作用在非等角对数螺旋叶片上的压力和变形明显小于其它几种对数螺旋叶片的压力和变形值正转搅拌和反转卸料时搅拌叶片的应力值远远低于材料的屈服应力361MPa。叶片应力越大摩擦力也就越大磨损也就越严重，变形越大振动更为严重同时变形使搅拌叶片的形状改变达不到预期的搅拌和出料效果，由此可见非等变角对数螺旋叶片明显优于其它几种对数螺旋叶片。

参考文献 [1]冯忠绪.混凝土搅拌理论与设备，北京人民交通出版 2001.8 [2]邢普，仪垂杰，郭健翔.非等角对数螺旋线搅拌叶片的设计研究.工程机械 2006.4 [3]邢普，仪垂杰，郭健翔.混凝土搅拌车搅拌叶片仿真设计及模态分析.机械设计与制造2007.8 [4]邢普郭健翔等非等角对数螺旋线搅拌叶片的实验研究工程设计学报 2008.1 [5]邢普仪垂杰等混凝土搅拌车搅拌叶片新型母线及应用研究建筑机械 2007.2 [6]江继辉.混凝十搅拌输送车搅拌筒搅拌过程的运动分析工程机械 1991(2)[7]程书良.混凝土搅拌车搅拌叶片的设计.建筑机械化 2002年第2期 [8]田利芳.混凝土搅拌运输车结构设计及液压系统动态仿真.西安建筑科技大学学位论文 2004.03.10.[9]王明庆.前端卸料搅拌输送车的应用与推广建筑机械 1988(12)[10]R.V.Romen Studies on transfer process in mixing vessels: effects of gas on solid-liquid hydrodynamics using modified Rushton turbine agitators[J].Bioprocess Engineering 17,1997.[11]Chiara F.Ferraris Concrete Mixing Methods and Concrete Mixers: State of the Art Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology J.Res.Natl.Inst.Stand.Technol.Volume 106, Number 2, March–April 2001(391–399)[12] M.DI PRISCO, L.FERRARA, F.MEFTAH, Mixed mode fracture in plain and reinforced concrete: someresults on benchmark tests.International Journal of Fracture 103: 127–148, 2000.致谢本文是在导师邢普博士精心的指导下完成的，作者的每一点进步无不倾注了邢老师的一番心血与教诲，在此，谨致以我衷心的感谢。

付昊旻 2011年5月附录A 部分程序源代码 NUMBER/r(5),h(4),bt(3),bt1(3),btn(3),i,j,st,stm(3),k(3),a1,a3,p,p1,p3,stn1 $$1一定义变量 ENTITY/ax,ps1(1021),ps2(1021),m(4),g(4),sl(6),pt(5),pt0(2),b(9),SPLN(2),$ ln(10),EN(K),CSYS1,CSYS2,CSYS3 pds1: $$2一生成输入参数的对话框＇前锥小端半径:＇,r(1),$ ＇前锥高度:＇,h(1),$ ＇前锥最大螺旋角:＇,bt(1),$ ＇前锥最小螺旋角:＇,bt1(1),$ ＇前锥螺旋转角:＇,k(1),$ ＇中圆半径:＇,r(2),$ ＇中圆高度:＇,h(2),$ ＇中圆最大螺旋角:＇,bt(2),$ ＇中圆最小螺旋角:＇,bt1(2),$ ＇中圆螺旋转角:＇,k(2),$ ＇后锥小端半径:＇,r(3),$ ＇后锥锥面段数:＇,j,$ ＇后锥高度:＇,h(3),$ ＇后锥前锥面高度:＇,h(4),$ ＇后锥前锥面小端半径:＇,r(4),$ ＇后锥后锥面小端半径:＇,r(5),$ ＇后锥最大螺旋角:＇,bt(3),$ ＇后锥最小螺旋角:＇,bt1(3),$ ＇后锥螺旋转角:＇,k(3),rsp JUMP/pds1:,stop1:，rsp ax=LINE/(pt0(1)=POINT/O,0,0),(pt0(2)=POINT/0,0,600)$$3一生成罐体 g(1)=LINE/(pt(1)=POINT/r(1),0,0),(pt(2)=POINT/r(2),0,h(1))g(2)=LINE/pt(2),(pt(3)=POINT/r(2),0,(h(1)+h(2)))IFTHEN/j=2 g(3)=LINE/pt(3),(pt(4)=POINT/r(4),0,(h(1)+h(2)+h(4)))g(4)= LINE/pt(4),(pt(5)=POINT/r(5),0,(h(1)+h(2)+h(3)))m(4)=REVSRF/g(4),AXIS,ax,0,360 ELSEIF/j=1 g(3)=LINE/pt(3),(pt(4)=POINT/r(3),0,(h(1)+h(2)+h(3)))ENDIF m(1)=REVSRF/g(1),AXIS,ax,0,360 m(2)=REVSRF/g(2),AXIS,ax,0,360 m(3)=REVSRF/g(3),AXIS,ax,0,360 a1=ATANF((r(2)-r(1))/h(1))$$前锥半锥角 $$4一计算基本参数 a3=ATANF((r(3)-r(2))/h(3))$$后锥半锥角 DO/LOOP1:i,1,200 p=SINF(i*180/2040)+i/2040 btn(1)=bt(1)-(bt(1)-bt1(1))*p p1=(r(2)-r(1))/h(1)*COSF(a1)*COSF(btn(1))/SINF(btn(1))stm(1)=i*k(1)/200 LOOP1: DO/LOOP2:i,200,390 stm(2)=k(1)+(i-200)*k(2)/190 LOOP2: DO/LOOP3:i,390,1020 p=SINF(i*180/2040)+i/2040 btn(3)=bt(3)-(bt(3)-bt1(3))*p p3=(r(3)-r(2))/h(3)*COSF(a3)*COSF(bt(3))/SINF(btn(3))stm(3)=k(1)+k(2)+(i-390)*k(3)/630 LOOP3: i=1 STR1:$$5一计算曲线上点的坐标 st=(i-1)*stm(3)/1020 IFTHEN/st<=stm(1)xc=r(1)*EXPF(p1*st)*COSF(st*180/3.14159)yc=r(1)*EXPF(p1*st)*SINF(st*180/3.14159)zc=r(1)*h(1)/(r(2)-r(1))*(EXPF(p1*st)-1)ELSEIF/stm(1)

混凝土搅拌车毕业设计篇2

1 混凝土搅拌车

目前市场上所使用的混凝土搅拌车通常包括汽车底盘、加出料设备、副车架、搅拌筒以及操作、液压、供水三个系统。在混凝土搅拌车工作的过程中, 其动力源为底盘的发动机, 通过液压装置使得油液的压力升高, 变为高压油, 从而推动马达进行工作, 之后运用一个转速较低而转矩较大的减速机驱使搅拌筒转动。在实际搅拌的过程中, 操作人员可以通过操作系统对搅拌筒的转速以及转动方向进行控制, 从而能够控制搅拌筒的进出料自动化。

2 目前大方量混凝土搅拌车存在的问题

我国大方量混凝土搅拌车是原有小方量的罐车改良之后产生的, 其主要改良的方面集中在增加了搅拌车的动力, 并将搅拌筒安置在副车架上, 这就使得大方量混凝土搅拌车在使用的过程中存在诸多问题。具体包括以下几点。

第一, 由于搅拌筒容量的大幅增加, 从而使得搅拌车的高度以及长度出现明显的变化。而我国对运输车辆的高度有着严格的规定, 即公路行使的车辆高度不得超过4m, 而目前大多数大方量的混凝土搅拌车高度均超过限定值。

第二, 由于大方量混凝土搅拌车的容量增加, 因而其质心的高度也会出现相应的提升, 这就使得搅拌车在行驶的过程中稳定性降低, 对驾驶人员本身以及对沿途车辆、行人均带来较大的安全隐患。

第三, 由于搅拌车的容量相对较大, 其搅拌筒较之过去相对较长, 致使在搅拌筒安装的过程中向滚道的后部移动, 从而使得搅拌筒与中心距增加, 副车架的弯矩增大, 因而容易导致副车架出现塑性变形, 严重时将出现车架断裂的情况。

第四, 为了能够最大程度的避免副车架出现弯曲变形的情况, 因而在进行相关设计、制造的过程中, 会将部分构件的承载能力大幅提升。然而承载能力的提升就意味着整体重量的增加, 从而使得搅拌车的油耗量相对增加, 运输量相对降低。

3 新型大方量混凝土搅拌车的创新设计

根据上述目前大方量混凝土搅拌车中存在的问题分析, 并结合笔者自身的实践经验, 分降低重量和降低质心两个方面对大方量混凝土搅拌车的创新设计进行阐述。

3.1 降低重量

第一, 在对大方量混凝土搅拌车进行降低重量的设计时, 搅拌筒为其中最为关键的环节。目前所使用的搅拌筒内均安装有2组曲面的螺旋叶片, 从而能够有效的避免混凝土出现固化或者离析的情况。搅拌筒的作用还包括搅拌、运输混凝土, 完成装卸料的操作, 并保证搅拌筒自身强度不发生变化。在对搅拌筒的生产材料进行选择的过程中, 可运用复合材料完成搅拌筒的生产。复合材料搅拌筒的质量相对较低, 其耐磨性相对较好, 且后续的维护费用相对较低, 在搅拌过程中所产生的噪音相对较低, 服务寿命相对较长。该类搅拌筒能够完成同等重量混凝土的搅拌工作, 然而其自身的质量较之金属搅拌筒约少900 kg左右。

第二, 目前混凝土搅拌车所使用的进料斗与卸料槽一般选用钢板为生产原材料, 与此同时, 在钢板的表面还需加设厚度约为4 mm的耐磨钢板, 从而达到增加进料斗与卸料槽使用寿命的目的, 但是其自身的重量也提升了约40%左右。在生产过程中, 可以选用由聚乙烯材料制作而成的板材。其耐磨性能超过钢材的5倍以上, 密度却仅为钢材的12.5%, 其摩擦系数相对较小, 对物料的粘结程度相对较低, 同时具有强度大、耐腐蚀、重量轻等优点, 符合制作进料斗与卸料槽的要求。除此之外, 在该类材料的表面加涂耐磨涂料, 从而能够达到提升进料斗与卸料槽耐磨性的目的。

第三, 在混凝土搅拌车运输以及卸料的过程中, 加长槽的使用频率相对较低, 因而在能够使其强度达到相关标准的情况下, 则尽量降低其总重量。部分施工现场在进行混凝土卸料时, 需要多达3块以上的加长槽, 当其重量相对较大时, 不仅会增加整车的质量, 同时也将会大幅增加操作人员的劳动强度。因而在对其进行加工制造的过程中, 也可以使用聚乙烯作为原材料, 符合耐磨、重量轻的要求。

第四, 根据国家的相关要求, 混凝土搅拌车需要安装侧护栏。在实际运输的过程中, 其侧护栏应保证拥有一定的刚性, 因而在原材料的选择中, 一般选择铝材。运用铝材进行加工侧护栏, 不仅能够大幅降低侧护栏的质量, 同时也可以避免发生锈蚀的情况出现, 且其强度等指标均符合国家的相关标准。根据相关测算结果显示, 运用铝材加工侧护栏, 能够降低将近20 kg的质量。

第五, 在目前市场中流通的大方量混凝土搅拌车中, 均需安装副车架, 其作用在于加强底盘与搅拌筒之间的联系, 降低车架的变形程度。其所带来的负面影响则是增加了搅拌车的整体高度以及重量。现阶段底盘、副车架的种类繁多, 连接方式复杂多变, 不同种类、不同连接方式之间的差异较为明显。然而国内部分公司已然开发出不需要安装副车架的底盘, 其在结构设计时, 将机架、油泵支架等与大梁进行连接。这类底盘的特点在于简化安装工序, 其质心相对较低, 稳定性相对较强, 同时也能增加搅拌筒的容量。在原材料的选择上, 部分企业选用铝合金、非金属等材料进行, 不仅能够降低质量, 而且其强度不受影响。

3.2 降低质心

降低大方量混凝土搅拌车质心主要是依靠对副车架的整体结构进行改良, 将原有的副车架细化分为两个部分, 在车架的前半部分的最低处局部降低副车架的高度, 其可降低量大约在100 mm左右, 并可以通过安置加强梁的方式, 保持副车架的强度不受到影响。在对加强梁的选用上, 可以选用与副车架材料相同的矩形钢管, 在进行安装的过程中, 需保证加强梁与副车架的最低点进行连接, 同时加强梁的长度应略大于副车架整体的长度, 从而起到增加副车架整体强度的目的。将混凝土搅拌车的质心下降100 mm之后, 其在运输当中的稳定性能得到大幅提升, 很大程度上降低了因路况不佳而导致翻车事故的发生几率。

副车架的两个部分运用U型螺栓与纵梁以及连接座相连接, 而用于提升副车架整体强度的加强梁则应使用螺栓与纵梁、连接座进行连接工作。其连接点的数量应保持最多, 以提升连接质量与强度。

在运用该类方式对搅拌车的质心进行降低之后, 其搅拌筒的位置也将会出现一定程度的下降。因而在实际设计的过程中, 可在一定范围之内加大搅拌筒的斜率, 从而不仅能够增加搅拌筒的容量, 同时也能使得搅拌筒的高度达到国家公路规定的要求。根据测算, 运用该类方式对混凝土搅拌车的质心进行降低, 能够使得其容量增加2立方米, 给施工单位带来了一定程度的收益。

4 结语

运用新材料、新工艺能够有效的降低混凝土搅拌车的质心以及质量, 不仅大大增加了大方量混凝土搅拌车在行驶等方面的稳定性, 同时能够增加其搅拌筒的容量, 降低油耗。因而各个企业应根据自身的实际情况, 适当增加对新型大方量混凝土搅拌车的设计研发力度, 将强度高, 质量轻的新型材料加以利用, 以获得占领市场的先机。

参考文献

[1]刘昕晖, 王海英, 周平.应用PIV系统测量混凝土搅拌运输车搅拌筒内部流体流动状态方法的研究[J].机床与液压, 2011 (8) :56-57.

[2]胡素云, 宋友发.混凝土搅拌运输车滚道和托轮常见问题及改善措施[J].筑路机械与施工机械化, 2011 (11) :90-91.

混凝土搅拌车毕业设计篇3

关键词：预应力模型；混砂车；搅拌叶轮

中图分类号： TE934 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）14-181-2

0 引言

混砂车是在油气增产及页岩气生产中采用压裂工艺时所使用的设备，为压裂车输送压裂介质。常规介质有：胍胶压裂液、聚合物压裂液、脉冲压裂液、页岩气滑溜水等，使用混砂车在进行搅拌作业时要以搅拌叶轮作为基体，因此搅拌叶轮对于混砂车具有非常重要的作用。在搅拌的过程中，混砂车的搅拌叶轮难免会出现振动，若振幅及振动频率过大会导致搅拌叶片的损坏。因此必须对工作过程中的搅拌叶轮的振型和振动频率进行研究，使用流固耦合的方法来分析混砂车搅拌叶轮的预应力模态。

1 计算混砂车搅拌叶轮的流场

1.1 将混砂车搅拌叶轮流场的数字模型建立起来

建立数学模型是对混砂车搅拌叶轮进行流固耦合模态分析的第一步，由于混砂车所搅拌的对象是固体颗粒和液体共同组成的混合液介质，因此固液两相流混合是混砂车主要的搅拌过程，在计算时可以使用欧拉模型，并运用多重参考系法进行分析。作为一种不可压缩的牛顿流体，定常体系是流体研究的主要体系。动量守恒方程和质量守恒方程是搅拌罐内流体的流动依据[1]。

质量守恒方程与外力、空间坐标、搅拌流场的流体质点速度有着直接的关系，要考虑到搅拌叶轮的搅拌过程是紊流流动。要将雷诺应力张量加入动量守恒方程中，以搅拌系统的实际工作为依据，作为一种复杂的旋转流动，要封闭动量守恒方程，就应该运用RNGκ-ε模型来对雷诺应力张量进行计算[2]。

1.2 建立叶轮流场计算模型

本文将混砂车搅拌系统的三维参数化模型建立了起来，使用的工具软件是Pro-E软件，具体情况见图1。在混砂车搅拌系统的三维参数化模型共有三个主要部件：上下叶轮、挡板和搅拌罐，并包括一些其他的零部件。在AN-SYS/Workbench中导入该模型，并使用网格的形式来划分搅拌系统。

2 模态分析理论

混砂车搅拌叶轮流固耦合模态分析的理论基础包括叶轮结构系统的动力方程、叶轮模态分析的数学模型、叶轮预应力模态数学模型3个方面。

①叶轮结构系统的动力方程：作为一种多自由度系统，可以用位移法建立搅拌叶轮的动力方程。立足于弹性结构，推导各单元运动的微方程组，从而将叶轮结构系统的运动为方程构建出来。具体方程为Mδ″+Cδ′+Kδ=F[3]。

②叶轮模态分析的数学模型。自由振动指的是在没有外部荷载的情况下，系统由初始状态开始振动，以此为依据建立叶轮系统的运动微分方程，具体方程为Mδ″+Cδ′+Kδ=0。结构的固有特性受到实际工程结构中的阻尼是比较小的，因此可以对阻尼进行忽略，忽略阻尼之后的系统运动微分方程为Mδ″+Kδ=0。通过对该方程进行变换和求解，能够将固有频率ω的2n次代数方程式构建出来，也就是ω2n+a1ω2（n-1）+…+an-1ω2+an=0。再对该方程式进行求解，就能够将混砂车搅拌叶轮，结构各节的固有振动振型和频率（ωi）计算出来。

③叶轮预应力模态数学模型。在工作的过程中搅拌叶轮必然会受到各种荷载、重力、流体作用和离心力的影响。偏离平衡位置的叶片在离心力的作用下，又会重新返回平衡位置。预应力模态指的是充分考虑模态受到的重力、流体作用力、叶片离心力的作用而建立起的模态，叶轮预应力模态的数学模型是Mδ″+Kδ=QC+MCδ。

3 混砂车搅拌叶轮流固耦合模态分析的结果

立足于有限元模型，并使用AN-SYS/Workbench对，混砂车搅拌叶轮进行静态模态分析。叶轮承受重力、离心力和流体作用力载荷的情况被称为叶轮流固耦合场作用，在该作

用下分析叶轮的预应力模态。在预应力情况下各压裂液粘

度与密度数据在预应力情况下，结合实际设定混合液粘度

是0.1Pa·s、搅拌混合液密度是1150kg/m3，叶轮转速是

300r/min[4]。

表1是考虑流固耦合预应力模态和叶轮静态模态的前十阶振型和前十阶固有频率的最大值，其中预应力模态阵型最大值用Ay表示，静态模态振型最大值用A表示，预应力模态固有频率用fy表示，静态模态固有频率用f表示。

图2是叶轮静态模态分析前十阶振型图，图3是叶轮预应力模态分析前十阶振型图。

通过分析可以发现，表1中的搅拌叶轮明显受到了流固耦合的影响，固有频率增大的是搅拌叶轮的前 6 阶，从第 7 阶开始逐渐减小。对比各阶的频率差异发现，前4阶受到的流固耦合的影响相对较小，而第5阶之后的阶次（含第5阶）受到流固耦合的影响较大。根据数值可以看出，表1中的预应力模态固有频率和搅拌叶轮静态模态固有频率之间并无较大的差异，叶轮固有频率受到的流固耦合场的影响并不大。与未考虑流固耦合场时比较，对流固耦合场进行考虑之后，第3阶的振型最大值出现了缩小，而其它阶均有所增大。叶轮的前4阶在不考虑流固耦合影响时，以上叶轮振动为主，下叶轮振动主要体系在第5阶之后。而对流固耦合场进行考虑之后，在表现形式上叶轮总体振型并未出现较大的变化[5]。

通过分析可知，预应力模态的固有频率与叶轮的静态模态之间的差距较小，混砂车搅拌叶轮固有频率受到的重力、离心力、流体作用力等载荷的影响并不大，这些载荷作用也并不会导致搅拌叶轮振型最大值出现较大的增幅。

4 结语

作为混砂车上的一个关键部件，搅拌叶轮对于混砂车的整体性能有着直接的影响。如果在搅拌混砂的过程中，搅拌叶轮产生了一定的振动，必然会缩短搅拌叶轮的使用寿命。当搅拌叶轮的固有频率和混砂搅拌过程中的振动频率相似时，还可能出现共振的情况。本文对混砂车的搅拌叶轮流固耦合模态进行了分析和研究，研究结果显示在重力、离心力和流体作用力等载荷的作用下，混砂车的搅拌叶轮并不会出现振型最大值明显增大的情况。

参考文献

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[3] 桂晓澜，周岱，李俊龙.基于计算流体动力学法的风场模拟和流/固耦合问题[J].上海交通大学学报，2012（01）.

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混凝土搅拌车毕业设计篇4

混凝土搅拌站铲车、微机、搅拌车操作员岗位职责

今日，为大家介绍混凝土搅拌站中铲车司机、微机操作、生产值班员以及搅拌车司机岗位职责。希望能对各位搅拌站站长管理有所帮助！

⑴铲车上料司机岗位职责

负责按搅拌站、试验室指定料堆及时、准确、对仓号上料。随时关注砂、石含水率和砂中含石量变化情况，及时与生产值班员和搅拌站、试验员沟通，以便搅拌站试验员据息检测和及时调整施工配合比。

⑵微机操作员岗位职责

负责按《混凝土施工配合比通知单》及时准确将各项材料数据输入，并接受试验员旁站核对。负责按搅拌程序准确操作，随时观察、关注监视器实况和计量系统计量准确度，发现问题及时与生产值班员和搅拌站试验员沟通，以便及时采取纠正措施。

⑶生产值班员岗位职责

负责对混凝土搅拌站现场的各岗位生产人员、装运机械进行合理调配。负责收集各岗位及浇筑现场的反馈意见，及时与搅拌站试验员协调，共同分析混凝土拌和物出现异常的原因和采取有针对性的措施予以解决。

⑷搅拌车司机岗位职责

负责安全、迅捷、准确地将混凝土运送到浇筑地点。在混凝土搅拌运输车装运混凝土前，负责对搅拌运输车进行认真检查，料车内壁必须清理干净，其内不得存有积水。每天装运混凝土工作结束后或卸料时间超过30min时必须清洗车斗。混凝土运送到浇筑地点后，负责关注、收集混凝土拌和物入模坍落度和和易性情况，并及时向生产值班员和试验员反馈。

搅拌车司机职责篇5

为了加强混凝土罐车司机的工作责任心，提高服务质量和车辆的使用率，公司特制订如下混凝土罐车司机职责。

一、本站及外租的所有罐车统一由调度室安排任务，驾驶员接到

任务后，不得以任何理由拖延或不出车。派出的车辆必须对客户热情，服从客户安排，不得无理刁难客户。

二、每位司机在无任务或离车较长时间内且车内无砼时，必须熄

火在司机侯车室待令，以节约能源和保护环境，望各位司机自觉遵守。

三、罐车有任何问题都应及时报告调度室或车队长并对车辆进行

维修，以保证调度室能重新调度运输车辆，确保对客户砼的供应。车辆修好后及时到调度室报到，以便于新的工作安排。

四、驾驶员在没有安排任务的情况下，要积极跟车熟悉各工地运

输路线。如遇特殊情况，交班驾驶员应将接班驾驶员带至运砼工地。

五、各罐车在站内搅拌机下接砼时要列队依序等候，听从现场调

车人员的安排。驾驶员在装料、卸料的过程中禁止插队。

六、罐车装料前，应将搅拌筒反转，倒出罐内的杂物和水，以确

保混凝土的质量。

七、为保持车容车貌，在施工过程中水泥沾罐清洗困难，驾驶员

应在砼输送车罐的尾部、后车架抹上干净机油，送货完后，以便清洗。

八、混凝土输送车在搅拌站装运混凝土时，听到拌合操作室指令

信号（电铃）方可离开。并向发票员领取混凝土的送货单、等级标识牌，并将标识牌放于驾驶室挡风玻璃左下角，弄清送货地点、施工单位、浇筑部位，避免搞错送货单位，错送不同强度的砼。车辆返回时，必须把运货单交给开票室。

九、驾驶员要保证混凝土及时、快速、安全地送到用户施工现场，不能超过1小时卸货。必须做到遵守交通法规，行车速度控制在60公里以内（以免轮胎阻力过大引起发热爆胎），做到礼让三分安全行驶。

十、到达送货地点，进入施工现场，必须下车观察道路和卸货场

地是否畅通无阻，如有不安全因素影响卸货，应及时向施工单位现场负责人提出，等解决处理后再驶入卸货。如因场地原因不能卸货，应及时打电话向调度员汇报情况。

十一、卸货完后，填写好到达工地时间、卸货时间、卸完时间，找工地指定负责人签认送货单。若因客户计划不周，而又签单认可后余下的砼，客户不需要时，必须载回本站，同调度室、试验室和生产部共同处理。

十二、驶离工地前，必须检查卸料输槽是否固定、车轮是否完

好、拌料罐是否在正转位置，一切正常再返回搅拌站。

十三、车辆进入本站时，车速应该控制在10公里/小时以内。

十四、驾驶员在执行运输任务期间未经调度室同意，不得自行

停车休息。

十五、当班驾驶员在执行运输任务时，不得因吃饭而长时间在车下滞留。

十六、运输过程中，遇有突发事情，调度室在不影响任务执行

而调换驾驶员，任务人不得以任何借口拒绝。

十七、因车辆故障需要维修，或发生道路交通事故，应按交通

法规程序进行处理，保护好现场，及时向调度室反馈情况，经领导决定后，根据现场情况再作报警处理，如有人员受伤首先抢救伤员。

十八、严格执行公司的相关规定；

十九、严格遵守交通法律法规，严禁违章驾驶；

二十、按规定对车辆进行检查与保养，发现问题及时报修；二

十一、确保按《商品砼供应单》上的指定工地安全、文明、及

时地把混凝土运到指定工地；

二十二、按《商品砼供应单》上的强度等级做好标识，按规定领

用后掺外加剂保证随车携带不小于2/3桶的后掺外加剂；

二十三、必须保证所装运的混凝土在2小时以内完成卸料，遇延

误混凝土卸料的意外情况，必须及时上报，严禁砼凝罐；

二十四、无条件服从车队长及站内调度和现场调度的安排；二

十五、完成上级交给的其它工作。

任职要求：

1、高中及以上文化程度最佳

2、持有B2照及以上、从业资格证，五年以上双桥车实际驾龄，1年以上罐车驾龄优先

3、工作责任心强，工作细心严谨。

4、无嗜酒、赌博等不良嗜好，无重大交通事故记录。

5、对车辆的结构和原理有一定程度的了解，有排除简单故障的能力

6、驾驶技能熟练，能很好的掌握并执行国家交通道路法律法规

7、具备一定的混凝土常识，有能力对其外观质量特征进行识别

搅拌车租赁协议书篇6

签订时间：

签订地点：

甲方：(以下简称甲方)

乙方：(以下简称乙方)

为了明确甲、乙双方的权利和义务，本着公平公正、互惠互利的原则，经过双方共同友好协商，达成共识，特签订本合同，具体条件如下：

一、车辆的管理

1、乙方搅拌车人员必须服从甲方管理，必须遵循甲方的相关管理制度，车辆由甲方统一安排，统一调度。

2、乙方在甲方公司内外都是甲方的形象标。乙方工作人员在甲方公司内或在甲方客户的工地上，不得从事任何有损甲方公司形象的行为。

3、乙方车辆、人员如需外出或其他特殊情况，事先必须证求甲方的同意，否则影响甲方生产而造成的损失由乙方负全部承担。

二、双方责任

1、甲方责任

甲方为乙方提供免费办公场所及食宿，且应及时安排、送达。

2、乙方责任

2.1乙方搅拌车必须服从甲方生产统一调度。

2.2乙方不得损坏甲方公司及工地财产，如有损坏照价赔偿。

2.3乙方车辆燃油费、维修、保养等一切车辆相关开支由乙方负责，与甲方无关。

2.4乙方所提供的搅拌车商业险必须购买100万三责及不计免赔。

三、结算原则及方式

1、目前混凝土搅拌车租赁价格按方计算，每立方价格19元。搅拌车运距限为小池镇范围5公里内，超出5公里甲方补偿乙方1元/方。每车不足12立方的按12立方结算。搅拌车出厂及返厂2小时内按上述结算方式结算。超过2小时后，每小时另加100元燃油费，但发货单必须有工地的超时签收依据(外调必须跟工地协调好)

2、每车每月保底方。

3、每月结算方量时，由乙方在每月x日之前与甲方核对上月方量，对清数目后甲方在每月x日之前付清上月款项给乙方。如甲方未能按照约定在每月x日前付清乙方上月费用，乙方可以停止向甲方提供搅拌车，且停止后，甲方必须付清乙方的所有应得费用。

四、其他

1、乙方搅拌车运输车每月应有两天的维修保养时间。(但不得影响甲方生产)

2、本站方量以本站4台车为主。

3、合同自签订之日起生效，有效期至20xx年x月x日。

4、和协议一式份两份，双方各持一份，经双方签字或盖后生效。

单位名称(盖章)

单位名称：(盖章)

甲方代表人：

乙方代表人：

电话：

签订日期：20xx年x月x日

混凝土搅拌车毕业设计篇7

2004年投入使用的1台MC-75型混砂车截止到2013年1月共完成压裂施工1 304井次, 累计工作2 300h。从2011年起, 随着压裂工作时间增加, 各种化学药剂的腐蚀和压裂砂浆的冲刷, 混砂车搅拌器内壁陆续出现了锈蚀、渗漏等现象, 经修补可勉强使用。2013年初, 又出现了大面积渗漏现象, 无法焊补, 只能更换部件恢复。

MC-75型混砂车为进口设备, 国内无备件, 从国外进口费用高、时间长。因此, 决定采用逆向设计的思路自主制作混砂车搅拌器。

二、资料收集和方案制定

混砂车的搅拌器安装在靠近底盘车的后部是一个工作容积为1.25m3的圆柱形罐, 采用罐中套罐结构, 罐中间装有叶轮, 通过液压马达驱动对压裂液和压裂砂等压裂料进行搅拌, 其主入口和排污口由法兰连接, 主出口由卡箍连接, 内有液力驱动的涡轮搅拌叶轮。

采用定制加工存在的问题:没有加工图纸;罐体连接部位不规则, 难以测绘;搅拌器罐体与混砂车的安装无法准确定位。

采用逆向设计的方法可以完成混砂车搅拌器的重新设计、制造。所谓逆向设计也叫反求工程, 是对现有的产品实物采用激光扫描和点采集等手段, 获取产品的三维数据和空间几何形状, 把获取的数据通过计算机专业设计软件设计成图纸, 用于生产制造的过程。

从逆向设计的要求出发, 首先对混砂车搅拌器从能量、物料、信息与环境4个方面进行了宏观分析, 搅拌器安装位置在靠近底盘车的后部, 自身无需动力和能量。其外形是一个工作容积为1.25m3的圆柱形罐, 承载介质为砂浆、化学支撑药剂等压裂液。搅拌器运行对周围环境因素如温度、湿度、防尘、防爆、防磁等无特殊要求, 其运行时仅对坏境略有噪声的影响, 无需特殊防护。

其次对混砂车搅拌器的工作原理、结构分析、设计思想等方面进行了如下分析。

1. 原理方案分析

搅拌器的主要工作原理是通过液力驱动的涡轮搅拌叶轮保证压裂介质在高砂比砂浆的情况下能完全和连续地混合。

2. 结构分析

搅拌器采用罐中套罐的结构, 具体工作形式是吸入泵吸入液体从侧面进入罐中, 并在外腔中切向流动。当液体在外腔中循环结束后, 通过内腔外壁上的径向孔进入内腔, 并与输砂器输来的支撑剂充分混合。搅拌系统安装在搅拌器的中心, 它能完全不断地将砂浆搅拌成匀质的混合液。排出砂泵从内腔底部吸入混合液并排到排出管汇中。

3. 设计思想

需要制造一只新的混砂车搅拌器, 以替代原有搅拌器。在保证原有功能的前提下, 不改变原有结构、形状、外形尺寸、安装位置及接口合缝。

三、方案实施

1. 数据采集处理

逆向工程设计就是采用实物模型通过数量采集取得适型数据, 提取模型参数。通过模型重构进行设计, 具体流程如下:实物→三坐标测点系统→提取几何特征→三维重构→二维图样 (工程图) →加工零部件 (产品) 。

首先, 采用三坐标测点系统对混砂车搅拌器进行实物测绘, 对其表面进行数字化采集, 再将数据运用专业制图软件进行去噪点、数据插补、数据平滑、数据光顺、点云的重定位整合等数据预处理。

对搅拌器能直接测绘的零件可用手工画出图纸。

然后, 对搅拌器中不便测量部位应提取坐标, 为后续三维重构提供基准, 如图1所示部件。

2. 绘制加工图纸

根据三维图样, 自动生成所需的二维图样图2。

3. 确定制造工艺

通过探求搅拌器加工过程和关键工艺, 在保证产品精度的基础上确定新搅拌器采用卷管焊接工艺制作。制作完成后搅拌器各连接口和焊缝部位要进行水密封试验。