混凝土搅拌车搅拌实验系统仿真设计机械制造专业.doc

混凝土搅拌车搅拌实验系统仿真设计 摘要：混凝土搅拌运输车是用于解决商品混凝土运输的运输工具。它兼有载运和搅拌混凝土的双重功能，可在运送混凝土的同时对其进行搅拌或搅动，因此能在保证输送的混凝土质量的同时适当延长运距(或运送时间)。所以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。而我国混凝土运输车起步较晚，到70年代才开始试生产。目前，搅拌运输车的理论研究及生产在我省及整个西北地区均处于空白。因此搅拌运输车的理论研究及开发势在必行。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。本论文基于物料在螺旋叶片上的搅拌出料机理对螺旋叶片的工作原理、主要技术参数进行理论分析和计算，同时对前锥段、后锥段的螺旋叶片进行展开设计；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 Design of the Structure of the Truck Mixer and Digital Simulation of its Hydraulic System 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 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