混凝土攪拌車新型螺旋線攪拌葉片的設計①

摘 要：基于微分原理，提出了攪拌筒葉片新的推導方法，推導了對數螺旋線與平方螺旋線，結合經驗，設計出一種新型的攪拌筒葉片曲線，與傳統對數螺旋線葉片進行對比，它的攪拌均勻性、出料速度和出料殘余率性能有很大提高，進一步建立了新型攪拌筒三維數字模型。

關鍵詞：攪拌車 對數螺旋線 混凝土 攪拌

中圖分類號：TU642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）04（b）-0022-03

近年來我國的混凝土攪拌運輸車需求量越來越大，然而實際運用中，混凝土攪拌運輸車在攪拌和卸料性能都存在很多弊端，而葉片是混凝土攪拌裝置中實現工作性能的主要部件，其設計是否合理直接影響混凝土攪拌和出料性能，為保證混凝土攪拌和卸料時的均勻順暢，混凝土攪拌筒葉片螺旋線型線和螺旋角的選擇至關重要。以往文獻大多介紹的是等角或非等角對數螺旋線攪拌葉片的設計方法，但對于不同螺旋線的數學規律還未作深入的闡述，雖然非等角對數螺旋線攪拌葉片在攪拌性能上已經有很大提高，但是在出料性能上還是存在出料速度慢、積料現象。為改善出料性能存在的不足，該文分析攪拌葉片的攪拌出料機理，突破傳統的對數螺旋線的推導方法，基于微分原理利用新的推導方法設計了一種新型螺旋線攪拌葉片。

1 傳統對數螺旋線攪拌葉片

從圖4和圖5中可以看出，由圖中對比得出，在攪拌筒轉角達到較大值時，物料處在出料階段，后錐段螺旋角一般取β= 76～77 °較為合適，但是對數螺旋線攪拌葉片的螺旋角是一個定值，會導致攪拌筒后錐段螺旋角偏大，出料時物料在葉片上滑動的斷面越小，容易積料，出料速度變慢，阻力矩和功率消耗也隨之增大；而平方螺旋線的螺旋角在攪拌的初始階段轉角θ比較小時，螺旋角β偏小，對初始攪拌筒攪拌和出料性能也會有影響；只有新型螺旋線攪拌葉片的后錐段螺旋角β隨轉角θ變化較平穩，而且在一定范圍越來越大，比較得出，新型螺旋線攪拌葉片的出料性能比傳統的螺旋型線更優越。

4 三維建模

根據各種螺旋線的方程，得出螺旋線上各點的坐標方程，生成前錐段、圓柱段和后錐段三段獨立的螺旋曲面，然后采用橋接曲面的方法將其連接起來，而且銜接處也比較光滑，對葉片的攪拌性能也不會產生影響。如圖5所示是傳統螺旋線葉片和新型曲線的三維模型對比，從圖中可看出新型曲線葉片在銜接處更平滑，前錐段呈螺旋上升趨勢也較平穩，螺旋角相比傳統螺旋線偏小，這有利于攪拌筒攪拌性能提高。由圖6中也進一步驗證了上節中模擬的曲線對比結果，得出新型曲線葉片后錐段的模型在小端處螺旋角變大，出料更為容易，葉片的整體性能也更優越（如圖6圖7）。

5 結語

利用微分方法，建立了對數螺旋線與平方曲線新的數學模型，進一步設計了一種新的攪拌筒葉片型線，并對三種螺旋線的出料性能和攪拌葉片模型作了對比。

參考文獻

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