毕业设计（论文）-10立米混凝土搅拌运输车设计.doc

沈阳建筑大学毕业设计10立米混凝土搅拌运输车设计交通与机械工程学院 机械08-5班 蔡硕 男指导教师 高凤阳 教授摘要受益于国家基础设施和保障房建设，预计2012年商品混凝土将增长30%以上。主要是因为国家政策要求城市建筑工地禁止现场搅拌，并且监管日益严格。混凝土机械发展前景良好将推动该产业的快速发展，公司面临行业发展良机并且混凝土搅拌车使用寿命一般只有3、4年，更新较快。在目前建筑施工中，商品混凝土已得到广泛的应用，商品混凝土运输车的应用使得以前那些为人工进行，费时耗力，施工进度较慢的状况得到改善。本题目是设计一种商品混凝土运输车，使得在施工过程中省时省力，降低成本，在运输的过程中同时完成混凝土搅拌的目的，并且是混凝土达到建筑施工的要求。本商品混凝土运输车由车底盘，液压驱动装置、混凝土罐体和上下料装置组成。 关键词：商品混凝土运输车；搅拌筒；汽车底盘；减速机；马达；油泵Abstract The demand of commodity concrete benefit from national infrastructure and security room construction expected to increase by more than 30%.The main reason is that Public Policy forbids the use of job site mixed mortar in city construction site and supervision of that is increasingly strict. Good prospect of concrete machinery will promote the rapid development of the industry.Whats more,service life of concrete mixers is usually only about3 or 4 years and update fast.The industry companies face good opportunity of expanding. In the present construction, concrete products has been widely applied.The application of commodity concrete mixers improved the situation of manual labour,time-consuming ,litigation and slowly construction.This topic is about concrete mixers for the purpose of saving time and strength,cost reduction, competing the concrete mixing in the process of transportation and achieve the requirements of concrete construction. The concrete products by car chassis, hydraulic vehicle drive device, concrete tanks and up-down material device component. The design contents include:1. The whole organization layout design. 2. Vice frame system design. 3. Hydraulic drive system design, 4. Up-down material system design.In the process of computation,the geometry of the main cylinder volume and the design of the effective volume calculation is given priority.The geometry capacity is 13.59 m and effective volume is 8.08 m.At the same time,it requires to make sure car chassis, deceleration machine, motor and oil pump and models according to construction requirements.It determines to choose isuzu add heavy automobile chassis, osama PMB 7 cp type reducer, A4VTG71 oil pump and AA2FM63 motor.Key words: commodity concrete truck; Mixing tube; Automobile chassis; Reducer; The motor; Oil pump目录第一章 绪论11.1 前言11.2 混凝土的拌制及机械设备11.3 我国混凝土搅拌运输业发展现状1第二章 混凝土搅拌运输车结构及工作原理42.1 混凝土搅拌运输车的结构形式42.2 混凝土搅拌运输车的组成及工作原理52.2.1 取力装置52.2.2 液压系统52.2.3 减速机52.2.4 操纵机构52.2.5 搅拌装置62.2.6 清洗系统62.3 混凝土搅拌运输车特点6第三章 混凝土搅拌运输车总体参数设计73.1 方案的确定73.1.1 混凝土搅拌运输车的装载容量73.1.2 运送混凝土质量的性质73.1.3 混凝土搅拌运输车的工作制度及使用寿命73.2 混凝土搅拌运输车底盘的选择83.2.1 选择原则83.2.2 混凝土搅拌运输车底盘的确定8第四章 混凝土搅拌运输车搅拌筒设计94.1 搅拌筒整体的设计94.1.1 设计宗旨及依据94.1.2 搅拌筒的构造及工作原理94.1.3 搅拌筒结构设计114.2 具体结构的设计124.2.1 具体结构的设计原则124.2.2 螺旋叶片设计134.3 搅拌筒筒体的尺寸确定164.4 验算筒体的有效容积184.4.1 搅拌筒重心计算184.4.2 搅拌筒有效容积的计算19第五章 进出料装置设计235.1 进出料装置设计原则235.2 进出料装置组成235.3 进料部分尺寸确定24第六章 支撑装置设计266.1 副车架材料的选择266.2 支承车架的选择26第七章 驱动装置设计287.1 减速机选择287.2 液压系统28第八章 供水系统和操纵系统设计368.1 供水系统368.2 操纵系统36第九章 混凝土搅拌运输稳定性分析389.1 混凝土搅拌运输车底盘技术参数389.2 混凝土搅拌运输车的载荷状况389.3 混凝土搅拌运输车的行驶稳定性399.3.1 纵向行驶稳定性399.3.2 横向行驶稳定性409.4 影响混凝土搅拌运输车行驶稳定性的因素409.4.1 车辆轴距409.4.2 重心位置409.4.3 搅拌筒的转速和旋向419.4.4 车辆的行驶速度和转向半径429.5 提高混凝土搅拌运输车行驶稳定性的措施429.5.1 旋向的设计429.5.2 搅拌筒的安装角度429.5.3 改进搅拌筒的结构形式43第十章 经济技术性分析4410.1 技术性分析4410.2 经济性分析44参考文献47致谢48附录一 附录二 5110立米商品混凝土搅拌运输车设计第一章 绪论 1.1 前言建筑用混凝土泛指采用各种骨料和粘合剂按一定配比经混合均匀后入模振实固化成形的物体。混凝土的拌和料一般为水泥和砂、石等骨料，加水按一定的比例配合而成。这种拌和料在搅拌后的短暂时间内，处于一种塑性流动状态，可以根据设计的需要，将它浇注成各种形状和大小不同的建筑构件，浇入模内的混凝土，由于水泥和水产生反应而不断硬化，其强度等有关性质很像天然的石块，所以一般也有人称混凝土是人造石。混凝土虽然容重较大，容易产生收缩裂纹，但由于它容易制成任意形状的构件，抗压强度大，与少量钢筋配合能制成抗弯、抗拉的构件，造价低、耐火、抗渗。因此，混凝土是目前建筑工程中应用最广的一种材料，在国民经济中占很重要的地位。1.2 混凝土的拌制及机械设备商品混凝土工厂所需机械设备包括原材料预处理设备、原材料供给设备、原材料计量设备、混合料的搅拌设备、混凝土运输设备和施工工具以及各种实验设备。通常商品混凝土工厂的成套设备指的是“一站三车”，这是商品混凝土机械的主要设备。一站：即混凝土搅拌楼（站）。由其完成对原材料的预处理（并非所有）、供给、计量及对混合料的搅拌等，一般由计算机控制与管理。 三车：分别指混凝土搅拌运输车，由其完成混凝土自搅拌楼（站）至施工区的水平输送；混凝土输送泵或泵车，由其完成混凝土自施工区至浇注地点的水平和垂直输送； 散装水泥输送车，将散装水泥自水泥厂送至搅拌楼（站）的水泥筒仓。1.3 我国混凝土搅拌运输业发展现状预拌混凝土就是混凝土搅拌与使用分离，混凝土集中在搅拌站生产，然后运到工地使用，一个搅拌站可以为半径20km以内的工地服务。混凝土运输有如下特点：(1).专业性强。预拌混凝土的运输必须由专门的混凝土搅拌运输车来完成。混凝土搅拌运输车属于一种特种重型运输车辆，要求能够自动完成装料和卸料，运输过程中要对车内的预拌混凝土不停地进行搅拌，以保证预拌混凝土的质量。混凝土搅拌车除运送预拌混凝土外，一般不能他用。(2).服务性强。均衡性差。运输业本来就是一种为顾客提供劳务的服务性行业，混凝土运输更是直接为建筑工地服务，一切工作必须围绕用户(工地)的施工进度来安排。只要用户施工需要，就必须马上将预拌混凝土送到用户指定的地点，真正做到“二十四小时随叫随到”，不能提前，也不能推迟，否则不但将造成预拌混凝土的浪费，还会给企业的信誉带来负面影响。(3).时间性强。预拌混凝土生产出来以后一般必须在2h以内使用到工作面上(这个时间要求因预拌混凝土的型号不同而有所不同，个别特殊型号的预拌混凝土必须在20min内使用)，在此时间内搅拌不能停止，一个工作面完工前预拌混凝土的供应不能中断。这些要求必须一环扣一环地严格满足，没有“灵活掌握的余地。(4).运距短。一般合理的运距在20km以内。混凝土搅拌运输车整体而言增长幅度较大。由于我国汽车工业的整体实力所限，出口的混凝土搅拌运输车价格明显低于进口的。 以2010年为例，进口混凝土搅拌运输车平均单价为7.75万美元，出口混凝土搅拌运输车平均单价为 6.60万美元。表11 19972010年混凝土搅拌运输车产量（辆）年份产量同比增长19975511999510-7.4%20011062108.2%2003202590.7%20056504221.2%2007787520.8%201079070.6%表12 2010年混凝土搅拌运输车主要生产企业及产量（辆）企业名称主要车型产量安徽星马汽车股份有限公司2008唐山亚特专用汽车有限公司TZ5223GJB、TZ5140GJB、TZ5211GJB 等1002 辽宁海诺建设机械集团有限公司HNJ5250GJB、HNJ5290GJB、HNJ5380GJB 等813徐州工程机械集团有限公司760上海华东建筑机械有限公司HDJ5271HJB、HDJ5320HJB、HDJ5400HJB716中联控股集团有限公司603表13 20072010年我国混凝土搅拌运输车进口情况（辆）2007 年2008 年2009 年2010 年进口量金额/ 万美元进口量金额/ 万美元进口量金额/ 万美元进口量金额/ 万美元1811273508376969551514183240表 14 20012004 年我国混凝土搅拌运输车出口情况（辆）2007 年2008 年2009 年2010 年出口量金额/ 万美元出口量金额/ 万美元出口量金额/ 万美元出口量金额/ 万美元202642118923014461861228第二章 混凝土搅拌运输车结构及工作原理 随着混凝土生产和施工技术的迅速发展，在20世纪70年代后期，我国逐渐采用了 混凝土集中搅拌、商品化供应的方式，混凝土由专门的混凝土搅拌站提供，由混凝土搅拌运输车运送到各施工场所。随着国民经济的发展和国家对基础设施建设力度的加大，混凝土搅拌运输车的市场需求前景广阔。 2.1 混凝土搅拌运输车的结构形式 混凝土搅拌运输车主要组成为：具有自行行驶功能的标准直类汽车底盘装载并具有防止混凝土沉积离析功能的搅拌罐体；支撑搅拌罐体的前、后机架与底盘联接的辅梁； 搅拌罐体的动力驱动系统和操作系统。其结构形式如图21所示。搅拌筒被设计成梨形外观，与底盘大梁成1016。夹角安装，以增大有效装载容积。车辆在运送混凝土的途中搅拌筒以 2r/min 左右的转速不停地转动防止混凝土的沉积和离析。在运达施工现场后。将搅拌筒的转速提高到1416 r/min 搅拌12min，然后停止并操作搅拌筒慢慢反向旋转使混凝土均匀卸出。图 21 混凝土搅拌车2.2 混凝土搅拌运输车的组成及工作原理 混凝土搅拌运输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。其工作原理：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。因此，要求汽车底盘有足够的载重能力和强劲的输出功率：一般要求发动机要有230kW(300 马力) 以上的功率，装载量为67m的混凝土搅拌运输车需选用64载质量为15 t级的通用底盘，装载量为810 m的需选用双前桥84载质量为 20t级的底盘，而装载量为 1012 m 的则要采用64的牵引车加半挂车的方式。2.2.1 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，搅抖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。 2.2.2 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。 2.2.3 减速机 将液压系统中马达输出的转速减速后，传给搅拌筒。 2.2.4 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。 2.2.5 搅拌装置 它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，它是由优质耐磨薄钢板制成，为了能够自动装、卸混凝土，其内壁焊有特殊形状的螺旋叶片。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。搅拌筒的转动则是靠液压驱动装置来保证。装载量为68 m的混凝土搅拌运输车一般采用由汽车发动机通过动力输出轴带动液压泵，再由高压油推动液压马达驱动搅拌筒，装载量为912 m的则由车载辅助柴油机带动液压泵驱动液压马达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。2.2.6 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搅拌。清洗系统还对液压系统起冷却作用。 2.3 混凝土搅拌运输车特点 1.为确保搅拌车在运输预制混凝土过程中不发生离析，并能对干料实现搅拌，拌制出匀质混凝土，该车对叶片形状及其在搅拌筒内的布局上既考虑了对干料进行搅拌的作用，同时搅拌筒还安装了反螺旋叶片，进一步提高了搅拌能力。2.搅拌车使用方便，安全可靠。(1)搅拌车后部左右两侧和驾驶室内均设有控制搅拌筒旋转方向和转速的操作手柄，操作方便，安全可靠。(2)为便于卸料槽的放下和收起，锁紧装置内装有平衡弹簧，使卸料槽能在适当的位置固定。此外，卸料槽在左、右、后等方向可实现180旋转，以适应施工现场，实现不同方位卸料。 (3)搅拌车后部设有踏梯，并配有扶手，以保证上下安全。第三章 混凝土搅拌运输车总体参数设计3.1 方案的确定3.1.1 混凝土搅拌运输车的装载容量装载容量：混凝土搅拌运输车最主要的性能参数，是控制搅拌筒的几何尺寸，选用运输底盘形式如吨位确定搅拌筒的驱动参数和动力设备及传动系统参数的关键原始数据；斜置角：由搅拌筒装载容量、搅拌和卸料工作性能以及支撑性能等因素决定，它影响着底盘载荷分布和搅拌车进出料口位置；中间筒直径：由装载容量、桥荷分布、底盘宽度、后视视野和视觉美观等因素决定；前锥锥角：从搅拌筒斜置时前锥下母线与车架大梁平行的外形出发，一般取前锥锥角为斜置角的两倍；后锥半锥角：受制于搅拌筒装载容量、已定的中间筒直径、卸料性能和进料口高度位置；后锥锥口直径根据搅拌筒容量和进、出料速度确定；轴向总长度：依据搅拌筒的装载容量、斜置角、已定的中间筒直径和前后锥锥角计算获得；筒壁厚度：为减轻搅拌筒自重，按抗磨耗等寿命的原则。 3.1.2 运送混凝土质量的性质 混凝土的工艺性很强，不同坍落度的混凝土往往对搅拌装置的结构有不同的要求， 另外功率消耗和驱动调整上也有不同需要，因而，也影响了动力设备和传动系统的选择，在设计时必须予以区别对待混凝土搅拌运输车的工作制度及使用寿命。3.1.3 混凝土搅拌运输车的工作制度及使用寿命混凝土搅拌运输车的工作制度可以规定为两类，其区别在于混凝土搅拌运输车在运输中是对称料混凝土的搅动，还是对拌合料混凝土的搅动。运载底盘和搅拌装置在使用上应该一致，其大修更新期应一致，尤其对易于损坏的部件应事先选用有寿命规定和更换期限必须结构和材料选用上加以保证。整车成本指标是设计中应该满足的一项控制指标，同时还要考虑到机械对用户的经济效益，因此，在结构方案的拟定中应使机械尽量达到高效率、低消耗，做到操作简单、维修方便。3.2 混凝土搅拌运输车底盘的选择 3.2.1 选择原则 1.就地取材选择底盘要就地取材，尽量选用加重型底盘。2.要有良好的牵引性能汽车底盘技术性能的好坏，对混凝土搅拌运输车的影响很大，例如汽车底盘的牵引性能、行驶平稳性、灵活性与安全可靠性都与混凝土输送车有直接关系。3.要有良好的经济性混凝土搅拌运输车消耗的费用要少，要求底盘的价格要合理，还要求结构合理、质量可靠、耗油量低、维修方便且费用少。4.取力方便最早的混凝土搅拌运输车多采用独立发动机，随着液压技术的发展，大多数利用底盘发动机作为力源，底盘一经选定取力方式基本上随之而定。3.2.2 混凝土搅拌运输车底盘的确定JX8混凝土搅拌运输车是一种大型载重汽车，一般情况下作业环境比较恶劣，这就要求该车底盘载重量大，通过性好，牵引性能佳等特点。而且还应具备良好的经济性，我们本设计采用“五十铃（CLEARANCE 50）”汽车底盘。图 31 五十铃汽车底盘示意图第四章 混凝土搅拌运输车搅拌筒设计 4.1 搅拌筒整体的设计4.1.1 设计宗旨及依据该车搅拌筒采用梨型结构。搅拌筒是混凝土输送车的主要作业装置，其结构和形状直接影响混凝土的搅拌质量和输送状况以及进料和出料的速度。拌筒的几何容积与有效容积之比为0.50.65。此参数过大将影响搅性能。如果几何容积过大将造成整车体积庞大使通过性能下降，同时浪费材料，经济性不好。4.1.2 搅拌筒的构造及工作原理 拌筒的构造和各部分的功用：搅拌筒的绝大部分采用梨形结构，图41为结构示意图，整个搅拌筒的壳体是一个变截面而不对称的双锥体。搅拌筒的外形结构还包括通过拌筒中心轴线在底端面上安装着中心支承法兰，上段锥体的过渡部分还有一条滚道，它焊接在垂直于搅拌筒轴线的平面圆周上。整个搅拌筒通过中心法兰和环形滚道斜置在机架上，然后再固定在机架上行星减速器的法兰和一对支承滚轮组成的三点支承结构上，所以搅拌筒能绕其轴线平稳转动。在搅拌筒滚动圆周上部设有钢带护绕，以限制搅拌筒在汽车颠簸时向上跳动。在搅拌筒的上段锥体开口部位焊有两挡圈，主要用于卡住溜槽，另外搅拌筒内部结构包括：搅拌筒从筒口到筒底沿内壁对称地焊接两条连续的带状螺旋主叶片，当搅拌筒转动时两条叶片即被带动做旋转运动，这是搅拌筒对混凝土进行搅拌和卸料的基本装置。在搅拌筒的直径最大部分的两条主叶片间加装辅助搅拌叶片，以加强搅拌效果，在筒口部位沿两条主叶片的内边缘接着两条进料导管，其结构如图41所示：1.法兰 2.检修孔 3.搅拌筒壳体 4.滚道 5.挡圈 图 41 搅拌筒结构示意图进料导管与筒壁将筒口以同心圆形式分成内外两部分，中心部分的导管为进料口，混凝土由此装入拌筒，导管与筒壁形成的环行空间为出料口，从出料口的端面看它被两条主叶片分割成两半，卸料时，混凝土在叶片反向螺旋运动的顶推下从此流出。进料管有以下作用： （1）.使导管口与加料漏斗的泄孔紧密吻合，防止加料时混凝土外溢并引导混凝土使之迅速进入拌筒的底部。 （2）.保护筒口部分叶片和壁，使之免受加料时的冲击，以延长使用寿命，同时防止由冲击造成的叶片的变形和对卸料性能的影响。 （3.）导管与筒壁和叶片形成了卸料通道，可使卸料更加连续和均匀，改进了卸料性能。搅拌筒的工作原理与工作过程从搅拌拌筒的内部结构可知其工作原理是依靠筒体带动其中的两条主螺旋叶片对混凝土进行搅拌和卸料的，其搅拌和卸料性能与筒体的结构和螺旋主叶片有什么关系值得探讨。图42中斜线表示剖开部分的螺旋叶片，为螺旋升角，为搅拌筒轴线与底盘平面夹角。工作时搅拌筒转动混凝土因而与筒壁和叶片的摩擦力和内在粘着力而被转动的筒壁沿圆周带动起来，达到一定高度后必在自重作用下克服上述力而向下滑移。由于搅拌筒连续转动，所以混凝土即在不断地被提升而又向下跌滑的运动中同时产生沿叶片切向和搅拌筒轴向的复合运动，使混凝土一直被推到螺旋叶片的顶端。如果搅拌筒正转混凝土顺着叶片不断被推到筒的底部，到达筒底后又反向锥被推回来，这样混凝土得到搅拌。如果搅拌筒反转，叶片的螺旋运动方向相反，这时混凝土即被叶片引向筒口卸出，这就是所说的反转出料。根据搅拌筒的结构和工作原理可对输送车的工况作如下描述：装料，搅拌筒在驱动装置带动下作大约610转/分的正向转动，混凝土或拌合料经加料斗从导管进入搅拌筒，并在螺旋叶片引导下流向搅拌筒中下部。1.螺旋主叶片 2.进料导管 3.筒壁图 42 搅拌筒的内部结构 （1）.搅拌，在驶运途中或现场使搅拌筒在812转/分的转速下“正向”转动，拌合料在转动的筒壁和叶片带动下翻跌推移，进行搅拌。 （2）.搅动，对于加入搅拌筒的预拌料混凝土只需搅拌筒在运输途中作13转/分的低速正向转动，轻微搅动，以保证混凝土的质量。 （3）.卸料，搅拌筒以612转/分的转速“反转”。混凝土在叶片的螺旋运动顶推作用下向筒口方向移动以至流出筒口，通过固定和活动卸料溜槽，卸入混凝土泵的受料斗或其它转动容器。由上所述可知，搅拌筒的几何形状和尺寸，转速和转动方向等都是决定搅拌筒工作性能的主要参数。4.1.3 搅拌筒结构设计 整个搅拌筒是一个金属板材的焊接件，它的壳体和叶片都是钢板经模压成型后分段焊接而成。为了满足机械强度、使用寿命和工作性能等方面的要求，在其结构设计中，除进行必要的强度设计外，一些具体结构形式还要结合具体的工作条件和工作特性来设计。强度设计和材料选择 JX8混凝土搅拌运输车的搅拌筒采用梨形结构，是一个两端支承的变截面空心壳体而且内部又有焊接螺旋形叶片。工作时受筒体自重和盛载混凝土总质量产生的弯矩作用，以及回转驱动而引起的扭矩的作用，由于混凝土在搅拌筒内的流态呈现不规则、无规律变动，又由于混凝土性质不同，所以这种外载荷也是变化的。另外，搅拌筒在行驶时还要产生较大的动载荷。可见，拌筒无论是从结构上还是受状态上都是比较复杂的。目前，企图利用力学方法进行精确的强度计算还有一定的困难。因为到目前为止妨碍这种设计计算准确无误的因素尚未揭示。现在，我们国内都是按简化的受弯扭组合作用的空心筒进行粗略的强度计算，然后通过结构实验对上述实验结果进行修正。或以类比、仿形法进行设计，然后进行粗略的强度验算和实验修正。 另外，由于抗磨损是搅拌筒筒壁的主要矛盾。通过按抗磨损寿命或实验所确定的筒壁材料和厚度往往大于强度条件所要求的。故我们采用调研及查阅有关资料确定材料、厚度、焊接尺寸，以节省时间用在考虑如何对螺旋叶片下料的问题上。为了尽量减轻拌筒自重，增强抗磨损能力以延长使用寿命。现在一般都使用高耐磨合金板制作拌筒壳体和叶片。故此我们选用 16Mn 作为拌筒和叶片的材料。4.2 具体结构的设计 4.2.1 具体结构的设计原则 （1）.为尽量减轻拌筒自重，壳体和叶片厚度都按抗磨耗等寿命原则进行设计。为此我们根据筒各断在磨损时的磨损程度不同以不同厚度的钢板焊接。拌筒中、底断因混凝土对筒壁压力较大，搅拌最剧烈，磨损也较严重，因而底断厚度设计为5mm，中段选用5mm的钢板，而前段主要用于卸料不经常与混凝土接触，混凝土压力也较小，磨损小，也可采用5mm厚的钢板。而且叶片的厚度也为3mm。 （2）.搅拌筒底端面要安装中心法兰，其承受压弯矩、扭矩等十分复杂的外力作用，故须用内锥和外锥以加强。 （3）.搅拌筒口外部加焊环形翼缘，以增强该处筒壁的刚度。 （4）.在拌筒底段的叶片一般做成平面截面，并与筒壁垂直焊接；而中段本次设计选用叶片截面为弯曲形的。其弯曲的凹面弯向卸料端，此种设计可使磨损减小，提高搅拌效率，也有利于改善卸料性能，但增加了制造上的难度，这是不足之处。 （5）.筒口部分的叶片在联接中过渡平滑，焊缝处理平整，以防止结垢造成堵塞，影响卸料。 （6）.卸料口叶片终端应加装辅助叶片，其作用是加快卸料速度，减少出料时间，特别是低坍落度混凝土的出料，另外也可使卸料更加连续均匀、平稳而不造成飞溅。4.2.2 螺旋叶片设计 混凝土搅拌运输车之所以具有搅拌和卸料等工作性能主要是因为其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线方向和切向方向产生复合运动的结果。因此，这两条叶片的螺旋曲线直接影响搅拌筒的工作性能要求和混凝土的性质等有关因素，恰当确定叶片曲线的形状和具体参数。 下面我们就从研究叶片螺旋升角与混凝土在搅拌筒内相应运动状态入手，了解叶片曲线参数和工作性能之间的关系，以寻求比较合理和实用的螺旋曲线及具体参数。图43中角即叶片曲线围绕搅拌筒轴心的螺旋升角，现在可知：当叶片曲线的螺旋升角大小不同时混凝土在搅拌筒中的运动状态是变化的，得知这一关系是设计的关键。当角很小时，叶片几乎与搅拌筒垂直，混凝土在转动的搅拌筒中轴向运动非常微小，近乎于只作沿筒壁的切向跌滑，在这种情况下，不但搅拌作用很弱，而且也不具备实际的卸料能力。随着角的逐渐增大，混凝土沿搅拌筒轴线方向的运动分量逐渐提高，因而叶片的搅拌能力和卸料能力都得到加强，当具有一定强度的轴向和切向的复合运动时，即可实现预期的工作性能。但从螺旋运动原理推知：随着角的增大，混凝土沿叶片的滑移磨损阻力也相应增大，达到一定程度就容易造成混凝土在叶片上的淤积，使其运动受阻，这不但使搅拌效率下降，尤其是在卸料时由于淤积而造成阻塞，从而使卸料发生困难，影响出料量。当角趋于90时，叶片与搅拌筒轴线近乎平行，此时叶片对混凝土类似自落式搅拌，几乎没有轴向的推移作用，从而丧失卸料作用。 从以上分析可以看出，叶片曲线的螺旋升角决定混凝土在搅拌筒内沿轴向或切向运动的强度，从而影响着搅拌和卸料性能。当角较大或甚小时，叶片的工作性能都较差甚至失去搅拌和卸料能力。那么，为保证搅拌质量和卸料速度，究竟选择多大的螺旋升角较好，以上分析只是定性地结出了我们一种趋向或范围。另外，螺旋升角的确定还受混凝土性质（不同坍落度的混凝土，其内部粘合力与叶片筒壁等的磨擦系数不同，因而表现出不同的运动阻力）和搅拌筒的斜置角度等的影响。目前，从理论上确定还有一定的困难。实验结果表明：当搅拌筒的斜置角度=1620左右时，对于搅拌工作一般可使叶片曲线的螺旋升角=30，对于卸料结构在工作时则视混凝土的性质而定，一般都使30，对于坍落度低于5cm的干硬性混凝土甚至要求15。搅拌和卸料性能对于叶片曲线螺旋升角要求的这一差别是设计中的一个矛盾。如何在上既做到在结构参数上区别对待，又做到在工作性能上的统一，是需要进一步解决的。 如果仔细观察拌筒的工作过程，我们可以发现，虽然搅拌筒中的连续螺旋叶片在工作中沿整个长度上都对混凝土起到推动和引导作用，从而产生搅拌和卸料效果。但在不同工作部位，其工作性质都不相同，因此可根据实际工作情况将整个搅拌筒大致划分为两个不同的工段，上部锥体如长颈部分为卸料引导区段，这里的锥形筒体和螺旋叶片主要在搅拌筒反转时引导混凝土实现卸料；而搅拌筒具有较大直径的中下部分则是搅拌区段，进入搅拌筒的混凝土主要在这里受到搅拌。根据这一划分，实际上提供了一个确定螺旋曲线形式和参数的原则，即可以按功能区段适当选用螺旋叶片的曲线参数，着重满足该段的主要工作性能，选择复合这一特点的螺旋曲线形式。 目前，在混凝土输送车中采用两种实用叶片螺旋曲线形式：阿基米德螺旋曲线和对数螺旋曲线。下面我们讨论一下两种曲线，阿基米德螺旋曲线即等螺距螺旋线：该种曲线叶片的特点是：螺旋环绕筒壁的叶片在搅拌筒轴线方向上的间距保持不变，但叶片的螺旋升角随搅拌筒横断面的直径成反比例变化。图42就是按这种曲线 形式设置在梨形搅拌筒内的螺旋叶片。从中可以看出如果叶片曲线的螺旋升角按搅拌区段工作要求选定，则叶片进入卸料区段其螺旋升角将随搅拌筒断面的收缩而越来越大，这是与前面分析结果背道而驰的，因而可能使卸料性能变坏。如果按卸料区段的工作要求选择叶片螺旋升角，则搅拌区段叶片螺旋升角将过小可能无法保证搅拌质量。因而在采用阿基米德螺旋线为叶片曲线时易出现难以兼顾搅拌和卸料性能的局面。早期生产的混凝土搅拌运输车采用这种性能的曲线形式的叶片，一般都使搅拌区段的螺旋升角=30，这对于坍落度在5cm以上的混凝土尚可适用。目前，一些小容量的混凝土输送车上仍有应用。 对数螺旋曲线即等升角螺旋线：这种叶片的螺旋升角始终不变，螺距能随搅拌筒直径成正比变化，虽然卸料区段的叶片间距较搅拌区段小。但设计适当并不影响卸料性能。采用这种螺旋曲线的叶片，选择适中的螺旋升角比较容易兼顾搅拌和卸料性能要求。此种叶片在大容量的混凝土输送车中采用较多。 为了输送坍落度更低的混凝土，进一步改善卸料性能，在设计新混凝土搅拌运输车时应使叶片在采用对数螺旋曲线的同时按前述要求划分功能区段的原则，在搅拌筒的不同工作区段，分别选用适当的螺旋升角，如可使叶片曲线在卸料端的螺旋升角从搅拌段30减小到 15。这固然使叶片的设计和制造安装复杂化，但由于真正实现区别适用不同工作性能的要求，从而使叶片可以达到比较理想的工作性能。这种已被广泛应用在大中型容量的输送车上。由上述可见，螺旋叶片的设计必须满足它的工作性能要求，根据其工作要求搅拌叶片应具有使混凝土连续流动的形状，经实践和理论分析证明，采用斜圆锥对数螺旋面作为螺旋叶片的形状较好。因为它是一种变距螺旋面，因而使得螺旋面各处的混凝土下滑性一致。设在搅拌筒的圆台侧面表面上有一条圆锥对数螺旋线，如下图43所示：图 43 螺旋叶片众始周知，螺旋角的最大值为90，当螺旋角趋近于90时，螺旋线的螺距则趋近于零。也就是说，值越大，在一定导程内螺旋叶片就越长。混凝土在这种大螺旋角的螺旋面上就越容易滑动。但不足之处是拌筒自重增加；相反，如果值越小，虽然会减轻自重，但螺旋面在工作点处的坡度变小，混凝土将不会沿着叶片表面朝螺旋面轴线方向滑动，而是在叶片上形成径向滑动，形成所谓无效滑动现象。就是说在搅拌筒反转时无法将混凝土卸出拌筒。 因此，设计螺旋叶片的关键之一就是对于确定了的拌筒选择合适的螺旋角和夹角使得在满足工作要求的前提下螺旋叶片的长度最短。和值的选择及叶片具体形状的设计： 怎样选出合适的和值？我们由经验选由 75按线性关系减小到 70（从筒里卸料区段开始），而我们选用了71。由于计算复杂，故我们采用计算机辅助设计！根据 CAD 提供的叶片生成程序，我们最终的到叶片的三维形象。图44搅拌筒内部叶片形成图 JC8 混凝土输送车叶片的参数和形状设计计算由辅助出料叶片的设计：由上节的具体设计中可知：必须设置辅助出料叶片。那么，如何设计呢？辅助出料叶片的设计是在两条螺旋主叶片的设计上得到的。它的叶片根部三维坐标，与搅拌筒在筒口前 90的螺旋主叶片的根部坐标相同，所不同的是叶片的高度和顶部坐标。为此，我们可先算 90时的尺寸值，也就是 (r+z )1/2 ,然后由 R-d（d 为叶片的高度），从而由x 坐标画出叶片的两端面视图。辅助出料叶片共有两条。4.3 搅拌筒筒体的尺寸确定 由于搅拌筒斜置在汽车上其轴线与混凝土平面有一定夹角（13）使得计算有效容积变得很复杂，而且计算量特别大，手算很难得出搅拌筒的理想尺寸。为此，我们利用计算机来完成这部分工作。 搅拌筒几何容积后锥段长 L1=1985 mm 中间段长 L2=1295mm 前锥段长 L3=1985 mm筒口直径 D1=1145 mm 中段直径 D2=2255 mm 前锥段直径 D3=1745 mm 拌筒斜置角为 11.5。图45搅拌筒尺寸V=V1+V2+V3其中1=1745mm,2=2255mm,3=1145mm,根据比例关系式得到(h1-1190)/h1=1745/2255解得 h1=11902255/510=5261.67mmV1=1/3(2/2)h1-1/3（1/2）（h1-1190） =7004658036-3245874630 =3758753406mmV2=（2/2）1295=5171931238 mm根据比例关系式得到(h2-1985)/h2=1145/2255解得 h2=19852255/1110=4032.59mmV3=1/3（2/2）h2-1/3（3/2）(h2-1985) =5368411375-702785188 =4665626187 mmV=V1+V2+ V3=3758753406+5171931238+4665626187=13.59109mm=13.59m4.4 验算筒体的有效容积 4.4.1 搅拌筒重心计算 搅拌筒的几何形状下的总容积 图46搅拌筒总容积 在 CAD 设计的辅助下，做三维试图得出搅拌筒的三维坐标关系，并求出筒体的重心坐标位置。CAD 输出结果如下：质量: 197182573.4634 体积: 197182573.4634 边界框: X: 0.0000 - 4700.0000Y: -1132.5000 - 1132.5000 Z: -1132.5000 - 1132.5000 质心: X: 2224.7627 Y: 0.0000 Z: 0.0000惯性矩: X: 1.6618E+14 Y: 1497757682423213 Z: 1497757682423145 惯性积: XY: 585.1814YZ: -0.0142 ZX: -0.4863 旋转半径: X: 918.0283 Y: 2756.0463 Z: 2756.0463 主力矩与质心的 X-Y-Z 方向: I: 1.6618E+14 沿 1.0000 0.0000 0.0000 J: 5.2179E+14 沿 0.0000 1.0000 0.0000 K: 5.2179E+14 沿 0.0000 0.0000 1.0000 4.4.2 搅拌筒有效容积的计算 搅拌筒工作状态下体积如图由 CAD 得出 图47搅拌筒工作状态总容积质量:6410 体积:6410 边界框: X: 93.2092 - 4764.5829Y: 4.9994 - 2512.7429 Z: -1127.5000 - 1127.5000 质心: X: 2227.1383 Y: 1302.4812Z: 0.0000惯性矩: X: 3.0770E+16 Y: 8.6570E+16 Z: 1.1015E+17 惯性积: XY: 4.2046E+16 YZ: 1.0044 ZX: 1.8506旋转半径: X: 1509.1429 Y: 2531.3485 Z: 2855.3403 主力矩与质心的 X-Y-Z 方向: I: 7191108939612988 沿 0.9744 0.2250 0.0000 J: 2.0216E+16 沿 -0.2250 0.9744 0.0000 K: 2.0216E+16 沿 0.0000 0.0000 1.0000 上述计算过程单位为 mm,转换为 m 后得到整体体积为 13.51 m 搅拌筒倾斜角度 13，这是测得罐体总有效容积。图48搅拌筒总有效容积质量: 8997778761.4238 体积: 8997778761.4238 边界框: X: 15180.1775 - 19825.0457 Y: -3109.5669 - -1524.0991Z: -1127.5000 - 1127.5000 质心: X: 17089.1791 Y: -2125.9511Z: 0.0000惯性矩: X: 4.4642E+16 Y: 2.6403E+18 Z: 2.6797E+18 惯性积: XY: -3.2593E+17YZ: -0.7051 ZX: 15.0031旋转半径: X: 2227.4239Y: 17129.9616 Z: 17257.4232主力矩与质心的 X-Y-Z 方向: I: 3867764804669246 沿 0.9939 0.1103 0.0000 J: 1.2664E+16 沿 -0.1103 0.9939 0.0000 K: 1.1328E+16 沿 0.0000 0.0000 1.0000 得出搅拌筒有效容积为 8.99 m。考虑搅拌筒