搅拌输送车搅拌筒快速优化设计

ll 4 机 械设 计 与制 造 Ma c h i n e r y De s i g n Ma n uf a c t u r e 第 4期 2 01 2年 4月 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 2 0 4 一 O l l 4 0 2 搅拌输送车搅拌筒快速优化设计 术 余江鸿 姚齐水 李 涛 曾晓红 湖南工业大学 机械工程学院 株洲 4 1 2 0 0 7 长沙航空职业技术学院 长沙 4 1 0 1 2 4 Ra p i d o p t i mi z a t i o n d e s i g n f o r mi x i n g d r u m o f c o n c r e t e mi x e r t r u c k Y U J i a n g h o n g Y A O Q i s h u i L I T a o 2 Z E N G Xi a o h o n g C o 1 1 e g e o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g H u n a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y Z h u z h o u 4 1 2 0 0 7 C h i n a 2 C h a n g s h a Ae r o n a u t i c a l Vo c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l C o l l e g e Ch a n g s h a 4 1 0 1 2 4 C h i n a 摘要 搅拌筒是混凝土搅拌输送车的重要部件 拌筒叶片设计计算复杂 图纸绘制的工作量大 根据优化设计理论建立拌筒结构优化模型 对拌筒尺寸进行优化 基于 S o l i d Wo r k s中相应的特征绘制 函数进行二次开发 通过程序代码 实现特征的创建 将螺旋叶片在搅拌筒的不同部位进行分段 结合程 序运算每段数据 对螺旋叶片分别进行造型设计和拟合 最终得到两条准确的螺旋叶片 实际计算表明 本方法有效可行 实现了 通过拌筒的设计参数进行筒体和螺旋线的快速优化设计 关键词 拌筒 螺旋叶片 快速优化设计 A b s t r a c t T h e m ix i n g d r u m is a n i m p o r t a n t p a r t of th e c o n c r e t e m ix e r t r u c k w h i c h v a n e s are v e r y c o m p l i c a t e d i n d e s i g n a n d c a l c u l a t i o n w i t h a l a r g e a mo u n t of p l o t t i n g w o r k b e i n g i n v o l v e d F i r s t a d r u m s t r u c t u r a l o pt i mi z i n g mod e l i s b u i h i n a c c o r d a n c e wi t h t h e o pt i mi z i n g t h e o r y whi c h d i me n s i o n i s o pt i mi z e d The n f u n c t i o n c u r v e i s p l o t t e d b a s e d o n t h e r e l a t i v e c h aract e r i s t i c s i n S o l i d Wo r k s S O t h at s e c o n d ary d e v e l o p m e n t c a r t b e f u r t h e r d o n e a n d t h e c h a r act e r i s t i c s c r e ati o n i s r e a l i z e d t h r o u g h t h e p r o g r am c o d e T h e n t h e s p i r al v a Y i e i s s e g m e n t e d a t d if f e r e n t p art s of t h e d r u m and d a t a f o r e ach s e g m e n t a r e c al c u l at e d c o m b i n e t h e p r o gra m Me anw h i l e s t y l e d e s i gn and fit t i n g f o r t h e v a n e s i s m a d e r e s p e c t i v e l y t o acq u i r e t w o a c c u r a t e v a n e s fin al l y The a c t u al c alc u l ati o n i n d i c a t e s t h at t h e m e t h o d i s f e asi b l e a n d r a p i d o p t i mi z ati o n d e s i gn f o T d r u m a n d s p i r al h e l i c al c u r u e i s ach i e v e d t h r o u g h p aram e t e r s d e s i gn oft h e mi x i n g d r u m Ke y wo r ds M i x i ng d r um S pi r a l va ne Ra pi d o pt i m i z a t i o n d e s i g n 中图分类号 T H1 6 T V 6 4 2 文献标识码 A 1引言 昆 凝土搅拌车拌筒叶片线型通常采用等螺旋角对数螺旋 线 如何通过罐体设计参数与螺旋角来确定对数螺旋线的参数以 便生成具体线型是十分必要l 1 混凝土搅拌滚筒是混凝土搅拌运 输车用于装载 转运混凝土的重要部件 其搅拌叶片的性能也直 接决定了混凝土出料残余量及搅拌滚筒的振动特性 简体的结构 大多是两端锥体 前锥和后锥 中间圆柱体 后锥根据搅动容积 的大小由单锥或双锥组成目 螺旋叶片的设计根据国内外研究资 料和多年实践经验目前大多数采用文献13 一 前锥和后锥采用具有 等升角的圆锥对数螺旋叶片 而圆柱段则采用具有不等升角的 厘 l 柱阿基米德螺旋叶片 搅拌叶片的形状直接影响混凝土质量的 好坏 叶片往往采用等螺矩的阿基米德螺旋线或斜圆锥对数螺旋 曲面 主要讨论混凝土搅拌运输车的搅拌装置 搅拌滚筒及其螺 旋叶片的三维参数化设计 在此基础上对搅拌叶片进行结构优 化 实现了通过拌筒的设计参数进行简体和螺旋线的一体设计 2系统总体框架设计 系统总体框架 如图 1所示 以 S o l i d Wo r k s为开发平台 V i s u a l c 为开发环境 运用 C O M C o m p o n e n t O b j e c t Mo d e 1 组件 技术开发拌筒和螺旋叶片参数化组件 首先将拌筒的设计参数输 入到系统中 直观参数可以直接输入 有些参数是非直观的 可以 通过系统配置平台输入 当所需参数输入集成管理平台上后 系 统分析 判断输入的参数和用户的需求 然后确定产品所需的零 件和部件 并确定系统各部分参数大小 同时在各模块与参数化 造型模块之间建立高效便捷的通信 提高设计效率 图 1搅拌筒参数化设计系统的体系结构 3搅拌筒和叶片参数设计 3 1搅拌简的简体 整个搅拌筒的简体是一个变截面不对称的双锥体 外形似 来稿 日 期 2 0 1 1 0 6 1 7 k 基金项目 湖南省教育厅十一五重点学科建设资助 湖南省高等学校科学研究项 目 1 0 C 0 6 1 9 湖南省科技计划项 目 2 0 1 1 G K3 1 4 8 2 0 1 1 F J 2 0 0 9 2 0 1 1 F J 3 1 2 7 第 4 期 余江鸿等 搅拌输送车搅拌筒快速优化设计 1 1 5 梨形 分别由前段锥体 圆柱体和后段锥体构成 前段锥体较短 端面封闭并焊接法兰 通过连接法兰与减速器连接 后段锥体的 过度部分有一条环形滚道 它焊接在垂直于搅拌筒轴线的平面圆 周上 搅拌筒结构示意图 如图 2 所示 由于大吨位混凝土搅拌筒 的容量大 运输车的承载量大 对施工道路要求高的实际情况 根 据设计装填比要求为 V V O 5 0 6 5 式中 一预拌混凝土的额定装载容积 m 拌筒的几何容积 m 若预选装填比选 0 6 5 额定装载容积要求 3 m 则需要搅拌 筒容量为4 6 2 m 搅拌筒一般设计为三节 中间为圆柱形 上下两 段为截头圆锥 下端为近似球缺型锅底 图2搅拌筒结构示意图 3 2螺旋 叶片数学模型 设在搅拌筒的圆台侧表面上有一条圆锥对数螺旋线 如图 3 所示 图 3 圆台与螺旋线 e 删 1 i3x p X c n s 8 0 e x J c 0 其 方 程 可 以 表 示 为 y p e x p 嚣 詈 s i n o t X S in z e x p f tw吼 眦 c s z p 0 e i J c o s 式中 一圆锥顶角的一半 一圆锥对数螺旋线的切线与圆锥母 线的夹角 即螺旋线的螺旋角 p 一圆锥顶到圆台小头的母 线长度 数 表 1搅拌叶片设计参数 搅拌叶片设计参数 如表 1 所示 表 1中 为螺旋角 0为 半锥角 为螺旋转角私为叶片与筒壁的夹角 8为叶片母线 选 择搅拌罐前锥与圆柱段叶片为平直截面 前锥叶片与罐壁垂直焊 接 叶片母线 B 1 8 0 m m 圆柱段叶片母线 B 3 8 0 m m 与罐壁呈 7 4 1 1 o 焊接 后锥段叶片与罐壁呈 7 4 1 1 并且后锥段叶片母线沿 出料方向逐渐减小 4优化设计实例 根据拌筒和螺旋叶片的数学模型 在二次开发程序中调用 S o l i d Wo r k s 中相应的特征绘制函数 通过程序代码实现特征的创 建 创建搅拌筒参数化组件 从而得到需要的拌筒和螺旋叶片三 维模型 设计创建了 个名为 C o n c r e t e Mi x e r D e s i g n 的项目 在项 目中建立了一个 C O M组件对象 c Mi x i n g D mm D e s i g n 它有两个 非常重要的接口 I S w A d d i n和I Mi x i n g D r u mD e s i g n I S w A d d i n 提供 了连接 S o l i d Wo r k s 的能力 I M i x i n g D r u m D e s i g n 接 口里增加 了两个 方法 C r e a t e D r u m和C r e a t e F r a m e 前者实现搅拌筒的绘制 后者实 现螺旋叶片展开图的绘制 以程序默认的拌筒参数和螺旋叶片参数 进行运行 运行实例 如图4 所示 在螺旋叶片设计时 两等分点 i 与 1 之间的间隔控制在一定的范围内 展开的螺旋叶片平面图 就可以达到一定的精度 根据图4对话框中参数对空间螺旋叶片进 行展开计算 其平面坐标及运行实例 如图5 所示 图 4搅拌筒参数化对话框及三维模型 图 5螺旋叶片平面坐标及展开图 幺 吉 i 合 H U 混凝土搅拌滚筒是混凝土搅拌运输车用于装载 转运混凝 土的重要部件 其搅拌叶片的性能也直接决定了混凝土出料残余 量及搅拌滚筒的振动特 主要讨论混凝土搅拌运输车的搅拌装 置 搅拌滚筒及其螺旋叶片的三维参数化设计 实际计算表明给 出的方法是有效可行的 将螺旋线用拌筒设计参数来表示 非常 有利于实际工程设计 参考文献 1 陈宜通 混凝土机械 J 北京 中国建材工业出版社 2 0 0 2 2 程书良 李全勤 姚莉莉 混凝土搅拌输送车搅拌筒设计概述 J j 建筑 机械化 2 0 0 2 2 3 8 4 O 3 杨纪 明 混凝土搅拌输送车拌筒螺旋叶片的设计 上 J 1 建筑机械化 1 9 8 4 2 8 1 5 4 张立玲 曹琛 邓志党 基于 V B A的混凝土搅拌输送车搅拌筒三维参 数化设计系统 J 2 0 0 4 6 2 3 2 5 5 戴强民 H Y T 3 型混凝土运输搅拌筒 J