本文是一篇機械論文研究，通過本文分析結果表明：(1)筒體後部輥道區域應力數值較高。在發生裂紋的部位，靜態應力達 150 MPa 左右。對於該區域，建議採取兩個措施：一是改變焊縫截面參數，將現有的 1:1 的焊角改為 1:2 ；二是將現有的筒體沿輥道左右兩側分塊的結構，調整為分塊位置遠離輥道。 前述的滾道不同結構方案的比較計算表明，將滾道左右兩側的筒體連接為一體，並將焊縫截面參數改為 1:2 後，由於消除了原有的分塊結構造成的裂紋尖端，焊接區域剛度過渡更為均勻，使得該區域的應力數值降低。(2)對於副車架，經計算表明現有的連接方式使得副車架可以承擔部分主車架傳遞來的載荷，按目前的結構設計參數，副車架以及筒體支座區域整體應力均較低，只是在個別區域存在一些大應力點。因此，可以對上述區域進行輕量化改進，對於高應力區域再進行針對性的處理。主要是通過調整材料厚度的方式實現。
第一章 緒論
1.1 課題來源及研究意義
1.1.1 課題來源
隨著中國經濟的不斷發展，各行各業得到快速發展空間，尤其是建築行業，不斷湧現的建築項目需要用到大量的混凝土。這就對混凝土加工設備提出了更高的要求，特別是在性能以及質量等方面，混凝土加工設備的製造水平一定程度上體現了一個國家的製造業發展水平。最近幾年，樓垮事件多次出現，造成惡劣的社會影響，這些事件暴露出混凝土在使用過程中存在大量問題，在混泥土攪拌機作業的過程中，混凝土攪拌容易造成灰塵、噪音等污染，這些問題都是迫切需要解決的。
中國借鑑了已開發國家的混凝土產業的發展經驗，推出了商品混凝土，以滿足建築行業快速增長的混凝土使用需求。以往混凝土的提供多為現場自製，運輸主要採用小型翻斗車或自卸車。隨著社會發展，國家對於混凝土行業及環境要求不斷提高，現代商品混凝土的生產主要由大型混凝土攪拌站負責[1]。因大型混凝土攪拌站與施工工地有著較遠的距離，使用過程中需要用到運輸機械。
但在運輸過程中，混凝土有一定機率會出現分層或初凝等情況，很大程度上影響到混凝土的質量，為了解決該問題，因此研發出了混凝土攪拌運輸車。混凝土攪拌運輸車可以很好的完成運輸工作，同時工程造價低，運輸效率高。
混凝土攪拌運輸車可以高效的運輸混凝土，達到了100%機械化水平。混凝土攪拌運輸車的使用在很大程度上提高了施工質量，並且混凝土攪拌車展現出多方面的優勢，十分適用於狹窄的施工工地。因大型建築工程等對混凝土極大需求，使得進一步推動攪拌運輸車的發展，具有鮮明的使用價值和社會效益。
............................
1.2 混凝土攪拌車概述
1.2.1 混凝土攪拌車總體結構及工作原理
混凝土攪拌輸送車可以實現混凝土的長距離輸送，其基礎為載貨汽車，基於此加裝了混凝土攪拌裝置，這樣混凝土攪拌運輸車就可以攪拌或攪動混凝土，使得混凝土在運輸途中不會出現離析的情況，保證了混凝土的質量，滿足工程的需求。
按照攪拌筒公稱容量大小可以將攪拌車劃分為十個檔次，包括了 2.5 m3、4 m3 等；在充盈率方面，混凝土料通常情況下為 55-60%。劃分為以下幾種類型:
1)公稱容積低於 2.5m3為輕型混凝土攪拌運輸車，其改裝基礎為翻斗車；
2)公稱容積為 4-6m3中型混凝土攪拌運輸車，改裝基礎為重型載重卡車；
3)公稱容積超過 9m3的混凝土攪拌車即為重型混凝土攪拌運輸車，其改裝基礎為大功率三軸式重型卡車。
每種機型有著不同的結構，不過一般情況下其構成有兩個部分，分別是混凝土攪拌裝置以及運載底盤，根據以上特徵分類如下：
1)從運載底盤結構的角度出發來進行類型的劃分，即普通載貨汽車、專用半拖掛式底盤兩種類型；
2)從混凝土攪拌裝置傳動形式的角度出發來進行類型的劃分，即機械傳動、液壓傳動、機械—液壓傳動混凝土攪拌輸送車。
混凝土攪拌運輸車的總體結構如圖 1-1 所示。
..........................
第二章 攪拌車螺旋線螺旋葉片設計
2.1 螺旋線的設計
螺旋葉片作為混凝土攪拌車的核心部件，對筒體的攪拌性能和卸料性能有直接影響。在葉片設計中，確定葉片在筒體上的螺旋軌跡即葉片螺旋線是非常關鍵的一步[2]。
本文以攪拌車工作時攪拌筒中各段螺旋線所起作用各不相同為起點，結合理論知識推導出一種更符合實際工況的螺旋線，錐體部分為了滿足功能上的需求採用不同的螺旋角來分段劃曲線，使各段螺旋線符合工作要求。
2.1.1 螺旋線的設計要求
阿基米德螺旋曲線，即等螺距螺旋曲線。該曲線葉片的特點是：螺旋環繞筒壁的葉片在攪拌筒軸線方向上的間距保持不變，但葉片的螺旋升角卻隨著攪拌筒橫斷面的直徑成反比的變化[4]。如果葉片曲線的升角按攪拌區段工作要求選定，則葉片進入卸料區段其螺旋升角將隨攪拌簡斷面的收縮而愈來愈大，這是與前面分析的結果背道而馳的。因而可能使卸料性能變壞；如果按卸料區段的工作要求選擇葉片螺旋升角，則攪拌區段葉片螺旋升角將失之過小，可能無法保證攪拌質量。因而在採用阿基米德螺旋曲線為葉片曲線時，易出現顧此失彼難以兼顧攪拌、卸料性能的局面[10]。
............................
2.2 葉片設計
目前，應用於攪拌運輸車的拌筒葉片螺旋面的形式有：正螺旋面和斜螺旋面兩種。正螺旋面就是母線垂直於軸線的螺旋面，當螺旋升角選定之後，在拌筒正、反轉兩種工況下，正螺旋面葉片很難兼顧攪拌和卸料兩種工作性能。斜螺旋面就是母線與軸線不垂直的螺旋面。假設螺旋母線斜向出料方向一個適當角度，這樣當拌筒正轉時，由於螺旋面斜置，當某一部分葉片由軸線自下向上運動時，就能多帶一些混凝土；當拌筒旋轉到一定角度時，則由於重力作用和斜螺旋面的性質，將有一部分混凝土沿筒壁滑跌，增加了橫向攪拌效果，提高了攪拌效率。當拌筒反向旋轉時，由於斜面與筒壁間組成了大“V’型這樣能夠促進卸料。顯而易見，當斜面斜向進料方向時，攪拌和出料性能都將變差，
其工作性能連正螺旋面都不如。因此攪拌葉片一定要與攪拌軸成一定角度安裝[8]。
..............................
第三章 筒體結構有限元計算及結果分析 ..................................... 36
3.1 筒體的有限元分析 ........................................... 36
3.1.1 原結構有限元分析 ....................................... 36
3.1.2 計算結果 .............................. 36
第四章 副車架有限元計算及結果分析 ........................................... 48
4.1 邊界條件及載荷的相關說明 .............................. 48
4.1.1 載荷情況 ............................................ 48
4.1.2 約束情況 .............................................. 50
第五章 副車架結構參數改變後的有限元分析 ................................. 57
5.1 副車架結構改進措施 .............................................. 57
5.2 結構改進前後應力分布對比 ............................... 58
第五章 副車架結構參數改變後的有限元分析
5.1 副車架結構改進措施
通過對原結構 5 種工況的 CAE 計算，可以發現在副車架縱梁以及筒體支座區域整體應力均較低，只是在個別區域存在一些大應力點。因此，可以對上述區域進行輕量化改進，對於高應力區域再進行針對性的處理。
輕量化改進的具體措施如下圖 5-1 所示。輕量化前後，局部結構自重減輕 183kg，自重減輕了 20%。輕量化的主要目的在滿足使用要求及總的承載能力不變的情況下，減輕車體自重，降低成本及能源消耗。
...........................
第六章 總結與展望
6.1 總結
通過本文分析結果表明：
(1)筒體後部輥道區域應力數值較高。在發生裂紋的部位，靜態應力達 150 MPa 左右。對於該區域，建議採取兩個措施：一是改變焊縫截面參數，將現有的 1:1 的焊角改為 1:2 ；二是將現有的筒體沿輥道左右兩側分塊的結構，調整為分塊位置遠離輥道。 前述的滾道不同結構方案的比較計算表明，將滾道左右兩側的筒體連接為一體，並將焊縫截面參數改為 1:2 後，由於消除了原有的分塊結構造成的裂紋尖端，焊接區域剛度過渡更為均勻，使得該區域的應力數值降低。
(2)對於副車架，經計算表明現有的連接方式使得副車架可以承擔部分主車架傳遞來的載荷，按目前的結構設計參數，副車架以及筒體支座區域整體應力均較低，只是在個別區域存在一些大應力點。因此，可以對上述區域進行輕量化改進，對於高應力區域再進行針對性的處理。主要是通過調整材料厚度的方式實現。
(3)改變材料厚度後，一些部位的應力有一定的升高。但是，均依舊在材料的許可範圍內。對於部分應力值較高的區域，可採取一些局部加強的措施，如採用園角過渡、增加加強板等。
(4)以上提出的結構修改意見從計算角度看是可行的，但是否能在實際中應用還應考慮企業的具體情況、工藝條件等，如果採用則最後還需通過實車的測試加以檢驗。
參考文獻（略）
第一章 緒論
1.1 課題來源及研究意義
1.1.1 課題來源
隨著中國經濟的不斷發展，各行各業得到快速發展空間，尤其是建築行業，不斷湧現的建築項目需要用到大量的混凝土。這就對混凝土加工設備提出了更高的要求，特別是在性能以及質量等方面，混凝土加工設備的製造水平一定程度上體現了一個國家的製造業發展水平。最近幾年，樓垮事件多次出現，造成惡劣的社會影響，這些事件暴露出混凝土在使用過程中存在大量問題，在混泥土攪拌機作業的過程中，混凝土攪拌容易造成灰塵、噪音等污染，這些問題都是迫切需要解決的。
中國借鑑了已開發國家的混凝土產業的發展經驗，推出了商品混凝土，以滿足建築行業快速增長的混凝土使用需求。以往混凝土的提供多為現場自製，運輸主要採用小型翻斗車或自卸車。隨著社會發展，國家對於混凝土行業及環境要求不斷提高，現代商品混凝土的生產主要由大型混凝土攪拌站負責[1]。因大型混凝土攪拌站與施工工地有著較遠的距離，使用過程中需要用到運輸機械。
但在運輸過程中，混凝土有一定機率會出現分層或初凝等情況，很大程度上影響到混凝土的質量，為了解決該問題，因此研發出了混凝土攪拌運輸車。混凝土攪拌運輸車可以很好的完成運輸工作，同時工程造價低，運輸效率高。
混凝土攪拌運輸車可以高效的運輸混凝土，達到了100%機械化水平。混凝土攪拌運輸車的使用在很大程度上提高了施工質量，並且混凝土攪拌車展現出多方面的優勢，十分適用於狹窄的施工工地。因大型建築工程等對混凝土極大需求，使得進一步推動攪拌運輸車的發展，具有鮮明的使用價值和社會效益。
............................
1.2 混凝土攪拌車概述
1.2.1 混凝土攪拌車總體結構及工作原理
混凝土攪拌輸送車可以實現混凝土的長距離輸送，其基礎為載貨汽車，基於此加裝了混凝土攪拌裝置，這樣混凝土攪拌運輸車就可以攪拌或攪動混凝土，使得混凝土在運輸途中不會出現離析的情況，保證了混凝土的質量，滿足工程的需求。
按照攪拌筒公稱容量大小可以將攪拌車劃分為十個檔次，包括了 2.5 m3、4 m3 等；在充盈率方面，混凝土料通常情況下為 55-60%。劃分為以下幾種類型:
1)公稱容積低於 2.5m3為輕型混凝土攪拌運輸車，其改裝基礎為翻斗車；
2)公稱容積為 4-6m3中型混凝土攪拌運輸車，改裝基礎為重型載重卡車；
3)公稱容積超過 9m3的混凝土攪拌車即為重型混凝土攪拌運輸車，其改裝基礎為大功率三軸式重型卡車。
每種機型有著不同的結構，不過一般情況下其構成有兩個部分，分別是混凝土攪拌裝置以及運載底盤，根據以上特徵分類如下：
1)從運載底盤結構的角度出發來進行類型的劃分，即普通載貨汽車、專用半拖掛式底盤兩種類型；
2)從混凝土攪拌裝置傳動形式的角度出發來進行類型的劃分，即機械傳動、液壓傳動、機械—液壓傳動混凝土攪拌輸送車。
混凝土攪拌運輸車的總體結構如圖 1-1 所示。
..........................
第二章 攪拌車螺旋線螺旋葉片設計
2.1 螺旋線的設計
螺旋葉片作為混凝土攪拌車的核心部件，對筒體的攪拌性能和卸料性能有直接影響。在葉片設計中，確定葉片在筒體上的螺旋軌跡即葉片螺旋線是非常關鍵的一步[2]。
本文以攪拌車工作時攪拌筒中各段螺旋線所起作用各不相同為起點，結合理論知識推導出一種更符合實際工況的螺旋線，錐體部分為了滿足功能上的需求採用不同的螺旋角來分段劃曲線，使各段螺旋線符合工作要求。
2.1.1 螺旋線的設計要求
阿基米德螺旋曲線，即等螺距螺旋曲線。該曲線葉片的特點是：螺旋環繞筒壁的葉片在攪拌筒軸線方向上的間距保持不變，但葉片的螺旋升角卻隨著攪拌筒橫斷面的直徑成反比的變化[4]。如果葉片曲線的升角按攪拌區段工作要求選定，則葉片進入卸料區段其螺旋升角將隨攪拌簡斷面的收縮而愈來愈大，這是與前面分析的結果背道而馳的。因而可能使卸料性能變壞；如果按卸料區段的工作要求選擇葉片螺旋升角，則攪拌區段葉片螺旋升角將失之過小，可能無法保證攪拌質量。因而在採用阿基米德螺旋曲線為葉片曲線時，易出現顧此失彼難以兼顧攪拌、卸料性能的局面[10]。
............................
2.2 葉片設計
目前，應用於攪拌運輸車的拌筒葉片螺旋面的形式有：正螺旋面和斜螺旋面兩種。正螺旋面就是母線垂直於軸線的螺旋面，當螺旋升角選定之後，在拌筒正、反轉兩種工況下，正螺旋面葉片很難兼顧攪拌和卸料兩種工作性能。斜螺旋面就是母線與軸線不垂直的螺旋面。假設螺旋母線斜向出料方向一個適當角度，這樣當拌筒正轉時，由於螺旋面斜置，當某一部分葉片由軸線自下向上運動時，就能多帶一些混凝土；當拌筒旋轉到一定角度時，則由於重力作用和斜螺旋面的性質，將有一部分混凝土沿筒壁滑跌，增加了橫向攪拌效果，提高了攪拌效率。當拌筒反向旋轉時，由於斜面與筒壁間組成了大“V’型這樣能夠促進卸料。顯而易見，當斜面斜向進料方向時，攪拌和出料性能都將變差，
其工作性能連正螺旋面都不如。因此攪拌葉片一定要與攪拌軸成一定角度安裝[8]。
..............................
第三章 筒體結構有限元計算及結果分析 ..................................... 36
3.1 筒體的有限元分析 ........................................... 36
3.1.1 原結構有限元分析 ....................................... 36
3.1.2 計算結果 .............................. 36
第四章 副車架有限元計算及結果分析 ........................................... 48
4.1 邊界條件及載荷的相關說明 .............................. 48
4.1.1 載荷情況 ............................................ 48
4.1.2 約束情況 .............................................. 50
第五章 副車架結構參數改變後的有限元分析 ................................. 57
5.1 副車架結構改進措施 .............................................. 57
5.2 結構改進前後應力分布對比 ............................... 58
第五章 副車架結構參數改變後的有限元分析
5.1 副車架結構改進措施
通過對原結構 5 種工況的 CAE 計算，可以發現在副車架縱梁以及筒體支座區域整體應力均較低，只是在個別區域存在一些大應力點。因此，可以對上述區域進行輕量化改進，對於高應力區域再進行針對性的處理。
輕量化改進的具體措施如下圖 5-1 所示。輕量化前後，局部結構自重減輕 183kg，自重減輕了 20%。輕量化的主要目的在滿足使用要求及總的承載能力不變的情況下，減輕車體自重，降低成本及能源消耗。
...........................
第六章 總結與展望
6.1 總結
通過本文分析結果表明：
(1)筒體後部輥道區域應力數值較高。在發生裂紋的部位，靜態應力達 150 MPa 左右。對於該區域，建議採取兩個措施：一是改變焊縫截面參數，將現有的 1:1 的焊角改為 1:2 ；二是將現有的筒體沿輥道左右兩側分塊的結構，調整為分塊位置遠離輥道。 前述的滾道不同結構方案的比較計算表明，將滾道左右兩側的筒體連接為一體，並將焊縫截面參數改為 1:2 後，由於消除了原有的分塊結構造成的裂紋尖端，焊接區域剛度過渡更為均勻，使得該區域的應力數值降低。
(2)對於副車架，經計算表明現有的連接方式使得副車架可以承擔部分主車架傳遞來的載荷，按目前的結構設計參數，副車架以及筒體支座區域整體應力均較低，只是在個別區域存在一些大應力點。因此，可以對上述區域進行輕量化改進，對於高應力區域再進行針對性的處理。主要是通過調整材料厚度的方式實現。
(3)改變材料厚度後，一些部位的應力有一定的升高。但是，均依舊在材料的許可範圍內。對於部分應力值較高的區域，可採取一些局部加強的措施，如採用園角過渡、增加加強板等。
(4)以上提出的結構修改意見從計算角度看是可行的，但是否能在實際中應用還應考慮企業的具體情況、工藝條件等，如果採用則最後還需通過實車的測試加以檢驗。
參考文獻（略）
收藏