浅谈滑模式水泥混凝土摊铺机螺旋布料器的设计

浅谈滑模式水泥混凝土摊铺机螺旋布料器的设计浅谈滑模式水泥混凝土摊铺机螺旋布料器
的设计
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浅谈滑模式水泥混凝土摊铺机
螺旋布料器的设计
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forSlipform--typeCementConcretePaver ?长沙中联重工科技发展股份有限公司陶贤伟/TAOXianwei谢卫国/XIEWeiguo 摘要:较系统的介绍了滑模式水泥混凝土摊铺机螺旋布料器各参数的计算方法和设计依据,能够为滑模式水泥混凝土摊铺机螺旋布料器的设计及完善提供参考.
关键词:滑模式水泥混凝土摊铺机螺旋布料器设计计算参数
滑模式水泥混凝土摊铺机是上世纪60年代中叶.在轨
道式摊铺机的基础上开发研制而成的一种路面施工专用设
备.它集混凝土的布料,计量,振捣,滑模挤压成型,传力
杆插入,平搓和抹平于一体.能自动,高质量,一次性地将
混凝土料成型在路基上.螺旋布料器是滑模式水泥混凝土摊
铺机的重要工作装置.承担着将搅拌好的水泥混凝土匀质布
置到所要铺筑路面限定宽度内的功能,螺旋布料器设计是否
合理将直接影响到摊铺机的施工效率所铺筑路面的质量.
因此.螺旋布料器的设计是整机设计的关键环节.
决定螺旋布料器性能的关键指标是螺旋生产率,而影
响螺旋生产率大小的主要参数有螺旋外径,螺距,螺旋转速
等.因此正确合理的选取这些参数是设计的关键.本文将详
细分析各参数与螺旋生产率的关系,以及各参数之间的关
系.并在分析这些参数之前.对螺旋布料器的布料机理进行
了分析
1螺旋布料器布料机理分析
1.1动力学分析
将螺旋面展开以一条斜直线表示,螺旋面作用于半径 86CMTM2007.02
为r处的物料颗粒A上的合力为P合.由于摩擦的原因.P 合的方向偏离了螺旋线法线方向一个P角度.如图1所示. P合可分解为一个轴向分力P轴,和一个圆周分力P圆.且它们之间存在以下关系:
图1受力分析图
P轴=P合cos(O【+P)
P圆=P合sin(O【+P)
P圆=P轴tan(O【+P1
式中:O【一螺旋面升角.O【arctg
S一螺距;
(1)
(2)
(3)
Z;隔??矗丽[;
P一物料与螺旋面的摩擦角;
1.2运动学分析
物料颗粒在输送过程中,物料的运动并非是单纯的直线运动,而是一个空间运动.物料颗粒有着沿轴向移动的速度v轴.和沿圆周方向运动的速度v圆,如图2. 圈2运动分析圈
洪致育『11通过理论计算得出物料颗粒的轴向移动速度 v轴和圆周速度v圆
分别为:
v:.(4)V#…——————————l1601
+/2兀,1
令V轴V圆.得:一,若0_6|则l+U
r=0.65s.
由此可以绘出V轴和V随r变化的曲线图,如图3 圈3V--I"曲线圈
从上面v.t曲线图中可分析得知:a)当r?0.1S时, V轴?0,物料不能沿轴向前移,只能在原地翻滚,产生很大的功率消耗,应该避免;b)当0.1S<r<0.65s时, V 轴<V目,不利于物料的传送;c)当r?0.65s时,轴向速度大.圆周速度小,属于高生产率区,应充分利用. 2
(5)2.1
n一螺旋转速,r/min;
一
物料与螺旋面的摩擦系数,本文以:0.6计算; r一所研究物料离轴线的距离,m.
从式(4),(5)中可知,在某一转速n,螺距S下,V 轴,V圆都是半径r的函数,将
式(4),(5)对r求一次导数,并令=0,便可求知v目最大值时的r取值为:一若0.6,则r目.0.28s.
令V轴0,得:==:,若0_6|则r0?1s
螺旋布料器各参数的确定
螺旋外径D,螺旋轴径d,螺距s的确定
根据螺旋生产率公式:
Q:60××(6)
q
式中:D一螺旋直径,m;
Q一螺旋生产率,为入Q,t/h;
入一螺旋所擀物料占摊铺的总物料的比例,0.2,0.5;
Q一摊铺机的最大生产率,t/h;
S一螺距,m;
n一螺旋的转速,r/min;
P一被输送物料的堆积重度.取值范围1.8,2.45; k一截面填充系数,取值范围0.6,0.75; 根据上述螺旋运动学分析结果,初取螺距值: s:0.8D(7)
2007.02建设机械技术与管理87
根据洪致育f11的经验公式又有
A
(8)
式中A的取值与物料的特性有关
A=50;
综合上面公式可得:
D
g一重力加速度,m/s2:
k一考虑混合料在输送器作用下可能集料的安全系数 k=1.5:
对于水泥混凝土,,7一螺旋布料器的机械效率. 2.4扭矩的计算
根据螺旋运动学分析结果,螺旋的轴径取值为d>0.2s.
另还需根据螺旋的允许绕度控制螺旋的轴径. 2.2螺旋转速的确定
螺旋转速是衡量螺旋布料器生产率的重要参数.在螺旋外径,轴径,螺距一定的情况下,螺旋转速越高,螺旋的生产率就越高.这样就能保证在摊铺机的摊铺速度提高的情况下.混凝土料得到及时的补充.可以说.螺旋的转速越高, 摊铺机的施工效率是越高的.但是,转速也不能无限制的提高.当转速超过一定值时,物料颗粒便开始在输送过程中翻滚.从而对输送过程产生不利的影响,一部分能量消耗在无用的物料颗粒翻滚的摩擦中.并且离析现象也越来越严重. 螺旋转速的最大值根据洪致育…的经验公式,:A/?计算. 但在实际设计的时候.可把转速最大值适当的提高.以保证在摊铺机匀速摊铺中,迅速的为因人为原因造成的缺料死角补充物料,可减少摊铺机因待料造成的停机次数,确保了摊铺质量.
2,3驱动功率P的计算
螺旋布料器驱动方案是,由一大功率液压摆线马达通过变速箱带动螺旋轴的,因此选配一个合理的输出功率的油马达是螺旋布料器正常工作的保证.螺旋布料器的驱动功率计算有公式f31如下:
otQLo~gk,(
kw)
一
考虑由螺旋布料器直接输送部分混凝土料的系数.<1:
Q一螺旋布料器的生产率,kg/s
一
混合料移动的最大距离,m;
一
料运动阻力系数,取=4;
88CMTM2007.02
M:—
955
—
0P(N
.m)
式中:P一螺旋布料器功率,kW;
n一螺旋布料器转速,r/min.
3设计滑模式水泥混凝土摊铺机螺旋布料
器的要点
(11滑模式水泥混凝土摊铺机在摊铺较窄宽度时一般只在摊铺机的前面配置一个马达驱动一个螺旋布料器,因此为了保证摊铺路面的两端都有充足的混凝土物料.就必须要求摊铺机在摊铺的时候螺旋布料器能够正反两个方向旋转. (21螺旋布
料器的安装高度须与所摊铺路面的厚度相对应,一般螺旋叶片底部边缘应高出成型路面(即滑模模板上端面)50mm左右.若螺旋高度太高,则会增加摊铺机的阻力;若高度太低,则可能导致物料不足.
f31因水泥混凝土物料的特殊性.再加上螺旋在旋转过程中又具有一定的挠度,这就对螺旋两端的密封提出了苛刻的要求.
(41摊铺机摊铺路面后残留在螺旋上的水泥混凝土很难清除.给螺旋的拆装带
来了很大的麻烦,所以螺旋的设计最好采用整体焊接式.
目前,根据以上各参数设计的螺旋布料器已在中联重科设计的HTH60T型滑模
式水泥摊铺机中成功运用. 参考文献
1.洪致育.林良明.连续运输机[M1.北京:机械工业出版社.1982
2,蒋琼珠.连续运输机[M1.北京:人民交通出版社.1986 3.张世英,陈元基.筑路机械工程[M1.北京:机械工业出版社.1998
(收稿日期:2006.10.22)。