混凝土搅拌车搅拌叶片优化设计

混凝土搅拌车搅拌叶片优化设计
作者：翟雪琴， 葛建兵， 陈立峰， ZHAI Xue-qin， GE Jian-bing， CHEN Li-feng
作者单位：翟雪琴,ZHAI Xue-qin(河南工业大学,机电学院,河南,郑州,450007)， 葛建兵,GE Jian-bing(石河子大学,机械电气工程学院,新疆,石河子,832003)， 陈立峰,CHEN Li-feng(湖南
科技大学,机电工程学院,湖南,湘潭,411201)
刊名：
机械工程与自动化
英文刊名：MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATION
年，卷(期)：2007，""(5)
被引用次数：1次
1.程书良.姚莉莉混凝土搅拌运输车搅拌叶片的设计[期刊论文]-建筑机械化 2002(02)
2.江继辉混凝土搅拌输送车搅拌筒搅拌过程的运动分析 1991(02)
3.陈宜通混凝土机械 2002
4.曾代忠.周日平混凝土搅拌运输车搅拌筒的Pro/ENGINEER设计[期刊论文]-建设机械技术与管理 2004(12)
5.严仁军.邝昊搅拌筒结构有限元分析和比较[期刊论文]-建设机械技术与管理 2004(04)
1.学位论文于世旭混凝土搅拌运输车搅拌叶片参数设计及数值分析2007
混凝土搅拌运输车是建筑机械产品中的主要机种，广泛应用于矿山、水利、建筑、公路、港口和国防工程等。

虽然混凝土搅拌车的市场前景异常乐观，但是我国混凝土机械生产在基础理论方面的研究还存在很多薄弱环节，致使搅拌叶片还存在很多问题，如使用寿命短、搅拌效果和出料速度不理想、搅拌振动噪声大、出料残余率高等，大部分企业生产技术不完善而且关键技术都靠国外引进，这一直是制约着混凝土搅拌机械难以发展壮大的技术“瓶颈”。

因此对搅拌叶片的改进设计有着重要的理论意义和实际应用价值。

本文以中国重汽集团专用汽车公司生产的8.5LP型搅拌车搅拌叶片作为分析对象，结合搅拌理论对搅拌叶片进行参数设计、静态特性分析、优化设计，并进行试验验证。

本论文主要完成了以下工作：
1、通过对搅拌机理、出料机理和8.5LP型搅拌车搅拌总成的研究，对非等变角对数螺旋线方程进行了改进，并对搅拌系统进行了参数化设计、仿真建模和展开图的实现。

2、修正了搅拌叶片在正转和反转两种工作状态下微元流层的微分方程。

在此基础上对搅拌叶片进行了静态分析，找出薄弱环节，进行结构优化设计。

3、根据相似原理，采用1∶4的比例制作改进前后的搅拌叶片模型，通过试验数据的对比分析，验证了理论方法的可行性。

2.期刊论文于世旭.仪垂杰.郭健翔.邢普.YU Shi-xu.YI Chui-jie.GUO Jian-xiang.XING Pu混凝土搅拌车搅拌叶片结构优化设计-机械设计与制造2007,""(2)
应用有限元法和零阶分析法,按照高刚度、轻质量的原则,选取叶片厚度作为设计变量,建立了以应力为性能约束,以质量最小为优化目标函数的优化模型,进行了基于零阶方法的叶片结构动态优化设计,得出切合实际的优化设计方案.结果证明此种优化设计方法直观、合理.
3.期刊论文徐飞.Xu Fei搅拌叶片三维造型-油气田地面工程2010,29(8)
搅拌器叶片实体造型的研究是利用Pro/ENGINEER软件下的Pro/SHEET-METAL模块来进行三维造型,使复杂的曲面造型设计变得简单直观,为以后Fluent模拟分析打下了基础.通过模拟分析结果可以了解叶片的推流效果,对其进一步的优化设计提供必要参数.
4.期刊论文邢普.仪垂杰.郭健翔.于世旭.XING Pu.YI Chui-jie.GUO Jian-xiang.YU Shi-xu混凝土搅拌车搅拌叶片新型母线及其应用研究-建筑机械（上半月）2007,""(2)
介绍非等角对数螺旋线搅拌叶片的设计方法,对这种搅拌叶片与传统等角对数螺旋线叶片进行了有限元受力及位移分析的对比,并进行了实际性能的实验对比.验证了新型搅拌叶片的优越性,为搅拌系统进一步的优化设计奠定了基础.
5.期刊论文邢普.赵敬云.XING Pu.ZHAO Jing-yun倒伞型曝气机有限元分析及优化设计-计算机仿真2010,27(6) 研究污水处理设备强度优化问题,倒伞型曝气机是污水生物处理技术中的关键设备,具有充氧、搅拌和推流等作用.搅拌叶轮的设计和优化对其最主要的性能指标充氧动力效率至为关键.在研究曝气机充氧机理的基础上,对曝气机的叶片进行了实体建模、有限元分析和优化设计.首先利用Nastran平台对叶片工作过程进行了研究,通过实体建模、网格划分和有限元分析等过程,对曝气机搅拌叶片在工作状态的应力应变情况进行了有限元仿真分析.仿真结果明确了叶片的薄弱环节,并为进行优化和改良结构,为产品的生产设计提供了研究依据.
6.期刊论文于世旭.仪垂杰.郭健翔.邢普.YU Shi-xu.YI Chui-jie.GUO Jian-xiang.XING Pu混凝土搅拌车搅拌叶片的模态分析-农业装备与车辆工程2006,""(10)
运用UG软件,建立了混搅拌叶片模型,并通过ANSYS对其进行网格划分和模态分析,获得搅拌叶片的前10阶固有频率及振型特征,使叶片的结构在设计中尽量避免共振和噪声,加强其稳定性和安全性,其分析结果可为结构改进、优化设计和动力修改提供理论依据.
7.学位论文刘耀光水泥混凝土搅拌站研究2007
随着国家基础建设的发展，对建设施工的要求不断提高，水泥混凝土作为施工中应用最广泛的建筑材料，混凝土施工机械的技术都有了显著进步。

70年代后期，混凝土搅拌站开始作为一种新型的混凝土生产设备而被广泛应用。

当时国产搅拌站以1方(m3)机及1方以下为主，大型搅拌站主要依赖进口。

近些年，我国混凝土搅拌站有了较快的发展，但是在技术革新方面与其他发达国家还有一定的差距，自主研发能力不强，搅拌站的核心部件一搅拌主机仍依赖于进口或技术引进以及模仿；整机结构设计仍以经验设计为主，很少运用有限元手段进行结构受力分析，设计上偏于保守造成一定程度的浪费，或毫无依据地减少钢材用量，偷工减料引起整机性能不稳定。

这对于加快我国基础建设的步伐是非常不利的，要解决这一问题，关键是要结合我国的
和可靠性。

本文从现有混凝土搅拌站技术发展水平的研究着手，结合国内外的发展状况，对搅拌站的总体结构进行了描述，并对斜皮带机和气动系统作了计算分析；着重阐述了振动搅拌技术，说明振动搅拌在提高混凝土强度和生产率上具有的优越性，是生产高强度混凝土的有力保证，通过试验的方法确定振动频率、振幅与混凝土强度及搅拌时间之间的关系；着重对现有搅拌机结构进行分析，提出了存在搅拌低效区的缺陷，并提出了相应的解决方案，通过增加反向小搅拌叶片增强物料各组分相互间的碰撞和揉搓作用，更有利于混凝土的均匀分布；通过对搅拌技术的研究，解决了以往生产高强度混凝土只能靠延长搅拌时间来进行的问题，提高了搅拌质量和效率。

本文针对目前国内混凝土搅拌站结构设计主要依靠经验设计的现状，运用有限元手段，着重对搅拌主楼结构和粉仓进行了受力分析，建立了力学模型，优化了大梁截面尺寸，分析斜撑位置对大梁工作应力的影响，对其支撑位置进行了优化，并对粉仓底部支架结构进行了优化设计。

使得结构设计更加合理，材料规格的选用有了理论依据，发现了原设计中部分型材选型过于富裕和不太合理之处，可指导今后的设计工作，节省钢材用量。

在本文中还对主楼模块之间拼接的螺拴进行了力学分析，验证了强度满足使用。

通过本文的研究，为提升产品的性能和市场竞争力提供了可用的设计数据。

8.期刊论文邢普.孙红霞.郭健翔.仪垂杰.XING Pu.SUN Hong-xia.GUO Jian-xiang.YI Chui-jie混凝土搅拌车搅
拌叶片仿真设计及模态分析-机械设计与制造2007,""(8)
介绍了一种新型的非等角对数螺旋线搅拌叶片的设计方法,并对其在UG中进行了实体建模.利用UG和ANSYS接口,将其导入ANSYS中,然后对其进行了网格划分和模态分析,为进一步的有限元分析和优化设计奠定了基础.
9.学位论文卢孟龙气力输送粉体控制技术及实验研究2007
在对某陶瓷企业窑炉进行的清洁燃煤技术改造中，需要为一台设计燃煤量为200kg/h的小型煤粉燃烧器提供配套的煤粉输送系统，送粉的稳定性和连续性是窑炉安全运转和提高产品质量的关键因素。

众所周知，小型燃烧器对煤量的变化更加灵敏。

本文自主设计了一种复合式小型气力给粉装置—直立螺旋-气固喷射器给粉器。

经粉量测量与燃烧实验表明，该装置能够满足小型煤粉燃烧器给粉量和稳定性的要求，目前已成功应用于清洁燃煤技术的煤粉输送系统中，并申请了国家实用新型专利(ZL200720047558.0)。

在此实验装置上进行了一些基础性的理论和实验研究，主要包括：
1、文章从管内两相流体受力平衡的角度，推导了不同雷诺数下颗粒与气体拖曳力公式，并利用该公式计算了喷射器出口后的管道阻力损失；
2、由气体动力学确定气固喷射器主要结构尺寸之后，文章优化设计了它的一些辅助结构，并通过理论计算与实验分析了工作运行参数的改变对气固喷射器性能和管道输送稳定性可能造成的影响。

以此为基础文章提出了解决工程上不同输送风量下固气比配对的简易办法；
3、通过实验探讨了三种纯气力物料控制装置—气固喷射器-球阀、气固喷射器-抽板阀和气固喷射器-微风管装置用于小流量煤粉燃烧器给粉的可能性。

实验方法主要是利用测量较长时间内(10分钟)供煤量与阀门开度或微风量大小之间的关系来确定送粉能力以及测量短时间内(30秒)供煤量的变化和观察燃烧时燃烧器内火焰的变化来考察稳定性，实验表明这三种纯气力物料控制装置给粉不均匀的弱点非常明显，给粉量的大小与阀门开度或微风管风量的变化很难保持一致的趋势。

以实验中观察到的现象与文献检索资料分析为基础，作者总结出如下结论：在采用合理的喷射器结构设计和恒定的工作运行参数的下，煤粉自身性质区域间的差异是导致气力输送系统供料不稳定的主要原因。

同时，作者一一分析了几个可能对气固喷射器稳定性造成影响的主要粉体性质因素并提出一些改善措施；
4、参考水平螺旋-正压气动式给粉器，作者在已有气固喷射器结构上设计了直立螺旋-气固喷射器给粉装置。

该装置巧妙的组合了螺杆与喷射器两个部件，具备精确控制粉料量与连续稳定输送粉料的功能，能有效克服气固喷射器工作运行参数和粉体性质参数变化对供粉量造成的不利影响。

与传统的水平螺旋-气动式给粉器相比，它最大的特点是螺杆垂直布置，有利于粉料从仓体内输出；螺杆顶端带有搅拌叶片，能起到强化粉料流动的作用。

直立螺旋-气固喷射器给粉装置关键设计参数-填充系数ψ跟水平螺旋-气动式给粉装置的有很大不同，测量数据显示前者是后者的一倍以上，这就极大地提高了给粉机的效率。

实验方法同3。

文章利用Origin软件回归了填充系数ψ和螺杆转速的关系方程，为设计新型气力输送系统提供参考。

5、文章由实验给出了不同输送风量对应的最大煤粉输送量，对解决工程上不同输送风量下的固气比配对问题具有指导作用，同时也可以检验一些关于管道中粉体输送理论公式的准确性。

10.期刊论文刘中琦.曾维鑫.张帆.初文俊型煤搅拌机搅拌机构计算机辅助设计-煤矿机械2000,""(6)
在实验和样机的基础上对搅拌物料进行受力分析和计算,求得每层搅拌叶片上的工作阻力矩.然后以搅拌功率最小为优化目标,对搅拌机的搅拌机构进行了优化设计和计算.
1.赖宝.陈宜通混凝土搅拌运输车搅拌筒螺旋叶片的PRO/E三维设计[期刊论文]-建筑机械（上半月） 2009(12)
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下载时间：2010年12月8日。