混凝土搅拌车搅拌筒设计基本方法

混凝土搅拌车搅拌筒设计基本方法

1.混凝土搅拌筒主要结构尺寸的确定

根据中华人民共和国建筑工业行业标准JG/T5094-1997《混凝土搅拌运输车》，搅拌筒的斜置角α的取值可参照下表1.1:

由于运输车必须保证在坡度为14%的路面上行驶且出料口面对下坡方向时不产生外溢，故在计算搅拌罐的额定装载容量时取混凝土与搅拌轴线的夹角

0arctan(0.14)8

ααα

=+≈+o

搅拌筒目前一般采用梨形，底部（称为后锥）是较短的锥形，中部是圆柱形，上部（前锥）是较长的锥形，研究发现：搅拌筒中下部的外形接近球体形状为最佳，这时，不仅搅拌效果好，搅拌效率高，而且也因搅拌筒重心适当前移，对合理分配运载底盘前后桥负荷，提高搅拌输送车的装载能力是有利的。因此，设计时，后锥加上球冠的长度基本等于中圆的半径。具体参见图1.1所示：

设前锥长为1L ，中圆柱长为2L ，后锥长为3L ，中圆半径r ，则根据交通法规的要求搅拌筒的最大半径， 1.25r m ≤

11L c r =⋅ 1-1 32L c r =⋅ 1-2

12~~c c 取值范围1.4 1.8取值范围0.80.97

2r 为进料口半径，取值范围250-310mm

中圆的长度要结合搅拌筒的额定容积确定。 前锥角114.2~16.1θo o 取值范围 后锥角215~20θo o 取值范围

2.搅拌筒几何容积与装载容积的计算

2.1积分计算方法 2.1.1圆柱截段计算公式

如图2.1所示： 2.1计算示意图

3[(1)arccos(1)a h b b V R b R R =--+ 2-1

若α 为已知，

h

b

可用代替cot α 2.1.2圆锥截段计算公式

1211

33

b V HS hS =- 2-2

sin()cos a

h αββ

=

⋅+ 其中，圆锥截段弓形的面积

21

11arccos

()R h S R R h R

-=- 2-3 其计算分三种情况 a.当αβ<，2

1cos (

)1cos c αβ

=-，为正值

211232111

(24b b S l c c =+⋅ 2-4

式中，cos H a

l α

-=

b.αβ

=

3

2

2

S l

=2-5 c.αβ

>

2

111

232

111

2

(arccos(1)

24()

b b

c l

S l

c c b

=+⋅+

-

2-6 2.1.3圆柱段搅拌筒计算

图2.2圆柱截台计算示意图

V1是一圆柱截台，是两个圆柱截段之差

1

12

a a

V V V

=-

322

111

111

1

322

222

222

2

[3(1)arccos(1)(32

3

[3(1)arccos(1)(32

3

a

a

h b b

V R R Rb b

b R R

h b b

V R R Rb b

b R R

=--+-+

=--+-+

3

01122

1

12

2222

1122

{3[(1)arccos(1)(1)arccos(1)] 3()

(32(32

h b b b b

V R

b b R R R R

R Rb b R Rb b

=-----+

-

-+--+

2-7 2.1.4前锥圆锥段搅拌筒计算

V2是一个圆锥台截段，圆台截段就是两个圆锥截段之差，如图2.3所示：

图2.3 小圆锥截台计算示意图

''

2121211()()33V HS hS HS hS =---

''

211221[()()]3

V H S S h S S =--- 2-8

2.1.5后锥圆锥段截台计算公式

V 3是从一个圆台体减去一个圆台截体，如图2.4，计算公式如下

22'301111

()3V H R R R R V π=++⋅-

2

2''

3011112211()[()()]33

V H R R R R H S S h S S π=++⋅----

2-9

图2.4 圆锥截台计算示意图

2.2.经验公式

搅拌筒设计的最大装载容积V 与搅拌筒的几何容积V j 存在以下经验公式：

0.5~0.65j

V

V ≤ 2.3.重心位置的计算

112233123112233123()/()

()/()X V X V X V X V V V Y VY V Y V Y V V V =++++⎧⎨

=++++⎩ 2-10

体积的计算如前

其中,(1,2,3)i i X Y i =是各段重心的坐标

3.驱动功率的计算

3.1搅拌力矩曲线

混凝土搅拌的过程力矩曲线变化规律如图3.1所示：

图3.1搅拌力矩曲线

0~1：加工工序，搅拌筒以14-18rmp 正转，在大约10min 的加料的时间里，搅拌筒的驱动力矩随着混凝土不断被加入而逐渐增大，在即将加满时，力矩反而略有下降；