混凝土搅拌机叶片结构及曲面形状研究探讨_王磊明
江西建材混凝土搅拌机叶片结构及曲面形状研究探讨王磊明陈滔（江西省建筑材料工业科学研究设计院）摘要：混凝土搅拌机的产品质量和生产效率直接影响着建筑施工质量和建筑施工进度。
采用行星式搅拌结构能有效提高搅拌质量。
改进搅拌叶片的结构和曲面形状，对提高混凝土搅拌机的搅拌质量、减小搅拌阻力、降低功率消耗和提高生产效率具有重要的意义。
关键词：工程机械；混凝土搅拌机；搅拌铲；曲面１前言混凝土搅拌机是施工机械装备中的重要设备，其产品质量和生产效率直接影响着建筑施工质量和建筑施工进度。
强制式搅拌机是应用最普遍、使用率最高的混凝土搅拌机。
强制式搅拌机是借助于搅拌叶片对物料进行强制导向搅拌。
其搅拌叶片可以绕水平轴旋转（卧轴式），也可以绕垂直轴旋转（立轴式）；搅拌叶片的形式可以是铲片式，也可以是螺旋带式。
卧轴式和立轴式强制式搅拌机的工作原理、基本结构大致相似，搅拌筒一般呈圆形，垂直或水平设置的搅拌轴通过搅拌筒中心，搅拌臂沿径向固定在搅拌轴上，搅拌叶片安装在搅拌臂外端。
工作时，搅拌轴带动搅拌叶片旋转，强迫物料按预定的轨迹产生剪切、挤压、翻滚和揉搓等强制搅拌作用，使物料在剧烈的相对运动中得到均匀搅拌。
改进搅拌叶片的结构和曲面形状，对提高搅拌质量、减小搅拌阻力和降低功率消耗具有重要的意义。
近年来，对混凝土搅拌机叶片结构及曲面形状研究取得很大进展，部分成果已经进入实用阶段。
２改进卧轴式搅拌机叶片结构及曲面形状通用的卧轴式搅拌机的叶片结构为单螺旋带式，其曲面形状为标准螺旋面。
工作时，物料在叶片推动下沿螺旋面移动，单轴运动方式和螺旋输送机相同。
由于两轴的旋转方向相反，两轴间的物料产生挤压、翻滚和揉搓，以达到搅拌混合效果。
长期的生产实践证明，通用的卧轴式搅拌机的叶片结构和曲面形状都很不合理，应该加以改进和创新。
２．１搅拌叶片的排列方式为正反排列的双轴搅拌机。
双轴搅拌机的叶片排列结构改为正反排列，可大幅度提高物料混合搅拌效果。
２．１．１双轴搅拌机单根轴搅拌叶片的排列分析目前现有的双卧轴搅拌机，其叶片排列具有涡旋搅拌特征，物料的流向符合右（左）手定则，即当右（左）手四指顺着搅拌轴旋转方向时，拇指的指向就是物料的流动方向；并且两轴上搅拌叶片推动物料轴向流动分量和径向流动分量的方向相反。
此时，物料不但在拌筒内有大范围的循环流动，而且在中央主搅拌区，两轴之间的物料还有强烈的高频次逆流从而使物料产生强烈的碰撞和揉搓，快速实现均匀拌合。
但这是叶片的总体形式，而对于叶片在搅拌轴上的具体排列，则还需要进一步分析。
这主要包括两方面，一是单根轴上相邻两个搅拌叶片的排列，二是双根轴上搅拌叶片的对应排列。
单根轴上相邻两个搅拌叶片的排列可以有两种方式：一种称其为正排列；另一种为反排列。
当逆着物料流动方向看，搅拌叶片的排列顺序方向与搅拌轴转向相同的为正排列；搅拌叶片的排列顺序方向与搅拌轴转向相反的则是叶片的反排列。
对于单根轴上相邻的两个搅拌叶片，正排列要比反排列推搅得快。
因此在搅拌时间一定的情况下，物料得到的搅拌次数也就更多，也就更容易建材技术江西建材达到匀质。
２．１．２卧轴搅拌机双根轴搅拌叶片的对应排列，卧轴搅拌机双根轴搅拌叶片的对应排列有交错布置和平行布置两种形式，分析双根轴上搅拌叶片的排列。
考虑到单根轴搅拌叶片正排列有较好的搅拌效果，那么双轴搅拌叶片的排列就有两种组合：一正一反排列（简称正反排列）和双正排列。
显然，在不破坏物料流大循环的前提下，两轴间物料逆流运动的频次越高，揉搓和挤压作用就越充分，搅拌效果就越好。
因此，双轴上搅拌叶片的排列应以此作为依据。
当然也要兼顾在搅拌的任何瞬间参与搅拌的叶片数量相同，以达到电机负荷均匀，减少冲击的目的。
通过对叶片相对运动分析可知：无论两轴上的叶片是交错布置还是平行布置，搅拌叶片正反排列得到的逆流次数（３次）要比搅拌叶片双正排列得到的次数（２次）多，因此搅拌作用更强烈，搅拌质量也更好。
并且随着搅拌叶片数量的增多，这种优势会更加明显。
同时在双正排列中，由于两轴上的叶片同时到达主搅拌区，那么搅拌叶片的运动顺序破坏了拌筒内物料的大循环流动。
这是因为物料以连续递推的方式前进，工作时两根搅拌轴中会有一根轴上相邻叶片；同时参加搅拌，并且二者对物料推动的方向相反。
由于叶片的反向推动，该叶片的相邻叶片无料可搅，从而导致一根轴上叶片内的物料无法推出来，而另一根轴上的叶片内的料也无法推进去。
所以，双正排列叶顺序对物料沿轴向的均匀拌合是极为不利的通过搅拌性能对比试验进一步验证，试验的结论与理论分析是一致的，搅拌叶片正反排列既能增加物料逆流运动的频次，也能保证物料获得较多的轴向流动次数和在拌筒内翻动的剧烈程度，从而使物料在拌筒的不同坐标方向都能够快速达到宏观和微观上的匀质，这正说明搅拌叶片正反排列可以使物料达到较好的宏观和微观均匀性。
２．２双壁犁式物料混合机双壁犁式物料混合机对通用的卧式搅拌机叶片的结构和曲面形状进行了很大的革新，把单根轴上的叶片的单螺旋面排列改为旋向相反的双螺旋面排列（即单轴上的正反叶片），把每块叶片的曲面改为犁状曲面，取得很好的效果。
２．２．１卧式双壁犁式物料连续混合机整机结构卧式双壁犁式物料连续混合机整机结构见图１，它主要由Ｕ形槽２、搅拌转子１、进料口７、出料口８和驱动装置等组成，搅拌转子由轴和轴上的双壁犁片（双向不等长螺旋叶片３、４及抄板５、６）组成。
电动机通过无级变速器驱动搅拌转子１转动，物料由进料口７进入Ｕ形槽２内，在双壁犁片的作用下被混合搅拌均匀并送至出料口８。
图１双壁犁式物料连续混合机结构图１．搅拌转子２．Ｕ形槽３．正向叶片４．反向叶片５、６．抄板７．进料口８．出料口机内的物料被正、反叶片组成的脊锋分成两部分，一部分向前推进，另一部分则向后推送，使物料产生连续不断的轴向往复运动，同时抄板也将处于不同半径处的物料铲起、翻转，使物料产生间歇性的径向运动，在叶片与抄板的共同作用下，物料在机内反复翻动、扩散、搅拌、揉搓，使物料混合均匀。
由于正向叶片大于反向叶片，所以物料在作轴向往复运动的时候，总体趋势上是向出料口方向缓慢前进的，因而可以满足连续工作的要求。
此外，物料由通常的单向运动方式改为往复运动，使得设备的长度大大缩短。
根据试验结果，反向叶片的长度一般为正向叶片的１／２～２／３较好，为了保证物料的径向流动，双壁犁片之间应留有一定的间隙；为使轴的受力均匀，双壁犁片在轴上应呈螺旋线布置，按双头（或三头）螺旋线在每节轴上布置１～２个导程比较好，如图２所示。
为了防止物料在机体两端受到挤压，应在物料进口端只设正向叶片，在出口端仅设反向叶片；当混合装置由多节搅拌转子和Ｕ形槽组成时，每节转子的尾部和下一节转子的头部仅设正向叶片，以帮助物料顺利通过轴的连接部位。
抄板在正、反叶片上呈阿基米德螺旋线布置，有利于物料的运动与翻转，抄板的尾部与轴之间应留出足江西建材够的间隙，便于物料的流动。
图２双壁犁片在轴上的布置１．反向叶片２．正向叶片２．２．１卧式双壁犁式物料混合机混合机理当物料进入混合机时，受到双壁犁片的作用，在Ｕ形槽内作多重复合运动，因叶片是螺旋面，在反向叶片１上取一个小的扇形元ｄＢ，当ｄＢ足够小时可以将其看作一个平面。
与ｄＢ接触的物料为Ａ，设ｄＢ作用在Ａ上的力为Ｐ，由于Ａ与叶片之间存在着摩擦力，作用力Ｐ的方向偏离了叶片法线角（角等于物料对叶片的摩擦角ρ）。
物料Ａ在Ｐ作用下产生圆周运动速度ｖ１，轴向运动速度ｖ２，合速度ｖ，当反向叶片上的抄板３与Ａ接触时，同样有一个力Ｐ′作用于Ａ上，使Ａ产生圆周运动ｖ１′和向上的运动ｖ３，它们的合速度为ｖ′。
这时，物料Ａ的运动是ｖ、ｖ′的共同作用。
与正向叶片３及抄板接触的物料颗粒也会有同样的结果，只是ｖ２的方向相反，ｖ、ｖ′合成的方向不同而已。
２．２．２双壁犁式物料混合机的混合运动双壁犁式物料混合机的混合运动有：（１）圆周流混合。
随着搅拌转子的转动，在叶片和抄板的作用下，物料将绕转子的轴心线作圆周运动；（２）剪切混合。
物料颗粒在作圆周运动时，它们之间存在着速度上的差别，物料颗粒间相互碰撞、滑移或摩擦，形成剪切混合。
一般认为，物料混合的剪切作用与物料颗粒的圆周速度及速度梯度有关。
（３）轴向流混合。
在正向叶片和反向叶片的作用下，形成轴向往复物料流。
由于正向叶片大于反向叶片，物料前进的路程长而回退的路程短，总体上形成向右的轴向物料流。
（４）扩散混合。
扩散混合是指相邻物料颗粒之间相互改变位置而引起的局部混合，这种局部混合最终可以达到完全混合的效果。
①由于叶片是螺旋面，一个叶片上的每个扇形元ｄＢ的方向都不同，与不同扇形元接触的物料颗粒的运动方向也不相同，在垂直于轴的平面内形成＂散射式＂物料流，使物料颗粒实现扩散混合。
②随着抄板的转动，当物料颗粒受到抄板的作用时，ｖ１′和ｖ３的方向和大小改变，ｖ３将物料向上抛起。
在抄板的尾部ｖ１′达到最大值，抄板转动使ｖ１′指向上方时，物料颗粒被向上抛起（抛起高度与搅拌转子的直径和转速有关），不再依赖相邻物料颗粒的支撑来维持自身的空间位置，而失去机械支撑的物料处于流态化区域内自由运动，引起物料颗粒之间位置的变化而形成扩散混合。
③双壁犁片在轴上呈螺旋线分布，每个犁片之间都错开一个相位角，一个犁片的正向叶片将物料颗粒向右散射出去，经过一定的时间后，下一个犁片的反向叶片又将物料颗粒向左散射回来，形成往复散射的扩散混合。
双壁犁式混合机使物料处于不断的圆周流混合、剪切混合、轴向流混合和扩散混合这样多方位的复合混合中，能实现物料的粗略混合以及细致混合，这也是双壁犁式物料混合机混合均匀度高的主要原因。
双壁犁式混合机是为轻工行业的物料搅拌而设计，只需在结构参数和零部件材质方面作一些相应的改进，以适应混凝土生产工艺要求，即可应用于混凝土搅拌。
目前已经有在混凝土生产中应用的实例。
３立轴行星式搅拌机立轴强制式搅拌机是随着混凝土施工工艺的改进而逐渐发展起来的机型，具有搅拌质量好、生产效率高的优点，因此在混凝土搅拌设备中得到了广泛应用。
但是强制式搅拌机由于自身结构的不足，存在着搅拌低效区的固有缺陷，３．１立轴强制式搅拌机搅拌低效区的成因与危害立轴强制式搅拌机是借助于搅拌叶片对物料进行强制导向搅拌。
其搅拌叶片绕垂直轴旋转；搅拌叶片的形式可以是铲片式，也可以是螺旋带式。
在搅拌轴转动时，搅拌臂上每一点的线速度不同，各点的线速度与该点到搅拌轴心的距离成正比，大容量的强制式搅拌机直径可达６ｍ甚至９Ｍ，搅拌轴转动时，叶片只能搅动靠近拌筒内壁的一层物江西建材料，而处于搅拌叶片和搅拌轴之间的很大一段距离的物料无法得到很好的搅拌。
显然，搅拌机的容量越大，搅拌低效区问题就越严重。
３．２立轴行星式搅拌机结构形式现有立轴强制式搅拌机的基础上，可以通过改进搅拌机的结构形式来消除搅拌低效区。
连续式混凝土搅拌机关键参数及叶片结构分析
Ｃ Ｅ ｉ ， Ｉ ｉｇ Ｑ Ｕ Ｊ －ｉ Ｈ Ｎ Ｙｎ ＬＵ Ｐｎ ， Ｉ ｉ ｊ ｇ ａ ａ （ ｅａｔ ｎ ｏ ｅｈ ｎｃｌ ｎ ｌ ｔｃＥ ｇｎｅ ｎ ， ｕ ｉｎＣ ｌ ｇ ， ｕ ｉ ２ ８０ Ｃ ｉａ Ｄｐｒ ｍｅｔ ｆ ｃ ａｉａ ａｄＥｅ ｒ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｓ ｑ ｏｌ ｅ Ｓ ｑａ ２ ３ ０ ， ｈｎ ） Ｍ ｃｉ ｉ ａ ｅ ｎ
不 同混凝 土 的搅 拌 要 求 ．已发 展 了多种 机 型 ， 各 机 型 在结 构 和性 能 上 各具 特 色 ， 可从 不 同角 度进 行 分类 。就 其原 理 而 言 ． 本 可分 为 自落 式 和强 基 制式 两 大类
１１ 自落 式 ．
剪切 、 挤压、 翻滚和抛 出等强制搅拌作 用， 物料在剧 烈的相对运动 中得 到均匀搅拌 。这种机型 的搅拌机 ， 使 搅 拌作 用强烈 ． 搅拌质量好 ， 生产率 高， 但磨损和功耗 大。从搅拌 叶片的布局和搅拌机主要参数的设计考虑 ， 通
过对搅拌过程 的分析 ， 细阐述 了各参数的设 计， 详 并给 出结论和建议。
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｆ ｒ ｅ ｘ ｒ ｉ ａ ｍｏ ｅ ｒ ｄ ａｌ ｅ ｅｏ ｅ ｔ ｈ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｏ ｏ ｃ ｅｅ ａ ｄ ｉ ｏ ｓｒ ｃ ｉｎ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｓｒ ｃ ： ｏ ｃ ｄ ｍｉ ｅ ｓ ｄ ｌ ｇ ａ ｕ ｌ ｄ ｖ ｌｐ ｄ ｗｉ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｆ ｃ ｎ ｒ ｔ ｎ ｔ ｃ ｎ ｔ ｔ ｅ ｈ ｏｏ ｙ， ｙ ｈ ｓ ｕ ｏ ｗｈ ｃ ｉｈ，ｗｉ ｈ ｅｐ ｏ ｔ ｔ ｇ ｂ ａ ｅ ，ｃ ｎ ｕ ｔ ｏ ｃ ｄ ａ ｔ ｎ ｏ ｕ ｔ ｇ ｑ ｅ ｚｎ ，ｒ ｌ ｎ ｎ ｈ ｓｉｇ ｔ ｅ ｍａ ｅ ａ ，ａ ｄ ｔ ｔ ｅ ｈ ｌ ｆｒ ａｉ ｌ ｄ ｓ ｏ ｄ ｃ ｓｆ ｒ ｅ ｃ ｉ ｆ ｔ ｎ ，ｓ ｕ ｅ ｉ ｇ ｏｌ ｇ ａ ｄ ｔ ｒ ｔ ｏ ｔ ｔ ｒ ｌ ｎ ｈ ｏ ｎ ｏ ｃ ｉ ｉ ｕ ｎ ｈ ｉ ｔ ｕ ｘ ｓ ｉ ｅ ｅ ｌ ｎ ｔ ｅ ｆ ｒ ｅ ｒｌ ｔ ｅ ｍｏ ｅ ｎ ． ｉ ｋ ｎ ｆｍｉｅ ｓ ｆａ ｕ ｅ ｉ ｔ ｎ ｘｎ ｃｉ ｎ ｇ ｏ ｘｎ ｈ ｓ ｍｉｅ ｔ ｖ ｎ ｙ ｉ ｈ ｅ ｃ ｅａ ｉ ｖ ｍｅ ｔ Ｔｈｓ ｉ ｄ ｏ ｘ ｒ ｉ ｅ ｔｒ ｄ ｗ ｔ ｓｒ ｇ ｍｉｉ ｇ ａ ｔ ， ｏ ｄ ｍｉｉｇ ｉ ｖ ｈ ｏ ｏ ｑ ａｉ ｕ ｌ ｙ，ｈ ｇ ｒ ｄ ｃ ｉｉ ，ｂ ｔｔｒ ｂ ｅ ｗｅ ｒ ｇ ａ ｄ ｂｇ ｐ ｗｅ ｏ ｓ ｍｐ ｉｎ Ｃ ｎ ｉ ｅ ｎ ｈ ｒａ ｇ ｍｅ ｔｏ ｘ ｎ ｌｄ ｓ ａ ｄ ｔ ｉｈ ｐ ｏ ｕ ｔ ｔ ｖ ｙ ｕ ｅｒ ｌ ａ ｎ ｎ ｉ ｏ ｒｃ ｎ ｕ ｔ ． ｏ ｓｄ ｒ ｇ ｔｅ ａ ｒ ｎ ｅ ｎ ｆｍｉ ｉｇ ｂａ ｅ ｎ ｉ ｉ ｏ ｉ
搅拌叶片三维造型
２ ７
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搅拌 叶片三维造 型
徐 飞 大庆油 田设计 院
Ｆｕ ｎ 作为 一 种 计 算 流 体 力 学 软 件 可 用 于 可 ｌｅ ｔ
压缩 流 体 和 不 可 压 缩 流 体 。Ｆｕ ｎ 还 可 以对 模 型 ｌｅ ｔ 的 网格 进行 优化 ，能够 检测 模拟 过程 。值 得一 提 的
夹 角 ，其余 两个 叶 片也 通过 此方 法来 复制 ，这 ４个
混 合过程 很复 杂 ，其设 计 主要 依靠 半经 验方 法 ，存 在着 设计 周期 长 、偏差 大 和实 验耗 费高 等 问题 。通
过对 Ｃ Ｒ 叶片 的三 维 造 型 ，从 而 使 复 杂 的 曲 面 造 Ｂ 型用模 拟 软件 Ｆ ｕ ｎ 进 行分 析成 为 可能 。 ｌｅ ｔ
对 话框 中选 择 ｍｍｎ —Ｐ ｒ —ｓ ｅ ｔ ｔｌ 制 图单 ｓ ａｔ ｈ ｅｍｅａ 将
叶 片分别 位 于 的角度 为 ０、５。 ８ 。 ２２。 。 ２ 、１ Ｏ 和 ３ 。
是 Ｆ ｕ ｎ 本 身 具 有 较 强 大 的后 处 理 功 能 ，能 对 模 ｌｅ ｔ
图 １ Ｃ ＢＲ 叶 片 的 三 维 造 型
（）在 打开 Ｐ ｏＥ １ ｒ／ ＮＧＩ Ｅ 后 可 以 看 到 它 的 ＮＥ Ｒ
主菜 单 。通过 点击 工具 栏 中 的相关 项可 以得 到一 个 新 建 的对 话 框 。打 开 Ｐ ｏ Ｓ Ｅ ｒ／ ＨＥ ＴＭＥ ＴＡＬ并 选 择 其 下 的 Ｓ ｂ Ｔｙ 。先 将 ｄ ｆｕｔ ｍｐａｅ设 置 成 ｕ — ｐ ｅａ ｌ Ｔｅ ｌｔ 不 选择 ，然后 再按 ＯＫ 键将 其对 话 框关 闭 。通过 在
混凝土搅拌车搅拌叶片结构优化设计
搅拌叶片有限元分析模型采用形状规则的四节点四边形 空间板壳单元， 共划分 １０７９０ 空间壳单元。搅拌叶片承受来自 新拌混凝土的各个方向上的力， 可分解为周向和轴向两个方向 上的力， 约束叶片与罐体接触节点的 ６ 个自由度。图 １ 为搅拌 叶片优化有限元分析模型。
图 １ 搅拌叶片优化模型
Ｓ ｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｐｔｉｍａ ｌ ｄｅ ｓ ｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅ ｔｅ ｍｉｘｅ ｒ ｔｒｕｃｋ＇ ｓ ｍｉｘｉｎｇ ｂｌａ ｄｅ
ＹＵ Ｓｈｉ－ ｘｕ１，ＹＩ Ｃｈｕｉ－ ｊｉｅ１ ， ＧＵＯ Ｊｉａｎ－ ｘｉａｎｇ１ ， ＸＩＮＧ Ｐｕ２ （１ Ｑｉｎｇｄａｏ Ｒ＆Ｄ Ｃｅｎｔｅｒ Ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ， Ｑｉｎｇｄａｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ
图 ７ 滑块速度图
３ 结束语
（ １） 本文利用 ＭＡＴＬＡＢ 优化计算工具箱实现了机构的优化 设计， 简单易行， 不用编写繁琐的程序， 减小了工作量， 且能方便 地进行机构仿真， 可以清楚地看到优化效果。
（ ２） 将多杆机构拆分为几个简单的２级机构， 为多杆机构的运
参考文献
１ 邹慧君．傅祥志．张春林．李杞仪．机械原理［Ｍ］．北京：高等教育出版社， １９９９．
１．２ 优化方法
ＡＮＳＹＳ 中优化方法有零阶方法和一阶优化方法两种［４］。零
阶优化方法不采用函数的偏导数， 将约束的优化问题转化为非
约束优化问题。由于不采用偏导数， 它可以有效地处理绝大多
数的工程问题， 但收敛速度比较慢。一阶方法采用设计变量的
偏导数， 与零阶方法相比， 优化结果比较好， 但一阶方法计算量
为 第 ｉ 个 叶 片 厚 度 和 相 应 的 叶 片 面 积 ； ｔｉｍｉｎ 和 ｔｉｍａｘ 为 第 ｉ 个 叶 片
混凝土搅拌车拌筒螺旋叶片的设计
混凝土搅拌车拌筒螺旋叶片的设计李 斌，王凯威，刘 杰，肖 凡（沈阳建筑大学 交通与机械工程学院，辽宁 沈阳 110168）［摘要］搅拌筒非等角对数螺旋叶片具有流线性好、拟合方便的优点。
根据等角对数螺旋线的性质，按搅拌筒功能区段，适当区别选用叶片的螺旋升角，着重满足该段的主要工作性能，提出设计非等角对数螺旋搅拌叶片的新方法，并在此基础上应用AutoCAD 二次开发技术进行叶片的参数化设计，从而大大提高设计与制图效率。
［关键词］螺旋叶片；螺旋升角；螺旋曲线［中图分类号］TU642 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X （2014）09-0070-06Design on helical blades of concrete mixer truck mixing drumLI Bin ，WANG Kai -wei ，LIU Jie ，XIAO Fan混凝土搅拌车搅拌筒内部特有的2条连续螺旋叶片在工作时形成螺旋运动，推动混凝土沿搅拌筒轴向和切向产生复合运动［1］，这2条叶片的螺旋曲线直接影响搅拌筒的工作性能。
在其几何设计中，必须根据工作性能要求和混凝土性质等有关因素，恰当确定叶片螺旋曲线的形式和具体参数，这些参数中，最重要的是螺旋升角。
叶片曲线的螺旋升角决定混凝土在搅拌筒内沿轴向或切向运动的状态，从而影响搅拌和卸料性能。
本文根据设计经验对对数螺旋线的螺旋角进行修正，使得不同筒体段内螺旋搅拌叶片的螺旋角呈线性变化关系，这样不同筒体段内的螺旋线在筒体结合处形成平滑过渡，保证了螺旋线的连续性，也能有效地避免混凝土在这个位置发生粘结，可以有效地提高混凝土搅拌车的工作效能。
1 搅拌叶片螺旋曲线方程的建立1.1 选用螺旋曲线形式为使搅拌叶片具有更好的搅拌与出料性能，采用改进对数螺旋曲线，它是在等角对数螺旋曲线的基础上得到的。
等角对数螺旋曲线是自极点出发、其运动方向始终与径向保持定角β的动点轨迹（见图1）。
混凝土搅拌车螺旋叶片参数化设计方法
混凝土搅拌车螺旋叶片参数化设计方法李斌;王凯威;柯安娜【期刊名称】《沈阳建筑大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(031)002【摘要】目的研究混凝土搅拌车螺旋叶片的参数化设计方法,实现螺旋叶片二维工程图纸的自动设计出图.方法依据搅拌筒的功能及结构特征,给出了通用于三段式与四段式搅拌筒的叶片螺旋线的方程.以叶片三维螺旋线方程为基础构造螺旋面,提出了从空间螺旋曲面到二维工程图的映射算法.以Visual Basic为平台,基于ActiveX Automation技术对AutoCAD进行二次开发,开发了螺旋叶片的参数化制图软件,并以10m3混凝土搅拌车的螺旋叶片为例进行了检验.结果该参数化制图软件能够实现螺旋叶片参数的自动计算,并能快速准确的绘制出叶片的工程图.软件具有简洁实用的用户交互式界面,方便了用户的操作及大量设计参数的输入和修改工作.结论工程图参数化设计计算方法及软件开发流程对设计是可行的,可以有效提高设计与制图的效率,对具有同样相似结构机械零件参数化设计软件的开发具有指导意义.【总页数】9页(P335-343)【作者】李斌;王凯威;柯安娜【作者单位】沈阳建筑大学交通与机械工程学院,辽宁沈阳110168;沈阳建筑大学交通与机械工程学院,辽宁沈阳110168;沈阳建筑大学交通与机械工程学院,辽宁沈阳110168【正文语种】中文【中图分类】TU64+2【相关文献】1.混凝土搅拌车拌筒螺旋叶片的设计 [J], 李斌;王凯威;刘杰;肖凡2.混凝土搅拌车拌筒螺旋叶片参数化设计 [J], 朱红;贾海云3.混凝土搅拌车筒体螺旋叶片参数化建模 [J], 裴志军4.混凝土搅拌车螺旋叶片轨迹坐标Matlab求解 [J], 王新艳;王建设5.基于PRO/E的混凝土搅拌车螺旋叶片三维造型 [J], 郑招强因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
关于砼搅拌车螺旋叶片设计研究
ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｔ ｏ ｐ ａ ｎ ｄ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｒ ｏ ｏ ｔ ｓ ｐ ｉ ｒ ａ ｌ ｓ ｂ ｙ ｄ ｅ ａ ｌ ｉ ｎ ｇ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ － ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ． Ｃ ｏ ｎ ｅ ｌ ｏ ｇ ａ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｇ ｈ ｔ ｌ ｉ ｎ ｅ ｏ ｂ ｌ ｉ ｑ ｕ ｅ ｓ ｐ ｉ ｒ ａ ｌ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｂ ｙ ｂ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｒ ｙ ｍｉ ｘ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｍｍａ ｎ ｄ，ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏｒ ｆ ｈ ｅ ｌ ｉ ｃ ａ ｌ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ．
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防止 凝 固 、 离析 ， 在 卸料 时 将 底部 混 凝 土 推 出 ， 无 残留， 圆柱部分 为中间导 向作 用兼 顾搅 动功 能 ， 尾
混凝土搅拌车新型螺旋线搅拌叶片的设计
混凝土搅拌车新型螺旋线搅拌叶片的设计摘要：基于微分原理，提出了搅拌筒叶片新的推导方法，推导了对数螺旋线与平方螺旋线，结合经验，设计出一种新型的搅拌筒叶片曲线，与传统对数螺旋线叶片进行对比，它的搅拌均匀性、出料速度和出料残余率性能有很大提高，进一步建立了新型搅拌筒三维数字模型。
关键词：搅拌车对数螺旋线混凝土搅拌近年来我国的混凝土搅拌运输车需求量越来越大，然而实际运用中，混凝土搅拌运输车在搅拌和卸料性能都存在很多弊端，而叶片是混凝土搅拌装置中实现工作性能的主要部件，其设计是否合理直接影响混凝土搅拌和出料性能，为保证混凝土搅拌和卸料时的均匀顺畅，混凝土搅拌筒叶片螺旋线型线和螺旋角的选择至关重要。
以往文献大多介绍的是等角或非等角对数螺旋线搅拌叶片的设计方法，但对于不同螺旋线的数学规律还未作深入的阐述，虽然非等角对数螺旋线搅拌叶片在搅拌性能上已经有很大提高，但是在出料性能上还是存在出料速度慢、积料现象。
为改善出料性能存在的不足，该文分析搅拌叶片的搅拌出料机理，突破传统的对数螺旋线的推导方法，基于微分原理利用新的推导方法设计了一种新型螺旋线搅拌叶片。
1 传统对数螺旋线搅拌叶片目前混凝土搅拌车搅拌叶片的母线大多数采用的是等角或非等角对数螺旋线。
进一步分析等角对数螺旋线搅拌叶片的特征，得出叶片方程为：(如图1)由上式（1.1）可知，当圆锥顶角α为确定值时，叶片螺旋面的形状取决于投影位置角θ和螺旋角β。
当螺旋角过小时，工作点在螺旋面的位置过高，混凝土将不会沿着螺旋面曲线方向滑动，而是向两边滑走，以至于影响混凝土出料速度，功率损耗增大。
2 推导三种搅拌叶片螺旋线方程的新方法对搅拌车对数螺旋线搅拌机理进行深入研究，结合某厂生产搅拌车叶片的经验，利用微分方法推导了对数螺旋线，并结合实际经验，总结出搅拌筒叶片的成型规律，进而针对目前传统搅拌车叶片的不足。
设计出一种新型螺旋曲线。
2.1 传统搅拌筒叶片螺旋线(1)对数螺旋线与平方曲线搅拌筒叶片曲线分为三段，前锥段、圆柱段和后锥段。
混凝土搅拌运输车搅拌叶片参数设计及数值分析
国内图书分类号 工Ｈ１２ 国际图书分类号
硕士学位论文 混凝土搅拌运输车搅拌叶片
参数设计及数值分析
硕士研究生： 壬世坦 导师姓名： 邀垂盔教授 协助指导老师： 郭毽趣遵± 申请学位级别： 工堂亟± 学科、专业： 奎塑王攫 所在单位： 汽奎量窒通堂陵 答辩日期： 至鱼ＱＺ笙昼且 学位授予单位： 考岛理王太茔
青岛理工大学工学硕士学位论文
目前，国外的搅拌设备研究逐渐向着多功能、自动监控、多样化、成套化发 展，如单、双卧轴式搅拌机、振动式搅拌机、强制式搅拌机，多种混凝土搅拌楼 （站）等。搅拌车研究更倾向于上装技术、耐磨材料的研究。
针对国内外现状，本文改变传统的搅拌叶片母线所采用的螺旋线方程，使搅 拌叶片和搅拌筒之间的连接方式和安装参数得到了改善，提出了用有限元软件对 搅拌叶片进行数值模拟和参数优化。试验验证了理论方法的可行性。
图１．１ ８．５ＬＰபைடு நூலகம்凝土搅拌运输车
虽然混凝土搅拌车的市场前景异常乐观，但是我国混凝土搅拌车生产的一些 薄弱环节尤其是基础理论方面研究的薄弱却不容忽视【４１。本课题针对中国重汽集 团专用汽车公司生产的混凝土搅拌车（如图１．１）目前还存在着搅拌叶片使用寿命 短、搅拌振动噪声大、搅拌效果和出料速度不理想、出料残余率高等问题和隐患 而立题并开展研究的。并得到国家自然科学基金．基于流变学的混凝土搅拌叶片理 论研究、山东省自然科学基金．基于流变学的混凝土搅拌车搅拌系统设计理论研究 的资助。
青岛理工大学工学硕士学位论文
１．２混凝土搅拌车搅拌系统国内外研究现状
国内方面： １９６５年上海华东建筑机械厂引进了我国第一台混凝土搅拌车嗍。我国混凝土 搅拌车的开发生产始于二十世纪八十年代初期，开始基本上是引进散件组装，或 者通过技贸方式引进技术生产与部分零部件引进相结合的生产制造模式。从１９８２ 年开始，一些企业相继引进国外的先进生产技术，经过２０年的发展，产品国产化 率不断提高，产量也有了很大的提高。在产品系列上，形成了３ ｍ３、４订、５ ｍ３、 ６ ｍ３、８ ｍ３、１０ ｍ３、１２ ｍ３等品种，８ ｍ３以下正在逐渐淘汰，向着ｌＯ ｍ３、１２舒甚 至更大容积发展，但整机性能与国外相比还有一定差距嘲。 如今，国内生产企业对混凝土搅拌车的搅拌系统研究主要是引进消化国外的 技术或者仿制国外产品为主，自主开发很少，在理论方面的研究比较匮乏，国内 企业的生产多靠测绘和技术引进，甚至在搅拌叶片的生产安装过程中，局部敲打、 硬性整合现象屡见不鲜ｍ。虽然国内一些高校也在这一领域进行研究，如武汉理 工大学、西安建筑科技大学等。但他们主要是对搅拌筒进行设计绘制，对于搅拌 叶片设计，数值模拟研究很少。 国外方面： １９世纪４０年代出现以蒸汽为动力源的木制多面体拌筒的自落式搅拌机，１９ 世纪８０年代用钢铁件代替木板。２０世纪初开始改良为圆柱形搅拌筒。１９２６年美 国生产出搅拌容积为３ｍ３的第一台混凝土搅拌车。早期的搅拌叶片一般都是采用阿 基米德螺旋线，１９６５年以后日本开始采用对数螺旋线设计制造搅拌叶片，后来又 在此基础上对局部叶片的螺旋角进行了修正，逐渐形成了现在这种梨形拌筒（前 后部分为圆锥形，中间部分为圆柱形）一混合螺旋线搅拌叶片的混凝土搅拌车嘲。 ２０００年，美国的ＣＨＲＩＳＴＥＮＳＯＮ ＲＯＮＡＬＤ Ｅ在原来搅拌筒的基础上，在底锥添加辅 助搅拌叶片改进了传统的搅拌叶片；２００５年澳大利亚的ＫＩＪＯＵＲＩ ＡＮＴＨＯＮＹ ＪＡＭＥＳ 采用两条螺旋钢板焊接作为内筒壁，合成树脂作为外筒壁，改进了传统的三段式 搅拌筒，不过这种搅拌筒制造起来比较困难。近年来，澳大利亚ＶＵＬＣＡＮ、美国的 马克西姆等公司推出了超长搅拌筒的前卸式搅拌车，拌筒前锥加长，架在驾驶室 上方，于驾驶室前方出料嗍。成为搅拌车市场快速增长的产品，但搅拌叶片设计 仍然沿承了对数螺旋线叶片设计方法。
混凝土搅拌车搅拌叶片结构优化设计
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混凝土搅拌车叶片模的虚拟制造技术研究与应用
2 李宏才. 履带车辆制动控制系统仿真研究与优化设计，
北京理工大学硕士学位论文， 2001(2)
通信地址： 北京理工大学车辆传动国家重点试验室(100081)
(收稿日期:2003!04!14)
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混凝土搅拌车叶片模的虚拟制造技术研究与应用
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 郧建国， 王锦红， 邹勇贤 郧建国,王锦红(广东韶关学院)， 邹勇贤(韶关新宇建设机械有限公司) 工程机械 CONSTRUCTION MACHINERY AND EQUIPMENT 2003,34(8)
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" 2.1.2
拌筒叶片和空间螺旋面的建模过程 （1 ）建立叶片贴筒壁处空间焊接螺旋线 示。
该混凝土搅拌车拌筒长 3.8 m ，锥型，最大直 径为 2.1 m ，解决控制空间螺旋面光顺程度和焊接 后的螺旋面的质量问题，首先要根据原叶片进行分 析，用 UG 软件建立搅拌筒实体模型，并找到叶片 贴筒壁各点，进而做出空间焊接螺旋线，如图 1 所 建立搅拌车拌筒空间模型的具体方法是，首先 对拌筒进行纵向细分，建立平行拌筒上、下底面的 辅助面 （ datum 面） ，然后将其前端、 中 端 、 后 端 分 别 等 分 为 11 份 ， 做 出 贴 筒 壁 各 点 ， 进 而 用
块进行数控编程，产生 NC 程序并进行数控加工仿 真，如图 5 所示。当数字样机完全符合要求后， 在数控机床上加工出搅拌车拌筒叶片凸、凹模。
图6 虚拟产品开发环境
利 用 先 进 的 CAD/CAM 软 件 对 产 品 进 行 了 有 效的实体建模和有限元分析，并对叶片模进行了冲 压成形过程仿真和加工仿真，对混凝土搅拌车叶片 模的虚拟制造技术进行了研究和实践。