基于Solidworks的JZC350攪拌機建模及受力分析

劉春東 張東輝 陳 龍 馬立勇 李 偉

（河北建筑工程學院，河北 張家口075000）

0 前 言

JZC350混凝土攪拌機屬于自落式雙錐反轉出料混凝土攪拌機，由攪拌系統、上料系統、傳動系統、電氣控制系統、離合系統等五部分組成，主要用于攪拌塑性較高的普通混凝土和半干硬性混凝土.該種機型具有生產效率高，攪拌質量好，結構簡單，便于維修，自動化程度高，操作方便等優(yōu)點.廣泛應用于一般建筑工地、道橋、橋梁工程和中小型混凝土構件廠.

1 Solidworks建模［1］

1）攪拌部分建模.

利用Solidworks軟件的拉伸、切除、陳列、掃描、鏡像等功能對攪拌部分的主要零件進行建模，部分零件圖如圖1所示.

圖1 攪拌部分零件圖

完成所有零件的建模后，采用自下而上的裝配設計方法將進行裝配，為了便于裝配和修正，裝配時采用分級裝配的方法，裝配效果如圖2所示.

圖2 攪拌部分裝配效果圖

2）上料部分建模.

參考攪拌部分的建模，開始建立上料部分的三維模型，部分零件及裝配圖如圖3所示.

圖3 上料部分零件與裝配圖

上料部分及攪拌部分建模完成后，利用Solidworks的Animator插件制作出拌筒攪拌及料斗升降的動畫，并保存為視頻格式，如圖4所示.

圖4 動畫視頻

2 受力分析［2］

為便于分析，設拌簡內混凝土為勻質混凝.其流變性近似用賓漢模型描述，流變方程為：

式中，τ－混凝土的剪切應力（MPa）；f－混凝土的屈服剪應力（MPa）；η－混凝土剪切時的粘度系數（MPa／m·s－1）；γ－混凝土的應變速率（m／s）.

由于式（1）中的第二項可近似地按下式計算：

式中，a－系數，1＜a＜2（MPa／m2·s－1）；h－混凝土的坍落度（cm）；ν－筒壁運動線速度（m／s）.因此，式（1）可改寫為：

對于配合比一定的混凝土其坍落度h及屈服剪應力f均可確定，則混凝土的剪應力與拌筒壁的運動線速度有關.

1）低葉片受力分析

如圖5所示，攪拌過程中位于低葉片靠近進料錐一側并與低葉片接觸的混凝土在豎直方向ν2及ν′1水平面的方向上均受到低葉片的剪切，因而低葉片受到相應的剪切阻力.設A點處面積元素為dxdy，其相應的剪切阻力為：

為便于計算，將dQ1分解成軸向分量dQ′1和徑向分量dQ″1，有：

由于低葉片任意點A處有正方向上的運動，因此要受到混凝土的正壓力.為簡化計算，近似視單位正壓力為常量P（MPa），則任意點A面積元素受到的阻力為：

將dP分解成軸向分量和徑向分量dP′，dP″有：

圖5 低葉片的受力

將低葉片任意點A處面積元素受到的豎直方向、軸向、徑向三個阻力疊加.則：

2）拌筒受力分析

攪拌過程中，拌筒進料錐、柱體、出料錐內壁均要剪切混凝土.筒體受到的阻力應是這三部分內壁受到的剪切阻力之和.柱體內壁的面積元素dS受到的剪切阻力為：

式中，ν＝R·w（m／s）；R—柱體內壁半徑.

進料錐內壁的線速度隨內壁半徑變化，故任意面積元素dS受到的剪切阻力也會發(fā)生變化.設進料錐的半錐角為β1，在圖6的坐標系中距原點x處的進料錐面積元素的線速度化中為：

面積元素dS受到的剪切阻力為：同理，出料錐上的面積元素dS受到的剪切阻力則為：

圖6 進料錐的剪切阻力

［1］美國SolidWorks公司.SolidWorks裝配體建模.北京：機械工業(yè)出版社，2005.4

［2］陳宜通.混凝土機械.北京：中國建筑材料工業(yè)出版社，2002.6