本文是一篇机械论文研究，通过本文分析结果表明：(1)筒体后部辊道区域应力数值较高。在发生裂纹的部位，静态应力达 150 MPa 左右。对于该区域，建议采取两个措施：一是改变焊缝截面参数，将现有的 1:1 的焊角改为 1:2 ；二是将现有的筒体沿辊道左右两侧分块的结构，调整为分块位置远离辊道。 前述的滚道不同结构方案的比较计算表明，将滚道左右两侧的筒体连接为一体，并将焊缝截面参数改为 1:2 后，由于消除了原有的分块结构造成的裂纹尖端，焊接区域刚度过渡更为均匀，使得该区域的应力数值降低。(2)对于副车架，经计算表明现有的连接方式使得副车架可以承担部分主车架传递来的载荷，按目前的结构设计参数，副车架以及筒体支座区域整体应力均较低，只是在个别区域存在一些大应力点。因此，可以对上述区域进行轻量化改进，对于高应力区域再进行针对性的处理。主要是通过调整材料厚度的方式实现。
第一章 绪论
1.1 课题来源及研究意义
1.1.1 课题来源
随着中国经济的不断发展，各行各业得到快速发展空间，尤其是建筑行业，不断涌现的建筑项目需要用到大量的混凝土。这就对混凝土加工设备提出了更高的要求，特别是在性能以及质量等方面，混凝土加工设备的制造水平一定程度上体现了一个国家的制造业发展水平。最近几年，楼垮事件多次出现，造成恶劣的社会影响，这些事件暴露出混凝土在使用过程中存在大量问题，在混泥土搅拌机作业的过程中，混凝土搅拌容易造成灰尘、噪音等污染，这些问题都是迫切需要解决的。
中国借鉴了发达国家的混凝土产业的发展经验，推出了商品混凝土，以满足建筑行业快速增长的混凝土使用需求。以往混凝土的提供多为现场自制，运输主要采用小型翻斗车或自卸车。随着社会发展，国家对于混凝土行业及环境要求不断提高，现代商品混凝土的生产主要由大型混凝土搅拌站负责[1]。因大型混凝土搅拌站与施工工地有着较远的距离，使用过程中需要用到运输机械。
但在运输过程中，混凝土有一定概率会出现分层或初凝等情况，很大程度上影响到混凝土的质量，为了解决该问题，因此研发出了混凝土搅拌运输车。混凝土搅拌运输车可以很好的完成运输工作，同时工程造价低，运输效率高。
混凝土搅拌运输车可以高效的运输混凝土，达到了100%机械化水平。混凝土搅拌运输车的使用在很大程度上提高了施工质量，并且混凝土搅拌车展现出多方面的优势，十分适用于狭窄的施工工地。因大型建筑工程等对混凝土极大需求，使得进一步推动搅拌运输车的发展，具有鲜明的使用价值和社会效益。
............................
1.2 混凝土搅拌车概述
1.2.1 混凝土搅拌车总体结构及工作原理
混凝土搅拌输送车可以实现混凝土的长距离输送，其基础为载货汽车，基于此加装了混凝土搅拌装置，这样混凝土搅拌运输车就可以搅拌或搅动混凝土，使得混凝土在运输途中不会出现离析的情况，保证了混凝土的质量，满足工程的需求。
按照搅拌筒公称容量大小可以将搅拌车划分为十个档次，包括了 2.5 m3、4 m3 等；在充盈率方面，混凝土料通常情况下为 55-60%。划分为以下几种类型:
1)公称容积低于 2.5m3为轻型混凝土搅拌运输车，其改装基础为翻斗车；
2)公称容积为 4-6m3中型混凝土搅拌运输车，改装基础为重型载重卡车；
3)公称容积超过 9m3的混凝土搅拌车即为重型混凝土搅拌运输车，其改装基础为大功率三轴式重型卡车。
每种机型有着不同的结构，不过一般情况下其构成有两个部分，分别是混凝土搅拌装置以及运载底盘，根据以上特征分类如下：
1)从运载底盘结构的角度出发来进行类型的划分，即普通载货汽车、专用半拖挂式底盘两种类型；
2)从混凝土搅拌装置传动形式的角度出发来进行类型的划分，即机械传动、液压传动、机械—液压传动混凝土搅拌输送车。
混凝土搅拌运输车的总体结构如图 1-1 所示。
..........................
第二章 搅拌车螺旋线螺旋叶片设计
2.1 螺旋线的设计
螺旋叶片作为混凝土搅拌车的核心部件，对筒体的搅拌性能和卸料性能有直接影响。在叶片设计中，确定叶片在筒体上的螺旋轨迹即叶片螺旋线是非常关键的一步[2]。
本文以搅拌车工作时搅拌筒中各段螺旋线所起作用各不相同为起点，结合理论知识推导出一种更符合实际工况的螺旋线，锥体部分为了满足功能上的需求采用不同的螺旋角来分段划曲线，使各段螺旋线符合工作要求。
2.1.1 螺旋线的设计要求
阿基米德螺旋曲线，即等螺距螺旋曲线。该曲线叶片的特点是：螺旋环绕筒壁的叶片在搅拌筒轴线方向上的间距保持不变，但叶片的螺旋升角却随着搅拌筒横断面的直径成反比的变化[4]。如果叶片曲线的升角按搅拌区段工作要求选定，则叶片进入卸料区段其螺旋升角将随搅拌简断面的收缩而愈来愈大，这是与前面分析的结果背道而驰的。因而可能使卸料性能变坏；如果按卸料区段的工作要求选择叶片螺旋升角，则搅拌区段叶片螺旋升角将失之过小，可能无法保证搅拌质量。因而在采用阿基米德螺旋曲线为叶片曲线时，易出现顾此失彼难以兼顾搅拌、卸料性能的局面[10]。
............................
2.2 叶片设计
目前，应用于搅拌运输车的拌筒叶片螺旋面的形式有：正螺旋面和斜螺旋面两种。正螺旋面就是母线垂直于轴线的螺旋面，当螺旋升角选定之后，在拌筒正、反转两种工况下，正螺旋面叶片很难兼顾搅拌和卸料两种工作性能。斜螺旋面就是母线与轴线不垂直的螺旋面。假设螺旋母线斜向出料方向一个适当角度，这样当拌筒正转时，由于螺旋面斜置，当某一部分叶片由轴线自下向上运动时，就能多带一些混凝土；当拌筒旋转到一定角度时，则由于重力作用和斜螺旋面的性质，将有一部分混凝土沿筒壁滑跌，增加了横向搅拌效果，提高了搅拌效率。当拌筒反向旋转时，由于斜面与筒壁间组成了大“V’型这样能够促进卸料。显而易见，当斜面斜向进料方向时，搅拌和出料性能都将变差，
其工作性能连正螺旋面都不如。因此搅拌叶片一定要与搅拌轴成一定角度安装[8]。
..............................
第三章 筒体结构有限元计算及结果分析 ..................................... 36
3.1 筒体的有限元分析 ........................................... 36
3.1.1 原结构有限元分析 ....................................... 36
3.1.2 计算结果 .............................. 36
第四章 副车架有限元计算及结果分析 ........................................... 48
4.1 边界条件及载荷的相关说明 .............................. 48
4.1.1 载荷情况 ............................................ 48
4.1.2 约束情况 .............................................. 50
第五章 副车架结构参数改变后的有限元分析 ................................. 57
5.1 副车架结构改进措施 .............................................. 57
5.2 结构改进前后应力分布对比 ............................... 58
第五章 副车架结构参数改变后的有限元分析
5.1 副车架结构改进措施
通过对原结构 5 种工况的 CAE 计算，可以发现在副车架纵梁以及筒体支座区域整体应力均较低，只是在个别区域存在一些大应力点。因此，可以对上述区域进行轻量化改进，对于高应力区域再进行针对性的处理。
轻量化改进的具体措施如下图 5-1 所示。轻量化前后，局部结构自重减轻 183kg，自重减轻了 20%。轻量化的主要目的在满足使用要求及总的承载能力不变的情况下，减轻车体自重，降低成本及能源消耗。
...........................
第六章 总结与展望
6.1 总结
通过本文分析结果表明：
(1)筒体后部辊道区域应力数值较高。在发生裂纹的部位，静态应力达 150 MPa 左右。对于该区域，建议采取两个措施：一是改变焊缝截面参数，将现有的 1:1 的焊角改为 1:2 ；二是将现有的筒体沿辊道左右两侧分块的结构，调整为分块位置远离辊道。 前述的滚道不同结构方案的比较计算表明，将滚道左右两侧的筒体连接为一体，并将焊缝截面参数改为 1:2 后，由于消除了原有的分块结构造成的裂纹尖端，焊接区域刚度过渡更为均匀，使得该区域的应力数值降低。
(2)对于副车架，经计算表明现有的连接方式使得副车架可以承担部分主车架传递来的载荷，按目前的结构设计参数，副车架以及筒体支座区域整体应力均较低，只是在个别区域存在一些大应力点。因此，可以对上述区域进行轻量化改进，对于高应力区域再进行针对性的处理。主要是通过调整材料厚度的方式实现。
(3)改变材料厚度后，一些部位的应力有一定的升高。但是，均依旧在材料的许可范围内。对于部分应力值较高的区域，可采取一些局部加强的措施，如采用园角过渡、增加加强板等。
(4)以上提出的结构修改意见从计算角度看是可行的，但是否能在实际中应用还应考虑企业的具体情况、工艺条件等，如果采用则最后还需通过实车的测试加以检验。
参考文献（略）
第一章 绪论
1.1 课题来源及研究意义
1.1.1 课题来源
随着中国经济的不断发展，各行各业得到快速发展空间，尤其是建筑行业，不断涌现的建筑项目需要用到大量的混凝土。这就对混凝土加工设备提出了更高的要求，特别是在性能以及质量等方面，混凝土加工设备的制造水平一定程度上体现了一个国家的制造业发展水平。最近几年，楼垮事件多次出现，造成恶劣的社会影响，这些事件暴露出混凝土在使用过程中存在大量问题，在混泥土搅拌机作业的过程中，混凝土搅拌容易造成灰尘、噪音等污染，这些问题都是迫切需要解决的。
中国借鉴了发达国家的混凝土产业的发展经验，推出了商品混凝土，以满足建筑行业快速增长的混凝土使用需求。以往混凝土的提供多为现场自制，运输主要采用小型翻斗车或自卸车。随着社会发展，国家对于混凝土行业及环境要求不断提高，现代商品混凝土的生产主要由大型混凝土搅拌站负责[1]。因大型混凝土搅拌站与施工工地有着较远的距离，使用过程中需要用到运输机械。
但在运输过程中，混凝土有一定概率会出现分层或初凝等情况，很大程度上影响到混凝土的质量，为了解决该问题，因此研发出了混凝土搅拌运输车。混凝土搅拌运输车可以很好的完成运输工作，同时工程造价低，运输效率高。
混凝土搅拌运输车可以高效的运输混凝土，达到了100%机械化水平。混凝土搅拌运输车的使用在很大程度上提高了施工质量，并且混凝土搅拌车展现出多方面的优势，十分适用于狭窄的施工工地。因大型建筑工程等对混凝土极大需求，使得进一步推动搅拌运输车的发展，具有鲜明的使用价值和社会效益。
............................
1.2 混凝土搅拌车概述
1.2.1 混凝土搅拌车总体结构及工作原理
混凝土搅拌输送车可以实现混凝土的长距离输送，其基础为载货汽车，基于此加装了混凝土搅拌装置，这样混凝土搅拌运输车就可以搅拌或搅动混凝土，使得混凝土在运输途中不会出现离析的情况，保证了混凝土的质量，满足工程的需求。
按照搅拌筒公称容量大小可以将搅拌车划分为十个档次，包括了 2.5 m3、4 m3 等；在充盈率方面，混凝土料通常情况下为 55-60%。划分为以下几种类型:
1)公称容积低于 2.5m3为轻型混凝土搅拌运输车，其改装基础为翻斗车；
2)公称容积为 4-6m3中型混凝土搅拌运输车，改装基础为重型载重卡车；
3)公称容积超过 9m3的混凝土搅拌车即为重型混凝土搅拌运输车，其改装基础为大功率三轴式重型卡车。
每种机型有着不同的结构，不过一般情况下其构成有两个部分，分别是混凝土搅拌装置以及运载底盘，根据以上特征分类如下：
1)从运载底盘结构的角度出发来进行类型的划分，即普通载货汽车、专用半拖挂式底盘两种类型；
2)从混凝土搅拌装置传动形式的角度出发来进行类型的划分，即机械传动、液压传动、机械—液压传动混凝土搅拌输送车。
混凝土搅拌运输车的总体结构如图 1-1 所示。
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第二章 搅拌车螺旋线螺旋叶片设计
2.1 螺旋线的设计
螺旋叶片作为混凝土搅拌车的核心部件，对筒体的搅拌性能和卸料性能有直接影响。在叶片设计中，确定叶片在筒体上的螺旋轨迹即叶片螺旋线是非常关键的一步[2]。
本文以搅拌车工作时搅拌筒中各段螺旋线所起作用各不相同为起点，结合理论知识推导出一种更符合实际工况的螺旋线，锥体部分为了满足功能上的需求采用不同的螺旋角来分段划曲线，使各段螺旋线符合工作要求。
2.1.1 螺旋线的设计要求
阿基米德螺旋曲线，即等螺距螺旋曲线。该曲线叶片的特点是：螺旋环绕筒壁的叶片在搅拌筒轴线方向上的间距保持不变，但叶片的螺旋升角却随着搅拌筒横断面的直径成反比的变化[4]。如果叶片曲线的升角按搅拌区段工作要求选定，则叶片进入卸料区段其螺旋升角将随搅拌简断面的收缩而愈来愈大，这是与前面分析的结果背道而驰的。因而可能使卸料性能变坏；如果按卸料区段的工作要求选择叶片螺旋升角，则搅拌区段叶片螺旋升角将失之过小，可能无法保证搅拌质量。因而在采用阿基米德螺旋曲线为叶片曲线时，易出现顾此失彼难以兼顾搅拌、卸料性能的局面[10]。
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2.2 叶片设计
目前，应用于搅拌运输车的拌筒叶片螺旋面的形式有：正螺旋面和斜螺旋面两种。正螺旋面就是母线垂直于轴线的螺旋面，当螺旋升角选定之后，在拌筒正、反转两种工况下，正螺旋面叶片很难兼顾搅拌和卸料两种工作性能。斜螺旋面就是母线与轴线不垂直的螺旋面。假设螺旋母线斜向出料方向一个适当角度，这样当拌筒正转时，由于螺旋面斜置，当某一部分叶片由轴线自下向上运动时，就能多带一些混凝土；当拌筒旋转到一定角度时，则由于重力作用和斜螺旋面的性质，将有一部分混凝土沿筒壁滑跌，增加了横向搅拌效果，提高了搅拌效率。当拌筒反向旋转时，由于斜面与筒壁间组成了大“V’型这样能够促进卸料。显而易见，当斜面斜向进料方向时，搅拌和出料性能都将变差，
其工作性能连正螺旋面都不如。因此搅拌叶片一定要与搅拌轴成一定角度安装[8]。
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第三章 筒体结构有限元计算及结果分析 ..................................... 36
3.1 筒体的有限元分析 ........................................... 36
3.1.1 原结构有限元分析 ....................................... 36
3.1.2 计算结果 .............................. 36
第四章 副车架有限元计算及结果分析 ........................................... 48
4.1 边界条件及载荷的相关说明 .............................. 48
4.1.1 载荷情况 ............................................ 48
4.1.2 约束情况 .............................................. 50
第五章 副车架结构参数改变后的有限元分析 ................................. 57
5.1 副车架结构改进措施 .............................................. 57
5.2 结构改进前后应力分布对比 ............................... 58
第五章 副车架结构参数改变后的有限元分析
5.1 副车架结构改进措施
通过对原结构 5 种工况的 CAE 计算，可以发现在副车架纵梁以及筒体支座区域整体应力均较低，只是在个别区域存在一些大应力点。因此，可以对上述区域进行轻量化改进，对于高应力区域再进行针对性的处理。
轻量化改进的具体措施如下图 5-1 所示。轻量化前后，局部结构自重减轻 183kg，自重减轻了 20%。轻量化的主要目的在满足使用要求及总的承载能力不变的情况下，减轻车体自重，降低成本及能源消耗。
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第六章 总结与展望
6.1 总结
通过本文分析结果表明：
(1)筒体后部辊道区域应力数值较高。在发生裂纹的部位，静态应力达 150 MPa 左右。对于该区域，建议采取两个措施：一是改变焊缝截面参数，将现有的 1:1 的焊角改为 1:2 ；二是将现有的筒体沿辊道左右两侧分块的结构，调整为分块位置远离辊道。 前述的滚道不同结构方案的比较计算表明，将滚道左右两侧的筒体连接为一体，并将焊缝截面参数改为 1:2 后，由于消除了原有的分块结构造成的裂纹尖端，焊接区域刚度过渡更为均匀，使得该区域的应力数值降低。
(2)对于副车架，经计算表明现有的连接方式使得副车架可以承担部分主车架传递来的载荷，按目前的结构设计参数，副车架以及筒体支座区域整体应力均较低，只是在个别区域存在一些大应力点。因此，可以对上述区域进行轻量化改进，对于高应力区域再进行针对性的处理。主要是通过调整材料厚度的方式实现。
(3)改变材料厚度后，一些部位的应力有一定的升高。但是，均依旧在材料的许可范围内。对于部分应力值较高的区域，可采取一些局部加强的措施，如采用园角过渡、增加加强板等。
(4)以上提出的结构修改意见从计算角度看是可行的，但是否能在实际中应用还应考虑企业的具体情况、工艺条件等，如果采用则最后还需通过实车的测试加以检验。
参考文献（略）
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