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)8ααα=+≈+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 =⋅ 1-212~~c c 取值范围1.4 1.8取值范围0.80.972r 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，hb可用代替cot α 2.1.2圆锥截段计算公式121133b V HS hS =- 2-2sin()cos ah αββ=⋅+ 其中，圆锥截段弓形的面积2111arccos ()R h S R R h R-=- 2-3其计算分三种情况a.当αβ<，21cos ()1cos c αβ=-，为正值211232111(24b b S l c c =+⋅ 2-4式中，cos H al α-= b.αβ=322S l = 2-5c.αβ>21112321112(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V 1是一圆柱截台，是两个圆柱截段之差112a a V V V =-32211111113222222222[3(1)arccos(1)(323[3(1)arccos(1)(323a a h b bV R R Rb b b R R h b b V R R Rb b b R R=--+-+=--+-+30112211222221122{3[(1)arccos(1)(1)arccos(1)]3()(32(32h b b b bV R b b R R R R R Rb b R Rb b =-----+--+--+ 2-72.1.4前锥圆锥段搅拌筒计算V 2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[()()]3V H S S h S S =--- 2-82.1.5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 RR R V π=++⋅-22''3011112211()[()()]33V H R R R R H S Sh 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：0.5~0.65jVV ≤ 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；1~2：运料工序，在卸料地点，搅拌输送车停驶，搅拌筒从运拌状态制动，转入14-18rPm 的反转卸料工况，搅拌筒的驱动力矩在反转开始的极短时间内陡然上升，然后迅速跌落下来；4~5：卸料工序，搅拌筒继续以14-18rPm 的速度反转，驱动力矩随混凝土的卸出而逐渐下降；5~6：空筒返回，搅拌筒内加入适量清水，返程行驶中搅拌筒作3rPm 的返向转动，对其进行清洗，到达混凝土工厂，排出污水，准备下一个循环。

3.2 驱动阻力矩计算搅拌筒驱动阻力矩由拌筒与支承系统的摩擦阻力矩与拌筒搅拌阻力矩共同组成，其以拌筒搅拌阻力矩最难计算。

M M M =+驱搅支 3-1M M M M M =+++搅筒摩叶摩流阻偏 3-23.2.1积分公式计算方法a.拌合料与筒壁间的摩擦力矩M 筒摩如图3.1，拌合料与筒壁或与搅拌叶片间的单位摩擦力f图3.1装满拌合料的搅拌筒剖面图12f k k V =+⨯ 3-32122(30.1)9.810(40.1)9.810k s k s --=-⨯⨯⨯=-⨯⨯⨯式中，k 1——粘着系数，kN/m 2；k 2——速度系数，kN/m 2； V ——拌合料速度；s ——混合料的坍落度。

''33''1211()22i i ii i i i d d M f S k k V S ===⨯⨯=+⨯⨯⨯∑∑筒摩 3-4式中：''i i i V S d ---搅拌螺旋叶片外圆线速度锥筒各段内表面与混凝土实际摩擦面面积锥筒各段试验计算直径搅拌螺旋叶片外圆线速度。

'11211(0.6~0.8)22d S d d h π⎡⎤=⨯⨯-+⎢⎥⎣⎦(） 3-5 '23(0.5~0.7)S d h π=⨯⨯⨯２ 3-6'2332(0.3~0.5)2d d S h π+=⨯⨯⨯ 3-7 '211'322'3322d d d d d d d d =+=+=b..拌合料与搅拌叶片间的摩擦阻力矩M 叶摩图3.2 螺旋叶片断面投影图3.2 为拌筒内螺旋叶片的端面投影。

任取一半径r ，该半径对应的叶片螺旋开角为k(近似认为对应于各r 处的螺旋开角，均等于中径上的螺旋开角)。

2122cos )2dM r f dA K K V r drλπ⋅⋅⋅+⋅⋅⋅叶摩= =(V 2——拌合料与搅拌螺旋叶片间的相对滑移速度2212260cos 30cos 230cos n r nrV nr dM K K r drππλλππλ⋅⋅==⎛⎫=+⋅⋅⋅ ⎪⎝⎭叶摩 则2121223344212121()230cos 2()()360cos R R nrM K K r drK n K R R R R ππλππλ∴=+⋅=-+-⎰叶摩 3-8式中：R 1——搅拌螺旋叶片断面投影最小半径R 2——搅拌螺旋叶片断面投影最大半径 c.流动阻力矩由于拌合料眼螺旋升角方向运动，所以取微元面积(2)/cos dA rdr πλ=⋅设混凝土的单位平均流动阻力系数为p ，则取微元面积上的法向阻力 2cos pdF p dA rdr πλ=⋅=⋅sin 2tan r dF dF p rdr λπλ∴=⋅=⋅⋅⋅周向流阻周向阻力对搅拌筒轴线的阻力矩22tan r dM r dF p r dr πλ=⋅=⋅⋅⋅流阻2133222tan ()3R R M dM p R R πλ==⋅-⎰流阻流阻 3-9其中p 值的确定较复杂，除与搅拌筒和叶片的结构参数有关外，还与混凝上的水灰比、配合比、坍落度、外加剂和易性等有关，一般取220~30/p kN m = d.由筒体的转动引起的偏载，对搅拌筒的阻力矩见图3.3。

拌合料在随拌筒搅拌的同时，由于拌合料受到与筒壁和搅拌叶片间的摩擦阻力矩的作用，使拌合料向转动方向提升，其重心偏向转动一侧。

出现偏心距e ，对拌筒运动产生阻力矩。

e 值的精确确定目前还有困难， 除与拌筒结构有关外，还与拌合料的性质有关。

只能采取先近似计算，再用实验验证的方法确定。

对拌合料来说，共受到三个力矩的作用：即偏心力矩、与简体的摩擦力矩、与叶片的摩擦力矩。

由力矩平衡条件得：0M Ge M M Ge M M =--==+∑筒摩叶摩筒摩叶摩图3.3脚板筒偏载示意图对简体来说，又受到由于拌合料的偏心距，产生的阻力矩M 偏作用，在数值上等于Ge 。

M M M =+偏筒摩叶摩2()M M M M =⨯++搅筒摩叶摩流阻 3-102.2.2Lieberherr 的经验公式2M M M F r M F r M =+=⨯=⨯⨯+偏筒摩叶摩搅流阻实验测得：0.5M F r ≈⨯⨯流阻2.5M F r ∴=⨯⨯搅 3-11式中：r ——偏心距，一般取0.1m ；F ——混凝土重量3.3搅拌筒驱动功率的计算按求得的拌筒搅拌阻力矩，再根据传动系统的总效率η，拌筒与支撑系统的摩擦阻力矩M 支及拌筒转速n ，即可求出搅拌筒的驱动功率N(kw)()/716.2/716.2N C M M n CM n ηη=+=驱搅支 3-12式中：M 支——搅拌筒支撑机构所克服的摩擦阻力矩； M 搅——搅拌筒脚板阻力矩；η——机械效率，一般0.8-0.9C ——考虑峰值的影响系数，1.2-1.4； n ——转速，rpm4、搅拌出料机理4.1物料下滑角 4.1.1物料的下滑角物料下滑角是确定叶片螺旋角的主要依据之一。

当混凝土性质(坍落度)不同时，其下滑角的大小也不同。

图4.1是混凝土下滑角ϕ与坍落度s 关系曲线图，该图由试验所得。

图4.1ϕ—s 关系曲线图由曲线图可知，混凝土的坍落度越小（s<5 cm 的混凝土为干硬性混凝土），下滑角就越大。

斜面上物料的下滑方向是沿斜面的最大倾斜线S 的方向。

如图4.2所示，即斜面上对水平面H 的最大倾斜线AC 。

图4.2 斜面及最大倾斜面s 方向由图4.2可得：sin sin /cos sin /cos n n ττγαααγ== 4-1 又因为n τγγγ=+所以 cos()cos cos sin s s co in n τττγγγγγγγ=-=+代入上式得：(sin /si t n cos )/si n n a n ττγααγγ=- 4-2 同理：(sin /si ta n cos )/sin n n n τγααγγ=- 4-3 4.1.2混凝土有效下滑出料的条件 如图4.3所示图4.3平置圆柱正螺旋面叶片设在平置圆柱形简体内壁的正螺旋叶片上，面积元A 的对地最大倾斜线用S 表示；螺旋线的切线用τ表示；螺旋面的母线用n 表示。