羅 會(huì) 文

(長(zhǎng)沙遠(yuǎn)大住宅工業(yè)集團(tuán)股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410013)

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·機(jī)械與設(shè)備·

基于solidworks的混凝土輸送罐翻轉(zhuǎn)卸料功率計(jì)算

羅 會(huì) 文

(長(zhǎng)沙遠(yuǎn)大住宅工業(yè)集團(tuán)股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410013)

為了求得混凝土輸送罐罐體翻轉(zhuǎn)卸料功率，對(duì)罐體翻轉(zhuǎn)阻力矩進(jìn)行了分析研究，并結(jié)合solidworks軟件，提出了一種計(jì)算罐體翻轉(zhuǎn)阻力矩和翻轉(zhuǎn)功率方法，解決了罐體翻轉(zhuǎn)卸料所需合適功率的選取問題。

混凝土輸送罐，solidworks，翻轉(zhuǎn)角度，翻轉(zhuǎn)阻力矩，翻轉(zhuǎn)功率

1 概述

當(dāng)前裝配式集成建筑的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工廠內(nèi)，需配置混凝土輸送設(shè)備，多為罐體式輸送小車，由減速機(jī)直接驅(qū)動(dòng)罐體翻轉(zhuǎn)卸料，結(jié)構(gòu)如圖1所示。設(shè)計(jì)時(shí)需確定翻轉(zhuǎn)功率，以便選用合適減速機(jī)。要求翻轉(zhuǎn)功率，就需知道翻轉(zhuǎn)力矩最大值。其翻轉(zhuǎn)力矩由三部分組成，即罐體力矩、罐體內(nèi)腔與混凝土之間摩擦力矩和結(jié)構(gòu)摩擦力矩。其中，尤以罐體與混凝土之間摩擦力矩計(jì)算最難。實(shí)際中多用實(shí)驗(yàn)法來確定此功率，但利用solidworks軟件的強(qiáng)大功能，并結(jié)合手算，計(jì)算就會(huì)變得方便，且精度高。

2 實(shí)驗(yàn)法確定翻轉(zhuǎn)功率

先憑經(jīng)驗(yàn)預(yù)選一種功率稍大的減速機(jī)實(shí)驗(yàn)，并測(cè)量翻轉(zhuǎn)過程中電機(jī)電流值，把測(cè)得電流值與額定值比較來逐步優(yōu)化電機(jī)功率，直至得到合適值。

3 翻轉(zhuǎn)功率計(jì)算法

3.1 罐體翻轉(zhuǎn)力矩計(jì)算

1)罐體力矩計(jì)算。

罐體容量3 m3，材料Q235。依據(jù)罐體尺寸，以完整圓柱形罐體形心為坐標(biāo)原點(diǎn)，用solidworks對(duì)罐體建模，如圖2所示。

利用罐體模型的質(zhì)量屬性，可得罐體質(zhì)量683.38 kg，初始重心坐標(biāo)(0，-152.15，0)。在solidworks中以罐體軸心線翻轉(zhuǎn)，每翻轉(zhuǎn)10°，同樣確定此狀態(tài)下重心，其z軸坐標(biāo)即為力臂，重量不變。M罐體=G罐體·L，其中，M罐體為罐體力矩；G罐體為罐體重量，G罐體=6 703.96 N；L為力臂。據(jù)此可求得罐體在0°～180°間翻轉(zhuǎn)各角度時(shí)罐體力矩如表1所示。

表1 罐體力矩值

2)罐體與混凝土之間摩擦力矩計(jì)算。

此摩擦力矩主要與混凝土坍落度、罐體翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、罐體內(nèi)混凝土量有關(guān)。由solidworks模擬可知，翻轉(zhuǎn)角度在6°～132°間為卸料階段，同時(shí)在卸料過程中混凝土液面基本保持水平(實(shí)際中角度很小)。根據(jù)文獻(xiàn)[1]，用積分法并結(jié)合solidworks模擬各翻轉(zhuǎn)角度時(shí)混凝土形狀來計(jì)算此摩擦力矩?，F(xiàn)以翻轉(zhuǎn)角度0°～6°時(shí)計(jì)算。

a.罐體與混凝土內(nèi)壁周向摩擦力矩。

設(shè)混凝土與罐體內(nèi)腔單位摩擦力為f。

f=k1+k2×V。

k1=(3-0.1×s)×9.8×10-2=0.292 kN/m2。

k2=(4-0.1×s)×9.8×10-2=0.39 kN/m2。

其中，k1為粘著系數(shù)，kN/m2；k2為速度系數(shù)，kN/m2；V為混凝土線速度，m/s；s為混凝土坍落度，取160 mm。

如圖3所示，罐體內(nèi)壁與混凝土周向摩擦力矩：

M周摩=f×S×R=(k1+k2×V1)×S×R=2 033.85 Nm。

b.混凝土與罐體內(nèi)壁兩端面摩擦力矩。

當(dāng)混凝土與罐體內(nèi)壁端面接觸面積大于半圓時(shí)，采用整圓面積減去沒有混凝土接觸的弓形面積來計(jì)算接觸面積；當(dāng)接觸面積小于半圓時(shí)，直接計(jì)算此弓形面積即可。

完整圓柱形罐體端面摩擦力矩，如圖4所示，從罐體端面上取出一環(huán)形微面積元ds=2πrdr，其摩擦力為dFf=fds，對(duì)翻轉(zhuǎn)軸線的摩擦力矩為dMf=rdFf；M圓端摩依文獻(xiàn)[2]積分可得：

沒有混凝土接觸的罐體端面弓形面積摩擦力矩,如圖5所示，從弓形上取出一環(huán)形缺微面積元：

其摩擦力為：

dFf=fds。

對(duì)翻轉(zhuǎn)軸線的摩擦力矩為：

dMf=rfds。

M弓端摩依文獻(xiàn)[2]積分可得：

則：

M端摩=M圓端摩-M弓端摩=511.76 Nm。

罐體與混凝土之間的總摩擦力矩。

M罐摩=M周摩+M端摩=2 545.61 Nm。

在solidworks中，以罐體每10°翻轉(zhuǎn)，并模擬出此時(shí)混凝土形

狀，用上述方法或用matlab編程就可求得各翻轉(zhuǎn)角度時(shí)的M罐摩如表2所示。

表2 各翻轉(zhuǎn)角度M罐摩結(jié)果表

3)結(jié)構(gòu)摩擦力矩。

按未卸料時(shí)最大摩擦力矩狀態(tài)來計(jì)算：

其中，G罐體為罐體重量；G混凝土為混凝土重量，70 632N；G半軸及螺栓為罐體兩端半軸及螺栓重量，1 884.43N；μ為滾動(dòng)軸承摩擦因數(shù)，取μ=0.05；d為滾動(dòng)軸承內(nèi)、外徑平均值，167.5mm。

4)罐體翻轉(zhuǎn)力矩計(jì)算。

罐體翻轉(zhuǎn)力矩：M翻=M罐體+M罐摩+M結(jié)摩，結(jié)果如表3所示，各力矩曲線圖如圖6所示。

表3 罐體翻轉(zhuǎn)力矩結(jié)果表

角度/(°)061020304050607080M翻/Nm2877.352986.222971.382935.492890.412840.562749.882646.52514.922351.8角度/(°)90100110120132140150160170180M翻/Nm2156.831918.341714.41446.411088.28986.85841.44680.48508.86331.74

3.2 罐體翻轉(zhuǎn)功率計(jì)算

按上述求得數(shù)據(jù)，再根據(jù)系統(tǒng)總效率，依文獻(xiàn)[3]即可求得罐體翻轉(zhuǎn)所需功率：

其中，M翻為罐體最大翻轉(zhuǎn)力矩，2 986.22Nm；n為罐體轉(zhuǎn)速；C為考慮啟動(dòng)時(shí)的峰值系數(shù)，取1.4；η為機(jī)械效率，取0.8。

4 結(jié)語

用實(shí)驗(yàn)法確定翻轉(zhuǎn)功率，費(fèi)時(shí)費(fèi)財(cái)，且只能得出大致結(jié)果，沒有有效計(jì)算方法時(shí)還是可取的；用積分法雖較復(fù)雜，但結(jié)果比較精確，可作為設(shè)計(jì)參考依據(jù)。本混凝土罐體輸送小車，實(shí)驗(yàn)法確定翻轉(zhuǎn)功率約2.2kW～3kW，實(shí)際使用選取4kW，從使用情況看是偏大的，改用2.2kW應(yīng)該沒問題。

[1] 王道峰，郭景全.混凝土攪拌輸送車攪拌筒驅(qū)動(dòng)阻力矩和驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2004(5)：39-41.

[2] 同濟(jì)大學(xué)數(shù)學(xué)系.高等數(shù)學(xué)(上冊(cè))[M].第6版.北京：高等教育出版社，2007.

[3] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第1卷)[M].第5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

The concrete transfer pot turning discharge power calculation based on solidworks

Luo Huiwen

(ChangshaYuandaResidentialIndustrialGroupLimitedCompanybyShare,Changsha410013,China)

In order to obtain the concrete transfer pot turning discharge power, this paper analyzed and researched the pot turning resistance, combining with the solidworks software, put forward a calculation method of pot turning resistance moment and turning power, solved the appropriate power selection problem of pot turning discharge.

concrete transfer pot, solidworks, turning angle, turning resistance distance, turning power

1009-6825(2016)22-0209-02

2016-05-23

羅會(huì)文(1971- )，男，工程師

TU732

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