轨轮式混凝土输送车搅拌筒有限元分析与优化设计.pdf
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1、CONS TR UCT I ON M ACHI NE R Y AND M ANAGEM E NT 文章编号 : l 0 0 0 0 3 3 X( 2 0 1 6 ) 0 2 0 0 9 6 0 4 0 轨轮式混凝土输送车搅拌筒有限元 分析与优化设计 郭年琴 , 林通 ( 江两理上大学 机 电工程学院 , 江西 赣州 3 4 1 0 0 0 ) 摘要 : 针 对搅拌 筒在 工作过 程 中存在 前 端板与 前锥段 焊接 部位 焊缝 开裂及 支撑托 轮破 坏等 问题 , 利 用有限元 分析软 件 ANS YS与 Wo r k b e n c h对搅 拌 车制动 和 卸料 工况进 行 了静 力分 析
2、, 得 出 了 2 种工况下搅拌筒的受力和变形规律 , 找 出了搅拌筒结构的薄弱部位。以搅拌筒质量为 目标 函数对 其 结构 和主要 尺 寸进行优 化 , 并- -N4 g 4 Jc 结 果选 出 了较 为理 想 的搅 拌 筒 尺 寸。优 化后 的筒 体 总重 量 降低 了 1 4 0 2 , 强度 和 刚度均 得到 了提 高 , 解 决 了轨 轮 式混凝 土输 送 车搅 拌 筒焊 缝 开裂 及 支撑 托轮破坏等问题 , 对产品结构改进设计、 降低制造成本具有一定的参考价值。 关键 词 : 混凝 土输送 车 ; 搅拌 筒 ; 优化 设计 ; 静 力学分析 中 图分类 号 : U4 5 7 文献
3、标 志码 : B Fi n i t e El e me nt An a l y s i s a nd Opt i mi z a t i o n De s i g n o f M i x i n g Dr u m o f Tr a c ke d Co n c r e t e M i x i n g Tr u c k GU0 Nl a n q m ,LI N To ng ( S c h o o l o f Me c h a n ic a l a n d El e c t r i c a l En g i n e e r in g,J i a n g x i Un i v e r s i t y o
4、 f S c i e 丁 lc e a n d Te c h n o l o g y ,Ga n z h o u 3 4 1 0 0 0,J i a n g x i ,Ch i n a ) Ab s t r a c t :I n o r de r t o f i n d ou t t h e c a us e s of s u ppo r t i ng r o l l e r d a ma g e a nd we l d c r a c ki ng a t t h e pO s l t l ( ) n o f f r o nt pa ne l a nd f r o nt c on e i n
5、mi xi n g dr u m ,s t a t i c a l a na l ys i s o f t h e wor ki ng P r oc e s s o f br a ki ng a n d un l oa di n g wa s c on du c t e d b y u s i ng t he s o f t wa r e o f ANSYS W o r kb e nc h Ac c o r di n g t o t h e s i mul a t i on,t h e r ul e of f o r c e a nd d e f or ma t i on i n d i f
6、f e r e n t c a s e s wa s o bt a i ne d,a n d t he we a ke s t s po t of 1 h e m i x i n g dr u m wa s f o und Ta k i n g t h e b o d y ma s s a s o b j e c t i v e f u n e t i o n,t h e ma i n d me n s on s a nd s t r uc t u r e we r e o pt i m i z e d Co mpa r e d wi t h o r i gi n a l d e s i gn
7、, t he ma s s o f m i x i ng dr u m wa s r e du c e d b y 1 4 0 2 The s i mul a t i o n r e s ul t s s ho w t ha t t he o p t i m i z a t i o n c o ul d i mDr o v e t h e t “ t “ i s t r e ng t h a n d s t i f f n e s s,s o l v e t he p r ob l e ms s u c h a s we l d c r a c ki n g a nd s up p or t
8、i n g r o l l e r d a ma ge Re s e a r c h r e s u l t s pr o v i de r e f e r e n c e f o r s t r u c t u r a l i mp r o v e me n t d e s i gn a n d h e l p t ( ) r e d uc e t he ma nu f a c t u r i ng C O S t Ke y wo r d s :c o nc r e t e m i xi n g t r uc k;mi x i ng d r um ;o pt i m i z a t i o
9、n de s i g n;s t a t i c a 1 a na l y s i s 引 口 轨轮式混凝土输送车是一种特殊的混凝土运输 车, 其工作原理与普通 的混凝土运输车基本相同, 利 用电机车牵引的轨轮式混凝土运输车有效地解决 了 隧洞井巷内部混凝土运输的问题 。搅拌筒是混凝土 9 6 收稿 日期 : 2 0 1 5 0 9 1 6 基金项目: 江西省教育厅科技计划项 目( GJ J 1 2 3 3 4 ) 搅拌 车 的核心部 件 , 它 既 是 搅拌 车 运 送 混 凝 土 的装 载工具, 也是搅拌混凝土的工作装置 , 其性能的优劣 直接关 系着 工程质 量 的好坏 引。在 运行 过
10、程 中 , 搅 拌筒不但要承受来 自混凝土质量造成的弯矩, 而且 还有来 自搅拌筒回转 的转矩和搅拌筒内部 的混凝土 运动时作用在沿搅拌筒轴线和周线方向的作用力 。 C0NS TRUCTI ON M ACHI NERY AND M ANAGEM ENT 计 。现对模型做如 下处理 : 一是 在前端板与前锥段 内壁连 接处 增加 6条三 角加 强筋 , 沿 圆周 均匀 焊 接 , 增大搅拌筒在前锥段与前端板焊接处的强度 ; 二是 将 模 型 中 的 尺 寸格 式 更 改 为 能 被 Wo r k b e n c h软 件 识 别 的“ D S X X” 尺 寸 格 式 。按 照 改 进 后 的搅
11、 拌 筒 结 构重 新建 立模 型 , 利 用 目标 优 化 工 具 对搅 拌 筒 尺 寸进 行 优化 。 3 2确 定 设计 变量 及优 化 范 围 由于轨 轮式 混凝 土输 送 车是 一种 特殊 的运 输工 具 , 工 作 环境 受到 运输 轨道 宽度 、 矿 井 隧道 高度 等 限 制, 因此其长度和宽度等几何 参数按照工作要求确 定 , 不能随意修改 。本文通过优化搅拌简各锥段厚 度及易失效零部 件的尺寸来实现搅 拌筒轻 量化设 计 。优化设计变量初始值及范围如表 2所示 。 3 3约 束条 件 的确定 ( 1 )根据 材 料 的属性 确定 其 最 大应 力 不 大于 材 料的许用应力
12、 , 即 。 表 2 设计变量初始值及优化范围 前锥段 圆柱段 后锥段 法兰盘 支撑托轮 变量名称 厚度 m m 厚度 m m 厚度 mm 厚度 m m 宽度 m m 原始值 6 6 6 3 O 1 1 0 优化范围 5 , 7 5 , 7 5 , 7 2 5 , 3 5 1 O 0 1 2 0 ( 2 )搅 拌筒 壁厚 的约 束条 件为 5 mm。 ( 3 )搅 拌 简 壁 在 最 大 工 作 载 荷 下 的变 形 量 , 约束条件为 6 。 3 4 目标 函数 的确定 搅拌 筒结 构优 化追 求 以最轻 的工 作装 置质 量来 实现结 构 的 良好 工 作 状 态 , 即轻 量 化 设计
13、。 目标 函数 F( ) 为 F( )一 mi n E m( ) ( 7 ) 式 中: ( ) 为搅拌筒的质量; 为设计变量 。 3 5 优化 结果 本 文采 取 多 目标 优 化 方法 对 搅 拌 筒 进 行 优 化 , 载荷和约束情况与制动工况一致l 9 j 。经过计算后选 取 1 5 组 优化 结果 , 如 表 3所示 。 表 3优 化 结果 序号 前锥段壁厚 ram 圆柱段壁厚 ram 后锥段壁厚 m m 法兰盘厚度 m m 支撑托轮宽度 ra m 最大等效应力 MP a 最大变形量 ra m 质量 k g l 5 5 O 5 5 0 5 0 0 3 0 0 0 l l 0 0 0 l
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- 关 键 词:
- 轮式 混凝土 输送 搅拌 有限元分析 优化 设计
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