螺旋混凝土布料机螺旋轴的分析与优化

□ 杨 轶

长沙金信诺防务技术有限公司 长沙 410000

1 研究背景

螺旋混凝土布料机是预制构件生产中的重要设备,工作时以螺旋轴旋转面推动料斗中的新拌混凝土,将混凝土输送至规定模具中。在螺旋轴中,无缝厚壁管及沿螺旋方向盘绕在无缝厚壁管上的叶片以焊接的方式连接在一起[1-2]。螺旋轴结构如图1所示。螺旋轴在螺旋混凝土布料机中起至关重要的作用,直接影响螺旋混凝土布料机的工作性能和使用寿命。

笔者以某型螺旋混凝土布料机螺旋轴为研究对象,螺旋叶片厚度t为11 mm,螺旋轴长度L为660 mm,螺距S为150 mm,螺旋叶片外径D为150 mm,无缝厚壁管外径d1为50 mm,无缝厚壁管内径d2为40 mm,最大输入功率P为1.5 kW。根据螺旋混凝土布料机的工作状态,通过SolidWorks软件对螺旋轴进行优化设计,在保证强度和模态的前提下,寻求最优结构,以实现螺旋混凝土布料机的轻量化。

▲图1 螺旋轴结构

2 载荷计算

在实际运行过程中,螺旋轴主要承受自身重力、传动端转矩,以及所输送的混凝土施加在螺旋叶片上的作用力[3]。

传动端转矩M1为:

M1=9 549P/n

(1)

式中:n为螺旋轴转速。

螺旋叶片对混凝土的推力可以分解为分力Fx、Fy。Fx为轴向分力,推动混凝土沿轴向前进。Fy为圆周分力,推动混凝土沿圆周回转[4]。螺旋叶片受力如图2所示。

▲图2 螺旋叶片受力

dt=(D+d1)/2

(2)

(3)

C=πdt

(4)

(5)

Fx=Fytanα

(6)

式中:dt为螺旋叶片中径;C为螺旋叶片中径周长;α为螺旋叶片中径螺旋角。

自重载荷的求解根据螺旋轴材料的密度和螺旋轴的体积求得。

3 静力学分析

应用SolidWorks软件建立螺旋轴三维模型,并对实际模型施加约束条件及载荷条件。……