双轴连续搅拌器设计及仿真分析

摘要

就地冷再生工艺与传统道路维护方式相比,具有施工成本低、周期短，节约资源、不污染环境等优点。双轴连续强制搅拌器作为就地冷再生机的一部分，其体积小、成本低、生产能力大、能耗少的优点使其得到了广泛应用。但是这些设备目前基本依赖进口，因此对搅拌器的设计研究意义重大。
　　本文首先分析了搅拌器的工作原理、过程以及生产能力的影响因素，研究了搅拌器转速、扭矩的传统计算方法，指出了根据叶片线速度确定搅拌轴转速的方法的不足，即没有考虑叶片尺寸、安装角、数量等因素对产量的影响，并提出了根据叶片拨动物料流量确定其转速的新计算模型。
　　分析了传统的按照有效容积计算搅拌轴工作阻力方法及其不足，并比较了挖掘机挖掘时的阻力与叶片拨动物料时的阻力，发现其原理、参数相似，然后将挖掘阻力的计算理论应用到叶片物料的阻力计算上，得出了一个由叶片参数确定扭矩的新计算模型。
　　为了验证新模型的准确性，本文测试了一款同类型的搅拌器。测量该搅拌器的相关尺寸以及工作压力、转速、产量等参数，对比本文提出的新计算模型与测试结果。结果表明，新计算模型的转速、扭矩与测试结果误差分别为7%、6.8%，说明计算模型与实际结果接近。
　　根据就地冷再生机的整体要求,做出了搅拌器的整体方案，确定了搅拌器工作能力、叶片布置方案、叶片的尺寸参数，并用新模型就算出了搅拌器的扭矩、转速等参数，设计了搅拌器的动力系统方案，并对马达等做了选型。
　　建立了搅拌器的三维模型，导入基于离散颗粒动力学的仿真软件EDEM软件中，使用软件分析物料粒度对阻力矩的影响、搅拌速度对阻力矩的影响以及物料堆积时的极限阻力矩。分析结果表明，物料粒度增大则阻力增大，搅拌速度提高则阻力降低。
　　然后根据计算及仿真结果，分析搅拌轴、搅拌臂、固定座、吊架等结构件的受力情况并使用CAD设计软件NX的有限元功能分析了强度及位移，确保结构的可靠性。

目录

声明

1 绪论

1.1 就地冷再生工艺

1.2 就地冷再生机

1.3 现场冷再生机配置的搅拌器

1.4 连续双轴搅拌器国内外现状

1.5 本文研究内容

2 基于物料流量和挖掘理论的搅拌器新计算模型及验证

2.1 搅拌器分析

2.2 搅拌轴转速的新计算模型

2.3 搅拌轴力矩的新计算模型

2.4 计算模型的实际测试

2.5 本章小结.

3 搅拌器整体方案设计

3.1 搅拌器的工作能力

3.2 搅拌器整体方案

3.3 搅拌器叶片布置方案

3.4 搅拌器的尺寸设计及修订

3.5 搅拌器的动力参数计算

3.6 搅拌器的动力系统设计

3.7 本章小结

4 搅拌器离散元分析及测试

4.1 离散元素法的基础理论

4.2 双轴搅拌器离散元模型

4.3 仿真结果与测试结果的对比

4.4 物料颗粒块度分布对搅拌轴阻力矩的影响

4.5 搅拌速度对搅拌轴阻力矩的影响

4.6 物料颗粒堆积极限转速工况阻力矩

4.7 本章小结

5 搅拌器具体结构设计及有限元分析

5.1 搅拌臂和叶片的设计计算

5.2 搅拌轴的设计计算

5.4 前部固定座的设计计算

5.5 后部吊架的设计计算

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢