基于线性变化螺旋角混凝土搅拌叶片的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于线性变化螺旋角混凝土搅拌叶片的设计方法，属于建筑机械设计领域。采用本发明专利技术方法设计的螺旋线叶片，具有良好的拟合性能，可以兼顾叶片搅拌和卸料的性能要求，并使得不同筒体段内螺旋搅拌叶片的螺旋角呈线性变化关系，从而使不同筒体段内的螺旋线在筒体结合处形成平滑过渡，保证了螺旋线的连续性。其叶片的螺旋角和叶片形状可根据各段筒功能，实现从筒口到筒底的连续变化。也能够有效地避免混凝土在这样的位置发生粘结，可以有效地提高混凝土搅拌车的工作效能。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，属于建筑机械设计领域。采用本专利技术方法设计的螺旋线叶片，具有良好的拟合性能，可以兼顾叶片搅拌和卸料的性能要求，并使得不同筒体段内螺旋搅拌叶片的螺旋角呈线性变化关系，从而使不同筒体段内的螺旋线在筒体结合处形成平滑过渡，保证了螺旋线的连续性。其叶片的螺旋角和叶片形状可根据各段筒功能，实现从筒口到筒底的连续变化。也能够有效地避免混凝土在这样的位置发生粘结，可以有效地提高混凝土搅拌车的工作效能。【专利说明】
本专利技术属于建筑机械设计领域，涉及一种。
技术介绍
用于混凝土搅拌车螺旋叶片的设计方法，一种是在圆锥段引入计算锥的概念，计算锥上采用对数螺旋线，然后以计算锥为参照计算得到筒体内壁的螺旋线，指出筒体内壁螺旋线螺旋角的变化近似线性关系；但是，由于这种方法没有指出非等角对数螺旋线的数学规律，实现起来比较复杂。另外有的研究认为，当对数螺旋线表达式中的螺旋角β为常数时，该表达式为对数螺旋线，当螺旋角β是一个变量时该表达式为非等角对数螺旋线；但通过验证可以知道，当螺旋角β为变量即将β表示为螺旋转角Fa的函数后，β并不能按给定的函数关系变化，也就是螺旋角β无法控制，即螺旋线的起点螺旋角确定后，得不到预先设计的末端螺旋角。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种，它可以兼顾叶片搅拌和卸料的性能要求，保证了螺旋线的连续性。 为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下: 本专利技术一种，叶片从筒口到筒底连续变化，包括如下步骤: 第一步:根据平面等角对数螺旋线R = RtlXek0，根据其性质k = cot β，得出的关系式: R，/R = k = cot β (I) 其中，R为极径，Θ为极角，Rtl为起始极径,设定Rtl = l,k为常数，β为螺旋角，R’表示R对Θ求导，e为数学欧拉常数，是自然对数函数的底数； 第二步:根据式(I)通过改变其K值，其取值范围为0.25~0.36，以改变螺旋角β，设定锥段筒筒口为小直径处，筒底为大直径处，设各段筒筒口和筒底处的k值为kpj =1,2, 3...η+1，η为搅拌筒的段数，η > 3且η为整数，设定筒口锥段叶片起始k值为k1;筒底锥段叶片结束k值为kn+1，且kn+1 > Ic1，令Ic1与kn+1沿筒轴线方向线性变化，得到k值沿筒轴线方向的变换率PP为: 【权利要求】1.一种，其特征在于:叶片从筒口到筒底连续变化，包括如下步骤: 第一步:根据平面等角对数螺旋线R = RtlXek0,根据其性质k = COtii，得出的关系式:R’ /R = k = cot β (I) 其中，R为极径，Θ为极角，Rtl为起始极径，设定Rtl = l，k为常数，β为螺旋角，R’表示R对Θ求导，e为数学欧拉常数，是自然对数函数的底数； 第二步:根据式(I)通过改变其K值，其取值范围为0.25~0.36，以改变螺旋角β，设定锥段筒筒口为小直径处，筒底为大直径处，设各段筒筒口和筒底处的k值为kp j = 1,2,3…η+1，η为搅拌筒的段数，η > 3且η为整数，设定筒口锥段叶片起始k值为k1;筒底锥段叶片结束k值为kn+1，且kn+1 > Ic1，令Ic1与kn+1沿筒轴线方向线性变化，得到k值沿筒轴线方向的变换率PP为:其中Ni, i = 1，2，…n，表示各段筒轴线方向长度； 根据式⑵确定各段筒在连接处的k值kj，即:j = 2，3...η:第三步:设定D1为搅拌筒筒口、筒底及各段筒连接处的直径，I = 1，2...η+1 ;设定前锥段R2lrt为筒口对应的极径，前锥SR2m为筒底对应的极径；底锥段R2lri为筒底对应的极径，底锥段R2n为筒口对应的极径，令各锥段筒的k值沿极径R方向线性变化，得到各锥段筒k值变化率Pm:式中:前锥段为各锥段的圆锥素线角，m = 1，2…n，m^n-1, 根据式(I)和式(4)得到圆锥段螺旋线微分方程:$km表示各锥段筒起始k值，即:m = I, 2…n, m ^ η-1 ； 圆柱段筒叶片曲线采用变斜率曲线来代替对数螺旋线，把圆柱段筒的k值作为展开曲线的斜率，令k值沿轴向线性变化；得到圆柱段筒k值变化率根据式(6)和曲线斜率的函数关系得到圆柱段螺旋线微分方程:第四步:由式(5)得到各锥段筒的螺旋线方程为:由式 R = RtlXek0, R0 = I,得到式中=，2…η, m Φ η_1 ； 由式(6)、(7)得出圆柱段筒的螺旋线方程为:其中x、y为平面坐标系方向，χ是沿圆柱筒直径方向，y为圆柱筒轴线方向，χ为自变量，y为因变量。2.根据权利要求1所述的，其特征在于:所述各段叶片形状不同时，根据叶片各锥段筒及圆柱段筒的螺旋线方程，计算得出叶片各点的坐标: 以搅拌筒的筒口圆心为坐标原点，以搅拌筒的中心轴线为Z轴，并以进料方向为正，采用以Z轴为定轴线的圆柱坐标系，半径方向的坐标用W表示，旋转角以Fa表示，以度为单位，并按左手螺旋方向旋转， 螺旋叶片在这一坐标系下的参数表达方式是:选在筒壁上一动点A,该点随螺旋叶片旋转角Fa的变化在筒壁上绘出叶片的螺旋曲线， 根据式(8)，以Θ为自变量，R为因变量，变换得到动点A在锥段筒上的轨迹线方程为:其中:m = 1，2...η，m Φ η-1， 式中θ为曲线沿筒体展开时的所对应的极角，单位为弧度，它与旋转角Fa的转换关系为:其中 m = I, 2...η, m Φ η-1, 化简得:对于前锥段螺旋叶片位于螺旋曲线上的点a，相应于Fa，其Z轴和半径方向的参数坐标为(Za，Wa);根据式(10)、(12)，得出叶片上a点的坐标表达式为:其中m = I, 2…n_2， 对于前锥端叶片取两个中折点，分别为b、c，相应于Fa的b、c点的坐标分别为(Zb，Wb)、(Zc, Wc)，坐标表达式结合式(13)、(14)得:其中m = I, 2…n_2， H1、KU K2、S 均为经验值，取值范围分别为:H1 = 20-80mm, Kl = 70-120mm ；K2 =280-350mm ；S = 0-30mm ； d为叶片顶部任意点，相应于Fa的d点坐标为(Zd，Wd)，坐标表达式结合式(13)、(14)得:其中m = I, 2…n_2， H2、K3均为经验值，取值范围分别为:H2 = 60-100mm, K3 = 400-440mm ； 底锥段内的螺旋叶片，不取折点，叶片与筒直径方向线的夹角为Y，取值范围为:Y =10-24°，相应于Fa的叶片底部任意点a和顶部任意点d的坐标分别为(Za，Wa)、(Zd,ffd)，结合式(10)、(12)，得出a点的坐标表达式为:d点相对于a的高度B沿筒轴线方向线性变化，其表达式为式中Κ4、Κ5、G为经验值，取值范围分别为:K4 = 280-320mm, K5 = 150-200mm, G =180-240mm ;则结合式(21)、(22)、(23)，得出d点的坐标表达式为:Zd = N1+…+Nn-(R-R2n) X cos ( η J-BXTan (Y) (24) Wd = RXsin(Iin)-B (25) 圆柱筒段上动点A的轨迹线方程与式(9)螺旋线方程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于线性变化螺旋角混凝土搅拌叶片的设计方法，其特征在于：叶片从筒口到筒底连续变化，包括如下步骤：第一步：根据平面等角对数螺旋线R＝R0×ekθ，根据其性质k＝cotβ，得出的关系式：R'/R＝k＝cotβ  (1)其中，R为极径，θ为极角，R0为起始极径，设定R0＝1，k为常数，β为螺旋角，R'表示R对θ求导，e为数学欧拉常数，是自然对数函数的底数；第二步：根据式(1)通过改变其K值，其取值范围为0.25～0.36，以改变螺旋角β，设定锥段筒筒口为小直径处，筒底为大直径处，设各段筒筒口和筒底处的k值为kj，j＝1，2，3…n+1，n为搅拌筒的段数，n≥3且n为整数，设定筒口锥段叶片起始k值为k1，筒底锥段叶片结束k值为kn+1，且kn+1＞k1，令k1与kn+1沿筒轴线方向线性变化，得到k值沿筒轴线方向的变换率PP为：PP=kn+1-k1Σi=1nNi---(2)]]>其中Ni,i＝1，2，…n,表示各段筒轴线方向长度；根据式(2)确定各段筒在连接处的k值kj，即：j＝2,3…n：kj=k1+pp×(Σi=1j-1Ni)---(3)]]>第三步：设定Dl为搅拌筒筒口、筒底及各段筒连接处的直径，l＝1，2…n+1；设定前锥段R2m‑1为筒口对应的极径，前锥段R2m为筒底对应的极径；底锥段R2n‑1为筒底对应的极径，底锥段R2n为筒口对应的极径，令各锥段筒的k值沿极径R方向线性变化，得到各锥段筒k值变化率Pm：Pm=km+1-kmR2m-R2m-1,m=1,2···n,m≠n-1---(4)]]>式中：前锥段：R2m-1=Dm2sinηm,R2m=Dm+12sinηm,]]>底锥段：R2n-1=Dn2sinηn,R2n=Dn+12sinηn,]]>ηm为各锥段的圆锥素线角，m＝1，2…n，m≠n‑1，根据式(1)和式(4)得到圆锥段螺旋线微分方程：R′R=km+Pm×(R-R2m-1)---(5)]]>km表示各锥段筒起始k值，即：m＝1,2…n，m≠n‑1；圆柱段筒叶片曲线采用变斜率曲线来代替对数螺旋线，把圆柱段筒的k值作为展开曲线的斜率，令k值沿轴向线性变化；得到圆柱段筒k值变化率：Pn-1=kn-kn-1Nn-1---(6)]]>根据式(6)和曲线斜率的函数关系得到圆柱段螺旋线微分方程：dydx=kn-1+Pn-1y---(7)]]>第四步：由式(5)得到各锥段筒的螺旋线方程为：RR+km/Pm-R2m-1=Pm×R2m-1km×e(θ-θm)×(km-Pm×R2m-1)---(8)]]>由式R＝R0×ekθ，R0＝1，得到式中m＝1,2…n，m≠n‑1；由式(6)、(7)得出圆柱段筒的螺旋线方程为：y=kn-1Pn-1×(ePn-1×x-1)---(9)]]>其中x、y为平面坐标系方向，x是沿圆柱筒直径方向，y为圆柱筒轴线方向，x为自变量，y为因变量。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李斌，王凯威，刘杰，肖凡，
申请(专利权)人：沈阳建筑大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21