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中文譯文：
行星垂直混凝土攪拌機
模擬和預測在穩(wěn)定狀態(tài)和攝動條件下使用壽命
工業(yè)工程系(DIIN),通過杜蘭迪佩魯賈大學63 06125佩魯賈,意大利b SICOMA系列——有限公司“意大利建筑學通過布倫塔,16 06078橋、意大利3月9日收到2006;在修訂后的形式收到2007年5月30日,接受了2007年7月23日網(wǎng)上2007年8月25日文摘
文摘
行星動力學模擬環(huán)境的混凝土攪拌機了,它是一個模型為基礎方法使用集總參數(shù)分析和整合分析經(jīng)典力學理論和生活。
這項工作的目的是給一個快速和易于使用的工具可以預測的行為和使用壽命混凝土攪拌機通過幾何和物理參數(shù)。在穩(wěn)定狀態(tài)和模擬進行了攝動條件。齒輪減速器是混合在大多數(shù)壓力的一部分。結果與數(shù)據(jù)從客戶獲得的建筑工地。2007年愛思唯爾帳面價值保留所有權利。
關鍵詞:仿真;集總參數(shù)模型;齒輪減速器;混凝土攪拌機;使用壽命
介紹
混頻器的兩個主要類別:批量攪拌機和連續(xù)混煉機。第一類生產混凝土一批一次,而第二個生產混凝土以恒定速率。第一類需要清空完全混合周期后,清洗,然后重新加載的原材料批處理。正如它的名字顯示在第二種類型,原材料不斷一端加載新澆混凝土退出。
批處理攪拌機是最常見的類型?？梢詤^(qū)分不同類型的批處理攪拌機軸旋轉的方向:水平或傾斜(鼓攪拌機)或垂直混合(pan)[1]。
長期使用攪拌機導致磨損的葉片和/或刮板,材料的累積(硬化砂漿或水泥粘貼)葉片,容器和/或刮刀。
為了避免這種情況,混凝土攪拌機應徹底清潔每一天結束時的操作葉片和刮刀應該定期改變。
混合過程還包括混合能量混合混凝土攪拌,所需要的能量由電力消耗的產品周期和周期的持續(xù)時間[1]。
本文提出的混合機一批與垂直軸攪拌機。工作旋轉運動的行星和它的目標是物理和化學混合多個組件,以均勻混合物。實際上混合器分配中的所有成分均勻坦克不支持一個或另一個。攪拌機是10的力量惠普和混合時間的持續(xù)時間(周期)是70年代。
本文描述機器的基本組件的發(fā)展緊隨其后基于模型的方法,著重于最強調的部分混合機:齒輪減速器。在此模型的基礎上模擬環(huán)境開發(fā)與評估的使用壽命的目的一個攪拌機。成癮試驗臺,繁殖工作條件進行實驗模擬使用破壞性的測試來評估攪拌機的使用壽命。
實驗測試是昂貴和事故是幾乎不可能復制。因此,早期的gear-tooth裂紋的檢測、診斷和預后一直是主要的技術之一混凝土攪拌機的挑戰(zhàn)安全和具有成本效益的操作。+
試驗裝置的組合和數(shù)值模擬環(huán)境代表一個強大工具在設計過程中。
仿真工具應該靈活,易于使用和廉價為了不斷提高設計的機器。在成癮,混合器的行為在不同工作條件下,引入合適的參數(shù)就可以模擬混凝土混合物?？紤]到幾何和物理參數(shù)攪拌機的工具必須能夠預測哪些齒輪更強調和供應信息他們的壽命。
混凝土攪拌機:描述
摘要混凝土攪拌機的分析(圖1)垂直軸,三個旋轉攪拌臂和固定坦克。這臺機器是由兩個主要的元素:
?行星攪拌機;
?裝入桶(跳過)。
圖1?；炷翑嚢铏C
裝桶是一個個人和獨立的電路。桶的形狀是一個截棱錐,包含原材料的理想。一個安全裝置防止桶下降。裝桶可以被固定在機,預存儲單元,也可以有一個平衡附加配料,稱重骨料。放電油壓速度傳動器或氣缸控制。
混合槽(圖2)是建于極厚鋼板安裝在槽形截面框架這樣安排是為了讓幾個放電開口。整個柜的保護套管防止灰塵逃離和混合操作將微動電門打斷了門在前面打開了。
攪拌臂(圖3)是外圍,由鋼鉆棒,可以允許調整葉片的監(jiān)管。一盒在球墨鑄鐵含有三對齒輪(圖4)和一個橋架安裝在罐的頂部,懸浮在一個合適的高度支持和刀片。一個齒輪減速器的軸是連接到電機和外擺線的另一個原因是移動升壓移動胳膊和生成混合的傳動裝置。
第一和第三齒輪副是螺旋狀的,第二個是直齒裝備。這是因為第二個受到更少的壓力。齒輪的工作油浴,最好的潤滑是保證在牙齒上輪廓。
模擬過程的主要特征
混凝土攪拌機設計的最常見的一個方面把齒輪減速器,因為許多主要的故障可以分為軸和輪齒疲勞裂縫由于不同循環(huán)加載過程階段(2、3)。出于這個原因,這項工作提出了一種用于分析模擬儀器齒輪減速器的行為和預測其使用壽命。在概念上有很多不同齒輪減速器的方式可以模仿。問題是使用各種處理方法:
?有限元預測結構的壓力。
?集總參數(shù)模型來模擬系統(tǒng)的動態(tài)力。
?啟發(fā)式方法模擬機械混合過程的影響。
上述方法是必要的在設計齒輪單元,本文著重于后兩個。
圖2?；旌喜?。
圖3?；旌系氖直邸?
圖4。齒輪減速器。
機械齒輪箱的造型
仿真工具必須實用,很容易由于工業(yè)應用的要求。一個旋轉集中參數(shù)模型被選為混合機的主要部件,需要分析。
. 因此,電動機特性和運動學參數(shù)提供,慣性參數(shù),剛度和阻尼參數(shù)評估使用的幾何和材料特性。齒輪減少系統(tǒng)可以通過考慮齒輪建模集總質量通過靈活不集中連接軸。的配置模型是圖5所示。有三個自由度(角位移三個階段)描述齒輪系統(tǒng)的振動[4]。系統(tǒng)的分析提供了極大便利通過假設一個線性假設。
在剛性接觸牙齒的模型假設,每個齒輪減少齒輪。
根據(jù)經(jīng)典力學方法,運動的動力學方程是用寫的拉格朗日公式。方程也可以申請粘性阻尼的阻尼系統(tǒng)和外部力量視為非保守的。
圖5。齒輪減速器的集總參數(shù)模型。
拉格朗日函數(shù)L
系統(tǒng)的動能T
勢能U
因此
虛擬工作dW保守力量
V(i = 1、2、3)代表普遍的角位置坐標設置相關的一個等價的嗎系統(tǒng)三自由度,sij齒輪比率,霽減少齒輪的轉動慣量系統(tǒng)包括軸的慣性特性、Ki和Cj的剛度和阻尼系數(shù)降低,分別。毫米和電動機轉矩和抗力矩先生分別[5]。使用拉格朗日配方
那么
因此
4.1。電動機轉矩和抗力矩
電動機和抗力矩環(huán)境仿真模型作為輸入。該模型認為穩(wěn)定狀態(tài)和攝動條件和相關的模擬是很有用的評估有用的生活混合器。攪拌機是感動與四桿同步電動機。電動機轉矩的線性化其工作區(qū)域
表1
混合時間
時間
組件/行動
吸收率
0 - 5
5 - 20
20 - 40
40-50
50 – 70
70 - 80
空轉
集料
水泥
水
混合期
放電時間
20%
30%
50%
80%
80 - 90%
年的排放逐漸減少到20%
圖6。理想混合在四個不同的點的周期。
圖7。試驗設備:機械盤式制動器。
.
圖8。造型抵制無邊女帽估計安培計夾。
為了抵抗扭矩模型,混合機的靜載組件被包括在內。瞬時條目的每個組件都是假設[1,6]標準周期時間的混合等于70年代(放電時間除外)。成分按照下列順序加載和混合(表1):初攪拌機工作負荷但隨后聚合(在較小的尺寸),具體的,最后介紹了水。在圖6中,理想的混合在四個不同的點循環(huán)模擬,可以看到手臂及罐底的每個領域。一個測試與機械鉆機盤式制動器(圖7)和六個鉗由油壓速度傳動器電路來模擬
圖9。比較攝動和穩(wěn)態(tài)轉矩。
圖10。過程模擬。
抗扭矩。的行星減速器裝配電機放在框架的處理。當發(fā)動機達到穩(wěn)定狀態(tài),降壓傳動裝置和它的軸旋轉。
行動的六個鉗、手動控制和衡量一個位于油壓力表,模擬了抵抗扭矩。制動測試是破壞性的,因此隨機進行,基于模型的仿真設置為了減少所需的實驗測試和評估行星減速器的使用壽命?？沽氐闹当话才嘤嫻烙媻A在一個混合循環(huán)(圖8),表示為一個百分比的政權103 KN的電動機轉矩。
在抗力矩模型還考慮了阻尼力的影響由于混合物根據(jù)
介紹了阻尼效應增加當水混合物,在第一個40 s .只有干成分。
啟發(fā)式方法模擬機械混合過程的影響
抗力矩也模仿在攝動條件下,得到考慮的情況坦克不夠清潔的最后工作日,混凝土凝結的底部的坦克。
圖11。模擬方案。
圖12。轉矩負載作用于第二軸。
在這種情況下,模型的混合周期評估使用以下額外的假設:(i)而已一個凝在內膽底部的積累;(2)混合機有三個武器,因此三人聯(lián)系人是由每個將凝塊;和(iii)進步幾乎消除后的凝塊線性法,這樣阻力扭矩攝動的凝塊了。
攝動力矩的圖是圖9所示(淺灰色)以及穩(wěn)態(tài)轉矩(混合周期的差異將前10分鐘)。
圖13。振蕩的扭矩作用于第三軸。
圖14。壓力表面點蝕的牙齒。
仿真和結果
該儀器必須是廉價的、靈活的和用戶友好的為了讓它通過公司。
描述的物理規(guī)律和關系,利用系統(tǒng)所得到模型結構使用以下三個運動方程矩陣形式[5]
圖15。角齒輪的第一對速度穩(wěn)定狀態(tài)(淺灰色)和在攝動條件下(黑色)。
圖16。第二兩角齒輪的速度穩(wěn)定狀態(tài)(淺灰色)和在攝動條件下(黑色)。
{ V }的角位移矢量三個齒輪;[Jrid][Crid][Krid]減少慣性矩陣齒輪,減少阻尼因子包括阻尼材料和潤滑油,減少剛度矩陣,分別。電動機轉矩向量{ M }的元素(與四極異步電動機)的政權值(103公里)和抗力矩(由于混凝土攪拌和武器應用于齒輪機構)所示無花果。8和9電機扭矩的比例。
數(shù)學模型是通過軟件實現(xiàn)的方式,模擬的行為在標準狀態(tài)和攝動條件下混合機。圖10中概述的過程模擬。種種參數(shù)包括慣性、阻尼和剛度對齒輪減速器的混凝土攪拌機闡述了通過一個商業(yè)代碼(函數(shù) +模型)用于創(chuàng)建這個儀器模擬嗎混凝土攪拌機的動態(tài)行為。
圖17。第三副角齒輪的速度穩(wěn)定狀態(tài)(淺灰色)和在攝動條件下(黑色)。
圖18。表面的壓力讓第三副牙齒在穩(wěn)定狀態(tài)(淺灰色)和攝動條件(黑色)。
圖11顯示了模擬方案:電機和抗力矩系統(tǒng)輸入。數(shù)值。
輸出:角位移的羽翼之下,他們的速度,在軸扭轉力矩,可彎曲的緊張,齒輪齒接觸力、負載軸承、撓曲扭轉應力、壓力作用于牙齒由于凹陷。
圖12顯示了扭矩荷載作用于第二軸,圖13顯示了扭轉的振蕩峰值這個徒三軸壓力、最大扭轉應力。圖14顯示的壓力表面點蝕牙齒。模擬表明,第三齒輪是比其他人更大的壓力之下因此,經(jīng)驗,證實了齒輪減速器的失敗幾乎總是引起的斷層在第三條。模擬也在混合攝動條件和結果進行比較在穩(wěn)態(tài)模擬混合條件。下圖所示的結果。圖15顯示第一對的角齒輪速度,圖16所示的角齒輪速度第二條圖17。第三副角齒輪的速度穩(wěn)定狀態(tài)(淺灰色)和在攝動條件下(黑色)。圖18。表面的壓力讓第三副牙齒在穩(wěn)定狀態(tài)(淺灰色)和攝動條件(黑色)。圖17顯示了去年兩角齒輪的速度。圖18中,使牙齒表面上的壓力第三可以看到。
瞬態(tài)振蕩發(fā)生在每個影響混凝土凝結,當配料了張力值或多或少的限制機械阻力值。
部分混合機的使用壽命在大多數(shù)壓力(也就是說第三條的小齒輪)計算仿真結果的基礎上利用線性累積損傷法則根據(jù)帕爾姆格倫 -礦工的假設,假設一個周期振幅Sk消耗一小部分總額的1 / N的生活[7]。失敗是預測當損傷D超過1
估計壽命約為4500 h的假設8 h轉變,穩(wěn)定狀態(tài)下的連續(xù)工作條件?；炷翑嚢铏C的使用壽命長度得到的模擬相比實際記錄數(shù)據(jù),從客戶獲得的來源。比較證明該模型約束方法提供了重要支持傳統(tǒng)設計過程。
在攝動條件下使用仿真建模的形式,另一個分析有用的生活使用線性累積損傷預測法。攪拌機在這種情況下的評估使用壽命是20倍短。因此,清洗槽的不足導致齒輪減速器上的壓力增加,因此顯著危害攪拌機的使用壽命。
7.結論和未來的發(fā)展
創(chuàng)建一個簡單的、靈活的和廉價的儀器和設置。它是一個有用的支持設計師因為它可靠地模擬齒輪減速器和混合器的行為在兩個穩(wěn)定狀態(tài)的條件和條件下混合使用以不當?shù)姆绞?水箱清洗不足)。取得的結果被認為是詳盡的為齒輪減速操作條件單元,合成設置只有一個參數(shù),分析預測了使用壽命的礦工的總和?；炷翑嚢铏C的使用壽命長度相比在模擬實際獲得的記錄數(shù)據(jù),從客戶獲得的來源。比較表明,提出的模型方法提供了重要支持傳統(tǒng)設計過程。
模型基準函數(shù)工具可以修改和適應其他攪拌機或精確測量抗力矩使用光度計在任何工作條件。在成癮,使用壽命可以評估使用應力矩陣和采用流體動力模型模擬混凝土混合物的作用葉片。
引用
[1]的謝幕法拉利、混凝土攪拌方法和混凝土攪拌機:藝術,美國國家標準研究》期刊上發(fā)表和技術106(2)(2001)
[2]P.J.L.南德斯,c . McDuling表面接觸疲勞故障齒輪、工程失效分析4(2)(1997)。[3]c·詹姆斯·李,齒輪疲勞裂紋預測使用嵌入模型,齒輪動力學模型和斷裂力學,機械系統(tǒng)和信號處理19(2005)。
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[5]美國通崔林亭汝茂,齒輪傳動轉子系統(tǒng)的動態(tài)分析的傳遞矩陣法,機械雜志上設計(2000)。
[6]J.M. Ottino混合運動學:拉伸混亂和交通,劍橋大學出版社,1989年。[7]碩士礦工,疲勞累積損傷,應用力學學報12(1945)A159-A164。
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