Structural and material analysis of an innovative mixer drum with a capacity of 12 m³

ABSTRACT: A structural and material analysis of individual elements of the mixing-unloading spiral and shell segments of the innovative mixer drum of the hydraulic truck concrete mixer with a capacity of 12 m³ was developed. A complex CAD design process of individual elements in terms of the developed manufacturing technology was carried out. The construction of the mixer components was verified in the 3D-CAD system and a numerical analysis of stress distribution using the finite element method (FEM) was carried out for key segments of the spiral, which directly determines the implementation of the correct and efficient concrete mixing process. The research resulted in the development of comprehensive technical documentation of the original mixer structure, including executive drawings of the components along with a description of the manufacturing technology and the choice of the initial material–steel with increased abrasion resistance. The results of the completed research process were used in the next stage of research, i.e. bench tests of the innovative design of the 12 m³ mixer drum.

KEYWORDS: mixer drum, mixing and unloading spiral, hydraulic truck concrete mixer, CAD construction, FEM analysis, technical documentation

STRESZCZENIE: Opracowano analizę konstrukcyjno-materiałową elementów spirali mieszająco-rozładowującej i segmentów płaszcza innowacyjnego bębna mieszalnika hydraulicznej betonomieszarki samochodowej o pojemności 12 m³. Przeprowadzono złożony proces projektowania CAD poszczególnych przedmiotowych elementów w aspekcie opracowanej technologii wytwarzania. Konstrukcję członów składowych mieszalnika poddano weryfikacji w systemie 3D-CAD oraz przeprowadzono analizę numeryczną rozkładu naprężeń metodą elementów skończonych MES dla kluczowych segmentów spirali, która bezpośrednio warunkuje realizację poprawnego i wydajnego procesu mieszania masy betonowej. Badania pozwoliły na opracowanie kompleksowej dokumentacji technicznej autorskiej konstrukcji mieszalnika, obejmującej rysunki wykonawcze elementów składowych wraz z opisem technologii wytwarzania oraz wyborem materiału wstępnego – stali o zwiększonej wytrzymałości na ścieranie. Wyniki zrealizowanego procesu badawczego zostały wykorzystane na kolejnym etapie badań, tj. w testach stanowiskowych innowacyjnej konstrukcji bębna mieszalnika o pojemności 12 m³.

SŁOWA KLUCZOWE: bęben mieszalnika, spirala mieszająco-rozładowująca, hydrauliczna betonomieszarka samochodowa, konstrukcja CAD, analiza MES, dokumentacja techniczna

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

[1] Bielski J. „Inżynierskie zastosowania systemu MES”. Kraków: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej (2013).

[2] Blicharski M. „Inżynieria materiałowa stali”. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN (2019).

[3] Bogucki W., Żyburtowicz M. „Tablice do projektowania konstrukcji metalowych”. Warszawa: Arkady (2006).

[4] Dietrich M. „Podstawy konstrukcji maszyn”. T. 2. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, wydanie: 3 (2019).

[5] Domański J. „SolidWorks Simulation 2020: statyczna ana-liza wytrzymałościowa”. Gliwice: Helion (2020).

[6] Dziurski A., Mazanek E., Kania L. „Przykłady obliczeń z podstaw konstrukcji maszyn”. T. 1: „Połączenia, sprężyny, zawory, wały maszynowe”. Warszawa: WNT (2015).

[7] Feld M. „Podstawy projektowania procesów technologicznych typowych części maszyn”. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN (2018).

[8] Mustapha K.B. „Practical Finite Element Simulations with SOLIDWORKS 2022”. Packt Publishing (2022).

[9] Skrzypek S.J., Przybyłowicz K. „Inżynieria metali i technologie materiałowe”. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN (2019).

DOI: https://doi.org/10.17814/mechanik.2023.5-6.12

 

* Artykuł recenzowany