低質(zhì)心混凝土攪拌車設(shè)計(jì)原理與結(jié)構(gòu)

張慶平

山東迅力特種汽車有限公司 山東臨清 252600

近幾年，國家加大了城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，城鎮(zhèn)居民的居住條件也得到了極大的改善，帶動(dòng)了混凝土攪拌車的需求量顯著增大。根據(jù)國家規(guī)定，禁止在建筑工地現(xiàn)場進(jìn)行預(yù)拌混凝土的配制和攪拌，必須使用攪拌站的預(yù)拌混凝土，這就增大了預(yù)拌混凝土的運(yùn)輸量，需要更多的大容量混凝土攪拌運(yùn)輸車，而大容量混凝土攪拌運(yùn)輸車存在著罐體質(zhì)心高，整車行駛穩(wěn)定性較差的問題，新近研制的低質(zhì)心混凝土攪拌車可以有效地解決這一難題。本文將對(duì)低質(zhì)心混凝土攪拌車設(shè)計(jì)原理與結(jié)構(gòu)進(jìn)行重點(diǎn)介紹，供同行參考。

1 混凝土攪拌車組成

傳統(tǒng)混凝土攪拌車主要由汽車底盤、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、副車架、攪拌筒、操縱系統(tǒng)、加料裝置、出料裝置及相關(guān)附件組成(見圖1)。由于我國混凝土攪拌車大容量罐體是由小容量罐體衍變而來，車型結(jié)構(gòu)并沒有太大的變化，只是在動(dòng)力、車架方面有所加強(qiáng)，大容量罐體安置在副車架上，無疑使罐體的質(zhì)心增高了很多，帶來了行駛穩(wěn)定性變差等諸多問題。

2 低質(zhì)心混凝土攪拌車設(shè)計(jì)原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 設(shè)計(jì)思路

混凝土攪拌車是攪拌筒按照規(guī)定的旋向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其攪拌功能的。攪拌筒前部由減速機(jī)支撐，后部由一個(gè)滾道，兩個(gè)托輪支撐。在重負(fù)荷作用下，受不均布載荷的影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)副車架局部開裂、托輪軸承疲勞塤壞的現(xiàn)象。低質(zhì)心混凝土攪拌車針對(duì)此問題，通過改變副車架結(jié)構(gòu)以降低質(zhì)心著手，在罐體上設(shè)計(jì)成雙滾道6托輪結(jié)構(gòu)，從而使混凝土攪拌車在重負(fù)荷下承載面積加大，每個(gè)托輪的承載力減小，攪拌筒變形量減小，各托輪軸承長時(shí)間使用不易損壞，運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn)。如圖2所示。

2.2 低質(zhì)心混凝土攪拌車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

傳統(tǒng)混凝土攪拌車副車架結(jié)構(gòu)采用前后貫通型(圖3)，受國家標(biāo)準(zhǔn)《GB 1589－2004 道路車輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》限制，攪拌筒的高度不能超出國家標(biāo)準(zhǔn)。低質(zhì)心混凝土攪拌車通過調(diào)整副車架結(jié)構(gòu)(圖4)，降低罐體前錐最低處局部副車架高度，使布置在前支座上的減速機(jī)與攪拌筒的安裝高度降低，即攪拌車罐體的質(zhì)心得到降低，同時(shí)還可以適當(dāng)增加攪拌筒的傾斜角度，使罐體的有效容積增大，且不會(huì)使攪拌車高度超過規(guī)定值。

2.2.1 雙滾道與6托輪安裝布置

低質(zhì)心混凝土攪拌車為雙滾道，6個(gè)托輪。滾道有主滾道和輔助滾道之分，主滾道焊接在攪拌罐后錐中部，輔助滾道焊接在攪拌罐中筒后部。主滾道下的2對(duì)雙托輪(共4個(gè)托輪)分別安裝在2個(gè)支座上，每對(duì)托輪的中心距相等，能夠使攪拌筒罐體自動(dòng)定心，從而保證罐體軸線在攪拌車縱向?qū)ΨQ面上。輔助滾道下裝有一對(duì)輔助雙托輪，能隨著罐體的左右移動(dòng)而偏擺，這樣即使罐體和托輪有安裝誤差，也能保證6個(gè)托輪均與滾道接觸。由于雙托輪具有自動(dòng)定心功能，使自動(dòng)定心的4個(gè)托輪能自動(dòng)與罐體主滾道緊密接觸，增大了整車穩(wěn)定性。由于雙滾道6個(gè)托輪結(jié)構(gòu)增加了罐體的支撐點(diǎn)，降低了每個(gè)托輪的承載力，大大減小了攪拌筒罐體在重負(fù)荷下的變形量，減小了罐體應(yīng)力，保證了罐體在重載荷下不被破壞，同時(shí)緩解了滾道對(duì)托輪的瞬間沖擊。克服了原罐體在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)托輪產(chǎn)生的噪音和振動(dòng)等缺陷，提高了托輪軸承的使用壽命，也從根本上降低了托輪高載荷、沖擊大和罐體變形等問題。

2.2.2 雙滾道與6托輪受力分析

傳統(tǒng)的混凝土攪拌車罐體是由前支座的減速機(jī)和后支座的2個(gè)托輪共3個(gè)支撐點(diǎn)支撐。經(jīng)計(jì)算，傳統(tǒng)的12 m3攪拌車滿載時(shí)其后支座受力約為132 kN，即每個(gè)托輪承受76 kN，若考慮整車滿載時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)瞬間工況，罐體滾道對(duì)托輪的瞬間壓力應(yīng)大于76 kN。因此，攪拌車托輪經(jīng)常處于重載工況之下。而雙滾道6托輪結(jié)構(gòu)的罐體在前后方向上共有3個(gè)部位7個(gè)支撐點(diǎn)支撐，縮短了支撐距離，降低了滾道與托輪的受力和沖擊，滾道與托輪的多點(diǎn)接觸，也降低了每個(gè)托輪的承載力。經(jīng)計(jì)算，12 m3攪拌車滿載情況下，主滾道使用4托輪承載結(jié)構(gòu)后，每個(gè)托輪承受力約為39 kN，結(jié)果大大減小了罐體在重負(fù)荷下的變形量，減小了對(duì)攪拌車罐體的應(yīng)力集中，保證了罐體在重載荷下不易遭受破壞。有效地緩解了因罐體徑向跳動(dòng)對(duì)減速機(jī)瞬時(shí)產(chǎn)生的沖擊力，大大提高了減速機(jī)的使用壽命。由于主滾道受力大于輔助滾道受力，因此在主滾道下裝有兩對(duì)雙托輪，在輔助滾道下裝有一對(duì)輔助雙托輪。每個(gè)部位的支撐力減小，使每個(gè)托輪的受力相應(yīng)減小，大大延長了托輪軸承的使用壽命。主滾道和輔助滾道材料采用強(qiáng)度較高、焊接性良好的35鋼，托輪材料為45鋼，表面進(jìn)行淬火處理，延長其使用壽命。

3 低質(zhì)心混凝土攪拌車降低質(zhì)心措施

低質(zhì)心混凝土攪拌車通過改變副車架的結(jié)構(gòu)將混凝土攪拌車整車的質(zhì)心高度降低，即把副車架分成前后2個(gè)部分。在前支架即罐體前錐的最低處降低局部副車架高度。降低高度為80～120 mm，并通過布置加強(qiáng)梁加強(qiáng)局部副車架強(qiáng)度，提高副車架的整體強(qiáng)度。加強(qiáng)梁選用與副車架相同材料的矩形鋼管，加強(qiáng)梁位置與降低副車架交接處相對(duì)應(yīng)，加強(qiáng)梁的長度略大于所降低的副車架部分的長度，以增強(qiáng)副車架的整體強(qiáng)度。攪拌車罐體質(zhì)心降低至80～120 mm后，顯著提高了攪拌車行駛穩(wěn)定性，避免了不平路段由于質(zhì)心高而易造成的翻車事故。

副車架前后兩段與主機(jī)縱梁采用U型螺栓、連接座連接，加強(qiáng)梁與主機(jī)縱梁用直螺栓、連接座進(jìn)行連接。加強(qiáng)梁與主機(jī)縱梁的連接點(diǎn)數(shù)量應(yīng)盡可能多。U型螺栓材料選用合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr。

該結(jié)構(gòu)由于罐體安裝位置低，可以適當(dāng)增加其傾斜角度，這樣既能增大罐體有效容積，又不會(huì)使攪拌車整車高度超過規(guī)定值。同樣的底盤能增大罐體的攪動(dòng)容量近2 m3，約增加了攪動(dòng)容量的17%。這樣可以使同樣的底盤裝載效率提高近17%，給用戶帶來更大的收益。

4 總結(jié)

低質(zhì)心混凝土攪拌車(圖5)通過調(diào)整副車架結(jié)構(gòu)降低了整車的質(zhì)心高度，提高了攪拌車的裝載容積。經(jīng)試驗(yàn)，罐體在重負(fù)荷下變形小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、故障頻率低。該車以其裝載多、行使穩(wěn)定性好、副車架受力情況得到了改善和副車架不易開裂等優(yōu)點(diǎn)而受到廣大用戶的青睞，特別適合于不平整路況商品混凝土的運(yùn)輸。該車型已申請(qǐng)了兩項(xiàng)實(shí)用新型專利(專利號(hào)：ZL 2011 2 0041884.7；專利號(hào)：ZL 2011 2 0041885.1)。

[1] 吳虹飛.一種新型的雙托輪承載結(jié)構(gòu)[J].專用汽車,2008.(7):60-61.