混凝土攪拌運輸車減速機的性能研究及其優化

摘要：

和國外相比，我國的商品混凝土在開發和應用上時間較晚，對于關鍵技術必須從國外進口。我國不斷引進國外的混凝土攪拌運輸車，并根據自身實際對其進行仿制，使在這方面的生產上也實現國有化。以下主要對混凝土攪拌運輸車減速機的性能進行探討，并提出相關優化方案。

1.現狀

和國外相比，我國的商品混凝土在開發和應用上時間較晚，對于關鍵技術必須從國外進口。我國不斷引進國外的混凝土攪拌運輸車，并根據自身實際對其進行仿制，使在這方面的生產上也實現國有化。隨著改革開放進程的加快，經濟和科技等各方面都得到極大的發展，這對于基礎設施建設的發展而言不失為一種契機。為了加快施工速度和提高施工質量，必須不斷提高械化施工的數量和水平。其中，在施工建設中，水泥混凝土是極為重要的施工材料。人們的環保意識逐漸增強，商品混凝土逐漸取代了混凝土現場攪拌這種方式，在這種基礎上，混凝土施工機械也越來越環保高效。

混凝土攪拌運輸車載重量大，運行速度較低。由于安裝方式的影響，行星齒輪傳動結構的減速機對于混凝土攪拌運輸車而言是一個不錯的選擇。根據混凝土攪拌運輸車的特點，對其結構原理進行適當分析，以得出減速機在關鍵易損部位的受力情況，并給出優化方案。

2.混凝土攪拌運輸車減速機的性能研究

2.1混凝土攪拌運輸車的基本情況

混凝土攪拌運輸車主要包括二類通用汽車底盤以及攪拌運輸裝置。對于運輸而言，運輸半徑在70km左右，而時間則小于100分鐘。最常見的混凝土攪拌運輸車包含取力機構、減速機、液壓驅動系統、攪拌筒等裝置，利用取力機構將發動機的動力取出，并驅動變量泵進行工作，將轉化而來的液壓能傳送給定量馬達，再將液壓能轉化成機械能對對減速機進行驅動，最后實現對混凝土料的攪拌工作。

2.2減速機的工作原理與結構特點

在混凝土攪拌運輸車中，減速機屬于末級傳動裝置，它主要是降低定量液壓馬達在工作中所輸出的轉速，并將其傳送給攪拌筒，使其處于低速運轉狀態。此外，攪拌筒和減速機中的輸出法蘭盤相互連接，對攪拌筒前端部分予以支撐，并保持攪拌筒的安裝角度。

該減速機運用行星齒輪傳動結構，承載強，易操作。在下文將介紹兩級NGW型行星齒輪傳動的減速機，主要利用花鍵軸對一級行星齒輪機構的太陽輪進行驅動，使一級齒圈固定；然后通過一級行星架帶動二級行星齒輪機構的太陽輪，并使二級齒圈固定；接著依靠二級行星架對鼓型盤進行驅動，將動力傳輸給法蘭盤，使罐體旋轉，實現攪拌或卸料功能。兩級NGW型行星齒輪傳動的減速機具有幾個特點：結構緊湊，各齒輪傳動力矩均勻；維護操作簡單，通過齒輪油潤滑即可；法蘭盤的角度擺角能夠適應不同工況；齒圈和殼體加工上的一體化。

2.3減速機的常見故障及其受力分析

混凝土攪拌運輸車在運輸過程中，為了避免混凝土凝固，攪拌簡要通過不停旋轉，來確保混凝土的質量。然而攪拌筒轉速不能過高，否則會導致混凝土攪拌運輸車穩定性變差，也可能導致混凝土從攪拌筒內溢出。對于液壓傳動而言，其低速性能不穩定，僅依靠液壓系統是無法實現攪拌筒低速運轉的。所以當前混凝土攪拌運輸車都采用具有液壓機械混合傳動方式的減速機，以保證液壓系統實現減速。

經過測試我們可以知道，減速機對攪拌筒起著支撐作用，受路況和駕駛員操作等因素的影響，減速機在運行時具有復雜的受力情況，在混凝土攪拌運輸車易發生故障，而最常見的故障發生部位包括一級行星太陽齒輪、箱體以及法蘭盤大軸承等裝置。

2.4減速機靜載荷分析和動載荷分析

2.4.1減速機靜載荷分析

減速機法蘭盤和攪拌筒相連，減速機是攪拌筒的前端支撐。攪拌筒的安裝角度是10°，且在施工運輸時雙列圓錐滾子軸承在軸承以外利用球形結構的調心方式和座孔相互配合，使法蘭盤能夠實現角度調整，以適應不同工況需求。在攪拌筒后端利用滾輪方式，使前端雙列圓錐滾子軸承承受全部軸向力。利用多級的減速機構，單體減速機可以實現減速，其減速比在100到140之間變動，總機械效率維持在0.92-0.98之間。

2.4.2減速機動載荷分析

水泥混凝土攪拌運輸車在運輸時受到城區道路的影響，要經常避開行人車輛。受攪拌筒安裝方式的影響，該運輸車的重心明顯較高。同時由于在運輸途中攪拌筒不斷旋轉，也可能造成攪拌筒重心偏離縱軸線。這樣一來，在急轉彎時，受到慣性和車輛自身因素的影響，就可能造成車身傾翻現象發生。由于我國規定車輛靠道路右側行駛，所以運輸車中的攪拌筒旋轉方向朝右，攪拌葉片朝左，這樣布置的目的也是為了適應公路截面左高右低的路況。車輛在轉向時重力產生的穩定力矩大于離心力產生的側方力矩，就不會造成側翻現象。

3.減速機結構改進及分析

3.1行星齒輪的改進與分析

由于行星齒輪傳動利用多個行星輪對載荷進行均勻分擔，使功率分流，外加合理利用內嚙合傳動，使得行星齒輪傳動結構緊湊，承載能力較大。由于各種因素的作用，行星齒輪無法絕對均勻地分配載荷，甚至可能使載荷過于集中，這也使得行星減速器容易出現故障，破壞太陽輪的運轉。由此看來，在對行星齒輪傳動進行設計時，要對行星齒輪間的載荷均勻分配。為了對這一問題進行解決，均載機構出現，使得各行星輪間均載目的得以實現。經過不斷的實踐和嘗試，對機械方式的均載機構進行創新設計，使制造裝配的難度和成本大大降低，也能同時分流功率。目前，行星齒輪減速機的機械均載機構有靜定系統和靜不定系統兩種類型。

就實際情況而言，不采取均載措施，就無法使行星輪間的載荷均勻分布。裝置的制造和安裝誤差會使太陽輪和行星輪之間的各個中心距不一致。基本構件和行星輪軸線的位移可能會使得太陽輪與行星輪嚙合時出現齒輪側隙不均勻現象。對于這一裝置的改進，可以采用增加浮動機構或采取提高太陽輪加工精度（如磨齒）使太陽輪更好地浮動，或使太陽輪軸線能夠自行調整，各嚙合力相等，各行星輪間載荷分布均勻。

3.2箱體結構的改進及分析

對于箱體加工而言，如果維護不及時或者采取方法不當，就可能在一定時間內使齒圈磨損過度，從而最終造成箱體報廢。在之前的箱體結構中，人們往往對于行星內齒圈是和箱體采用整體結構，而采用的材料由于成本原因往往不夠好，這樣制作出的內齒圈往往強度較低，使用壽命也不夠長。因此在對這一裝置進行改進時，要對齒圈與箱體采用分體結構，采用更優質的材料和熱處理工藝加工齒圈，并提高其加工精度提高，采用一般的材料加工箱體，然后將兩者連接起來整體使用，不僅提高了齒圈部分的強度也綜合考慮了成本因素，給后來的維護工作帶來便利。齒圈與箱體的連接方式如下：在保證加工精度的前提下分別加工，箱體和內齒圈利用過盈配合的方式連接；用螺栓配以圓柱銷這種方式進行周向固定連接，但螺栓和圓柱銷必須做好防松；考慮到各種因素，應該要求輪緣厚度較大，可以較好的保證裝入箱體的齒圈的圓柱度，以利于內齒在嚙合時均勻受力。

3.3法蘭盤螺紋預緊結構的改進及分析

將螺紋連接結構作為法蘭盤的大軸承軸向預緊機構存在不當之處。通常，在實際操作中減速機大軸承極易遭受損壞，而這往往與螺紋結構的損壞有關。因此，對于此結構的改進，將軸更改為圓錐形，同時利用常用設備配合錐度。對于安裝而言，則應該以剖分錐套為擋圈，在錐套上均勻布置四個螺紋孔，對預緊螺釘進行安裝。錐螺紋具有自鎖功能，錐套的外圈利用螺母和米制錐螺紋相連。剖分錐套圓錐面承受軸承的軸向分力，錐螺母箍緊剖分錐套。在上述的四個螺紋孔中對預緊螺釘予以安裝，預緊螺釘對軸承的預緊力進行調整。

4.結語

混凝土攪拌運輸車減速機在運輸中有著惡劣的運行工況，對于設計和制造都有著極高的要求。對減速機中的結構和裝置進行相關的分析，我們可以發現其中存在諸多弊端，可以對其進行優化設計。本文主要對減速機的易損部位進行探討，并提出改進意見。因此我們要從實際情況出發，分析攪拌筒的支撐方式以及液壓系統的運行情況。由于各種因素，混凝土攪拌運輸車存在急轉彎或急剎車時差的安全隱患，造成減速機損壞現象發生。