混凝土攪拌車飛輪殼問題優(yōu)化改進

周云鵬，黨亮，袁麗

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710021）

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混凝土攪拌車飛輪殼問題優(yōu)化改進

周云鵬，黨亮，袁麗

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710021）

摘 要：文章簡要敘述了混凝土攪拌車在城市化建設(shè)中的重要作用，介紹了該車的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并結(jié)合實際工作中遇到的飛輪殼質(zhì)量問題，對車輛進行系統(tǒng)的分析和測試，完成了飛輪殼的優(yōu)化改進和跟蹤驗證。最后對從事混凝土上裝設(shè)計、零部件設(shè)計和車輛使用人員提出了一些注意事項，以便全面提升混凝土攪拌車的可靠性和使用周期。

關(guān)鍵詞：混凝土；攪拌車；飛輪殼

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.03.048

CLC NO.: U469.5 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)03-145-04

前言

我國在十五和十一五期間，隨著國家經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，商品混凝土得到空前的發(fā)展，攪拌車作為混凝土的主要運輸工具，它為我們的城市建設(shè)作出了很大貢獻，伴隨著生產(chǎn)量的需求，生產(chǎn)廠家雨后春筍般的發(fā)展起來，也出現(xiàn)了許多由于產(chǎn)品缺乏監(jiān)管和試驗導致的問題，如攪拌容量和載重量的嚴重超標、車輛重心偏高、轉(zhuǎn)彎速度過快等，隨時可能引發(fā)安全事故發(fā)生，為此，我們需要不斷的對攪拌車進行整體設(shè)計優(yōu)化和改進，并加強使用人員對車輛日常維護和正確使用相關(guān)知識的培訓。

1、攪拌車的簡介和使用狀況

混凝土攪拌車也被稱為水泥攪拌車，主要用于混凝土攪拌站水泥的運輸工作，由汽車底盤、傳動系、液壓系統(tǒng)、機架、攪拌罐、進出料裝置、供水系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、人梯等部分組成，攪拌罐前端與減速機聯(lián)接安裝在機架前臺上，后端通過滾道由安裝在機架后臺的兩個托輪支撐。

工作原理是通過取力器將汽車底盤的動力取出，并驅(qū)動液壓系統(tǒng)的液壓泵，把機械能轉(zhuǎn)化為液壓能傳給液壓馬達，馬達再驅(qū)動減速機，由減速機驅(qū)動攪拌系統(tǒng)，對混凝土進行攪拌。

目前市場上的混凝土攪拌車底盤多為6x4車型，其整車重量約在14-15噸，罐體容積主要有8方、10方、12方等，每方混凝土約2.4噸，所以總質(zhì)量在33-44噸之間，車輛運行路線為建筑工地與攪拌站之間，通常建筑工地和攪拌站最后一公里的路況比較惡劣，其它95%以上的運行路況良好。

2、飛輪殼的簡介及其故障狀況

飛輪殼是攪拌車上一個重要的基礎(chǔ)件，安裝于發(fā)動機與變速箱之間，因攪拌車除了驅(qū)動車輛的正常行駛，還需驅(qū)動攪拌罐的轉(zhuǎn)動，所以增設(shè)了取力器，飛輪殼體位于取力器殼體和離合器殼體的中間，取力器內(nèi)側(cè)固定于發(fā)動機上，外側(cè)則與飛輪殼體內(nèi)側(cè)連接，飛輪殼體外側(cè)再與離合器殼體連接。

攪拌車飛輪殼最開始損壞時，會出現(xiàn)一些細微的裂紋，一般不易被發(fā)現(xiàn)，取力器中的潤滑油會逐漸從裂紋中慢慢滲漏，當開裂嚴重時，殼體才會發(fā)生局部破損和脫落，導致車輛無法正常使用，而車輛的突然損壞也會導致運載的罐裝水泥中途凝固，為用戶造成極大的不便和經(jīng)濟損失。

2014年市場上某一區(qū)域集中出現(xiàn)攪拌車飛輪殼頻繁開裂的現(xiàn)象，車輛在運行一段時間后，飛輪殼體周圈出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，如圖1，并且開裂的裂紋及其位置趨于一致，更換新的零件后再次發(fā)生故障，為了查明故障原因和消除故障，于是展開了一系列的分析調(diào)查和研究。

圖1

3、故障飛輪殼的調(diào)查分析

3.1 故障件在整車上的內(nèi)外受力狀況

首先從車輛動力傳遞方面分析，扭矩從發(fā)動機曲軸尾端輸出后，其中一端直接連接發(fā)動機的飛輪，再通過離合器傳輸?shù)阶兯傧洌涣硪欢送ㄟ^曲軸尾端上的齒輪與取力器中的齒輪連接，將扭矩傳輸?shù)揭簤厚R達系統(tǒng)，該位置的取力器結(jié)構(gòu)比較簡單，它是將一對齒輪副固定于取力器殼體和飛輪殼體之間，該兩個殼體對齒輪副起主要的支撐作用，承受齒輪副傳動產(chǎn)生的拉應(yīng)力。

其次從故障件的外部受力狀況分析，它不僅承載發(fā)動機、取力器及變速器的部分重量，保護著離合器總成和飛輪總成，在車輛運行時還要承載著齒輪傳動的高頻震動，以及車架的負載彎曲、非水平扭動、橫向彎曲等因素的影響。此外，飛輪殼外部安裝有起動機和離合器助力泵，它們的頻繁工作和震動對飛輪殼局部強度有一定的影響。

所以該零件的性能優(yōu)劣將直接影響到整車的正常使用。

3.2 故障件的理化失效分析

圖2　故障件外觀形貌

故障件的技術(shù)參數(shù)：

零件材質(zhì)：HT250，技術(shù)標準：石墨形態(tài)：A型或C型，石墨長度4-7級，珠光體>95%，硬度180-250HB；檢驗依據(jù)：GB/T7216-2009。

（1）宏觀檢查

失效的飛輪殼體外觀形貌見圖2，對A至F的5個斷裂部位進行檢查，B處裂紋斷口平齊，邊緣無宏觀塑性變形，斷口上未見疏松、夾雜等鑄造缺陷，可見疲勞紋線，見圖3，將其它裂紋部位的斷口形貌整齊，均未見疲勞紋線和鑄造缺陷。

圖3

（2）性能檢查

開裂零件基體硬度平均為189HBW5/750。

（3）化學成分檢查

表1　零件的化學成分（質(zhì)量分數(shù)）

圖4　石墨形態(tài)100X

（4）金相檢查

在飛輪殼體開裂處附近進行微觀檢查。該零件石墨形態(tài)可評為A型，石墨長度可評為4級，見圖4；基體組織為片狀珠光體，珠光體含量可評為珠98，未見碳化物和磷共晶，見圖5。

經(jīng)過兩個故障件的理化失效分析，分析結(jié)論：“開裂零件的化學成分、金相組織、硬度均無異常；零件服役過程中受到的應(yīng)力較大，發(fā)生疲勞斷裂。”

3.3 實驗測試

3.3.1 底盤懸置系統(tǒng)的振動隔震測試

在攪拌車底盤懸置中，發(fā)動機、變速箱總成與車架總成共有六處隔震連接，分別為發(fā)動機左右下支撐、變速箱左右下支撐、輔助左右支撐，隔震測試采用LMS振動噪聲測試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和PCB加速度傳感器，測試數(shù)據(jù)見表2。

表2　車輛怠速工況（550rpm）動力總成懸置系統(tǒng)隔振測試結(jié)果（2-1024Hz Overall）

注釋：（1）隔振率為衡量懸置軟墊隔振性能的指標：（（1-隔振后/隔振前）×100%）；

（3）Overall表示振動速度為2～1024Hz頻域范圍內(nèi)的有效值；

（4）X向為整車的縱向方向，Z向為整車的橫向，Y向為垂直方向。

測試結(jié)論：

（1）怠速工況下，動力總成懸置系統(tǒng)隔振性能總體良好，怠速綜合隔振率均在60%以上；

（2）整個發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，懸置隔振性能良好，無共振點。

3.3.2 故障車輛道路震動測試

此項測試設(shè)備及方法與上述的底盤隔震測試相同，首先建立以下4個測試點，位置見圖6，在飛輪殼、后取力、液壓泵、上裝四處安裝上PCB加速度傳感器，同時對每處X、 Y、Z三個方向的進行路試振動路譜曲線監(jiān)測。

圖6　路試測點

分別對原始狀態(tài)的車輛和加裝固定騎馬螺栓后的車輛進行監(jiān)測，結(jié)論如下：

（1）車輛在原始狀態(tài)下行駛時，遇到大轉(zhuǎn)彎和急剎車時振動傳感器出現(xiàn)超量程現(xiàn)象（傳感器量程為200g）。

（2）上裝副梁與車架之間安裝U型騎馬螺栓后，各測點振動強度都明顯降低，飛輪殼Z向振動由388mm/s降至274mm/s。

3.3.3 飛輪殼裝配過程的應(yīng)變測試

采用應(yīng)變片電測法對4輛車的飛輪殼進行測試，以便得到飛輪殼易開裂部位的受力狀況，首先為故障車輛準備上完好飛輪殼，然后在舊件常開裂的10個位置處安裝上電阻應(yīng)變片，檢測裝配過程中各測點應(yīng)變值，如下圖7。

圖7　四輛車飛輪殼裝配應(yīng)變

圖8

應(yīng)變測試結(jié)論：

（1）從四輛車的測試數(shù)據(jù)中看，在飛輪殼及離合器裝配后，飛輪殼應(yīng)變值一致性較好，各測試車輛飛輪殼最大應(yīng)變值平均在400uE左右，最大值出現(xiàn)于第3臺測試車輛的5號和9號測點位置。

（2）從測點變化趨勢中，可以看出測點5號，8號、9號測點應(yīng)變明細偏大，具體位置見圖8，因故障件為HT250，正應(yīng)變對零件危害性較大，所以故障件可以在此三個位置進行優(yōu)化改進。

3.4 故障車輛的外觀檢查

（1）故障車輛的副梁與車架之間存在移位和錯位的現(xiàn)象。如圖9所示。

（2）攪拌罐副梁與車架之間的固定螺栓存在松動、磨損、滑絲等現(xiàn)象。如圖10所示。

圖9

圖10

4、整改方案

根據(jù)底盤懸置系統(tǒng)振動隔震測試、故障車輛路試震動測試、故障件的應(yīng)變測試三個方面的測試數(shù)據(jù)及分析結(jié)論，采取以下方案：

（1）針對水泥攪拌車上關(guān)鍵部位的緊固螺栓，需要進行定期檢查或更換。

（2）增加攪拌罐橫梁與車架之間固定約束。

（3）針對故障飛輪殼進行局部優(yōu)化設(shè)計。

5、效果驗證

經(jīng)過對某攪拌站同一批的攪拌車輛為期一年的跟蹤驗證，對故障車輛在攪拌罐橫梁與車架之間增加騎馬螺栓，并加強上裝的固定約束后，大于60%的車輛未發(fā)生該故障；針對再次發(fā)生故障的車輛，采取更換加固結(jié)構(gòu)設(shè)計的飛輪殼，后期該攪拌站再未發(fā)生此類故障。

6、結(jié)束語

通過攪拌車飛輪殼故障分析和優(yōu)化改進，讓我們了解到金屬故障件的分析，首先應(yīng)從零件自身的結(jié)構(gòu)尺寸、材質(zhì)、金相組織、性能方面檢查的檢測開始，其次再從外部與之關(guān)聯(lián)零件的震動、共振、拉伸、壓縮、扭曲變形等方面測試分析。

針對使用頻次較高、路況惡劣的工程車輛，用戶需要經(jīng)常對車上的重要螺栓、螺母進行檢查和緊固。

攪拌車整體載重大、重心高、外廓尺寸大，經(jīng)常往返于城鎮(zhèn)道路之間，為此，用戶在使用車輛時，應(yīng)盡量避免緊急剎車和轉(zhuǎn)彎過快，以避免對整車性能造成損壞，而且也極易引發(fā)交通安全事故，對行人造成安全隱患。

水泥攪拌車作為一種特殊運輸車輛，因其載重大、重心高，在正常使用時對車架沖擊比較大，極易造成車架的扭曲變形，所以車輛的設(shè)計人員不僅要考慮上裝與車架之間連接的可靠性和安全性、底盤懸置系統(tǒng)抗震性能、取力器與液壓泵之間傳動軸的角度等系統(tǒng)問題，還需要考慮取力器殼體、飛輪殼體、離合器殼體等承載部件的強度。

參考文獻

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Concrete mixer truck flywheel shell optimization to improve the problem

Zhou Yunpeng, Dang Liang, Yuan Li
（Shaanxi heavy-duty truck manufacturing Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710021）

Abstract:this paper briefly describes the concrete mixer truck in the important role of urbanization construction, this paper introduces the basic structure and working principle of the vehicle, and connecting with the flywheel shell quality problems encountered in the actual work, the vehicle system of analysis and test, completed the flywheel shell optimization improvement and tracking verification.Finally, the concrete jacket design, parts design and vehicle use personnel puts forward some matters needing attention, in order to guarantee the reliability and life cycle of concrete mixer truck.

Keywords:concrete; mixers; flywheel shell

作者簡介：周云鵬，助理工程師、學士、就職于陜西重型汽車有限公司。主要從事齒輪機械加工工藝和汽車零部件質(zhì)量管理工作。

中圖分類號：U469.5

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)03-145-04