混凝土攪拌車機(jī)械行駛穩(wěn)定性研究

謝國(guó)慶

（中聯(lián)重科混凝土分公司， 湖南 益陽(yáng) 413100）

0 引言

混凝土是建筑工程中的重要原材料，混凝土的質(zhì)量更是與建筑工程施工質(zhì)量息息相關(guān)。在混凝土施工過(guò)程中，混凝土攪拌車必須要在指定時(shí)間內(nèi)，準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)的將混凝土運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，并確保運(yùn)輸過(guò)程中混凝土不會(huì)出現(xiàn)離析現(xiàn)象，正是這種時(shí)間上的要求，使混凝土攪拌車與其他類型的車輛有著本質(zhì)的區(qū)別。由于混凝土攪拌車在運(yùn)輸混凝土?xí)r，需要攪拌罐進(jìn)行反復(fù)的轉(zhuǎn)動(dòng)，并且其罐體具有一定的傾角，這使得罐體中混凝土拌合料在流動(dòng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致其重心位置發(fā)生周期性的變化，進(jìn)而降低了攪拌車的機(jī)械行駛穩(wěn)定性，尤其是在車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，如果轉(zhuǎn)變速度控制不合理，則勢(shì)必會(huì)引發(fā)側(cè)翻事故。因此，對(duì)混凝土攪拌車的機(jī)械行駛穩(wěn)定性進(jìn)行研究非常重要。

1 混凝土攪拌車的機(jī)械結(jié)構(gòu)分析

混凝土攪拌車機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括車輛底盤、攪拌罐、前支撐機(jī)架、后支撐機(jī)架、輔梁、操作系統(tǒng)以及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。其中，車輛底盤具有自動(dòng)行駛功能，而攪拌罐則能夠防止混凝土產(chǎn)生離析現(xiàn)象。前支撐機(jī)架與后支撐機(jī)架能夠?qū)嚢韫奁鸬街巫饔茫o梁起到連接底盤的作用。在混凝土攪拌車中，攪拌罐的形狀為橄欖形，其和車輛底盤中的大梁保持10至16度的傾角，以此確保混凝土攪拌車具有更大的裝載容積。混凝土攪拌車在運(yùn)輸混凝土?xí)r，攪拌罐必須要進(jìn)行反復(fù)的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度應(yīng)控制在2r/min左右，通過(guò)罐體的反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠使混凝土在罐體中流動(dòng)，從而起到防止混凝土在罐體中沉積以及離析等現(xiàn)象的作用。混凝土攪拌罐在到達(dá)工作面以后，會(huì)提高攪拌罐的轉(zhuǎn)速，此時(shí)其轉(zhuǎn)動(dòng)速度應(yīng)控制在14-16r/min，經(jīng)過(guò)1至2min的攪拌后，攪拌罐會(huì)逐漸停止后向逆時(shí)針?lè)聪蛐D(zhuǎn)，使罐體中的混凝土能夠得以均勻卸出。

2 混凝土攪拌車機(jī)械行駛穩(wěn)定性研究

2.1 重心位置

混凝土攪拌車在失穩(wěn)過(guò)程中，其失穩(wěn)狀態(tài)通常是利用失穩(wěn)角進(jìn)行衡量的。所謂失穩(wěn)角，是車輛在出現(xiàn)失穩(wěn)狀態(tài)時(shí)所產(chǎn)生的臨界坡度角，通常來(lái)說(shuō)，混凝土在失穩(wěn)以后，其往往表現(xiàn)為橫向傾翻，也就是混凝土攪拌車在失穩(wěn)時(shí)會(huì)沿著前輪與后輪的觸地點(diǎn)向左或向右發(fā)生側(cè)翻。為了使分析變得更加方便，將混凝土攪拌車的四個(gè)輪子和地面的觸地點(diǎn)分別定義為A、B、C、D，混凝土攪拌車的重心定義為P，路面坡角定義為β，此時(shí)混凝土攪拌車的側(cè)翻邊是BC，將地面和PBC平面間所形成的夾角定義為β1，考慮到混凝土攪拌車在行駛過(guò)程中攪拌罐是不斷轉(zhuǎn)動(dòng)的，因此其重心P的位置也是呈現(xiàn)出周期性變化的，進(jìn)而造成β1成為變值，當(dāng)P到達(dá)某個(gè)位置時(shí)，β1是最小的，當(dāng)β增加時(shí)，使PBC的平面和水平面相互垂直，進(jìn)而造成混凝土攪拌車達(dá)到臨界側(cè)翻狀態(tài)，PBC平面也成為臨界側(cè)翻平面，從而使β1=β，這時(shí)β1便是失穩(wěn)角。將B作為圓心，X軸是BA，Y軸是BC，在空間直角坐標(biāo)系內(nèi)放入P點(diǎn)，并將P點(diǎn)的坐標(biāo)設(shè)定成（a,b,c），經(jīng)過(guò)P點(diǎn)作CBA⊥PP1，并且與P1點(diǎn)相關(guān)，作PP2和Y軸相垂直，并且和Y軸中的P2點(diǎn)相交，則角P1PP2與β1相等，該角即是失穩(wěn)角，可以看出tgβ1與a/c相等。從以上結(jié)論中可以看出，重心和側(cè)翻邊之間的距離便是a，而重心高度則是c。從以上結(jié)論可知，重心位置決定失穩(wěn)角的大小，并且失穩(wěn)角和重心與側(cè)翻邊之間的距離具有正比例關(guān)系，而和重心高度則具有反比例關(guān)系。對(duì)于混凝土攪拌車來(lái)說(shuō)，其在運(yùn)輸過(guò)程中，如果是滿載情況，則其失穩(wěn)角是固定的，因此混凝土攪拌車在行駛時(shí)，只有確保路面坡道的角度比失穩(wěn)角小才能保證其車輛行駛的安全。而且，因?yàn)榛炷翑嚢柢囋谛旭傔^(guò)程中，其重心會(huì)向左右進(jìn)行顫動(dòng)，這種顫動(dòng)會(huì)在一定程度上作用到方向盤上，因此司機(jī)無(wú)法對(duì)轉(zhuǎn)彎的角度及行駛速度進(jìn)行準(zhǔn)確掌握，進(jìn)而造成混凝土攪拌車在行駛時(shí)容易引發(fā)事故。

2.2 轉(zhuǎn)彎速度

混凝土攪拌車在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)的動(dòng)態(tài)離心力，進(jìn)而導(dǎo)致其側(cè)翻時(shí)的力矩在一瞬間內(nèi)比穩(wěn)定力矩要大。事實(shí)上，混凝土攪拌車在轉(zhuǎn)彎時(shí)的速度越高，則其轉(zhuǎn)彎半徑的變化率也就越大，自然其離心力也會(huì)大幅增加，可以說(shuō)，半徑變化率和速度變化率之間是具有正比例關(guān)系的，因此，車輛的轉(zhuǎn)彎速度越高，則混凝土攪拌車的穩(wěn)定性也就越差。通過(guò)對(duì)混凝土攪拌車在行駛過(guò)程中，其穩(wěn)定性所受到各方面的影響，可以得出混凝土攪拌車在發(fā)生側(cè)翻時(shí)所具有的臨界速度公式，該公式可以表示為

在上述公式中，轉(zhuǎn)變半徑由R進(jìn)行表示，有效的穩(wěn)定幅則由B1表示，混凝土攪拌車在靜止?fàn)顟B(tài)下所具有的穩(wěn)定幅由B表示，整車重心的累計(jì)偏移值由c進(jìn)行表示，重力加速度由g表示，車輛的重心高度由H表示，則混凝土攪拌車的安全行駛速度應(yīng)為70%Vf。

2.3 攪拌罐工況

混凝土攪拌車在機(jī)械行駛過(guò)程中其攪拌罐的工況主要分為兩種，一種是轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，另一種是轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致時(shí)，車輛重心會(huì)向著側(cè)翻邊的方向進(jìn)行靠近，此時(shí)其瞬時(shí)速度方向是向下的，這時(shí)的混凝土攪拌車在行駛穩(wěn)定性上是最差的，其原因在于攪拌罐中的混凝土?xí)诹鲃?dòng)時(shí)因慣性而出現(xiàn)瞬時(shí)動(dòng)態(tài)側(cè)翻力矩，進(jìn)而降低了混凝土攪拌車的行駛穩(wěn)定性。同樣，轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反時(shí)，攪拌罐中的混凝土在反向流動(dòng)時(shí)，其重心變化所產(chǎn)生的慣性力會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定力矩，這時(shí)車輛的穩(wěn)定性要相比于攪拌筒固定時(shí)好的多。因此，混凝土攪拌車在行駛時(shí)，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎的速度是不同的，在左轉(zhuǎn)彎時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高轉(zhuǎn)彎速度，而在右轉(zhuǎn)彎時(shí)則應(yīng)降低轉(zhuǎn)彎速度。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，混凝土攪拌車在機(jī)械行駛過(guò)程中會(huì)受到多種因素的影響，這些因素對(duì)混凝土攪拌車的穩(wěn)定性影響程度都不盡相同，因此要想確保混凝土攪拌車在機(jī)械行駛中具有良好的穩(wěn)定性，防止混凝土攪拌車在機(jī)械行駛時(shí)發(fā)生側(cè)翻事故，必須要分析這些影響因素，并針對(duì)這些影響因素采取相應(yīng)的控制措施，才能最大限度的削弱這些影響因素給混凝土攪拌車機(jī)械行駛穩(wěn)定性造成的不利影響，確保混凝土攪拌車的行駛安全。