輕量化混凝土攪拌運輸車開發分析

秦磊　毛有強　戈永利

摘 要：隨著城建規模的不斷擴大和科學技術的不斷發展，混凝土攪拌運輸車采用高品質、高性能的低密度復合材料，輕量化混凝土攪拌運輸車得到廣泛應用。與此同時，隨著人們環境保護意識的不斷加強，混凝土攪拌運輸車向安全、節能、高效、環保的方向不斷發展。本文從輕量化混凝土攪拌車的應用范圍及場景、發展趨勢、開發要點三個方面進行分析，并對OEM開發輕量化攪拌車提出了建議舉措，為輕量化混凝土攪拌運輸車的開發和市場導向提供參考。

關鍵詞：混凝土攪拌運輸車;輕量化;發展趨勢;開發要點

1 引言

在城建發展中，為了在保證混凝土使用需求的同時，提高其運送速度，混凝土攪拌運輸車迎來飛速的發展?；炷翑嚢柽\輸車逐漸朝專用化、輕量化、智能化方向邁進，將其進行動力升級和結構優化是實現這一發展趨勢的必由之路。

混凝土攪拌運輸車能夠自動進行混凝土的裝料和卸料，具有一定的智能性，并且在運輸過程中攪拌筒進行旋轉攪拌，提高工程施工效率。OEM在進行輕量化攪拌車的研發制造時，將混凝土攪拌運輸車的各個組成部分進行協調，分別進行優化處理，在達到國家標準的基礎上，向世界領先水平靠近。

2 輕量化混凝土攪拌運輸車應用范圍及場景的宏觀定義

隨著經濟社會的穩步發展，混凝土被廣泛應用于各種基礎建設中，且其用量也在不斷地增加。經濟建設拉動了混凝土攪拌運輸車相關技術的進步，刺激了混凝土攪拌運輸車的更新換代。為了滿足澆灌現場的需求，將混凝土攪拌運輸車的整體重量和機動的靈活性進行改進，提高施工工程的工作效率。

混凝土攪拌運輸車是專用于長距離運輸混凝土的作業中的車輛，如圖1所示，混凝土攪拌運輸車的主要組成部分包括操縱系統、驅動系統、攪拌系統、供水系統、以及汽車底盤、副車架等。其中，副車架負載著攪拌桶的全部重量，能夠對筒體運輸過程中的有害振動進行控制。 系統工作的動力來源于底盤發動機，完成對攪拌筒轉動和停止的控制，實現系統的進料、攪拌和出料。作為混凝土攪拌運輸車的主導部分，攪拌系統包括滾道、螺旋葉片、攪拌筒體、進料揚聲器幾個部分， 筒體由減速機中心軸承座及其后端的滾道支撐，傾斜置于車架上，攪拌筒內的螺旋葉片沿筒體回轉，完成筒內作業。

混凝土攪拌運輸車按用途可分為三種：第一種是承擔運送濕料任務，在運送途中以低速方式運轉，避免混凝土與筒壁粘結或離析現象的發生。 第二種是承擔運送干料任務，按設計配比將配合好的干混合料進行裝送，在進入施工現場前，按要求注入一定量的水，以標準速率進行滾動，在路途中完成填料混合的全過程。 第三種則是承擔運送半干料任務，運送途中，在筒中補充拌合水，攪拌筒以低速轉動。相對來說，后兩種攪拌運輸車更適合澆注作業面疏散且運輸距離長的工事。

在應用車輛的選取和應用上，應注意以下原則：首先，為提高生產效率，裝 卸料要迅速;其次，攪拌筒葉片和筒壁要保證有適當的厚度，且具有耐磨和耐腐蝕的特性;另外，與出料漏斗的卸料高度相比，運輸車的裝料高度要控制在其高度以下;還有，混凝土運輸車要具有完善的安全防護裝置，具有高可靠性和穩定性。

3 輕量化攪拌運輸車的發展趨勢的宏觀分析

輕量化混凝土攪拌運輸車的模擬樣機、有限元法等相關現代技術在國外發達國家的研究時間較早，相關技術和經驗都較為成熟，能夠進行廣泛的應用。 現代技術的發展能夠在設計周期和控制成本等方面，對混凝土攪拌運輸車進行設計與優化，達到對產品質量的提升。采用高品質、高性能的低密度復合材料，能夠同時保證產品質量和減輕整體重量。攪拌運輸車的整備重量主要是汽車底盤、副車架和攪拌筒三個部分。按國家《混凝土攪拌運輸車》等相關規定，對運輸車的攪拌筒攪動容量進行限制，在保證耐磨壽命的同時盡管減少板材厚度，開發輕量化裝備，應用新型低密度材料，實現整車結構的輕量化。

攪拌系統的精細化研究也是輕量化攪拌車的發展趨勢之一。螺旋葉片的曲線參數會直接決定混凝土進出料的性能，在攪拌系統運動時會形成一種復雜的密相多相流系統， 因此，在混凝土攪拌筒及葉片的設計上，可以采用流體與固體兩相流數值模擬和離散單元法相結合， 柔性化建模以實現拌合料的數值仿真，達到優化的目的。另外，在設計上還可以通過剖析離析度數值的手段處理進行筒體參數的優化。

4 輕量化攪拌車開發要點分析

輕量化攪拌運輸車開發要點主要集中在底盤、副車架和攪拌筒體三個組成結構上。副車架是整個車體的重要結構，其輕量化對整個攪拌運輸車的輕量化進程十分重要。因此，本文以副車架結構為例，對輕量化攪拌車開發要點進行分析。副車架的輕量化設計可以從新型材料入手，利用低密度金屬或復合材料，減輕整體結構的整體重量。另外，將副車架進行結構優化設計，在保證其可靠性的基礎上減輕其質量，已達到輕量化目的。 新材料的應用能夠有效提高輕量化，但是新材料的研發工藝復雜且成本較高，發展進程緩慢，結構的優化設計相對更易實現。利用 CAE技術，副車架建立結構應力分析有限元模型，將不同工況下其應力分布進行計算，分析載荷工況和約束處理，在此基礎上對結構優化設計進行數學建模，進行尺寸、結構的優化，得到較為合理的設計方案。

在運輸過程中，混凝土的重心位置是輕量化攪拌運輸車開發的要點之一。混凝土可以看作近似流體，在車輛運行進行作業過程中，混凝土重心會發生變化。如圖2所示，在裝料過程中，攪拌運輸車混凝土中心會隨著混凝土的增加和攪拌筒體的旋轉，向著旋轉中心線的方向靠近，與車輛的縱向中心線的垂直面發生偏離。在運輸過程中，隨著攪拌筒體的轉動，其重心基本穩定在某一位置，直到到達目的地。 在卸料的過程中，混凝土重心隨著攪拌罐的旋轉而移動，存在一個變大、再變小至零、轉向再變大、最終歸于零的過程。在裝料結束、運輸過程和到達目的地幾個時間點上，運輸車都可能會出現惡劣工況，因此，在進行車輛前支架輕量化改進時，應充分考慮混凝土重心位置的變化。

4OEM開發輕量化攪拌車的建議舉措

在OEM進行輕量化攪拌車開發時，需要充分考慮成本與質量的平衡，為達到混凝土攪拌運輸車輕量化要求，本文特此提出以下建議舉措：

第一，加大技術研發投入，不斷促進輕量化混凝土攪拌運輸車結構的優化，加大攪拌系統的精細化和驅動系統的智能化。

第二，加大材料研發投入，降低低密度復合材料的成本，從根本上解決結構的整體重量問題。

第三，加快混凝土攪拌運輸車的動力轉型，逐漸以清潔能源替代傳統染料，減少對環境的污染，實現可持續化發展。

第四，在注重新品性能和可靠性的同時，采用人機工程，提高操作者的舒適度，在兼顧產品的可維修性的同時，美化整車外觀，實現產品的獨特性。

5 結束語

隨著公眾的安全意識的提高，民眾對市場上的超載車提出了質疑，國家對超載進行嚴控， 尤其是對貨運車輛超載現象進行集中整頓，這就對了混凝土攪拌運輸車的輕量化開發提出了新的挑戰，符合國家法律規定的輕量化攪拌運輸車成為當今技術的發展趨勢。 關注輕量化攪拌車的開發要點，根據輕量化混凝土攪拌車應用范圍及場景對其發展趨勢進行規劃和設計，提高系統性能和智能化程度，采用先進的低密度復合材料，在安全可靠的基礎上，進行人性化設計，使輕量化混凝土攪拌運輸車向著節能、高效、環保的方向不斷發展。

參考文獻：

[1]馬友政.混凝土攪拌運輸車前支撐強度分析及結構優化[D]. 內蒙古科技大學，2014.

[2]魏雪玲.混凝土攪拌運輸車的技術發展趨勢探討[J].建筑機械化，2016，37（9）：17-20.

[3]劉曉輝，劉英，王月嶺，等.基于Workbench的混凝土攪拌車前支架輕量化改進[J].筑路機械與施工機械化，2014，31（10）：90-93.

[4]關麗坤，張凱.混凝土攪拌車車架的靜動態特性分析及改進[J].建筑機械，2010（7）：74-78.

[5]徐劍波，屈文濤，許婷，等.柴油-LNG雙燃料混凝土攪拌車應用研究[J].科技信息，2013（36）.