混凝土攪拌運輸車抖動分析及解決方法

姚澤功 張峰 王利民

湖北江山專用汽車有限公司 湖北襄陽 441000

1 前言

隨著我國基礎設施建設需求的不斷增長，混凝土攪拌運輸車得到了大量的應用并為加快基礎設施建設起到了重要作用[1]?；炷翑嚢柽\輸車由汽車底盤和混凝土攪拌專用裝置組成，主要包括取力器、攪拌筒前后支架、減速機、液壓系統、攪拌筒、操縱機構和清洗系統等。其工作原理是通過取力裝置將汽車底盤的動力取出并驅動液壓系統的變量泵，把機械能轉化為液壓能傳送給定量馬達，馬達再驅動減速機，由減速機驅動攪拌裝置對混凝土進行攪拌[2,3]。由于車體結構和工作原理的復雜性，混凝土攪拌運輸車的應用過程中會遇到諸多故障，例如液壓傳動故障、減速機失效等[4,5]。

混凝土攪拌運輸車在運行過程中車身的周期性抖動也屬于常見故障之一[2]，長期的車身抖動會引發攪拌筒軸承以及減速機的損壞等。由于混凝土攪拌運輸車結構的復雜性，引發車身的周期性抖動的原因較多。本文針對有效荷載為8 m3的混凝土攪拌運輸車在滿載下坡運輸過程中出現的周期性抖動問題進行分析并提出幾種有效的解決方案。

2 材料與方法

2.1 試驗裝置

試驗采用的是某品牌混凝土攪拌運輸車底盤，減速機、油泵和馬達分別為某型號減速機、油泵和馬達，攪拌筒筒體為8 m3輕量化攪拌筒。

2.2 試驗方法

首先對混凝土攪拌運輸車進行初步檢查，罐體內有不同程度積料，積料較為均勻對稱，測量罐體圓度在制造誤差范圍內，滾道與拖輪沒有異常磨損，整車運行時減速機、油泵、馬達工作正常；其次，根據改進措施對混凝土攪拌運輸車進行改進；最后為模擬8 m3攪拌車在下坡過程中混凝土在攪拌筒內的水平面位置，采用在水平路面上向攪拌筒內注入10 m3混凝土的方式，觀察車身的抖動情況。

3 結果與分析

車身在未進行任何改進時，攪拌車空車怠速、加速運行和卸料狀態均沒有抖動現象，裝載8 m3混凝土時也無抖動現象。當裝載10 m3混凝土時，怠速運行會出現周期性抖動，攪拌筒筒體轉動一周抖動兩次，加速運行時抖動幅度加大。根據這一情況，試驗從3個改進思路對抖動進行消除。

3.1 車體結構性能改善

車體結構性能改善主要認為車身抖動是由于車身各部件間的連接不夠緊密或者車身質心變化引發的?；谶@一考慮，試驗對混凝土攪拌運輸車采取了調整車體部件，增強罐體剛度，增大混凝土裝載方量和更換減速機、油泵、馬達3大件等4項改進措施來消除抖動，如表1所示。然而，車身抖動的幅度和規律并沒有得到改善，表明車體結構性能并不是導致車身抖動的原因。

表1 針對車體結構性能改善的措施

3.2 混凝土流態改善

混凝土流態改善主要認為由于攪拌過程中混凝土局部劇烈流動對葉片造成沖擊進而引發車身抖動。為了降低混凝土對攪拌葉片的沖擊，通常采用在攪拌葉片上割孔。攪拌葉片在攪拌筒中的布局如圖1所示。

圖1 未改進的攪拌筒中攪拌葉片的布局和結構

從圖1中可以看出位于攪拌筒筒體底部的1號和2號葉片均設有導流孔，以防止混凝土局部劇烈流動對葉片的沖擊，可以判斷位于筒體中部和頂部的葉片也有可能在運行中會由于攪拌而發生振動。因此，混凝土流態改進思路主要通過對筒體中部和頂部的葉片開孔來降低葉片對混凝土的擾動，具體改進措施如表2所示。

表2 針對混凝土流態改善的措施

試驗結果表明，混凝土流態改善同樣不能明顯改善車身抖動的現象。通過對荷載10 m3混凝土的流態模擬后發現，在攪拌狀態混凝土被葉片從后方推向前方的同時，會在前錐與中筒的位置形成渦流[6]。但是，此處的渦流集中在攪拌筒中下部，并不會對中上部攪拌葉片等部件形成沖擊，因此攪拌過程中混凝土對葉片的沖擊并不是造成車身抖動主要原因。

圖2 裝載10 m3時混凝土在攪拌筒內的流速分布圖

3.3 葉片與筒體間結構改善

在對混凝土流態改善過程中發現攪拌過程中混凝土液面出現周期性鼓泡現象，且混凝土鼓泡與車身抖動出現的時刻基本一致。因此，試驗針對混凝土鼓泡位置處的葉片結構進行了改進，如表3所示。結果發現，當對位于攪拌筒中下部的葉片3、4、5進行割孔處理后，車身振動得以消除。因此，車身振動的直接原因是來源于混凝土鼓泡對攪拌葉片形成的沖擊。

表3 針對葉片與筒體間結構改善的措施

為了進一步了解混凝土鼓泡的原因，試驗分析了攪拌筒筒體和葉片的結構分布。當混凝土裝載量達到8 m3時，混凝土液面處于葉片3和4頂部下端，此時前錐、封頭、葉片和液面未能形成密閉空間；當裝載量達到10m3時，液面淹沒葉片3、4、5頂部，此時筒體、封頭、葉片和液面恰好形成密閉空間。該密閉空間中空氣腔隨著攪拌筒筒體的轉動周期性的開放、封閉、壓縮和消失。在壓縮過程中，空氣腔被裹挾進入混凝土中，并依靠自身浮力沿著攪拌葉片向混凝土液面移動形成鼓泡，而鼓泡形成和移動過程中引發混凝土對葉片的撞擊即為振動的直接來源[7]。而葉片3、4和5上的導流孔防止了封閉空氣腔的形成，使其中的空氣在裹挾進入混凝土之前就被葉片上的導流孔排出，從而避免了鼓泡的形成。

圖3 裝載8 m3和10 m3混凝土時攪拌筒筒體與混凝土液面以及攪拌葉片的相對位置對比

4 結語

試驗針對8 m3混凝土攪拌運輸車在滿載下坡運輸過程中出現的車身周期性抖動問題進行了研究，結果發現混凝土內的鼓泡導致混凝土對攪拌葉片的沖擊是導致車身抖動的主要原因?；炷烈好媾c攪拌筒筒體以及攪拌葉片形成的密閉空氣腔為鼓泡的主要來源。通過降低混凝土裝載量來降低混凝土液面以避免形成封閉空氣腔可以防止車身抖動問題發生。同時，在組成封閉空氣腔的葉片上開設導流孔是防止鼓泡形成以及車身抖動的有效方式。研究成果對于提高混凝土攪拌運輸車運行的穩定性以及改善混凝土攪拌運輸車結構具有指導意義。