混凝土攪拌運(yùn)輸車減速機(jī)的性能研究及其優(yōu)化

摘要：

和國外相比，我國的商品混凝土在開發(fā)和應(yīng)用上時間較晚，對于關(guān)鍵技術(shù)必須從國外進(jìn)口。我國不斷引進(jìn)國外的混凝土攪拌運(yùn)輸車，并根據(jù)自身實(shí)際對其進(jìn)行仿制，使在這方面的生產(chǎn)上也實(shí)現(xiàn)國有化。以下主要對混凝土攪拌運(yùn)輸車減速機(jī)的性能進(jìn)行探討，并提出相關(guān)優(yōu)化方案。

1.現(xiàn)狀

和國外相比，我國的商品混凝土在開發(fā)和應(yīng)用上時間較晚，對于關(guān)鍵技術(shù)必須從國外進(jìn)口。我國不斷引進(jìn)國外的混凝土攪拌運(yùn)輸車，并根據(jù)自身實(shí)際對其進(jìn)行仿制，使在這方面的生產(chǎn)上也實(shí)現(xiàn)國有化。隨著改革開放進(jìn)程的加快，經(jīng)濟(jì)和科技等各方面都得到極大的發(fā)展，這對于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展而言不失為一種契機(jī)。為了加快施工速度和提高施工質(zhì)量，必須不斷提高械化施工的數(shù)量和水平。其中，在施工建設(shè)中，水泥混凝土是極為重要的施工材料。人們的環(huán)保意識逐漸增強(qiáng)，商品混凝土逐漸取代了混凝土現(xiàn)場攪拌這種方式，在這種基礎(chǔ)上，混凝土施工機(jī)械也越來越環(huán)保高效。

混凝土攪拌運(yùn)輸車載重量大，運(yùn)行速度較低。由于安裝方式的影響，行星齒輪傳動結(jié)構(gòu)的減速機(jī)對于混凝土攪拌運(yùn)輸車而言是一個不錯的選擇。根據(jù)混凝土攪拌運(yùn)輸車的特點(diǎn)，對其結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行適當(dāng)分析，以得出減速機(jī)在關(guān)鍵易損部位的受力情況，并給出優(yōu)化方案。

2.混凝土攪拌運(yùn)輸車減速機(jī)的性能研究

2.1混凝土攪拌運(yùn)輸車的基本情況

混凝土攪拌運(yùn)輸車主要包括二類通用汽車底盤以及攪拌運(yùn)輸裝置。對于運(yùn)輸而言，運(yùn)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(yùn)輸車包含取力機(jī)構(gòu)、減速機(jī)、液壓驅(qū)動系統(tǒng)、攪拌筒等裝置，利用取力機(jī)構(gòu)將發(fā)動機(jī)的動力取出，并驅(qū)動變量泵進(jìn)行工作，將轉(zhuǎn)化而來的液壓能傳送給定量馬達(dá)，再將液壓能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能對對減速機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，最后實(shí)現(xiàn)對混凝土料的攪拌工作。

2.2減速機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在混凝土攪拌運(yùn)輸車中，減速機(jī)屬于末級傳動裝置，它主要是降低定量液壓馬達(dá)在工作中所輸出的轉(zhuǎn)速，并將其傳送給攪拌筒，使其處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。此外，攪拌筒和減速機(jī)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?jǐn)嚢柰驳陌惭b角度。

該減速機(jī)運(yùn)用行星齒輪傳動結(jié)構(gòu)，承載強(qiáng)，易操作。在下文將介紹兩級NGW型行星齒輪傳動的減速機(jī)，主要利用花鍵軸對一級行星齒輪機(jī)構(gòu)的太陽輪進(jìn)行驅(qū)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(jī)構(gòu)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(jìn)行驅(qū)動，將動力傳輸給法蘭盤，使罐體旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)攪拌或卸料功能。兩級NGW型行星齒輪傳動的減速機(jī)具有幾個特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，各齒輪傳動力矩均勻；維護(hù)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(yīng)不同工況；齒圈和殼體加工上的一體化。

2.3減速機(jī)的常見故障及其受力分析

混凝土攪拌運(yùn)輸車在運(yùn)輸過程中，為了避免混凝土凝固，攪拌簡要通過不停旋轉(zhuǎn)，來確?；炷恋馁|(zhì)量。然而攪拌筒轉(zhuǎn)速不能過高，否則會導(dǎo)致混凝土攪拌運(yùn)輸車穩(wěn)定性變差，也可能導(dǎo)致混凝土從攪拌筒內(nèi)溢出。對于液壓傳動而言，其低速性能不穩(wěn)定，僅依靠液壓系統(tǒng)是無法實(shí)現(xiàn)攪拌筒低速運(yùn)轉(zhuǎn)的。所以當(dāng)前混凝土攪拌運(yùn)輸車都采用具有液壓機(jī)械混合傳動方式的減速機(jī)，以保證液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)減速。

經(jīng)過測試我們可以知道，減速機(jī)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(jī)在運(yùn)行時具有復(fù)雜的受力情況，在混凝土攪拌運(yùn)輸車易發(fā)生故障，而最常見的故障發(fā)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(jī)靜載荷分析和動載荷分析

2.4.1減速機(jī)靜載荷分析

減速機(jī)法蘭盤和攪拌筒相連，減速機(jī)是攪拌筒的前端支撐。攪拌筒的安裝角度是10°，且在施工運(yùn)輸時雙列圓錐滾子軸承在軸承以外利用球形結(jié)構(gòu)的調(diào)心方式和座孔相互配合，使法蘭盤能夠?qū)崿F(xiàn)角度調(diào)整，以適應(yīng)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(jī)構(gòu)，單體減速機(jī)可以實(shí)現(xiàn)減速，其減速比在100到140之間變動，總機(jī)械效率維持在0.92-0.98之間。

2.4.2減速機(jī)動載荷分析

水泥混凝土攪拌運(yùn)輸車在運(yùn)輸時受到城區(qū)道路的影響，要經(jīng)常避開行人車輛。受攪拌筒安裝方式的影響，該運(yùn)輸車的重心明顯較高。同時由于在運(yùn)輸途中攪拌筒不斷旋轉(zhuǎn)，也可能造成攪拌筒重心偏離縱軸線。這樣一來，在急轉(zhuǎn)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(xiàn)象發(fā)生。由于我國規(guī)定車輛靠道路右側(cè)行駛，所以運(yùn)輸車中的攪拌筒旋轉(zhuǎn)方向朝右，攪拌葉片朝左，這樣布置的目的也是為了適應(yīng)公路截面左高右低的路況。車輛在轉(zhuǎn)向時重力產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩大于離心力產(chǎn)生的側(cè)方力矩，就不會造成側(cè)翻現(xiàn)象。

3.減速機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)及分析

3.1行星齒輪的改進(jìn)與分析

由于行星齒輪傳動利用多個行星輪對載荷進(jìn)行均勻分擔(dān)，使功率分流，外加合理利用內(nèi)嚙合傳動，使得行星齒輪傳動結(jié)構(gòu)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(xiàn)故障，破壞太陽輪的運(yùn)轉(zhuǎn)。由此看來，在對行星齒輪傳動進(jìn)行設(shè)計時，要對行星齒輪間的載荷均勻分配。為了對這一問題進(jìn)行解決，均載機(jī)構(gòu)出現(xiàn)，使得各行星輪間均載目的得以實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過不斷的實(shí)踐和嘗試，對機(jī)械方式的均載機(jī)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)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(jī)的機(jī)械均載機(jī)構(gòu)有靜定系統(tǒng)和靜不定系統(tǒng)兩種類型。

就實(shí)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?；緲?gòu)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(xiàn)齒輪側(cè)隙不均勻現(xiàn)象。對于這一裝置的改進(jìn)，可以采用增加浮動機(jī)構(gòu)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(diào)整，各嚙合力相等，各行星輪間載荷分布均勻。

3.2箱體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)及分析

對于箱體加工而言，如果維護(hù)不及時或者采取方法不當(dāng)，就可能在一定時間內(nèi)使齒圈磨損過度，從而最終造成箱體報廢。在之前的箱體結(jié)構(gòu)中，人們往往對于行星內(nèi)齒圈是和箱體采用整體結(jié)構(gòu)，而采用的材料由于成本原因往往不夠好，這樣制作出的內(nèi)齒圈往往強(qiáng)度較低，使用壽命也不夠長。因此在對這一裝置進(jìn)行改進(jìn)時，要對齒圈與箱體采用分體結(jié)構(gòu)，采用更優(yōu)質(zhì)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(qiáng)度也綜合考慮了成本因素，給后來的維護(hù)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(nèi)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(jìn)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(yīng)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(nèi)齒在嚙合時均勻受力。

3.3法蘭盤螺紋預(yù)緊結(jié)構(gòu)的改進(jìn)及分析

將螺紋連接結(jié)構(gòu)作為法蘭盤的大軸承軸向預(yù)緊機(jī)構(gòu)存在不當(dāng)之處。通常，在實(shí)際操作中減速機(jī)大軸承極易遭受損壞，而這往往與螺紋結(jié)構(gòu)的損壞有關(guān)。因此，對于此結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，將軸更改為圓錐形，同時利用常用設(shè)備配合錐度。對于安裝而言，則應(yīng)該以剖分錐套為擋圈，在錐套上均勻布置四個螺紋孔，對預(yù)緊螺釘進(jìn)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(yù)緊螺釘予以安裝，預(yù)緊螺釘對軸承的預(yù)緊力進(jìn)行調(diào)整。

4.結(jié)語

混凝土攪拌運(yùn)輸車減速機(jī)在運(yùn)輸中有著惡劣的運(yùn)行工況，對于設(shè)計和制造都有著極高的要求。對減速機(jī)中的結(jié)構(gòu)和裝置進(jìn)行相關(guān)的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)其中存在諸多弊端，可以對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。本文主要對減速機(jī)的易損部位進(jìn)行探討，并提出改進(jìn)意見。因此我們要從實(shí)際情況出發(fā)，分析攪拌筒的支撐方式以及液壓系統(tǒng)的運(yùn)行情況。由于各種因素，混凝土攪拌運(yùn)輸車存在急轉(zhuǎn)彎或急剎車時差的安全隱患，造成減速機(jī)損壞現(xiàn)象發(fā)生。