輕量化混凝土攪拌運(yùn)輸車開發(fā)分析

秦磊　毛有強(qiáng)　戈永利

摘 要：隨著城建規(guī)模的不斷擴(kuò)大和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，混凝土攪拌運(yùn)輸車采用高品質(zhì)、高性能的低密度復(fù)合材料，輕量化混凝土攪拌運(yùn)輸車得到廣泛應(yīng)用。與此同時(shí)，隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷加強(qiáng)，混凝土攪拌運(yùn)輸車向安全、節(jié)能、高效、環(huán)保的方向不斷發(fā)展。本文從輕量化混凝土攪拌車的應(yīng)用范圍及場(chǎng)景、發(fā)展趨勢(shì)、開發(fā)要點(diǎn)三個(gè)方面進(jìn)行分析，并對(duì)OEM開發(fā)輕量化攪拌車提出了建議舉措，為輕量化混凝土攪拌運(yùn)輸車的開發(fā)和市場(chǎng)導(dǎo)向提供參考。

關(guān)鍵詞：混凝土攪拌運(yùn)輸車;輕量化;發(fā)展趨勢(shì);開發(fā)要點(diǎn)

1 引言

在城建發(fā)展中，為了在保證混凝土使用需求的同時(shí)，提高其運(yùn)送速度，混凝土攪拌運(yùn)輸車迎來飛速的發(fā)展?；炷翑嚢柽\(yùn)輸車逐漸朝專用化、輕量化、智能化方向邁進(jìn)，將其進(jìn)行動(dòng)力升級(jí)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)這一發(fā)展趨勢(shì)的必由之路。

混凝土攪拌運(yùn)輸車能夠自動(dòng)進(jìn)行混凝土的裝料和卸料，具有一定的智能性，并且在運(yùn)輸過程中攪拌筒進(jìn)行旋轉(zhuǎn)攪拌，提高工程施工效率。OEM在進(jìn)行輕量化攪拌車的研發(fā)制造時(shí)，將混凝土攪拌運(yùn)輸車的各個(gè)組成部分進(jìn)行協(xié)調(diào)，分別進(jìn)行優(yōu)化處理，在達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，向世界領(lǐng)先水平靠近。

2 輕量化混凝土攪拌運(yùn)輸車應(yīng)用范圍及場(chǎng)景的宏觀定義

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的穩(wěn)步發(fā)展，混凝土被廣泛應(yīng)用于各種基礎(chǔ)建設(shè)中，且其用量也在不斷地增加。經(jīng)濟(jì)建設(shè)拉動(dòng)了混凝土攪拌運(yùn)輸車相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，刺激了混凝土攪拌運(yùn)輸車的更新?lián)Q代。為了滿足澆灌現(xiàn)場(chǎng)的需求，將混凝土攪拌運(yùn)輸車的整體重量和機(jī)動(dòng)的靈活性進(jìn)行改進(jìn)，提高施工工程的工作效率。

混凝土攪拌運(yùn)輸車是專用于長(zhǎng)距離運(yùn)輸混凝土的作業(yè)中的車輛，如圖1所示，混凝土攪拌運(yùn)輸車的主要組成部分包括操縱系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、以及汽車底盤、副車架等。其中，副車架負(fù)載著攪拌桶的全部重量，能夠?qū)ν搀w運(yùn)輸過程中的有害振動(dòng)進(jìn)行控制。 系統(tǒng)工作的動(dòng)力來源于底盤發(fā)動(dòng)機(jī)，完成對(duì)攪拌筒轉(zhuǎn)動(dòng)和停止的控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的進(jìn)料、攪拌和出料。作為混凝土攪拌運(yùn)輸車的主導(dǎo)部分，攪拌系統(tǒng)包括滾道、螺旋葉片、攪拌筒體、進(jìn)料揚(yáng)聲器幾個(gè)部分， 筒體由減速機(jī)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(nèi)的螺旋葉片沿筒體回轉(zhuǎn)，完成筒內(nèi)作業(yè)。

混凝土攪拌運(yùn)輸車按用途可分為三種：第一種是承擔(dān)運(yùn)送濕料任務(wù)，在運(yùn)送途中以低速方式運(yùn)轉(zhuǎn)，避免混凝土與筒壁粘結(jié)或離析現(xiàn)象的發(fā)生。 第二種是承擔(dān)運(yùn)送干料任務(wù)，按設(shè)計(jì)配比將配合好的干混合料進(jìn)行裝送，在進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)前，按要求注入一定量的水，以標(biāo)準(zhǔn)速率進(jìn)行滾動(dòng)，在路途中完成填料混合的全過程。 第三種則是承擔(dān)運(yùn)送半干料任務(wù)，運(yùn)送途中，在筒中補(bǔ)充拌合水，攪拌筒以低速轉(zhuǎn)動(dòng)。相對(duì)來說，后兩種攪拌運(yùn)輸車更適合澆注作業(yè)面疏散且運(yùn)輸距離長(zhǎng)的工事。

在應(yīng)用車輛的選取和應(yīng)用上，應(yīng)注意以下原則：首先，為提高生產(chǎn)效率，裝 卸料要迅速;其次，攪拌筒葉片和筒壁要保證有適當(dāng)?shù)暮穸?，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(yùn)輸車的裝料高度要控制在其高度以下;還有，混凝土運(yùn)輸車要具有完善的安全防護(hù)裝置，具有高可靠性和穩(wěn)定性。

3 輕量化攪拌運(yùn)輸車的發(fā)展趨勢(shì)的宏觀分析

輕量化混凝土攪拌運(yùn)輸車的模擬樣機(jī)、有限元法等相關(guān)現(xiàn)代技術(shù)在國外發(fā)達(dá)國家的研究時(shí)間較早，相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)都較為成熟，能夠進(jìn)行廣泛的應(yīng)用。 現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展能夠在設(shè)計(jì)周期和控制成本等方面，對(duì)混凝土攪拌運(yùn)輸車進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化，達(dá)到對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的提升。采用高品質(zhì)、高性能的低密度復(fù)合材料，能夠同時(shí)保證產(chǎn)品質(zhì)量和減輕整體重量。攪拌運(yùn)輸車的整備重量主要是汽車底盤、副車架和攪拌筒三個(gè)部分。按國家《混凝土攪拌運(yùn)輸車》等相關(guān)規(guī)定，對(duì)運(yùn)輸車的攪拌筒攪動(dòng)容量進(jìn)行限制，在保證耐磨壽命的同時(shí)盡管減少板材厚度，開發(fā)輕量化裝備，應(yīng)用新型低密度材料，實(shí)現(xiàn)整車結(jié)構(gòu)的輕量化。

攪拌系統(tǒng)的精細(xì)化研究也是輕量化攪拌車的發(fā)展趨勢(shì)之一。螺旋葉片的曲線參數(shù)會(huì)直接決定混凝土進(jìn)出料的性能，在攪拌系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)形成一種復(fù)雜的密相多相流系統(tǒng)， 因此，在混凝土攪拌筒及葉片的設(shè)計(jì)上，可以采用流體與固體兩相流數(shù)值模擬和離散單元法相結(jié)合， 柔性化建模以實(shí)現(xiàn)拌合料的數(shù)值仿真，達(dá)到優(yōu)化的目的。另外，在設(shè)計(jì)上還可以通過剖析離析度數(shù)值的手段處理進(jìn)行筒體參數(shù)的優(yōu)化。

4 輕量化攪拌車開發(fā)要點(diǎn)分析

輕量化攪拌運(yùn)輸車開發(fā)要點(diǎn)主要集中在底盤、副車架和攪拌筒體三個(gè)組成結(jié)構(gòu)上。副車架是整個(gè)車體的重要結(jié)構(gòu)，其輕量化對(duì)整個(gè)攪拌運(yùn)輸車的輕量化進(jìn)程十分重要。因此，本文以副車架結(jié)構(gòu)為例，對(duì)輕量化攪拌車開發(fā)要點(diǎn)進(jìn)行分析。副車架的輕量化設(shè)計(jì)可以從新型材料入手，利用低密度金屬或復(fù)合材料，減輕整體結(jié)構(gòu)的整體重量。另外，將副車架進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證其可靠性的基礎(chǔ)上減輕其質(zhì)量，已達(dá)到輕量化目的。 新材料的應(yīng)用能夠有效提高輕量化，但是新材料的研發(fā)工藝復(fù)雜且成本較高，發(fā)展進(jìn)程緩慢，結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)相對(duì)更易實(shí)現(xiàn)。利用 CAE技術(shù)，副車架建立結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析有限元模型，將不同工況下其應(yīng)力分布進(jìn)行計(jì)算，分析載荷工況和約束處理，在此基礎(chǔ)上對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，進(jìn)行尺寸、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，得到較為合理的設(shè)計(jì)方案。

在運(yùn)輸過程中，混凝土的重心位置是輕量化攪拌運(yùn)輸車開發(fā)的要點(diǎn)之一?；炷量梢钥醋鹘屏黧w，在車輛運(yùn)行進(jìn)行作業(yè)過程中，混凝土重心會(huì)發(fā)生變化。如圖2所示，在裝料過程中，攪拌運(yùn)輸車混凝土中心會(huì)隨著混凝土的增加和攪拌筒體的旋轉(zhuǎn)，向著旋轉(zhuǎn)中心線的方向靠近，與車輛的縱向中心線的垂直面發(fā)生偏離。在運(yùn)輸過程中，隨著攪拌筒體的轉(zhuǎn)動(dòng)，其重心基本穩(wěn)定在某一位置，直到到達(dá)目的地。 在卸料的過程中，混凝土重心隨著攪拌罐的旋轉(zhuǎn)而移動(dòng)，存在一個(gè)變大、再變小至零、轉(zhuǎn)向再變大、最終歸于零的過程。在裝料結(jié)束、運(yùn)輸過程和到達(dá)目的地幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，運(yùn)輸車都可能會(huì)出現(xiàn)惡劣工況，因此，在進(jìn)行車輛前支架輕量化改進(jìn)時(shí)，應(yīng)充分考慮混凝土重心位置的變化。

4OEM開發(fā)輕量化攪拌車的建議舉措

在OEM進(jìn)行輕量化攪拌車開發(fā)時(shí)，需要充分考慮成本與質(zhì)量的平衡，為達(dá)到混凝土攪拌運(yùn)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(shù)研發(fā)投入，不斷促進(jìn)輕量化混凝土攪拌運(yùn)輸車結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，加大攪拌系統(tǒng)的精細(xì)化和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的智能化。

第二，加大材料研發(fā)投入，降低低密度復(fù)合材料的成本，從根本上解決結(jié)構(gòu)的整體重量問題。

第三，加快混凝土攪拌運(yùn)輸車的動(dòng)力轉(zhuǎn)型，逐漸以清潔能源替代傳統(tǒng)染料，減少對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)化發(fā)展。

第四，在注重新品性能和可靠性的同時(shí)，采用人機(jī)工程，提高操作者的舒適度，在兼顧產(chǎn)品的可維修性的同時(shí)，美化整車外觀，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的獨(dú)特性。

5 結(jié)束語

隨著公眾的安全意識(shí)的提高，民眾對(duì)市場(chǎng)上的超載車提出了質(zhì)疑，國家對(duì)超載進(jìn)行嚴(yán)控， 尤其是對(duì)貨運(yùn)車輛超載現(xiàn)象進(jìn)行集中整頓，這就對(duì)了混凝土攪拌運(yùn)輸車的輕量化開發(fā)提出了新的挑戰(zhàn)，符合國家法律規(guī)定的輕量化攪拌運(yùn)輸車成為當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。 關(guān)注輕量化攪拌車的開發(fā)要點(diǎn)，根據(jù)輕量化混凝土攪拌車應(yīng)用范圍及場(chǎng)景對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)性能和智能化程度，采用先進(jìn)的低密度復(fù)合材料，在安全可靠的基礎(chǔ)上，進(jìn)行人性化設(shè)計(jì)，使輕量化混凝土攪拌運(yùn)輸車向著節(jié)能、高效、環(huán)保的方向不斷發(fā)展。

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