一種自裝載混凝土攪拌運(yùn)輸車的設(shè)計(jì)

仝 靜 陳軍全

(萊州亞通重型裝備有限公司 山東 煙臺(tái) 261400)

引言

在西部大開發(fā)政策引導(dǎo)下，偏遠(yuǎn)地區(qū)如新疆、內(nèi)蒙古、西藏、青海等省掀起了公路、鐵路等基礎(chǔ)建設(shè)的熱潮。而偏遠(yuǎn)地區(qū)的特點(diǎn)是戈壁、荒灘、沙漠、大山等惡劣的環(huán)境。部分基礎(chǔ)建設(shè)施工工地混凝土生產(chǎn)機(jī)械化程度不高，而且混凝土質(zhì)量無法保證。城市小區(qū)道路施工、農(nóng)村房屋建設(shè)等小型施工工地也主要采用混凝土攪拌機(jī)的半自動(dòng)方式生產(chǎn)混凝土，依賴人力，同時(shí)需要至少一臺(tái)裝載機(jī)進(jìn)行配合。

自裝載混凝土攪拌運(yùn)輸車，集混凝土生產(chǎn)和運(yùn)輸功能于一身，不僅可以提高混凝土生產(chǎn)效率，自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的使用也大大提高了混凝土質(zhì)量，彌補(bǔ)商用混凝土覆蓋面不足的問題。

一、技術(shù)參數(shù)比較

通過對(duì)同類型車輛進(jìn)行調(diào)研，制定自裝載混凝土攪拌車技術(shù)方案，國內(nèi)外產(chǎn)品參數(shù)如下表1所示。

表1

二、重要組成系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該自裝載混凝土攪拌運(yùn)輸車由車架、裝載機(jī)構(gòu)、副架、液壓系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)組成，參見圖1所示

圖1 自裝載混凝土攪拌運(yùn)輸車

(一)車架總成

作為工程機(jī)械，對(duì)于車輛的耐用性和地形適應(yīng)性有更高的要求。通過對(duì)國內(nèi)外相似類型車輛分析研究，最終選擇對(duì)標(biāo)3t裝載機(jī)車架結(jié)構(gòu)，將整車車架設(shè)計(jì)為鉸接式焊接車架結(jié)構(gòu)。運(yùn)用CATIA三維設(shè)計(jì)軟件建造數(shù)模,前車搭載主要的工作機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)為框架式焊接車架結(jié)構(gòu)；后車架模仿路面用3t裝載機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，后車架模型采用板式焊接結(jié)構(gòu)。

整個(gè)機(jī)架的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)初期主要借鑒同類型車輛進(jìn)行板厚選擇。前機(jī)架框架主要使用8mm厚板材，后機(jī)架主立板使用25mm厚板材。其余非承力部件以實(shí)用為原則，盡量選取厚度適中的鋼板進(jìn)行建模。設(shè)計(jì)中期將整車簡化結(jié)構(gòu)導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行受力分析，根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)薄弱部位進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)。最終確定車架結(jié)構(gòu)如下圖2所示。

圖2 車架結(jié)構(gòu)

(二)裝載機(jī)構(gòu)

1.裝載機(jī)構(gòu)組成

圖3 裝載機(jī)構(gòu)

自裝載混凝土攪拌運(yùn)輸車裝載機(jī)構(gòu)主要由：1鏟斗；2動(dòng)臂；3轉(zhuǎn)斗油缸；4搖臂；5連桿；6舉升油缸組成。這個(gè)機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)是兩個(gè)正轉(zhuǎn)四桿機(jī)構(gòu)。

2.裝載機(jī)構(gòu)工作過程

自裝載混凝土攪拌運(yùn)輸車裝載機(jī)構(gòu)是該設(shè)備的主要工作機(jī)構(gòu)之一。其主要功用是將沙子、石子、水泥等原材料裝入攪拌罐。它的工作過程由4種工況組成。

工況1插入工況:動(dòng)臂下放，鏟斗放于地面，鏟斗刃部接觸地面，鏟斗底板與地面夾角3°，開動(dòng)機(jī)器，鏟斗借助整車牽引力插入料堆。

工況2鏟裝工況:鏟斗插入料堆后，轉(zhuǎn)動(dòng)鏟斗鏟取物料，待鏟斗翻至斗底與地面45°夾角為止。

工況3稱重工況:大臂上行，當(dāng)大臂上的傳感器與車架固定的傳感器接觸時(shí)，此時(shí)稱重系統(tǒng)接受舉升油缸上的壓力信號(hào)，將壓力經(jīng)過計(jì)算轉(zhuǎn)化為鏟斗物料的重量，并儲(chǔ)存在駕駛室內(nèi)的控制器內(nèi)。

當(dāng)鏟斗內(nèi)的物料超過所需時(shí)，操作位于鏟斗上的開啟油缸，開啟鏟斗尾部門，抖動(dòng)舉升油缸，當(dāng)重量達(dá)到目標(biāo)重量時(shí)，關(guān)閉鏟斗尾部門。

工況4卸載工況:操作舉升缸，將動(dòng)臂運(yùn)行到卸載點(diǎn)，操作開啟油缸，打開鏟斗門，抖動(dòng)轉(zhuǎn)斗油缸，向攪拌罐中傾倒物料，鏟斗物料卸載干凈后，放下動(dòng)臂，進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。

3.裝載機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是在充分明確2.2.2中裝載機(jī)構(gòu)的四個(gè)工況的條件下，通過三個(gè)大的工作過程完成。第一，利用圖解法，將各個(gè)工況下鏟斗的位置繪制于CAD圖紙上，充分借鑒裝載機(jī)連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，經(jīng)過反復(fù)嘗試，確定各鉸點(diǎn)位置，四桿機(jī)構(gòu)的長度。第二，將二維圖紙轉(zhuǎn)化為三維模型，模擬連桿機(jī)構(gòu)的工作過程，觀察運(yùn)動(dòng)過程是否連續(xù)，機(jī)構(gòu)在各個(gè)位置都能正常工作。第三，形成完整數(shù)模，校核各工況下大臂及連桿機(jī)構(gòu)的受力情況。

(三)副架

1.副架機(jī)構(gòu)組成

圖4 副架機(jī)構(gòu)

自裝載混凝土攪拌運(yùn)輸車副架機(jī)構(gòu)主要功能是混凝土的攪拌和卸料。整個(gè)副架主要由：1.傾翻油缸；2.回轉(zhuǎn)支撐；3.主支撐座；4.罐體支架；5.罐體；6.托輪組件；7.進(jìn)出料組件；8.動(dòng)力部件組成。具體見圖6。

2.副架機(jī)構(gòu)工作介紹

攪拌罐的旋轉(zhuǎn)靠馬達(dá)和減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，攪拌罐順時(shí)針旋轉(zhuǎn)完成對(duì)物料的混合，物料混合完畢后，傾翻油缸將罐體抬起，攪拌罐逆時(shí)針旋開始卸料。回轉(zhuǎn)支承可驅(qū)動(dòng)整個(gè)副架270°旋轉(zhuǎn)，滿足多方位卸料的需求。

(四)液壓系統(tǒng)

根據(jù)動(dòng)力源不同,液壓系統(tǒng)可分為轉(zhuǎn)向工作回路及罐體旋轉(zhuǎn)控制回路。

轉(zhuǎn)向工作回路包括轉(zhuǎn)向回路、罐體回轉(zhuǎn)操作回路、油缸操作回路。整個(gè)系統(tǒng)采用優(yōu)先閥控制，采用轉(zhuǎn)向優(yōu)先的控制機(jī)制。轉(zhuǎn)向時(shí)，優(yōu)先向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供油。

罐體旋轉(zhuǎn)控制回路為閉式回路，由變量柱塞泵、馬達(dá)組成。通過變量柱塞泵改變液壓油的流向及流速，控制罐體的旋轉(zhuǎn)方向及轉(zhuǎn)速。罐體最高轉(zhuǎn)速為18r/min，滿足攪拌及卸料要求。

(五)傳動(dòng)系統(tǒng)

傳動(dòng)系統(tǒng)采用液力機(jī)械傳動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)通過柔性盤與變矩器的泵輪連接，發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)變矩器的泵輪旋轉(zhuǎn)，泵輪通過導(dǎo)論將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給渦輪，渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)通過變矩器的輸出端將動(dòng)力輸出給動(dòng)力傳動(dòng)軸，動(dòng)力傳動(dòng)軸連接變速箱，變速箱通過前后傳動(dòng)軸,將動(dòng)力傳輸給前后驅(qū)動(dòng)橋，并最后將動(dòng)力輸出到驅(qū)動(dòng)輪。整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)如下圖所示:

圖5 整車動(dòng)力系統(tǒng)

四、結(jié)束語

該車的設(shè)計(jì)生產(chǎn)，充分借鑒了國內(nèi)外同類型車輛的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，能夠滿足目前施工工地工況的需要，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工程施工效率，符合國家“節(jié)能減排”政策的要求。