混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)抖動(dòng)分析及解決方法

姚澤功 張峰 王利民

湖北江山專(zhuān)用汽車(chē)有限公司 湖北襄陽(yáng) 441000

1 前言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求的不斷增長(zhǎng)，混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)得到了大量的應(yīng)用并為加快基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)起到了重要作用[1]?；炷翑嚢柽\(yùn)輸車(chē)由汽車(chē)底盤(pán)和混凝土攪拌專(zhuān)用裝置組成，主要包括取力器、攪拌筒前后支架、減速機(jī)、液壓系統(tǒng)、攪拌筒、操縱機(jī)構(gòu)和清洗系統(tǒng)等。其工作原理是通過(guò)取力裝置將汽車(chē)底盤(pán)的動(dòng)力取出并驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)的變量泵，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能傳送給定量馬達(dá)，馬達(dá)再驅(qū)動(dòng)減速機(jī)，由減速機(jī)驅(qū)動(dòng)攪拌裝置對(duì)混凝土進(jìn)行攪拌[2,3]。由于車(chē)體結(jié)構(gòu)和工作原理的復(fù)雜性，混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)的應(yīng)用過(guò)程中會(huì)遇到諸多故障，例如液壓傳動(dòng)故障、減速機(jī)失效等[4,5]。

混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中車(chē)身的周期性抖動(dòng)也屬于常見(jiàn)故障之一[2]，長(zhǎng)期的車(chē)身抖動(dòng)會(huì)引發(fā)攪拌筒軸承以及減速機(jī)的損壞等。由于混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，引發(fā)車(chē)身的周期性抖動(dòng)的原因較多。本文針對(duì)有效荷載為8 m3的混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)在滿(mǎn)載下坡運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)的周期性抖動(dòng)問(wèn)題進(jìn)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(yàn)裝置

試驗(yàn)采用的是某品牌混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)底盤(pán)，減速機(jī)、油泵和馬達(dá)分別為某型號(hào)減速機(jī)、油泵和馬達(dá)，攪拌筒筒體為8 m3輕量化攪拌筒。

2.2 試驗(yàn)方法

首先對(duì)混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)進(jìn)行初步檢查，罐體內(nèi)有不同程度積料，積料較為均勻?qū)ΨQ(chēng)，測(cè)量罐體圓度在制造誤差范圍內(nèi)，滾道與拖輪沒(méi)有異常磨損，整車(chē)運(yùn)行時(shí)減速機(jī)、油泵、馬達(dá)工作正常；其次，根據(jù)改進(jìn)措施對(duì)混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)進(jìn)行改進(jìn)；最后為模擬8 m3攪拌車(chē)在下坡過(guò)程中混凝土在攪拌筒內(nèi)的水平面位置，采用在水平路面上向攪拌筒內(nèi)注入10 m3混凝土的方式，觀察車(chē)身的抖動(dòng)情況。

3 結(jié)果與分析

車(chē)身在未進(jìn)行任何改進(jìn)時(shí)，攪拌車(chē)空車(chē)怠速、加速運(yùn)行和卸料狀態(tài)均沒(méi)有抖動(dòng)現(xiàn)象，裝載8 m3混凝土?xí)r也無(wú)抖動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)裝載10 m3混凝土?xí)r，怠速運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)周期性抖動(dòng)，攪拌筒筒體轉(zhuǎn)動(dòng)一周抖動(dòng)兩次，加速運(yùn)行時(shí)抖動(dòng)幅度加大。根據(jù)這一情況，試驗(yàn)從3個(gè)改進(jìn)思路對(duì)抖動(dòng)進(jìn)行消除。

3.1 車(chē)體結(jié)構(gòu)性能改善

車(chē)體結(jié)構(gòu)性能改善主要認(rèn)為車(chē)身抖動(dòng)是由于車(chē)身各部件間的連接不夠緊密或者車(chē)身質(zhì)心變化引發(fā)的?；谶@一考慮，試驗(yàn)對(duì)混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)采取了調(diào)整車(chē)體部件，增強(qiáng)罐體剛度，增大混凝土裝載方量和更換減速機(jī)、油泵、馬達(dá)3大件等4項(xiàng)改進(jìn)措施來(lái)消除抖動(dòng)，如表1所示。然而，車(chē)身抖動(dòng)的幅度和規(guī)律并沒(méi)有得到改善，表明車(chē)體結(jié)構(gòu)性能并不是導(dǎo)致車(chē)身抖動(dòng)的原因。

表1 針對(duì)車(chē)體結(jié)構(gòu)性能改善的措施

3.2 混凝土流態(tài)改善

混凝土流態(tài)改善主要認(rèn)為由于攪拌過(guò)程中混凝土局部劇烈流動(dòng)對(duì)葉片造成沖擊進(jìn)而引發(fā)車(chē)身抖動(dòng)。為了降低混凝土對(duì)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(jìn)的攪拌筒中攪拌葉片的布局和結(jié)構(gòu)

從圖1中可以看出位于攪拌筒筒體底部的1號(hào)和2號(hào)葉片均設(shè)有導(dǎo)流孔，以防止混凝土局部劇烈流動(dòng)對(duì)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(yùn)行中會(huì)由于攪拌而發(fā)生振動(dòng)。因此，混凝土流態(tài)改進(jìn)思路主要通過(guò)對(duì)筒體中部和頂部的葉片開(kāi)孔來(lái)降低葉片對(duì)混凝土的擾動(dòng)，具體改進(jìn)措施如表2所示。

表2 針對(duì)混凝土流態(tài)改善的措施

試驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土流態(tài)改善同樣不能明顯改善車(chē)身抖動(dòng)的現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)荷載10 m3混凝土的流態(tài)模擬后發(fā)現(xiàn)，在攪拌狀態(tài)混凝土被葉片從后方推向前方的同時(shí)，會(huì)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(huì)對(duì)中上部攪拌葉片等部件形成沖擊，因此攪拌過(guò)程中混凝土對(duì)葉片的沖擊并不是造成車(chē)身抖動(dòng)主要原因。

圖2 裝載10 m3時(shí)混凝土在攪拌筒內(nèi)的流速分布圖

3.3 葉片與筒體間結(jié)構(gòu)改善

在對(duì)混凝土流態(tài)改善過(guò)程中發(fā)現(xiàn)攪拌過(guò)程中混凝土液面出現(xiàn)周期性鼓泡現(xiàn)象，且混凝土鼓泡與車(chē)身抖動(dòng)出現(xiàn)的時(shí)刻基本一致。因此，試驗(yàn)針對(duì)混凝土鼓泡位置處的葉片結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，如表3所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對(duì)位于攪拌筒中下部的葉片3、4、5進(jìn)行割孔處理后，車(chē)身振動(dòng)得以消除。因此，車(chē)身振動(dòng)的直接原因是來(lái)源于混凝土鼓泡對(duì)攪拌葉片形成的沖擊。

表3 針對(duì)葉片與筒體間結(jié)構(gòu)改善的措施

為了進(jìn)一步了解混凝土鼓泡的原因，試驗(yàn)分析了攪拌筒筒體和葉片的結(jié)構(gòu)分布。當(dāng)混凝土裝載量達(dá)到8 m3時(shí)，混凝土液面處于葉片3和4頂部下端，此時(shí)前錐、封頭、葉片和液面未能形成密閉空間；當(dāng)裝載量達(dá)到10m3時(shí)，液面淹沒(méi)葉片3、4、5頂部，此時(shí)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(zhuǎn)動(dòng)周期性的開(kāi)放、封閉、壓縮和消失。在壓縮過(guò)程中，空氣腔被裹挾進(jìn)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(dòng)形成鼓泡，而鼓泡形成和移動(dòng)過(guò)程中引發(fā)混凝土對(duì)葉片的撞擊即為振動(dòng)的直接來(lái)源[7]。而葉片3、4和5上的導(dǎo)流孔防止了封閉空氣腔的形成，使其中的空氣在裹挾進(jìn)入混凝土之前就被葉片上的導(dǎo)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?xí)r攪拌筒筒體與混凝土液面以及攪拌葉片的相對(duì)位置對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)針對(duì)8 m3混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)在滿(mǎn)載下坡運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)的車(chē)身周期性抖動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)的鼓泡導(dǎo)致混凝土對(duì)攪拌葉片的沖擊是導(dǎo)致車(chē)身抖動(dòng)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(lái)源。通過(guò)降低混凝土裝載量來(lái)降低混凝土液面以避免形成封閉空氣腔可以防止車(chē)身抖動(dòng)問(wèn)題發(fā)生。同時(shí)，在組成封閉空氣腔的葉片上開(kāi)設(shè)導(dǎo)流孔是防止鼓泡形成以及車(chē)身抖動(dòng)的有效方式。研究成果對(duì)于提高混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及改善混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)結(jié)構(gòu)具有指導(dǎo)意義。