混凝土攪拌車機械行駛穩定性研究

謝國慶

（中聯重科混凝土分公司， 湖南 益陽 413100）

0 引言

混凝土是建筑工程中的重要原材料，混凝土的質量更是與建筑工程施工質量息息相關。在混凝土施工過程中，混凝土攪拌車必須要在指定時間內，準時準點的將混凝土運輸到施工現場，并確保運輸過程中混凝土不會出現離析現象，正是這種時間上的要求，使混凝土攪拌車與其他類型的車輛有著本質的區別。由于混凝土攪拌車在運輸混凝土時，需要攪拌罐進行反復的轉動，并且其罐體具有一定的傾角，這使得罐體中混凝土拌合料在流動時會導致其重心位置發生周期性的變化，進而降低了攪拌車的機械行駛穩定性，尤其是在車輛轉彎時，如果轉變速度控制不合理，則勢必會引發側翻事故。因此，對混凝土攪拌車的機械行駛穩定性進行研究非常重要。

1 混凝土攪拌車的機械結構分析

混凝土攪拌車機械結構主要包括車輛底盤、攪拌罐、前支撐機架、后支撐機架、輔梁、操作系統以及動力驅動系統。其中，車輛底盤具有自動行駛功能，而攪拌罐則能夠防止混凝土產生離析現象。前支撐機架與后支撐機架能夠對攪拌罐起到支撐作用，輔梁起到連接底盤的作用。在混凝土攪拌車中，攪拌罐的形狀為橄欖形，其和車輛底盤中的大梁保持10至16度的傾角，以此確?；炷翑嚢柢嚲哂懈蟮难b載容積?；炷翑嚢柢囋谶\輸混凝土時，攪拌罐必須要進行反復的順時針轉動，轉動速度應控制在2r/min左右，通過罐體的反復轉動，能夠使混凝土在罐體中流動，從而起到防止混凝土在罐體中沉積以及離析等現象的作用?；炷翑嚢韫拊诘竭_工作面以后，會提高攪拌罐的轉速，此時其轉動速度應控制在14-16r/min，經過1至2min的攪拌后，攪拌罐會逐漸停止后向逆時針反向旋轉，使罐體中的混凝土能夠得以均勻卸出。

2 混凝土攪拌車機械行駛穩定性研究

2.1 重心位置

混凝土攪拌車在失穩過程中，其失穩狀態通常是利用失穩角進行衡量的。所謂失穩角，是車輛在出現失穩狀態時所產生的臨界坡度角，通常來說，混凝土在失穩以后，其往往表現為橫向傾翻，也就是混凝土攪拌車在失穩時會沿著前輪與后輪的觸地點向左或向右發生側翻。為了使分析變得更加方便，將混凝土攪拌車的四個輪子和地面的觸地點分別定義為A、B、C、D，混凝土攪拌車的重心定義為P，路面坡角定義為β，此時混凝土攪拌車的側翻邊是BC，將地面和PBC平面間所形成的夾角定義為β1，考慮到混凝土攪拌車在行駛過程中攪拌罐是不斷轉動的，因此其重心P的位置也是呈現出周期性變化的，進而造成β1成為變值，當P到達某個位置時，β1是最小的，當β增加時，使PBC的平面和水平面相互垂直，進而造成混凝土攪拌車達到臨界側翻狀態，PBC平面也成為臨界側翻平面，從而使β1=β，這時β1便是失穩角。將B作為圓心，X軸是BA，Y軸是BC，在空間直角坐標系內放入P點，并將P點的坐標設定成（a,b,c），經過P點作CBA⊥PP1，并且與P1點相關，作PP2和Y軸相垂直，并且和Y軸中的P2點相交，則角P1PP2與β1相等，該角即是失穩角，可以看出tgβ1與a/c相等。從以上結論中可以看出，重心和側翻邊之間的距離便是a，而重心高度則是c。從以上結論可知，重心位置決定失穩角的大小，并且失穩角和重心與側翻邊之間的距離具有正比例關系，而和重心高度則具有反比例關系。對于混凝土攪拌車來說，其在運輸過程中，如果是滿載情況，則其失穩角是固定的，因此混凝土攪拌車在行駛時，只有確保路面坡道的角度比失穩角小才能保證其車輛行駛的安全。而且，因為混凝土攪拌車在行駛過程中，其重心會向左右進行顫動，這種顫動會在一定程度上作用到方向盤上，因此司機無法對轉彎的角度及行駛速度進行準確掌握，進而造成混凝土攪拌車在行駛時容易引發事故。

2.2 轉彎速度

混凝土攪拌車在轉彎過程中會出現瞬時的動態離心力，進而導致其側翻時的力矩在一瞬間內比穩定力矩要大。事實上，混凝土攪拌車在轉彎時的速度越高，則其轉彎半徑的變化率也就越大，自然其離心力也會大幅增加，可以說，半徑變化率和速度變化率之間是具有正比例關系的，因此，車輛的轉彎速度越高，則混凝土攪拌車的穩定性也就越差。通過對混凝土攪拌車在行駛過程中，其穩定性所受到各方面的影響，可以得出混凝土攪拌車在發生側翻時所具有的臨界速度公式，該公式可以表示為

在上述公式中，轉變半徑由R進行表示，有效的穩定幅則由B1表示，混凝土攪拌車在靜止狀態下所具有的穩定幅由B表示，整車重心的累計偏移值由c進行表示，重力加速度由g表示，車輛的重心高度由H表示，則混凝土攪拌車的安全行駛速度應為70%Vf。

2.3 攪拌罐工況

混凝土攪拌車在機械行駛過程中其攪拌罐的工況主要分為兩種，一種是轉動方向一致，另一種是轉動方向相反。轉動方向一致時，車輛重心會向著側翻邊的方向進行靠近，此時其瞬時速度方向是向下的，這時的混凝土攪拌車在行駛穩定性上是最差的，其原因在于攪拌罐中的混凝土會在流動時因慣性而出現瞬時動態側翻力矩，進而降低了混凝土攪拌車的行駛穩定性。同樣，轉動方向相反時，攪拌罐中的混凝土在反向流動時，其重心變化所產生的慣性力會出現瞬時動態穩定力矩，這時車輛的穩定性要相比于攪拌筒固定時好的多。因此，混凝土攪拌車在行駛時，左轉彎和右轉彎的速度是不同的，在左轉彎時應適當提高轉彎速度，而在右轉彎時則應降低轉彎速度。

3 結語

總而言之，混凝土攪拌車在機械行駛過程中會受到多種因素的影響，這些因素對混凝土攪拌車的穩定性影響程度都不盡相同，因此要想確保混凝土攪拌車在機械行駛中具有良好的穩定性，防止混凝土攪拌車在機械行駛時發生側翻事故，必須要分析這些影響因素，并針對這些影響因素采取相應的控制措施，才能最大限度的削弱這些影響因素給混凝土攪拌車機械行駛穩定性造成的不利影響，確?；炷翑嚢柢嚨男旭偘踩?。