一種自裝載混凝土攪拌運輸車的設計

仝 靜 陳軍全

(萊州亞通重型裝備有限公司 山東 煙臺 261400)

引言

在西部大開發政策引導下，偏遠地區如新疆、內蒙古、西藏、青海等省掀起了公路、鐵路等基礎建設的熱潮。而偏遠地區的特點是戈壁、荒灘、沙漠、大山等惡劣的環境。部分基礎建設施工工地混凝土生產機械化程度不高，而且混凝土質量無法保證。城市小區道路施工、農村房屋建設等小型施工工地也主要采用混凝土攪拌機的半自動方式生產混凝土，依賴人力，同時需要至少一臺裝載機進行配合。

自裝載混凝土攪拌運輸車，集混凝土生產和運輸功能于一身，不僅可以提高混凝土生產效率，自動計量系統的使用也大大提高了混凝土質量，彌補商用混凝土覆蓋面不足的問題。

一、技術參數比較

通過對同類型車輛進行調研，制定自裝載混凝土攪拌車技術方案，國內外產品參數如下表1所示。

表1

二、重要組成系統設計

該自裝載混凝土攪拌運輸車由車架、裝載機構、副架、液壓系統、動力系統、電氣系統組成，參見圖1所示

圖1 自裝載混凝土攪拌運輸車

(一)車架總成

作為工程機械，對于車輛的耐用性和地形適應性有更高的要求。通過對國內外相似類型車輛分析研究，最終選擇對標3t裝載機車架結構，將整車車架設計為鉸接式焊接車架結構。運用CATIA三維設計軟件建造數模,前車搭載主要的工作機構，設計為框架式焊接車架結構；后車架模仿路面用3t裝載機結構進行建模，后車架模型采用板式焊接結構。

整個機架的強度設計方面，設計初期主要借鑒同類型車輛進行板厚選擇。前機架框架主要使用8mm厚板材，后機架主立板使用25mm厚板材。其余非承力部件以實用為原則，盡量選取厚度適中的鋼板進行建模。設計中期將整車簡化結構導入ANSYS進行受力分析，根據分析結果，對薄弱部位進行加強設計。最終確定車架結構如下圖2所示。

圖2 車架結構

(二)裝載機構

1.裝載機構組成

圖3 裝載機構

自裝載混凝土攪拌運輸車裝載機構主要由：1鏟斗；2動臂；3轉斗油缸；4搖臂；5連桿；6舉升油缸組成。這個機構實質是兩個正轉四桿機構。

2.裝載機構工作過程

自裝載混凝土攪拌運輸車裝載機構是該設備的主要工作機構之一。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°，開動機器，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，轉動鏟斗鏟取物料，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，當大臂上的傳感器與車架固定的傳感器接觸時，此時稱重系統接受舉升油缸上的壓力信號，將壓力經過計算轉化為鏟斗物料的重量，并儲存在駕駛室內的控制器內。

當鏟斗內的物料超過所需時，操作位于鏟斗上的開啟油缸，開啟鏟斗尾部門，抖動舉升油缸，當重量達到目標重量時，關閉鏟斗尾部門。

工況4卸載工況:操作舉升缸，將動臂運行到卸載點，操作開啟油缸，打開鏟斗門，抖動轉斗油缸，向攪拌罐中傾倒物料，鏟斗物料卸載干凈后，放下動臂，進入下一個工作循環。

3.裝載機構連桿機構設計

連桿機構的設計是在充分明確2.2.2中裝載機構的四個工況的條件下，通過三個大的工作過程完成。第一，利用圖解法，將各個工況下鏟斗的位置繪制于CAD圖紙上，充分借鑒裝載機連桿機構的設計方法，經過反復嘗試，確定各鉸點位置，四桿機構的長度。第二，將二維圖紙轉化為三維模型，模擬連桿機構的工作過程，觀察運動過程是否連續，機構在各個位置都能正常工作。第三，形成完整數模，校核各工況下大臂及連桿機構的受力情況。

(三)副架

1.副架機構組成

圖4 副架機構

自裝載混凝土攪拌運輸車副架機構主要功能是混凝土的攪拌和卸料。整個副架主要由：1.傾翻油缸；2.回轉支撐；3.主支撐座；4.罐體支架；5.罐體；6.托輪組件；7.進出料組件；8.動力部件組成。具體見圖6。

2.副架機構工作介紹

攪拌罐的旋轉靠馬達和減速機驅動，攪拌罐順時針旋轉完成對物料的混合，物料混合完畢后，傾翻油缸將罐體抬起，攪拌罐逆時針旋開始卸料。回轉支承可驅動整個副架270°旋轉，滿足多方位卸料的需求。

(四)液壓系統

根據動力源不同,液壓系統可分為轉向工作回路及罐體旋轉控制回路。

轉向工作回路包括轉向回路、罐體回轉操作回路、油缸操作回路。整個系統采用優先閥控制，采用轉向優先的控制機制。轉向時，優先向轉向系統供油。

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

(五)傳動系統

傳動系統采用液力機械傳動。發動機通過柔性盤與變矩器的泵輪連接，發動機飛輪轉動帶動變矩器的泵輪旋轉，泵輪通過導論將回轉運動傳遞給渦輪，渦輪轉動通過變矩器的輸出端將動力輸出給動力傳動軸，動力傳動軸連接變速箱，變速箱通過前后傳動軸,將動力傳輸給前后驅動橋，并最后將動力輸出到驅動輪。整個傳動系統如下圖所示:

圖5 整車動力系統

四、結束語

該車的設計生產，充分借鑒了國內外同類型車輛的設計經驗，能夠滿足目前施工工地工況的需要，減輕工人勞動強度，提高工程施工效率，符合國家“節能減排”政策的要求。