混凝土攪拌運(yùn)輸車操縱穩(wěn)定性的研究

馬志杰 崔慶濤

摘要：混凝凝土攪拌運(yùn)輸車質(zhì)心高，其結(jié)構(gòu)不同于正常的載貨汽車，安裝了用于攪拌混凝土的攪拌筒，為了不使筒中的混凝土離析和凝結(jié)，在運(yùn)輸過程中攪拌筒會(huì)一定速度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這樣不可避免的出現(xiàn)質(zhì)心偏離中軸線的現(xiàn)象，導(dǎo)致了車身在行駛過程中存在不穩(wěn)定性，很容易發(fā)生側(cè)翻事故。因此，很多人通過試驗(yàn)的結(jié)果以及車身的結(jié)構(gòu)來研究分析車輛操縱穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：混凝土;側(cè)翻;穩(wěn)定性

1前言

汽車如果發(fā)生側(cè)翻，會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果，然后可能車毀人亡，具有非常大的安全隱患。根據(jù)交通安全局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，有很多發(fā)生交通事故，其中側(cè)翻事故發(fā)生很多，側(cè)翻的比重特別大，所以研究側(cè)翻，如何盡可能的減少側(cè)翻事故是至關(guān)重要的。混凝土攪拌運(yùn)輸車是專門從事商品混凝土運(yùn)輸?shù)墓ぞ撸哂醒b載運(yùn)輸和攪拌混凝土的雙重功能，可以在運(yùn)送混凝土的同時(shí)進(jìn)行攪拌，保證了混凝土的質(zhì)量，并能夠適當(dāng)延長運(yùn)輸距離或運(yùn)送時(shí)間。

隨著我國建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，越來越需要混凝土攪拌車之類的工具車，數(shù)量需求增多的同時(shí)，安全隱患也隨之而來。由于攪拌車重量大、重心高等諸多因素，混凝土攪拌運(yùn)輸車的穩(wěn)定性較差，車速比較高的時(shí)候會(huì)有更大的可能性發(fā)生側(cè)翻，發(fā)生側(cè)翻的幾率大大增加。伴隨著預(yù)拌混凝土在工程施工中越來越多地被采用，混凝土攪拌運(yùn)輸車造成的交通事故也越來越多的進(jìn)入了大眾的視野。

例如，根據(jù)監(jiān)督和統(tǒng)計(jì)，混凝土攪拌運(yùn)輸車，因?yàn)樗陨淼奶攸c(diǎn)，一旦發(fā)生側(cè)翻，結(jié)果非常的難以預(yù)料，造成的損失非常的大，所以分析車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)以及它的行駛狀態(tài)對車輛側(cè)翻的影響，提供汽車的參數(shù)來優(yōu)化設(shè)計(jì)，理論上改善它的側(cè)翻性能，通過實(shí)驗(yàn)研究防止側(cè)翻的理論方法，尋求有效的措施，防止側(cè)翻具有非常重大的意義。

2 ?靜態(tài)側(cè)翻實(shí)驗(yàn)

目前，靜態(tài)側(cè)翻試驗(yàn)方法通常用靜態(tài)穩(wěn)定因子法（ssF}、側(cè)拉比例系數(shù)法、側(cè)傾比例系數(shù)法（TTR）三種方法來進(jìn)行研究。靜態(tài)穩(wěn)定因子法根據(jù)公式SSF=B/2h求得，B為平均輪距，h為整車質(zhì)心高度，該方法只需要測量車輛的輪距和質(zhì)心高度即可。側(cè)拉比例系數(shù)法根據(jù)公式SPR=F/M求得，F(xiàn)為作用于車輛質(zhì)心使得車輛恰好發(fā)生側(cè)翻時(shí)的一水平橫向力，M為車輛的質(zhì)量，根據(jù)側(cè)拉比例系數(shù)的大小判斷車

輛的側(cè)傾穩(wěn)定性。側(cè)傾比例系數(shù)法的實(shí)驗(yàn)方法，需要在專門的傾測實(shí)驗(yàn)平臺上進(jìn)行具體的測量，然后具體的過程主要是將車輛按照規(guī)定的要求放置在傾測實(shí)驗(yàn)臺上，使實(shí)驗(yàn)臺逐漸的傾斜，然后直到外圍的車輛正壓力為零，這個(gè)時(shí)候記錄實(shí)驗(yàn)臺的傾測角，實(shí)驗(yàn)臺的傾測角它的正切值就是車輛的傾測比例系數(shù)。三種方法中，傾測比例系數(shù)來判斷車輛穩(wěn)定性與車輛實(shí)際情況的最接近的就是這種方法。

3動(dòng)態(tài)側(cè)翻研究現(xiàn)狀

為了測試混凝土攪拌機(jī)，邱鵬飛分析了三種工況下的攪拌機(jī)應(yīng)力：平面的圓運(yùn)動(dòng)、內(nèi)斜曲面和外斜曲面，并考察了表面條件對傾覆問題的影響;胡素云主要分析了攪拌筒旋轉(zhuǎn)引起的質(zhì)量位移對混凝土攪拌機(jī)穩(wěn)定性的影響;陳志軍分析了轉(zhuǎn)換卡車的轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，得出了不同情況下的臨界轉(zhuǎn)換狀態(tài)，分析了穩(wěn)定混凝土卡車的運(yùn)輸影響因素;此外，貴州工業(yè)大學(xué)的馮對罐車的滾動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行了相關(guān)分析;內(nèi)蒙古第一機(jī)械集團(tuán)特種汽車制造公司呂殿宇對散裝水泥罐的應(yīng)力分析方法進(jìn)行了相關(guān)研究;中國華東工程機(jī)械廠的楊繼明檢查了改變混凝土攪拌機(jī)的質(zhì)心和螺旋葉片旋轉(zhuǎn)方向?qū)π旭偡€(wěn)定性的影響。

4側(cè)翻預(yù)警

目前，兩種有兩種主要的方法，其中之一是通過處理我們關(guān)心的、由傳感器收集的測量信號，或建立與車輛運(yùn)行條件參數(shù)和側(cè)翻條件參數(shù)相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，計(jì)算和估計(jì)從當(dāng)前時(shí)間到發(fā)生側(cè)翻的時(shí)間，車載計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)比較和估計(jì)結(jié)果;另一個(gè)估計(jì)是計(jì)算機(jī)生成數(shù)學(xué)模型和車輛使用較少參數(shù)的時(shí)間。非常有必要收集減少側(cè)翻事故發(fā)生的最佳方法，并且在建立數(shù)學(xué)模型的計(jì)算過程中，有必要建立簡單可靠的數(shù)學(xué)模型，這是由于過于復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型會(huì)使計(jì)算量很大，不能實(shí)時(shí)提供預(yù)警值的計(jì)算，不能滿足要求。

5防側(cè)翻控制系統(tǒng)

車輛防側(cè)翻控制系統(tǒng)是通過監(jiān)視車輛的運(yùn)行狀態(tài)，在可能發(fā)生側(cè)翻的危險(xiǎn)時(shí)刻，采取一些必要的措施，改變行駛狀態(tài)，最大程度地避免側(cè)翻事故發(fā)生的一種主動(dòng)控制系統(tǒng)。目前常見的主動(dòng)防側(cè)翻控制主要包括主動(dòng)轉(zhuǎn)向防側(cè)翻控制、主動(dòng)懸架防側(cè)翻控制、主動(dòng)橫向穩(wěn)定桿、差動(dòng)制動(dòng)防側(cè)翻控制、主動(dòng)驅(qū)動(dòng)力控制以及聯(lián)合這幾種控制的綜合防側(cè)翻控制。

（1）主動(dòng)轉(zhuǎn)向防側(cè)翻控制

主動(dòng)轉(zhuǎn)向防側(cè)翻控制，它可以通過改變車輛，它的轉(zhuǎn)角來達(dá)到改變它的行駛方向的目的，從而減小離心力，防止它側(cè)翻，這是一種控制方法，它可以分為好幾種，其中主要的是動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向控制和四輪轉(zhuǎn)向控制。對于動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向的話，它是根據(jù)轉(zhuǎn)向盤的輸入，還有車速控制系統(tǒng)適當(dāng)?shù)募右孕薷模瑥亩淖兦拜嗈D(zhuǎn)角可以達(dá)到控制側(cè)翻的目的。但是對于四輪轉(zhuǎn)向的車輛，它也是在高速時(shí)非常容易發(fā)生側(cè)翻的問題，它的主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)則主動(dòng)調(diào)整前后輪的轉(zhuǎn)角的大小，還有方向，它們在高速行駛時(shí)，使用輪和前輪的轉(zhuǎn)角方向相同，可以增它的轉(zhuǎn)彎半徑，減小它的橫擺速度，所以可以使車輛的穩(wěn)定性增強(qiáng)，減少他的側(cè)翻性。

（2）主動(dòng)懸架防側(cè)翻控制

主動(dòng)懸架防側(cè)翻控制，它主要是改變車輛的懸架剛度來達(dá)到改變車輛側(cè)傾剛度，從而提高它的穩(wěn)定性，然后控制它的側(cè)翻，它主要是由一個(gè)連續(xù)可變的阻尼器和螺旋彈簧或者鋼板彈簧組成的。磁流變阻尼器，它有結(jié)構(gòu)非常的簡單，阻尼可調(diào)響應(yīng)非常快，受溫度影響變化小，耐久性好等這些優(yōu)點(diǎn)，所以很多人都說它是一種比較有前途的可以用來控制懸架剛度的機(jī)構(gòu)。

6混凝土動(dòng)力性能對攪拌運(yùn)輸車的影響

人們對將混凝土攪拌車的輸出與混凝土動(dòng)力性能聯(lián)系起來。前者的輸出量通常是轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)筒所需的液壓壓力。在這樣的研究中，實(shí)驗(yàn)誤差可能比通常的更高。有的團(tuán)隊(duì)通過一系列的計(jì)算機(jī)模擬（即CFD）進(jìn)行了分析，可以明顯看出，混凝土攪拌車壓力值的斜率H既取決于塑性粘度μ，也取決于屈服應(yīng)力τ0。然而，對于混凝土攪拌車值的截距G，它主要依賴于屈服應(yīng)力τ0。除此之外，H和G值都取決于混凝土攪拌車中混凝土的體積和密度。

預(yù)拌混凝土在攪拌、運(yùn)輸、澆筑、搗碎后，必須質(zhì)量均勻，形式稠密。可加工性是新澆混凝土最重要的性能指標(biāo)，代表了其流動(dòng)性、可塑性、穩(wěn)定性和易損性。流動(dòng)性一般反映了混合物的稠度和填充模板的能力：如果混合物太厚，其流動(dòng)性差，難以壓實(shí);如果混合物太薄，其流動(dòng)性很好，但它太容易分離成層。塑性與流動(dòng)性有關(guān)：屈服應(yīng)力大，塑性好，否則塑性較差。流動(dòng)性和可塑性都是新澆混凝土的性能指標(biāo)。它們相互關(guān)聯(lián)，相互矛盾，因此不同的新澆混凝土的性能指標(biāo)不同，而不同的新澆混凝土DE力學(xué)模型的精度將直接影響仿真結(jié)果。

為了驗(yàn)證模型的精度，有的團(tuán)隊(duì)對不同強(qiáng)度混凝土的坍落度和流變性能進(jìn)行了模擬。新鮮混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在靜態(tài)時(shí)呈凝膠狀。當(dāng)施加的剪應(yīng)力超過新混凝土固有屈服應(yīng)力時(shí)，該結(jié)構(gòu)被完全破壞，無法恢復(fù)。同時(shí)，所施加的剪切應(yīng)力超過了新澆混凝土的固有剪切屈服應(yīng)力，因此新澆混凝土可以視為賓漢流體，其剪切速率與剪切應(yīng)力呈線性關(guān)系。這對應(yīng)于當(dāng)不超過屈服應(yīng)力時(shí)的線性彈性行為。當(dāng)剪應(yīng)力超過屈服應(yīng)力時(shí)，運(yùn)動(dòng)變?yōu)檎乘苄孕袨樵诜治鲂聺不炷恋牧髯兲匦詴r(shí)，屈服應(yīng)力和塑性粘度是基本參數(shù)。屈服應(yīng)力是使混凝土變形并與坍落度值成反比增長所需的最小應(yīng)力。新鮮混凝土在小于屈服應(yīng)力的應(yīng)力作用下不易變形。坍落度過大的新混凝土不能支撐自身的重量;它坍塌并流動(dòng)，分散重力產(chǎn)生的應(yīng)力，繼續(xù)流動(dòng)，直到剪應(yīng)力低于屈服值。影響預(yù)拌混凝土屈服應(yīng)力的主要因素是耗水量和化學(xué)外加劑。一般來說，每立方米混凝土的用水量越大，屈服應(yīng)力就越小。加入減水劑也會(huì)降低屈服應(yīng)力。塑性粘度會(huì)影響新澆混凝土的流速。對于兩種不同的新混凝土，如果坍落度相同，但坍落度時(shí)間到穩(wěn)定性不同，塑料粘度也不同。新澆混凝土的塑性粘度越大，其變形時(shí)間越長，流動(dòng)的難度也就越少。新澆混凝土的塑性粘度隨其水泥含量的增加而增加，加入減水劑也會(huì)增加塑性粘度。

由于施工要求，新拌混凝土除含骨料、水泥、砂、水外，還含有減水劑、粉煤灰等原材料。僅通過傳統(tǒng)的坍落度測試無法全面表達(dá)性能。相反，一個(gè)相對簡單的和輕的交叉葉片流變儀被用來揭示新鮮混凝土的流變特性，因?yàn)樗潜煌饬嚢璧摹鹘y(tǒng)的LB接觸模型不同于動(dòng)態(tài)耦合接觸模型。在重力作用下，新鮮混凝土流動(dòng)相對較慢，LBs保存良好。然而，在外力的作用下，氣流加速，LBs頻繁斷裂，導(dǎo)致模擬結(jié)果失真。因此，基于動(dòng)態(tài)耦合模型的兩種測試方法得到的流變參數(shù)的擬合曲線非常接近。與模擬結(jié)果相比，得到了坍落度和模擬結(jié)果。坍落度分析可知，坍落度、膨脹和坍落度速度隨強(qiáng)度變化成反比，而坍落度穩(wěn)定時(shí)間隨強(qiáng)度變化成正比。塑性粘度與屈服應(yīng)力的關(guān)系呈線性變化，并隨強(qiáng)度逐漸增加。動(dòng)態(tài)耦合模型中接觸單元的類型隨新澆混凝土強(qiáng)度的變化而變化，更符合新澆混凝土坍落度的實(shí)際狀態(tài)。

7總結(jié)

混凝土攪拌運(yùn)輸車，因?yàn)樗陨淼奶攸c(diǎn)，一旦發(fā)生側(cè)翻，結(jié)果非常的難以預(yù)料，造成的損失非常的大，所以分析車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)以及它的行駛狀態(tài)對車輛側(cè)翻的影響，提供汽車的參數(shù)來優(yōu)化設(shè)計(jì)，理論上改善它的側(cè)翻性能，通過實(shí)驗(yàn)研究防止側(cè)翻的理論方法，尋求有效的措施，防止側(cè)翻具有非常重大的意義。

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