混凝土搅拌运输车设计Word文档格式.docx

1、这样的配置较低，配件供应有保障，修理费用也较低，但使用中的故障率较高。二是底盘和驱动装置进口，其他在国内生产安装。这种车型的底盘可以采用日本产三菱、五十铃、日产、日野、或欧洲产奔驰、沃尔沃、依维柯、等15t级的汽车底盘；驱动装置的关键部件如液压泵、液压阀、液压马达等从国外名牌厂家进口；其他如混凝土贮罐等在国内生产组装。这样的配置价格高于全国产，但系统的可靠性较高，由国内生产厂家提供技术支援，配件供应可以保证，性能价格比比较高，因此在国内得到比较广泛的采用。三是全进口车，质量无可非议，但价格昂贵、配件昂贵、技术服务部应及时；还有一些在东南亚拼装生产的杂牌车则质次价高，配件及服务均无障碍。虽然上面

2、所述的第二个产地的混凝土搅拌运输车在国内比较受欢迎，但是问题也显而易见：核心部件搅拌筒驱动装置完全靠进口，国内企业缺乏制造和产品的研发能力，这大大的提高了产品的成本。所以混凝土搅拌运输车的核心部件研发方面的空白急需弥补，这就是未来几年的研究方向。1.3设计的要求搅拌筒驱动装置的具体要求包括：首先应满足混凝土搅拌运输车的功能要求，还要满足工作可靠、传动精度高、体积小、结构简单、尺寸紧揍、重量轻、成本低、工艺性好、使用和维护方便等要求。1.4论文研究的主要内容1）通过对混凝土搅拌输送车的市场调研，了解国内外搅拌车传动部分的发展现状及趋势。2）搅拌车传动部分研究及设计。借鉴其他行业减速器、液压回路的

3、先进技术，参考同行业的设计产品，通过对液压驱动系统和减速器的主要实现方案进行对比研究，得出最佳的液压驱动系统，并对液压系统进行了参数的匹配设计、计算、校核以及根据市场的具体情况对系统各元件进行选型。3）搅拌筒恒速控制系统研究。通过对比目前存在的各种恒速控制形式，并从控制性能、控制方案可实现性、性价比等多个方面进行了对比研究，最终确定出在目前情况下最合适的恒速控制方案。4）搅拌车液压驱动系统的冲击问题研究。通过测试重点分析了冲击问题产生的原因以及采取何种措施能够方便、有效的解决系统的冲击问题。 第二章 混凝土搅拌运输车简介 混凝土搅拌输送车是一种用于长距离输送混凝土的机械设备。它是在载货汽车或专

4、用运载底盘上安装一种独特的混凝土搅拌装置，兼有运载和搅拌混凝土的双重功能，可以在运送混凝土的同时对其进行搅拌或搅动，以保证混凝土通过长途运输后，仍不致产生离析现象。目前使用的汽车式混凝土搅拌输送车可以实现混凝土的搅动输送和混凝土拌和料的搅拌输送方式。一般的施工工地都设有混凝土搅拌站，所以多用预拌混凝土搅动输送的工作方式，搅拌筒做大约1-3r/min的低速转动，输送的平均运距在8- 12km较为合适，输送时间过长，会使混凝土坍塌度降低过多，出料困难。2.1搅拌车分类 混凝土搅拌输送车已按装载容量的大小形成系列，按搅拌筒公称容量大小而言，搅拌车可区分为 2.5、 4、 5、 6、 7、 8、 9、

5、 10、12m等10个档次；相对于搅拌筒的几何容积来说，混凝土料的充盈率一般为55-60%。通常，按公称容积分为一下三种: 1）轻型，公称容积为2.5 m以下，由翻斗车或普通载重卡车为底盘改装而成。 2）中型，公称容积为4-6 m，由重型载重卡车为底盘改装而成。 3）重型，公称容积为9 m以上，由大功率三轴式重型卡车为底盘制成。 虽然不同的机型在结构上有差异，但从基本结构上来看，他们都是有相对独立的混凝土搅拌装置（又称上车）和运载底盘（又称下车）两大部分组成，因此，按上述两基本组成部分的主要特征，又可将混凝土搅拌输送车作如下分类： 1）按运载底盘结构形式分，有普通载货汽车底盘和专用半拖挂式底盘

6、两种类型。 2）按混凝土搅拌装置传动形式分，有机械传动的混凝土搅拌输送车、液压传动的混凝土搅拌输送车和机械一液压传动的混凝土搅拌输送车。从国内外资料来看，大量使用的中轻型容量（3-8 m）搅拌输送车均为重型载重汽车底盘、机械一液压传动的混凝土搅拌输送车，采用机械传动的只有3 m以下的搅拌输送车，而采用半拖式专用底盘只有12m3或更大容量的搅拌输送车。 本文设计的8m搅拌运输车即采用载重汽车底盘、机械液压传动系统。2.2搅拌车技术要求 混凝土搅拌输送车与其它输送车辆的明显区别在于其满载预拌混凝土的搅拌筒在整个运输过程中都必须转动，分别完成正转进料或反转卸料以及途中搅动。输送车的恒速传动要求实际上

7、可归结为在运输混凝土的途中搅拌筒的转动（即搅动）应当做到“一转二慢三恒速”。 转，指的是在整个运输过程中搅拌筒必须转动。搅拌筒如若停转l0min甚至更短的时间，筒内的混凝土就会出现凝结、粘结的情况，如不及时处理，将可能造成整筒混凝土报废。 慢，指的是搅动转速要慢。混凝土搅拌输送车技术条件（QC/T667-2000）要求:输送车从进料到输送卸料完毕，允许的最长时间为90min，且搅拌筒按规定连续运转不大于300转。搅拌行驶时，最高车速不得超过50km/h。这里所指的300转是一次输送全过程中搅拌筒总的转速。它包括了进料、途中搅动、卸料等多个工况下搅拌筒相应的转数。由于讲究快速进料和卸料，实际允许

8、途中搅动工况的搅拌筒转速就很低了。各个输送车制造厂均将自家产品的这一指标限定在1 -3r/min。籍此即可防止所运混凝土搅拌过熟，坍塌度损失过大;又可杜绝行驶过程中因为高速旋转搅拌筒内混凝土造成的对汽车其他部件的损坏，同时减低在此期间搅拌筒的驱动功率，具有明显的节能意义，也有利于发动机功率偏小的输送车加速或爬坡。 恒速，指的是搅拌筒的搅动转速必须恒定，不受汽车发动机工作转速变化的影响，与车辆的行走速度无关，从而避免运输过程中出现因道路情况变化而使汽车速度频繁变化而导致搅拌筒的搅动转速忽高忽低，筒内混凝土流动不均匀，破坏混凝土品质。混凝土搅拌输送车技术条件对混凝土均质性有所规定:输送车装入预拌混

9、凝土，在规定的搅动转速和输送时间运送到交货地点后，混凝土质量应符合要求，即混凝土中砂浆密度的相当误差之最大允许差值为0.8；单位体积混凝土中粗骨料质量的相对误差之最大允许差值为5%；每罐混凝土的坍塌度差值之最大允许差值为20mm。无疑，慢而恒定的搅动有助于直接满足上述要求。2. 3结构和组成原理 混凝土搅拌输送车由汽车底盘和混凝土搅拌运输专用装置组成。我国生产的混凝土搅拌输送车的底盘多采用整车生产厂家提供的二类通用底盘。运输搅拌车主要由底盘、取力器、搅拌筒（拌筒）、发动机、减速机、液压驱动系统、供水系统、装（进）料及卸（出）料系统、卸料溜槽、卸料振捣器、操作平台、操纵系统及防护设备组成。 -液

10、压泵图2.1混凝土搅拌输送车的结构组成其工作原理:通过取力装置将汽车底盘的动力取出，并驱动液压系统的变量泵，把机械能转化为液压能传给定量马达，马达再驱动减速机，由减速机驱动搅拌装置，对混凝土进行搅拌。因此，要求汽车底盘有足够的载重能力和强劲的输出功率:一般要求发动机要有230kW（300马力）以上的功率，装载量为6-7 m的混凝土搅拌输送车需选用6X4载质量为15t级的通用底盘，装载量为8-10 m的需选用双前桥8X4载质量为20t级的底盘，而装载量为 10-12 m的则要采用6X4的牵引车加半挂车的方式。2.4搅拌运输车传动部分简介混凝土搅拌运输车搅拌筒驱动装置主要由行星齿轮减速器、液压传动

11、部分组成，其工作原理是将液压马达输出的转矩，通过减速器平稳可靠地以一定转速传递给搅拌筒，对混凝土进行搅拌；驱动装置有一套液压系统，根据油液循环的方式不同，液压驱动系统可分为开式循环系统和闭式循环系统，虽然开式系统结构简单，但其能耗大，不经济，油箱容量大且液压油中容易混入空气，导致振动与噪音，因而使用寿命较短，目前在搅拌车上这类系统已逐步被淘汰。考虑到搅拌筒旋转功率大，并综合节能、控制方便等因素，采用闭式系统是合理的，它结构紧凑、油箱体积小、工作稳定，只要保证系统散热和可靠工作即可。液压驱动系统原理图如图2.2。搅拌筒的驱动直接从汽车发动机前端飞轮轴通过取力器获取动力，用斜盘式变量柱塞泵、定量柱

12、塞马达和换向阀共同组成闭式液压调速、换向回路，通过与搅拌筒接合的减速机进行增扭减速，带动搅拌筒转动，搅拌筒转速的改变是通过操纵杆调节变量柱塞泵斜盘的角度来实现的。该系统带有补油泵和集成阀块，补油泵主要负责向主回路提供冷却油液和向主泵伺服变量机构提供低压控制油，集成阀块主要是为系统提供高压溢流保护，防止损坏泵和马达，梭形阀确保工作时给主油路低压区提供一个溢流通道，并由补油溢流阀保持低压区压力，同时溢流油流经马达、泵壳体返回油箱，对泵和马达进行冲洗和冷却。本文对液压驱动系统只是做一般性的研究，研究的重点是对行星车轮减速器的研究。减速器是混凝土搅拌运输车的核心部件,其工作原理是将液压马达输出的转矩,

13、通过减速器平稳可靠地以一定转速传递给搅拌筒,对混凝土进行搅拌；卸料时,减速器反转,混凝土被筒内螺旋叶片搅动,均匀卸出。这种专用减速器在外形上与传统的减速器有较大差别,要求产品外观简洁、体积小、维护简便,而且由于属于重载、慢速传动系统,工况恶劣,运行中易产生振动、抖动和卡滞现象,因此在产品的动态特性、零部件的强度和刚度以及制造精度等方面要求很高。近年来国内对混凝土搅拌运输车的需求高速增长,但大部分国产搅拌运输车仍然采用国外的减速器产品。所以本设计就显得尤为重要了。图2.2第三章 减速器设计3.1减速器概述 减速器是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较

14、大转矩的机构。 减速器降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速器额定扭矩。降速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。 一般的减速器有斜齿轮减速器（包括平行轴斜齿轮减速器、蜗轮减速器、锥齿轮减速器等等）、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器、蜗轮蜗杆减速器、行星摩擦式机械无级变速机等等。按传动级数主要分为:单级、二级、多级;按传动件类型又可分为:齿轮、蜗杆、齿轮蜗杆、蜗杆齿轮等。 1）蜗轮蜗杆减速器的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。 2偕波减速器的谐波传

15、动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力的，体积不大、精度很高，但缺点是柔轮寿命有限、不耐冲击，刚性与金属件相比较差。输入转速不能太高。3）行星减速器其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大。3.2液压泵、液压马达的选择计算 3.2.1搅拌功率的确定 （1）满载驱动阻力矩的确定 因混凝土在搅拌筒内的运动状态比较复杂，目前尚无统一实用的计算方法，我们从数理统计的角度对收集的一些试验数据进行分析、处理，推导出了搅拌阻力矩与搅拌容积关系的经验公式。 搅拌筒驱动阻力矩与搅拌筒搅拌容量的数据表3.1与图3.5。以下搅拌驱动扭矩值均为最大值，并己考虑长时间行

16、驶后（混凝土沉淀），拌筒启动时的峰值。搅拌筒驱动阻力矩与搅拌筒搅拌容量的数据表表3.1图3.1由曲线图易知，其接近一条直线，因此可设想:M=Co+Cl x V式中 M搅拌筒驱动力矩，Nm； V搅拌筒装载客量，m3；求其最小二乘拟合式:式中 的缩写 解得:即： M=2763.64+5336.36 x V将我们的设计参数搅拌容积（V=8）带入上式，得: M=45454.52 Nm由前述可知，此值为搅拌筒的峰值扭矩，它出现在搅拌筒满载换向时。根据经验，此值约为稳定工况（搅动运输）的1.2倍强，也就是说搅拌筒的稳定工况约小于37878.77Nm。 （2）满载搅拌功率的确定式中 N搅拌筒满载最大驱动功率

17、，KW；n1搅拌筒最大转速，14rpm；M搅拌筒驱动搅拌筒驱动扭矩，Nm；=66.6KW（3）满载搅动功率的确定式中N搅动搅拌筒搅动驱动功率，KW；n2搅拌筒搅动转速，3rpm；=14.3KW3.2.2液压马达的选取 （1）初选系统压力 根据上述计算所得搅拌筒驱动阻力矩，并考虑到搅拌筒需有一定的扭矩裕度，可知本题减速器的最大驱动扭矩为60000Nm，减速比类比其他同类产品选为100: 1。根据液压马达输出轴的最大扭矩并综合考虑系统性、可靠性、安全性等条件，初步选定液压系统最高持续工作压力为30Mpa。 （2）马达的选取及功率、扭矩校核 由减速机的选取可知:式中 nm max 马达最大输出转速；

18、Mm max 马达最大输出扭矩；qm max 马达的最大排量，cc/rev；P 马达的进出口压差，即所选的系统压力，Mpa；m 马达的机械效率，m =0.9；根据ARK一MESSORI的资料，可以选取MF89,最高转速为2600r/min.马达功率校核:式中 Q -输入流量，L/min；DP-马达最大压降，取350bar；Nt-总效率，取0.9；=65.4KW马达扭矩校核:式中 Vg-排量，cc/rev；Dp-马达压降，取300bar；Nmh机械效率，取0. 95； =403.3Nm（4）确定系统实际工作压力由公式:得: P =29.7Mpa3.2.3液压马达的选取确定液压泵的最大工作压力，液

19、压泵的工作压力由负载的性质决定。 式中Pm 液压马达最大工作压力，取取最大值29.7Mpa； Pm液压泵出口到液压马达的进口之间的沿程损失和局部损失之和，取Pm=0.5Mpa；=29.7 + 0.5 = 30.2Mpa确定液压泵的流量Q液压泵的流量按液压马达的最大工作流量和泄漏量来确定。QPKQ式中 K系统泄漏系数，K=1.1；从而可得: 选取ARK一MESSORI 公司的PV89液压泵，排量为89cc/rev，最高转速为2600r/min。液压泵功率校核:液压泵扭矩校核: 由于所选主泵、补油泵和换向阀为集成一体的，故选定了主泵也就将补油泵和换向阀确定了。PV89的标准补油泵压力排量为18.0

20、3 cc/rev，补油压力为13-25bar，我们取18bar 。补油泵功率及扭矩校核:式中 Q 补油泵流量，L/min；Vg补油泵排量18. 03cc/rev；Nm补油泵机械效率，取0.95；n补油泵转速，1400rpm；式中 P补油泵功率；D补油泵最大压降，取18bar；Nt补油泵总效率，取0.9；P=（24.018）/ （6000.9） =0.8KW 从功率流程来看，发动机-液压泵+补油泵（73. 6KW）-液压马达（66. 6KW ）-减速器（65. 4KW ），功率依次递减，能够满足系统各元件的功率要求;同样，从扭矩流程来看，发动机-液压泵+补油泵（455. 43Nm）-液压马达（4

21、03. 3Nm ）-减速器（378. 88Nm），扭矩依次递减，同样也是满足系统要求的。3.3减速器原始数据及传动方案的选择3.3.1本课题减速器的主要参数和所选车型混凝土搅拌运输车搅拌筒（罐）的设计容积为8m3,最大安装角度12,工作转速24 r/min和14 r/min（卸料时的反向转速）;减速器设计传动比1001,最大输出转矩60 kNm,要求传动效率高、密封性好、噪声低、互换性强。选取车型为SY5280GBJ，底盘为日产柴CWB536HM 、驱动方式 64 、整备质量12300Kg、最大总质量28500 Kg、外形尺寸为834024903700mm 、最小离地间隙为240 mm ，满载

22、最高车速 50Km/h ，最大爬坡度 36 ，发动机型号RG8-11 ，发动冷却方式为四冲程水冷V形8汽缸。3.3.2传动方案的确定3.3.2.1齿轮传动比较和选择 齿轮传动是以主动轮的轮齿依次推动从动轮来进行工作的，是现代机械中应用十分广泛的一种传动形式。齿轮传动可按一对齿轮轴线的相对位置来划分，也可以按工作条件的不同来划分。齿轮传动的特点： 齿轮传动与其他传动的比较，具有瞬时传动比恒定工作可靠寿命长效率高可实现平行轴任意两相交轴和任意两交错轴之间的传动，适应的圆周速度和传递功率范围大.但齿轮传动的制造成本高低精度齿轮传动时噪声和振动较大，不适宜于两轴间距离较大的传动。3.3.2.2齿轮传动

23、两种大的类型 轮系可由各种类型的齿轮副组成。由锥齿轮、螺旋齿轮和蜗杆涡轮组成的轮系，称为空间轮系；而由圆柱齿轮组成的轮系，称为平面轮系。 根据齿轮系运转时各齿轮的几何轴线相对位置是否变动，齿轮传动分为两大类型： 1.普通齿轮传动定轴轮系） 当齿轮系运转时，如果组成该齿轮系的所有齿轮的几何位置都是固定不变的，则称为普通齿轮传动（或称定轴轮系）口在普通齿轮传动中，如果各齿轮副的轴线均相互平行，则称为平行轴齿轮传动；如果齿轮系中含有一个相交轴齿轮副或一个相错轴齿轮副，则称为不平行轴齿轮传动（空间齿轮传动）。 2.行星齿轮传动（行星轮系） 当齿轮系运转时，如果组成该齿轮系的齿轮中至少有一个齿轮的几何轴

24、线位置不固定，而绕着其他齿轮的几何轴线旋转，即在该齿轮系中，至少具有一个作行星运动的齿轮，则称该齿轮传动为行星齿轮传动，即行星轮系。3.3.2.3定轴轮系和行星轮系的比较 行星齿轮传动与普通齿轮传动相比较，它具有许多独特的优点。它的最显著的特点是: 在传递动力时它可进行功率分流:同时，其输入轴与输出轴具有同轴性，即输入轴与输出轴均设置在同一主轴线上。所以，行星齿轮传动现己被人们用来代替普通齿轮传动，而作为各种机械传动系统的中的减速器、增速器和变速装置。尤其是对于那些要求体积小、质量小、结构紧凑和传动效率高的航空发动机、起重运输、石油化工和兵器等的齿轮传动装置以及需要变速器的汽车和坦克等车辆的齿

25、轮传动装置，行星齿轮传动已得到了越来越广泛的应用。行星齿轮传动的主要特点如下: （1）体积小，质量小，结构紧凑，承载能力大。一般，行星齿轮传动的外廓尺寸和质量约为普通齿轮传动的1/2-1/5（即在承受相同的载荷条件下）。 例如传动比i=7. 15，功率为4400kw的行星齿轮减速器与普通定轴齿轮减速器比较如下表3.2:表3.2 （2）传动效率高。在传动类型恰当、合理布置的情况下，其效率值可达0.97-0.99。 （3）传动比大，可以实现运动的合成和分解。只要适当选择行星齿轮传动的类型及配齿方案，便可以用少数几个齿轮而获得很大的传动比。在仅作为传递运动的行星齿轮传动中，其传动比可以达到几千。应该

26、指出，行星齿轮在传动比很大的情况下，仍然可保持结构紧凑、质量小、体积小等许多优点。 （4）运动平稳、抗冲击和振动的能力较强。由于采用了数个行星轮，均匀的分布在中心轮的周围，从而可使行星轮与转臂的惯性力相互平衡口同时，也使参与啮合的齿数增多，故行星齿轮的运动平稳，抗冲击能力和振动的能力较强，工作较可靠。总之，行星齿轮传动具有质量小、体积小、传动比大及效率高（类型选用得当）等优点。行星传动不仅适用于高转速、大功率，而且在低速大转矩的传动装置上也己获得了应用。它几乎可适用于一切功率和转速范围，故目前行星传动技术己成为世界各国机械传动发展的重点之一。从机构的活动度来分，有一个自由度的行星机构、两个自由度的行星机构和多自由度的行星机构.从结构形式来分，有K-