一种自装载混凝土搅拌运输车的设计

仝 静 陈军全

(莱州亚通重型装备有限公司 山东 烟台 261400)

引言

在西部大开发政策引导下，偏远地区如新疆、内蒙古、西藏、青海等省掀起了公路、铁路等基础建设的热潮。而偏远地区的特点是戈壁、荒滩、沙漠、大山等恶劣的环境。部分基础建设施工工地混凝土生产机械化程度不高，而且混凝土质量无法保证。城市小区道路施工、农村房屋建设等小型施工工地也主要采用混凝土搅拌机的半自动方式生产混凝土，依赖人力，同时需要至少一台装载机进行配合。

自装载混凝土搅拌运输车，集混凝土生产和运输功能于一身，不仅可以提高混凝土生产效率，自动计量系统的使用也大大提高了混凝土质量，弥补商用混凝土覆盖面不足的问题。

一、技术参数比较

通过对同类型车辆进行调研，制定自装载混凝土搅拌车技术方案，国内外产品参数如下表1所示。

表1

二、重要组成系统设计

该自装载混凝土搅拌运输车由车架、装载机构、副架、液压系统、动力系统、电气系统组成，参见图1所示

图1 自装载混凝土搅拌运输车

(一)车架总成

作为工程机械，对于车辆的耐用性和地形适应性有更高的要求。通过对国内外相似类型车辆分析研究，最终选择对标3t装载机车架结构，将整车车架设计为铰接式焊接车架结构。运用CATIA三维设计软件建造数模,前车搭载主要的工作机构，设计为框架式焊接车架结构；后车架模仿路面用3t装载机结构进行建模，后车架模型采用板式焊接结构。

整个机架的强度设计方面，设计初期主要借鉴同类型车辆进行板厚选择。前机架框架主要使用8mm厚板材，后机架主立板使用25mm厚板材。其余非承力部件以实用为原则，尽量选取厚度适中的钢板进行建模。设计中期将整车简化结构导入ANSYS进行受力分析，根据分析结果，对薄弱部位进行加强设计。最终确定车架结构如下图2所示。

图2 车架结构

(二)装载机构

1.装载机构组成

图3 装载机构

自装载混凝土搅拌运输车装载机构主要由：1铲斗；2动臂；3转斗油缸；4摇臂；5连杆；6举升油缸组成。这个机构实质是两个正转四杆机构。

2.装载机构工作过程

自装载混凝土搅拌运输车装载机构是该设备的主要工作机构之一。其主要功用是将沙子、石子、水泥等原材料装入搅拌罐。它的工作过程由4种工况组成。

工况1插入工况:动臂下放，铲斗放于地面，铲斗刃部接触地面，铲斗底板与地面夹角3°，开动机器，铲斗借助整车牵引力插入料堆。

工况2铲装工况:铲斗插入料堆后，转动铲斗铲取物料，待铲斗翻至斗底与地面45°夹角为止。

工况3称重工况:大臂上行，当大臂上的传感器与车架固定的传感器接触时，此时称重系统接受举升油缸上的压力信号，将压力经过计算转化为铲斗物料的重量，并储存在驾驶室内的控制器内。

当铲斗内的物料超过所需时，操作位于铲斗上的开启油缸，开启铲斗尾部门，抖动举升油缸，当重量达到目标重量时，关闭铲斗尾部门。

工况4卸载工况:操作举升缸，将动臂运行到卸载点，操作开启油缸，打开铲斗门，抖动转斗油缸，向搅拌罐中倾倒物料，铲斗物料卸载干净后，放下动臂，进入下一个工作循环。

3.装载机构连杆机构设计

连杆机构的设计是在充分明确2.2.2中装载机构的四个工况的条件下，通过三个大的工作过程完成。第一，利用图解法，将各个工况下铲斗的位置绘制于CAD图纸上，充分借鉴装载机连杆机构的设计方法，经过反复尝试，确定各铰点位置，四杆机构的长度。第二，将二维图纸转化为三维模型，模拟连杆机构的工作过程，观察运动过程是否连续，机构在各个位置都能正常工作。第三，形成完整数模，校核各工况下大臂及连杆机构的受力情况。

(三)副架

1.副架机构组成

图4 副架机构

自装载混凝土搅拌运输车副架机构主要功能是混凝土的搅拌和卸料。整个副架主要由：1.倾翻油缸；2.回转支撑；3.主支撑座；4.罐体支架；5.罐体；6.托轮组件；7.进出料组件；8.动力部件组成。具体见图6。

2.副架机构工作介绍

搅拌罐的旋转靠马达和减速机驱动，搅拌罐顺时针旋转完成对物料的混合，物料混合完毕后，倾翻油缸将罐体抬起，搅拌罐逆时针旋开始卸料。回转支承可驱动整个副架270°旋转，满足多方位卸料的需求。

(四)液压系统

根据动力源不同,液压系统可分为转向工作回路及罐体旋转控制回路。

转向工作回路包括转向回路、罐体回转操作回路、油缸操作回路。整个系统采用优先阀控制，采用转向优先的控制机制。转向时，优先向转向系统供油。

罐体旋转控制回路为闭式回路，由变量柱塞泵、马达组成。通过变量柱塞泵改变液压油的流向及流速，控制罐体的旋转方向及转速。罐体最高转速为18r/min，满足搅拌及卸料要求。

(五)传动系统

传动系统采用液力机械传动。发动机通过柔性盘与变矩器的泵轮连接，发动机飞轮转动带动变矩器的泵轮旋转，泵轮通过导论将回转运动传递给涡轮，涡轮转动通过变矩器的输出端将动力输出给动力传动轴，动力传动轴连接变速箱，变速箱通过前后传动轴,将动力传输给前后驱动桥，并最后将动力输出到驱动轮。整个传动系统如下图所示:

图5 整车动力系统

四、结束语

该车的设计生产，充分借鉴了国内外同类型车辆的设计经验，能够满足目前施工工地工况的需要，减轻工人劳动强度，提高工程施工效率，符合国家“节能减排”政策的要求。