1、混凝土搅拌运输车毕业论文( 此文档为 word 格式，下载后您可任意编辑修改！ )第1章绪 论1.1 选题的目的和意义随着世界经济的不断发展 , 人们对施工质量的不断提高以及现代环保意识的不断增强 , 商品混凝土应运而生。商品混凝土的发展从根本上改变了传统上工地自制混凝土 , 用翻斗车或自卸车进行输送 , 就近使用的落后生产方式 , 建立起一种新的生产方式 , 即许多施工工地所需要的混凝土 ,都由专业化的混凝土工厂或大型混凝土搅拌站集中生产供应 , 形成以混凝土制备地点为中心的供应网。由于混凝土工厂便于应用现代电子技术 , 使用计算机控制生产 , 可以得到精确配比和均质拌合的混凝土 , 使混凝
2、土质量大大提高 , 所以对于整个施工工程起到良好的促进作用。但是混凝土的商业化生产 , 势必把混凝土从厂站输送到各个需求工地 , 工地之间的距离不等，有些供应点甚至很远。当混凝土的输送距离（或输送时间）超过某一限度时，仍然使用一般的运输机械进行输送，混凝土就可能在运输途中发生分层离析，甚至初凝现象，严重影响混凝土质量，这是施工所不允许的。因此，为适应商品混凝土的输送，发展了一种混凝土专用运输机械混凝土搅拌运输车。它兼有载运和搅拌混凝土的双重功能，可在运送混凝土的同时对其进行搅拌或搅动，因此能保证输送的混凝土质量，允许适应延长运距（或运送时间） 。搅拌运输车主要由底盘、取力器、搅拌筒、搅拌筒驱动
3、装置（减速器、液压传动部分） 、供水系统、进料及出料系统卸料溜槽、卸料振捣器、操纵系统等组成。而搅拌筒驱动装置是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，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。并且可保证混凝土搅拌运输车满载预拌混凝土的搅拌筒在整个运输过程中都转动，且不受汽车发动机工作转速变化、以及车辆的行走速度的影响，从而避免运输过程中出现因道路变化而使汽车速度频繁变化而导致搅拌筒的搅拌速度忽高忽低，筒内混凝土流动不均匀，从而产生严重的离析，坍塌度变大，破坏混凝土品质。因此，搅拌筒的驱动装置设计就尤为
4、重要了。1.2 国内外研究发展状况1.2.1 从传动方式分析在 70 年代以前生产的运输车， 其搅拌筒的传动几乎都是采用链轮链条。因为输送车在承载运输时，用于承载搅拌筒的底盘，会随着路面的起伏而产生变形，所以搅拌筒的末级传动就只能柔性连接，才能免除底盘的变形对搅拌筒的影响。但是对于在开式传动的链条寿命，在正常使用条件下，一般只有 3 年左右，而且平时还必须对其进行润滑和保养，为了对这一薄弱环节进行改进， 80 年代初经过试验和改革，开始推广搅拌筒直接驱动的结构。即为现在大多数搅拌车都已经采用的液压传动。目前主要有两种方式：一种是通过发动机驱动液压泵、液压马达，然后直接驱动搅拌筒，而不需要机械的
5、减速机购的全液压驱动方式，另一种也是通过发动机驱动液压泵、液压马达，所不同的是液压马达必须通过机械的减速机构驱动方式，被称作液压机械传动。从搅拌车的工况特点来看，全液压系统是最为理想的，它不但可使整个传动系统在结构和工作性能和工作性能上比较完善，而且由于省去了机械部分而使结构更加紧凑轻巧。但这种系统因搅拌筒终端驱动所需的低速大扭矩液压马达和相应的连接装置尚未完善解决，暂时还没有办法应用。而液压机械传动系统与全机械式传统系统相比，在结构上更趋合理 , 所以现在被广泛的应用。12.2 从搅拌车产地方面分析现今混凝土搅拌车以产地来区分，有一下 3 种类型 : 一是用国产汽车底盘，如山东斯太尔、内蒙奔
6、驰、重庆红岩等重型车底盘，安装利用引进技术生产的驱动装置及国产混凝土贮罐。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
7、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
8、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
9、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 1-3rmin 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
10、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 、 10 、12m3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 3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 3，由重型载重卡车为底盘改装而成。3)重型，公称容积为 9 m3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
11、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 3) 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 m3以下的搅拌输送车，而采用半拖式专用底盘只有312m或更大容量的搅拌输送车。本文设计的 8m3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
12、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(QCT667-2000) 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
13、超过 50km。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
14、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。- 液压泵图 2.1 混凝土搅拌输送车的结构组成其工作
15、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 3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 3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 3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
16、压传动部分组成，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；卸料时，减速器反转，混凝土被筒内螺旋叶片搅动，均匀卸出。并且可保证混凝土搅拌运输车满载预拌混凝土的搅拌筒在整个运输过程中都转动，且不受汽车发动机工作转速变化、以及车辆的行走速度的影响，从而避免运输过程中出现因道路变化而使汽车速度频繁变化而导致搅拌筒的搅拌速度忽高忽低，筒内混凝土流动不均匀，从而产生严重的离析，坍塌度变大，破坏混凝土品质。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
17、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
18、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 , 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
19、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
20、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
21、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
22、 M 搅拌筒驱动力矩， Nm；3V 搅拌筒装载客量， m；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， 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
23、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 n m maxMm maxqm maxP m马达最大输出转速；马达最大输出扭矩；马达的最大排量， ccrev ；马达的进出口压差，即所选的系统压力，
24、 Mpa；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 2600rmin.马达功率校核 :式中 Q - 输入流量， Lmin；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， ccrev ；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
25、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 89ccrev ，最高转速为 2600rmin 。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 18.03 ccrev ，补油压力为 13-25bar ，
26、我们取 18bar 。补油泵功率及扭矩校核 :式中 Q 补油泵流量， Lmin；Vg补油泵排量 18. 03ccrev ；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 =(24.0 18) (600 0.9)=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(
27、403. 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3混凝土搅拌运输车搅拌筒 ( 罐) 的设计容积为 8m, 最大安装角度 12 ,工作转速 2 4 rmin 和 14 rmin( 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 6 4 、整备 质 量 12300Kg 、 最 大 总 质 量 28500 Kg 、 外 形 尺
28、寸 为834024903700mm、最小离地间隙为 240 mm ，满载最高车速 50Km式中 P 为小齿轮传递的功率 , 即为液压马达输入的功率P=65.4KWn 为小齿轮转速， n=14100=1400则 T1=9.55 106 65.41400 =446121.4 Nmm按齿根弯曲强度核算齿轮模数 m式中： YFa- 为载荷作用于齿顶的齿形系数，用以考虑齿廓形状对齿根弯曲应力 sF 的影响 , Y Fa 值可由下图 3.10 查取；图 3.10Y Sa- 应力修正系数 , 其值可由下图 3.11 查取；Y e- 重合度系数，根据重合度 ea 计算，按：计算。图 3.11fp- 许用弯曲应力， Mpa ；选配各个系数：载荷系数 K=KAKvK K经查取 ：KA =1.75 ，Kv=1.2 ， K=1.1 ， K =1.0K=1.75 1.2 1.1 1=2.31 ；d=0.4 ；Z1=30 ；Yf 取 1.97；
