1-搅拌车工况特点分析

1搅拌车工况特点分析混凝土搅拌输送车搅拌筒的驱动负载主要是扭矩。根据8m3搅拌输送车的实际工况，笔者绘制了搅拌筒扭矩随时间的变化情况，如图1所示。图1中：0~1加料工序搅拌筒以14r/min正转，在大约10min的加料时间里，搅拌筒的驱动力矩随着混凝土不断被加入而逐渐增大，在混凝土将加满时，力矩反而略有下降。1~2运料工序在运输途中，搅拌输送车在行驶状态，搅拌筒同时作3r/min的正向转动，在整个运程内，拌筒驱动力矩保持稳定。3~4换向工序在卸料地点，搅拌输送车停驶，搅拌筒从运拌状态制动，转入14r/min的反转卸料工况，搅拌筒的驱动力矩在反转开始的极短时间内陡然上升，然后迅速跌落下来。4~5卸料工序搅拌筒继续以14r/min的速度反转，驱动力矩随混凝土的卸出而逐渐下降。5~6空筒返回搅拌筒内加入适量清水，返程行驶中搅拌筒作3r/min的反向转动，对其进行清洗，到达混凝土工厂，排出污水，准备下一个循环。从此曲线可以看出，在搅拌筒的工作循环中，其满载在反转卸料工序的开始时有峰值，这是因为搅拌筒满载驱动，附加有惯性阻力矩的原因。而搅拌筒在稳定工况下的载荷值并不大，由此，应以运料工序中的稳定搅拌为计算工况，最后在计算驱动功率时乘上一个安全系数，以考虑峰值的影响。2驱动方案的选择混凝土搅拌运输车液压系统只完成一个动作，即搅拌筒的旋转。通过搅拌筒的正反转以及转速的变化，来完成进料、搅拌、搅动、出料工况。目前，国内外生产的混凝土搅拌输送车，拌筒驱动装置大都采用液压!机械混合式，由以下几部分组成。其特点是通过液压传动部分，对系统控制和调速，利用机械传动部分减速。液压系统驱动形式的选择由于开式系统的能耗大，不经济，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，只要保证散热系统可靠工作即可。搅拌筒传动通过取力器（PTO）直接从汽车发动机飞轮上获取动力（液压泵转速约等于发动机转速），用变量柱塞泵和定量马达组成闭式液压回路，通过与搅拌筒接合的减速机，带动搅拌筒转动，搅拌筒转速的改变是通过调节液压泵斜盘的角度来实现的。图2为拟定的混凝土搅拌输送车液压传动系统原理图。3搅拌功率的计算说明（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，笔者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见表1与图3。由图3易知，其接近一条直线，因此可设想：M=C0+C1·V式中：M—搅拌筒驱动力矩，N·m；V—搅拌筒装载容量，m3。求其最小二乘拟合式即M=2764.64+336.36V将设计参数———搅拌容积（V=8）带入上式，得M=45454.52N·m因而，可以看出，搅拌车在满载情况下的搅拌阻力矩是比较大的。（2）满载搅拌功率的确定Nemax=（2*n*M）/（60*1000）式中：Nemax——搅拌筒驱动功率，kW；n——搅拌筒最大转速，14r/min；M——搅拌筒驱动扭矩，N·m.Nemax=（2*14*45454.52）/（60*1000）=21.2kW4液压系统主要参数的确定（1）减速机的选取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，故选取意大利PRO-MEC公司生产的PMB-7cp减速机，其最大驱动扭矩为70000N·m，减速比为129.1。（2）初选系统压力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工作压力为30MPa。（3）马达的选取及功率、扭矩校核由减速机的选取可知根据ARK-MESSORI公司提供的资料，可以选取MF89马达，排量为89mL/r，最高转速为2600r/min。马达功率校核P=（Q*Dp*Nt）/600式中：Q——输入流量，L/min；Dp——马达压降，取30MPa；Nt——总效率，取0.9。P=（89*1807.4*300*0.9）/600=72.4kW马达扭矩校核M=（1.59*Vg*Dp*Nmh）/100式中：Vg———排量，mL/r；Dp———马达压降，取30MPa；Nmh———机械效率，取0.95。M=1.59*89*300*0.95/100=403.3N·m（4）确定系统实际工作压力（5）液压泵的选取及功率、扭矩校核确定液压泵的最大工作压力，液压泵的工作力由负载的性质决定。式中：Pm——液压马达最大工作压力，取最大值27.6MPa；——液压泵出口到液压马达进口之间的沿程损失和局部损失之和，取=0.5MPa.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。选取ARK-MESSORI公司的PV89液压泵，排量为89mL/r，最高转速为2600r/min。液压泵功率校核P=（Qp*Dp）/（600*Nt）=（168.1*300）/（600*0.9）=93.4kW液压泵扭矩校核M=（1.59Vg*Dp）/（100*Nmh）=446.9N·m5结语（1）从整个传动系统功率流程来看，发动机→液压泵（93.4kW）→液压马达（72.4kW）→搅拌筒（21.2kW，功率依次递减，能够满足系统各元件的功率要求。（2）从整个传动系统扭矩流程来看，发动机→液压泵（466.9N·m）→液压马达（403.3N·m）→搅拌筒（352.1N·m），扭矩依次递减，同样也是满足系统要求的。（3）由此看来，我们对整个传动系统的设计和液压元件的选型是正确的、合理的。（4）不同搅拌容量的水泥混凝土搅拌输送车的液压传动系统的设计可以参照上述8m3搅拌车设计。闭式系统液压工作装置的原理及应用工程机械液压传动系统，有开式系统和闭式系统，国内小吨位工程机械通常采用具有换向阀控制的开式系统，实现执行机构正、反方向运动及制动的要求。中、大吨位起重机大多采用闭式系统（如下图），闭式系统采用双向变量液压泵，通过泵的变量改变主油路中液压油的流量和方向，来实现执行机构的变速和换向，这种控制方式，可以充分体现液压传动的优点。中、大吨位起重机液压工作装置，通常采用斜盘式轴向柱塞变量泵和定量马达组成的闭式系统。斜盘式变量柱塞泵的流量与驱动转速及排量成正比，并且可无级变量。闭式回路中变量泵的出油口和马达的进油口相连，马达的出油口和泵的进油口相连，组成一个封闭的液压油路，无需换向阀，通过调节变量泵斜盘的角度来改变泵的流量及压力油的方向，从而改变马达的转速和旋转方向。变量泵的流量随斜盘摆角变化可从零增加到最大值。当斜盘摆过中位，可以平稳改变液体流动方向，因此微动性好，且工作平稳。闭式液压驱动系统在工作中不断有油液泄漏（持续的高压油内泄是元件设计的固有产物），为了补充这些泄漏和消耗，维持闭式系统正常工作，必须给闭式系统及时补充油液。闭式系统主泵上通轴附设一个小排量补油泵，由于补油泵的排量和压力相对主泵均很小，所以其附加功率损失通常仅为传动装置总功率的１％～２％，可以忽咯不计。在闭式系统液压工作装置中设有补油溢流阀和补油单向阀，补油溢流阀限制最高补油压力，补油单向阀根据两侧管路液压油压力的高低，选择补油方向，向主油路低压侧补油，以补偿由于泵、马达容积损失所泄漏的流量；主泵的两侧设有两个高压溢流阀，斜盘快速摆动时出现的压力峰值及最大压力由高压溢流阀保护，防止泵和马达超载；该液压装置中还设有压力切断阀，压力切断阀相当于一种压力调节，当达到设定的压力时，将油泵的排量回调到为零的状态。另外，在补油泵出口处还设有过滤器，对液压系统工作介质进行过滤，提高了液压油的清洁度。闭式系统具有以下优点：（１）目前闭式系统变量泵均为集成式结构，补油泵及补油、溢流、控制等功能阀组集成于液压泵上，使管路连接变得简单，不仅缩小了安装空间，而且减少了由管路连接造成的泄漏和管道振动，提高了系统的可靠性，简化了操作过程。（２）补油系统不仅能在主泵的排量发生变化时保证容积式传动的响应，提高系统的动作频率，还能增加主泵进油口处压力，防止大流量时产生气蚀，可有效提高泵的转速和防止泵吸空，提高工作寿命；补油系统中装有过滤器，提高传动装置的可靠性和使用寿命；另外，补油泵还能方便的为一些低压辅助机构提供动力。（３）由于仅有少量油液从油箱中吸取，减少了油箱的损耗。