水泥混凝土攪拌輸送車液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計
以8m3水泥混凝土攪拌輸送車為例，介紹了混凝土攪拌輸送車驅(qū)動方案和液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定，傳動系統(tǒng)原理圖的擬定以及各液壓元件的選型及功率、扭矩校核，并對整個系統(tǒng)的扭矩和功率流程進行了校核，保證了整個系統(tǒng)設(shè)計的合理性和可靠性。......
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1 攪拌車工況特點分析
混凝土攪拌輸送車攪拌筒的驅(qū)動負載主要是扭矩。根據(jù)8m3攪拌輸送車的實際工況，筆者繪制了攪拌筒扭矩隨時間的變化情況，如圖1所示。
 圖1中：0~1加料工序 攪拌筒以14 r/min 正轉(zhuǎn)，在大約10 min的加料時間里，攪拌筒的驅(qū)動力矩隨著混凝土不斷被加入而逐漸增大，在混凝土將加滿時，力矩反而略有下降。
1~2 運料工序 在運輸途中，攪拌輸送車在行駛狀態(tài)，攪拌筒同時作3 r/min 的正向轉(zhuǎn)動，在整個運程內(nèi)，拌筒驅(qū)動力矩保持穩(wěn)定。
3~4 換向工序 在卸料地點，攪拌輸送車停駛，攪拌筒從運拌狀態(tài)制動，轉(zhuǎn)入14 r/min 的反轉(zhuǎn)卸料工況，攪拌筒的驅(qū)動力矩在反轉(zhuǎn)開始的極短時間內(nèi)陡然上升，然后迅速跌落下來。
4~5 卸料工序 攪拌筒繼續(xù)以14 r/min 的速度反轉(zhuǎn)，驅(qū)動力矩隨混凝土的卸出而逐漸下降。
5~6 空筒返回 攪拌筒內(nèi)加入適量清水，返程行駛中攪拌筒作3 r/min 的反向轉(zhuǎn)動，對其進行清洗，到達混凝土工廠，排出污水，準(zhǔn)備下一個循環(huán)。
從此曲線可以看出，在攪拌筒的工作循環(huán)中，其滿載在反轉(zhuǎn)卸料工序的開始時有峰值，這是因為攪拌筒滿載驅(qū)動，附加有慣性阻力矩的原因。而攪拌筒在穩(wěn)定工況下的載荷值并不大，由此，應(yīng)以運料工序中的穩(wěn)定攪拌為計算工況，最后在計算驅(qū)動功率時乘上一個安全系數(shù)，以考慮峰值的影響。
2 驅(qū)動方案的選擇
混凝土攪拌運輸車液壓系統(tǒng)只完成一個動作，即攪拌筒的旋轉(zhuǎn)。通過攪拌筒的正反轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)速的變化，來完成進料、攪拌、攪動、出料工況。
目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的混凝土攪拌輸送車，拌筒驅(qū)動裝置大都采用液壓!機械混合式，由以下幾部分組成。
 其特點是通過液壓傳動部分，對系統(tǒng)控制和調(diào)速，利用機械傳動部分減速。
液壓系統(tǒng)驅(qū)動形式的選擇由于開式系統(tǒng)的能耗大，不經(jīng)濟，且液壓油中容易混入空氣，導(dǎo)致振動與噪音，因而使用壽命較短，目前這類系統(tǒng)已逐步被淘汰?？紤]到攪拌筒旋轉(zhuǎn)功率大，并綜合節(jié)能、控制方便等因素，采用閉式系統(tǒng)是合理的，它結(jié)構(gòu)緊湊、油箱體積小、工作穩(wěn)定，只要保證散熱系統(tǒng)可靠工作即可。
攪拌筒傳動通過取力器（PTO）直接從汽車發(fā)動機飛輪上獲取動力（液壓泵轉(zhuǎn)速約等于發(fā)動機轉(zhuǎn)速），用變量柱塞泵和定量馬達組成閉式液壓回路，通過與攪拌筒接合的減速機，帶動攪拌筒轉(zhuǎn)動，攪拌筒轉(zhuǎn)速的改變是通過調(diào)節(jié)液壓泵斜盤的角度來實現(xiàn)的。圖2為擬定的混凝土攪拌輸送車液壓傳動系統(tǒng)原理圖。
 3 攪拌功率的計算說明
（1） 滿載驅(qū)動阻力矩的確定
因混凝土在攪拌筒內(nèi)的運動狀態(tài)比較復(fù)雜，目前尚無統(tǒng)一實用的計算方法，筆者從數(shù)理統(tǒng)計的角度對收集的一些試驗數(shù)據(jù)進行分析、處理，推導(dǎo)出了攪拌阻力矩與攪拌容積關(guān)系的經(jīng)驗公式。攪拌筒驅(qū)動阻力矩與攪拌筒攪拌容量的數(shù)據(jù)見表1與圖3。
由圖3易知，其接近一條直線，因此可設(shè)想：
M=C0+C1·V
式中：M—攪拌筒驅(qū)動力矩，N·m；
V—攪拌筒裝載容量，m3。
求其最小二乘擬合式
  即 M=2764.64+336.36V
將設(shè)計參數(shù)———攪拌容積（V=8）帶入上式，得
M=45454.52 N·m
因而，可以看出，攪拌車在滿載情況下的攪拌阻力矩是比較大的。
?。?） 滿載攪拌功率的確定
Nemax=（2*n*M）/（60*1000）
式中：Nemax——攪拌筒驅(qū)動功率，kW；
n——攪拌筒最大轉(zhuǎn)速，14 r/min；
M——攪拌筒驅(qū)動扭矩，N·m.
Nemax =（2*14*45454.52）/（60*1000）=21.2kW
4 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定
?。?） 減速機的選取
根據(jù)上述計算所得攪拌筒驅(qū)動阻力矩，并考慮到攪拌筒需有一定的扭矩裕度，故選取意大利PRO-MEC公司生產(chǎn)的PMB-7cp減速機，其最大驅(qū)動扭矩為70000 N·m，減速比為129.1。
（2） 初選系統(tǒng)壓力
根據(jù)液壓馬達輸出軸的最大扭矩并綜合考慮系統(tǒng)性、可靠性、安全性等條件，初步選定液壓系統(tǒng)最高工作壓力為30 MPa。
?。?） 馬達的選取及功率、扭矩校核
由減速機的選取可知
  根據(jù)ARK-MESSORI公司提供的資料，可以選取 MF89 馬達，排量為89mL/r，最高轉(zhuǎn)速為2600 r/min。
馬達功率校核
P = （ Q * D p * N t ） / 600
式中：Q ——輸入流量，L/min；
D p ——馬達壓降，取30 MPa；
N t ——總效率，取0.9。
P = （ 89*1807.4 * 300 * 0.9 ） / 600 = 72.4 kW
馬達扭矩校核
M = （ 1.59 * V g * D p * N mh ） / 100
式中：V g ———排量，mL/r；
D p ———馬達壓降，取30 MPa；
N mh———機械效率，取0.95。
M = 1.59 * 89 * 300 * 0.95 / 100 = 403.3 N·m
?。?） 確定系統(tǒng)實際工作壓力
 ?。?） 液壓泵的選取及功率、扭矩校核
確定液壓泵的最大工作壓力，液壓泵的工作力由負載的性質(zhì)決定。
 式中：P m ——液壓馬達最大工作壓力，取最大值27.6 MPa；
 ——液壓泵出口到液壓馬達進口之間的沿程損失和局部損失之和，取 =0.5 MPa. 確定液壓泵的流量Q，液壓泵的流量按液壓馬達的最大工作流量和泄漏量來確定。
 選取ARK-MESSORI 公司的PV89 液壓泵，排量為89 mL/r，最高轉(zhuǎn)速為2600 r/min。
液壓泵功率校核
P = （ Q p * D p ） / （ 600 * N t ） = （ 168.1 * 300 ） / （ 600 * 0.9 ） =93.4 kW
液壓泵扭矩校核
M = （ 1.59 V g * D p ） / （ 100 * N mh ） = 446.9 N·m
5 結(jié)語
?。?） 從整個傳動系統(tǒng)功率流程來看，發(fā)動機→液壓泵（93.4 kW）→液壓馬達（72.4 kW）→攪拌筒（21.2 kW，功率依次遞減，能夠滿足系統(tǒng)各元件的功率要求。
?。?） 從整個傳動系統(tǒng)扭矩流程來看，發(fā)動機→液壓泵（466.9 N·m）→液壓馬達（403.3 N·m）→攪拌筒（352.1 N·m），扭矩依次遞減，同樣也是滿足系統(tǒng)要求的。
?。?） 由此看來，我們對整個傳動系統(tǒng)的設(shè)計和液壓元件的選型是正確的、合理的。
?。?） 不同攪拌容量的水泥混凝土攪拌輸送車的液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計可以參照上述8m3攪拌車設(shè)計。 |
| 原作者： 蔡應(yīng)強 趙鐵栓 |
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