混凝土攪拌運輸車技術(shù)研究及難點提煉

國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資持續(xù)推進，拉動工程機械行業(yè)發(fā)展步入快車道，混凝土攪拌運輸車作為典型的工程機械產(chǎn)品，伴隨著相關(guān)政策細化落地，尤其是新國標的發(fā)布與實施，產(chǎn)品技術(shù)及行業(yè)規(guī)模均得到迅速提升發(fā)展。

本文以混凝土攪拌運輸車為技術(shù)跟蹤對象，通過對產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展及研究現(xiàn)狀進行梳理和總結(jié)，提煉出行業(yè)“卡脖子”技術(shù)難點，為企業(yè)研發(fā)人員以及行業(yè)研究人員提供研究參考。

基本組成及工作原理

混凝土攪拌運輸車是運輸混凝土的罐式專用運輸車輛，主要包括專用底盤、攪拌筒、動力傳動系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、進出料口、前后臺、副車架、攪拌筒支撐托輪、扶梯等部件。具體如圖1所示。

圖1 混凝土攪拌運輸車結(jié)構(gòu)組成

在運輸過程中攪拌筒始終轉(zhuǎn)動，以防止筒內(nèi)的混凝土凝固，并且在卸載后會對攪拌筒內(nèi)進行沖洗以清除殘余混凝土。

工作時，從底盤發(fā)動機飛輪殼后端取力，并通過傳動系統(tǒng)（傳動原理如圖2所示）將動力傳遞到攪拌筒上，驅(qū)動其旋轉(zhuǎn)。攪拌筒的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)帶動筒內(nèi)螺旋葉片，在混凝土與筒壁和葉片的摩擦力、內(nèi)在的粘著力以及重力的共同作用下，混凝土將不斷地被提升、向下跌翻和滑移，在攪拌筒的筒壁以及葉片軌道的引導(dǎo)下，混凝土沿攪拌筒的徑向與切向做復(fù)合運動，直到混凝土移動到螺旋葉片的末端。

圖2 混凝土攪拌運輸車傳動原理

技術(shù)研究現(xiàn)狀

目前，針對混凝土攪拌運輸車國內(nèi)外學(xué)者及企業(yè)研發(fā)人員展開多方面的研究，也取得了一定的研究成果。通過文獻梳理以及專利檢索，總結(jié)出目前主要的研究方向包括側(cè)翻技術(shù)研究、攪動性能技術(shù)研究、恒速控制技術(shù)研究以及制造工藝研究等方面。

2.1  側(cè)翻技術(shù)研究

針對混凝土攪拌運輸車的側(cè)翻問題，主要的技術(shù)研究包括靜態(tài)側(cè)翻試驗方法研究、動態(tài)側(cè)翻技術(shù)研究、側(cè)翻警示系統(tǒng)研究、防側(cè)翻控制系統(tǒng)研究四個方向。主要研究內(nèi)容及成果包括：

（1）側(cè)向加速度是汽車側(cè)翻的主要誘導(dǎo)因素，單獨主動轉(zhuǎn)向可以達到防止混凝土攪拌車側(cè)翻的效果，提出主動轉(zhuǎn)向和制動聯(lián)合控制來防止混凝土攪拌車側(cè)翻；

（2）混凝土運輸車在轉(zhuǎn)彎時易產(chǎn)生側(cè)翻現(xiàn)象進行了分析，得出了不同狀態(tài)下橫向行駛的臨界狀態(tài)，分析出混凝土運輸車行駛穩(wěn)定性的影響因素；

（3）針對混凝土攪拌運輸車質(zhì)心變化及螺旋葉片的旋向?qū)π熊嚪€(wěn)定性的影響進行了探究；

（4）計算攪拌筒旋轉(zhuǎn)時的質(zhì)心變化規(guī)律，找出臨界側(cè)翻速度與轉(zhuǎn)彎半徑的關(guān)系，確定轉(zhuǎn)彎時混凝土攪拌運輸車安全車速，搭建虛擬儀器，實時顯示在轉(zhuǎn)彎時的安全車速并預(yù)警；

（5）通過車身姿態(tài)的控制來警示液罐車側(cè)翻的研究，利用多體動力學(xué)仿真，分析質(zhì)心位置的改變對液罐車側(cè)翻的影響；

（6）基于改進TTR算法的汽車防側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)，采用卡曼濾波技術(shù)總結(jié)傳統(tǒng)的TTR算法的優(yōu)點以及缺點；

（7）通過研究混凝土攪拌運輸車彎道工況下側(cè)翻的機理，建立不同彎道混凝土攪拌運輸車側(cè)翻的動力學(xué)模型，根據(jù)實車參數(shù)進行參數(shù)仿真分析，開發(fā)出彎道工況混凝土攪拌運輸車防側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)；

（8）建立混凝土攪拌運輸車的三自由度動力學(xué)模型，通過PID控制證明主動轉(zhuǎn)向?qū)炷翑嚢柽\輸車防側(cè)翻有很好的控制效果；

2.2  攪動性能技術(shù)研究

混凝土攪拌運輸車攪拌筒的攪拌性能直接影響混凝土勻質(zhì)性，非均勻性的混凝土易出現(xiàn)離析現(xiàn)象，會造成泵送堵管，影響施工工期及泵送設(shè)備壽命。

影響攪拌筒攪拌性能的主要因素可分為非結(jié)構(gòu)因素及結(jié)構(gòu)因素兩類，其中司機駕駛習(xí)慣、行駛路況、低速攪拌時間、攪拌筒轉(zhuǎn)速是否恒速、放料前是否高速攪拌等為非結(jié)構(gòu)要素；攪拌筒斜置角度、填充率、攪拌葉片等為結(jié)構(gòu)要素，其中攪拌葉片參數(shù)包括螺旋方程式、螺距、螺旋升角、葉片形式等。從目前相關(guān)文獻分析，國內(nèi)主要集中在通過優(yōu)化攪拌葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)以改善攪拌性能方面。

2.3  恒速控制技術(shù)研究

混凝土攪拌運輸車的攪拌筒控制方式分為非恒速控制和恒速控制。非恒速控制即攪拌筒筒速隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速呈比例變化。攪拌車行駛過程中負載重，發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化范圍大且頻繁，若攪拌筒控制方式為非恒速控制，則會導(dǎo)致攪拌筒筒速變化也頻繁，實踐證明，攪拌筒恒速控制能夠有效提升混凝土質(zhì)量，同時提升車輛壽命、降低能耗。

攪拌筒的恒速攪拌控制有四種方式可供選擇：單獨的發(fā)動機驅(qū)動方式、電子恒速方式、常規(guī)液壓方式、恒速液壓方式。目前恒速液壓方式在市場上應(yīng)用廣泛。

2.4  焊接工藝技術(shù)研究

混凝土攪拌車在使用一定時間后，罐體結(jié)構(gòu)的一些關(guān)鍵焊接位置會出現(xiàn)開裂失效，為了改善焊接接頭組織性能和降低焊接接頭的殘余應(yīng)力，研究學(xué)者提出了改進措施，具體包括：

①增開罐體滾道焊接坡口、控制拼裝間隙，該工藝方法可以保證根部的熔透性，同時減緩焊縫相變時的瞬間冷卻速度以及降低焊接應(yīng)力；

②通過預(yù)熱改進焊接方法。通過預(yù)熱可降低焊縫的冷卻速度，進而降低焊縫的淬火應(yīng)力和減少焊縫中的馬氏體組織，防止出現(xiàn)焊接裂紋。

行業(yè)技術(shù)難點提煉

通過對國內(nèi)外文獻資料介紹及用戶所反饋的混凝土攪拌運輸車現(xiàn)有技術(shù)難點進行梳理提煉，總結(jié)出目前行業(yè)內(nèi)亟待解決的一些技術(shù)難點問題。主要包括以下幾個方面：

（1）攪拌性能最優(yōu)化

攪拌筒結(jié)構(gòu)形式及轉(zhuǎn)速、傾斜角度、葉片參數(shù)對攪拌筒攪拌性能產(chǎn)生影響，攪拌性能優(yōu)劣對防止離析有決定性作用。目前的研究對于如何實現(xiàn)混凝土勻質(zhì)性最優(yōu)化還未給出精確的定量分析結(jié)論；

（2）攪拌筒的磨損量及疲勞壽命評估

由于實車試驗的周期較長，目前主要借助于仿真手段對攪拌筒的磨損量進行評估，離散元仿真過程中料性測試及參數(shù)標定問題一直是困擾仿真技術(shù)人員的技術(shù)難點。如何對砂漿、骨料及混凝土的料性進行測試，并結(jié)合DEM模型，取得標定值是行業(yè)內(nèi)亟待解決的問題。

關(guān)于我們

漢陽專用汽車研究所專用汽車技術(shù)研究團隊，一直以推動專用汽車行業(yè)技術(shù)發(fā)展為己任，努力為行業(yè)、企業(yè)、地方政府以及消費者提供更專業(yè)、更權(quán)威的專用汽車技術(shù)服務(wù)。

目前技術(shù)研究領(lǐng)域涵蓋專用汽車輕量化技術(shù)研究、專用汽車產(chǎn)品技術(shù)研究、專用汽車產(chǎn)業(yè)政策研究等多個方面，歡迎專用汽車行業(yè)研究學(xué)者及企業(yè)技術(shù)專家溝通交流，共同助推專用汽車行業(yè)技術(shù)高質(zhì)量發(fā)展。

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