混凝土搅拌运输车传动系统的分析与动力匹配.pdf

设计 计算 研究 混凝土搅拌运输车传动系统的分析与动力匹配 王海峰 李春利 顾明强 ( 宝鸡 华山工程 车辆有 限公司 技术开发部 ) 摘要：通过对混凝土搅拌运输车在各种工况下运行的分析 ( 以 l O m 。 混凝土搅拌运输车为例)，介绍了上装 部分传动系统 的设计方案和主要参数的确定 ，以及各元件 的选型 ，并对整个系统 的扭矩和功率进行 了计算及校 核，确保 了设计 的合理性和运行 的可靠性 。 关键词 ：混凝土搅拌运输车传动系统动力匹配 On t h e Tr a ns mi s s i o n S y s t e m a n d Po we r M a t c h o f Co n c r e t e M i x i n g Ca r r i e r WANG Ha i f e n g e t a l LI CHUN- -l i GU M I NG-q i a n g Ab s t r a c t ： B y wa y o f a n a l y z i n g t h e o p e r a t i o n o f c o n c r e t e mi x i n g c a r r i e r( e g 1 0 m c o n c r e t e mi x i n g c a r r i e r ) u n d e r v a r i o u s wo r k i n g c o n d i t i o n s ，t h e t h e s i s c l a r i fie s t h e d e s i g n p l a n a n d i mp o r t a n t p a r a me t e r s o f u p p e r p a r t t r a n s mi s s i o n s y s t e m M o r e o v e r , t h i s t h e s i s d i s t i n g u i s h e s t h e r e q u i r e d c o mp o n e n t s s t yl e a n d c a l c u l a t e s the t o r s i o n a l mo me n t an d p o we r o f t h e wh o l e s y s t e m， a s c e r t a i n i n g t h e r a t i o n a l i ty o f d e s i g n an d r e l i a b i l i ty o f o p e r a t i o n Ke y W o r ds ：Co nc r e t e m i xi ng c a r r i e r t r a ns mi s s i on s y s t e m po we r ma t c h 是 ： 1 混凝土搅拌运输车运行工况分析 a 混凝土搅拌运输车传 动系统在各种工况下只 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 、出料等 各种工况。 在不同工况下，以 l O m 。 混凝土搅拌运输 车为例 ，搅拌筒 的驱动负载扭矩随时间变化而变 化，如 图 1 所示。 图 1搅拌筒工况载荷分析 曲线 混凝土搅拌运输车其运行共分为五个工序， 其分别 2 0 1 0年第 1 期 AB为进料工序 。此时搅拌筒以 1 2 r mi n的 转速正转 ， 搅拌筒进料时间大约为 1 0 mi n ， 其 驱动力矩随着混凝土不断加入而逐渐增大， 在 混凝土 即将满载时， 由于简体本身惯性的增 大，混凝土对简体的冲击力变小，故力矩有所 下降。 B C 为运输工序 。在运输途中，混凝土搅拌 运输车在行驶状态， 搅拌筒同时作 3 r mi n 的 正转，在整个运输过程中，搅拌筒驱动力矩保 持稳定。 C-D为换向工序 。在卸料地点，混凝土搅拌 运输车停驶，搅拌筒从运拌状态制动，转入以 1 2 r mi n 的反转卸料工序 ，搅拌筒力矩迅速 变化 ， 在反转开始 的极短时间内陡然上升 ， 然 后迅速跌落下来。 DE为卸料工序 。在卸料过程中，搅拌筒继 续以 1 2 r mi n的速度反转卸料 ，驱动力矩随 混凝土的卸出而逐渐下降。 31 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 设计 计算 研究 e E F为空载返回工序，搅拌筒内加入适量清 水，返程行驶中搅拌筒作 3 r mi n 的反向转 动，对其罐内进行清洗，到达混凝土工厂，排 出污水 ，准备下一个循环。 2 搅拌筒驱动型式的确定 目前我 国生产 的搅拌运输车 中普遍应用液压 一 机械混合式驱动装置。液压一机械方式，由以下 几部分组成： 发 机 一一 装 一液压 泵一 一 t一 器 一 岽 苷 一 女 其特 点是利用液压传动易于控制的特点， 通过 液压传动部分对系统进行调速和控制， 然后利用减 速机的大减速 比进行增扭减速 ， 从而驱动大惯量的 搅拌筒。此驱动方式筒体转速不受车速影响，而 且其结构紧凑、油箱体积小、工作稳定。搅拌筒传 动通过取力器 ( P T 0 ) 直接从汽车发动机飞轮上获取 动力， 用变量柱塞泵和定量液压马达组成闭式液压 回路，通过与搅拌筒接合的减速机 ，带动搅拌筒转 动。 3 搅拌筒功率的确定 3 1满载驱动扭矩的确定 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， 通过收集的一些试验 数据 ( 如表 1 所示 )进行分析，可得到搅拌筒搅拌 容量数据 曲线 ( 如图 2 所示)。 表 1 搅拌筒驱动扭矩数据 搅转载容积 ( m ) 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 l l 驱动扭矩( N- m) l 2 5 0 0 l 7 5 0 0 2 3 5 0 0 3 0 O o o 3 6 0 0 0 4 2 5 0 0 4 6 0 0 0 5 2 0 0 0 5 6 O o o 5 8 5 0 0 搅 拌容 量 图 2搅 拌简搅拌容积数据 曲线 由图 2可以看到， 其接近一条直线，因此可推 导出驱动扭矩与搅拌容积的关系公式： M ：C O +C V ( 1 ) 式中： 一 搅拌筒驱动扭矩，N m； 一 搅 拌简装载容量，m ；C o、C J 一 曲线振幅常量。 求其最小二乘拟合式： l 1 r o l f 1 【 L c ； l l M ij l 0 式 中 ： 一 的 缩 写 。 f= 1 即M ： 2 7 6 4 6 4 + 5 3 3 6 6 3 V ( 2 ) 将设计参数 搅拌容积 ( V= 1 0 )带入上 式，得 5 6 1 2 8 2 4N m 3 2 3 2满载搅拌功率的确定 N ： ! ： 6 0 1 0 0 0 23 1 4 1 2 5 61 2 8 2 4 6 0 x1 0 0 0 ：7 0 5 K w ( 3 ) 式中： 拌筒最大转速，1 2 r rai n ； 拌筒 驱动功率，K w 。 4 传动系统主要参数的确定与选型 4 1减速机 的选型 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，故选德国Z F公司 生产的 Z F P 7 3 0 0型减速机 ，其最大驱动扭矩为 7 2 0 0 N m，减速 比为：1 4 4 - 3 。 4 2液压马达 的选型与校核计算 4 2 1 液压马达主要参数的确定 通过对减速机型号及参数选定， 可确定液压马 达的最大转速 、扭矩及排量： = i =1 2 x 1 4 4 3 =1 7 3 1 6 r mi n ( 4 ) 式中： 液压马达输出的最大转速，r mi ra f 一 减速机速 比。 Mm = M I i = 5 6 1 2 8 2 4 x 1 4 4 3 = 3 8 9 N m ( 5 ) 式中： 液压马达驱动搅拌筒转动的所需 汽 车 实 用 技 术 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 设计 计算 研 究 要的最大输出扭矩，N m。 g 一=警 o 9 = 6 2 8 1m L ( 6 ) g 一 m 一 0 ( 6 式中： g 一 液压马达的最大排量 ， m L r ； A P 一 液压马达的进出 口压差 ，即系统压力，系统压 力初步定义为 3 5 M P a ； 一 液压马达的机械效率， 叩 = 0 9 3 o 根据上述计算，暂选定力士乐 A2 F M9 0液压 马达 ，其排量为 9 0 mL 。 4 2 2 液压马达校核计算 液压马达扭矩校核 ： ， 月 且 x 9 0 1 7 31 6 ： 1 9 2 4 L mi n ( 1 1 ) 式中： 液压油泵工作的最大流量，L mi n ； v ： ： 1 9 2 4x 1 0 0 0 ：1 1 1 1 mL r ( 1 2 ) V = =一= 1 、 一 1 7 31 6 式中： 液压油泵初定排量，m L r ； 根据上述计算初步确定了液压油泵的主要参数， 因 此初步选定力士乐 A4 VT G9 0液压油泵，此液压油 泵带恒速装置，其排量为 9 0 mL r ，最高转速 3 0 5 0 r mi n ，最高工作压力 4 0 MP a 。 液压油泵实际输出的最大转速： 。 = 0 9=4 5 1 4 3 ( 7 ) 式中： 厂一液压马达在 P时输出的扭矩 N m；V m 液压马达的排量，mL r 。 液压马达功率校核： ： ： ：8 1 8 6 Kw( 8) 。 9 5 4 9 9 5 4 9 式中：P J 一 液压马达驱动功率， Kw。 通过上述计算，液压马达在 P时输出的扭矩 J 液压马达驱动搅拌筒转动的所需要的最大 输出扭矩 ，P J ，选择力士乐 A2 F M9 0 液压马达能够满足其设计要求。 4 3液压油泵的选型与校核计算 4 3 1 液压油泵主要参数的确定 确定液压油泵的最大工作压力 ， 液压油泵最大 工作压力由负载的决定。 P = = - 3 0 1 6 r MP a( 9) 90 X 9 V 辨 一 t 0 7 式中： P一 液压油泵的实际工作压力，MP a 。 = P + = 3 0 1 6 + 0 5 = 3 0 6 6 M P a ( 1 0 ) 式中： A P b 一 液压油泵 的最大工作压力， MP a ； 液 压油泵 和液压 马达之 间的压力损 失之 和 ，0 5 MP a 。 确定液压油泵的流量 g 6 ， 根据液压马达的最大 工作流量和泄漏量可得到 ： 2 0 1 0年第 1 期 1 0 0 0 q6 1 0 0 0 x1 9 2 4xO 9 9 O ：1 9 2 4 r mi n( 1 3) 式中： 6 液压油泵输 出的最大转速 ，r mi n ； 4 3 2 液压油泵校核计算 液压油泵扭矩校核： ： = v b o 一 9 03 0 6 6 2 ml 23 1 4X0 9 ：4 8 8 2 1 N m( 1 4) 式中： 2 一 液压油泵的实际输出的扭矩 ， N m；V b D 一 液压油泵的排量 ，9 0 mL r 。 液压油泵功率校核： 一： ： 型 ：9 8 3 6 Kw ( 1 5 ) “ 。 9 5 4 9 9 5 4 9 式 中： 液压油泵的实际输 出的功率， Kw 。 通过 以上推理、分析可 以看到，液压油泵 的实 际输出的扭矩 ( T m a x 2 ) 液压马达输 出的扭矩 ( T m a x 1 )，液压油泵的实际输出的功率 ( P 删 )液 压马达驱动功率 ( ， ) ， 故选定力士乐 A4 VT G9 0 液压油泵，满足其工作需求 。 5 结束语 ( 1 )整个液压传动系统设计从搅拌筒的负载开始 计算，逐步计算出减速机、液压马达 、液压油泵 的 重要参数，并逐一进行校核。 ( 2 )从整个传动系统扭矩流程来看 ，发动机一液 压油泵 ( 4 8 8 2 1 N m) 液压马达 ( 4 5 1 4 3 N m) 搅拌筒 ( 3 8 9 N m)，扭矩是依次递减的，能够 满足系统各元件扭矩的匹配要求 。 ( 3 )从整个传动系统功率流程来看，发动机一液 33 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 设计 计算 研究 压油泵 ( 9 8 3 6 K w)一液压马达 ( 8 1 8 6 K w)一搅 拌筒 ( 7 0 5 K w)，功率是依次递减的，能够满足 系统各元件功率的匹配要求。 ( 4 )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，不同载重量的水 泥混凝土运输车的传动系统的设计与动力匹配也 可参照此方法进行设计。 3 4 参考文献： 1 冯晋祥 专用汽车设计 M 北京：人民交通出版社， 2 0 0 7 1 。 2 刘仁家，陶性华 机械设计师手册 ( 第一版) 加 机械 工业 出版社 出版 ，1 9 8 9 。 3 徐达， 陆锦容 专用汽车工作装置原理与设计( 修订版) M 北京：北京理工大学出版社，2 0 0 2 9 。 汽 车 实 用 技 术 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m