混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)技術(shù)研究及難點(diǎn)提煉

國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資持續(xù)推進(jìn)，拉動(dòng)工程機(jī)械行業(yè)發(fā)展步入快車(chē)道，混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)作為典型的工程機(jī)械產(chǎn)品，伴隨著相關(guān)政策細(xì)化落地，尤其是新國(guó)標(biāo)的發(fā)布與實(shí)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(yùn)輸車(chē)為技術(shù)跟蹤對(duì)象，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展及研究現(xiàn)狀進(jìn)行梳理和總結(jié)，提煉出行業(yè)“卡脖子”技術(shù)難點(diǎn)，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(yùn)輸車(chē)是運(yùn)輸混凝土的罐式專(zhuān)用運(yùn)輸車(chē)輛，主要包括專(zhuān)用底盤(pán)、攪拌筒、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、進(jìn)出料口、前后臺(tái)、副車(chē)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(yùn)輸車(chē)結(jié)構(gòu)組成

在運(yùn)輸過(guò)程中攪拌筒始終轉(zhuǎn)動(dòng)，以防止筒內(nèi)的混凝土凝固，并且在卸載后會(huì)對(duì)攪拌筒內(nèi)進(jìn)行沖洗以清除殘余混凝土。

工作時(shí)，從底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼后端取力，并通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)（傳動(dòng)原理如圖2所示）將動(dòng)力傳遞到攪拌筒上，驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)。攪拌筒的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)帶動(dòng)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?cái)嚢柰驳膹较蚺c切向做復(fù)合運(yùn)動(dòng)，直到混凝土移動(dòng)到螺旋葉片的末端。

圖2 混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)傳動(dòng)原理

技術(shù)研究現(xiàn)狀

目前，針對(duì)混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)國(guó)內(nèi)外學(xué)者及企業(yè)研發(fā)人員展開(kāi)多方面的研究，也取得了一定的研究成果。通過(guò)文獻(xiàn)梳理以及專(zhuān)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(dòng)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(duì)混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)的側(cè)翻問(wèn)題，主要的技術(shù)研究包括靜態(tài)側(cè)翻試驗(yàn)方法研究、動(dòng)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(gè)方向。主要研究?jī)?nèi)容及成果包括：

（1）側(cè)向加速度是汽車(chē)側(cè)翻的主要誘導(dǎo)因素，單獨(dú)主動(dòng)轉(zhuǎn)向可以達(dá)到防止混凝土攪拌車(chē)側(cè)翻的效果，提出主動(dòng)轉(zhuǎn)向和制動(dòng)聯(lián)合控制來(lái)防止混凝土攪拌車(chē)側(cè)翻；

（2）混凝土運(yùn)輸車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)易產(chǎn)生側(cè)翻現(xiàn)象進(jìn)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(yùn)輸車(chē)行駛穩(wěn)定性的影響因素；

（3）針對(duì)混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)質(zhì)心變化及螺旋葉片的旋向?qū)π熊?chē)穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了探究；

（4）計(jì)算攪拌筒旋轉(zhuǎn)時(shí)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(shí)混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)安全車(chē)速，搭建虛擬儀器，實(shí)時(shí)顯示在轉(zhuǎn)彎時(shí)的安全車(chē)速并預(yù)警；

（5）通過(guò)車(chē)身姿態(tài)的控制來(lái)警示液罐車(chē)側(cè)翻的研究，利用多體動(dòng)力學(xué)仿真，分析質(zhì)心位置的改變對(duì)液罐車(chē)側(cè)翻的影響；

（6）基于改進(jìn)TTR算法的汽車(chē)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(diǎn)以及缺點(diǎn)；

（7）通過(guò)研究混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)彎道工況下側(cè)翻的機(jī)理，建立不同彎道混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)側(cè)翻的動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)實(shí)車(chē)參數(shù)進(jìn)行參數(shù)仿真分析，開(kāi)發(fā)出彎道工況混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)防側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)；

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

2.2  攪動(dòng)性能技術(shù)研究

混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)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(huì)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(lèi)，其中司機(jī)駕駛習(xí)慣、行駛路況、低速攪拌時(shí)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(xiàn)分析，國(guó)內(nèi)主要集中在通過(guò)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(yùn)輸車(chē)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速呈比例變化。攪拌車(chē)行駛過(guò)程中負(fù)載重，發(fā)動(dòng)機(jī)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(huì)導(dǎo)致攪拌筒筒速變化也頻繁，實(shí)踐證明，攪拌筒恒速控制能夠有效提升混凝土質(zhì)量，同時(shí)提升車(chē)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：?jiǎn)为?dú)的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(chǎng)上應(yīng)用廣泛。

2.4  焊接工藝技術(shù)研究

混凝土攪拌車(chē)在使用一定時(shí)間后，罐體結(jié)構(gòu)的一些關(guān)鍵焊接位置會(huì)出現(xiàn)開(kāi)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(jìn)措施，具體包括：

①增開(kāi)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(shí)減緩焊縫相變時(shí)的瞬間冷卻速度以及降低焊接應(yīng)力；

②通過(guò)預(yù)熱改進(jìn)焊接方法。通過(guò)預(yù)熱可降低焊縫的冷卻速度，進(jìn)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(diǎn)提煉

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料介紹及用戶所反饋的混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)現(xiàn)有技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)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(diǎn)問(wèn)題。主要包括以下幾個(gè)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(duì)攪拌筒攪拌性能產(chǎn)生影響，攪拌性能優(yōu)劣對(duì)防止離析有決定性作用。目前的研究對(duì)于如何實(shí)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(píng)估

由于實(shí)車(chē)試驗(yàn)的周期較長(zhǎng)，目前主要借助于仿真手段對(duì)攪拌筒的磨損量進(jìn)行評(píng)估，離散元仿真過(guò)程中料性測(cè)試及參數(shù)標(biāo)定問(wèn)題一直是困擾仿真技術(shù)人員的技術(shù)難點(diǎn)。如何對(duì)砂漿、骨料及混凝土的料性進(jìn)行測(cè)試，并結(jié)合DEM模型，取得標(biāo)定值是行業(yè)內(nèi)亟待解決的問(wèn)題。

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漢陽(yáng)專(zhuān)用汽車(chē)研究所專(zhuān)用汽車(chē)技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)，一直以推動(dòng)專(zhuān)用汽車(chē)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(fèi)者提供更專(zhuān)業(yè)、更權(quán)威的專(zhuān)用汽車(chē)技術(shù)服務(wù)。

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