低质心混凝土搅拌车设计原理与结构

张庆平

山东迅力特种汽车有限公司 山东临清 252600

近几年，国家加大了城市基础设施建设，城镇居民的居住条件也得到了极大的改善，带动了混凝土搅拌车的需求量显著增大。根据国家规定，禁止在建筑工地现场进行预拌混凝土的配制和搅拌，必须使用搅拌站的预拌混凝土，这就增大了预拌混凝土的运输量，需要更多的大容量混凝土搅拌运输车，而大容量混凝土搅拌运输车存在着罐体质心高，整车行驶稳定性较差的问题，新近研制的低质心混凝土搅拌车可以有效地解决这一难题。本文将对低质心混凝土搅拌车设计原理与结构进行重点介绍，供同行参考。

1 混凝土搅拌车组成

传统混凝土搅拌车主要由汽车底盘、液压驱动系统、供水系统、副车架、搅拌筒、操纵系统、加料装置、出料装置及相关附件组成(见图1)。由于我国混凝土搅拌车大容量罐体是由小容量罐体衍变而来，车型结构并没有太大的变化，只是在动力、车架方面有所加强，大容量罐体安置在副车架上，无疑使罐体的质心增高了很多，带来了行驶稳定性变差等诸多问题。

2 低质心混凝土搅拌车设计原理与结构特点

2.1 设计思路

混凝土搅拌车是搅拌筒按照规定的旋向旋转，进而实现其搅拌功能的。搅拌筒前部由减速机支撑，后部由一个滚道，两个托轮支撑。在重负荷作用下，受不均布载荷的影响，经常会出现副车架局部开裂、托轮轴承疲劳埙坏的现象。低质心混凝土搅拌车针对此问题，通过改变副车架结构以降低质心着手，在罐体上设计成双滚道6托轮结构，从而使混凝土搅拌车在重负荷下承载面积加大，每个托轮的承载力减小，搅拌筒变形量减小，各托轮轴承长时间使用不易损坏，运转更平稳。如图2所示。

2.2 低质心混凝土搅拌车结构特点

传统混凝土搅拌车副车架结构采用前后贯通型(图3)，受国家标准《GB 1589－2004 道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》限制，搅拌筒的高度不能超出国家标准。低质心混凝土搅拌车通过调整副车架结构(图4)，降低罐体前锥最低处局部副车架高度，使布置在前支座上的减速机与搅拌筒的安装高度降低，即搅拌车罐体的质心得到降低，同时还可以适当增加搅拌筒的倾斜角度，使罐体的有效容积增大，且不会使搅拌车高度超过规定值。

2.2.1 双滚道与6托轮安装布置

低质心混凝土搅拌车为双滚道，6个托轮。滚道有主滚道和辅助滚道之分，主滚道焊接在搅拌罐后锥中部，辅助滚道焊接在搅拌罐中筒后部。主滚道下的2对双托轮(共4个托轮)分别安装在2个支座上，每对托轮的中心距相等，能够使搅拌筒罐体自动定心，从而保证罐体轴线在搅拌车纵向对称面上。辅助滚道下装有一对辅助双托轮，能随着罐体的左右移动而偏摆，这样即使罐体和托轮有安装误差，也能保证6个托轮均与滚道接触。由于双托轮具有自动定心功能，使自动定心的4个托轮能自动与罐体主滚道紧密接触，增大了整车稳定性。由于双滚道6个托轮结构增加了罐体的支撑点，降低了每个托轮的承载力，大大减小了搅拌筒罐体在重负荷下的变形量，减小了罐体应力，保证了罐体在重载荷下不被破坏，同时缓解了滚道对托轮的瞬间冲击。克服了原罐体在高速转动时托轮产生的噪音和振动等缺陷，提高了托轮轴承的使用寿命，也从根本上降低了托轮高载荷、冲击大和罐体变形等问题。

2.2.2 双滚道与6托轮受力分析

传统的混凝土搅拌车罐体是由前支座的减速机和后支座的2个托轮共3个支撑点支撑。经计算，传统的12 m3搅拌车满载时其后支座受力约为132 kN，即每个托轮承受76 kN，若考虑整车满载时运转瞬间工况，罐体滚道对托轮的瞬间压力应大于76 kN。因此，搅拌车托轮经常处于重载工况之下。而双滚道6托轮结构的罐体在前后方向上共有3个部位7个支撑点支撑，缩短了支撑距离，降低了滚道与托轮的受力和冲击，滚道与托轮的多点接触，也降低了每个托轮的承载力。经计算，12 m3搅拌车满载情况下，主滚道使用4托轮承载结构后，每个托轮承受力约为39 kN，结果大大减小了罐体在重负荷下的变形量，减小了对搅拌车罐体的应力集中，保证了罐体在重载荷下不易遭受破坏。有效地缓解了因罐体径向跳动对减速机瞬时产生的冲击力，大大提高了减速机的使用寿命。由于主滚道受力大于辅助滚道受力，因此在主滚道下装有两对双托轮，在辅助滚道下装有一对辅助双托轮。每个部位的支撑力减小，使每个托轮的受力相应减小，大大延长了托轮轴承的使用寿命。主滚道和辅助滚道材料采用强度较高、焊接性良好的35钢，托轮材料为45钢，表面进行淬火处理，延长其使用寿命。

3 低质心混凝土搅拌车降低质心措施

低质心混凝土搅拌车通过改变副车架的结构将混凝土搅拌车整车的质心高度降低，即把副车架分成前后2个部分。在前支架即罐体前锥的最低处降低局部副车架高度。降低高度为80～120 mm，并通过布置加强梁加强局部副车架强度，提高副车架的整体强度。加强梁选用与副车架相同材料的矩形钢管，加强梁位置与降低副车架交接处相对应，加强梁的长度略大于所降低的副车架部分的长度，以增强副车架的整体强度。搅拌车罐体质心降低至80～120 mm后，显著提高了搅拌车行驶稳定性，避免了不平路段由于质心高而易造成的翻车事故。

副车架前后两段与主机纵梁采用U型螺栓、连接座连接，加强梁与主机纵梁用直螺栓、连接座进行连接。加强梁与主机纵梁的连接点数量应尽可能多。U型螺栓材料选用合金结构钢40Cr。

该结构由于罐体安装位置低，可以适当增加其倾斜角度，这样既能增大罐体有效容积，又不会使搅拌车整车高度超过规定值。同样的底盘能增大罐体的搅动容量近2 m3，约增加了搅动容量的17%。这样可以使同样的底盘装载效率提高近17%，给用户带来更大的收益。

4 总结

低质心混凝土搅拌车(图5)通过调整副车架结构降低了整车的质心高度，提高了搅拌车的装载容积。经试验，罐体在重负荷下变形小、运转平稳、故障频率低。该车以其装载多、行使稳定性好、副车架受力情况得到了改善和副车架不易开裂等优点而受到广大用户的青睐，特别适合于不平整路况商品混凝土的运输。该车型已申请了两项实用新型专利(专利号：ZL 2011 2 0041884.7；专利号：ZL 2011 2 0041885.1)。

[1] 吴虹飞.一种新型的双托轮承载结构[J].专用汽车,2008.(7):60-61.