混凝土搅拌运输车操纵稳定性的研究

马志杰 崔庆涛

摘要：混凝凝土搅拌运输车质心高，其结构不同于正常的载货汽车，安装了用于搅拌混凝土的搅拌筒，为了不使筒中的混凝土离析和凝结，在运输过程中搅拌筒会一定速度顺时针旋转，这样不可避免的出现质心偏离中轴线的现象，导致了车身在行驶过程中存在不稳定性，很容易发生侧翻事故。因此，很多人通过试验的结果以及车身的结构来研究分析车辆操纵稳定性。

关键词：混凝土;侧翻;稳定性

1前言

汽车如果发生侧翻，会造成非常严重的后果，然后可能车毁人亡，具有非常大的安全隐患。根据交通安全局统计数据显示，有很多发生交通事故，其中侧翻事故发生很多，侧翻的比重特别大，所以研究侧翻，如何尽可能的减少侧翻事故是至关重要的。混凝土搅拌运输车是专门从事商品混凝土运输的工具，它具有装载运输和搅拌混凝土的双重功能，可以在运送混凝土的同时进行搅拌，保证了混凝土的质量，并能够适当延长运输距离或运送时间。

随着我国建筑行业的蓬勃发展，越来越需要混凝土搅拌车之类的工具车，数量需求增多的同时，安全隐患也随之而来。由于搅拌车重量大、重心高等诸多因素，混凝土搅拌运输车的稳定性较差，车速比较高的时候会有更大的可能性发生侧翻，发生侧翻的几率大大增加。伴随着预拌混凝土在工程施工中越来越多地被采用，混凝土搅拌运输车造成的交通事故也越来越多的进入了大众的视野。

例如，根据监督和统计，混凝土搅拌运输车，因为它自身的特点，一旦发生侧翻，结果非常的难以预料，造成的损失非常的大，所以分析车辆结构参数以及它的行驶状态对车辆侧翻的影响，提供汽车的参数来优化设计，理论上改善它的侧翻性能，通过实验研究防止侧翻的理论方法，寻求有效的措施，防止侧翻具有非常重大的意义。

2  静态侧翻实验

目前，静态侧翻试验方法通常用静态稳定因子法（ssF}、侧拉比例系数法、侧倾比例系数法（TTR）三种方法来进行研究。静态稳定因子法根据公式SSF=B/2h求得，B为平均轮距，h为整车质心高度，该方法只需要测量车辆的轮距和质心高度即可。侧拉比例系数法根据公式SPR=F/M求得，F为作用于车辆质心使得车辆恰好发生侧翻时的一水平横向力，M为车辆的质量，根据侧拉比例系数的大小判断车

辆的侧倾稳定性。侧倾比例系数法的实验方法，需要在专门的倾测实验平台上进行具体的测量，然后具体的过程主要是将车辆按照规定的要求放置在倾测实验台上，使实验台逐渐的倾斜，然后直到外围的车辆正压力为零，这个时候记录实验台的倾测角，实验台的倾测角它的正切值就是车辆的倾测比例系数。三种方法中，倾测比例系数来判断车辆稳定性与车辆实际情况的最接近的就是这种方法。

3动态侧翻研究现状

为了测试混凝土搅拌机，邱鹏飞分析了三种工况下的搅拌机应力：平面的圆运动、内斜曲面和外斜曲面，并考察了表面条件对倾覆问题的影响;胡素云主要分析了搅拌筒旋转引起的质量位移对混凝土搅拌机稳定性的影响;陈志军分析了转换卡车的转换现象，得出了不同情况下的临界转换状态，分析了稳定混凝土卡车的运输影响因素;此外，贵州工業大学的冯对罐车的滚动稳定性进行了相关分析;内蒙古第一机械集团特种汽车制造公司吕殿宇对散装水泥罐的应力分析方法进行了相关研究;中国华东工程机械厂的杨继明检查了改变混凝土搅拌机的质心和螺旋叶片旋转方向对行驶稳定性的影响。

4侧翻预警

目前，两种有两种主要的方法，其中之一是通过处理我们关心的、由传感器收集的测量信号，或建立与车辆运行条件参数和侧翻条件参数相对应的数据库，计算和估计从当前时间到发生侧翻的时间，车载计算机实时比较和估计结果;另一个估计是计算机生成数学模型和车辆使用较少参数的时间。非常有必要收集减少侧翻事故发生的最佳方法，并且在建立数学模型的计算过程中，有必要建立简单可靠的数学模型，这是由于过于复杂的数学模型会使计算量很大，不能实时提供预警值的计算，不能满足要求。

5防侧翻控制系统

车辆防侧翻控制系统是通过监视车辆的运行状态，在可能发生侧翻的危险时刻，采取一些必要的措施，改变行驶状态，最大程度地避免侧翻事故发生的一种主动控制系统。目前常见的主动防侧翻控制主要包括主动转向防侧翻控制、主动悬架防侧翻控制、主动横向稳定杆、差动制动防侧翻控制、主动驱动力控制以及联合这几种控制的综合防侧翻控制。

（1）主动转向防侧翻控制

主动转向防侧翻控制，它可以通过改变车辆，它的转角来达到改变它的行驶方向的目的，从而减小离心力，防止它侧翻，这是一种控制方法，它可以分为好几种，其中主要的是动前轮转向控制和四轮转向控制。对于动前轮转向的话，它是根据转向盘的输入，还有车速控制系统适当的加以修改，从而改变前轮转角可以达到控制侧翻的目的。但是对于四轮转向的车辆，它也是在高速时非常容易发生侧翻的问题，它的主动转向控制系统则主动调整前后轮的转角的大小，还有方向，它们在高速行驶时，使用轮和前轮的转角方向相同，可以增它的转弯半径，减小它的横摆速度，所以可以使车辆的稳定性增强，减少他的侧翻性。

（2）主动悬架防侧翻控制

主动悬架防侧翻控制，它主要是改变车辆的悬架刚度来达到改变车辆侧倾刚度，从而提高它的稳定性，然后控制它的侧翻，它主要是由一个连续可变的阻尼器和螺旋弹簧或者钢板弹簧组成的。磁流变阻尼器，它有结构非常的简单，阻尼可调响应非常快，受温度影响变化小，耐久性好等这些优点，所以很多人都说它是一种比较有前途的可以用来控制悬架刚度的机构。

6混凝土动力性能对搅拌运输车的影响

人们对将混凝土搅拌车的输出与混凝土动力性能联系起来。前者的输出量通常是转动转筒所需的液压压力。在这样的研究中，实验误差可能比通常的更高。有的团队通过一系列的计算机模拟（即CFD）进行了分析，可以明显看出，混凝土搅拌车压力值的斜率H既取决于塑性粘度μ，也取决于屈服应力τ0。然而，对于混凝土搅拌车值的截距G，它主要依赖于屈服应力τ0。除此之外，H和G值都取决于混凝土搅拌车中混凝土的体积和密度。

预拌混凝土在搅拌、运输、浇筑、捣碎后，必须质量均匀，形式稠密。可加工性是新浇混凝土最重要的性能指标，代表了其流动性、可塑性、稳定性和易损性。流动性一般反映了混合物的稠度和填充模板的能力：如果混合物太厚，其流动性差，难以压实;如果混合物太薄，其流动性很好，但它太容易分离成层。塑性与流动性有关：屈服应力大，塑性好，否则塑性较差。流动性和可塑性都是新浇混凝土的性能指标。它们相互关联，相互矛盾，因此不同的新浇混凝土的性能指标不同，而不同的新浇混凝土DE力学模型的精度将直接影响仿真结果。

为了验证模型的精度，有的团队对不同强度混凝土的坍落度和流变性能进行了模拟。新鲜混凝土的内部结构在静态时呈凝胶状。当施加的剪应力超过新混凝土固有屈服应力时，该结构被完全破坏，无法恢复。同时，所施加的剪切应力超过了新浇混凝土的固有剪切屈服应力，因此新浇混凝土可以视为宾汉流体，其剪切速率与剪切应力呈线性关系。这对应于当不超过屈服应力时的线性弹性行为。当剪应力超过屈服应力时，运动变为粘塑性行为在分析新浇混凝土的流变特性时，屈服应力和塑性粘度是基本参数。屈服应力是使混凝土变形并与坍落度值成反比增长所需的最小应力。新鲜混凝土在小于屈服应力的应力作用下不易变形。坍落度过大的新混凝土不能支撑自身的重量;它坍塌并流动，分散重力产生的应力，继续流动，直到剪应力低于屈服值。影响预拌混凝土屈服应力的主要因素是耗水量和化学外加剂。一般来说，每立方米混凝土的用水量越大，屈服应力就越小。加入减水剂也会降低屈服应力。塑性粘度会影响新浇混凝土的流速。对于两种不同的新混凝土，如果坍落度相同，但坍落度时间到稳定性不同，塑料粘度也不同。新浇混凝土的塑性粘度越大，其变形时间越长，流动的难度也就越少。新浇混凝土的塑性粘度随其水泥含量的增加而增加，加入减水剂也会增加塑性粘度。

由于施工要求，新拌混凝土除含骨料、水泥、砂、水外，还含有减水剂、粉煤灰等原材料。仅通过传统的坍落度测试无法全面表达性能。相反，一个相对简单的和轻的交叉叶片流变仪被用来揭示新鲜混凝土的流变特性，因为它是被外力搅拌的。传统的LB接触模型不同于动态耦合接触模型。在重力作用下，新鲜混凝土流动相对较慢，LBs保存良好。然而，在外力的作用下，气流加速，LBs频繁断裂，导致模拟结果失真。因此，基于动态耦合模型的两种测试方法得到的流变参数的拟合曲线非常接近。与模拟结果相比，得到了坍落度和模拟结果。坍落度分析可知，坍落度、膨胀和坍落度速度随强度变化成反比，而坍落度稳定时间随强度变化成正比。塑性粘度与屈服应力的关系呈线性变化，并随强度逐渐增加。动态耦合模型中接触单元的类型随新浇混凝土强度的变化而变化，更符合新浇混凝土坍落度的实际状态。

7总结

混凝土搅拌运输车，因为它自身的特点，一旦发生侧翻，结果非常的难以预料，造成的损失非常的大，所以分析车辆结构参数以及它的行驶状态对车辆侧翻的影响，提供汽车的参数来优化设计，理论上改善它的侧翻性能，通过实验研究防止侧翻的理论方法，寻求有效的措施，防止侧翻具有非常重大的意义。

参考文献

[1]混凝土搅拌运输车高质量发展调研报告[J].建设机械技术与管理，2021，34（03）：33-36.DOI：10.13824/j.cnki.cmtm.2021.03.005.0

[2]白傳辉.混凝土搅拌运输车搅拌筒轻量化设计与实验研究[D].青岛科技大学，2021.DOI：10.27264/d.cnki.gqdhc.2021.001092.

[3]姚泽功，张峰，王利民.混凝土搅拌运输车抖动分析及解决方法[J].专用汽车，2021（01）：89-91.

[4]袁定立，刘翔宇.混凝土搅拌运输车操纵稳定性测试分析与评价研究[J].专用汽车，2020（05）：76-81