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其他 混凝土搅拌运输车技术研究及难点提炼
傅文宣 POST:2021-8-30 11:00 复制链接 看图
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国内基础设施建设投资持续推进,拉动工程机械行业发展步入快车道,混凝土搅拌运输车作为典型的工程机械产品,伴随着相关政策细化落地,尤其是新国标的发布与实施,产品技术及行业规模均得到迅速提升发展。

本文以混凝土搅拌运输车为技术跟踪对象,通过对产品技术发展及研究现状进行梳理和总结,提炼出行业“卡脖子”技术难点,为企业研发人员以及行业研究人员提供研究参考。

基本组成及工作原理

混凝土搅拌运输车是运输混凝土的罐式专用运输车辆,主要包括专用底盘、搅拌筒、动力传动系统、供水系统、进出料口、前后台、副车架、搅拌筒支撑托轮、扶梯等部件。具体如图1所示。


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图1混凝土搅拌运输车结构组成

在运输过程中搅拌筒始终转动,以防止筒内的混凝土凝固,并且在卸载后会对搅拌筒内进行冲洗以清除残余混凝土。

工作时,从底盘发动机飞轮壳后端取力,并通过传动系统(传动原理如图2所示)将动力传递到搅拌筒上,驱动其旋转。搅拌筒的正转、反转带动筒内螺旋叶片,在混凝土与筒壁和叶片的摩擦力、内在的粘着力以及重力的共同作用下,混凝土将不断地被提升、向下跌翻和滑移,在搅拌筒的筒壁以及叶片轨道的引导下,混凝土沿搅拌筒的径向与切向做复合运动,直到混凝土移动到螺旋叶片的末端。

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图2 混凝土搅拌运输车传动原理

技术研究现状

目前,针对混凝土搅拌运输车国内外学者及企业研发人员展开多方面的研究,也取得了一定的研究成果。通过文献梳理以及专利检索,总结出目前主要的研究方向包括侧翻技术研究、搅动性能技术研究、恒速控制技术研究以及制造工艺研究等方面。

2.1 侧翻技术研究

针对混凝土搅拌运输车的侧翻问题,主要的技术研究包括静态侧翻试验方法研究、动态侧翻技术研究、侧翻警示系统研究、防侧翻控制系统研究四个方向。主要研究内容及成果包括:

(1)侧向加速度是汽车侧翻的主要诱导因素,单独主动转向可以达到防止混凝土搅拌车侧翻的效果,提出主动转向和制动联合控制来防止混凝土搅拌车侧翻;

(2)混凝土运输车在转弯时易产生侧翻现象进行了分析,得出了不同状态下横向行驶的临界状态,分析出混凝土运输车行驶稳定性的影响因素;

(3)针对混凝土搅拌运输车质心变化及螺旋叶片的旋向对行车稳定性的影响进行了探究;

(4)计算搅拌筒旋转时的质心变化规律,找出临界侧翻速度与转弯半径的关系,确定转弯时混凝土搅拌运输车安全车速,搭建虚拟仪器,实时显示在转弯时的安全车速并预警;

(5)通过车身姿态的控制来警示液罐车侧翻的研究,利用多体动力学仿真,分析质心位置的改变对液罐车侧翻的影响;

(6)基于改进TTR算法的汽车防侧翻预警系统,采用卡曼滤波技术总结传统的TTR算法的优点以及缺点;

(7)通过研究混凝土搅拌运输车弯道工况下侧翻的机理,建立不同弯道混凝土搅拌运输车侧翻的动力学模型,根据实车参数进行参数仿真分析,开发出弯道工况混凝土搅拌运输车防侧翻预警系统;

(8)建立混凝土搅拌运输车的三自由度动力学模型,通过PID控制证明主动转向对混凝土搅拌运输车防侧翻有很好的控制效果;

2.2 搅动性能技术研究

混凝土搅拌运输车搅拌筒的搅拌性能直接影响混凝土匀质性,非均匀性的混凝土易出现离析现象,会造成泵送堵管,影响施工工期及泵送设备寿命。

影响搅拌筒搅拌性能的主要因素可分为非结构因素及结构因素两类,其中司机驾驶习惯、行驶路况、低速搅拌时间、搅拌筒转速是否恒速、放料前是否高速搅拌等为非结构要素;搅拌筒斜置角度、填充率、搅拌叶片等为结构要素,其中搅拌叶片参数包括螺旋方程式、螺距、螺旋升角、叶片形式等。从目前相关文献分析,国内主要集中在通过优化搅拌叶片结构参数以改善搅拌性能方面。

2.3 恒速控制技术研究

混凝土搅拌运输车的搅拌筒控制方式分为非恒速控制和恒速控制。非恒速控制即搅拌筒筒速随发动机转速呈比例变化。搅拌车行驶过程中负载重,发动机转速变化范围大且频繁,若搅拌筒控制方式为非恒速控制,则会导致搅拌筒筒速变化也频繁,实践证明,搅拌筒恒速控制能够有效提升混凝土质量,同时提升车辆寿命、降低能耗。

搅拌筒的恒速搅拌控制有四种方式可供选择:单独的发动机驱动方式、电子恒速方式、常规液压方式、恒速液压方式。目前恒速液压方式在市场上应用广泛。

2.4 焊接工艺技术研究

混凝土搅拌车在使用一定时间后,罐体结构的一些关键焊接位置会出现开裂失效,为了改善焊接接头组织性能和降低焊接接头的残余应力,研究学者提出了改进措施,具体包括:

①增开罐体滚道焊接坡口、控制拼装间隙,该工艺方法可以保证根部的熔透性,同时减缓焊缝相变时的瞬间冷却速度以及降低焊接应力;

②通过预热改进焊接方法。通过预热可降低焊缝的冷却速度,进而降低焊缝的淬火应力和减少焊缝中的马氏体组织,防止出现焊接裂纹。

行业技术难点提炼

通过对国内外文献资料介绍及用户所反馈的混凝土搅拌运输车现有技术难点进行梳理提炼,总结出目前行业内亟待解决的一些技术难点问题。主要包括以下几个方面:

(1)搅拌性能最优化

搅拌筒结构形式及转速、倾斜角度、叶片参数对搅拌筒搅拌性能产生影响,搅拌性能优劣对防止离析有决定性作用。目前的研究对于如何实现混凝土匀质性最优化还未给出精确的定量分析结论;

(2)搅拌筒的磨损量及疲劳寿命评估

由于实车试验的周期较长,目前主要借助于仿真手段对搅拌筒的磨损量进行评估,离散元仿真过程中料性测试及参数标定问题一直是困扰仿真技术人员的技术难点。如何对砂浆、骨料及混凝土的料性进行测试,并结合DEM模型,取得标定值是行业内亟待解决的问题。

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