重型混凝土搅拌车的总体设计和研究

[摘要]笔者根据混凝土搅拌运输车实际的工作状况,设计出一款重型混凝土搅拌运输车,对整车的主要设计参数进行了分析和研究。

重型混凝土搅拌运输车的总体设计和分析

郑平

1—前言

近年来，随着国民经济的快速发展，基础建设的迅猛发展，无论用于运输或施工作业，专用汽车

都直接参与着国家经济建设，“十一五”中后期，我国的专用汽车行业迎来了一个小“高潮”，现进

入到“十二五”规划后，专用车更是以每年9%的涨幅进行着增长。这种增长不仅体现在产销量上的

提高，也体现在产品品种的日趋丰富、合理和产品质量、技术水平的提高上。

在国家大建设条件下，更是出现了混凝土机械无处不有的局面，这为混凝土机械带来了广阔的市

场。国内城市房屋建设中不允许使用粘土砖，水泥用量加大。国家对袋装水泥的使用和混凝土搅拌站

建设密度又有所限制，而混凝土搅拌运输车可以灵活机动地完成从搅拌站到灌溉现场的运输，保证满

足工程建设中混凝土质量要求，减轻劳动强度和降低成本，这些优越性使其成为了发展较快的专用车

品种之一。各生产企业也都加强对混凝土搅拌运输车的重视，再加上重型车向着专用化方向发展的趋

势，这些均大大促进了重型混凝土搅拌运输车的需求，刺激着市场。随着工程量的加大，技术的成熟，

混凝土搅拌筒的容积也逐步升级由5m3、6 m3到8m3、9 m 3甚至到10 m 3、12 m 3等。

本文主要以搅拌筒容积8m3的混凝土搅拌运输车设计为例，对其底盘选择、总体布置和参数的确

定进行探讨。

2 混凝土搅拌运输车的设计分析

混凝土搅拌运输车的主要用途就是将搅拌站的混凝土运至施工工地，同时确保对混凝土进行不停

的搅拌，避免造成混凝土的凝固。因此必须做到车停而搅拌不停，所以驱动罐体旋转的取力部位改由

发动机飞轮直接取力，经由传动轴传至液压油泵，油泵输出高压液体驱动罐体底部的液压马达再通过

减速机完成罐体的旋转。

车辆的基本构成是：带后取力的发动机总成，相应的离合器、变速器、车桥、车架总成、液压系

统及罐体等。

3 混凝土搅拌运输车主要参数的确定

3.1 主要尺寸参数

3.1.1 轴距L

轴距对于整车的最小转弯半径、纵向通过角、罐体的长度都有影响。目前，国内使用的6×4混凝

土搅拌车轴距多为3600～3800mm，根据设计的系列性和通用性原则，本文设计的搅拌车选择3600mm

轴距。

3.1.2 前/后轮距B1/B2

轮距大可以增大上装部分的宽度，提高整车的横向稳定性。但是轮距也不能过大，它直接影响着

整车的宽度，国家标准规定整车宽度不能超过 2.5m。根据所选用的前后桥、轮胎规格和轮辋偏距，

确定前轮距B1=2048mm ，后轮距B2=1860。 3.1.3 前/后悬L1/L2

前悬根据驾驶室前端面到前桥中心距离确定为L1=1455mm 。一般搅拌车的后悬较长,有利于减轻前桥的重量,同时便于罐体、泵、减速机等的空间布置，取底盘后悬L2=1370mm 。 3.1.4 整车外形尺寸

根据设计目标及作业系统的布置，结合罐体容积尺寸，确定该搅拌车的外形尺寸：长×宽×高（mm ）为8600×3840×2495（mm ）。 3.2 主要性能参数 3.2.1 最高车速

考虑到搅拌车一般是短途运输，路面较好，但是罐体始终在旋转，结合稳定性的考虑，取Vmax=80km/h 左右。 3.2.2 工作速度

搅拌车在行驶时罐体的旋转速度一般为3-5转/分钟，罐体在进料搅拌时最大转速12-18转/分钟。

3.3 主要总成件的选择 3.3.1 液压元件的选择

目前，搅拌车的液压元件均为进口配置，使用品牌较多的有美国伊顿、意大利邦飞利、德国力士乐等。根据罐体的有效容积8 m 3，混凝土密度为2400kg/m 3

，装载质量M=8×2400=19200kg 。液压马达通常选用MF23,液压泵通常选用PV23，减速机通常选用PM90，速比130：1。

3.3.2 发动机的选择

3.3.2.1发动机用于罐体旋转消耗的扭矩：

由于车辆行驶时,搅拌筒一直工作,因此发动机的选择不仅要考虑最高车速的需要，还要考虑罐体在旋转过程中消耗的扭矩。

由于减速机效率较低，取η=0.6；

罐体转动时所需扭矩：M 罐=M 马达*η减速机*减速机速比=282.3×0.6×130=22 020（N.m ）； 车辆行驶时，取罐体旋转n 罐=4 r/min ：

罐体转动时所消耗功率：P 罐= M 罐×n 罐

9550

=9.22（kW ）

液压系统总效率η=0.98×0.9×0.9×0.6 =0.476；（传动轴机械效率×液压泵总效率×液压马达总效率×减速机效率）

则：取力器消耗的功率P 取= P 罐/η=19.25（kW ）

取力器消耗的扭矩M 取=1309550

⨯⨯罐取n P =353.53（N.m ）。

3.3.2.2发动机用于行驶时最大功率：

Pmax=1/ηt(magfVmax/3600+CDA(Vmax)3/76140)

其中：

①传动系效率ηt取：ηt=0.9×0.92×0.98=0.81；（8档以上变速器×双级主减速器×传动轴）

②汽车总质量ma取：按装载8立方混凝土计算，上装质量按4500计算

ma=8×2400+4500+9000+165=32895kg;

③滚动阻力系数f:f值范围斜交胎：0.010-0.012；子午胎：0.007-0.008 ；取f值为：0.011；

④空气阻力系数CD：一般为0.5-0.65，此处取CD=0.65；

⑤通风面积A：货车可取前轮距×总高

Pmax=138.87KW

以上计算未将罐体旋转所消耗功率计算在内。

Pmax=138.87/0.9=154.3 KW

3.3.2.3 发动机实际扭距

M发实=M发总－M取力器

M发实————————————发动机实际转矩

M发总————————————发动机总转矩

M取力器————————————取力器输出转矩

根据功率和扭矩的转换关系，考虑到我公司发动机系列的继承性，主要方向是潍柴发动机。从WD615.44的外特性来看：

由于取力器最大可消耗发动机扭矩的50%，WD615.44最大功率

1250/1100~1600（Nm/r/min），现取力器消耗发动机扭矩仅为其28%，因此选用潍柴WD615.44的发动机可以满足行驶要求的。

同时在液压泵与液压马达排量相等时，则罐体可最大旋转数nmax=2200/130×η=15.2 r/min，满足罐体在进料搅拌时最大转速12~18 r/min的要求。

3.3.3变速器的选择

由于混凝土搅拌车的罐体转动时消耗的扭矩353Nm，则发动机WD615.44的最大扭矩减去罐体消耗掉的扭矩后，得896Nm，用于行驶。则变速器的扭矩大于896Nm,即可满足要求。

根据汽车设计中汽车动力性计算公式，结合公司产品的系列化、通用性、继承性原则，来确定变速器的型号。

3.4轴荷分配和质心计算

按照国家建筑行业标准JG/T5094《混凝土搅拌运输车》，根据容量和转速，确定罐体与水平面的夹角为13.5O ,同时根据总成配置及布置,计算出整车的质心和轴荷分配,如下表: