攪拌車設(shè)計計算書

1、混凝土攪拌運(yùn)輸車設(shè)計計算書湖北匯合專用汽車有限公司二一四年五月二十日混凝土攪拌運(yùn)輸車設(shè)計計算書一.上車的設(shè)計計算。1. 攪拌筒幾何容積的確定根據(jù)中機(jī)函20157號文件關(guān)于規(guī)范混凝土攪拌運(yùn)輸車公告管理要求的通知中第1條1、2、3款要求:1) 混凝土攪拌運(yùn)輸車應(yīng)符合下表規(guī)定：車型最大總質(zhì)量（kg）攪拌筒攪動容量（m3）攪拌筒幾何容量（m3）二軸混凝土攪拌運(yùn)輸車16000a47.72) 混凝土攪拌運(yùn)輸車的攪拌筒填充率應(yīng)不小于51.5 (填充率定義：攪拌筒攪動容量與幾何容量之比，用百分比表示)。3) 混凝土攪拌運(yùn)輸車的攪動容量應(yīng)符合下式要求：攪動容量載質(zhì)量（kg）/ 混凝土密度（kg/m3）×

2、;110%注：混凝土密度采用GB/T 26408-2011混凝土攪拌運(yùn)輸車推薦的2400kg/m3。根據(jù)上述要求：HH5142GBJ型混凝土攪拌運(yùn)輸車攪拌筒幾何容積攪拌容積（攪拌容積=載質(zhì)量（kg）/ 混凝土密度（kg/m3）應(yīng)滿足如下要求：Vd/ Vj 0.515VVd/1.1=3.6 m3V設(shè)計額定攪拌容積即裝載容積(m3)Vd混凝土攪拌運(yùn)輸車攪動容量(m3)Vj 攪拌筒幾何容積(m3)HH5142GBJ型混凝土攪拌運(yùn)輸車的攪拌容積選定為3.5 m3。2.攪拌筒設(shè)計尺寸的計算根據(jù)上述第一部分對HH5142GBJ型混凝土攪拌運(yùn)輸車攪拌容積與攪拌筒幾何容積的確認(rèn)，先對攪拌筒的設(shè)計尺寸進(jìn)行計算并

3、進(jìn)行校核。根據(jù)中華人民共和國建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG/T5094-1997混凝土攪拌運(yùn)輸車，攪拌筒的斜置角的取值選為13.5o。由于運(yùn)輸車必須保證在坡度為14%的路面上行駛且出料口面對下坡方向時不產(chǎn)生外溢，故在計算攪拌罐的額定裝載容量時取混凝土與攪拌軸線的夾角 圖2.1攪拌罐體圖攪拌筒目前一般采用梨形，底部（稱為前錐）是較短的錐形，中部是圓柱形，上部（后錐）是較長的錐形，研究發(fā)現(xiàn)：攪拌筒中下部的外形接近球體形狀為最佳，這時，不僅攪拌效果好，攪拌效率高，而且也因攪拌筒重心適當(dāng)前移，對合理分配運(yùn)載底盤前后橋負(fù)荷，提高攪拌輸送車的裝載能力是有利的。因此，設(shè)計時，后錐加上前錐上封頭的長度基本等于中圓的半徑

4、。具體參見圖2.1所示：設(shè)前錐長為，中圓柱長為，后錐長為，中圓半徑r，則根據(jù)交通法規(guī)的要求攪拌筒的最大半徑，取r為1.0m 2-1 2-2根據(jù)混凝土機(jī)械攪拌輸送車型式和基本參數(shù)試行標(biāo)準(zhǔn)中要求：c1取值范圍為1.41.8，c2取值范圍為0.70.97，結(jié)合我司制作前后錐的下料工藝，選取下料鋼板利用率最大時數(shù)值，取c1值為1.55，c2值為0.77，根據(jù)2-1、2-2公式計算L1長度為1550mm，L2長度為770mm。圖2.1中r1為后錐后段安裝進(jìn)料口位置的半徑，r2為進(jìn)料口半徑，取值范圍250-310mm，選取為275mm，r3為前錐與封頭結(jié)合部位封頭的半徑。r1=r- L1xtan1 2-3

5、 r3=r- L3xtan2 2-4 根據(jù)混凝土機(jī)械攪拌輸送車型式和基本參數(shù)試行標(biāo)準(zhǔn)中要求后錐角1取值范圍為14.2o18.1o，前錐角2取值范圍為15o22o，結(jié)合我司制作前后錐的下料工藝，選取下料鋼板利用率最大時數(shù)值，1值為17o，2值為21o，根據(jù)2-3、2-4公式計算r1半徑為530mm，r3半徑為700mm。后錐角1=17º ，前錐角2=21º，由L1、L3、r、r1、r2、r3、0等數(shù)據(jù)，利用AUTOCAD和Pro/E軟件，作出攪拌筒各部分有效容積真實(shí)大小的三維實(shí)體模型，這樣就能測出其體積。圖2.2后錐段的有效容積由圖2.2測量可得攪拌筒后錐段的有效容積:V1

6、=1.0m 圖2.3前錐段的有效容積由圖2.3測量可得攪拌筒前錐段的有效容積:V3 =1.04m根據(jù)上述第一部分確定的攪拌容積3.5m3可以得出中筒部分有效裝載容積應(yīng)該為：V2=V- V1- V3=1.46 m圖2.4中筒段的有效容積示意圖圓柱截段計算公式由V2計算出L2長度為875mm。綜上可以計算出攪拌筒的各部位尺寸如所示：L1=1550mm，L2=875mm，L2=770mm，r=1000 mm，r1=530mm，r2=275mm，r3=700mm，詳細(xì)尺寸見圖1.5攪拌筒各部位尺寸尺寸示意圖：圖2.5攪拌筒各部位尺寸尺寸示意圖攪拌筒幾何容積計算校核：攪拌筒幾何容積計算公式：Vj= L3

7、（r2+ r32+ r* r3）/3+L1（r2+ r12+ r* r1）/3+r2L2代入以上數(shù)據(jù)，得出HH5142GBJ型混凝土攪拌運(yùn)輸車攪拌筒的幾何容積為：Vj=7.45 m。校核HH5142GBJ型混凝土攪拌運(yùn)輸車攪拌筒的填充率為：Vd/ Vj=3.5*1.1/7.45*100%=51.67%51.5%。結(jié)論：綜上所述，HH5142GBJ型混凝土攪拌運(yùn)輸車攪拌筒的設(shè)計符合國標(biāo)要求。3.傳動系統(tǒng)的計算選擇3.1設(shè)計輸入?yún)?shù) 根據(jù)客戶意見或產(chǎn)品改進(jìn)計劃提出產(chǎn)品的性能要求HH5142GBJ型混凝土攪拌運(yùn)輸車驅(qū)動系統(tǒng)需要滿足下表所示設(shè)計輸入?yún)?shù)要求。表3.1 3.5方攪拌車驅(qū)動系統(tǒng)輸入?yún)?shù)參數(shù)

8、名稱參數(shù)符號單位數(shù)值備注攪拌裝載方量Vm³3.5攪拌桶最高轉(zhuǎn)速jR/min14發(fā)動機(jī)最高轉(zhuǎn)速mR/min2500發(fā)動機(jī)額定轉(zhuǎn)速eR/min1900混凝土密度iKg/m³2.45*10³3.2攪拌車工作狀況如圖3.1所示：01階段：攪拌筒加料工況；12階段：攪拌筒運(yùn)料工況；23階段：攪拌筒卸料工況；34階段：攪拌筒空筒返回工況； 圖3.1 攪拌筒工況載荷曲線由圖可見，攪拌筒在卸料初始階段，攪拌筒所需驅(qū)動扭矩最大，攪拌筒液壓系統(tǒng)設(shè)計時以滿足此階段超載時所需的驅(qū)動力來設(shè)計。3.2參數(shù)計算3.2.1最大阻力矩的確定 在超載且攪拌筒處于最高轉(zhuǎn)速的工況時，攪拌筒所受的阻力矩為

9、最大阻力矩，目前工程計算阻力矩Mj主要有兩種方法：（1） 經(jīng)驗(yàn)公式 Mjs=2764.64+5336.36V (3-1)式中V-攪拌筒混凝土裝載方量。 Vj=V(j+1） （3-2）式中，j-攪拌筒超載量，取10%； 將式中（2-2）代入式（2-1），得到式： Mjs=2764.64+5336.36V(j+1) (3-3) 此公式來源混凝土攪拌輸送車攪拌筒驅(qū)動阻力矩和驅(qū)動功率的計算，公式推導(dǎo)數(shù)據(jù)來源陜西中大機(jī)械集團(tuán)有限責(zé)任公司所提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計算得到值為為穩(wěn)定狀態(tài)的1.21.4倍，并已考慮長時間行駛后（混凝土沉淀）攪拌筒啟動時的峰值。現(xiàn)以Ks=0.8的系數(shù)對公式（3-3）進(jìn)行修正，得式（3-4

10、）： Mj=KsMjs=2212+4269Vj （3-4） 式中Vj-攪拌筒超載混凝土裝載方量。 Vj=V(j+1） （3-5）式中j-攪拌筒超載量； 將式（3-5）代入（3-4），得到式： Mj=2212+4269V(j+1） （3-6）將V=3.5帶入式（3-6)，計算得到Mj=18647.65N.M。3.2.2攪拌筒最大驅(qū)動功率的確定 最高轉(zhuǎn)速超載工況攪拌功率:Pjm=2XjMj/60/1000 （3-7）計算得到Pjm=27.33KW3.3設(shè)計選型設(shè)計思路：如圖3.2所示，攪拌筒必須滿足扭矩和轉(zhuǎn)速要求。其中液壓馬達(dá)輸出扭矩并經(jīng)減速機(jī)放大滿足攪拌筒輸出扭矩要求；液壓油泵輸出流量驅(qū)動減速機(jī)

11、，經(jīng)減速機(jī)滿足攪拌筒輸出轉(zhuǎn)速要求，其中減速機(jī)起轉(zhuǎn)速、扭矩傳遞作用。液壓馬達(dá)輸出扭矩的關(guān)鍵參數(shù)為壓力和排量；而液壓油泵輸出的關(guān)鍵參數(shù)為輸入轉(zhuǎn)速和排量。液壓馬達(dá)參數(shù)設(shè)計時，先預(yù)取發(fā)動機(jī)PTO口最大穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，然后計算液壓油泵最大排量，選型后驗(yàn)證發(fā)動機(jī)PTO口最大穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。圖3.2 設(shè)計思路3.3.1減速機(jī)的選取 選擇減速機(jī)型號HL4F-B/P2300，i=103，最大扭矩2400N.M。滿足攪拌筒扭矩傳遞要求。3.3.2液壓馬達(dá)的選取 初選系統(tǒng)最大工作壓力差Pm=30MP。 馬達(dá)最大輸出轉(zhuǎn)速m為： m=ji (3-8)計算得到m=14*103=1442r/min。馬達(dá)最大輸出扭矩Mm=Mj/I （3

12、-9）計算得到Mm=18647.65/103=181.05N.M。則馬達(dá)計算排量Vm=2Mm/（P*mm） （3-10）式中mm-液壓馬達(dá)機(jī)械效率，取值0.95。計算得到Vm=6.28*181.05/（30*0.95）=39.89ml/r。 選擇海特克馬達(dá)HAA2FM45，排量為Vm=45ml/r，最高工作轉(zhuǎn)速3200r/min，40MPa壓差作用下輸出扭矩258N.M。海特克馬達(dá)HAA2FM45馬達(dá)最大工作壓力Pm校核： Pm=2Mm/（Vm*mm） （3-11）計算得到Pm=6.28*181.05/（45*0.95）=26.59Pa。 查液壓馬達(dá)HAA2FM45樣本手冊，額度輸出扭矩為25

13、8N.m。所選用液壓馬達(dá)能滿足減速機(jī)驅(qū)動力設(shè)計要求。3.3.3液壓泵的選取選擇海特克油泵HP2VC45HW，確定,液壓泵的最大工作壓力差PpPm+dp （3-12）其中Pm為液壓馬達(dá)的最大工作壓力差，為30MPa，dp為油泵與馬達(dá)之間的壓力損失，取0.5MPa。計算的到Pp30.5MPa。 液壓泵的流量按液壓馬達(dá)的最大輸入流量和泄露量來確定，液壓泵的最大流量Qp為： QpQm/pv （3-13）計算得到Qm=1442*45/（1000*0.95）=68.31L/min。 代入式（3-13）中得到 Qp68.31 L/min /0.95=71.91 L/min。從而可得到油泵排量VpQp/v (

14、3-14)式中 v-為發(fā)動機(jī)在液壓系統(tǒng)最大載荷時的最高穩(wěn)定速度，查發(fā)動機(jī)萬有特性曲線，取值2100r/min，此轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)最大扭矩1090N.M。計算得到71.91 L/min *1000 ml / L /2100 r/min34.24ml/r。選擇海特克HP2VC45HW變量柱塞泵，高壓溢流閥設(shè)定壓力40MPa，最高工作轉(zhuǎn)速3600r/min，排量Vp=45ml/r。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為2100r/min時，油泵流量滿足攪拌筒14r/min的最高轉(zhuǎn)速需求。力士樂變量柱塞泵最大輸入扭矩為： Mp=VpPp/2pm （3-15）式中pm為柱塞泵機(jī)械效率，取值0.92。計算得到Mp=45*30.5（2*

15、3.14*0.92）=237.56N.m。3.4 校核驗(yàn)算3.4.1減速機(jī)輸出軸校核出于主軸軸承最大承壓能力限制，由PMP減速機(jī)樣本可以得到：HL4F-B/P2300減速機(jī)徑向最大承受載荷為：Frad=75KN, HL4F-B/P2300減速機(jī)軸向最大承受載荷為：Fax=24KN,根據(jù)3.5m3攪拌車的設(shè)計，攪拌筒加混凝土總重為9.96噸，則設(shè)計方案中：滿載時P=9.96*9.8=97.61KN,=13.5°b1=910.5mm b2=2124.5mmF3=P/（1+b2/b1）cos （3-16）計算F3=30.25 KNF1=P-F3cos（）=97.61-30.25*cos13

16、.5.°=68.03KN（3-17）F2=F3sin（）=30.25*sin13.5°=12.35KN （3-18）Frad=F1sin（）+F2cos（）=Psin（）=97.61*sin13.5°=39.85KN75KN （3-19）Fax=F1cos（）-F2sin（）=Pcos（）-F3=97.61*cos13.5°-30.25=20.38KN24KN。 （3-20）通過校核得知，HL4F-B/P2300減速機(jī)滿足攪拌筒工況設(shè)計要求。3.4.2 發(fā)動機(jī)PTO輸出驗(yàn)算 當(dāng)負(fù)載力矩大小相同時，液壓系統(tǒng)馬達(dá)排量小則系統(tǒng)壓力大，對發(fā)動機(jī)輸出扭矩的要求也大

17、，以下將驗(yàn)算發(fā)動機(jī)PTO口輸出扭矩要求。 發(fā)動機(jī)PTO口最大輸出扭矩MBO為： MBO= Mp /eo （3-21）式中eo為傳動軸機(jī)械效率，取值0.92；計算得到MBO =526.35/0.92=572.11N.M。發(fā)動機(jī)在PTO最大扭矩為572.11N.M時，能穩(wěn)定輸出2100r/min的轉(zhuǎn)速。發(fā)動機(jī)PTO輸出功率驗(yàn)算：最大負(fù)載時，液壓泵輸入功率Ppi為： Ppi=VplV pp1 /60p （3-22）式中p為液壓泵總效率，取值0.9計算得到Ppi=45*0.95*2100*30/（60*0.9）=49.88KW。最大負(fù)載時，要求發(fā)動機(jī)輸入功率Pei為： Pei=Ppi/eo （3-23）計算的到Pei=49.88/0.92=