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  混凝土搅拌运输车车架结构改进设计及分析


  混凝土搅拌运输车(以下简称搅拌车)作为一种专用的混凝土运输车辆,广泛应用于基础设施建设方面。搅拌车具有结构庞大,质量大,重心高,为保证混凝土的匀质性及防止离析,在运输行驶过程中搅拌筒也在时刻运转着。其功用及结构特点也产生了一些问题,如超高,超载,转弯时易发生侧翻等。由于搅拌车常往返于搅拌站与施工现场之间,运输距离较大,且多行驶于城市道路,因此上述问题就需要格外重视。


  随着我国经济建设步伐的加快,国家对基础设施建设的投入加大,房地产行业的快速发展,以及国家对商品混凝土的大力推行,混凝土运输业蓬勃发展起来,混凝土的运输不同于其他货物的运输,因其特殊性只能采用一种专用运输车辆运输──混凝土搅拌运输车,混凝土搅拌运输车的主要作用是将混凝土从搅拌站运输到施工现场,并在行进的过程中对混凝土进行搅拌,以保证混凝土的匀质性。

混凝土搅拌运输车车架结构改进设计及分析
  2000 年之后,国家对基础设施建设的大力投入和房地产市场的繁荣局面,促使混凝土搅拌运输车在我国呈现出高速发展阶段。由于城市群的不断发展扩大,城市的市政建设及建筑施工更是离不开这种专用设备。


  由于混凝土搅拌运输车这一专用车辆是通过汽车行业衍生发展而来,在近二十年来随着商品混凝土需求量的增大而使其市场繁荣,这一繁荣的市场被众多企业看好,纷纷加大投入力度抢占市场。


  目前,国内外混凝土搅拌运输车(下文简称搅拌车)一般的结构型式大体相似,主要由底盘、副车架、搅拌筒(包括滚道)、搅拌筒前后支撑架、进出料输送装置、托轮支撑装置、供水系统、电气系统、液压系统等部件组成。搅拌筒由前后台支架支撑连接,前台支架处通过减速机与搅拌筒前端相连,后台支架处通过2个托轮支承搅拌筒的滚道,形成 3 点支承,前后台支撑一般与副车架焊接为一整体,副车架再通过 U 形螺栓、止推板等与主车架相连。这种结构形式在较小方量的搅拌车上已成熟运用,但对于较大和超大容量搅拌车而言,则存在以下问题:

混凝土搅拌运输车车架结构改进设计及分析
  (1)搅拌筒装载容量的增大,必然使得搅拌车整车尺寸超长、超高。国家道路运输法规定运输车辆大整车高度不得超过 4m,而国内大容量搅拌车大部分整车高度都在 4m 左右,高达到 4.15m;


  (2)由于搅拌筒装载容量增大,整车重心高,罐体满载混凝土后很大程度上提高了整车的重心高度,给车辆行驶带来严重的安全隐患,在急转弯处很容易发生侧翻等事故,直接危害到操作人员及路边行人的人身安全。


  (3)搅拌车装载容量的增大,必然使得搅拌筒加长,搅拌筒的前后支撑跨度增大,前支撑至中后桥中心距离增大,过大的支撑跨度使副车架的弯矩增大,极易引起副车架的塑性形,严重时会产生车架断裂,这也是搅拌车常见的失效形式。


  1 国外搅拌车发展状况


  在国外,发达国家先进的工业基础,为搅拌车等相关施工类的建筑工程设备的生产制造提供了可靠的技术保障。原始的搅拌车是以蒸汽作为动力,搅拌筒是木制的,直到 1880 年才开始用钢铁材料搅拌筒代替了木制搅拌筒。后来又不断改进完善,才把搅拌筒做成现在的圆柱形。为了保证运到施工现场的混凝土质量,1926 年美国首次研发了拌筒式在平面位置安放的混凝土搅拌车。此后,各发达国家纷纷效仿,性能先进的混凝土搅拌运输车也不断研制出来。在全球搅拌车市场中德国和意大利品牌占据着重要地位,两国所占的市场比率在 42%左右,品牌主要有德国的 Liebherr(利勃海尔)和 Stetter(施德达),意大利的 Imer 和 Cifa 等。美国 OSHKOSH 公司生产的 S 系列混凝土搅拌运输车采用独特的前端卸料形式,在极端恶劣的工况下,性能也不会受到大的影响。


  在装载方量上,由于国外法规的严格限制,国外的搅拌车大多为 10m3以下,主流的是 6~8 m3的车型。如德国 MAN 公司的 4 轴 TGS32.4008x4 搅拌车装载量为 8 m3。


  目前由于节能环保要求,车身的轻量化设计,国外的搅拌车都采用较小方量设计。
混凝土搅拌运输车车架结构改进设计及分析

  2 国内搅拌车现状


  20 世纪 60 年代中期,上海华东建筑机械厂进口了我国辆混凝土搅拌运输车。1980 年我国开始自行研制混凝土搅拌车,主要是通过进口零部件重新进行组装,或进行技术合作引进技术经验。


  从 1982 年开始,很多企业都引进了国外优良的生产技术,不断探索吸收改进,逐渐提高了搅拌车的产量和国产化率。中国重汽集团青岛重工有限公司(原青岛专用汽车制造厂)引进澳大利亚的 VULCAN(铁匠)品牌混凝土搅拌车技术进行生产,2002 年,该类产品在中国工程建设机械及新材料新技术展览会上受到广大用户的广泛关注。


  内蒙古北方巴里巴工程专用车有限公司采用西班牙施维波姆公司的引进技术,能够生产 4~20m3不同型号的搅拌车。近些年来,国内的一些厂家也对搅拌车的研发投入不断加大。中联重科将混凝土搅拌运输车搅拌筒的搅拌叶片设计成变螺距双搅拌叶片,使得搅拌筒容量增大,搅拌空间充分,确保了搅拌筒良好的搅拌性能。


  三一重工对搅拌车采用 CAN 总线进行控制,用 GPS 完成准确定位,自检测功能及维持搅拌筒速度不变等功能,使得操作更加简便,目前国内市场上的搅拌车搅拌容积大致有6~7m3、8~9m3、10~12m3以及12~16m3等,其中以装载容量为 6~10m3  的车型为主。


  当前国内搅拌车的底盘是国产与国外兼有,但 2000 年以前,基本上被国外品牌全部垄断,如日本的五十铃、三菱、日野、日产柴等,欧系的戴姆勒一奔驰、曼、沃尔沃、雷诺、斯堪尼亚等。2005 年之后,国产搅拌车底盘的使用率逐渐增大,目前国内搅拌车市场占有率较大的生产厂家有三一重工、上海华建  、安微星马、福田重机、中联重科、北方奔驰等,其中中国重汽、德国曼、华菱三家占据着国产搅拌车底盘 80%的市场率。


  按照 GB 1589-2004《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限制》规定,经计算,6×4 型混凝土搅拌运输车的装载容量不应超过 6 m3,而搅拌车主要服务于城市建设,且一般行驶于城市及市郊的 20km 左右的范围区域,即便超载,地方管理部门也采取默许态度,厂家为追逐客户多拉少跑的需求将车辆实际装载容量设计为 8~9 m3甚至更大。
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