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  混凝土自动上料搅拌车飞轮壳问题优化改进

  我国在十五和十一五期间,随着国家经济建设的飞速发展,商品混凝土得到空前的发展,自动上料搅拌车作为混凝土的主要运输工具,它为我们的城市建设作出了很大贡献,伴随着生产量的需求,生产厂家雨后春笋般的发展起来,也出现了许多由于产品缺乏监管和试验导致的问题,如搅拌容量和载重量的严重超标、车辆重心偏高、转弯速度过快等,随时可能引发安全事故发生,为此,我们需要不断的对自动上料搅拌车进行整体设计优化和改进,并加强使用人员对车辆日常维护和正确使用相关知识的培训。

  1、自动上料搅拌车的简介和使用状况

  混凝土自动上料搅拌车也被称为水泥自动上料搅拌车,主要用于混凝土搅拌站水泥的运输工作,由汽车底盘、传动系、液压系统、机架、搅拌罐、进出料装置、供水系统、操纵系统、人梯等部分组成,搅拌罐前端与减速机联接安装在机架前台上,后端通过滚道由安装在机架后台的两个托轮支撑。工作原理是通过取力器将汽车底盘的动力取出,并驱动液压系统的液压泵,把机械能转化为液压能传给液压马达,马达再驱动减速机,由减速机驱动搅拌系统,对混凝土进行搅拌。

  目前市场上的混凝土自动上料搅拌车底盘多为 6x4 车型,其整车重量约在 14-15 吨,罐体容积主要有 8 方、10 方、12 方等,每方混凝土约 2.4 吨,所以总质量在 33-44 吨之间,车辆运行路线为建筑工地与搅拌站之间,通常建筑工地和搅拌站后一公里的路况比较恶劣,其它 95%以上的运行路况良好。
混凝土自动上料搅拌车飞轮壳问题优化改进
  2、飞轮壳的简介及其故障状况

  飞轮壳是自动上料搅拌车上一个重要的基础件,安装于发动机与变速箱之间,因自动上料搅拌车除了驱动车辆的正常行驶,还需驱动搅拌罐的转动,所以增设了取力器,飞轮壳体位于取力器壳体和离合器壳体的中间,取力器内侧固定于发动机上,外侧则与飞轮壳体内侧连接,飞轮壳体外侧再与离合器壳体连接。自动上料搅拌车飞轮壳开始损坏时,会出现一些细微的裂纹,一般不易被发现,取力器中的润滑油会逐渐从裂纹中慢慢渗漏,当开裂严重时,壳体才会发生局部破损和脱落,导致车辆无法正常使用,而车辆的突然损坏也会导致运载的罐装水泥中途凝固,为用户造成极大的不便和经济损失。

  2014 年市场上某一区域集中出现自动上料搅拌车飞轮壳频繁开裂的现象,车辆在运行一段时间后,飞轮壳体周圈出现开裂现象,并且开裂的裂纹及其位置趋于一致,更换新的零件后再次发生故障,为了查明故障原因和消除故障,于是展开了一系列的分析调查和研究。

  3、故障飞轮壳的调查分析

  1) 故障件在整车上的内外受力状况

  首先从车辆动力传递方面分析,扭矩从发动机曲轴尾端输出后,其中一端直接连接发动机的飞轮,再通过离合器传输到变速箱;另一端通过曲轴尾端上的齿轮与取力器中的齿轮连接,将扭矩传输到液压马达系统,该位置的取力器结构比较简单,它是将一对齿轮副固定于取力器壳体和飞轮壳体之间,该两个壳体对齿轮副起主要的支撑作用,承受齿轮副传动产生的拉应力。

  其次从故障件的外部受力状况分析,它不仅承载发动机、取力器及变速器的部分重量,保护着离合器总成和飞轮总成,在车辆运行时还要承载着齿轮传动的高频震动,以及车架的负载弯曲、非水平扭动、横向弯曲等因素的影响。此外,飞轮壳外部安装有起动机和离合器助力泵,它们的频繁工作和震动对飞轮壳局部强度有一定的影响。所以该零件的性能优劣将直接影响到整车的正常使用。

  2) 故障件的理化失效分析

  故障件的技术参数:

  零件材质:HT250,技术标准:石墨形态:A 型或 C 型,石墨长度 4-7 级,珠光体>95%,硬度 180-250HB;检验依据:GB/T7216-2009。

  (1)宏观检查

  失效的飞轮壳体外观形貌见图 2,对 A 至 F 的 5 个断裂部位进行检查,B 处裂纹断口平齐,边缘无宏观塑性变形,断口上未见疏松、夹杂等铸造缺陷,可见疲劳纹线,见图 3,将其它裂纹部位的断口形貌整齐,均未见疲劳纹线和铸造缺陷。

  (2)性能检查

  开裂零件基体硬度平均为 189HBW5/750。
混凝土自动上料搅拌车飞轮壳问题优化改进
  (3)金相检查

  在飞轮壳体开裂处附近进行微观检查。该零件石墨形态可评为 A 型,石墨长度可评为 4 级;基体组织为片状珠光体,珠光体含量可评为珠 98,未见碳化物和磷共晶。经过两个故障件的理化失效分析,分析结论:“开裂零件的化学成分、金相组织、硬度均无异常;零件服役过程中受到的应力较大,发生疲劳断裂。”

  4、整改方案

  根据底盘悬置系统振动隔震测试、故障车辆路试震动测试、故障件的应变测试三个方面的测试数据及分析结论,采取以下方案:

  (1)针对水泥自动上料搅拌车上关键部位的紧固螺栓,需要进行定期检查或更换。

  (2)增加搅拌罐横梁与车架之间固定约束。

  (3)针对故障飞轮壳进行局部优化设计。

  5、效果验证

  经过对某搅拌站同一批的自动上料搅拌车辆为期一年的跟踪验证,对故障车辆在搅拌罐横梁与车架之间增加骑马螺栓,并加强上装的固定约束后,大于 60%的车辆未发生该故障;针对再次发生故障的车辆,采取更换加固结构设计的飞轮壳,后期该搅拌站再未发生此类故障。

  6、通过自动上料搅拌车飞轮壳故障分析和优化改进,让我们了解到金属故障件的分析,首先应从零件自身的结构尺寸、材质、金相组织、性能方面检查的检测开始,其次再从外部与之关联零件的震动、共振、拉伸、压缩、扭曲变形等方面测试分析。针对使用频次较高、路况恶劣的工程车辆,用户需要经常对车上的重要螺栓、螺母进行检查和紧固。
混凝土自动上料搅拌车飞轮壳问题优化改进
  自动上料搅拌车整体载重大、重心高、外廓尺寸大,经常往返于城镇道路之间,为此,用户在使用车辆时,应尽量避免紧急刹车和转弯过快,以避免对整车性能造成损坏,而且也极易引发交通安全事故,对行人造成安全隐患。

水泥自动上料搅拌车作为一种特殊运输车辆,因其载重大、重心高,在正常使用时对车架冲击比较大,极易造成车架的扭曲变形,所以车辆的设计人员不仅要考虑上装与车架之间连接的可靠性和安全性、底盘悬置系统抗震性能、取力器与液压泵之间传动轴的角度等系统问题,还需要考虑取力器壳体、飞轮壳体、离合器壳体等承载部件的强度。
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