攪拌車設(shè)計計算書全解

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 混凝土攪拌運輸車 設(shè) 計 計 算 書 湖北匯合專用汽車有限公司 二〇一四年五月二十日 混凝土攪拌運輸車設(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)中機函［2015］7號文件《關(guān)于規(guī)范混凝土攪拌運輸車《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） 二軸混凝土攪拌運輸車 ≤16000a ≤4 ≤7.7 2) 混凝土攪拌運輸車的攪拌筒

2、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）×110% 注：混凝土密度采用GB/T 26408-2011《混凝土攪拌運輸車推薦的2400kg/m3。 根據(jù)上述要求：HH5142GBJ型混凝土攪拌運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 ≥0.515 V≤Vd/1.1=3.6 m3 V——設(shè)計額定攪拌容積即裝載容積(m3) Vd——混凝土攪拌運輸車攪動容量(m3)

3、 Vj ——攪拌筒幾何容積(m3) HH5142GBJ型混凝土攪拌運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型混凝土攪拌運輸車攪拌容積與攪拌筒幾何容積的確認，先對攪拌筒的設(shè)計尺寸進行計算并進行校核。 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《混凝土攪拌運輸車》，攪拌筒的斜置角α的取值選為13.5o。 由于運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

4、）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，對合理分配運載底盤前后橋負荷，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。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)《混凝土機械攪拌輸送車型式和基本參數(shù)》試行標(biāo)準(zhǔn)中要

5、求：c1取值范圍為1.4~1.8，c2取值范圍為0.7~0.97，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為后錐后段安裝進料口位置的半徑，r2為進料口半徑，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- L1xtanα1 2-3 r3=r- L3xtanα2 2-4

6、根據(jù)《混凝土機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α1取值范圍為14.2o~18.1o，前錐角α2取值范圍為15o~22o，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， α1值為17o，α2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α1=17o ，前錐角α2=21o，由L1、L3、r、r1、r2、r3、α、α0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大小的三維實體模型，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 =1.0m

7、 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

8、 攪拌筒幾何容積計算校核： 攪拌筒幾何容積計算公式： Vj= πL3（r2+ r32+ r* r3）/3+πL1（r2+ r12+ r* r1）/3+πr2L2 代入以上數(shù)據(jù)，得出HH5142GBJ型混凝土攪拌運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)品改進計劃提出產(chǎn)品的性能要求HH5142

9、GBJ型混凝土攪拌運輸車驅(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)名稱 參數(shù)符號 單位 數(shù)值 備注 攪拌裝載方量 V m3 3.5 攪拌桶最高轉(zhuǎn)速 ηj R/min 14 發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速 ηm R/min 2500 發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速 ηe R/min 1900 混凝土密度 ρi Kg/m3 2.45*103 3.2攪拌車工作狀況 如圖3.1所示： 0~1階段：攪拌筒加料工況； 1~2階段：攪拌筒運料工況； 2~3階段：攪拌筒卸料工況； 3~4階段：攪拌筒空筒返回工

10、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)驗公式 Mjs=2764.64+5336.36V (3-1) 式中V---攪拌筒混凝土裝載方量。 Vj=V(σj+1） （3-2） 式中

11、，σj----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(σj+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)來源陜西中大機械集團有限責(zé)任公司所提供實驗數(shù)據(jù)，計算得到值為為穩(wěn)定狀態(tài)的1.2~1.4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?，F(xiàn)以Ks=0.8的系數(shù)對公式（3-3）進行修正，得式（3-4）： Mj=KsMjs=2212+4269Vj （3-4） 式中Vj---攪拌筒超載

12、混凝土裝載方量。 Vj=V(σj+1） （3-5） 式中σj--攪拌筒超載量； 將式（3-5）代入（3-4），得到式： Mj=2212+4269V(σj+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=2πXηjMj/60/1000 （3-7） 計算得到Pjm=27.33KW 3.3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

13、中液壓馬達輸出扭矩并經(jīng)減速機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，經(jīng)減速機滿足攪拌筒輸出轉(zhuǎn)速要求，其中減速機起轉(zhuǎn)速、扭矩傳遞作用。液壓馬達輸出扭矩的關(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。液壓馬達參數(shù)設(shè)計時，先預(yù)取發(fā)動機PTO口最大穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，然后計算液壓油泵最大排量，選型后驗證發(fā)動機PTO口最大穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。 圖3.2 設(shè)計思路 3.3.1減速機的選取 選擇減速機型號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液壓馬達的選取 初選系統(tǒng)最大工作壓力差△Pm=30MP。 馬

14、達最大輸出轉(zhuǎn)速ηm為： ηm=ηji (3-8) 計算得到ηm=14*103=1442r/min。 馬達最大輸出扭矩Mm=Mj/I （3-9） 計算得到Mm=18647.65/103=181.05N.M。 則馬達計算排量Vm=2πMm/（△P*ηmm） （3-10） 式中ηmm---液壓馬達機械效率，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HAA2FM45，排量為Vm=45ml/r，最高工作轉(zhuǎn)速3

15、200r/min，40MPa壓差作用下輸出扭矩258N.M。 海特克馬達HAA2FM45馬達最大工作壓力△Pm校核： △Pm=2πMm/（Vm*ηmm） （3-11） 計算得到△Pm=6.28*181.05/（45*0.95）=26.59Pa。 查液壓馬達HAA2FM45樣本手冊，額度輸出扭矩為258N.m。所選用液壓馬達能滿足減速機驅(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 △Pp≥△Pm+dp （3-12） 其中△

16、Pm為液壓馬達的最大工作壓力差，為30MPa，dp為油泵與馬達之間的壓力損失，取0.5MPa。計算的到△Pp≥30.5MPa。 液壓泵的流量按液壓馬達的最大輸入流量和泄露量來確定，液壓泵的最大流量Qp為： Qp＞Qm/ηpv （3-13） 計算得到Qm=1442*45/（1000*0.95）=68.31L/min。 代入式（3-13）中得到 Qp＞68.31 L/min /0.95=71.91 L/min。 從而可得到油泵排量Vp＞Qp/ηv (3-14) 式中 ηv---

17、為發(fā)動機在液壓系統(tǒng)最大載荷時的最高穩(wěn)定速度，查發(fā)動機萬有特性曲線，取值2100r/min，此轉(zhuǎn)速發(fā)動機最大扭矩1090N.M。計算得到＞71.91 L/min *1000 ml / L /2100 r/min＞34.24ml/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=Vp△Pp/2πηpm （3-15） 式中ηpm為柱塞泵機械效

18、率，取值0.92。 計算得到Mp=45*30.5（2*3.14*0.92）=237.56N.m。 3.4 校核驗算 3.4.1減速機輸出軸校核 出于主軸軸承最大承壓能力限制，由PMP減速機樣本可以得到：HL4F-B/P2300減速機徑向最大承受載荷為：Frad=75KN, HL4F-B/P2300減速機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,α=13.5°b1=910.5mm b2=2124.5mm F3=P/（1+b2/b1）cosα

19、 （3-16） 計算F3=30.25 KN F1=P-F3cos（α）=97.61-30.25*cos13.5.°=68.03KN（3-17） F2=F3sin（α）=30.25*sin13.5°=12.35KN （3-18） Frad=F1sin（α）+F2cos（α）=Psin（α）=97.61*sin13.5° =39.85KN＜75KN （3-19） Fax=F1cos（α）-F2sin（α）=Pcos（α）-F3=97.61*cos13.5°-30.25=20.38KN＜

20、24KN。 （3-20） 通過校核得知，HL4F-B/P2300減速機滿足攪拌筒工況設(shè)計要求。 3.4.2 發(fā)動機PTO輸出驗算 當(dāng)負載力矩大小相同時，液壓系統(tǒng)馬達排量小則系統(tǒng)壓力大，對發(fā)動機輸出扭矩的要求也大，以下將驗算發(fā)動機PTO口輸出扭矩要求。 發(fā)動機PTO口最大輸出扭矩MBO為： MBO= Mp /ηeo （3-21） 式中ηeo為傳動軸機械效率，取值0.92； 計算得到MBO =526.35/0.92=572.11N.M。 發(fā)動機在PTO最大扭矩為572.

21、11N.M時，能穩(wěn)定輸出2100r/min的轉(zhuǎn)速。 發(fā)動機PTO輸出功率驗算： 最大負載時，液壓泵輸入功率Ppi為： Ppi=VplηV△ pp1 /60ηp （3-22） 式中ηp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。 最大負載時，要求發(fā)動機輸入功率Pei為： Pei=Ppi/ηeo （3-23） 計算的到Pei=49.88/0.92=54.21KW。 玉柴130匹馬力發(fā)動機額定功率94.89KW,能滿足攪拌筒旋轉(zhuǎn)最大功率需求。 3.5 總結(jié) 通過對攪拌筒負載分析計算，得到超載攪拌筒最高轉(zhuǎn)速時，3.4方攪拌車攪拌筒阻力矩為18647.65N.M。設(shè)計選型HL4F-B/P2300減速機，其設(shè)計最大輸出扭矩24000NM,能滿足系統(tǒng)扭矩傳遞要求，通過計算校核，得到減速機輸出軸滿足攪拌筒滿載時軸向、徑向載荷要求。 設(shè)計選型海特克油泵HP2VC45HW、海特克馬達HAA2FM45，其最大輸出扭矩分別為237.56和258NM，能滿足最大負載扭矩181.05NM的驅(qū)動能力要求。 專心---專注---專業(yè)