攪拌車設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)全解

精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上混凝土攪拌運(yùn)輸車設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)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(jì)計(jì)算書(shū)一.上車的設(shè)計(jì)計(jì)算。1. 攪拌筒幾何容積的確定根據(jù)中機(jī)函20157號(hào)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(dòng)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(dòng)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(dòng)容量應(yīng)符合下式要求：攪動(dòng)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(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(jì)額定攪拌容積即裝載容積(m3)Vd混凝土攪拌運(yùn)輸車攪動(dòng)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(jì)尺寸的計(jì)算根據(jù)上述第一部分對(duì)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(duì)攪拌筒的設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行計(jì)算并進(jìn)行校核。根據(jù)中華人民共和國(guó)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(duì)下坡方向時(shí)不產(chǎn)生外溢，故在計(jì)算攪拌罐的額定裝載容量時(shí)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(zhǎng)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(shí)，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(duì)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(jì)時(shí)，后錐加上前錐上封頭的長(zhǎng)度基本等于中圓的半徑。具體參見(jiàn)圖2.1所示：設(shè)前錐長(zhǎng)為，中圓柱長(zhǎng)為，后錐長(zhǎng)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(shí)數(shù)值，取c1值為1.55，c2值為0.77，根據(jù)2-1、2-2公式計(jì)算L1長(zhǎng)度為1550mm，L2長(zhǎng)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 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(shí)數(shù)值，1值為17o，2值為21o，根據(jù)2-3、2-4公式計(jì)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(cè)出其體積。圖2.2后錐段的有效容積由圖2.2測(cè)量可得攪拌筒后錐段的有效容積:V1 =1.0m 圖2.3前錐段的有效容積由圖2.3測(cè)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(jì)算公式由V2計(jì)算出L2長(zhǎng)度為875mm。綜上可以計(jì)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(jiàn)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(jì)算校核：攪拌筒幾何容積計(jì)算公式：Vj= L3（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(jì)符合國(guó)標(biāo)要求。3.傳動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算選擇3.1設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù) 根據(jù)客戶意見(jiàn)或產(chǎn)品改進(jìn)計(jì)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(dòng)系統(tǒng)需要滿足下表所示設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)要求。表3.1 3.5方攪拌車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸入?yún)?shù)參數(shù)名稱參數(shù)符號(hào)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(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速mR/min2500發(fā)動(dòng)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(jiàn)，攪拌筒在卸料初始階段，攪拌筒所需驅(qū)動(dòng)扭矩最大，攪拌筒液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)以滿足此階段超載時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力來(lái)設(shè)計(jì)。3.2參數(shù)計(jì)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(shí)，攪拌筒所受的阻力矩為最大阻力矩，目前工程計(jì)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(lái)源混凝土攪拌輸送車攪拌筒驅(qū)動(dòng)阻力矩和驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算，公式推導(dǎo)數(shù)據(jù)來(lái)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(jì)算得到值為為穩(wěn)定狀態(tài)的1.21.4倍，并已考慮長(zhǎng)時(shí)間行駛后（混凝土沉淀）攪拌筒啟動(dòng)時(shí)的峰值。現(xiàn)以Ks=0.8的系數(shù)對(duì)公式（3-3）進(jìn)行修正，得式（3-4）： 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(jì)算得到Mj=18647.65N.M。3.2.2攪拌筒最大驅(qū)動(dòng)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(jì)算得到Pjm=27.33KW3.3設(shè)計(jì)選型設(shè)計(jì)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(dòng)減速機(jī)，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(jì)時(shí)，先預(yù)取發(fā)動(dòng)機(jī)PTO口最大穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，然后計(jì)算液壓油泵最大排量，選型后驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)PTO口最大穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。圖3.2 設(shè)計(jì)思路3.3.1減速機(jī)的選取 選擇減速機(jī)型號(hào)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(jì)算得到m=14*103=1442r/min。馬達(dá)最大輸出扭矩Mm=Mj/I （3-9）計(jì)算得到Mm=18647.65/103=181.05N.M。則馬達(dá)計(jì)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(jì)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(jì)算得到Pm=6.28*181.05/（45*0.95）=26.59Pa。 查液壓馬達(dá)HAA2FM45樣本手冊(cè)，額度輸出扭矩為258N.m。所選用液壓馬達(dá)能滿足減速機(jī)驅(qū)動(dòng)力設(shè)計(jì)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(jì)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(lái)確定，液壓泵的最大流量Qp為： QpQm/pv （3-13）計(jì)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 (3-14)式中 v-為發(fā)動(dòng)機(jī)在液壓系統(tǒng)最大載荷時(shí)的最高穩(wěn)定速度，查發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性曲線，取值2100r/min，此轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩1090N.M。計(jì)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2100r/min時(shí)，油泵流量滿足攪拌筒14r/min的最高轉(zhuǎn)速需求。力士樂(lè)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(jì)算得到Mp=45*30.5（2*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(jì)，攪拌筒加混凝土總重為9.96噸，則設(shè)計(jì)方案中：滿載時(shí)P=9.96*9.8=97.61KN,=13.5°b1=910.5mm b2=2124.5mmF3=P/（1+b2/b1）cos （3-16）計(jì)算F3=30.25 KNF1=P-F3cos（）=97.61-30.25*cos13.5.°=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(guò)校核得知，HL4F-B/P2300減速機(jī)滿足攪拌筒工況設(shè)計(jì)要求。3.4.2 發(fā)動(dòng)機(jī)PTO輸出驗(yàn)算 當(dāng)負(fù)載力矩大小相同時(shí)，液壓系統(tǒng)馬達(dá)排量小則系統(tǒng)壓力大，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩的要求也大，以下將驗(yàn)算發(fā)動(dòng)機(jī)PTO口輸出扭矩要求。 發(fā)動(dòng)機(jī)PTO口最大輸出扭矩MBO為： MBO= Mp /eo （3-21）式中eo為傳動(dòng)軸機(jī)械效率，取值0.92；計(jì)算得到MBO =526.35/0.92=572.11N.M。發(fā)動(dòng)機(jī)在PTO最大扭矩為572.11N.M時(shí)，能穩(wěn)定輸出2100r/min的轉(zhuǎn)速。發(fā)動(dòng)機(jī)PTO輸出功率驗(yàn)算：最大負(fù)載時(shí)，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(jì)算得到Ppi=45*0.95*2100*30/（60*0.9）=49.88KW。最大負(fù)載時(shí)，要求發(fā)動(dòng)機(jī)輸入功率Pei為： Pei=Ppi/eo （3-23）計(jì)算的到Pei=49.88/0.92=54.21KW。玉柴130匹馬力發(fā)動(dòng)機(jī)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(guò)對(duì)攪拌筒負(fù)載分析計(jì)算，得到超載攪拌筒最高轉(zhuǎn)速時(shí)，3.4方攪拌車攪拌筒阻力矩為18647.65N.M。設(shè)計(jì)選型HL4F-B/P2300減速機(jī)，其設(shè)計(jì)最大輸出扭矩24000NM,能滿足系統(tǒng)扭矩傳遞要求，通過(guò)計(jì)算校核，得到減速機(jī)輸出軸滿足攪拌筒滿載時(shí)軸向、徑向載荷要求。 設(shè)計(jì)選型海特克油泵HP2VC45HW、海特克馬達(dá)HAA2FM45，其最大輸出扭矩分別為237.56和258NM，能滿足最大負(fù)載扭矩181.05NM的驅(qū)動(dòng)能力要求。專心-專注-專業(yè)