轻量化混凝土搅拌运输车开发分析

秦磊　毛有强　戈永利

摘 要：隨着城建规模的不断扩大和科学技术的不断发展，混凝土搅拌运输车采用高品质、高性能的低密度复合材料，轻量化混凝土搅拌运输车得到广泛应用。与此同时，随着人们环境保护意识的不断加强，混凝土搅拌运输车向安全、节能、高效、环保的方向不断发展。本文从轻量化混凝土搅拌车的应用范围及场景、发展趋势、开发要点三个方面进行分析，并对OEM开发轻量化搅拌车提出了建议举措，为轻量化混凝土搅拌运输车的开发和市场导向提供参考。

关键词：混凝土搅拌运输车;轻量化;发展趋势;开发要点

1 引言

在城建发展中，为了在保证混凝土使用需求的同时，提高其运送速度，混凝土搅拌运输车迎来飞速的发展。混凝土搅拌运输车逐渐朝专用化、轻量化、智能化方向迈进，将其进行动力升级和结构优化是实现这一发展趋势的必由之路。

混凝土搅拌运输车能够自动进行混凝土的装料和卸料，具有一定的智能性，并且在运输过程中搅拌筒进行旋转搅拌，提高工程施工效率。OEM在进行轻量化搅拌车的研发制造时，将混凝土搅拌运输车的各个组成部分进行协调，分别进行优化处理，在达到国家标准的基础上，向世界领先水平靠近。

2 轻量化混凝土搅拌运输车应用范围及场景的宏观定义

随着经济社会的稳步发展，混凝土被广泛应用于各种基础建设中，且其用量也在不断地增加。经济建设拉动了混凝土搅拌运输车相关技术的进步，刺激了混凝土搅拌运输车的更新换代。为了满足浇灌现场的需求，将混凝土搅拌运输车的整体重量和机动的灵活性进行改进，提高施工工程的工作效率。

混凝土搅拌运输车是专用于长距离运输混凝土的作业中的车辆，如图1所示，混凝土搅拌运输车的主要组成部分包括操纵系统、驱动系统、搅拌系统、供水系统、以及汽车底盘、副车架等。其中，副车架负载着搅拌桶的全部重量，能够对筒体运输过程中的有害振动进行控制。 系统工作的动力来源于底盘发动机，完成对搅拌筒转动和停止的控制，实现系统的进料、搅拌和出料。作为混凝土搅拌运输车的主导部分，搅拌系统包括滚道、螺旋叶片、搅拌筒体、进料扬声器几个部分， 筒体由减速机中心轴承座及其后端的滚道支撑，倾斜置于车架上，搅拌筒内的螺旋叶片沿筒体回转，完成筒内作业。

混凝土搅拌运输车按用途可分为三种：第一种是承担运送湿料任务，在运送途中以低速方式运转，避免混凝土与筒壁粘结或离析现象的发生。 第二种是承担运送干料任务，按设计配比将配合好的干混合料进行装送，在进入施工现场前，按要求注入一定量的水，以标准速率进行滚动，在路途中完成填料混合的全过程。 第三种则是承担运送半干料任务，运送途中，在筒中补充拌合水，搅拌筒以低速转动。相对来说，后两种搅拌运输车更适合浇注作业面疏散且运输距离长的工事。

在应用车辆的选取和应用上，应注意以下原则：首先，为提高生产效率，装 卸料要迅速;其次，搅拌筒叶片和筒壁要保证有适当的厚度，且具有耐磨和耐腐蚀的特性;另外，与出料漏斗的卸料高度相比，运输车的装料高度要控制在其高度以下;还有，混凝土运输车要具有完善的安全防护装置，具有高可靠性和稳定性。

3 轻量化搅拌运输车的发展趋势的宏观分析

轻量化混凝土搅拌运输车的模拟样机、有限元法等相关现代技术在国外发达国家的研究时间较早，相关技术和经验都较为成熟，能够进行广泛的应用。 现代技术的发展能够在设计周期和控制成本等方面，对混凝土搅拌运输车进行设计与优化，达到对产品质量的提升。采用高品质、高性能的低密度复合材料，能够同时保证产品质量和减轻整体重量。搅拌运输车的整备重量主要是汽车底盘、副车架和搅拌筒三个部分。按国家《混凝土搅拌运输车》等相关规定，对运输车的搅拌筒搅动容量进行限制，在保证耐磨寿命的同时尽管减少板材厚度，开发轻量化装备，应用新型低密度材料，实现整车结构的轻量化。

搅拌系统的精细化研究也是轻量化搅拌车的发展趋势之一。螺旋叶片的曲线参数会直接决定混凝土进出料的性能，在搅拌系统运动时会形成一种复杂的密相多相流系统， 因此，在混凝土搅拌筒及叶片的设计上，可以采用流体与固体两相流数值模拟和离散单元法相结合， 柔性化建模以实现拌合料的数值仿真，达到优化的目的。另外，在设计上还可以通过剖析离析度数值的手段处理进行筒体参数的优化。

4 轻量化搅拌车开发要点分析

轻量化搅拌运输车开发要点主要集中在底盘、副车架和搅拌筒体三个组成结构上。副车架是整个车体的重要结构，其轻量化对整个搅拌运输车的轻量化进程十分重要。因此，本文以副车架结构为例，对轻量化搅拌车开发要点进行分析。副车架的轻量化设计可以从新型材料入手，利用低密度金属或复合材料，减轻整体结构的整体重量。另外，将副车架进行结构优化设计，在保证其可靠性的基础上减轻其质量，已达到轻量化目的。 新材料的应用能够有效提高轻量化，但是新材料的研发工艺复杂且成本较高，发展进程缓慢，结构的优化设计相对更易实现。利用 CAE技术，副车架建立结构应力分析有限元模型，将不同工况下其应力分布进行计算，分析载荷工况和约束处理，在此基础上对结构优化设计进行数学建模，进行尺寸、结构的优化，得到较为合理的设计方案。

在运输过程中，混凝土的重心位置是轻量化搅拌运输车开发的要点之一。混凝土可以看作近似流体，在车辆运行进行作业过程中，混凝土重心会发生变化。如图2所示，在装料过程中，搅拌运输车混凝土中心会随着混凝土的增加和搅拌筒体的旋转，向着旋转中心线的方向靠近，与车辆的纵向中心线的垂直面发生偏离。在运输过程中，随着搅拌筒体的转动，其重心基本稳定在某一位置，直到到达目的地。 在卸料的过程中，混凝土重心随着搅拌罐的旋转而移动，存在一个变大、再变小至零、转向再变大、最终归于零的过程。在装料结束、运输过程和到达目的地几个时间点上，运输车都可能会出现恶劣工况，因此，在进行车辆前支架轻量化改进时，应充分考虑混凝土重心位置的变化。

4OEM开发轻量化搅拌车的建议举措

在OEM进行轻量化搅拌车开发时，需要充分考虑成本与质量的平衡，为达到混凝土搅拌运输车轻量化要求，本文特此提出以下建议举措：

第一，加大技术研发投入，不断促进轻量化混凝土搅拌运输车结构的优化，加大搅拌系统的精细化和驱动系统的智能化。

第二，加大材料研发投入，降低低密度复合材料的成本，从根本上解决结构的整体重量问题。

第三，加快混凝土搅拌运输车的动力转型，逐渐以清洁能源替代传统染料，减少对环境的污染，实现可持续化发展。

第四，在注重新品性能和可靠性的同时，采用人机工程，提高操作者的舒适度，在兼顾产品的可维修性的同时，美化整车外观，实现产品的独特性。

5 结束语

随着公众的安全意识的提高，民众对市场上的超载车提出了质疑，国家对超载进行严控， 尤其是对货运车辆超载现象进行集中整顿，这就对了混凝土搅拌运输车的轻量化开发提出了新的挑战，符合国家法律规定的轻量化搅拌运输车成为当今技术的发展趋势。 关注轻量化搅拌车的开发要点，根据轻量化混凝土搅拌车应用范围及场景对其发展趋势进行规划和设计，提高系统性能和智能化程度，采用先进的低密度复合材料，在安全可靠的基础上，进行人性化设计，使轻量化混凝土搅拌运输车向着节能、高效、环保的方向不断发展。

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