华新水泥总裁李叶青：到2030年公司单位产品产值的碳排放量将比2005年下降70%以上
6月13日至14日，全球水泥和混凝土协会 (GCCA)领导人峰会在瑞士苏黎世召开，华新水泥总裁李叶青及140多名来自豪瑞（Holcim）、海德堡（Heidelberg）、西麦斯（Cemax）等全球水泥企业负责人，地区水泥协会的代表参加了会议。
以8m3水泥混凝土搅拌输送车为例，介绍了混凝土搅拌输送车驱动方案和液压系统主要参数的确定，传动系统原理图的拟定以及各液压元件的选型及功率、扭矩校核，并对整个系统的扭矩和功率流程进行了校核，保证了整个系统设计的合理性和可靠性。......
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1 搅拌车工况特点分析
混凝土搅拌输送车搅拌筒的驱动负载主要是扭矩。根据8m3搅拌输送车的实际工况，笔者绘制了搅拌筒扭矩随时间的变化情况，如图1所示。
 图1中：0~1加料工序 搅拌筒以14 r/min 正转，在大约10 min的加料时间里，搅拌筒的驱动力矩随着混凝土不断被加入而逐渐增大，在混凝土将加满时，力矩反而略有下降。
1~2 运料工序 在运输途中，搅拌输送车在行驶状态，搅拌筒同时作3 r/min 的正向转动，在整个运程内，拌筒驱动力矩保持稳定。
3~4 换向工序 在卸料地点，搅拌输送车停驶，搅拌筒从运拌状态制动，转入14 r/min 的反转卸料工况，搅拌筒的驱动力矩在反转开始的极短时间内陡然上升，然后迅速跌落下来。
4~5 卸料工序 搅拌筒继续以14 r/min 的速度反转，驱动力矩随混凝土的卸出而逐渐下降。
5~6 空筒返回 搅拌筒内加入适量清水，返程行驶中搅拌筒作3 r/min 的反向转动，对其进行清洗，到达混凝土工厂，排出污水，准备下一个循环。
从此曲线可以看出，在搅拌筒的工作循环中，其满载在反转卸料工序的开始时有峰值，这是因为搅拌筒满载驱动，附加有惯性阻力矩的原因。而搅拌筒在稳定工况下的载荷值并不大，由此，应以运料工序中的稳定搅拌为计算工况，最后在计算驱动功率时乘上一个安全系数，以考虑峰值的影响。
2 驱动方案的选择
混凝土搅拌运输车液压系统只完成一个动作，即搅拌筒的旋转。通过搅拌筒的正反转以及转速的变化，来完成进料、搅拌、搅动、出料工况。
目前，国内外生产的混凝土搅拌输送车，拌筒驱动装置大都采用液压!机械混合式，由以下几部分组成。
 其特点是通过液压传动部分，对系统控制和调速，利用机械传动部分减速。
液压系统驱动形式的选择由于开式系统的能耗大，不经济，且液压油中容易混入空气，导致振动与噪音，因而使用寿命较短，目前这类系统已逐步被淘汰。考虑到搅拌筒旋转功率大，并综合节能、控制方便等因素，采用闭式系统是合理的，它结构紧凑、油箱体积小、工作稳定，只要保证散热系统可靠工作即可。
搅拌筒传动通过取力器（PTO）直接从汽车发动机飞轮上获取动力（液压泵转速约等于发动机转速），用变量柱塞泵和定量马达组成闭式液压回路，通过与搅拌筒接合的减速机，带动搅拌筒转动，搅拌筒转速的改变是通过调节液压泵斜盘的角度来实现的。图2为拟定的混凝土搅拌输送车液压传动系统原理图。
 3 搅拌功率的计算说明
（1） 满载驱动阻力矩的确定
因混凝土在搅拌筒内的运动状态比较复杂，目前尚无统一实用的计算方法，笔者从数理统计的角度对收集的一些试验数据进行分析、处理，推导出了搅拌阻力矩与搅拌容积关系的经验公式。搅拌筒驱动阻力矩与搅拌筒搅拌容量的数据见表1与图3。
由图3易知，其接近一条直线，因此可设想：
M=C0+C1·V
式中：M—搅拌筒驱动力矩，N·m；
V—搅拌筒装载容量，m3。
求其最小二乘拟合式
  即 M=2764.64+336.36V
将设计参数———搅拌容积（V=8）带入上式，得
M=45454.52 N·m
因而，可以看出，搅拌车在满载情况下的搅拌阻力矩是比较大的。
（2） 满载搅拌功率的确定
Nemax=（2*n*M）/（60*1000）
式中：Nemax——搅拌筒驱动功率，kW；
n——搅拌筒最大转速，14 r/min；
M——搅拌筒驱动扭矩，N·m.
Nemax =（2*14*45454.52）/（60*1000）=21.2kW
4 液压系统主要参数的确定
（1） 减速机的选取
根据上述计算所得搅拌筒驱动阻力矩，并考虑到搅拌筒需有一定的扭矩裕度，故选取意大利PRO-MEC公司生产的PMB-7cp减速机，其最大驱动扭矩为70000 N·m，减速比为129.1。
（2） 初选系统压力
根据液压马达输出轴的最大扭矩并综合考虑系统性、可靠性、安全性等条件，初步选定液压系统最高工作压力为30 MPa。
（3） 马达的选取及功率、扭矩校核
由减速机的选取可知
  根据ARK-MESSORI公司提供的资料，可以选取 MF89 马达，排量为89mL/r，最高转速为2600 r/min。
马达功率校核
P = （ Q * D p * N t ） / 600
式中：Q ——输入流量，L/min；
D p ——马达压降，取30 MPa；
N t ——总效率，取0.9。
P = （ 89*1807.4 * 300 * 0.9 ） / 600 = 72.4 kW
马达扭矩校核
M = （ 1.59 * V g * D p * N mh ） / 100
式中：V g ———排量，mL/r；
D p ———马达压降，取30 MPa；
N mh———机械效率，取0.95。
M = 1.59 * 89 * 300 * 0.95 / 100 = 403.3 N·m
（4） 确定系统实际工作压力
 （5） 液压泵的选取及功率、扭矩校核
确定液压泵的最大工作压力，液压泵的工作力由负载的性质决定。
 式中：P m ——液压马达最大工作压力，取最大值27.6 MPa；
 ——液压泵出口到液压马达进口之间的沿程损失和局部损失之和，取 =0.5 MPa. 确定液压泵的流量Q，液压泵的流量按液压马达的最大工作流量和泄漏量来确定。
 选取ARK-MESSORI 公司的PV89 液压泵，排量为89 mL/r，最高转速为2600 r/min。
液压泵功率校核
P = （ Q p * D p ） / （ 600 * N t ） = （ 168.1 * 300 ） / （ 600 * 0.9 ） =93.4 kW
液压泵扭矩校核
M = （ 1.59 V g * D p ） / （ 100 * N mh ） = 446.9 N·m
5 结语
（1） 从整个传动系统功率流程来看，发动机→液压泵（93.4 kW）→液压马达（72.4 kW）→搅拌筒（21.2 kW，功率依次递减，能够满足系统各元件的功率要求。
（2） 从整个传动系统扭矩流程来看，发动机→液压泵（466.9 N·m）→液压马达（403.3 N·m）→搅拌筒（352.1 N·m），扭矩依次递减，同样也是满足系统要求的。
（3） 由此看来，我们对整个传动系统的设计和液压元件的选型是正确的、合理的。
（4） 不同搅拌容量的水泥混凝土搅拌输送车的液压传动系统的设计可以参照上述8m3搅拌车设计。 |
| 原作者： 蔡应强 赵铁栓 |
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