周云鵬，黨亮，袁麗

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710021）

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混凝土攪拌車飛輪殼問(wèn)題優(yōu)化改進(jìn)

周云鵬，黨亮，袁麗

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710021）

摘 要：文章簡(jiǎn)要敘述了混凝土攪拌車在城市化建設(shè)中的重要作用，介紹了該車的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并結(jié)合實(shí)際工作中遇到的飛輪殼質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)車輛進(jìn)行系統(tǒng)的分析和測(cè)試，完成了飛輪殼的優(yōu)化改進(jìn)和跟蹤驗(yàn)證。最后對(duì)從事混凝土上裝設(shè)計(jì)、零部件設(shè)計(jì)和車輛使用人員提出了一些注意事項(xiàng)，以便全面提升混凝土攪拌車的可靠性和使用周期。

關(guān)鍵詞：混凝土；攪拌車；飛輪殼

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.03.048

CLC NO.: U469.5 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)03-145-04

前言

我國(guó)在十五和十一五期間，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，商品混凝土得到空前的發(fā)展，攪拌車作為混凝土的主要運(yùn)輸工具，它為我們的城市建設(shè)作出了很大貢獻(xiàn)，伴隨著生產(chǎn)量的需求，生產(chǎn)廠家雨后春筍般的發(fā)展起來(lái)，也出現(xiàn)了許多由于產(chǎn)品缺乏監(jiān)管和試驗(yàn)導(dǎo)致的問(wèn)題，如攪拌容量和載重量的嚴(yán)重超標(biāo)、車輛重心偏高、轉(zhuǎn)彎速度過(guò)快等，隨時(shí)可能引發(fā)安全事故發(fā)生，為此，我們需要不斷的對(duì)攪拌車進(jìn)行整體設(shè)計(jì)優(yōu)化和改進(jìn)，并加強(qiáng)使用人員對(duì)車輛日常維護(hù)和正確使用相關(guān)知識(shí)的培訓(xùn)。

1、攪拌車的簡(jiǎn)介和使用狀況

混凝土攪拌車也被稱為水泥攪拌車，主要用于混凝土攪拌站水泥的運(yùn)輸工作，由汽車底盤、傳動(dòng)系、液壓系統(tǒng)、機(jī)架、攪拌罐、進(jìn)出料裝置、供水系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、人梯等部分組成，攪拌罐前端與減速機(jī)聯(lián)接安裝在機(jī)架前臺(tái)上，后端通過(guò)滾道由安裝在機(jī)架后臺(tái)的兩個(gè)托輪支撐。

工作原理是通過(guò)取力器將汽車底盤的動(dòng)力取出，并驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)的液壓泵，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能傳給液壓馬達(dá)，馬達(dá)再驅(qū)動(dòng)減速機(jī)，由減速機(jī)驅(qū)動(dòng)攪拌系統(tǒng)，對(duì)混凝土進(jìn)行攪拌。

目前市場(chǎng)上的混凝土攪拌車底盤多為6x4車型，其整車重量約在14-15噸，罐體容積主要有8方、10方、12方等，每方混凝土約2.4噸，所以總質(zhì)量在33-44噸之間，車輛運(yùn)行路線為建筑工地與攪拌站之間，通常建筑工地和攪拌站最后一公里的路況比較惡劣，其它95%以上的運(yùn)行路況良好。

2、飛輪殼的簡(jiǎn)介及其故障狀況

飛輪殼是攪拌車上一個(gè)重要的基礎(chǔ)件，安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱之間，因攪拌車除了驅(qū)動(dòng)車輛的正常行駛，還需驅(qū)動(dòng)攪拌罐的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以增設(shè)了取力器，飛輪殼體位于取力器殼體和離合器殼體的中間，取力器內(nèi)側(cè)固定于發(fā)動(dòng)機(jī)上，外側(cè)則與飛輪殼體內(nèi)側(cè)連接，飛輪殼體外側(cè)再與離合器殼體連接。

攪拌車飛輪殼最開始損壞時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一些細(xì)微的裂紋，一般不易被發(fā)現(xiàn)，取力器中的潤(rùn)滑油會(huì)逐漸從裂紋中慢慢滲漏，當(dāng)開裂嚴(yán)重時(shí)，殼體才會(huì)發(fā)生局部破損和脫落，導(dǎo)致車輛無(wú)法正常使用，而車輛的突然損壞也會(huì)導(dǎo)致運(yùn)載的罐裝水泥中途凝固，為用戶造成極大的不便和經(jīng)濟(jì)損失。

2014年市場(chǎng)上某一區(qū)域集中出現(xiàn)攪拌車飛輪殼頻繁開裂的現(xiàn)象，車輛在運(yùn)行一段時(shí)間后，飛輪殼體周圈出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，如圖1，并且開裂的裂紋及其位置趨于一致，更換新的零件后再次發(fā)生故障，為了查明故障原因和消除故障，于是展開了一系列的分析調(diào)查和研究。

圖1

3、故障飛輪殼的調(diào)查分析

3.1 故障件在整車上的內(nèi)外受力狀況

首先從車輛動(dòng)力傳遞方面分析，扭矩從發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸尾端輸出后，其中一端直接連接發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪，再通過(guò)離合器傳輸?shù)阶兯傧?；另一端通過(guò)曲軸尾端上的齒輪與取力器中的齒輪連接，將扭矩傳輸?shù)揭簤厚R達(dá)系統(tǒng)，該位置的取力器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，它是將一對(duì)齒輪副固定于取力器殼體和飛輪殼體之間，該兩個(gè)殼體對(duì)齒輪副起主要的支撐作用，承受齒輪副傳動(dòng)產(chǎn)生的拉應(yīng)力。

其次從故障件的外部受力狀況分析，它不僅承載發(fā)動(dòng)機(jī)、取力器及變速器的部分重量，保護(hù)著離合器總成和飛輪總成，在車輛運(yùn)行時(shí)還要承載著齒輪傳動(dòng)的高頻震動(dòng)，以及車架的負(fù)載彎曲、非水平扭動(dòng)、橫向彎曲等因素的影響。此外，飛輪殼外部安裝有起動(dòng)機(jī)和離合器助力泵，它們的頻繁工作和震動(dòng)對(duì)飛輪殼局部強(qiáng)度有一定的影響。

所以該零件的性能優(yōu)劣將直接影響到整車的正常使用。

3.2 故障件的理化失效分析

圖2　故障件外觀形貌

故障件的技術(shù)參數(shù)：

零件材質(zhì)：HT250，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：石墨形態(tài)：A型或C型，石墨長(zhǎng)度4-7級(jí)，珠光體>95%，硬度180-250HB；檢驗(yàn)依據(jù)：GB/T7216-2009。

（1）宏觀檢查

失效的飛輪殼體外觀形貌見圖2，對(duì)A至F的5個(gè)斷裂部位進(jìn)行檢查，B處裂紋斷口平齊，邊緣無(wú)宏觀塑性變形，斷口上未見疏松、夾雜等鑄造缺陷，可見疲勞紋線，見圖3，將其它裂紋部位的斷口形貌整齊，均未見疲勞紋線和鑄造缺陷。

圖3

（2）性能檢查

開裂零件基體硬度平均為189HBW5/750。

（3）化學(xué)成分檢查

表1　零件的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

圖4　石墨形態(tài)100X

（4）金相檢查

在飛輪殼體開裂處附近進(jìn)行微觀檢查。該零件石墨形態(tài)可評(píng)為A型，石墨長(zhǎng)度可評(píng)為4級(jí)，見圖4；基體組織為片狀珠光體，珠光體含量可評(píng)為珠98，未見碳化物和磷共晶，見圖5。

經(jīng)過(guò)兩個(gè)故障件的理化失效分析，分析結(jié)論：“開裂零件的化學(xué)成分、金相組織、硬度均無(wú)異常；零件服役過(guò)程中受到的應(yīng)力較大，發(fā)生疲勞斷裂?！?/p>

3.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

3.3.1 底盤懸置系統(tǒng)的振動(dòng)隔震測(cè)試

在攪拌車底盤懸置中，發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱總成與車架總成共有六處隔震連接，分別為發(fā)動(dòng)機(jī)左右下支撐、變速箱左右下支撐、輔助左右支撐，隔震測(cè)試采用LMS振動(dòng)噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和PCB加速度傳感器，測(cè)試數(shù)據(jù)見表2。

表2　車輛怠速工況（550rpm）動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)隔振測(cè)試結(jié)果（2-1024Hz Overall）

注釋：（1）隔振率為衡量懸置軟墊隔振性能的指標(biāo)：（（1-隔振后/隔振前）×100%）；

（3）Overall表示振動(dòng)速度為2～1024Hz頻域范圍內(nèi)的有效值；

（4）X向?yàn)檎嚨目v向方向，Z向?yàn)檎嚨臋M向，Y向?yàn)榇怪狈较颉?/p>

測(cè)試結(jié)論：

（1）怠速工況下，動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)隔振性能總體良好，怠速綜合隔振率均在60%以上；

（2）整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，懸置隔振性能良好，無(wú)共振點(diǎn)。

3.3.2 故障車輛道路震動(dòng)測(cè)試

此項(xiàng)測(cè)試設(shè)備及方法與上述的底盤隔震測(cè)試相同，首先建立以下4個(gè)測(cè)試點(diǎn)，位置見圖6，在飛輪殼、后取力、液壓泵、上裝四處安裝上PCB加速度傳感器，同時(shí)對(duì)每處X、 Y、Z三個(gè)方向的進(jìn)行路試振動(dòng)路譜曲線監(jiān)測(cè)。

圖6　路試測(cè)點(diǎn)

分別對(duì)原始狀態(tài)的車輛和加裝固定騎馬螺栓后的車輛進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)論如下：

（1）車輛在原始狀態(tài)下行駛時(shí)，遇到大轉(zhuǎn)彎和急剎車時(shí)振動(dòng)傳感器出現(xiàn)超量程現(xiàn)象（傳感器量程為200g）。

（2）上裝副梁與車架之間安裝U型騎馬螺栓后，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)強(qiáng)度都明顯降低，飛輪殼Z向振動(dòng)由388mm/s降至274mm/s。

3.3.3 飛輪殼裝配過(guò)程的應(yīng)變測(cè)試

采用應(yīng)變片電測(cè)法對(duì)4輛車的飛輪殼進(jìn)行測(cè)試，以便得到飛輪殼易開裂部位的受力狀況，首先為故障車輛準(zhǔn)備上完好飛輪殼，然后在舊件常開裂的10個(gè)位置處安裝上電阻應(yīng)變片，檢測(cè)裝配過(guò)程中各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值，如下圖7。

圖7　四輛車飛輪殼裝配應(yīng)變

圖8

應(yīng)變測(cè)試結(jié)論：

（1）從四輛車的測(cè)試數(shù)據(jù)中看，在飛輪殼及離合器裝配后，飛輪殼應(yīng)變值一致性較好，各測(cè)試車輛飛輪殼最大應(yīng)變值平均在400uE左右，最大值出現(xiàn)于第3臺(tái)測(cè)試車輛的5號(hào)和9號(hào)測(cè)點(diǎn)位置。

（2）從測(cè)點(diǎn)變化趨勢(shì)中，可以看出測(cè)點(diǎn)5號(hào)，8號(hào)、9號(hào)測(cè)點(diǎn)應(yīng)變明細(xì)偏大，具體位置見圖8，因故障件為HT250，正應(yīng)變對(duì)零件危害性較大，所以故障件可以在此三個(gè)位置進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

3.4 故障車輛的外觀檢查

（1）故障車輛的副梁與車架之間存在移位和錯(cuò)位的現(xiàn)象。如圖9所示。

（2）攪拌罐副梁與車架之間的固定螺栓存在松動(dòng)、磨損、滑絲等現(xiàn)象。如圖10所示。

圖9

圖10

4、整改方案

根據(jù)底盤懸置系統(tǒng)振動(dòng)隔震測(cè)試、故障車輛路試震動(dòng)測(cè)試、故障件的應(yīng)變測(cè)試三個(gè)方面的測(cè)試數(shù)據(jù)及分析結(jié)論，采取以下方案：

（1）針對(duì)水泥攪拌車上關(guān)鍵部位的緊固螺栓，需要進(jìn)行定期檢查或更換。

（2）增加攪拌罐橫梁與車架之間固定約束。

（3）針對(duì)故障飛輪殼進(jìn)行局部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)。

5、效果驗(yàn)證

經(jīng)過(guò)對(duì)某攪拌站同一批的攪拌車輛為期一年的跟蹤驗(yàn)證，對(duì)故障車輛在攪拌罐橫梁與車架之間增加騎馬螺栓，并加強(qiáng)上裝的固定約束后，大于60%的車輛未發(fā)生該故障；針對(duì)再次發(fā)生故障的車輛，采取更換加固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的飛輪殼，后期該攪拌站再未發(fā)生此類故障。

6、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)攪拌車飛輪殼故障分析和優(yōu)化改進(jìn)，讓我們了解到金屬故障件的分析，首先應(yīng)從零件自身的結(jié)構(gòu)尺寸、材質(zhì)、金相組織、性能方面檢查的檢測(cè)開始，其次再?gòu)耐獠颗c之關(guān)聯(lián)零件的震動(dòng)、共振、拉伸、壓縮、扭曲變形等方面測(cè)試分析。

針對(duì)使用頻次較高、路況惡劣的工程車輛，用戶需要經(jīng)常對(duì)車上的重要螺栓、螺母進(jìn)行檢查和緊固。

攪拌車整體載重大、重心高、外廓尺寸大，經(jīng)常往返于城鎮(zhèn)道路之間，為此，用戶在使用車輛時(shí)，應(yīng)盡量避免緊急剎車和轉(zhuǎn)彎過(guò)快，以避免對(duì)整車性能造成損壞，而且也極易引發(fā)交通安全事故，對(duì)行人造成安全隱患。

水泥攪拌車作為一種特殊運(yùn)輸車輛，因其載重大、重心高，在正常使用時(shí)對(duì)車架沖擊比較大，極易造成車架的扭曲變形，所以車輛的設(shè)計(jì)人員不僅要考慮上裝與車架之間連接的可靠性和安全性、底盤懸置系統(tǒng)抗震性能、取力器與液壓泵之間傳動(dòng)軸的角度等系統(tǒng)問(wèn)題，還需要考慮取力器殼體、飛輪殼體、離合器殼體等承載部件的強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)

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[4] Q/WCG137.37-2014機(jī)械開發(fā)規(guī)范.

Concrete mixer truck flywheel shell optimization to improve the problem

Zhou Yunpeng, Dang Liang, Yuan Li
（Shaanxi heavy-duty truck manufacturing Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710021）

Abstract:this paper briefly describes the concrete mixer truck in the important role of urbanization construction, this paper introduces the basic structure and working principle of the vehicle, and connecting with the flywheel shell quality problems encountered in the actual work, the vehicle system of analysis and test, completed the flywheel shell optimization improvement and tracking verification.Finally, the concrete jacket design, parts design and vehicle use personnel puts forward some matters needing attention, in order to guarantee the reliability and life cycle of concrete mixer truck.

Keywords:concrete; mixers; flywheel shell

作者簡(jiǎn)介：周云鵬，助理工程師、學(xué)士、就職于陜西重型汽車有限公司。主要從事齒輪機(jī)械加工工藝和汽車零部件質(zhì)量管理工作。

中圖分類號(hào)：U469.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2016)03-145-04