8立方米混凝土搅拌运输车设计计算书

一.上车的设计计算

1.搅拌筒几何容积的确定
根据经验公式:
V/Vj≤0.5~0.65(取0..567)
求出：Vj=14.1
V——设计额定装载容积V= 8(m3)
Vj ——搅拌筒几何容积(m3)
 

2.搅拌输送车上车部分的设计校核
（1）.上车后防护栏的校核

后防护栏截面如上图，取参考坐标系yz轴，分成4部分分别计算惯性矩：
AI=27×3=81㎜2
yI=-80+1.5=-78.5mm   zI=50-3-(30-3)/2=33.5mm
AII=80×3=240 ㎜2
yII=-80/2=-40mm   zII=50-1.5=48.5mm
AIII=(100-6)×3=282㎜2
yIII=-1.5mm   zIII=0mm
AIV=30×3=90㎜2
yIV=-30/2=-15mm   zIV=-50+1.5=-48.5mm
A= AI + AII + AIII + AIII=693㎜2
yc= (AI×yI+ AII×yII + AIII×yIII + AIV×yIV)/A =-25.47 mm
zc= (AI×zI+ AII×zII + AIII×zIII + AIV×zIV)/A =27.01 mm
IIzc=1/12×27×33+81×(80-1.5-25.47)2=227847.40mm4
IIIzc=1/12×3×803+240×(80/2-25.47)2=178669.01mm4 IIIIzc=1/12×94×33+282×(25.47-3/2)2=162237.67mm4
IIVzc=1/12×3×303+90×(25.47-30/2)2=16615.88mm4
Izc= IIzc + IIIzc + IIIIzc + IIVzc=585369.96 mm4
WZC= Izc/ymax=585369.96/(80-25.47)=10734.82mm3

（2）.上车侧防护栏的校核

侧防护栏截面如上图，取参考坐标系yz轴，分成5部分分别计算惯性矩：
A1=12×3=36㎜2
y1=-30+1.5=-28.5mm   z1=55-3-12/2=46mm
A2=30×3=90 ㎜2
Y2=-30/2=-15mm   z2=55-1.5=53.5mm
A3=(110-6)×3=312㎜2
y3=-1.5mm   z3=0mm
A4=30×3=90㎜2
y4=-30/2=-15mm   z4=-55+1.5=-53.5mm
A5=12×3=36㎜2
y5=-30+1.5=-28.5mm   z5=-(55-3-12/2)=-46mm
A= A1 + A2 + A3+ A4+ A5=564㎜2
yc= (A1×y1+ A2×y2 + A3×y3 + A4×y4+ A5×y5)/A =-9.25 mm
zc= (A1×z1+ A2×z2 + A3×z3 + A4×z4+ A5×z5)/A =0 mm
I1zc=1/12×12×33+36×(30-1.5-9.25)2=13367.25mm4
I2zc=1/12×3×303+90×(30/2-9.25)2=9725.625mm4 I3zc=1/12×104×33+312×(9.25-3/2)2=18973.5mm4
IIVzc=1/12×3×303+90×(30/2-9.25)2=9725.625mm4
I5zc=1/12×12×33+36×(30-1.5-9.25)2=13367.25mm4
Izc= I1zc + I2zc + I3zc + I4zc+ I5zc =65159.25 mm4
WZC= Izc/ymax=65159.25/(30-9.25)=3140.2mm3

（3）.与汽车车体连接螺栓的强度校核
 由于搅拌车在满载运输途中，经常突然刹车，此时螺栓受到惯性力作用，此力比平稳行驶时力大得多，按此力校核螺栓的剪切强度。
一个M16高强度螺栓的承载力设计值为：
Nvb=nvπd2fvb/4=1×π×162×310/4=62.3kN

a．对于5250.00(解放底盘)
制动距离s=33.8m
制动初速度V=30km/h
整车自重m=25000kg
则所产生的惯性力F=ma=mv2/2s=25682.11N 
单个螺栓所受到的剪力为：N=F/n=25682.11/34=755.3N＜Nvb=62.3kN
安全

b．对于5252.00（欧曼底盘）
制动距离s=10m
制动初速度V=30km/h
整车自重m=25000kg
则所产生的惯性力F=ma=mv2/2s=86805.55N 
单个螺栓所受到的剪力为：N=F/n=86805.55/34=2553.10N=2.53kN＜Nvb=62.3kN
安全

（4）.与汽车车体连接钢板焊缝及焊接位置的校核

4．搅拌筒内混凝土的装载重量及重心计算
(1).搅拌筒内额定装载混凝土的重量：

Wh=2400(千克/m3)×8(m3)=19200㎏
根据实体作图法可求出搅拌筒内混凝土重心位置：

二．载重汽车底盘的选择计算

（一）．载重汽车底盘车型和吨位的确定
首先按载重量选择车型的吨位，按下式计算：
Q≥W
Q—所选车型的额定载重量（25t级和31t级）
W—搅拌输送车上车总重量：
W=Wj+Wh+Wr
Wj—上车搅拌装置总自重（根据设计，计算出为4.2t）
Wh—混凝土的装载重量
Wh =1.65(t/m3)×V(搅拌筒装载容量)=1.65×8=13.2t
Wr—搅拌输送车乘员质量
Wr＝65（㎏/人）×允许乘员人数=65㎏=0.065t
由此计算出：
W=Wj+Wh+Wr=3.4+13.2+0.065=22.665t
根据Q≥W和Q+QP≤25的原则（三桥底盘只能选择25吨级）
选择：一汽解放CA1250P1K2T1S2
北汽福田欧曼BJ3258DLPJB-1
均可。

 （二）.底盘发动机的选择
根据实验所得数据,搅拌筒内混凝土所需驱动扭矩为
M=8×6000N.m/ m3=48000 N.m
则搅拌筒驱动功率为：
Nj =(2πnM)/(60×1000)
Nj—搅拌筒驱动功率，Kw
M—搅拌筒驱动扭矩，N.m
n—搅拌筒最大转速，r/min，取n=14
故：Nj=(2πnM)/(60×1000)=(2π×14×8×6000)/(60×1000)=70.37(kW)
根据Nj≤（0.15~0.2）Np
得Np≥70.37/(0.15~0.2)=351~469
由于搅拌输送车在进出料时才需要达到最大转速,而此时输送车处于怠速停车状态,底盘发动机的大部分功率都可以用来驱动搅拌筒,所以实际可以选择小一点的Np,在此,我们选择Np=192 kW（解放）和Np=235 kW（欧曼）

（三）.按实际承载能力校验底盘
底盘上的总负荷固然应该与其载重量相适应，但这些负荷在底盘上应该有一个合理的布局，否则就会造成部分桥轴和轮胎的超载或整个车辆失稳，致使实际上达不到预计的载重量。因此必须满足以下三个条件：
a）.在汽车底盘前后车轴的允许承载值的范围内：
b）.在汽车车轮的允许承载值的范围内：
c）.保持汽车行驶的稳定性。

下面我们分别来校核：
1．静态桥荷计算
根据三桥底盘规定的设计载重重心，满载前桥轴荷在整车总重的19%~28%的范围内均可，下图为本设计中搅拌输送车的载荷分布图：

Wp—汽车底盘的重量   Wj—搅拌装置的重量   Wh—搅拌筒额定装载混凝土的重量  
WF——前桥轴载荷     WR—后桥轴载荷
Lp—汽车底盘重心与后桥轴的距离   Lj—搅拌装置重心与后桥轴的距离
Lh—搅拌筒装载混凝土的重心与后桥轴的距离     Lb—前后桥的轴距

（1）．解放底盘
前桥轴载荷 WF= (Wp Lp+ Wj Lj+ Wh Lh)/ Lb
=（7450×1581.5+4200×750+13200× 590）/4035
=5630.7(㎏)
WF/25000=22.5%
满足要求

（2）．欧曼底盘
前桥轴载荷 WF= (Wp Lp+ Wj Lj+ Wh Lh)/ Lb
=（8940×1901.5+4200×690+13200× 520）/4250
=6296(㎏)
WF/25000=25%
满足要求

2．动态桥荷变化及其行驶稳定性分析
本设计中搅拌筒螺旋叶片左旋，搅动行驶时搅拌筒做顺时针方向旋转。

(1).空车
①.空车不发生侧翻的条件是车速V≤(R×g×B1/H1)1/2
即侧翻临界速度V翻=(R×g×B1/H1)1/2
②.空车不发生侧滑的条件是车速V≤(R×g×ψ)1/2
即侧滑临界速度V滑=(R×g×ψ)1/2
③.空车发生先滑后翻的条件为：
V滑＜V翻
即(R×g×ψ)1/2＜(R×g×B1/H1)1/2
即B1/H1＞ψ
式中：
B1——空车稳定幅 B1 =1015mm
H1—空车质心离地高度 H1=1120mm
g—重力加速度
ψ—附着系数，ψ=0.3~0.8
本设计中， B1/H1=1015/1120=0.906＞ψmax
满足先滑后翻的条件，如果车速过大，转弯半径过小，就会发生侧翻。

(2).重车
①.侧翻临界速度：V翻=(R×g×B4/H)1/2
侧滑临界速度：V滑=(R×g×ψ)1/2
重车发生先滑后翻的条件为：
V滑＜V翻,
即B4/H＞ψ
式中：
B——重车平地静止稳定幅 B =1056mm
B4——重车平地静止稳定幅 B 4=B-e
H—重车质心离地高度 H=1920mm
e—质心的总偏移值，e=e1+e2+e3+e4，反映拌筒重心偏移e1、路拱坡度e2、轮胎变形e3、悬挂变形e4等对稳定幅的综合影响，
在平地行驶，e=e1 +e3+e4=53+76+254=383
           B4=B-e=1056-383=673
B4/H=673/1920=0.35＜ψ(天晴路面附着系数0.7~0.8)
不满足先滑后翻的条件，故，重车在天晴时翻车是突然的，只要速度过大或转弯半径过小，都会发生。
②.混凝土偏心矩和路拱坡度对左右侧轮胎的影响
本设计中，汽车行驶时搅拌筒顺时针方向旋转。
作用于搅拌筒上的扭矩克服搅拌筒内混凝土的阻力矩，使混凝土质心左移，是左侧轮胎负荷增加；路拱坡度使车辆右倾，混凝土右移，使右侧轮胎负荷增加。稳定幅的影响值e=e1-e2=53-41=12,左侧轮胎负荷百分比PL=(B/2+e)/B=(1056/2+12)/1056=51%，右侧轮胎负荷百分比PR=49%
左右轮胎负荷比较均匀。
③重车转弯稳定性
a.右转弯
在离心力作用下,向左侧倾翻瞬间的质心偏移量为e=e1-e2+e3+e4=53-41+76+254=342,
有效稳定幅:B4=B-e=1056-342=714(mm)
侧翻临界速度V右翻=(R×gB4/H)1/2=(R×10×0.714/1.056)1/2=(6.76R) 1/2
b.左转弯
e=e1+e2+e3+e4=--53+41+76+254=318
有效稳定幅:B4=B-e=1056-318=738(mm)
侧翻临界速度V左翻=(R×gB4/H)1/2=(R×10×0.738/1.056)1/2=(6.98R) 1/2
由此说明在转弯半径相同的情况下,右转弯易翻车。

三．传动系统的计算选择

传动路线为：
汽车发动机—取力器—液压泵—液压马达—减速器—驱动搅拌筒

1．减速器的选择
（1）．8 m3混凝土搅拌车需要驱动扭矩 Me=8×6000N.m=48000 N.m
选择的减速器最大输出扭矩不能小于Me
a.选择ARK公司PMB 6SP的减速器，最大输出扭矩为60000N.m，
减速比i=99.9,
b.选择美国萨澳公司的TMG61.2的减速器，最大输出扭矩为61000 N.m，减速比i=111.5
c. 选择伊顿公司577减速器，最大输出扭矩为60000 N.m，减速比i=131

（2）．.液压马达驱动扭矩Mye=48000/99.9=480.48N.m
取系统的最大压差△P=350bar
则马达理论单位扭矩为：Mye/△P=1.37
查马达的技术参数表，可选定马达的每转排量Vg马=89cc/rev，选择089的马达。

（3）．.拌筒工作时取其转速为ndrum=14r/min
液压马达的传动效率ηmh=0.95
则液压马达的转速为nmotor=ndrum×i=1398.6 r/min
液压马达的容积效率ηv=0.96
可计算出马达的最大流量为：
Qmotor=(Vg马×n×ηv)/1000=119.49(l/min)
由于Qpump= Qmotor
液压泵的容积效率为ηv=0.96， 总效率ηt =0.91
一般情况下搅拌筒达到最大转速14r/min时，液压泵的转速npump=1500r/min
由此可根据公式：
Qpump=（Vg泵×npump×ηv）/1000
求出Vg泵=1000×Qpump /（ npump×ηv）=82.9 cc/rev
查变量泵的技术参数表，可选定089的液压泵。