搅拌车减速机结构及工作原理详解

5月 10, 2022 产品中心

混凝土运输搅拌车是“一站三车”的重要组成设备之一,多作为搅拌站的配套运输机械,通过它们将搅拌站与工地联系起来,承担着将商品混凝土从搅拌站安全、可靠、高效地运输到工地的任务。如果它与混凝土输送泵配合,在施工现场进行“接力”输送,则可以完全不再需要人力的中间周转,而将混凝土连续不断地输送到施工浇注点,是将混凝土从搅拌站到工地的重要运载工具,起着特殊的“桥梁”作用,实现混凝土输送的高效能和全部机械化作业。这样极大地提高了劳动生产率和施工质量。

减速机是混凝土搅拌运输车的核心关键零部件,在搅拌运输车加料、运输、卸料过程中,担负起搅动混凝土以防止出现离析,从而保证混凝土质量,增加运输距离的作用。为其持续提供动力,以满足搅动混凝土所需扭矩及转速,同时承受来自满载搅拌筒轴向及径向的自重载荷和冲击载荷。尤其是汽车在高速刹车、转弯、下坡等工况时,减速机将受到强大的冲击载荷。柔性机构在减速机中与行星齿轮传动机构有着同样重要的作用,不仅承担来自搅拌车的轴向载荷、径向载荷,吸收减速机与搅拌罐的安装误差、运输过程中的冲击形变位移,还担负起保证齿轮传动平稳性、均载性的作用。

为了驱动搅拌筒转动,最原始的时候采用链条链轮传动方式,后来采用轴承联轴器的传动方式,目前应用最广泛的为液压系统加减速机的传动方式,更好的适应了工况的要求。减速机作为搅拌筒的一个重要支撑点,大约要承载搅拌筒的2/3的重量,加上行驶过程过颠簸产生的附加载荷,这就要求减速机有很大的承载能力。随着对运输混凝土质量要求的提高,且运行工况中匀速转动,对减速机的性能要求也逐步提高。

目前使用的搅拌筒末级传动所用的减速机均为行星齿轮传动机构,靠法兰盘将动力输出,行星齿轮传动具有体积小、质量小、结构紧凑、承载能力高和传动效率高的优点,并且传动比大,可以实现多级行星串联来提升传动比,也可以将定轴穿动和行星传动组合一起使用,其性能远优于定轴穿传动,适合要求传动比大、承载能力大、安装空间狭小的场合。行星齿轮传动还具有运动平稳,抗冲击力和振动力强的特点。搅拌车是属于低速大扭矩运行的特种工程专用机械,由于其对工作过程中的可靠稳定性要求和安装方式的影响,使得行星齿轮传动结构的减速机成为搅拌车用减速机的首选类型。

在行星齿轮传动方面,国外一直处于领先地位,尤其是德国和美国。1880年德国申请了第一个行星齿轮传动的专利,195l年高速大功率的行星齿轮传动在德国得到了广泛的应用,行星齿轮传动正沿着高速大功率和无极变速等方向发展,已经广泛应用于各行各业。近年来,材料的热处理工艺已经得到大幅度的提高,间接地提高了齿轮传动的承载能力。行星齿轮的结构和工作原理都有所创新。在搅拌车制造行业,意大利、德国、日本的搅拌车制造技术已经走过几十年历史,发展相对成熟。

搅拌车用减速机都是采用行星齿轮传动,常见的有双行星排齿轮传动,意大利的邦飞利公司曾设计用封闭式行星齿轮传动,封闭式行星齿轮传动比一般行星齿轮传动体积更小、由于功率的分流使得其承载能力很强。轮边减速机就是封闭式行星齿轮传动的一个典型应用。但它也有自身的缺点,即设计难度大、结构复杂等,在设计的过程中涉及到的变量比较多,数学模型复杂、目前对其优化设计的研究很少,尤其是对其多目标优化方面研究更少。

近些年,搅拌车在我国得到了迅猛发展,但是我国在用的搅拌车多是拼装的卡车,其减速机、泵、马达多采用国外进口部件,性能稳定但不方便维修。国内也有仿制的企业,其仿制水平与国外有些差别。在20世纪60年代我国开始研制行星齿轮传动,70年代可以生产标准化的系列化的NGW型行星齿轮,先后研制了大功率的行星齿轮箱。

减速机是混凝土搅拌运输车的关键核心部件。混凝土搅拌运输车减速机的工作原理是将定量液压马达输出的转矩,通过减速机多级串联的行星齿轮传动机构平稳可靠地以一定转速传给搅拌筒。它具有结构紧凑、传动比大、输出扭矩大、功率密度高等优点,其作用放大液压马达输出扭矩、减少液压马达输出转速为搅拌简提供所需的扭矩和转速,以满足混凝土在运输过程中搅拌的需求,减速机输出法兰盘与搅拌筒通过螺栓刚性连接,起着搅拌筒前端支撑作用并保持搅拌筒的安装角度,同时为清洗系统中的水泵提供动力。

减速机顶端配备有清洗系统,其主要功能搅拌筒的清洗,有时也用于运输过程中的干料搅拌,同时也对液压系统起着冷却作用。

搅拌车用减速器采用的都是行星齿轮传动结构,这样能使结构紧凑、承载力大,抵抗冲击和振动的能力比较强。其典型的传动原理如图所示,这是一个由两个并排的NGW行星排组成的二级减速机,有的减速机为了增大传动比可以在输入轴一侧加上一级定轴传动,构成三级传动的减速机。液压马达将动力通过联轴器驱动一级行星齿轮机构的太阳轮,从而传递给整个轮系,一级内齿圈是直接加工在前盖上的,也少有用镶齿圈的形式,内齿圈固定不动,一级行星架作为一级减速的输出端,在结构上做成花键的形式从而带动二级行星齿轮机构的太阳轮,同样地,二级内齿圈是加工在壳体上,固定不动,二级行星架输出动力,带动法兰盘驱动搅拌罐的旋转,从而实现搅拌或者卸料。

市场上也有其他传动方案的减速机,例如:一级NW行星齿轮和一级NGW行星齿轮传动,这种结构一级传动比不太大;为了增加传动比,也有采用一级定轴传动和两级NGW行星齿轮传动的,适合于减速比要求大、承载能力要求高的场合。

这些传动结构在使用中各个齿轮受力比较均匀,承载能力高。输出法兰盘用螺栓与搅拌筒联接,以带动搅拌筒进行搅拌。法兰盘是直接受力部件,在搅拌车行驶过程中,加上道路上的颠簸会对减速机造成巨大的冲击。为了解决这个问题,搅拌车用减速机都有一个特定角度的调心摆动机构,设计极限角度为4°,该机构能够实现与罐体摆动调心连接。实现摆动的零部件为法兰盘大轴承和鼓形齿,如下图所示。

该减速机输出端的轴承为特制的调心滚子轴承,在标准件调心滚子轴承的基础上进行了改进,外圈滚道为球面形,故其调心性能良好,能补偿同轴度误差,特别适用于重载或振动载荷下工作,设计时加宽了球面形的外圈滚道,使其调心角度可达4°,增大了轴承抗冲击载荷的能力。如图所示的二级行星架为直齿,连接齿设计为鼓形齿,摆动原理和鼓形齿联轴器一样,从而保证了在轴出现不对中的情况或者存在角度偏移的情况下不产生齿端卡住的现象。在一定的偏转角度范围内,使接触情况大为改善,承载能力得到大幅度提高。

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