毕业论文：混凝土运输车搅拌桶减速器结构与转向控制系统的设计.doc

毕业论文（设计）题 目：混凝土运输车搅拌桶减速器结构与转向控制系统的设计系部名称： 机械工程系 专业班级： 机自 073 学生姓名： 胡振飞 学 号： 200780734306 指导教师： 程敏 教师职称： 讲师 2010年05月20日中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）摘 要现在我国的减速器买卖市场，大多数都是国外生产的各种型号的减速器，我国的飞速发展离不开建筑行业，再加上现在比较注重人文身心的健康，所以高噪音，大污染的混凝土搅拌站不能建在市区内部或者附近，因此运输搅拌车在现在社会中变的不可或缺并且随着社会的发展越来越多。减速器是混凝土搅拌运输车核心的部件,减速器的工作原理是将液压马达输出的转矩，通过减速器平稳可靠地以一定转速传递给搅拌筒，对混凝土进行搅拌；卸料时，减速器反转，混凝土被筒内螺旋叶片搅动，均匀卸出。这种专用减速器在外形上与传统的减速器有较大差别，要求产品外观简洁、体积小、维护简便，而且由于属于重载、慢速传动系统，工况恶劣，运行中易产生振动、抖动现象，因此在产品的动态特性，零部件的强度和刚度以及制造精度等方面要求很高。近年来国内对混凝土搅拌运输车的需求高速增长，但是现在充斥着我国市场的大部分减速器都是外国的品牌，我国自己研制的减速器却分布在很少的范围之内。本文通过模仿某种型号的减速器，完成了对该型号减速器方案的设计，完成了混凝土搅拌运输车减速器三级减速系统的设计方案，确定了减速器的各级齿轮参数和结构图。混凝土搅拌运输车减速器的运行工况恶劣，其设计和制造要求很高。据初步估算工作噪声85 dB(A)；温度85，无漏油现象，与国外产品相比，这些相关的技术指标均符合要求。所以如果成功开发该减速器，完全可以用于混凝土搅拌运输车上。关键字：减速器，行星轮，太阳轮，转向，控制系统Concrete truck mixing drum structure and constant speed control gear SystemAbstractOur gear is now trading market, mostly foreign production of various types of gear, the rapid development of China is inseparable from the construction industry, coupled with the now paying more attention to human physical and mental health, so noisy, big pollution concrete mixing station should be built at or near the urban interior, transport truck mixer therefore change in the present society and as indispensable to the development of society more and more. Reducer is the core of concrete mixer truck parts, gear works by the hydraulic motor output torque, stable and reliable through the gear speed to be passed to the mixing tube, for mixing the concrete; discharge, the reducer reversal, concrete cylinder helical blade being stirred, even unloaded. The specific gear in appearance to the larger difference between the traditional gear, requiring simple product appearance, small size, easy maintenance, and owing to heavy, slow transmission, poor working conditions, operation is easy to produce vibration, jitter and, therefore, the dynamic nature of the products, parts and manufacturing strength and stiffness requirements of high accuracy and so on. In recent years, domestic demand for concrete mixing truck of rapid growth, but now most of Chinas market is full of gear are foreign brands, developed by our own gear is located in a small range.By imitating a model reducer, reducer program completed the design of the model, completed three levels of concrete mixer truck gear reducer system is designed to determine the gear reducers parameters and structure at all levels.Concrete mixer truck gear harsh operating conditions, its design and manufacturing requirements is very high. According to preliminary estimates of work noise 85 dB (A); temperature 85 , no oil leakage, compared with foreign products, the relevant technical indicators are in line with requirements. Therefore, if the successful development of the reducer can be used on a concrete mixer truck.Keywords：Reducer Planetary Gear Sun gear Swerve Control System目 录1 引言11.1 混凝土运输车的背景和意义11.1.1 研究背景11.1.2 意义11.2 我国在混凝土运输行业取得的成绩和存在的问题11.2.1 取得的成绩11.2.2 存在的问题21.3 混凝土运输车的核心部分31.3.1 混凝土运输车的减速器31.3.2 混凝土运输车的转向控制系统32 混凝土运输车专用减速器的设计42.1 行星减速器的由来和开发思路42.1.1 行星减速器的由来52.1.2 开发思路52.2 减速器的结构设计62.2.1 减速器的传动结构设计72.2.2 结构特点82.2.3 减速器的结构图92.3 技术参数的确定102.3.1 传动比的确定102.3.2 减速器最大输出转矩的确定112.3.3 行星轮内齿圈中心距112.3.4 行星轮模数的确定112.3.5 行星轮数目的确定122.4 零件材料的选择132.4.1 重要零件材料的选择132.4.2 箱体中部内齿圈的加工132.4.3 位齿轮的选择132.4.4 行星齿轮轴承材料和结构的确定132.5 行星轮系的优化设计132.5.1 目标函数和设计变量的确定132.5.2 约束条件的建立143 转向控制系统的设计153.1 电机控制转向153.1.1 三相电153.1.2 搅拌桶的三相电控制转向原理163.1.3 电机控制转向的现状163.1.4 电机控制的工作原理173.1.5 电机控制系统的优点173.2 液压控制转向系统和液压系统设计维护和常见故障排除183.2.1 液压传动基本原理183.2.2 液压系统的设计要素213.2.3 液压控制系统的优点223.2.4 液压控制系统的缺点223.2.5 液压系统的设计及选取液压元件的依据233.2.6 液压马达功率P马达、输出转速n及输出扭矩M马达的计算243.2.7 液压泵输入功率P泵、输出流量Q及输入扭矩M泵的计算243.2.8 液压元件的选取253.2.9 液压系统使用、日常维护及保养注意事项253.2.10 日常使用、维护和保养273.2.11 液压系统常见故障排除28结 论30致 谢31参考文献32IV1 引言本文从我国混凝土运输车的背景和意义出发，论述了我国自主研制混凝土运输车核心部件减速器的重要性，总结和概括国内外的现状，并参考国外的原型了解减速器的原理并且设计出减速器的结构。1.1 混凝土运输车的背景和意义混凝土是现代基本建设中被最广泛采用的建筑材料随着我国建筑业突飞猛进的发展与混凝土使用相关的一些问题日益突出。1.1.1 研究背景现在这个社会对混凝土质量的监控难以实施这直接导致了建筑物质量多次出现问题典型的如一些塌桥和道路毁坏事件给国家和人民生命财产造成重大损失，再加上建筑工地搅拌混凝土时粉尘噪声污水对工地周围环境造成很大污染三是建筑工地往往地域狭窄建筑材料堆放场地十分紧张。1.1.2 意义预拌混凝土就是混凝土搅拌与使用分离混凝土集中在搅拌站生产然后运到工地使用一个搅拌站可以为半径20 km 以内的工地服务，由行政法规规定该范围内的施工工地必须使用预拌混凝土不得现场搅拌，这样只要控制了搅拌站生产的混凝土的质量，就可以对该范围内工地施工所用混凝土质量进行有效控制，同时施工场地紧张及环保等一系列问题也就都解决了。1.2 我国在混凝土运输行业取得的成绩和存在的问题我国混凝土搅拌运输车的产品起步较晚，到70年代才开始试生产。通过技术引进与仿制，80年代以后就发展较快了，如华东建筑机械厂与日本萱场合作的MR45搅拌运输车，韶关挖掘机厂与日本极东合作开发的EA05-61A搅拌运输车等，我国的搅拌运输车在较短的时间内便达到了国际上先进的水平，经过几十年的发展，我国混凝土机械已形成较大规模的生产能力，产品性能有了较大提高，市场竞争也越来越激烈。1.2.1 取得的成绩（1）形成一定的规模：我国混凝土机械行业现有生产企业200多家，产品已形成多系列、多品种规格的局面，常规产品已基本能满足施工需要。各生产厂家的生产条件普遍得到了改善，生产能力进一步增强。国外混凝土机械进口数量逐年下降，120m3/h以下的搅拌站、125m3/h以下的输送泵以及搅拌机等领域国产设备己占主导地位。（2）产品性能质量进一步提高：新产品开发速度进一步加快，“以质量求生存，以新产品求发展”已成为混凝土机械行业厂家的实际行动。由于采用国际配套、全球采购的方针，在设计和制造中采用国际名牌产品配套，使我国商品混凝土机械的性能和质量上了一个新台阶。在新产品开发方面，各生产厂家为了满足不同用户的需求，加大市场覆盖面，不断增加系列产品的规格和品种，如华东建筑机械厂开发的240m3/h混凝土搅拌站和910m3混凝土搅拌输送车，长沙中联重工科技发展股份有限公司开发125m3混凝土泵和42m、47m臂混凝土输送泵车，中建二局建筑机械总厂开发的30t散装水泥输送车等。这些大型商品混凝土机械的批量生产，满足了国内用户需求，减少了进口量。由于市场竞争的结果，产品价格下降，用户从中得到了实惠。1.2.2 存在的问题在大好形势下，混凝土机械行业也存在一些带普遍性的问题：（1）技术创新能力较差。相当一部分厂家由于自身技术水平的限制，产品更新和开发滞后，产品多年一贯制，品种规格较少，技术含量较低，仿制产品多、名牌产品少，有专利和特色的产品以及能出口创汇的产品更少。（2）产品雷同、规格不全。新产品开发的机种和方式各企业大体相似，大多是跟在别人后面模仿，真正拥有专利和自主知识产权的东西不多。同其他机械行业一样，混凝土机械行业同样存在着重复的生产状况，导致生产过剩、销售不畅，以降价作为促销的手段，从而导致微利甚至无利可图。与此同时，国产车、泵、站等大型设备均存在着品种单一、规格不全等状况。(3)与国外差距明显。国外混凝土搅拌站(楼)体现了机电一体化技术，其微机控制技术成熟可靠，物料的配比、容量变更控制十分准确有些搅拌站（楼）还增加了搅拌机动态负荷监测、混凝土物料稠度控制、除尘、消声、废水处理等装置混凝土泵送技术日臻成熟，最大水平泵送距离达4000m，泵送量达180m3/h；产品多功能性增强。我国的混凝土搅拌及输送机械尽管性能有了较大提高，但在可靠性等方面与国外相比还有不小差距，主要体现在配套电器、液压、气动元件等方面问题较多。近年来，许多厂家均选用进口优质元器件，对提高我国混凝土机械水平起到了非常重要的作用，但在多功能方面还无法与国外相比。加料工序搅拌桶作正向转动运料工序 搅拌桶作正向转动换向工序搅拌桶从运动状态制动返回工序搅拌桶作正向转动卸料工序搅拌桶作反向转动1.3 混凝土运输车的核心部分混凝土运输车在生产生活中越来越多的被使用，而混凝土运输车里面最核心的部分就是减速器，因此，减速器的性能决定了混凝土运输车的实用性。减速器的功能越优异，混凝土运输车的工作效率就越高；同时决定运输车的工作效率的另外一方面就是搅拌车的转向控制系统。1.3.1 混凝土运输车的减速器搅拌车使用的专用减速机不仅在外形上与传统的减速机大不相同，而且由于属于重载慢速传动且工况恶劣，所以其结构设计和制造工艺也十分特殊。开发混凝土搅拌运输车用减速器，是国内市场的需要。从减速器的开发思路上，力求减速器最大输出转矩能够搅动的搅拌罐搅动容积范围宽，适用的车辆广，轴向尺寸短，工作噪声低。进行了结构及基本参数( 传动比、最大输出转矩、行星轮内齿圈中心距、行星轮模数和数目)的确定，包括重要零件材料的选择、箱体中部内齿圈的加工、变位齿轮的选择和行星齿轮轴承材料和结构的确定。1.3.2 混凝土运输车的转向控制系统转向控制系统主要分为液压控制和电机控制两个方面，本文介绍了电机控制转向系统和液压控制转向系统的工作原理和优点，当前在实际中应用最广泛的是液压控制转向系统。并详细介绍了液压控制系统的设计要素、优缺点及日常维护等。2 混凝土运输车专用减速器的设计减速器在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。减速器按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类，两者的设计、制造和使用特点各不相同。20世纪7080年代，世界上减速器技术有了很大的发展，且与新技术革命的发展紧密结合。减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。选用减速器时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速器的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量，价格等，选择最适合的减速器。减速器是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。减速器是混凝土搅拌运输车的关键部件，要求轴向尺寸小，结构紧凑，传动比大，输出转矩大，可靠性高。目前，国产混凝土搅拌运输车均是采用国外的减速器，国外减速器技术已非常成熟， 并拥有丰富的制造经验，且仍在致力于设计结构更简单、外形更小巧、转矩更大的减速器。由于国外产品价格高，供货不及时，维修和技术服务不方便，不能完全满足国内混凝土搅拌运输车发展的需要。2.1 行星减速器的由来和开发思路混凝土运输车减速器的结构与其它一般的减速器结构不同的是混凝土运输车减速器内部结构的行星齿轮传动。行星轮的实物图如图2-1所示图2-1 行星轮实物图2.1.1 行星减速器的由来行星顾名思义就是围绕恒星转动，因此行星减速器就是如此，有两个行星轮围绕一个太阳轮旋转结构的减速器。行星减速器是一种用途广泛的工业产品，其性能可与其它军品级行星减速器产品相媲美，却有着工业级产品的价格，被应用于广泛的工业场合。主要用于塔式起重机的回转机构，又可作为配套部件用于起重、挖掘、运输、建筑等行业。行星齿轮传动的主要特点是动轴传动、合理利用内啮合、功率分流，这些特点决定了它必然具备下列优点：体积小、重量轻、传动比大、结构紧凑、承载能力高传动功率大、传动效率高、工作可靠并易于实现运动的合成、分解和变速变向。2.1.2 开发思路开发国产减速器，不仅可填补我国该产品的空白，掌握专用减速器开发和制造的关键技术，还可满足国内市场的需要，为国家节约大量外汇。通过收集、比较和分析国外几种混凝土搅拌运输车用减速器的结构、技术参数和外形尺寸等，发现国外的混凝土搅拌运输车用减速器最大输出转矩能够搅动的搅拌罐搅动容积有一定范围，其结构多采用两级或三级行星传动。根据减速器的工作特点，要开发的减速器需从以下几点考虑:（1）减速器最大输出转矩能够搅动的搅拌罐容积范围应选择混凝土搅拌运输车生产厂家主导产品的容积范围。（2）减速器最大输出转矩能够搅动的搅拌罐容积范围尽量宽，以适用于多种搅动容积的车辆，使减速器用途广。（3）减速器的轴向尺寸尽量短，以方便搅拌罐的安装。（4）工作噪声低。因此，我们决定开发两级行星齿轮传动结构，适用于810 m3 搅动容积的减速器。2.2 减速器的结构设计混凝土搅拌运输车搅拌筒(罐)的设计容积为810m3，最大安装角度12，工作转速24r/min和1012r/min(卸料时的反向转速)；减速器设计传动比1311，最大输出转矩60 kNm，要求传动效率高、密封性好、噪声低、互换性强。主要包括前盖组件、被动轮组件、第一级行星轮总成、第二级行星轮总成、机体中部组件和法兰盘组件6大部分。机体间采用螺栓和销钉连接与定位，机体与内齿圈之间采用弹性套销的均载机构。为便于用户在使用时装配与拆卸，减速器主轴线与安装面设计有15的倾角，法兰盘轴线可以向X、Y和Z方向摆动6，并选用专用球面轴承作为支承。轴承装入行星轮中，弹簧挡圈装在轴承外侧且轴向间隙0.2mm，减速器最大外形尺寸467mm460mm530 mm，总质量(不含油)为290kg。水泥搅拌运输车的搅拌装置的动力配置共有两种形式，一种为专用发动机形式，另一种为共用发动机形式。选专用发动机主要优点是使搅拌和行使的动力各自独立供应，这有利于保证行驶和搅拌运输的性能。另外，即使行使发动机发生故障，搅拌装置仍能安全卸料。这种动力装置也使搅拌装置与承载底盘之间没有动力和驱动装置上的联系，因而对底盘的选择和改装要求条件较少。但这种装置的缺点也很多。首先使安装结构复杂、安装布置困难。选用专用发动机也使上车重量增加，对混凝土装载量造成损失。专用发动机的噪声较大，不利于环保。由于专用发动机具有以上的缺点，因此一般只在9m3以上的搅拌运输车才用。若选择共用发动机配置，它的搅拌驱动动力引自共用的汽车发动机，由于不再为搅拌装置单独设置动力设备，所以使这种动力配置的搅拌运输车结构紧凑，造价低。由于整车省去这部分设备的重量（一般专用发动机及其燃油箱等的总重量约500kg），因而可提高搅拌筒对混凝土的有效装载量，所以这种动力配置必需考虑共用发动机的动力储备能力，以免影响底盘的正常行驶性能，因为对选用普通载重汽车底盘来说，其发动机功率是根据汽车牵引能力业以确定的。所以这种动力配置的确定应结合底盘的选择，综合考虑行驶、搅拌两者的功率要求和承载要求，作到所选载重汽车能同时达到上述两方面的要求而无彼此的干扰。对以上两种动力配置的形式经过比较，发现对8m3的搅拌运输车只要所选底盘发动机的功率满足要求，选用共用发动机比选用专用发动机更有利。2.2.1 减速器的传动结构设计该减速器采用3级减速方案：第一级为高速圆柱齿轮传动，其余两级为NGW型行星齿轮传动。其中，第二、三级分别有3个和4个中空式行星轮，行星轮安装在单臂式行星架上，行星架浮动且采用滚动轴承作为支承；第二级行星架与法兰盘之间采用鼓形齿双联齿轮联轴器连接，混凝土搅拌运输车减速器对齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度和齿面磨损等要求十分苛刻，因此合理地选择变位系数和进行修形计算十分重要。NGW行星轮是行星齿轮传动的一种型式，常用的还有NGWN和NW型等行星齿轮传动，NGW型行星传动由内啮合(N)、公用行星轮(G一同时参与内、外啮合)和外啮合(w)组成。由于这种传动中基本构件是两个中心轮和一个行星架，故又称为2KH型行星传动。由NGW型行星传动构成的减速器与普通齿轮减速器相比，体积可减少l/21/4，效率可达9899在图2-2中，各行星轮均布在中心轮四周。几个行星轮既可共同分担载荷，以减少齿轮尺寸，又可使啮合处的径向分力与行星轮公转时产生的离心力相平衡，减小主轴承内的作用力，以增加传动的平稳性。另外由于采用了内啮合，行星轮处在内齿圈内，同时其输人轴和输出轴在同一轴线上，所以提高了空间利用率，使行星减速器径向尺寸非常紧凑， 因而在航空发动机和动力传动系统中得到了普遍应用。在设计时，为使行星传动具有尺寸小、承载能力高并符合给定的传动比，必须合理选择行星轮的个数和各个齿轮的齿数。为此应满足传动比条件、同心条件、装配条件和邻接条件。图2-2 NGW型行星齿轮传动简图a-小中心轮； b-大中心轮（内齿轮或内齿圈）； c-行星轮； H-行星架2.2.2 结构特点减速器的结构简图见图2-3，其动力传递路线为：液压马达带动输入齿轮第级太阳轮第级行星轮第级太阳轮第级行星轮输出齿轮输出法兰盘。图2-3 减速器传动简图减速器的结构特点是:（1）行星架采用了挤齿加过盈连接，结构简单紧凑，轴向尺寸小。一般行星轮减速器未采用这种连接方式。（2）行星架与输出法兰盘采用鼓形齿联轴器连接，鼓形齿受力情况好，强度和寿命较直齿高，浮动灵敏，允许有一定的倾斜角，可提高浮动均载效果。（3）输出轴上采用了外球面双列滚珠轴承，能够承受大负荷，结构简单新颖，可使输出法兰盘轴向倾斜6，满足了使用要求。（4）第、级行星齿轮轴承均采用了无内圈双列圆柱滚子轴承，轴承结构简单，承载能力大。（5）第、级行星架和太阳轮均为浮动件，传递给各行星轮的作用力相等，均载作用效果好。（6）全部齿轮采用直齿圆柱齿轮，结构简单，易加工。2.2.3 减速器的结构图如图2-4所示为减速器的结构图图2-4 减速器的结构图1-输入齿轮；2-一级行星轮；3-前盖内齿圈；4-二级行星轮；5-机座；6-法兰盘；7-球面轴承；8-二级行星架；9-二级行星齿圈；10-二级行星轮；11-一级行星架；12-螺栓；13-一级太阳轮；14-被动齿轮；15-主轴。2.3 技术参数的确定减速器的参数要根据混凝土运输车的需求来确定，参数不仅要满足混凝土运输车的整体的尺寸和减速效果，还要满足自身的刚度和强度需求。2.3.1 传动比的确定根据混凝土搅拌运输车的工作情况，搅拌罐的最大工作转速n2为20r/min，驱动减速器的液压马达最大输出转速n1为2700 r/min，减速器所需的最大传动比为:传动比的分配；开发的减速器传动比较大, 将其分成两级传动比:第级最大传动比：第级最大传动比：在多级行星轮传动中，第级传动比一般为9左右，第级传动比一般为5.6左右，上述传动比超过了该范围，而传动比过大会导致箱体外形尺寸大。因此，将第、级行星轮传动比i1、i2 降低，增加一级传动比小、结构简单的圆柱齿轮传动i3。根据太阳轮强度条件和推荐的最小齿数，行星轮和内齿圈常用齿数的搭配，总传动比为:总传动比2.3.2 减速器最大输出转矩的确定由试验的统计结果，搅拌罐所需单位驱动功率W约为812kW/m3(取10)。减速器一般最大输出转速n为1420r/min，取中间值16r/min，搅拌罐容积为10m3时的最大输出转矩为:取整数为60000Nm2.3.3 行星轮内齿圈中心距减速器外形尺寸主要由内齿圈的节圆直径或中心距决定，为使箱体结构简单，便于铸造和加工，第、级行星轮内齿圈中心距取相同尺寸。式中：-使用系数，取1.35； -第级输出转矩； -齿圈宽系数2.3.4 行星轮模数的确定第级模数 第级模数 圆整后，第级行星轮模数取3，第级取4.5。2.3.5 行星轮数目的确定根据邻接条件，行星轮数目应满足:式中：np-行星轮数目 rag-行星轮齿顶圆半径 aag-行星轮和太阳轮啮合中心距由计算得第级行星轮数目nP2=3.2，第级行星轮数目nP1=3.8，取整后，第级行星轮数为3，第级行星轮数为4。根据行星轮装配条件，检验第、级齿数和与行星轮数目之比均为整数，行星轮装配时不会产生错位现象。减速器的基本技术参数见表1表1 减速器技术参数结构形式单级圆柱齿轮加双级行星轮传动总传动比131.5两级行星轮内齿圈中心距/mm176最大输出转矩（Nm）60000行星轮个数第级3第级4最大输出转速（r/min）20行星轮模数第级3第级4.5综合以上多有的条件列出一个表2，表2为减速器各级齿轮参数表2 减速器各级齿轮参数零件名称齿数模数/mm压力角/（）变位系数齿根圆直径/mm齿顶圆直径/mm输入齿轮342.5200.528192.42被动齿轮672.5200.215162.3173.4一级太阳轮133200.58635.2247.88一级行星轮523200.5194151.6164.48前盖内齿圆1193200.52354.9342二级太阳轮144.5200.94560.579.44二级行星轮314.5200.273130.5149.5二级行星齿圈784.5200.3209366.26346.92.4 零件材料的选择2.4.1 重要零件材料的选择箱体、前盖、第、级行星架和法兰盘均要承受较大负载，箱体壁薄、结构复杂，材料的选择即要强度高又要铸造性能、加工性能和减振性能好。我们采用两种材料进行最大应力和位移变形的强度分析和比较，最终确定了箱体、前盖、法兰盘的材料为铸铁，第、级行星架的材料为铸钢。第级行星轮承受的转矩比第级齿轮和输出齿轮承受的转矩小，根据这一特点，两级行星齿轮选择了不同的合金钢材料。2.4.2 箱体中部内齿圈的加工箱体中部带内齿圈，为便于箱体加工和保证内齿圈的强度，将箱体和内齿圈分成两件结构，箱体和内齿圈采用过盈连接，周边钻孔配圆柱销，增加周向力矩。2.4.3 位齿轮的选择为减小齿轮传动的结构尺寸，减轻重量，提高齿根弯曲强度和齿面接触强度，所有齿轮均采用正变位齿轮。2.4.4 行星齿轮轴承材料和结构的确定根据行星齿轮轴承的工作情况，为提高轴承内座圈的韧性和抗冲击的能力，并满足耐磨性，轴承材料未采用常用的轴承钢，而采用优质合金钢。为防止轴承内座圈肩部承受轴向力时断裂，肩部宽度比常用的宽。2.5 行星轮系的优化设计以重量最轻为目标，对其进行优化设计。2.5.1 目标函数和设计变量的确定行星齿轮减速器的重量可取太阳轮和c个行星轮重量之和来代替，因此目标函数可简化为：式中： 中心轮1的齿数；m 模数，单位为(mm)；b 齿宽，单位为(mm)；c 行星轮2的个数；u 轮系的传动比。影响目标函数的独立参数应列为设计变量，即在通常情况下，行星轮个数可以根据机构类型事先选定，这样，设计变量为：目标函数为：2.5.2 约束条件的建立（1）小齿轮不根切，得：（2）限制齿宽最小值，得：（3）限制模数最小值，得：（4）限制齿宽系数b/m的范围：，得：（5）满足接触强度要求，得：式中： 许用接触应力。（6）满足弯曲强度要求，得：式中：、 齿轮的齿形系数和应力校正系数； 许用弯曲应力。3 转向控制系统的设计混凝土运输车是为了把混凝土从搅拌站进料然后通过运输到工地进行卸料，因此混凝土运输车关键的一部分是进行控制搅拌桶的正转和反转来达到进料和出料！因此需要一个控制系统来控制混凝土运输车搅拌桶的正转和反转。3.1 电机控制转向3.1.1 三相电三相交流电是电能的一种输送形式，简称为三相电。三相交流电源，是由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120的交流电势组成的电源。三相交流电的用途很多，工业中大部分的交流用电设备，例如电动机，都采用三相交流电，也就是经常提到的三相四线制。而在日常生活中，多使用单相电源，也称为照明电。当采用照明电供电时，使用三相电其中的一相对用电设备供电，例如家用电器，而另外一根线是三相四线之中的第四根线，也就是其中的零线，该零线从三相电的中性点引出。“三相电”的概念是：线圈在磁场中旋转时，导线切割磁力线会产生感应电动势，它的变化规律可用正弦曲线表示。如果我们取三个线圈，将它们在空间位置上互相差120度角，三个线圈仍旧在磁场中以相同速度旋转，一定会感应出三个频率相同的感应电动势。由于三个线圈在空间位置互相差120度角，故产生的电流亦是三相正弦变化，称为三相正弦交流电。工业设备许多地方采用三相供电，如三相交流电动机等。任两相之间的电压都是380VAC，任一相对中性点的电压都是220VAC。分为A相，B相，C相。线路上用L1，L2，L3来表示。（三相交流电因用途不同还有660VAC和6000VAC供电等）。能产生幅值相等、频率相等、相位互差120电势的发电机称为三相发电机；以三相发电机作为电源，称为三相电源；以三相电源供电的电路，称为三相电路。U、V、W称为三相，相与相之间的电压是线电压，电压为380V。相与中性点之间的电压称为相电压，电压是220V。零线与中性点联接和任意一条火线连接，用以提供单相电源。3.1.2 搅拌桶的三相电控制转向原理搅拌机的正反转的工作原理其实就是改变三相电流的相序，从而实现电动机正反转。其实说白了就是利用接触器或倒顺开关来改变相序（其实就是换线的位置），假设正转的三相顺序是ABC，而反转时就是CAB，也可能是ACB了。不过用倒顺开关来控制正反转线路比较简单，但是不安全，尤其是在重负荷的情况下，电动机的启动电流会较大，容易造成烧毁倒顺开关而造成人身意外伤害事故，建议使用交流接触器控制，但控制线路稍显复杂，在以后的维修方面会产生一定的问题。但为了生产安全，建议使用后者的控制方法。3.1.3 电机控制转向的现状我国国内很少生产带电控油门发动机的混凝土搅拌运输车底盘，因而针对电控油门发动机开发的电液控制系统并不能在实际中得到应用。传统的砼搅拌运输车操纵控制系统主要采用软轴控制器、机械连杆加软轴操纵控制系统，结构复杂，工作可靠性差，各联结紧固件容易松动。另外，这些操作系统都不能精确地控制搅拌筒的转速，特别是在运输过程中容易造成发动机功率过多损耗而降低汽车底盘的行驶性能。为了提高砼搅拌运输车操纵控制系统的可靠性、安全性，同时为了操作更加灵活方便，电液控砼搅拌运输车操纵系统用于实际使用中。此系统主要有R E X O C H公司开发的A4VTG EP系统和S A U E R公司开发的T M 系统。该操纵控制系统对汽车底盘的要求是发动机油门控制必须采用电子调速器，即电控油门。电控油门方式在进口底盘已被广泛应用，特别是排放达到欧洲号标准的发动机基本上采用电控油门，但国内却很少生产这种底盘，而且近阶段大量推广也不太可能（尽管SAUER 公司也开发出了用于手动油门的电控系统，但只是通过液压系统的局部调速，而发动机油门仍采用机械操纵，这样的唯一好处是能保证拌筒的恒速，但并不能给使用者带来真正意义上的方便）。如果仅仅依赖液压系统的自动调速，那么调速范围太小；而另一种方案，液压系统采用电液比例调节，油门采用机械调节，该方式不能充分发挥系统的优越性，同时也给操纵带来麻烦，也很难推广应用。也有另外一种改进的方案。是根据S A U E R 公司的T M 电控系统为例来说明对这种新型的砼搅拌运输车控制系统的改进。从TMMP089 电控比例控制专用泵的控制油路引出油压为3.5MPa 的压力油作为动力源，在原有的闭式系统基础上增加一套比例控制系统（比例换向阀4 W E 6 E - 1 2 4 N J 、液压缸Y G X 2 0 - F A -T），通过比例换向阀控制液压油缸控制发动机的油门拉杆，这样便实现发动机油门的电液比例控制，与液压泵排量的比例控制相结合，便可实现马达转速的闭环控制。3.1.4 电机控制的工作原理砼搅拌运输车电控制器有驾驶室控制器和遥控器两种方式。电控制器装有专用的控制模块，控制线连接属于机械固定接触式，性能安全可靠。控制器旋钮的每档位置都对应着搅拌筒的转速和旋向。每档位都对应一个电流设定值，通过操作旋钮传给泵的电磁阀，一个对应的控制压力就会在伺服活塞腔内建立，从而推动伺服活塞并调整斜盘角度以控制油泵的几何排量，根据泵的输入速度变化而输入的泵流量决定了马达的输出转速，即减速箱的输入转速。为了达到拌筒的恒速要求，减速箱的速度传感器记录下的实际速度作为一个反馈变量传给控制器，在控制器内基于设定值比较和调整实际值，直到两个速度值相同，从而使液压泵输出流量被控制在恒定值。控制器可以对发动机进行控制以调整液压泵的输入转速，同时装有发动机急停按钮，以保证砼搅拌运输车的工作安全可靠。3.1.5 电机控制系统的优点系统实现了真正意义上的电控，给使用者带来方便。这种新型操纵控制系统的砼搅拌运输车在方圆集团专用汽车厂已试制成功，经过近两年的实际应用，性能稳定、可靠，市场开始逐渐接受，其大量推广应用已成为可能。这种新型的操纵控制系统主要采用电液控制元件，对搅拌筒的转速和转向进行调整控制，通过闭环系统可实现精确恒速控制，由此带来下列好处。（1）车辆在运输过程中搅拌筒不随发动机转速负载的变化而变化，可稳定工作在设定的低转速下，大大降低了能耗。（2）因搅拌筒转速恒定，系统压力平稳，延长了传动元件（泵马达减速器）的寿命，提高了系统的可靠性且筒体磨损小，延长了其使用寿命。（3）搅拌筒低速稳定工作，降低了噪声辐射，避免了骨料破碎、离析，提高了砼的质量，且采用恒速控制可延伸输送距离，相应扩大了用户群。（4）精确的控制便于计量和科学管理。（5）因搅拌筒低速稳定工作，提高了司机对车辆在加减速过程中的可控性和舒适性，有利于防止事故发生。（6）驾驶室控制器和远程控制器面板设计相同，功能近似。面板上无任何字符、数值，用图案表达旋转方向，用指示条宽窄表达速度快慢，简单易懂。（7）系统面板上的分级旋纽开关使得精确计量和产品质量控制成为可能。分级旋纽开关结合闭环速度控制，重复性好。该系统的最大优点是在手动油门发动机底盘实现砼搅拌运输车拌筒的电控操纵。且成本增加很少（比例阀、小液压缸各一个加几根油管，成本仅数百元），生产厂家及用户均能接受。3.2 液压控制转向系统和液压系统设计维护和常见故障排除液压系统是混凝土搅拌运输车上车部分核心工作部件，其性能直接决定着整车的工作性能，它的正常运行是搅拌车良好技术状况的一个重要标志。因此，作好液压系统的设计计算与合理使用维护显得尤为重要。液压控制系统是以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油。通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程、不同方向的动作，完成各种设备不同的动作需要。3.2.1 液压传动基本原理液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵。液压泵依靠容积变化原理来工作，所以一般也称为容积液压泵。齿轮泵是最常见的一种液压泵，它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动。其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵，在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降低噪音。液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转变成机械能的装置，主要包括液压缸和液压马达。液压马达是与液压泵做相反的工作的装置，也就是把液压的能量转换称为机械能，从而对外做功。液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期的控制，以满足特定的工作要求。正是因为液压控制元器件的灵活性，使得液压控制系统能够完成不同的活动。液压控制元件按照用途可以分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操纵法、电动操纵阀等。除了上述的元件以外，液压控制系统还需要液压辅助元件。这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。根据不同的控制目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。双向（伺服）变量柱塞液压泵、定量柱塞液压马达以及油箱、冷却器、滤油器、胶管等辅件组成。实际使用中，一般将油箱、闸阀、冷却器、冷却器旁通阀集成一个整体，有利于安装。动力通过底盘取力器传送给液压泵-液压马达-减速机-搅拌筒，使搅拌筒实现装料、搅动、卸料等功能。这个传动系统是液压-机械混合式驱动装置，液压系统是中间环节，其工作原理见图3-2。液压系统是一个闭式液压系统，采用了手动伺服变量柱塞泵（以下简称主泵）容积式无级调速。系统除了为完成工作所必须的主回路（由主泵和定量柱塞液压马达组成）外，还有与主泵同轴设置并装成一体的辅助泵（齿轮泵）和由它组成的辅助低压补油吸油回路以及冷却回油管路等。辅助泵一路通过两个单向阀向主回路低压区补油；一路经排量控制阀与调节主泵斜盘倾角的伺服液压缸相通，组成液压泵的伺服变量机构油路；还有一路是经集成阀块中的梭形阀、低压溢流阀进入主泵和定量柱塞液压马达（以下简称马达）壳体，经回油管路及冷却器回油箱，对工作中的主泵和马达进行润滑和冷却保护。图3-1 闭式回路液压系统图图3-2 液压的工作原理图1-手动伺服变量柱塞泵；2-主回路（高压管路）；3-泵马达联接管路；4-集成阀块；5-定量柱塞马达；6-主油路测压表；7-回油管路；8-补油吸油回路；9-真空表；10-滤油器；11-油箱；12-冷却器为实现搅拌筒变速和换向等功能，在主回路中设置手动变量控制阀。它是主泵斜盘伺服液压缸的随动阀，与主泵斜盘配合控制其排油量，它与主泵做成一体。工作中，可根据搅拌筒的不同工况操作此控制阀的手柄，实现搅拌筒的速度和转向调节。此阀的操作手柄从中间位置向左、右的操作方向和幅度，相应控制主泵的斜盘方位和倾摆角度，决定主泵的排油方向和排油流量，从而通过马达的转换控制搅拌筒的转向和转速。因属随动控制，主泵流量的变化是连续的，从而可实现对搅拌筒的无级调速。但为方便准确掌握不同工况时搅拌筒需要的转速，一般在控制操作面板上相应注明加料、搅拌-搅动-停止-卸料四个位置，以示手柄应该操作的幅度。如图3-1所示。在主回路中，为了保证闭式传动系统的正常工作，还设置了由两个高压溢流阀、一个梭形阀和一个低压溢流阀组成的集成阀块，安装在液压马达上。两个高压溢流阀不仅可以避免主回路在任何一个方向超载时造成对主泵或马达的损坏，而且可起到制动作用。梭形阀在系统工作时给主回路低压区提供一个溢流通道，并由低压溢流阀保持低压区压力，同时也使溢流油流入冷却油路。冷却油路用于带走主泵和马达在工作时所产生的热量，保证它们的正常运转。其油流由辅助泵的溢流阀和集成阀块中的低压溢流阀供给，在流经主泵和马达的壳体后经冷却器实现降温。当主泵空运转时，梭形阀由回位弹簧保持中间封闭位置，辅助液压泵的输出油，将直接从主泵溢流阀供给主泵壳体冷却，冷却油不再进入马达壳体。3.2.2 液压系统的设计要素根据液压传动的结构及其特点，在液压系统的设计中，首先要进行系统分析，然后拟定系统的原理图，其中这个原理图是用液压机械符号来表示的。之后通过计算选择液压器件，进而再完成系统的设计和调试。这个过程中，原理图的绘制是最关键的。它决定了一个设计系统的优劣。液压传动的应用性是很强的，比如装卸堆码机液压系统，它作为一种仓储机械，在现代化的仓库里利用它实现纺织品包、油桶、木桶等货物的装卸机械化工作。也可以应用在万能外圆磨床液压系统等生产实践中。这些系统的特点是功率比较大，生产的效率比较高，平稳性比较好。液压作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展，液压控制系统可以和智能控制的技术、计算机控制的技术等技术结合起来，这样就能够在更多的场合中发挥作用，也可以更加精巧的、更加灵活地完成预期的控制任务。液压传动系统性能可靠，搅拌运输车液压传动系统由液压泵、液压马达、减速机、油散热器、油管及接头等