（机械设计及理论专业论文）基于vb程序开发的混凝土泵车总体参数设计方法研究.pdf

卢 一 a d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o i i i iiii ii iii iii1 1 1 i i l y 1810 9 9 5 保密2 年 t o n g j iu n i v e r s i t yi nc o n f o r m i t yw i t ht h er e q u i r e m e n t s f o r t h ed e g r e eo fm a s t e ro fp h i l o s o p h y t h er e s e a r c ho fc o n c r e t ep u m p t r u c k s w h o l ed e s i g nm e t h o db a s e d o nv i s u a lb a s i c d e p a r t m e n t ：s c h o o lo fm e c h a n i c a l e n g i n e e r i n g d i s c i p l i n e ：m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g m a j o r ：m e c h a n i cd e s i g na n dt h e o r y c a n d i d a t e ：q ic h e n g s u p e r v i s o r ：p r o f d e c h a os o n g f e b ，2 0 0 8 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动 学位论文作者签名： 径趄 2 0 0 年2 月20 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名： 径起 2 口口莎年2 月2 0 日 摘要 摘要 随着我国建筑工业的迅速发展，在建筑施工中，混凝土的运送量占整个施 工量的很大比重，混凝土泵车更是以机械化程度高，机动性能好，可以保证混 凝土质量而且损耗少等优点，成为了建筑工业中的主力军。本文主要探讨了混 凝土泵车总体参数的设计方法，为以后的生产和研究打下了一定的基础。 在分析了混凝土泵车的总体构造和参数的基础上，本文以w i n d o w sx p 为设 计平台，以v b 为设计界面语言，以现有的图纸和资料为统计和分析计算的基础， 来进行了混凝土泵车总体设计及c a d 系统软件的开发，并详细介绍了该软件的 使用与仿真，从而达到对整机总体参数的优化设计。 最后，对混凝土泵车的稳定性进行了分析与计算，对本次研究的成果进行 了总结，并指出了本次研究成果中的不足之处和后续研究的发展方向 关键词：混凝土泵车，总体参数，设计方法，v b a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fo u rn a t i o n sc o n s t r u c t i o ni n d u s t r y , i nt h eb u i l d i n g o fc o n s t r u c t i o n ，t h ea m o u n to ft h ec o n c r e t e st r a n s p o r t a t i o nh a sag r e a tp e r c e n t a g ei n t h ec o n s t r u c t i o n a l s ot h ec o n c r e t ep u m p st r u c kh a sb e 渤m eak e yf a c t o ri nt h e c o n s t r u c t i o ni n d u s t r ys i n c ei th a sm a n ya d v a n t a g e sa sh i g h l ym e c h a n i c a l ，e a s yt ob e m o v e d ，h i g hq u a l i t ya n dh a r dt ol o s e t h ed e s i g nm e t h o do ft h ew h o l ec o n c r e t e p u m p st r u c kh a sb e e ns t u d i e di nt h ep a p e r , a l lt h ee f f o r t sh a v e b u i l ts o m e b a s e m e n t s f o rt h ef u r t h e rr e s e a r c ha n dm a n u f a c t u r e a f t e rh a v i n ga n a l y z e dt h ew h o l es t r u c t u r eo ft h ec o n c r e t ep u m p st r u c k , b a s e do n t h ed e s i g np l a t f o r mo fw i n d o w sx p , v i s u a lb a s i ca st h ep r o g r a m m i n gl a n g u a g e ，t h i s p a p e rh a sc o m p u t e da n da n a l y z e dt h ew h o l ep a r a m e t e r , a n db u i l tak i n do fs o f t w a r e f o rt h ew h o l ed e s i g no ft h ec o n c r e t ep u m p st r u c ku s i n gc a d a n dh a v i n gw r i t t e nu s e a n dt h es i m u l a t i o no ft h es o f t w a r e ，i no r d e rt og e tt h eb e t t e rd e s i g no ft h ew h o l e c o n c r e t ep u m p st r u c k i nt h ee n d ，h a v i n ga n a l y z e da n dc o m p u t e dt h es t a b i l i t yo ft h ec o n c r e t ep u m p s t r u c k ，t h i sp a p e ra l s oh a ss u m m a r i z e dt h ea c h i e v e m e n t sa n dt h es h o r t c o m i n g so ft h e r e s e a r c h ，a n dg i v e nt h ed i r e c t i o no ff u r t h e rs t u d y k e yw o r d s ：t h ec o n c r e t ep u m p st r u c k , w h o l ep a r a m e t e r s ，d e s i g n i n gm e t h o d ， s u a lb a s i c i i 2 1 概述5 2 1 1 混凝土泵车的构造特点5 2 2 混凝土泵车的基本组成6 2 3 混凝土泵车布料机构7 2 3 1 布料机构的发展状况7 2 3 2 布料机构臂架的构造特点7 2 4 混凝土泵的构造特点8 2 4 1 概述8 2 4 2 混凝土泵的基本结构9 2 5 回转机构与汽车底盘、底架总成l o 第3 章混凝土泵车的各部分具体分析及性能参数1 1 3 1 泵车系统1 1 3 1 1 泵车底盘1 1 3 1 2 泵送系统1 2 3 1 3 布料装置1 3 3 1 4 支腿装置1 4 i i i 目录 3 2 泵车的布料装置1 5 3 2 1 布料装置及其回转机构1 5 3 2 2 布料装置的基本类型1 6 3 2 3 布料杆的节数和折叠方式1 8 3 2 4 布料杆的布料范围1 9 3 2 5 臂架布料杆的结构与强度计算j 2 0 3 2 6 输送管路的结构设计与安装2 4 3 3 泵车的主要技术参数计算2 8 3 3 1 泵送压力和输送距离2 9 3 3 2 混凝土排出量3 2 3 3 3 泵送能力指数3 4 3 3 4 料斗及骨料尺寸3 6 3 3 5 整机外形尺寸3 7 3 4 泵车底盘一3 7 3 4 1 泵车各工作装置的驱动功率3 8 3 4 2 发动机功率的选择3 9 3 4 3 泵车总质量和臂架质量4 0 3 4 4 泵车底盘型号选择4 l 3 4 5 轴距与轮距4 1 第4 章v b 及c a d 简介4 3 4 1v b 简介4 3 4 2 a u t o c a d 简介4 4 4 3 e x e l 简介4 4 4 4 a u t o d e s k 公司的a u t o c a d 软件4 5 第5 章混凝土泵车设计软件简介4 8 第6 章混凝土泵车稳定性研究6 3 i v 目录 6 1 工程机械稳定性6 3 6 2 混凝土泵车稳定性研究评价6 3 6 2 1 混凝土泵车稳定性的研究目的6 3 6 2 2 混凝土泵车稳定性研究举例6 3 6 2 3 行驶时纵向稳定性计算6 4 6 2 4 行驶时横向稳定性计算6 5 第7 章结论与展望6 7 7 1 结论6 7 7 2 展望6 7 致谢6 8 参考文献6 9 附录7 1 个人简历在读期间发表的学术论文与学术成果9 4 v 第1 章绪论 1 1 立题背景 1 1 1 引言 第1 章绪论 随着我国经济建设和生活水平的日益提高，建筑工业在我国得到迅速发展。 在建筑施工中，混凝土的运送量占整个施工量的很大比重，混凝土泵车应运而生。 混凝土泵车又叫布料杆泵车，它是将混凝土输送泵装在汽车底盘或专用车辆上， 同时还设有多节式的布料杆，使之具有很大机动性能的混凝土输送机械。混凝土 泵车可以把输送和浇灌工序综合在一起，节省时间和劳动力；能够同时解决混凝 土的水平和垂直输送；机械化程度高，占用人力少，工人劳动强度低；没有中间 运转，保证混凝土质量，混凝土损耗少。由于以上特点，宁波东海液压件有限公 司引进柳州重工的技术，采取自己生产和外购零部件的方法，进行整车的组装生 产以满足广大市场的要求，并对整车的整体参数进行设计以满足稳定性等方面的 要求提高产品质量来增强市场的竞争力例。 混凝土泵车的总体设计就是根据其主要用途。作业条件及生产等情况出发， 合理选择机型、性能参数、整机尺寸及总成的结构形式并进行合理的布置。混凝 土泵车总体设计包括总体参数的选择、泵车的稳定性计算、泵车数据图表三部分。 混凝土泵车总体参数的选择就是对混凝土泵车主要性能提出总体的要求，作为整 机和总成部件设计的依据：泵车稳定性计算是检验总成部件布置是否合理及工作 时能达到的稳定程度；泵车数据图表则提供了泵车设计的相关数据【1 5 】。 1 1 2 背景情况 国外混凝土泵车的c a d 发展已处于成熟阶段。国际上一些知名生产厂家，如 普兹迈斯特、施维英、维鲍、石川岛播磨重工业等公司都投入大量的资金，人力， 物力对泵车的c a d 进行研制和开发，推出一代又一代的新产品。国外对混凝土泵 车的研究着重于液压系统，控制系统，布料杆长等方面的设计，对整机机械结构 部分的c a d 设计很少，故很有必要对泵车开展c a d 设计。 我国的混凝土泵车设计水平，制造能力都有很大提高，但与发达国家比较仍 有相当大的差距。目前我国混凝土泵车生产技术主要是引进国外技术，所生产的 混凝土泵车布料杆垂直高度有1 7 m ，2 1 m ，2 7m ，3 2m ，3 6m ，3 7m ，臂架节数 第1 章绪论 有三节和四节两种；混凝土输送量有5 0 立方米每小时，8 5 立方米每小时，1 0 0 立方米每小时，1 1 5 立方米每小时，1 2 0 立方米每小时；混凝土输送压力4 6 8 2 m p a 。主要选用日本五十铃，国产北方奔驰，斯太尔等汽车底盘，底盘驱动 形式4 x 2 和6 x 4 两种型号。泵车的臂架，底架，支腿，转台等主要钢结构均采用 6 0 k g 级高强度钢板。液压系统有开式和闭式两种，其中对主油缸与阀油缸的控 制，采用顺序回路和卸荷回路。液压系统中使用的各种阀的安装形式有分离式， 集成式和插装式等多种。主油缸活塞的密封有多种形式，主要采用“u 一性密封 圈，矩形密封圈，活塞环密封圈。泵车混凝土分配阀形式主要有闸板阀，和“s 一 管阀两种。 在国外，混凝土泵车设计制造技术已发展到很高的水平，产品已形成系列化。 如施维英公司生产的混凝土泵车布料杆的垂直高度1 6 - - - 5 2 m 共1 3 个品种，其混 凝土输送量为5 6 1 5 0 立方米每小时，布料杆节数有二节，三节，最多有四节； 最大混凝土输送压力5 5 1 0 8 m p a ，最大泵车底盘驱动形式l o x 6 。 国内关于混凝土泵车的c a d 研究起步比较晚，仍处于初级阶段，泵车设计未 形成规范化，系统化，还没有泵车设计的成形软件。国外对混凝土泵车的研究着 重于液压系统，控制系统，布料杆长等方面的设计，对整机机械结构部分的c a d 设计很少，故很有必要对泵车开展c a d 设计。 1 2 发展动态 近年来，普茨曼斯特公司生产的混凝土泵车布料杆的长度也有1 3 种。布料 杆的垂直高度1 6 - - 6 2 m ，布料杆节数最多为五节；混凝土输送量6 6 - - 2 0 0 立方米 每小时。该公司生产的m 6 2 型泵车，臂架长度5 8 m ，五节臂，垂直布料高度6 2 m ， 最大输送量2 0 0 立方米每小时，底盘驱动形式1 2 x 6 ，总重6 2 t ，是当今世界上最 大的混凝土泵车。该公司除了发展超常臂架技术外，还发展多节臂技术，多节臂 泵车主要适合狭窄空间布料杆的展开和对复杂结构的施工作业。在混凝土泵车取 力技术方面，国外已研究开发了多种。一种是汽车变速箱带有全功率输出端，然 后连接传动轴驱动油泵；另一种形式是，在汽车底盘前后传动轴之间安装取力箱， 适合传递不同的功率，扭矩，转速，可以配置安装各种油泵。国外企业在泵车液 压系统的设计中，除了使用通用液压元件外，还自行开发泵车专用液压元件。普 茨曼斯特公司在泵车液压系统中采用闭式回路，利用油泵的斜盘摆角的正负变 化，达到混凝土泵送系统的换向，油泵换向后排量由零到最大，使油缸换速均匀， 启动平缓。在混凝土泵车控制技术方面，国外生产的泵车大多数都安装了无线遥 控系统，有的大型泵车采用了工业电视监控。在超常臂架的混凝土泵车作业中， 2 第1 章绪论 为防止泵车倾翻而专门设计了a s c 系统，它利用安装在支腿上的传感器来测定载 荷的变化，使泵车在临界倾翻之前作出反应，保证泵车作业的安全。在泵车多功 能化方面，如在搅拌输送车上安装小型布料杆和混凝土泵送系统，混凝土输送量 为4 0 - - 5 0 立方米每小时，布料杆的高度6 m 和2 1 m ，施工对象主要是小型工地和 房屋维修工程；有的泵车臂架的基本臂安装了吊钩，可以进行起重作业；还有在 臂架端部安装工作斗，可以输送人到高空进行作业，还可以将混凝土泵车用于消 防作业等方面【。 影响混凝土泵车技术发展的瓶颈： l 没有形成完整的设计体系和研究方法混凝土泵车的结构复杂，各种因素 相互牵连，这成为混凝土泵车总体设计中主要面临的问题。 2 混凝土分配阀混凝土分配阀形式越来越多。其设计压力从闸板阀的4 7 7 9 m p a 提高到s 型管阀、c 型阀和裙阀的7 5 1 1 9 m p a 左右，而密封方式、补 偿结构、耐磨层加工方式等的正确选择与设计也是我们面临的研究课题。 3 新材料开发随着混凝土泵送量和压力值的增加，混凝土泵主油缸往复频 率和压力逐步升高。影响其性能的因素包括原材料的机械性能、加工精度、形位 公差以及表面电镀工艺等，目前要求混凝土输送缸的设计寿命超过一万五千立方 米，为此，探索新型耐磨材料是一项重要课题，其中包括陶瓷材料、纳米材料等。 4 技术检测混凝土泵性能检测技术还不完备。如液压系统控制中心集流阀 组经过7 8 年的攻关和研究，多数企业集流阀组的加工技术基本成熟。但集流阀 组的检测技术还比较落后，发展和建立相关试验台( 站) 、确保混凝土泵的质量 也是一项重要任务。 5 低温与高原地区的混凝土泵送例如在极北地区( 气温在- - 4 0 摄氏度) 进 行施工时，这就要求为混凝土泵备用特种液压油、特种润滑油和耐寒钢材，设置 低温防护罩和电器保护设备等。 6 科学配套与优化组合；如严密施工组织管理、严格控制混凝土的组成材料 及其配合比、研究降低施工费用等方面也有大量工作要做。泵送混凝土施工，与 机械、液压技术、混凝土材料、流体力学和流变理论、施工工艺和组织管理等皆 有关联，只有进行综合的研究，才能有力的推动混凝土泵送技术的发展【1 4 1 。 1 3 研究内容与方法 本课题将以w i n d o w sx p 为设计平台，以v b 为设计界面语言，以数据图表为 向总体参数选择模块为稳定性分析等模块提供输入输出数据的中介，来进行混凝 土泵车总体设计及c a d 系统软件的开发。从而达到对整机总体参数的优化设计。 3 第1 章绪论 理论意义和实际应用价值：本课题对混凝土泵车工作理论及其设计方法研究 分析的基础上，运用计算机技术和现代机械设计理论，开发混凝土泵车整体设计 及c a d 系统应用软件- - c p t w d ( c o n c r e t ep u m pt r u c k sw h o l ed e s i g n ) ，其具有 完成混凝土泵车总体设计主要工作的功能，这一研究成果为推动混凝土泵车实施 c a d 技术具有较大的理论意义。 为以后泵车的整体设计提供了平台，提高了产品的稳定性和质量，解决了工 程实际问题，具有较大的理论实际应用价值。 4 第2 章泵车的构造特点及总体结构 第2 章泵车的构造特点及总体结构 2 1 概述 混凝土泵车是将混凝土输送泵安装在专用车辆或汽车底盘上，同时还设有多 节式的布料杆，使混凝土泵车具有很大的灵活性的混凝土输送机械。 混凝土泵车有布料杆式和配管式两种类型，其中布料杆式泵车( 又称混凝土 泵车) 比配管式泵车具有更大的使用灵活性，机动性好，可以迅速改变浇筑部位， 转场速度快，投产方便，运到工地后无需安装和其他复杂的准备作业，便可以进 行泵送施工。在高层建筑工程的应用上，混凝土泵车最适合于基础和地下室工程。 在建筑结构已经竣工的情况下，补做地下室的一些混凝土工程时，使用混凝土泵 车尤为方便。对于高层建筑的底层部分和裙房工程，采用混凝土泵车进行泵送混 凝土施工也是非常合适的。 由于混凝土泵车具有汽车底盘，因此它以载重汽车的速度行驶，附加的布料 机构可以完成向各种复杂的工程直接进行浇灌工作。混凝土泵车的机动性好、快 速变换浇筑部位、施工方便、省力和摊铺精度高等优点，对提高混凝土施工质量、 缩短工期及减轻劳动强度具有重要意义。 混凝土泵车的构造特点使它特别适用于基础工程。地下室工程。公共建筑物 及烟筒、水塔等的混凝土浇灌。 2 1 1 混凝土泵车的构造特点 混凝土的现场输送及浇灌总是受到工地条件和建筑结构的限制，需要经过多 次转运，施工作业十分不便，混凝土质量也受到影响。混凝土泵车由于采用了汽 车底盘、布料装置和液压传动装置，因此机动性、环保性、使用性等方面具有很 多特点，其优点如下： ( 1 ) 可以把输送和浇灌工序结合一起，节约劳动时间： ( 2 ) 同时完成水平运输和垂直运输，可以省去起重设备； ( 3 ) 没有中间运转，保证混凝土质量； ( 4 ) 与搅拌运输车配合，使混凝土输送过程完全机械化，极大提高运输效率： ( 5 ) 混凝土损耗极小，达到文明施工； ( 6 ) 容易实现自动化，便于与电、液、气动联合组成自动控制和遥控系统； ( 7 ) 对于难以接近的部位，泵送混凝土是最有效的施工手段。 但是混凝土泵车也有以下缺点： ( 1 ) 泵送设备投资大； ( 2 ) 技术条件要求高，机械设备容易出现故障。 由于混凝土泵车的这些缺点和优点，长期以来对于是否推广泵送混凝土存在 5 第2 章泵车的构造特点及总体结构 着争论。赞同者强调其优点，高度评价混凝土泵车的高效、快速、施工方便、省 力、摊铺精度高等。反对者则认为泵送混凝土设备投资大，技术复杂。这在一定 程度上阻碍了混凝土泵送技术的发展。但是近年来两种对立的意见逐渐统一，即 混凝土泵送设备虽然投资高，但施工设备快，浇筑质量好，可以提前工期，故此 综合效益大，这是应该积极推荐使用的一种混凝土施工方法。特别是目前高层建 筑结构设计的一种趋势是提高混凝土标号，压缩结构部件断面尺寸，以便增大室 内净空高度。这就给施工带来困难，必须采用塌落度比较大的混凝土才能保证浇 筑质量。新型高效减水剂和早强剂相继出现，对节约水泥用量极为有利，这也为 推广泵送混凝土提供了有利条件鲫。 2 2 混凝土泵车的基本组成 混凝土泵车主要由载重汽车底盘、驾驶室、混凝土泵、输送管、布料杆臂架、 液压系统、布料杆回转支撑装置等部分组成。 混凝土泵一般安装在汽车的尾部，以方便混凝土搅拌车向泵的集料斗卸料， 从而泵送出混凝土料浆；再通过布料管末端的软管卸出。 布料杆是把输送管道安装在臂架内，末端为一段软管，其形式有以下三种形 式：接高式、伸缩式和折叠式。初期的布料杆大多是在现场安装的接高式和伸缩 式，目前臂架的活动部分一般为2 5 节，以三段折叠式为大多数，它俯仰、伸 缩、旋转三个动作全部使用油压控制，动作灵活，长度为2 0 - - - 3 0 m ，最大有效半 径为1 5 - - , 2 0 m ，可以将混凝土料浆直接输送到浇筑地点。 混凝土泵车在车身纵平面内的工作范围如图2 1 。 。 一， 、 2 4 卿， 、 ，1 8 al、 、 1 2 d f 6 2 0 1 甲 一1 啦0 1 ：4 0 i曲i l6 加1 ：! 加1踮0h 尹 l l一一i ； 6 2 0 、 - 1 2 4 d ， ， - 1 8 6d ， 。 - 2 4 8l ， 图2 1 混凝土泵车布料机构的工作范围示意图 大臂架的仰角可以是一4 。 - - 9 0 。，三节臂架依次展开。其中以第三节臂架的 动作最频繁，它可以摆动1 8 0 。，末端的软管也有一定的工作范围，在浇筑工作 时，应该尽可能地接近浇筑部位，以防止混凝土浪费。布料杆回转机构可以使布 6 第2 章泵车的构造特点及总体结构 料杆做3 6 0 。的回转。车架两侧有支腿，在布料杆工作前，应该首先将支腿固定， 提高混凝土泵车的稳定性。当浇灌工作完成后，汽车可以缩回支腿，以正常的行 驶速度转移到另一个工作地点，这样就可以减轻费力费时的铺设管道作业。 由于混凝土泵车受到汽车底盘承载能力的限制，一般臂杆的总长度达到2 5 m 时，要比臂杆总长2 0 m 时的造价增加5 0 ，故传统的混凝土泵车布料杆一般为 2 0 m 左右。但是目前一些先进的生产厂家采用了新的专利技术，如增加臂节数目 等方法，可以使布料杆总长达5 0 m 以上。 2 3 混凝土泵车布料机构 2 3 1 布料机构的发展状况 使用混凝土泵输送混凝土，必须向浇灌地点铺设输送管道，但是，随着混凝 土的不断浇筑，输送距离也随着发生变化，拆移管道的工作是十分麻烦的，特别 是难以深入的地方或高层建筑输送混凝土更是如此。因此需要在输送管道的出口 段设置机动的移管装置，以便于布料和提高浇灌效率。 目前，布料装置大部分类似于一台折叠臂式起重机，在其臂架上附装着混凝 土输送管，在输送管的末端又连以橡胶软管。大范围的交换摊铺地点由行走、回 转及变幅动作来完成；小范围的。细致的混凝土摊铺则可以由人力摆动出口处橡 胶软管。一般将这种既负担混凝土输送又完成摊铺布料的臂架及输送管道组成的 装置称为“布料杆 。 从支撑结构来区分，布料杆可以分为立柱式和汽车式两种，立柱式布料杆又 分为移植式布料杆、固定式布料杆、移动式布料杆和附装于塔式起重机上的布料 杆等形式，以便适应不同的施工要求。汽车式布料杆安装在混凝土泵车上，即混 凝土泵车的布料机构，机动性好，特别适用于地形复杂的工程结构浇灌混凝土上。 2 3 2 布料机构臂架的构造特点 布料杆臂架的折叠样式有很多形式，与回转支撑座的位置、折叠节数以及各 厂家的专利等因素有关。折叠臂数目一般为三节，目前为了增加布料距离，也有 采用四节臂或五节臂的，回转支撑座可以放置在汽车司机室的后方。这时第一节 臂都是向后的，现在这种形式比较多。因为它有利于臂架的加长并且减少后桥的 载荷，混凝土泵安装在汽车的尾部，泵重大部分由后桥承担，因此这种布置对后 桥有利团l 。 布料杆臂架呈三段液压折曲式、z 行等，臂架断面是箱型结构，通过液压缸 和连杆使臂架伸展、折曲，中段臂架和下段臂架各用两个液压缸，由上到下各段 的折曲角度分别为1 8 0 。、2 1 4 。、1 1 5 。，整个臂架可以进行3 6 0 。全回转，转台回 转由液压马达驱动，液压马达内安装制动器，制动器在使用中不需要调整与维护。 布料机构第一节布料杆支撑在回转平台上，其俯仰动作靠一套举臂油缸升降 7 第2 章泵车的构造特点及总体结构 大臂，在工作中，布料杆所受的载荷主要是自重及外载荷。 图2 2混凝土泵车布料机构的工作状态示意图 混凝土泵车布料机构的工作状态示意图如图2 2 所示。状态( 1 ) 是布料杆 受力最不利的状态；状态( 2 ) 是一般的工作状态；状态( 3 ) 是第一节布料杆处 于直立状态，三杆成一线时，需要考虑压杆稳定问题。 2 4 混凝土泵的构造特点 2 4 1 概述 混凝土输送泵简称混凝土泵，它由装料斗、两个液压缸。两个混凝土工作缸、 以及摆动管式分配阀等主要部件组成。 混凝土泵是以泵为动力利用管道输送混凝土的设备。输送管内的混凝土呈悬 浮状态。在管道中央部位是粗骨料，粗骨料间的缝隙被水泥砂浆所填充。沿管道 四周是一层水泥砂浆，它起润滑作用，减少混凝土骨料与管壁之间的摩擦。当混 凝土泵施加于混凝土的压力大于混凝土在管内流动阻力时，混凝土才能沿着管道 向前输送。 采用混凝土泵输送混凝土具有如下特点： ( 1 ) 输送效率高 人工运送混凝土料浆时，十名工人每小时就能浇灌5 , - 8 立方米混凝土。采 用混凝土泵只需要4 - - 5 名工人，每小时就能浇灌4 0 , - - , 6 0 立方米的混凝土； ( 2 )既能水平输送又能垂直输送 目前，国外生产的活塞式混凝土泵的最大水平输送距离达到9 1 0 m 或垂直距 离1 9 0 m ，国内生产的活塞式混凝土泵的最大水平输送距离为5 2 0 m 或垂直距离 1l o m ，输送管道的布置灵活紧凑，占地面积小； ( 3 ) 机动性能高 带布料杆的混凝土泵车，能够直行完成工地间的转移。不需敷设输送管道， 8 l 蠹矗= = 一 采用混凝土泵输送混凝土时，对混凝土的水泥用量和粗骨粒径等有明确规 定，要求混凝土具有可泵性，这是保证混凝土泵能否正常工作的关键。混凝土泵 的工作装置如混凝土缸、分配阀、输送管道等零部件，直接与混凝土接触，工况 极为恶劣。因此，混凝土的性能如何又直接影响这些零部件的磨损快慢和使用寿 命。 采用泵送混凝土施工，应该包吃连续地进行浇灌。当输送中断时间超过三十 分钟时，混凝土就可能出现初凝，如不及时清理干净，残留在管道中的混凝土， 必然造成混凝土凝固堵管的严重事故。因此，不仅要求供应符合泵送要求的混凝 土，而且要有周到详尽的计划，严密的施工组织和严格的质量检测。 2 4 2 混凝土泵的基本结构 混凝土泵按照驱动方式和作用原理可以分为活塞式、挤压式、水压式和气压 式等四种。上述四种混凝土泵都是利用压力来输送混凝土的。混凝土泵的输送距 离决定于工作压力的大小，活塞式混凝土泵的工作压力一般为4 - - ，5 m p a ，高的达 到i o m p a ，而其他几种混凝土泵的工作压力只能达到i m p a 。故此活塞式混凝土泵 得到优先的发展和广泛应用【1 3 1 。 液压驱动活塞式混凝土泵，有单缸和双缸两种布置形式。双缸混凝土泵采用 并列布置，由两个油缸分别驱动两个混凝土缸，两个混凝土缸交替地进行进料和 排料，使混凝土输送平稳而连续地进行，生产率也较高。因此，目前生产的混凝 土泵大多采用双缸布置形式。 双缸混凝土泵地基本结构如图2 3 所示： 图2 3 混凝土泵基本结构示意图 双缸混凝土泵的工作原理为：当主油缸活塞作吸入行程时，泵缸柱塞使泵缸 9 第2 章泵车的构造特点及总体结构 容积增大，混凝土立即经过球阀进入缸内。当主油缸活塞作压出行程时，球阀转 动将进料口关闭并将出料口打开，泵缸内混凝土即可被柱塞压出。 2 5 回转机构与汽车底盘、底架总成 回转机构采用液压油缸驱动，可实现布料机构的左右转动和锁定。 泵车的汽车底盘一般采用带驾驶室的二类汽车底盘。泵车的上车部分安装在 汽车底盘上，底盘与上车部分的尺寸规格要求配套，泵送部分与臂架部分通过底 盘取力装置由底盘提供动力。 底架总成由底架结构、前后支腿结构及液压油缸组成的整体，在泵车上起支 承上部布料臂并将布料臂的自重载荷、工作载荷及其他附加载荷传至地面的作 用。泵车支腿由液压油缸驱动，可以伸缩和偏摆。当泵车处于行驶状态时，前后 支腿均收回，泵车上车旋转部分的自重载荷通过底架结构和支腿传到地面。 1 0 第3 章混凝土泵车的各部分具体分析及性能参数 第3 章混凝土泵车的各部分具体分析及性能参数 3 1 泵车系统 混凝土泵车的总体设计不同于其他机械设备，这是由于泵车的特殊结构所决 定的。混凝土泵车是在载重汽车底盘上进行改造而成的。在底盘之上安装有运动 和动力传动装置、泵送和搅拌装置、布料装置以及其他一些辅助装置。因此了解 混凝土泵车的总体结构组成以及各主要装置的工作原理和基本结构特征，对于使 用和操作人员来说，是十分必要的。 派麓鬟事 ii l i 动力传i蠢系统ll 汽车巍二i l 上装总戚 i l i 发动机l 森毒爰绕ll 霰送系娆一l 液压j i i 娩0i 电控系垫j l 褒速器b 转台总成 l| 主油缸 ll 裂送系统li 润滑系线l 1 分动籀_ 奄辊杆 l1 分配棚ll 臀架氖统卜1 支搏系缱l 液压缸 0i 混凝士缸ll 耐件 1 镰邂警 l。赢。、一辩斗及揽拌帆掏 图3 1混凝土泵车总体结构 混凝土泵车的基本结构组成如图3 1 所示。泵车通过动力分动箱将发动机的 动力传输给液压泵，液压泵推动活塞带动混凝土泵工作。然后利用泵车上的布料 杆和输送管，将混凝土输送到一定的高度和距离。在作业中，混凝土泵车上的发 动机除了驱动泵车行驶外，同时也用来驱动泵送机构、搅拌机构及布料机构等工 作装置，充分利用了汽车动力【6 】。 3 1 1 泵车底盘 混凝土泵车一般是用载货汽车二类底盘或专用底盘改装而成。泵车所有的工 作装置几乎全部安装在底盘上，它既要满足各个工作装置的运动传递、空间配置， 又要能够承受所有装置带来的负载，还要保证泵车工作的稳定性要求，所以底盘 的设计和选用十分重要。泵车底盘应该能满足整个动力传动系统的功率需求，合 理的分配和安置各工作装置，能够承受住机体的重量及工作载荷和附加载荷的作 用。 第3 章混凝土泵车的各部分具体分析及性能参数 图3 2 取力传动装置 ( 1 ) 取力装置 混凝土泵的驱动通常采用图3 2 所示的取力装置。混凝土泵车的动力来源于 汽车发动机。发动机通过变速箱和分动箱驱动混凝土油泵、搅拌器油泵和作业机 构油泵工作。变速箱通过万向节与分动箱连接，分动箱又通过万向节分别与混凝 土油泵、搅拌系统油泵和臂架系统油泵相连接。 图3 3齿轮分动器 ( 2 ) 齿轮分动器 取力装置布置中，最重要的是分动器的设计和布置。图3 3 是一种比较常见 的齿轮分动箱的基本结构。在这个机构中，发动机的动力通过输入轴传入，再经 过齿轮传动传给输出轴，输出轴通过万向轴分几路传递出去，从而带动各个液压 驱动装置工作。还有一些取力装置将分动器和多个液压泵集成一体，成为组合分 动器，其分动器的汽车发动机动力通过装于变速器上的取力器和万向轴传入。 3 1 2 泵送系统 泵送系统由混凝土泵送机构、料斗和搅拌机构及清洗机构等组成。 ( 1 ) 泵送机构 泵送机构主要由液压缸和活塞、混凝土缸及分配阀等构成。混凝土泵利用液 压缸来驱动活塞作往复运动，与料斗、分配阀配合完成吸入和排出混凝土，以达 到输送目的。 1 2 第3 章混凝土泵车的各部分具体分析及性能参数 ( 2 ) 料斗及搅拌机构 料斗是混凝土泵的承载器。主要由料斗箱体、筛网、防溅板和搅拌装置组成。 其主要作用是接受混凝土输送设备的供料，并利用料斗中的搅拌装置对混凝土进 行二次搅拌，以减小混凝土的离析现象，改善混凝土的可泵性。 搅拌装置由搅拌轴、搅拌叶片和轴套等组成。搅拌机构通过液压马达的驱动 而工作。料斗及搅拌机构一般放置在泵车的尾部，以方便接受搅拌机输出的混凝 土。 ( 3 ) 清洗机构 清洗机构的主要作用包括； l 清洗混凝土缸和输送管； 2 冷却和润滑混凝土活塞、活塞杆和活塞杆密封的位置； 3 检查混凝土活塞的密封性能。 清洗机构一般由清洗水箱、截止和转换阀、清洗接头和清洗球组成。清洗方 式可以采用水洗和气洗两种。水洗是利用活塞背压下产生的高压水和清洗球，推 动压管路中残余的混凝土，将输送管内壁清洗干净；气洗则是用压缩空气清洗。 3 1 3 布料装置 混凝土泵车的主要特征是象臂架式起重机一样，将布料装置安装在泵车的底 盘上，使混凝土泵车即能负担起混凝土的输送任务，又可以完成其铺摊工作，大 大提高了施工效率。其结构如图3 4 所示。 将臂架安置于泵车之上，再将混凝土输送管路装在机身及其臂架上，最后在 输送管端又连以橡胶软管。这样的设计和布置可以使泵车方便灵活地移动浇注位 置，能够在一定范围内的垂直和水平方向上进行混凝土的输送和浇灌，减少了辅 助人员，降低了劳动强度，并且使混凝土浇灌均匀、平整、密实，提高了混凝土 浇灌的品质例。 1 3 第3 章混凝土泵车的各部分具体分析及性能参数 l 趣凝土象2 - t h 斜管3 - 辩斗 文麓5 衣箱6 - 回转台 7 1 1 1 3 布辩杆用油缸8 1 2 。1 4 帮辩轩 9 输送管坩油管 图3 4 混凝土泵车及布料装置 各节混凝土布料杆之间通常用铰链连接而成，节数越多，浇注距离越大，但 混凝土泵车的工作稳定性也越差。比较常见的泵车是3 - - 4 节臂。 3 1 4 支腿装置 ( 1 ) 支腿的作用与要求 支腿的作用是保证混凝土泵车在工作中的安全性和稳定性。即臂架系统在 浇注过程中，泵车整机抗倾翻的安全系数要求高。由于混凝土泵车不像起重机那 样安装平衡重，因此，要求支腿要有足够的结构尺寸，支撑面积要大，支撑底面 要保证平整，且具有足够的抗压能力。 ( 2 ) 支腿的基本结构 泵车支腿结构分水平和铅垂两部分。如图3 5 所示。其水平方向手动操作， 垂直方向为液压操作。其驱动油缸可以是外置式，也可以是内置式( 液压油缸置 于支腿箱体内部) ，见图3 6 。支腿的截面形状为箱形，其材质通常为细晶粒高 强度钢。 图3 5 支腿机构图3 6 内置油缸的支腿结构 ( 3 ) 支腿的伸展及支撑方式 。 支腿可以按摆动的方式伸展，也可以按移动的方式伸展。如图3 7 所示 摇动礁支腿 x h 翟支麓 图3 7 支腿的支撑方式 1 摆动型：支腿的展开是绕固定支座上的铰链摆动而完成的。其伸展尺寸较大， 1 4 第3 章混凝士泵车的各部分具体分析及性能参数 工作稳定性好，结构及制作简单，但在泵车的两侧必须留有足够的空间。 2 移动型：支腿在箱形框架内伸展和回缩。泵车左右两侧支腿可以呈x 型立体交 叉伸缩，也可以平行伸缩。 移动型支腿的结构尺寸及伸展长度均不及摆动型支腿大，支撑面积较小。支 腿与框架要求的制造精度较高；且需采用内置式油缸，拆装、维修相对困难。但 可以将其安置在臂架下方的空置位置，从而节省出有效空间。 ( 4 ) 支腿的结构尺寸 拟合泵车支腿作用面积和布料杆长度的关系曲线如图3 8 。由此可拟合出支 腿的作用面积公式为： 4 2 1 3 2 x l - 1 6 8 2 0( 3 1 ) 图3 8 支腿作用面积和布料杆长度的关系 式中4 支腿受力面积，m 2 l 为布料杆长度，m 3 2 泵车的布料装置 3 2 1 布料装置及其回转机构 布料系统由回转台、臂架、臂架液压缸及混凝土输送管等组成。 ( 1 ) 布料杆的回转机构 布料杆安装在回转台上，回转台的旋转是由回转机构来实现的。图3 9 和图 3 1 0 是回转台传动机构的两种常见类型。在图3 9 中，液压马达通过减速器驱 动回转支承，连同安装在其上的回转台一起转动。回转台的制动是通过制动液压 缸控制的点盘式制动器来实现。回转台的中心装有中心回转接头，臂架液压缸所 用的液压油管和混凝土输送管都从转台座的下部经过中心回转接头通向回转台 上方。这样布置，在转台回转时不会影响这些管道的走向。整个臂架由回转台立 柱和下节臂液压缸( 即液压举升缸) 支撑，故可随转台回转，中、上节臂分别可 由中、上节臂液压缸和节臂间铰链支撑。臂架的伸缩和升降( 即变幅) 由各节臂 的液压缸来实现。臂架上的混凝土输料管从中心回转接头穿过转台后，再穿过转 1 5 第3 章混凝土泵车的各部分具体分析及性能参数 台立柱与下节臂绞点，沿臂架两侧直通臂端，这样布置不会影响臂架的回转和折 叠。臂端的支架主要用来支撑橡胶软管。 图3 9马达式回转机构图3 1 0 齿轮齿条回转机构 1 回转制动阀2 回转液压马达3 回转支撑1 活塞2 缸体3 齿条( 活塞杆) 4 减速器5 制动器6 制动液压缸4 齿轮 在图3 1 0 中，回转台的运动则是通过齿轮和齿条的啮合传动来实现的。液 压缸中的活塞与齿条联结为一体，回转台与齿轮4 固接在一起。在液体压力的 作用下，活塞带动齿条做往复运动，通过齿轮和齿条的啮合传动，实现回转台的 双向传动。 ( 2 ) 布料机构的回转速度及范围 布料机构的回转速度v 一般取0 2 - - 0 6 r m i n ，通常，臂架较长的布料杆的 回转速度要稍低一些，其回转范围在3 6 0 。 - - 3 7 0 。之间。表列出了布料机构的回 转速度及范围。 表3 1布料机构的回转速度及范围 回转速度 0 2 ，0 2 8 ，o 3 0 ，0 3 6 ，0 4 0 ，0 4 4 ， 0 5 0 ，0 6 0 回转范围 3 6 0 。3 7 0 。 3 2 2 布料装置的基本类型 布料装置根据结构主要可分为两大类：车载式和独立式。 ( 1 ) 车载式布料装置 车载式布料装置即混凝土泵车。也就是将混凝土泵和布料杆装在同一台拖车 或汽车底盘上，这种布料杆具有机动灵活、移动方便的特点，因而被广泛应用于 施工中车载式布料装置按臂架的构造和伸缩方式的不同，可分为三种形式：组装 式、伸缩式和折叠式旧。 a 组装式 臂架有2 - - 3 节，置于车上，随车载运，到现场再行组装使用，根据需要接 高。这种形式应用在泵车的早期，如美国的汤姆森6 4 0 型汽车式泵。组装式布料 1 6 第3 章混凝土泵车的各部分具体分析及性能参数 杆结构简单，造价低，维修费用少。但臂架在组装时需要占用一定的场地，并且 只有升降和回转动作，因此目前应用的较少 b 伸缩式 臂架类似于汽车起重机的伸缩臂，各节