（机械工程专业论文）混凝土泵车调试装备的研究.pdf

长安大学硕七学位论文 摘要 混凝土泵车是一种用于混凝土连续浇筑施工的现代化工程机械。泵车在调试环节能 耗大，成本高，污染严重。为了降低调试成本，对调试装备系统研究就显得尤为迫切了。 国内对这一方面的研究还未涉及。因此，对混凝土泵车调试装备研究具有很大的实际意 义。 开发调试装备需要解决多方面的技术问题，要求结构布置空间小，分布合理，体积 小，重量轻，移动方便。 论文通过对混凝土泵车的结构、原理分析，研究了混凝土泵车的调试方法及原理分 析，提出了用电机替代柴油机进行泵车调试方案，分析了电力调试装备的结构和各部件 功能。根据泵车调试排量要求，结合电机选型所需要考虑的问题进行了主电机的选型；对 调试装备系统进行了参数匹配计算以及转向器、液压泵等主要元件选型；给出了样机的 试验方法和步骤，对柴油机驱动和电力驱动调试系统成本实验比较，说明电力驱动调试 系统能耗远低于柴油驱动调试系统。论文的研究对调试装备的开发具有一定的借鉴作 用。 关键词：混凝土泵车，调试装备，调试原理，试验方法 a b s t r a c t t r u c k m o u n t e dc o n c r e t ep u m pi sc o n s t r u c t i o nm a c h i n e r ym a i n l yu s e df o r t h eo c c a s i o no fc o n t i n u o u s p u m p i n gc o n c r e t ew o r k s a n dt h ec o n c r e t ep u m pw i l lc o n s u m eam a s so fe n e r g ya n dc o s tal o ti nt h es t a g e o ft e s t i n g s oi ti st h et i m et om a k et h es t u d yo ft h er e l e v a n tt h e o r ya n dt h ee q u i p m e n t i ti sa l m o s tab l a n k i nt h et e s t i n ge q u i p m e n t sm a n u f a c t u r ea n di t st h e o r e t i c a lr e s e a r c hi nh o m e s ot h es t u d yo ft e s t i n g e q u i p m e n ti so fa c t u a ls i g n i f i c a n c e 。 t h ed e v e l o p m e n to ft e s t i n ge q u i p m e n ti n v o l v e sm a n ya s p e c t so ft e c h n o l o g y as c i e n t i f i cs t r u c t u r e c o n f i g u r a t i o nd e s i g nw i l lm a k et h et e s t i n ge q u i p m e n tc o m p a c ta n dh a n d l i n gc o n v e n i e n t b e s i d e st h e p r o b l e mo f t h et e s t i n ge q u i p m e n t ss i z ea n dw e i g h ti sc o n c e r n e d ，i tn e e d st ob em o v e dc o n v e n i e n t l y t h ea u t h o rs t u d i e dt e s t i n gm e t h o da n dp r i n c i p l e ，p u t t i n gf o r w a r dan e ws c h e m eo fu t i l i z i n gt h e e l e c t r i cp o w e rt ot e s tt h ep u m pi n s t e a do fd i e s e lp o w e r , a n a l y z e da n dc h o s ei t sc o n t r o lm e a s u r e s t h e e l e c t r o m o t o rw a ss e l e c t e da c c o r d i n gt ot h es t r u c t u r ea n df u n c t i o no ft h ec o m p o n e n tp a r t sa n dg e n e r a l c o n s i d e r a t i o np r o b l e mo fe l e c t r o m o t o r sl e c t o t y p e ，p a r a m e t e r s m a t c h i n gc a l c u l a t i o nw a sd o n e ，r e d i r e c t o r a n dp u m pw e r ea l lc h o s ef o rt e s t i n gs y s t e m ；t h ea u t h o ra n a l y z e dt h et e s t i n ge q u i p m e n t sw o r kp r i n c i p l e ， p r o c e d u r ea n dp e r f o r m a n c eo ft e s t ，a n da l s oa n a l y z e dt h ee f f i c i e n c yc o s to ft h et e s t i n ge q u i p m e n t t h e s t u d ya l s ow i l lb eag o o dg u i d a n c ef o rr e s e a r c h i n ga n dd e v e l o p i n gt h es a m ek i n do ft e s t i n ge q u i p m e n t k e y w o r d s ：t r u c k - m o u n t e dc o n c r e t ep u m p ，t h et e s t i n ge q u i p m e n t ，t e s t i n gp r i n c i p l e ，t e s t i n g m e t h o d 长安人学硕一卜学位论文 第一章绪论弟一早三百了匕 1 1 研制混凝土泵车调试设备的背景及意义 近年来，随着国民经济的高速发展和国家对装备制造业的日益重视，混凝土 泵车研发制造技术得到飞速发展，并己在高层建筑、桥梁、地铁等工程中得到广 泛应用。混凝土泵车正在迅速取代传统落后的混凝土浇筑施工方法，逐步成为建 筑旌工中不可缺少的关键设备。另一方面，我国有着巨大的混凝土泵车的需求市 场，比如电站、机场、港口、高谏铁路、高谏公路等重点工程，同时也要进行大 量的城市道路，城镇住宅的开发建设都需要大量的混凝土。因此，这些基础建设 的投资兴建将为混凝土泵车提供巨大的应用市场。 图1 1 泵车施工示意图 但泵车属于技术和资金密集的高科技产品，需要巨大的资金投入。这也就使 得国内各泵车生产厂家都十分注重泵车在制造中尤其是调试阶段的节能技术研 究，以达到控制成本赢取更多利润，从而提高产品的竞争力。混凝土泵车在装配线 完成装配后，要进行2 0 多个小时的打水调试，这是非常重要的环节，是保证产 品性能达到指标和各部件符合要求的必需步骤。而这2 0 多个小时中调试都是通 过底盘自带发动机的动力来驱动的，平均每小时要消耗3 0 r - - 4 0 l 的柴油，在完成 一新泵车的调试无疑是要消耗大量的柴油，也增加大量的成本。在这种背景下如 何降低混凝土泵车调试能耗就显得非常重要! 为了满足泵车调试的要求，同时又能达到降低能耗的目的，有必要从动力的 驱动方式上来考虑，所以我们考虑用电力驱动来代替底盘的发动机驱动方式。这 样可以有效降低调试成本，且能够减少调试场废气污染，改善工作环境。 节能环保技术是今后混凝土泵车制造技术发展的一大趋势，它的发展可以降 第一章绪论 低能耗，大大节省制造成本，并能改善工作环境。因此开展对混凝土泵车调试的 节能及相关装备进行研究具有十分重要的意义，也可以为国内在此方面的理论研 究及试验做技术准备。本调试装备具体有以下两点重要意义。 1 用电力代替柴油，有效减低调试成本，可以有效地提升产品的竞争力。 2 减少调试场废气污染，改善工作环境。 1 2 国内外泵车发展历史及发展趋势 1 2 1 发展历史 我国泵车最早使用开始于1 9 7 9 年，当时从日本引进泵车在上海宝钢进行施 工，1 9 8 2 年湖北建设机械厂从日本“石川岛 引进臂架生产技术开始生产泵车 成为国内第一家混凝土泵车生产厂。随着建筑业的发展，泵车生产厂家逐渐增多， 但臂架部分开始大都是进口，如中联重科、辽宁海诺从意大利引进臂架，安徽星 马从日本极东引进臂架，徐州工程机械厂从普茨迈斯特引进臂架等等，现在逐步 改为自制为主和进口为辅生产配套模式。1 9 9 9 年三一重工开始自行研制3 7 米长 臂架混凝土泵车，成为国内最早自行研制长臂架混凝土泵车的企业。目前我国混 凝土泵车生产制造企业有十余家，生产能力主要集中在三一重工、中联重科、安 徽星马、徐工科技、辽宁海诺、上海普茨迈斯特等儿个企业，其中三一重工约占 国内市场的5 0 以上。 欧洲是最早发明混凝土输送泵的地区，德国主要生产厂家有：普茨迈斯特 ( p u t z m e i s t e r ) 公司、施维英( s c h w i n g ) 公司、莱西( r e i c h ) 公司等。意大利 近几年在混凝土泵车方面发展迅速，主要有西法( c i f a ) 公司、莫克波( m e c o b ) 公司、赛马( s e r m a c ) 公司等。 在亚洲，日本从上世纪七十年代开始大力发展混凝土泵车，主要生产厂家有： 石川岛播磨、三菱重工、极东开发等，在韩国则有全进、韩宇和现代、三星等企 业，近几年在混凝土泵车方面整体水平要低于欧洲，目前只有日本极东开发和韩 国全进、韩宇等少数几家在国际市场上有一定的影响力。 1 2 2 国内外混凝土泵车技术水平比较 我国从1 9 8 2 年引进国外先进的混凝土泵车的生产技术，使我国在混凝土泵 车的设计水平、制造能力都有了很大提高，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 长安大学硕士学位论文 杆垂直高度 有1 7 m ，2 1 m ，2 7 m ，3 2 m ，3 6 m ，3 7 m ；臂架节数有三节和四节两种；混凝土输送量有 5 0 m 3 h ，8 5m 3 h 、1 0 0m 3 h 、11 0 m 3 h 、1 2 0m 3 h 、1 4 0m 3 h 、17 0m 3 h 等， 混凝土输出压力5 至1 3 mp a 。底盘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 二种型号。泵车的臂架、底架、支腿、 转台等主要钢结构件均采用6 0 k g 级( 6 g = 6 0 0 mp a ) 高强钢板。液压系统有开式和 闭式两种，其中对主油缸( 混凝土活塞的驱动油缸) 与阀油缸( 混凝土分配阀驱动油 缸) 的控制，采用了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 有分立式、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 型密封圈、矩形密封圈、活塞环密封圈。我国生产的泵车混凝土分配阀形式主要 有闸板阀和“s ”管阀两种。在提高混凝土分配阀使用寿命、减少磨损等方面，做 了大量的、卓有成效的研究工作。如：在闸板阀的壳体内表面采用堆焊工艺和铸 造镶嵌技术提高了阀体的使用寿命，对闸板阀中主要零件，如：阀板、阀杆、上、 下阀座，采用了特殊热处理工艺，使零件即有较高硬度，又具有冲击韧性，满足 了闸板阀的工作要求。在“s 管阀耐磨件的研究中，对阀体和“s 管采用耐磨 铸钢铸造成形，还对眼睛板和耐磨环所用耐磨材料进行了大量的研究试验。考虑 我国混凝土施工中所用骨料多为碎石，石质坚硬、多棱，对眼睛板和耐磨环磨损 严重等情况，采用了高铬铸铁、特殊合金和堆焊等多种形式的眼睛板和耐磨环， 较好地解决了板、环磨损快、更换频繁、影响设备正常施工等问题，提高了板、 环使用寿命，降低了施工成本。对于混凝土输送缸，采用内壁镀铬方式，提高了 使用寿命。对于混凝土活塞材料，除采用聚胺酷外，在聚胺酷材料中增加添加剂， 提高聚胺脂活塞耐水、耐油、耐酸碱的能力，还研制了夹布橡胶活塞，活塞形式 多种多样，适用于不同的混凝土输送压力。目前，我国是世界上闸板阀最大的生 产国和使用国，使用的混凝土泵车的混凝土分配阀多数是闸板阀。在产品设计开 发方面：混凝土泵车生产企业，在引进技术的基础上，认真消化、吸收国外技术， 不断提高泵车零部件的国产化率，逐步掌握了混凝土泵车设计开发技术，并完全 掌握了混凝土泵车的制造技术，基本具备开发长臂架泵车的能力。 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 l5 2 m 共1 3 个品种，其混 凝土输送量5 6 1 5 0 m ；h 多种类型，布料杆节数有二节、三节，最多的有四节， 第一章绪论 最大混凝土 输出压力5 5 j1 0 8 mp a ，最大的( 5 2 m ) 泵车底盘驱动形式l o x 6 。普茨迈斯特公 司生产的混凝土泵车布料杆的长度也有1 3 个品种，布料杆的垂直高度1 6 6 2 m ， 布料杆节数最多为五节，其混凝土输送量6 6 2 0 0 m 3 h 。该公司生产的m6 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 m 3 h ，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。他们除了发展混凝土 泵车超长臂架技术外，在混凝土泵车中、长臂架中发展多节臂技术，如 2 4 m ，2 6 m ，2 8 m 高度的布料杆，即有三节臂，也有四节臂，甚至3 1 m 的臂架节数 多达五节。这些多节臂架泵车主要适合狭窄空问布料杆的 展开和对复杂结构的施工作业。国外混凝土泵车的发展，主要得益于汽车工业和 其它机械行业的发展，特别是大型泵车所使用的汽车底盘驱动型式l o x 6 和1 2 x 6 。 汽车技术的发展，也促进了大型、超长臂架泵车的发展。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，这种取力方式十分方便，底盘改装时无需改动汽车的传动系统， 工作安全可靠。另一种形式是，在汽车底盘前后传动轴之问安装取力箱来驱动油 泵，国外已开发生产全系列不同型号的取力箱，适合传递不同的功率、扭矩转速， 可以配置安装各种油泵，混凝土泵车生产厂可根据需要选择不同的取力方式，配 置不同的取力箱。长臂架泵车的发展还得益于国外材料工业的发展，目前国外除 生产6 0 k g 级的高强材料外，还研制出了7 0 k g ，9 0 k g ，1l o k g 级的高强材料，满足 了大型泵车所需材料的强度要求，使泵车布料杆的垂直高度可以达到7 0 m 。 国外企业十分重视开发具有本企业特点、构造独特、对混凝土泵送作业有良 好适应性的混凝土分配阀。由于混凝土分配阀工作条件十分恶劣，它不仅要承受 混凝土输送压力，还要经受石了、砂粒的剧烈磨损，水泥和水的腐蚀，所以泵车 生产企业竞相研制输送阻力小、吸入效率高、耐磨损、密封性能好承压能力高的 混凝土分配阀。如施维英公司生产的裙阀；普茨迈斯特公司生产的“c ”形管阀： 华星顿公司生产的眼形阀；还有新泻铁工生产带辅助吸料管的”s 管阀，以及目 前世界上广泛采用的“s 管阀，它们都具有上述优点并各具特色。裙阀具有受 力状态好，混凝土流通短等特点；”c 型管阀具有布置方便( 混凝土配管) 、混凝土 的吸排流畅等特点；t l t 曼形阀驱动力大，混凝土吸入流畅；新泻铁工的“s ”阀的辅助 管，具有提高混凝土吸入效率的作用。他们还非常注意产品的使用对象的实际工 4 长安人学硕士学位论文 况，针对性地开发产品。如施维英公司针对中国使用混凝土泵车实际 情况，开发了特殊耐磨材料的眼睛板和耐磨环，有效地提高了板、环的使用寿命， 提高了设备的利用率，降低了施工成本，并收到了良好的效果。国外企业在混 凝土泵车液压系统的设计中，除选用通用液压元件外，还自行开发混凝土泵车专 用液压元件。如施维英液压电了有限公司专门开发、制造泵车液压和控制系统及 液压元件。普茨迈斯特 公司特别注重液压系统的研究，在混凝土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，使油缸加速均匀、起动平缓，在液压系统上该公司采用了具有专利技术的 s n 阀，消除了液压换向时的冲击，使输送管中的混凝土流速均匀，减少了臂架 振动，提高了整车稳定性。闭式液压系统除上述特点外，还具有油箱体积小、液 压元件少、系统简单、布局紧揍、工作可靠，高效节能等优点。 在混凝土泵车控制技术方面，国外生产的混凝土泵车绝大多数都安装了无线 电遥控系统，有的大型泵车采用了工业电视监控。在超长臂架的混凝土泵车作业 中，为防止泵车倾翻而专门设计的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。此外， 当操作者发现问题时，按下按钮，该系统就可发出指令，通过各种动作来消除潜 在的危险。 在产品开发、制造的同时，也十分注重产品的使用、维修服务技术的研究。 近儿年来，普茨迈斯特公司为搞好产品技术服务，提高产品信誉，指导用户的使 用、维修、保养，设计了一套计算机管理程序( p m d a i s y 程序) 。用户将泵车 的工作状态、作业对象等信息传输到控制中心的计算机中，记录下泵车工作件的 磨损情况，根据记录数据，通过p m d a i s y 程序的分析，最后作出对产品是否 进行维修服务、更换零件的指令。 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 m 3 h ，布料杆的高度1 6 m 和2 1 m ，施工对象主要是小型 工地和房屋维修工程；有的在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，可以将人送入高空进行工作，还可以将混凝土泵车 用于消防作业等方面。 l o 多年来，我国在引进、消化、吸收国外混凝土泵车技术后，混凝土泵车 第一章绪论 制造技术取得了长足的进步，但与发达国家企业相比，仍有相当大的差距。产品 系列化程度不高、研究开发新产品速度缓慢。主要原因是国内生产企业只重视引 进技术及产品的产 量，忽视对产品技术水平提高和发展，使我国的混凝土泵车在市场竞争中无法与 发达国家相抗衡。另外，影响混凝土泵车发展的有关行业，如汽车制造业、通用 机械制造业、材料工业北学工业等，难以满足混凝土泵车技术发展的需要。 1 2 3 混凝土泵车发展趋势 随着技术的更新进步，泵车的发展趋势表现在以下几个方面： 一、臂架系统方面 泵车的作业范围受臂架长度的制约，臂架长度越长其作业范围越大，适用范 围也越广，但臂架越长，车辆行驶尺寸也越长，泵车在行驶及施工时往往受到限 制。但总的来说，随着科技的发展，混凝土泵车朝臂架更长的方向发展。上世纪 七、八十年代泵车臂架长度普遍在3 0 米以下，到了九十年代，3 6 米、3 7 米泵车 成为主流，近儿年4 2 米、4 5 米、4 8 米泵车普遍受到客户青睐，增长迅速。目前 三一重工生产的泵车臂架的最大长度已达6 6 米，为世界最长臂架。国外泵车臂 架长度最长为6 5 米。为了适合在狭窄空问施工作业的需要，国内外厂家普遍采 用z 形、m 形等多节臂折叠方式和单侧支撑技术，使得作业更加灵活，更便于狭 窄施工场所作业。 二、泵送系统方面 由于一些大型工程的施工需要，为满足在短时问内浇灌大量混凝土的需要， 泵车的泵送排量不断增大。上世纪九十年代，混凝土泵车理论排量一般在9 0 m 3 h 左右，而现在混凝土泵车理论排量都在l o o m 3 h 1 4 0 m 3 h 左右，国外最大理论 排量达到2 0 0 m h 。泵送系统配置大直径的输送缸( 直径为2 3 0 m m ，2 6 0 m m ， 2 8 0 m m ) ，具有吸料性能好，换向次数少的优点，不仅减少了磨损，而目一降低了 运营成本。分配阀形式主要采用s 管阀。在易损件耐磨性方面，采用新耐磨材料、 新工艺、新技术，较好地解决了易损件磨损快、更换频繁、影响设备正常施工等 问题，使其寿命大大提高。 三、节能技术方面 目前一般的泵车在任何工作强度下都是同一种耗油模式，因此在某些低耗油的工 6 长安火学硕上学位论文 作状态下，泵车就会出现高油耗的现象，给资源带来了极大的浪费。针对这种情 况，通过计算机自动判断负荷情况，并自动设定耗油模式，大大节约了成本。具 体技术有如下几种： 1 、整机节能设计 ( 1 ) 合理匹配 工程机械发动机的燃油经济性，是评价产品主要使用性能的重要经济指标。 而燃油经济性很大程度上取决于发动机和传动系的匹配。发动机工作在最大功率 点时，生产效率最高( 效率点) ，但油耗也很高；当发动机工作在最佳比油耗曲线上 时，燃油经济性最好( 节能点) 。在一个作业循环中，机器处于最大功率状态的时 间比重并不大。因此，要进行发动机一传动系的合理匹配分析。在静液压传动中， 根据工程机械，淡、低速的工作特点和作业过程中对动力及速度的要求，在发动 机、液压泵、液压马达三者问，应用微机和负荷传感技术，按照设定的工作模式 ( 轻载、重载、空载) 实现压力、流f 和功率的节能综合控制，使液压系统和发动 机的匹配尽可能地保证实际工作点处于效率点和节能点附近，以获得最高工作效 率和最合理的燃油经济性。 液力机械传动的最大缺点是传动效率低( 变矩器平均传动效率只有6 0 左右) 。 而采用多挡变速器和液力变矩器并结合自动变速控制技术，就能在确保牵引力的 情况下，将变速器重新“拉回到高效区工作。 ( 2 ) 合理确定工作载荷 传统的工程机械设计，无论是对发动机的选型还是对工作参数的选择，往往 是“靠挡选型 、层层加码，结果是设计裕量系数或功率裕量系数均被自然地放 大了，最终导致产品结构、尺寸逐级放大。很多机械实际上是在“大马拉小车” 的工况下工作，能源浪费严重。为了节能，应当在全面分析作业机理、条件和工 况的前提下，运用优化设计、并行设计、试验设计或有限元分析等现代设计方法： 取代传统的经验法i 类比法，精确合理地确定工作载荷。 ( 3 ) 尽量减少液压系统流量和压力损失 液压系统回路设计合理与否对液压工程机械节能影响很大。如，在调速回路 设计中，应避免将节流阀设里在液压系统的进油端( 进油节流调速) 。这样会使系 统油温升高、效率急剧下降，甚至出现故障。在无特定要求时，一般选用变量泵 定量马达、定量泵一变量马达或变量马达一变量马达等容积调速回路，因该回 第一章绪论 路的特点是温升小、效率高。德国大象公司泵车液压系统采用的是荷载感应式变 量泵，能随荷载的变化而输出不同的功率，避免了液压系统的能量浪费。 另外，在液压回路的传统设计中常设置背压阀，以防机器下坡、溜坡超速， 损坏马达，但却增加能量损失，解决的办法是在液压马达上加装具有背压功能的 控制阀。这样可减少压力损失，提高系统效率。 ( 4 ) 建立能源回收系统 工程机械在行驶或作业过程中往往频繁地减速、制动，致使动能转换成热能 损失了，同时也降低了制动器等的使用寿命。可采用蓄电池、飞轮和蓄能器等方 式加以回收储存。在挖掘机、装载机、起重机等的动骨、铲斗、吊具等大质fq - 作装t 的回落、下降过程中都可通过蓄能器将重力势能储存起来。统计数据表明， 这样的系统设计可减少能耗1 4 。更简易的节能办法是，将负荷侧液压油通过必 要的连接元件供给液压系统的另- n ，以达到节能的目的。 2 、液压元件的节能 经分析，液压元件的能量损耗主要是元件本身或相互连接处的泄漏、内擦。 因此，要减少能量消耗，就褥提高液压泵、马达、液压缸、液压阀和各类液控元 件的加工、装配的精度；选择性能优良的密封材料，合理设计密封结构和形式；合 理选用润滑、冷却、散热方式；不断改进液压元件的内部结构，减少内摩擦。 由于各种阀类无件都将不同程度地产生流阻，设计时应力求液压元件与控制 元件的数量减少，以减少流阻和能耗；同时在回路中应处理好阀类元件的流阻设 置、分配和计算，尽可能使阀能在大、中开口状态下工作，以减少非安全需要的 溢流量，减少能量损失。采用高度集成阀是节能的有效措施之一，它能成功取代 数量众多的分离式单功能阀类控制元件，既可缩短液流路径，减少流阻损失，又 可使系统和整机结构紧凑，减少自重引起的能耗。 还有，合理选择管路管径，优化油管管路布设，都是减少液流阻力、提离系 统效率的有效途径。 3 、其他节能描述 加强工程机械润滑和管理，可减少本擦、磨损，提高传动效率。同时，近年 来的应用表明，在润滑油中加入一定量的化学添n n ( 节能、减本) 能使运动康擦 表面的徽观凸起部分变软、平滑。或使添加剂吸附于康擦副表面，填平徽观凹陷 部分，改善油膜状态，降低本擦力。节能的措施还有：保证轮胎气压正常，增设 8 长安大学硕士学位论文 废气涡轮增压器，采用感温器控制的风扇离合器，以及对工程机械的正确维护和 管理等。 四、自动化、智能化方面 自动化、智能化是所有设备追求的目标，对于环境恶劣、劳动强度大的混凝土 泵送设备尤其重要。目前混凝土泵车自动化技术已取得了一定成就，比如：三一 重工的专利技术全自动高低压切换、泵送排量无级调节、硷活塞自动退回、发动 机转速闭环控制等，但这些还远远不够。今后混凝土泵车将是电一液高度集成， 充分利用数字控制技术、智能传感等技术的高科技产品， 五、整机重量方面 由于新材料的应用、计算方法及实验手段更加完善，使得布料臂的设计更加灵 活、自重更轻、性能更强。 1 3 国内外调试方法现状 混凝土泵车属于大功率、高耗油的机械动力设备，在出厂前都要进行长时间的 调试以保证它的可靠性，因为目前我国混凝土泵车生产企业在调试泵车时几乎都 是依靠发动机的动力来实现。以下是目前典型的调试方法： 一、利用底盘发动机 这种方法是最普遍，如图1 1 所示，也即利用自带底盘发动机( 柴油动力) 驱动液 压泵的方法进行调试。具体过程：底盘自带发动机的动力通过前传动轴带动分动 箱，通过分动箱切换动力带动液压泵工作，然后经过液压系统驱动各功能部件进 行工作，核心部分是泵送系统驱动双缸往复式主油缸，通过主油缸的往复交替作 用，推动混凝土输送缸中的工作活塞进行压送混凝土，实现混凝土的连续输送。 优点：方便快捷，节省时间；缺点：消耗大量的柴油，成本较高。 图1 2 底盘调试流程示意 9 第一章绪论 二、液压泵站 这种方法在业内还是比较新颖的，但很少采用。即设计一液压泵站，不通过泵 车自身的液压泵驱动，直接用液压泵站接入泵车主阀块进行调试。 优点：采用电力驱动油泵，节省成本， 缺点：增加维护成本，需额外增加大油箱，液压油消耗较大，笨重，有污染主阀 块的可能。原理图如下图所示 图1 3 泵站调试不意图 1 4 本文研究内容 1 4 1 论文研究的主要内容 主要内容如下： i 不用自带底盘发动机调试，改为用调试装备连接分动箱传动进行调试。 2 拟采用电力来驱动泵车进行产品调试，研制一种可自动行走式的移动调试车， 3 确定调试装备总体方案，进行设计计算，元件选型计算； 4 用调试装备进行调试试验，并对底盘发动机调试成本进行比较 图1 4 调试装备调试示意 这涉及以下问题需要解决： 1 、安装空间问题：需临时拆除底盘两侧相关部件和前轴调试场拆装这些部件会 很不方便，如：拆装工具及吊具临时存放等，增加调试工作量蓄电池不能拆卸，要 为电控系统提供电力；油箱- o ! u j 装拆也存在问题，油箱内一般装有柴油，重量较大， 1 0 长安人学硕十学位论文 需吊装或叉车等辅助工具；目前调试场地有9 个工位，产量一大，泵车经常停在路边 等候调试，若同时调试的话则需要多台此类装置，而且占地空间大，调试场环境潮 湿，且有油污，电机长期在此种环境下工作，极易生锈，容易频繁出现故障；由于质量 不稳定等原因，泵车经常要在调试和装配车间来回排故 2 、安全可靠性：在运转中可靠固定很重要，因为电机在高速运转中会产生很大 的振动，加上传动轴很长，且螺旋伞齿轮安装精度很高，容易打坏齿轮若频繁出 现的话耽误时间 3 、稳定性：传动轴过长，若转向器悬置，中间无支撑的，会产生晃动，建议不悬置转 向器如何设计传动系统结构较为关键；打泵状态时，泵车会前后上下震动，而电机 与泵车不是固定在一起的，故泵车的震动会造成相对位置不稳定对伞齿轮传动有 较大影响。 第二章混凝十泉车结构及调试原理 第二章混凝土泵车结构及调试原理 2 1 混凝土泵车结构及工作原理 在介绍调试装备之前有必要先对混凝土泵车的结构和工作原理进行简述，以 下是具体内容： 2 1 1 基本构造 混凝土泵车的种类很多，但是其基本组成部件是相同的，混凝土泵车主要由 底盘、臂架系统、转塔、泵送机构、液压系统和电气系统六大部分织成，如图 3 1 所示。 l23456 卜底盘：2 一臂架系统：3 一转塔o4 一液压系统；5 一电气系统：6 一泵送机构 图2 1 混凝土泵车总图 一、底盘：由汽车底盘、分动箱、传动轴和付梁等部分组成。 由于此部分与调试装备关系最为密切，下面着重分别进行阐述： 1 、混凝土泵车底盘：主要用于泵车移动和工作时提供动力。通过气动装置推动 分动箱中的拔叉，拨叉带动离合套，可将汽车发动机的动力经分动箱切换。切换 到汽车后桥使泵车行驶，切换到液压泵则进行混凝土的输送和布料。底盘部分由 汽车底盘、分动箱、传动轴等儿部分组成。混凝土泵车底盘主要采用奔驰( b e n z ) 、 沃尔沃( v o l v o ) 、五十铃0 s u z u ) 等。奔驰和沃尔沃底盘外观豪华、驾驶舒适、 自动化程度高；五十铃底盘技术成熟，在国内服务较完善。目前混凝土泵车采用 的底盘均达到欧i i i 或以上标准，能满足大中城市对汽车排放的要求。三一重工 除采用以上三种型号的底盘外，为了适应不同国家和地区的道路交通法规要求， 还选用了日野，c o n d o r ，m a c k 等底盘。现以日本五十铃底盘着重介绍相关结 构： 1 2 长安大学硕士学位论文 图2 2 五十铃系列底盘( c y z s10 - 6x4 ) 五十铃底盘技术成熟，在国内服务较完善，价格也相对便宜，三一重工主要选 用c y zs 1 q 和c y hs 1 y 系列型号。五十铃底盘的主要特点如下： 1 ) 发动机：五十铃6 w f l a 6 w f l d ( 欧i i i 型环保标准) ，四冲程，水冷直接喷注 式附涡轮增压及中置冷却器柴油发动机，顶置凸轮轴： 2 ) 离合器：气动辅助液压控制器，附带缓冲弹簧的干式单片； 3 ) 转向系统：循环球式带整体动力助力装置； 4 ) 变速器型号：m j d 7 s m a l 6 u ，七前速超速档附动力辅助； 5 ) 车身大梁：强化重形双槽式梯形大梁； 6 ) 电气装置：蓄电池1 2 伏一1 5 0 a hx2 ，串联式装置，1 4 5 6 5 1 ；交流发电机2 4 伏； 7 ) 悬挂系统：前悬挂系统：半椭圆合金钢片弹簧，带液压双向可仲缩简式减震器； 8 ) 后悬挂系统：十字轴式，半椭圆合金钢片弹簧； 9 ) 前桥：倒置爱里奥工字架 1 0 ) 后桥：串联驱动桥，整体式全浮式，带轴问差速器的准双曲面齿轮和锁定装 置： 第_ 二章混凝十泵车结构及调试原理 1 1 ) 制动系统：全气动式，双回路，s 凸轮型，作用于前、后轮为助势及非助势 蹄式； 1 2 ) 燃油箱容量：4 0 0 升。 1 3 ) 驾驶室：3 座位，单排座附带睡床，电动可倾翻式驾驶室，机械式驾驶室悬 挂系统。 2 、分动箱结构如下： 54皇2i 卜主油泵：2 一三轴：3 一三轴轴承：4 一三轴齿轮：5 一臂架泵：6 _ 二轴齿轮：7 一二轴：8 一 二轴轴承：9 一空套齿轮；1 0 一轴承盖：11 一联结盘：1 2 一输入轴：1 3 - 输入轴轴承：1 4 一空套齿 轮轴承：1 气缸：1 6 一拨叉杆：1 7 一箱体：1 8 一拨叉：1 0 一离介套：2 0 - 输出轴：2 1 - 轴轴承：2 2 一 输出轴轴承 图2 3 分动箱结构示意图 工作原理：泵车处于正常行驶位时，发动机的旋转扭矩通过传动轴传递到分动 箱的输入端，此时离合套( 件1 9 ) 将输入轴( 件1 2 ) 和输出轴( 件2 0 连通，直接将发 动机的扭矩传递到后桥，使混凝土泵车处于行驶状态；当操作员将翘板开关扳到 泵送位时，此时气缸( 件1 5 ) 动作，带动拨义件( 1 8 ) 向左移动，离合套件( 1 9 ) 在拨 叉( 件1 8 ) 的作用下也向左移动，将输入轴件( 1 2 ) 和空套齿轮件( 1 9 ) 连通。同时空 套齿轮件( 1 9 ) 带动二轴齿轮件( 6 ) 传动，二轴齿轮件( 6 ) 带动三轴齿轮件( 4 ) 传动， 三轴齿轮件( 4 ) 通过花键带动三轴件( 2 ) ，三轴件( 2 ) 左端直接带动臂架泵工作的同 时，右端本身带动主油泵件( 1 ) 工作，使混凝土泵车处于泵送状态。通过气缸件( 1 ) 的作用使混凝土泵车在泵送和行驶状态转换。分动箱使用时要注意以下儿点：1 、 经常检查油标，看箱体内润滑油液面高度是否合适；2 ) 注意运行时声音是否正常：3 ) 1 4 长安大学硕j ：学位论文 半年更换一次润滑油。 当分动箱进行切换时，应确认气罐空气压力大于等于0 7 m p a a 输入轴处于 静止或低速状态1 、发动机熄火；2 、发动机怠速、离合器脱开或空档。 3 、传动轴： 用于在不同轴心的两轴之问甚至在工作过程中相对位置不断变化的两轴之间 传递动力。前置发动机后轮驱动的汽车在行驶过程中，由于悬架的不断上下跳动， 变速器与驱动桥的相对位置也在不断变化，因此它们之问需要用可仲缩的万向传 动轴联接。这时当联接的距离较近时，常采用两个万向节和一根可伸缩的传动 轴：当距离较远而使传动轴的长度超过1 5 m 时，常将传动轴分成两根或三根， 用三个或四个万向节，目后面一根传动轴可伸缩，中间传动轴应有支撑。对于 既要转向又要驱动的转向驱动桥，左、右驱动车轮需要随汽车行驶的轨迹而改变 方向，这时需采用球笼式或球义式等速万向节传动，其最大夹角即车轮的最大转 角可达3 2 _ 4 2 。传动轴由万向节、传动轴管、及仲缩花键等部分组成。传动轴 管由壁厚均匀易平衡、壁薄、管径较大、扭转强度高、弯曲刚度大、适于高速旋 转的低碳钢管制成。 234 卜万向节：2 一传动轴管：3 伸缩花键：4 平衡片 图2 4 传动轴的机构示意图 伸缩花键有矩形和渐开线齿形，用于补偿由于汽车运动时传动轴两端万向节之 问的长度变化。由于花键齿侧工作表面面积较小，在大的轴向摩擦力作用下将加 速花键的磨损，引起不平衡及振动。应提高键齿表面硬度及光洁度，进行磷化处 理、喷涂尼龙，改善润滑，可减少摩擦阻力及磨损。混凝土泵车上的传动轴基本 上在厂家的基础上改制，主要是长度方面的问题，因此在改制时一定要注意避免 破坏传动轴总成的动平衡。动平衡的不平衡度由点焊在轴管外表面上的平衡片补 第一：章混凝十泵市结构及调试原理 偿。 二、臂架系统由多节臂架、连杆、油缸和连接件等部分组成。 三、转塔由转台、回转机构、固定转塔( 连接架) 和支撑结构等部分组成。 四、泵送机构由主油缸、水箱、输送缸、硷活塞、料斗、s 阀总成、摆摇机构、 搅拌机构、出料口、配管等部分组成。 五、液压系统主要分为泵送液压系统和臂架液压系统两大部分。泵送液压系统包 括主泵送油路系统、分配阀油路系统、搅拌油路系统及水泵油路系统；臂架液压 系统包括臂架油路系统、支腿油路系统和回转油路系统三部分。液压系统主要由 液压泵、阀组、蓄能器、液压马达及其它液压元件等部分组成。 六、电气系统主要由控制柜、遥控器及其它电器元件等部分组成。 2 1 2 混凝土泵车工作原理 混凝土泵一般装在汽车底盘的尾部，以便混凝土搅拌运输车向泵的料斗卸料， 发动机( 或电机) 驱动油泵，泵出的压力油经换向阀进入泵送油缸；泵送油缸缸杆 带动橡胶活塞在混凝土缸内作往复运动，将混凝土吸进或压出混凝土缸，混凝土 缸压出的混凝土通过料斗内的分配阀与外部管路对接，流向浇注施工面。 如图2 2 所示：混凝土搅拌车卸料到混凝土泵车料斗后，由其泵送机构压送到输 送管，经末端软管( 件1 5 ) 排出。各节臂架的展开和收拢靠各个臂架油缸来完成。 其中臂架中的1 撑臂架( 件7 ) 的仰角可在2 - - 9 0 内摆动，2 撑臂架( 件1 0 ) 和3 群臂架 ( 件1 2 ) 可摆动1 8 0 0 ，四节臂架依次展开，其中甜臂架( 件1 4 ) 的动作最为频繁， 它可以摆动2 4 5 。左右，其末端的软管在工作时应尽可能靠近浇注部位，同时臂 架可以通过回转马达及减速机驱动回转大轴承绕固定转塔作3 6 5 旋转。 1 6 长安人学硕一i ：学位论文 卜泵送机构：2 一支腿：3 一配管总成：4 一固定转塔：5 一转台：6 1 | 臂架油缸：7 - 1 # 臂架：8 - 臂架输送管：9 - 2 # 臂架油缸：1 0 2 # 臂架：1 1 3 # 臂架油缸：1 2 - 3 # 臂架：1 3 - 4 # 臂架油缸：1 4 - 4 # 臂架：1 5 一末端软管 图2 5 混凝土泵车工作示意图 土 图2 6 泵车支腿臂架展开效果图 2 1 3 混凝土泵车主要技术参数 一、布料杆的垂直布料高度 布料杆的垂直布料高度是指泵车布料杆全仲垂直状态从地面到混凝土泵车布 料杆端部的垂直距离，它反映了混凝土泵车布料杆的工作范围和能力。混凝土泵 车布料杆垂直高度主要有以下系歹t ：1 6 m ( 1 7 m ) 、2 2 m 、2 4 m ( 2 3 m ) 、2 6 m ( 2 7 m ) 、 1 7 第二章混凝十泵车结构及调试原理 2 8 m 、3 2 m 、3 6 m 、4 2 m 、4 7 m 、5 2 m 、6 2 m 等。布料杆的折叠型式有多种，三 节臂的有z 型、o 型s 型，一般采用z 型和o 型；三节臂以上的采用混合型，也 多为z 型和o 型混合折叠形式，因为z 型和0 型的折叠臂架对泵车臂架展开所 需要的空问小，展开或折叠速度迅速。 二、理论混凝土输送量 理论混凝土输送量是指混凝土泵车每小时输送混凝土体积的理论值，它主要 反映混凝土泵车单位时问内输送混凝土的能力，即混凝土输送的速度。 混凝土泵车输送量的大小取决于汽车底盘的动力、混凝土输送缸的缸径以及输送 压力和输送量的关系等因素。一般布料杆垂直高度在3 0 m 以上的混凝土泵车的 混凝土输送量都在1 0 0 m 3 h 以上。 三、泵送混凝土压力 泵送混凝土压力是指工作时混凝土泵车出口的混凝土压力，它反映了混凝土 泵车输送混凝土的能力。一般混凝土泵车的输出压力在5 一l l mp a 左右，有的达 到13 mp a 。泵车主要是通过布料杆进行混凝土输送，不需要拖式混凝土泵那么 高的输出压力。 四、混凝土分配阀型式 混凝土分配阀是泵车混凝土输送系统的关键部件，它的优劣影响着混凝土泵 车的工作性能。泵车混凝土分配阀型式有闸板阀、c 管阀、s 管阀、裙阀和眼形 阀等。它们的构造各不相同，但都应具有下列性能：对不同的混凝土有良好的适 应性，分配转换速度快，吸入效率高，排出性能好，密封性好，使用寿命长，维 修方便等。 2 3 混凝土泵车调试原理 目前的调试是利用底盘提动动力，通过气动装置推动分动箱中的拔叉，拨叉 带动离合套，将汽车发动机的动力经分动箱进行切换。切换到汽车后桥使泵车行 驶，切换到液压泵则进行混凝土的输送和布料。调试时也利用此原理，模拟实际 工况，首先将泵车通过四个支腿油缸将泵车完全支起，并将底盘通过分动箱切换 至泵送状态；再依次将各臂架展开至工作位置，并加上吊重负载模拟实际工况。 一切准备就绪后，按小排量到大排量顺序进行打水试验。核心部分是泵送系统驱 动双缸往复式主油缸，通过主油缸的往复交替作用，推动混凝土输送缸中的工作 活塞进行压送混凝土，实现混凝土的连续输送。以下分节具体分析各工作系统工 l r 长安大学硕t 学位论文 作原理。 2 3 1 泵送机构工作原理 泵送机构是混凝土泵车的执行机构，用于将混凝土沿输送管道连续输送到浇注 现场。泵送机构由主油缸、水箱、输送缸、硷活塞、料斗、s 阀总成、摆摇机构、 搅拌机构、出料口、配管等部分组成。 工作原理：其泵送机构如图3 2 0 所示：泵送机构由两个主油缸l ，2 ，水箱3 ， 两个混凝土输送缸4 ，5 ，两个硷活塞6 ，7 ，摆摇机构8 ，分配阀9 ( s 形阀) ，搅拌 机构1 0 ，料斗1 1 和出料口1 2 组成。 2 1 、2 主油缸；3 水箱；4 、孓输送缸；6 、7 硅活塞；8 - 摆摇机构；9 分配阀( s 阀总成； l o 搅拌机构；1 1 料斗；1 3 出料口 图2 7 泵送机构结构简图 双列液压活塞式混凝土泵的两个主油缸交替工作，使混凝土的输送工作比较 平稳、连续而目排量也大为增加，充分利用了原动机的功率，是目前应用最为 广泛的混凝土泵形式。其工作原理根据分配阀和控制方式的不同也有所不同，其 主要区别在换向动作的实现上。下面以s 管阀混凝土泵介绍其工作原理。 砼活塞( 6 ) ，( 7 ) 分别与主油缸( 1 ) ，( 2 ) 活塞杆连接，在主油缸的作用下，作往复运 动，一缸前进，另一缸后退；输送缸出口与料斗和s 阀连通，s 阀出料端接出料 口，另一端通过花键轴与摆摇机构的摆臂连接，在摆摇机构的摆动油缸作用下， 可以左右摆动。 泵送混凝土料时，在主油缸作用下，硷活塞7 前进，硷活塞6 后退，同时在摆 动油缸作用下，s 阀9 与输送缸4 连通，输送缸5 与料斗连通。这样硷活塞6 后 退，便将料斗内的混凝土吸入输送缸，硷活塞7