混凝土输送泵液压系统现状和趋势

1、混凝土输送泵液压系统现状和趋势 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc20022 1 引言 PAGEREF _Toc20022 1 HYPERLINK l _Toc1631 2 混凝土输送泵简介 PAGEREF _Toc1631 1 HYPERLINK l _Toc28321 3 混凝土输送泵液压系统现状和趋势 PAGEREF _Toc28321 2 HYPERLINK l _Toc31234 3.1 开式系统 PAGEREF _Toc31234 2 HYPERLINK l _Toc29019 3.2 闭式系统 PAGEREF _Toc29019 3 HYPERLIN

2、K l _Toc19441 3.3液压系统发展趋势 PAGEREF _Toc19441 4 HYPERLINK l _Toc26623 4 混凝土输送泵液压系统 PAGEREF _Toc26623 5 HYPERLINK l _Toc1875 4.1 输送泵液压系统组成部分 PAGEREF _Toc1875 5 HYPERLINK l _Toc10768 4.2 混凝土泵送工况对液压系统的要求 PAGEREF _Toc10768 5 HYPERLINK l _Toc28189 4.2.1混凝土可泵性理论 PAGEREF _Toc28189 6 HYPERLINK l _Toc20951 4.2

3、.2 泵送混凝土的压力冲击 PAGEREF _Toc20951 6 HYPERLINK l _Toc14586 4.3 混凝土泵闭式液压系统 PAGEREF _Toc14586 7 HYPERLINK l _Toc9934 4.3.1混凝土泵闭式液压系统原理图 PAGEREF _Toc9934 7 HYPERLINK l _Toc9481 4.3.2泵送回路 PAGEREF _Toc9481 7 HYPERLINK l _Toc32484 4.3.3混凝土泵摆动回路 PAGEREF _Toc32484 13 HYPERLINK l _Toc12450 4.4 HBT80混凝土泵技术参数 PAG

4、EREF _Toc12450 14 HYPERLINK l _Toc26279 结束语 PAGEREF _Toc26279 14 1 引言混凝土输送泵是一种将符合施工和泵送条件的混凝土通过水平或垂直管道连续输送到施工现场的建筑施工机械。具有施工效率高、减轻劳动强度、降低成本费用等特点，广泛应用于高层建筑、混凝土堤坝、道路、桥梁和其他大型混凝土结构的建筑施工中。 混凝土输送泵采用液压驱动，液压系统是整机的重要部分，影响到机器的工作性能。下面对HBT60混凝土输送泵液压系统进行分析设计。2 混凝土输送泵简介在混凝土施工工程过程中，混凝土的现场输送和浇注是一项关键的工作。它要求迅速、及时并保证质量以

5、降低劳动消耗，从而在保证工程要求的条件下降低工程造价。混凝土泵是通过管道依靠压力输送混凝土的施工设备，它能一次连续地完成水平输送和垂直输送，是现有混凝土输送设备中比较理想的一种。预拌混凝土生产与泵送施工相结合，利用混凝土搅拌输送车进行中间运送可实现混凝土的连续泵送和浇注。 现在的活塞式混凝土泵大多采用液压双缸的形式，其两个油缸交替工作，使混凝土的输送工作比较平稳、连续，而且排量也大为增加，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，但其主要区别在换向动作的实现上。下面以 S 管阀式混凝土泵介绍其工作原理。1、2主油缸；3水槽； 4换

6、向开关；5、6混凝土缸；7、8混凝土活塞 9料斗；10分配阀；11摆臂；12、13摆动油缸；14出料口 图2-1泵送原理 如图2-1所示，混凝土缸活塞（7、8）分别与主油缸（1、2）活塞杆相连，在主油缸压力油的作用下作往复运动，一缸前进，另一缸则后退；混凝土缸出口与料斗连通，分配阀一端接出料口，另一端口通过摆动油缸推动与S管上花健轴连接的摆臂在两混凝土缸口左右摆动。 泵送混凝土时，在主油缸压力油的作用下，混凝土活塞7前进，混凝土活塞8后退，同时在摆动油缸作用下，分配阀10与混凝土缸5连通，混凝土缸6与料斗9连通。这样混凝土活塞8后退，便将料斗 9内的混凝土吸入混凝土缸；混凝土活塞7前进，将混凝

7、土缸内的混凝土经过分配阀到出料口 14 迸出。 当混凝土活塞后退至行程终端时，主油缸1、2换向，同时摆动油缸11、12换向，使分配阀10与混凝土缸6连通，混凝土缸5与料斗9连通，这是混凝土活塞7后退，8前进。如此循环，从而实现连续泵送。 当混凝土泵发生堵管现象或需要停机时，应该把输送管道中的混凝土抽回。这种情况下通过反泵操作，使处于吸入行程的混凝土缸与分配阀连通，处于推送行程的混凝土缸与料斗连通，从而将输送管道中的混凝土抽回料斗，如图 1-2 所示。a）正泵 b）反泵图2-2 正反泵工作状态3 混凝土输送泵液压系统现状和趋势 液压系统是混凝土泵技术性、可靠性最关键的部分。国内外混凝土泵液压系统

8、采用开式和闭式两种系统，开式系统厂家占绝大多数，产量占70%。3.1 开式系统施维英（Schwing）公司是开式系统的典型代表。主油缸换向采用全液压换向，即在主油缸运动至行程终端时油缸输出一个液压信号来控制大流量液控换向阀换向，使主油缸改变方向。主油缸采用液压换向，液压元件多，回路复杂，但电器控制非常简单。为了消除换向冲击，施维英公司一直致力于专用控制阀的研究，树立了开式回路的典范。见图3-1。 目前国内大多数厂家均采用泵送回路和摆动回路相互独立的开式系统，见 3-2图。主油缸换向采用电换向，即在主油缸运动至行程终端时油缸输出一个电信号来控制大流量电磁换向阀换向，使主油缸改变方向。开式系统具有

9、成本低维修简单等特点。 图3-1 Schwing公司开式系统简图图3-2 国内多数厂家开式系统简图3.2 闭式系统闭式系统是指泵送回路采用闭式系统，其它回路均为开式系统。泵送回路采用闭式系统的回路也称为FFH（自由流动液压系统)回路。普茨迈斯特（Putzmeister）公司是闭式系统的典型代表，近二十年来，Putzmeister 公司始终坚持采用泵换向，为广大客户提供了性能卓越可靠的泵送产品，深得用户青睐，见图3-3。图3-3闭式简图 闭式系统相对于开式系统而言，回路较为复杂，但是闭式系统功率消耗小，换向平稳、冲击小，在大流量系统中得到了广泛应用。 图3-4是常用闭式系统简图，泵送回路和摆动回

10、路是相互独立的回路。图3-4常用闭式系统简图 3.3液压系统发展趋势 在液压传动和控制技术的发展过程中，电液伺服控制和电液比例控制是相继出现的两个重大进程。电液伺服技术首先用于航空，继而应用于一些重要工业设备的自动控制。但是，电液伺服阀对介质清洁度的要求十分苛刻，制造成本高而价格昂贵，系统能耗也大。因此，自60年代末期开始，电液比例技术得到了迅速发展。迄今已臻成熟。它与传统的电液伺服技术相比具有高可靠性、节能、耐污染能力强、制造和使用成本低、无零飘易调整等特点。电液比例控制技术是连接现代微电子技术和大功率工程控制设备之间的桥梁。采用数字电子控制技术代表了当今液压电子技术的潮流和发展趋势。见图3

11、-5。图3-5数字电子控制系统简图混凝土泵采用电子控制，组成系统元件少、安装成本低，系统控制简单。可以实现电子恒功率，电子压力切断，油缸速度模型控制，防止和减少系统冲击。4 混凝土输送泵液压系统4.1 输送泵液压系统组成部分混凝土泵的液压系统包括泵送系统、摆动系统、搅拌系统、布料杆系统、支腿、回转和辅助系统。对拖泵而言，则主要包括泵送系统、摆动系统、和搅拌系统。其中，泵送系统是最重要的系统，泵送系统分为开式系统和闭式系统二种。通常，按照泵送液压系统类型，我们称混凝土泵的液压系统为闭式系统或开式系统，尽管即使在闭式系统中，除泵送以外的系统都是开式的。 在开式系统中，油泵是单方向的，泵送油缸的换向

12、是靠换向阀完成的。按泵送系统和摆动系统的关系，开式系统的混凝土泵又分为二种： 单回路系统：单泵顺序控制，主泵为泵送和摆动系统供油。 双回路系统：两泵分别独立供油。双回路具有摆动稳定，系统冲击小，获得越来越广泛的应用。 在闭式系统中，油泵是双向的，泵送油缸的换向是靠油泵换向实现的，油泵处于中位（斜盘摆角为零）时，泵送油缸处于停止状态。这样的闭式系统在混凝土行业也称为FFH自由流动系统（Free Flow Hydraulics）。闭式系统中泵送和摆缸采用独立双回路系统。4.2 混凝土泵送工况对液压系统的要求4.2.1混凝土可泵性理论混凝土是由水泥，骨料和水组成，也可加进混凝土外加剂，水灰配合比（即

13、灰浆）凝固后，就变成了人造石头，即所谓的混凝土。这种混凝土的强度取决于骨料的质量和水泥灰浆的质量和数量。如果只加进少量的粘结剂（水泥）而加入大量的水，水份高的灰浆强度则低。 每一块和所有混凝土骨料的石块必须用灰浆，即水灰配合料包住。这样一旦凝固后，配合料的各种成份都紧紧地粘结在一起。如果灰浆不足，强度就下降。可用掺入水泥和水的办法来提高灰浆量，但混凝土的成本要提高，因为水泥是混凝土中价格最昂贵的材料。选择尺寸和形状好的骨料可以降低总表面积（生成表面积）。大小骨料配合比均可以降低颗粒之间的空隙率（内部空隙率），那就是减少了必须用细砂浆填满的空间，以形成一个牢固的实体。 能被推出管道的混凝土称为可

14、泵性混凝土。也即，管道内壁的摩擦力不是太高，并在通过管道时不至于堵塞管道。可泵性混凝土并非特殊混凝土，它是一种配比已被混凝土技术标准化了的混凝土。混凝土进行泵送时，混凝土中的水泥浆在压力的作用下挤向外围，在输送管内表面形成一薄薄的水泥浆层，起润滑作用。混凝土在输送管中的流动属于“柱塞流”，而柱塞内部无相对运动。输送距离越大，泵送压力也越大；混凝土在管道内的流动速度越大，摩擦阻力也越大，泵送压力也大。4.2.2 泵送混凝土的压力冲击1.由系统本身引起的冲击 开式系统中由于多路阀换向造成的压力冲击。由于主油泵流量很大，(300 升/分钟至 700 升/分钟)，主油缸运动速度很快，换向时间短（0.2

15、秒内），液压阀在切换时会产生巨大的压力冲击，改善换向阀的换向性能可以减小冲击但不能消除冲击。 闭式系统采用泵换向，斜盘通过“零位”，可以有效消除换向冲击。 2.由混凝土负载性质引起的压力冲击 不管采用开式系统还是闭式系统，主油缸由吸入行程到泵送行程换向停顿的瞬间，分配阀导通，泵中的低压混凝土与管路中的高压混凝土接触，巨大压力作用在油缸上，在油缸启动的瞬间，如果不减少主油泵流量，油缸与油泵出油口之间压力迅速上升，产生巨大压力冲击。4.2.3 泵送混凝土工况对主油泵流量要求由于吸入料缸的混凝土中含有空气，此时的混凝土具有较大的压缩性。在换向结束后，系统要求主油泵给主油缸最大的流量、以最快的速度压实

16、吸入的混凝土。当输送缸中的压实混凝土与管路中的高压混凝土接触时，又要求主油泵流量迅速减少，提供足够的推力，而后再以正常速度泵送。主油泵流量循环见图4-1。泵送 换向 快速推进 柔和推送 图 4-1主油泵流量循环简图 因此不管是开式系统还是闭式系统，要想消除压力冲击系统设计必须满足泵送换向快速推进柔和推送四个阶段对主泵流量的不同要求。 4.3 混凝土泵闭式液压系统4.3.1混凝土泵闭式液压系统原理图 在广泛调研的基础上，利用德国混凝土泵技术研制了闭式液压系统混凝土泵。由于在闭式回路中无换向阀，主油泵两高压口直接与油缸相连，因此该系统适合于不同流量的系统，主油泵可以两个并联以增大流量，适用于大排量

17、混凝土泵。泵送、摆动、搅拌清洗回路相互独立，各油泵吸油口前安装有10精密过滤器。A4VG180主油泵供泵送油缸，A10VO28 恒压泵供摆动油缸，齿轮泵供搅拌马达和清洗马达。主泵高压安全阀调定压力为400bar，压力切断阀调定压力360bar，补油泵调定压力34bar，冲洗阀调定压力30bar。 4.3.2泵送回路主油泵采用德国力士乐 A4VG180HD 专用混凝土快速换向泵。 A4VG 泵是斜盘结构的轴向柱塞式多功能变量泵。图4-2是其结构简图。图 4-2 A4VG泵结构简图其排量控制采用采用HD先导液压控制，见图4-3。变量缸的调节控制油（二级控制油）来自辅助泵。变量缸的位移取决于来自于Y

18、1与Y2两路先导阀控制油的压力差Pst（一般情况下当一路通以控制油时另一路的油压为零），改变Pst 就可以无级地调节泵的排量。 1先导阀；2变量活塞；反馈杆；4对中弹簧；5补油泵 图4-3 HD先导液压控制原理图先导阀控制油来自Y1或Y2决定了泵的排油方向。由于二级控制油来自主泵之外的辅助动力，所以主泵可根据Pst在正负排量之间转换。控制压力Pst=618bar，变量起点6bar，变量终点18bar。性能曲线见图4-4。图4-4性能曲线变量机构采用位移力反馈式阀控缸方式，调节原理见图4-5，先导阀芯的力平衡方程决定阀口开度，先导阀口流量的积分决定变量活塞的位移，此位移通过反馈弹簧使先导阀口关闭

19、，使变量活塞定位在一个新的位置。图4-5主泵变量机构调节原理图这种变量机构有以下的特点： 变量活塞的响应速度取决于先导阀的输出流量。 先导阀的通流面积是（yx）的函数，所以总是在开口量很小的情况下工作（y先导阀芯位移；x变量活塞位移）。 先导阀口零位附近的流量增益和压力增益，决定这种调节方式的响应性能。 根据Putzmeister公司的经验，在混凝土输送的闭式系统中，主驱动泵的斜盘正反向转换速率不低于200毫秒，我们称之为快速换向泵。快速换向泵与普通轴向柱塞变量泵相比具有以下特点： 从补油泵经先导阀到变量斜盘控制活塞控制流量行程压力损失小，确保变量活塞腔压力。 向控制活塞提供压力油的孔径要大，

20、提高流向变量控制活塞的控制流量，或减少变量控制活塞直径确保变量控制活塞的行程速度； 提高补油泵补油压力。 加大先导阀芯直径。 变量控制活塞与变量斜盘的联结机构得以改进，以保证控制的正确、快捷以及机构的疲劳寿命。 变量活塞与先导控制阀之间的反馈机构得以改进，以保证控制的正确、快捷以及机构的疲劳破坏。图4-6是普通A4VG180变量泵原理图，图4-7是快速换向A4VG180变量泵原理图，图4-8是A4VG180快速换向泵换向性能曲线。图4-6普通A4VG180变量泵原理图图4-7 快速换向A4VG180变量泵原理图 图4-8 A4VG180快速换向泵换向性能曲线图中：变量泵斜盘摆角；n油泵转速；

21、PHD主泵高压； Pst先导阀控制压力； psp补油泵安全阀压力； TS油泵换向时间 从4-8图中可以看出，在A、B口高压差为320bar 情况下，油泵斜盘摆角从一个最大方向变换到另一最大方向的时间不超过 02 秒。 闭式系统中补油泵的作用： 补充内泄漏维持主回路的压力； 提供冷却油液； 为控制系统提供压力油。主油泵排量控制简单，调节方便。 142固定节流口（固定液阻）和125可调节流口（可变液阻）组成B型先导液桥，通过调节125阀开口度就可使Pst压力在0至34bar之间变化，从而控制变量泵的排量。见图4-9。 图4-9变量泵控制原理图瞬时补油电磁阀 196实现混凝土泵快速换向和快速推进。

22、在主油泵换向时电磁铁Y7动作，196工作，主油泵换向结束延时一段时间，Y7断电，196停止工作。见图2-10。即在电磁铁Y4（或电磁铁Y5）通电后的0.05秒至0.572秒时间内Y7得电。Y7 得电时，切断通往125节流阀的油路，125节流阀不起作用。142和142a节流阀并联供油，Pst压力升高，推动摆动液动阀147和主泵先导阀换向压力和流量增大。主油泵在换向时以最大排量工作，油缸运动速度最快，实现快速推进压实。之后，Pst压力又恢复为125节流阀调定压力。实现快速换向和快速推进压实。 在国内使用闭式回路的多数厂家中，主泵排量调节先导压力Pst多采用减压阀控制，原理图见图4-10。采用减压阀

23、的回路不能实现快速推进压实。在主油泵换向过程中，控制先导阀油口Y1或Y2的压力Pst始终保持减压阀调定压力，主油泵排量保持在设定水平。如减压阀压力调整为12bar，在主油泵换向时Pst始终保持不变，主油缸不能快速换向和快速推进压实。图4-10 用减压阀控制排量的液压系统图冲洗散热回路冲洗阀用于将系统中的热油排走，起到冷却作用；同时也可将高压回路中的污物冲走。补油泵油液的一部分（约60%）从回路的低压腔流向冷却器散热。调节补油安全阀和补油溢流阀的压力差就可调整补油泵的冲洗流量，压差一般调整为45bar，补油安全阀调为34bar，补油溢流阀调为 30bar。为了增加散热效果，可将齿轮泵回油经过散热

24、器流回油箱。4.3.3混凝土泵摆动回路摆动系统采用恒压泵蓄能器的开式回路，溢流阀169为直动式溢流阀，用于消除恒压泵的压力峰值，121阀是带阻尼孔的球阀，当球阀处于关闭状态时，压力油经过5节流口进入摆缸，减缓摆缸速度，适用于空载或混凝土塌落度大的工况，能延长S摆管使用寿命；当混凝土坍落度小，摆动负荷增大时，球阀处于通路状态，进油阻尼减小，增大摆动油缸推力。 摆动系统最重要的是必须在0.2秒内完成S形分配阀的切换，使其从相反行程缸筒的一端变换到另一端。通过改变主泵流量方向，实际的压力缸速度降低至零，相对的吸收缸也一样，最终，缸筒在相反方向开始运动。在该时刻乃至更短时间内，S形分配阀必须转向另一缸筒，S形分配阀在压力侧接近缸筒行程终点的滞留时间相对长些，紧接着迅速切换到另一端，这样S阀切换最省力，磨损件磨损程度最小。 S管切换和主油泵切换的油路是同步进行的。即当主油缸到行程终点时，接近开关给出一个电信号，使换向电磁阀103a 动作，同时推动147摆动液动阀动作，S 摆管换向。为了使S管在压力侧滞留时间长些，摆动油缸采用了如4-11所示的缓冲结构。刚开始摆动时，压力油通过2个3阻尼孔和缓冲间隙推动柱塞运动，起到了减缓启动速度和终点缓冲的作用。见图4-