混凝土拖泵整体设计及其机架系统设计

1、摘要JHTB70CW品混凝土拖泵整体设计及其机架系统设计是本论文的中心内容，混凝土拖泵是商品混凝土运输、浇筑施工的主要设备之一。本文是以混凝土拖泵为研究对象， 对JHTB70C商品混凝土拖泵的整体以及机架系统进行设计，设计的主要内容如下：1.液压系统设计与参数计算、转动轴承的计算；2.总体设计部分，以及托式混凝土泵的车架和外部框架的连接设计；3.导向装置、牵引装置的设计和外罩的设计 。设计的同 时要对液压系统的工作原理理解，还要能够明白整个拖泵系统的工作原理， 以及各个部 件的作用。本设计主要是在环保的基础上设计的， 所以商品混凝土拖泵在现在的各个施 工现场都被广泛使用，未来也有很广阔的发展空

2、间。商品混凝土拖泵的设计很符合现在的现在建筑行业的需求， 并且拖泵的高出口压力 能将混凝土输送到很高的楼层，所以拖泵应用范围很广阔。这个混凝土拖泵的各个部件 的设计都经过严格的考虑，最终的系统设计很成功。关键词：混凝土拖泵、液压系统、导向装置、牵引装置、外罩。AbstractThe JHTB70C concrete products drag whole design and its frame pump system design is the core content of this paper,Concrete pump is dragged the ready-mixed concre

3、te transportation, casting one of the main equipment for construction.This paper is going to drag the concrete pump as the research object and designthe overall and a frame pump system of JHTB70C concrete products to drag. Design of the main content as follows:1. Hydraulic system design and paramete

4、r calculation, the rotation of the bearing computation;2. The overall design part, concrete pump type and the frame and the frame of the externalconnection design; Orientation device, traction device design and the design of the cover.While designingwe need tounderstand the working principle of the

5、hydraulic system, the whole drag pump system working principleand the function of each component.This design is mainly the basis of environmental protection of the design, so the concrete pump in each now drag the construction site is widely used, the future is very wide development space. .Concrete

6、 products drag pump design now very accord with demand of the construction industry, now, and drag of the pump pressure can be high export will be sent to thehigher concrete floor, so drag range is very wide application pump. The concrete pump parts of drag the design have been strictly consideratio

7、n, the system design is very successful.Keywords: Concrete pump, Hydraulic system, Drag guide device, Draught device,Outer garment.目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 第一章绪论1. HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 概述1混凝土泵的发展概况和发展趋势 2混凝土泵的发展概况 2混凝土泵的发展趋势5本课题研究内容及意义 9本课题研究的内容9

8、 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 1.4.2本课题研究的意义10 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 第二章泵的原理 12 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 混凝土泵的类型和基本结构 12 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 混凝土泵的工作原理14 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 混凝土泵分配阀 15 HYPERLINK l bookmark49

9、o Current Document 液压系统17 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 第三章混凝土泵主参数的设计计算 19混凝土泵的设计要求 19混凝土泵的技术特性 19 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 各执行元件的动作顺序要求 19 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 混凝土泵的工作环境19 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 混凝土泵的基本性能要求 19混凝土泵的工况分析20泵送阻力计算20 H

10、YPERLINK l bookmark77 o Current Document 搅拌阻力计算21 HYPERLINK l bookmark79 o Current Document 摆动阻力计算22 HYPERLINK l bookmark81 o Current Document 系统主要参数的确定22 HYPERLINK l bookmark83 o Current Document 系统工作压力的确定 22 HYPERLINK l bookmark85 o Current Document 计算液压执行元件的主要几何参数 23 HYPERLINK l bookmark122 o Cur

11、rent Document 第四章滚动轴承及丝杠的设计计算 28 HYPERLINK l bookmark127 o Current Document 滚动轴承的选择设计计算 28滚动轴承的主要类型、性能及特点 28滚动轴承的选择28 HYPERLINK l bookmark129 o Current Document 单向推力球轴承的设计计算 29滑动螺旋传动的选择设计计算 32滑动螺旋传动的螺纹基本尺寸和精度要求 32 HYPERLINK l bookmark150 o Current Document 丝杠的设计计算32 HYPERLINK l bookmark184 o Current

12、 Document 第五章泵送混凝土技术经济分析 36 HYPERLINK l bookmark186 o Current Document 第六章结论 37附录一附录二JHTB70C品混凝土拖泵整体设计及其机架系 统设计第一章绪论概述在建筑行业的混凝土施工过程中，混凝土机械需求量很大，广泛应用于工业、民用建筑、 国防设施等工程建设中。在工业发达国家，混凝土机械生产的先进程度标志一个国家制 造业水平。改革开放以来，随着我国经济的发展，城市化进程加快，建筑业的步伐加快， 使得混凝土机械总量迅速增加，我国使用着世界上数量最多的泵送混凝土系统，其中包 括一定数量的固定泵站和为数众多的混凝土泵。因此，

13、我国泵送混凝土在混凝土工程量 中占的比例和混凝土泵送技术己接近世界先进水平。混凝土的现场输送和浇注是一项繁重的、关键的工作，它要求迅速、及时，并且保 证质量以及减少劳动消耗，从而在保证工程要求的条件下降低工程造价。尤其是对于一 些混凝土量很大的大型钢筋混凝土建筑物，例如:大型设备基础、地下工程和高层建筑等, 如何正确选择混凝土运输工具和浇筑方法就更为重要，它往往能决定工期长短和劳动量消耗。利用混凝土泵输送和浇注混凝土，具有一系列的优点，受到人们的高度重视，混 凝土泵是通过管道依靠压力连续输送混凝土的现代化施工设备，它能一次连续地完成水 平运输和垂直运输，传输距离长、输送排量大，二三百米的高层建

14、筑可以一泵到顶，上 万立方米的大型基础也能在短时间内浇筑完毕，具有效率高、劳力省、费用低的显著优 点，是现有混凝土输送设备中比较理想的一种。混凝土拌和物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。因此，混凝土 泵浇筑混凝土以其高效率、高质量、低成本，越来越赢得建筑行业的青睐。我国对混凝土泵的发展十分重视，自动化及高科技混凝土泵均处在发展和研制阶段。 并在此基础上深入的开展混凝土泵排量测量系统和智能化控制的方法研究。对混凝土泵的排量进行实时计量、工作状态进行监测和故障检测等，进一步完善混凝土泵的功能， 开发高性能的混凝土泵，是目前要研究的主要课题。混凝

15、土泵的发展概况和发展趋势混凝土泵的发展概况混凝土泵送技术最开始是从国外发展起来的，德国是混凝土泵的创始国。1907年德国就开始研究混凝土泵，并且取得了专利权，制造出世界上第一台混凝土泵。1927年 德国的弗利茨。海尔(Fhtz Hell)设计出了一种新型混凝土泵，并第一次获得了应用。1930 年，德国又制造了立式单缸球阀活塞泵，如图 1.1所示。这种泵由曲柄和摇杆传动，由 于是立式单缸，因而工作性能较差。图L1立式单缸球阀活塞泵1活塞：2混凝土缸；3一联杆：4一摇杆：5 一气筒；6喂料叶片；7、9 一球塞:8一连通管：10-混凝土输送管此后，荷兰人库依曼(J. C. Kooyman)在上述的基

16、础上进行了重大改进，在1932年 成功的将立式缸改为卧式缸，设计制造了库依曼型混凝土泵，如图 1.2所示。这种泵有 一个卧式缸及两个由连杆操纵联动的旋转阀组成，它成功的解决了混凝土泵的构造原理问题，大大提高了泵的工作可靠性。图L2库依曼型卧式缸混凝土泵1 一活塞；2一混凝土缸；3吸入阀. 4一排出阀：5一操作吸入阀联杆：6一操作排出阀联杆；7一料斗；8 混凝土输送管1932年前苏联列宁格勒工业大学还制造了双缸隔膜式混凝土泵，曾在莫斯科运河 工程中应用，由于存在许多缺点，未能得到进一步的发展。在库依曼型混凝土泵的基础上，30年代荷兰、英国、德国、法国、前苏联、美国 都曾陆续制造了各种卧式缸的机械

17、活塞泵，在混凝土工程施工中亦开始陆续得到应用，但直至第二次世界大战，混凝土泵仍处于小规模的试用阶段。第二次世界大战之后，各国陆续开展经济恢复工作，建筑工程规模日益扩大，机械 式混凝土泵销路较好，应用日渐增多。50年代中期，德国的托克里特（Torkret）公司首先发展了用水作为工作液体的液压 泵，使混凝土泵进入了一个新的发展阶段。1959年，德国的施维英（Schwing）公司生产 了第一台全液压的混凝土泵，用油作为工作液体驱动活塞和阀门。60年代中期又研制出了混凝土泵车，将混凝土泵安装在汽车底盘上或专用车辆上，把混凝土的输送与浇注 工序结合在一起，这样即省了时间和劳动力，减轻了工人劳动强度，又能

18、保证施工质量， 减少成品混凝土的损耗。止匕外，在泵车臂架活动范围内可以任意改变浇注位置，而不需 要在现场临时铺设管道，提高了劳动效率。目前，欧美国家混凝土泵车发展较快，许多关键性技术也得到了较好的解决。如：.泵体本身的分配阀不断完善和创新，阀门的密封性和通畅性得到了进一步提高， 且结构日趋简单。现在普遍采用的是管型分配阀和闸板式分配阀。.耐磨材料由原来的耐磨焊条堆焊发展到现在的硬质合金，寿命达到世界先进水 平。.当泵送堵管发生时，主液压传动系统可自动防止过载，并控制分配阀换向，使 机器实现反泵动作，消除堵塞；搅拌系统也可实现卡料反转，消除料斗的卡料现象。.电器控制从传统的继电器控制到现在的 P

19、LC控制，控制系统更加可靠、精细， 易于操作。.应用了高效泵送剂，提高了混凝土的流动性和可泵性，在不降低混凝土性能的 情况下，大大地改善了混凝土的泵送效果。.商品混凝土的发展，混凝土搅拌车的配套使用，使质量可靠的混凝土得到均衡 地供应，从而保证了连续泵送的工作条件。而各种形式的布料装置的出现，解决了混凝 土的布料问题，扩大了混凝土泵的使用范围。德国是世界上混凝土泵车的最大生产国，拥有一批规模大、技术水平高的混凝土泵 车制造企业，包括施维英（Schwing）、普茨迈斯特（Putzmeister）、埃尔巴（El-ba）等公司。 美国是继德国之后发展混凝土泵车最早的国家之一，亦拥有不少混凝土泵车制造

20、企业， 如罗斯（Rose）、伊利（Erie）、霍内（Hormet）等。美国除注重混凝土泵车制造业的发展外， 对混凝土泵送技术的研究也十分重视，成立了美国混凝土协会（ACI ）304委员会，在研究泵送技术的基础上制定了一系列指导混凝土泵送施工的文件、法规、标淮等，使美国混凝土泵车使用十分普及。日本泵送混凝土起步较晚，但发展很迅速。目前，日本拥有 一批大型混凝土泵制造企业，如三菱重工、石川岛播磨重工、极东开发、新泻铁工所等。 意大利的混凝土泵发展也很快，生产混凝土泵车的厂家主要有华星顿（Worthington ）公司、西费（CIFA）公司、迅猛公司（Sermac卜里根（Rigel）公司等。我国于2

21、0世纪50年代开始从国外引进混凝土泵车。60年代初，上海重型机械厂 生产了仿苏C-284型排量为40m3/h的固定式混凝土泵，生产中虽是有应用，但未能推 广。70年代初，原一机部建筑机械研究所与沈阳振捣器厂参照前联邦德国施维英公司 的BPA-8型样机，合作开发了 HB-8型固定式活塞混凝土泵，并于1973年通过技术鉴 定。这是一种单缸混凝土泵，采用球形分配阀，工作效率较低。后来，国家建委建设机 械研究所又与湖南常德机械厂合作，于1978年6月研制成功HB-15型油压式混凝土泵。 与此同时，电力工业部水电局夹江水工机械厂参照日本 7005-1型混凝土泵研制成HB-30 型混凝土泵。该泵采用双缸液

22、压泵送系统，分配阀为垂直轴蝶型结构，并于 1981年通 过技术鉴定。止匕外，冶金部第一冶金建设公司研究所于1979年开发了 HB-12型混凝土泵。同期，北京市建设研究所与北京建筑机械修造厂、北京市橡胶二厂和六厂协作，与 1978年试制成功HBJ-30型挤压式混凝土泵，并在实际工程中加以应用。由此可知，我 国从70年代开始，对各种型式的混凝土泵进行了研制，有的已通过技术鉴定，有的己 小量生产，并开始用于实际工程施工。20世纪80年代中期我国大量从国外引进较先进的混凝土设备，国产混凝土泵技术水平有了较大的提高。在1987年，建设部再次组织沈阳工程机械厂从德国普茨迈斯特 公司引进BSA1406型混凝

23、土泵送技术，并在此基础上设计了一种HBT60型拖式混凝土 泵，1989年通过鉴定。这种混凝土泵采用S型管阀，混凝土输送量为60m3/h,输送压 力10.6MPa,在实际生产中获得的广泛的应用。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、湖北建机、辽宁海诺、上海普茨迈斯特、安徽 星马、中联重科等几个企业，产量约占全行业的 90%以上。最近几年，混凝土泵车产销 量正以成倍的速度增长。1.2.2混凝土泵的发展趋势1.国外混凝土泵的发展趋势 阿8】国外混凝土泵的发展，大体上经历的演变过程如图 1.3所示。r活塞式泵H挤压式泵卜修耀式泵i 液压式1国外混凝土泵的发混H 一 -

24、I低压泵H 血泵 _ _ _J图1.3国外混凝土泵的演变过程.混凝土泵局压大排量化世界上由于人口增加和大城市地价昂贵，建筑物向高层和超高层的方向发展。我国 改革开放以来，经济得到了飞速的发展，城市建设和国家基础建设日新月异。为了满足 更远更高距离的混凝土输送和建筑物施工进程的需要，混凝土泵向高输送压力和大排量 方向发展。目前国内三一重工的HBT80C泵，最高泵送压力可达18.9MPa；中联建设产 业公司生产的HBT125泵，最大排量为125m3/h,最大泵送压力为21.5MPa。.液压系统集成化、多功能化，电器控制系统智能化现在，大多数公司生产的混凝土泵，液压系统都是采用集成的液压阀块，并且功

25、能 增多，如增加了高低压自动切换功能。液压系统向可靠、节能、低冲击、低噪音方向发 展。系统中加入诸多传感器，电吉林大学硕士研究生学位论文器系统采用PLC或计算机控制，人机对话界面好，有的系统带有故障诊断功能。.长臂架混凝土泵车混凝土泵车在我国已经普遍使用。它具有移动方便、机动灵活，到达施工地点无需 大量的准备工作即可开始工作，而且可将混凝土浇筑到任何地点。混凝土泵送液压系统 的平稳性已成为制约臂架向更长更高方向发展的一个重要因素。目前普茨迈斯特(Putzmeister)公司臂架长度达到64米，排量达到280 m3/h。.符合国际潮流，注意生产环保产品例如采用低噪音、低排放、低油耗的发动机、低噪

26、音的油泵，分配阀柔和换向以减 小冲击。混凝土泵的输送能力向两极发展，主要向高压、大排量发展例如施维英的主导产品BP4000、普茨迈斯特公司的BSA2110,这两种混凝土泵的最 大输送量超过100m3/h,最大输送压力为16M Pa。可以适应绝大多数的施工工程使用。施 维英产品最大输送量可达160m3/h,普茨迈斯特公司的最大输送量可达150m3/h。如果订 货有特殊要求还可以更高。但是混凝土泵的大型化发展是有限度的。这主要受发动机功 率、主油泵排量制约，受结构和外形尺寸限制，同时超大排量的输送泵还受混凝土供应的 影响,不论是搅拌速度还是运输速度都不能满足排量要求 ，而使混凝土泵工作能力不能完

27、全发挥，造成浪费。(5)小批量、多品种适应用户要求即使是年产近千台的大公司也不是只限于几种产品。而是根据用户要求在压力、排 量、发动机种类、附属功能等各项参数上进行“灵活生产”，甚至可以保证任意两台产品 都不完全相同。这种柔性生产需要生产者拥有更多的技术储备，更高效的生产组织管理。(6)液压系统自成一派，不断完善普茨迈斯特公司作为闭式系统的代表，坚持采用闭式系统，不断地发展和完善控制功 能，使混凝土泵工作更精细更可靠。坚持采用电开关换向，独立的摆动油缸控制系统，把技 术特点放在主油泵排量控制上。而施维英公司作为开式系统的带头人，坚持自己特色，为解决大流量下的系统发热损失，为了减小冲击，自行设计

28、了大通径换向阀，坚持采用液压行 程换向，技术特点放在换向协调匹配上。综上所述，国外混凝土泵车向智能化、多功能化、大型兼小型化的方向发展。对布 料杆操作采用新技术，如无线遥控技术、计算机控制技术、电控比例技术、负荷传感器 技术等。2.国内拖泵的技术现状和趋势5-7在国内，根据散装水泥发展“十五”规划发展目标要求，直辖市、省会城市、沿海开放城市和旅游城市要积极发展预拌混凝土，2003年底起，禁止在城区现场搅拌混凝土，其它城市2005年底起，禁止在城区现场搅拌混凝土。到 2005年，预拌混凝土 生产能力达到3亿立方米以上，预拌混凝土占混凝土浇注总量的比例达到20%,其中大中城市要达到50%以上。这给

29、混凝土机械行业提供了巨大的发展前景。混凝土泵送技术 呈现以下发展趋势：(1)混凝土泵的发展，大体上经历了从活塞式到挤压式再到活塞式， 从机械式到液压 式，从固定式到拖式再到汽车式的演变过程。目前，液压活塞式混凝土泵己成为我国混 凝土泵发展的主流。(2)混凝土泵产品的品种由单一型产品向系列化、多样化方向发展，企业的生产规模不断随市场调整。(3)混凝土泵多用于输送坍落度较大的混凝土，这样泵送效率较高，但用水量较大， 如养护不好，易产生收缩裂缝，强度也低，因此现在正趋向于减小坍落度的方向发展。(4)由于采用国际配套、全球采购的方针，使我国混凝土机械的性能和质量上了一个 新的台阶。(5)混凝土泵向提高

30、其工作可靠性和效率方向发展。主要是用耐磨的高强度钢材， 改进阀门系统，简单操作，保证机械长时间运转不发生故障。同时将更注重降低能耗、 降低噪声、降低污染，提高产品安全性、舒适性、维护和使用经济性。(6)商品混凝土成套设备的配套产品以及能够满足用户特殊要求的产品将会在以后 得到较大发展。如砂石预处理设备、残余混凝土清洗回收装置、高性能混凝土搅拌设备、 冷搅拌和热搅拌的混凝土搅拌站、长臂架泵车等。(7)各生产企业在提高产品的可靠性方面也做了不少的工作，例如在混凝土坍落度 控制要求比较严的场合，搅拌站都配有砂石含水率测定系统， 可以自动调节水、砂比例, 以保证混凝土质量。混凝土泵和臂架式混凝土泵车一

31、般配置了有线遥控或无线遥控，以 有效的掌握混凝土搅拌运输车的运行，有的商品混凝土供应站还配备了GPS系统。(8)混凝土泵随车排量实时计量系统和智能化监控系统等方面，将成为下一代混凝 土泵或泵车的标志性功能。自1993、1994年基建高峰期之后，国内有几十家企业开始生产混凝土泵，但到今天， 只有十几家厂家的年产量能超过25台。竞争激烈的市场迫使主要生产厂家千方百计地 采用国际上先进的混凝土泵技术，以便在竞争中占据有利地位。对于使用者来说泵本身的 技术含量不易掌握，而更注意混凝土泵的可靠性以及对混凝土的适应性。因此混凝土适应性和泵送可靠性才是国产混凝土泵技术上最优先考虑的问题。3.国内混凝土泵目前

32、存在的一些问题：(1)布料杆的技术含量较高，几乎都依赖进口，只有数量很少的生产厂家掌握布 料杆的生产制造技术；(2)大部分企业仅仅停留在进行技术引进消化吸收和二次开发水平上，缺乏产品 的进一步创新。纵观国内混凝土泵车行业产品技术状况，基本上还是靠国外厂家配套， 国内组装而发展起来的产品。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。我国混凝土泵车在产品开发和制造技术等方面，与国外公司如普茨迈斯特、施维英公司相比仍然存在差距。(3)产品雷同、规格不全。新产品开发的机种和

33、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。(4)与国外差距明显。比如混凝土泵车主要关键件如臂架、主泵等也是依赖进口， 我国尚未有与该产品相匹配的汽车专用底盘，依赖的都是进口的奔驰、沃尔沃、五十铃 等价格较高的底盘产品，限制了该产品的进一步发展；再则比如国外混凝土搅拌站(楼)主要体现了其机电一体化技术，具微机控制技术成熟可靠，物料的配比、容量变更控制 十

34、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。综合以上分析，由于国家继续实行积极的宏观经济政策， 通过加大交通运输、能源、 电力和水利水电等基础设施建设的投资力度来保证国民经济的持续增长，特别是国家 散装水泥发展“十五”规划、公路工程施工总承包企业资质等级标准的颁布， 对混凝土机械市场规模的不断扩大和混凝土

35、泵车的发展将起到积极的推动作用。1.3 本课题研究内容及意义本课题研究的内容经过前期充分而详细地准备工作，最终确定了本课题地主要研究方向，即主要对混 凝土泵地排量计算、S阀地选择、液压缸地设计计算等进行了相应地研究。由于本课题 是在大家互相合作地基础上共同完成的。本文主要研究的内容为以下几个方面：(1) 了解国内外混凝土泵车的发展概况，结构和工作原理，简单的分析了泵送阻 力以及混凝土搅拌物在直管、弯管、锥管的输送管道中一些压力变化及损失情况，为以 后研究计算方案提供了分析途径。(2)从混凝土泵的结构、工作原理、混凝土的流动特性以及压力变化等方面入手， 初步建立了混凝土泵排量的基本数学模型。 从

36、而通过计算进一步得到了混凝土泵的泵送阻力、搅拌阻力、摆动阻力以及混凝土泵流量，所要求电机的功率、混凝土缸直径等数 值。(3)对混凝土泵车的车架、导向轮及外罩部分进行了相应的改进。1.4.2本课题研究的意义随着各类工业、民用基础建设的大发展，我国国产和进口的混凝土泵或泵车数量不断增 加，并且使用方式也发生着变化。为提高施工效率、避免施工扰民，混凝土搅拌是在搅 拌站进行，每次的施工都是在不同的地点进行，通常搅拌站和施工地点距离较远，中间 混凝土的运输环节是通过混凝土搅拌运输车完成。混凝土搅拌、运输和施工方也常为三 个不同的单位，建筑机械租赁业中因信息不对称处于劣势的一方，施工用户方，提出急 需混凝

37、土泵排量测量系统来弥补这方面的不足。同时，在混凝土泵或泵车运行状态监测、 施工管理和施工质量、泵车质量的评价方面也存在着对排量计量系统的需求。根据科技文献查新，目前国内外还没有任何真正意义上的混凝土泵排量测量方法， 现有的一些测量方法都有很大的局限性， 仅仅是对混凝土泵排量的粗略计算。现有探索、 试验中的技术方案则存在着公认的测量方法问题，测量精度不能满足实际的需要。要成 功地研发混凝土泵排量测量系统，首先要解决与测量精度要求相适应的测量方法问题， 实现较高精度混凝土泵排量测量主要存在的困难有 ：(1)混凝土泵在传输介质改变、出口压力变化、液压系统压力波动等方面都有比 较复杂的工况。一般的混凝

38、土拌合物接近于宾哈姆体， 不同比例不同性状的沙、石、水、 水泥拌合物的流变状态不同，它们对泵的反作用力也不同。(2)混凝土拌和物骨料间存在的间隙、空气等因素造成物料具有一定程度的可压 缩性，并且混凝土的流动性差等因素形成混凝土在吸料的过程中不能充满整个混凝土 缸。施工过程中工况条件复杂，不同输送高度和输送距离造成出口压力的不同，有可能 增加准确测量的难度。作为动力源的液压系统与泵输送的工作过程有着密切的联系，其 工作压力的变化也可能影响到测量精度。这些问题都需要从测量原理和测量方法上加以 解决。(3)混凝土泵在泵送混凝土时，存在振动冲击强烈、缸体封闭、混凝土凝结等问题， 对检测传感器在原理、结

39、构、安装、维护方面的适应性提出了苛刻的要求。混凝土泵或泵车排量测量技术已成为建筑施工设备中的一项鱼待解决的工程实际 应用技术问题，随泵或泵车的排量测量装置及控制系统、统计管理系统的开发等，被国因此本课题研究内外主要建筑机械生产企业视为新一代混凝土泵或泵车的标志性功能, 的内容具有很大的实际工程应用价值。因此本课题研究第二章泵的原理2.1混凝土泵的类型和基本结构混凝土泵作为混凝土泵车的心脏部分，关系到泵车的总体技术性能和技术参数，混凝土 泵的结构类型很多，可以按驱动形式、组装形式、活塞性能、分配阀类型等结构形式讲 行划分，现有的混凝土泵的结构类型如图1.4所示5。按驱动型式分机械式（事皆过大，逐

40、步海汰）j油压式液压式水压式，挤压式隔膜式I气式按蛆装型式分按活塞性能分,家车（假凝土泵安装在汽车上）.移动式推车泵（混款土系安装在推车上;I带布料杆的泵车L固定式（橇凝土聚安装在工地的固定地点（单活塞（单式 田.双活塞（双缸）式直径 150、2aomm;300 - dOOrn冲程 SOOQnvn按混凝 I 土泵陶类型分转动式分配阀用板式分配W管形分配禺 雨按郭分配闽Lr图14混凝土泵的类型其中，液压活塞式混凝土泵是应用最多的一种混凝土泵，也是今后混凝土泵的发展 主流，目前各国混凝土泵企业生产的绝大多数皆为液压活塞式混凝土泵。液压活塞式混凝土泵的种类虽然很多，但是他们的基本组成部件是相同的，如

41、目前国内 应用较多的一种拖式混凝土泵，它主要由分配阀及料斗、推送机构、液压系统、电气系 统、机架及行走装置、润滑系统、罩壳及输送管道等组成。以闸板阀式混凝土泵为例， 其结构如图1.5所示5 O对于拖式混凝土泵车，则由底架总成、汽车底盘、混凝土泵送 单元等几个部分组成。.汽车底盘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，在泵车上起支撑上部混凝土缸 以及仪器并将混凝土缸以及其他仪器的自重载荷、工作载荷及其他附加载荷传至地

42、面的 作用。泵车支腿由液压油缸驱动，可以伸缩和偏摆。当泵车处于行使状态时，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传到汽车底盘上，再通过轮胎作用 到地面上；当泵车处于作业状态时，泵车的四个支腿伸出，通过液压油缸的作用与地面接 触，并使轮胎与地面分离，泵车上车旋转部分的自重载荷、工作载荷、其它附加载荷以 及下车非旋转部分的自重载荷均通过底架结构和支腿传到地面。.混凝土泵送单元图15拖式混凝土泵1料斗12-集成阀组；3油箱h 4一操作盘工5一冷却器；6-电器柜：7水泵, 8-后支脚；9一车桥；10 一车架；II 一排出量手轮；12 一前支脚：13 导向轮由泵送机构、料斗、分配机构、

43、搅拌机构等部件组成的整体，将符合要求的混凝土 通过管道连续地输送到混凝土浇注施工现场，在泵车上起压力输送混凝土的作用356混凝土泵的工作原理目前的液压活塞式混凝土泵大多采用液压双缸的形式，其两个液压油缸交替工作， 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, 是现在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”型管阀式混凝土泵为例，介绍其工作原理，如图1.6所示4-8。1014图1.6泵送原理2-主油缸；3 一水箱；4一换向开关：5、6-混凝土缸； 7、8一混凝土缸活塞：9一料斗：10

44、分配阀；11一摆臂：13摆动油缸：14 一出料口混凝土缸活塞(7, 8 )分别与主油缸(1,2)活塞杆相连，在主液压缸压力油的作用下作 往复运动，一个混凝土缸活塞前进，另一个混凝土缸活塞则后退：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摆臂在两混凝土缸口左右摆动， 实现分别与两个混凝土缸的连通。泵送混凝土时，在主液压缸压力油的作用下，混凝土 缸活塞7前进，混凝土缸活塞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。这样混凝土缸活塞8后退，便将料斗9内的混凝土吸 入混凝土缸；混凝土缸活塞7前进，将混凝土缸内的混凝土经过分配阀从出料口

45、 14送出。 当混凝土缸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，这时混凝土缸活塞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 1.7所示，其中箭头方向代表混凝土流动方向图L7正反泵工作状态正泵(b)反泵混凝土泵分配阀液压活塞式混凝土泵均具有分配阀，它在混凝土泵中是一个关键部件，位于料斗、 混凝土缸和输送管三

46、者之间，协调各部件动作的机构，因而直接影响混凝土泵的使用性 能(如堵管问题、输送效率以及工作可靠性等)，而且也直接影响混凝土泵的整体设计。 纵观国内外生产的各种类型的混凝土泵，它们所不同的只是采用了不同类型的分配阀。 结构简单、流道合理的分配阀将大大提高整机的性能，各国都将分配阀作为关键技术进 行研究。对于单缸的混凝土泵，分配阀应该具有二位三通的基本性能(二位一吸料或排料：三通一通料斗、混凝土缸及输送管)。对于双缸的混凝土泵，两个混凝土缸共用一个料斗，当它们分别处于吸入和排出行 程时，处于吸入行程的混凝土缸把混凝土吸入；而处于排出行程的混凝土缸把混凝土推送 到输送管中去。所以这种分配阀须具有二

47、位四通(四通一料斗、混凝缸1,混凝土缸2和输 送管)的性能。混凝土泵与常见的油、气和水泵不同，它输送的是具有特殊性能的混凝土拌合物。所以对分配阀的设计一月有以下特殊的要求：(1)良好的吸料、排料性能；(2)良好的密封性；(3)良好的耐磨性；(4)换向动作灵活、可靠。止匕外，还要求分配阀的结构应该简单，便于加工，良好的排除阻塞性能。当分配阀 置于料斗中时，要保证搅拌叶片不要有死角，确保有良好的搅拌性，还应使料斗的离地高度低一些，便于搅拌运输车的卸料等。分配阀的种类很多，而且在不断的发展和创新， 下面简要介绍几种比较典型的分配阀。.蝶形分配阀从料斗到混凝土缸与输送管之间的通道上设置一个碟形板，由于

48、碟形板的翻动，使 混凝土获得不同的通道，蝶形分配阀有垂直轴式及水平轴式。.管形分配阀在混凝土缸与输送管之间设置一摆动管件来完成混凝土的吸人和排出作业。管形阀一般置于料斗中，管阀本身就是输送管的一部分，它一端与输送管接通，另一端可以摆 动，管口交替对准置于料斗后壁的混凝土缸口，进行排料。管式分配阀从结构上可分为 立式和卧式两类；而从形状上看可分为S型、C型和裙型等几种类型。.闸板式分配阀靠快速往返运动的闸板，周期性的开闭混凝土缸的进料口和出料口，从而切换混凝 土在料斗和混凝土缸之间的流向，实现混凝土的反复泵送。闸板式分配阀的种类很多， 有平置式、斜置式和摆动式等几种主要型式。图1.8 S型管阀I

49、一柱塞缸球座；2一摆杆；3一锁紧片；4一夹紧螺钉；5高速螺钉；6一眼睛板；7一切割环：8S管体；9一接管；10一轴承套；11-吊运孔；12-摆动轴t 13密封圈；14一轴承套；15橡胶弹簧本试验的混凝土泵车采用的是管形分配阀中的 S型，以下仅对S型分配阀做介绍。S型管阀是目前应用比较广泛的分配阀，如图 1.8所示4-8,它是一种卧式管形分配阀。S管阀的管体有变径和不变径两种形式，图1.8所示为变径S管阀，具特点是可以 靠混凝土的压力推动密封环自动密封管口，密封性能好，使混凝土泵具有较强的输送能 力，而且流道通畅，不易阻塞。但不变径 S管阀阀体的冲击小、阻力小、磨损小、流动 顺畅，从而使成本降低

50、。S管阀的摆动油缸可以设置在料斗的后方， 也可以设置在料斗的前方，本试验的泵 车是设置在料斗的后方。后置式摆动油缸利用摆动轴水平伸入料斗中与阀体连接，推动 阀体摆动，但摆动轴与阀体连接形成的屏障影响混凝土的流动，影响泵的吸入效率；前置式摆动油缸则去掉了摆动轴和其支承，泵的吸料性能大为提高，而且安装维护方便。由 于在分配阀驱动油缸的极限位置设有缓冲器，所以尽管换向迅速，冲击却很小。结构中 料斗底部的形状与搅拌叶片运动轨迹及 S管摆动轨迹一致，S管体下部设刮板，防止料 斗底部积料：同时料斗底部向混凝土缸出口方向倾斜，改善了其混凝土缸吸料的性能。2.4液压系统目前混凝土泵液压系统主要有以施维英公司为

51、代表的闭式系统和普茨迈斯特公司 为代表的开式系统之分。一.开式系统开式系统的特点为：系统较为简单、油箱容积较大、系统散热条件较好，但系统容 易渗入空气，由于采用换向阀换向，系统容易产生压力冲击、能耗较大。由于泵是从油 箱吸油的，而柱塞泵的自吸能力很差，所以油泵吸油口容易产生气穴，因此，泵的允许 转速较低，开式系统一般适用于小功率液压系统。开式系统油泵从油箱吸油，输送到换向阀，分配到两个油缸交替动作，油缸回油通 过换向阀返回油箱。由于斜盘柱塞泵的自吸性很差，所以开式系统的原动机转速不允许 太高，通常不超过1800R/MIN,这就限制了油量流量，也就限了混凝土排量。为了达到 额定排量，可以选用大规

52、格的主油泵，也可以选用带补油泵的开式油泵，这两种方法都 会增加成本。开式回路存在压力冲击的问题，而且比闭式系统更严重，闭式系统采用泵换向，斜 盘通过“零位”，可以有效解决冲击。而开式系统采用阀换向，大流量液动阀在高速切 换时所产生的压力冲击非常剧烈而复杂。如何改善阀的换向性能是使用开式系统厂家的 主要研究工作。通常换向阀的阀体不便必动，而是在阀芯上下功夫，例如在轴肩上倒角、 开坡口、开卸荷槽、月牙槽等等调节阀开度变化曲线，以改善性能。开式系统的另一个难点在于主油泵排量控制，这是一个既简单又复杂的问题。复杂的程度取决于对产品性能的要求程度。如果产品的排量小，混凝土出口压力低，可以不 作任何外部控

53、制，只由工作压力直接调整排量。如果需要调整主油泵出口排量，特别是 需要从零到最大排量的无级调节，则必须使用一个具有相应功能的主油泵，再附加一个 提供伺服压力的齿轮泵，以及一个减压阀。通过减压阀调整进入主油泵伺服缸的油压来 调节斜盘摆角从而调节排量。二.闭式系统闭式系统的特点为：系统较为复杂，由于油液是闭式循环，因此系统的散热条件较差， 但油箱的容积较小，由于闭式回路中的油液都有一定的压力，因此空气不易进入管路， 且系统较为干净，且油泵允许的转速较高。由于闭式系统一般采用双向变量柱塞泵换向, 因此换向冲击小，节能效果好，但系统造价高，适用于大功率液压系统。国内闭式产品厂家均采用分离油路，即一个主

54、油泵为泵送油缸供油，一个恒压油泵 加蓄能器为摆动油缸供油，前一个回路是闭式，后一个回路是开式回路，所以有些用户 称之为“半开半闭”系统。主泵送回路上体现了闭式系统特点。在闭式系统中作为一个封闭的管路，工作液在其中高速高压流动，系统很容易发热，必 须由一个补油泵吸入油箱中的冷油补充入系统，由低压限压阀释放系统中的热油。同时 补油泵提供的油流通常作为伺服油用来控制油泵的排量。这样，补油泵的限定压力与低 压阀的开启压力（也就是油泵回油口压力）之间存在着复杂而微妙的关系。闭式系统中 的四大难题：液压冲击、最高泵送速度降低、油温过热、回油吸空，通常都是因为两个 压力协调不当引起的。闭式系统中的主油泵通常

55、都是双向变量泵，斜盘摆角可从“正最大”一零一“负最 大”。当油缸换向停顿时，斜盘摆角也可以迅速减小到零，然后反方向摆动，这样也可 以减小压力冲击，实现所谓“零冲击换向”第三章混凝土泵主参数的设计计算混凝土泵的设计要求混凝土泵的技术特性本混凝土输送泵，拟以电动机为驱动力、采用液压驱动的活塞式结构、以 S管阀 为分配阀；为满足用户的实际需求，要求其混凝土输送的最大流量约 68m每小时，最大 输送压力15MPa本泵机有三大机构需要采用液压传动：(1)泵送机构该机构为往复直线运动，行程短，直选用活塞缸为执行元件，为与 2个混凝土缸相对 应，作为主油缸的活塞缸需要2个。(2)摆动机构该机构断续地驱动 S

56、管阀快速完成摆动动作，要求摆动平衡、迅速，直选用 2个单 作用、柱塞式液压缸为执行元件。(3)搅拌机构该机构作连续的回转运动，且转速低，宜选用 2个低速液压马达为执行元件。各执行元件的动作顺序要求各执行元件间的动作必须协调，特别是泵送与摆动之间的动作更是如此。只有当泵 送主油缸达到或接近其行程终点时，摆阀油缸才能开始动作；也只有当摆阀油缸将分配 阀摆动到位的瞬间，泵送主油缸才能换向泵送；并且摆阀油缸的动作过程必须迅速、有 力(摆动时间须小于0.3s)。泵送主油缸与摆阀油缸的动作循环必须自动完成；每 1分 钟应完成2430个工作循环。搅拌系统采用独立工作方式，自动控制。混凝土泵的工作环境泵机主要

57、在室外的建筑工地作业，所处的环境非常恶劣，如环境温度高或低，灰尘 多，空气潮湿等。必须采取一定的防污染和降温措施。混凝土泵的基本性能要求本泵机采用低压大排量和高压小排量两种输送方式。根据实际需求，初步确定其基 本的性能参数如下：(1)高压小排量方式时 混凝土最大输出压力不小于15.0MPa;混凝土最大输送量不小于45m/h ;(2)低压大排量方式时混凝土最大输出压力不小于11.0MPa;混凝土最大输送量不小于68.0m3/h ;(3)最大理论输送距离：对于小150的输送管：水平距离不小于700米；垂直距离不小于200 米；对于小125的输送管：水平距离不小于600米；垂直距离不小于180 米；

58、本设计要求水平输送距离为1200米，垂直输送距离为600米。(4)水泥塌落度；823cm(5)主油缸行程：200X1600(6)输送管参数：对于直径为45mme骨料有内径为125mmi输送管，对于直径为65mm 的骨料用内径为150mlmJ输送管。(7)液压系统最大压力为32MPa(8)外形尺寸；6.2mX2.132mX2.216m(9)管件锥管：1米垂直管；260米弯管：2个软管；10米混凝土泵的工况分析泵送阻力计算混凝土泵送阻力可以根据式3-1得到：“r，+二1也3-1其中:v管内流速，m/s ；其中V = Q%d；d配管直径，m ；Qc泵送混凝土流量，口/;同一单位为巾）； hi sK1

59、混凝土粘着系数，& =（3 O.IS） X 104cM%）;KK二混凝土速度系数,s混凝土坍落度，cm ；R5X4V二丽向L92既泵送阻力为：P-；= (22 + 32 X 192) X104 X 600/0125 = 4.0MPa考虑到实际布管的情况和计算公式所存在的误差，不妨取泵送过程中实际的最大阻力为 _= 9.0MPa搅拌阻力计算根据实际经验表明，考虑到各种可能情况的出现，搅拌轴的最大阻力矩应满足下式要求：摆动阻力计算泵机采用S管阀为分配阀，根据第三章 S管阀动力分析，它在摆动过程中主要受 六种阻力矩的作用：S管在摆动过程中，其侧面受混凝土物料直接作用而产生与摆动方向相反的阻 力矩M1

60、; TOC o 1-5 h z S阀在摆动过程中，产生的混凝土物料之间的剪切阻力矩M2;S管摆动的惯性阻力矩M3;S管摆动的空载静阻力矩M4;S管摆动过程中，耐磨环与双孔耐磨板接触面泵送切换开始的摩擦阻力矩M5;S管摆动过程中，耐磨环切断混凝土缸中混凝土料流的剪切阻力矩M6。总阻力矩为：2s Mfj参考有关数据：对排量为60m/80ij/的混凝土泵，其阻力矩可高达h 41000350CN - m,在此取泵机的摆动阻力矩为 6500N - m。3.3系统主要参数的确定液压系统的主要参数包括压力、流量和功率。首先选择系统工作压力（设计压力），并 按泵送阻力和选定的工作压力计算液压执行元件的主要几何