泵车的构造及工作原理

泵车的构造及工作原理

2021/5/91概述

混凝土泵车是一种将用于泵送混凝土的泵送系统和用于布料的臂架系统集成在汽车底盘上的设备，泵送系统利用底盘发动机的动力，将料斗内的混凝土加压送入管道内，管道附在臂架上，操作人员控制臂架移动，将泵送系统泵出的混凝土直接送到浇注点。2021/5/92基本构造

图3—1混凝土泵车总图1.底盘；2.臂架系统；3.转塔；4.液压系统；5.电气系统；6.泵送系统

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、泵送系统、液压系统和电气系统六大部分组成，如图32021/5/93图3—1混凝土泵车总图1.底盘；2.臂架系统；3.转塔；4.液压系统；5.电气系统；6.泵送系统2021/5/94其中底盘由汽车底盘、PTO（分动箱）和付梁等几部分组成；臂架系统由多节臂架、连杆、油缸和连接件等几部分组成组成；转塔由转台、回转机构、固定转塔（连接架）和支撑结构等几部分组成组成；泵送系统由泵送机构、料斗、S阀总成、摆摇机构、搅拌机构、配管总成和臂架配管六部分组成；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；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。2021/5/95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。如图3—2所示混凝土搅拌车卸料到泵车料斗后，由泵送系统压送到输送管，经末端软管（件15）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#臂架（件7）的仰角可在-2°～90°内摆动，2#臂架（件10）和3#臂架（件12）可摆动180°，四节臂架依次展开，其中4#臂架（件14）的动作最为频繁，它可以摆动255°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365°旋转。2021/5/961—泵送系统；2—支腿；3—配管总成；4—固定转塔；5—转台；6—1＃臂架油缸；7—1＃臂架；8—臂架输送管；9—2＃臂架油缸；10—2＃臂架；11—3＃臂架油缸；12—3＃臂架；13—4＃臂架油缸；14—4＃臂架；15—末端软管2021/5/97底盘部分

一、工作原理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，切换到液压泵完成混凝土的输送和布料。底盘部分由汽车底盘、PTO（分动箱）、传动轴等几部分组成。混凝土泵车底盘主要集中在奔驰（Benz）、沃尔沃(VOLVO)、五十铃(ISUZU)等专用底盘上。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Ⅱ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、三菱、CONDOR、MACK等底盘。2021/5/98分动箱结构及工作原理

2021/5/991—主油泵；2—三轴；3—三轴轴承；4—三轴齿轮；5—臂架泵；6—二轴齿轮；7—二轴；8—二轴轴承；9—空套齿轮；10—轴承盖；11—联结盘；12—输入轴；13—输入轴轴承；14—空套齿轮轴承；15—气缸；16—拨叉杆；17—箱体；18—拨叉；19—离合套；20—输出轴；21—一轴轴承；22—输出轴轴承2021/5/910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19）将输入轴（件12）和输出轴（件20）连通，直接将发动机的扭矩传递到后桥，使泵车处于行驶状态；当操作员将翘板开关扳到泵送位时，此时气缸（件15）动作，带动拨叉件（18）向右移动，离合套件（19）在拨叉（件18）的作用下也向右移动，将输入轴件（12）和空套齿轮件（9）连通。同时空套齿轮件（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）右端直接带动臂架泵工作的同时，左端本身带动主油泵（件1）工作，使泵车处于泵送状态。通过气缸（件15）的作用使泵车在泵送和行驶状态转换。分动箱使用时要注意以下几点：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）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0.7Mpa且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。2021/5/911传动轴

万向节传动用于在不同轴心的两轴之间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，由于悬架的不断变形，变速器与驱动桥的相对位置也在不断变化，因此它们之间需要用可伸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1.5m时，常将传动轴分成两根或三根，用三个或四个万向节，且后面一根传动轴可伸缩，中间传动轴应有支撑，万向节所联两轴之间的夹角，对一般载货汽车不应超过15°～20°，对于短轴距的4×4越野汽车，最大可达30°。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叉式等速万向节传动，其最大夹角即车轮的最大转角可达32°～42°。传动轴由万向节、传动轴管、及伸缩花键等部分组成。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2021/5/912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间的长度变化。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。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偿。2021/5/9131—万向节；2—传动轴管；3—伸缩花键；4—平衡片

2021/5/914臂架系统的基本构造

臂架系统由多节臂架、连杆、油缸和连接件等部分组成，具体结构见下图2021/5/9151—1#臂架油缸；2—1#臂架；3—铰接轴；4—连杆一；5—2#臂架油缸；6—连杆二；7—2#臂架；8—3#臂架油缸；9—连杆三；10—连杆四；11—3#臂架；12—4#臂架油缸；13—连杆五；14—连杆六；15—4#臂架。

2021/5/916臂架系统主要由多节臂架、连杆、油缸、连接件铰接而成的可折叠和展开的平面四连杆机构组成，根椐各臂架间转动方向和顺序的不同，臂架有多种折叠形式，如：R型、Z型（或M型）、综合型等。各种折叠方式都有其独到之处。R型结构紧凑;Z臂架在打开和折叠时动作迅速;综合型则兼有前两者的优点而逐渐被广泛的采用。由于Z型折叠臂架的打开空间更低，而R型折叠臂架的结构布局更紧凑等各自的特点，臂架的Z型、R型及综合型等多种折叠方式为不同生产商混合使用。2021/5/9172021/5/918臂架典型部件特点

臂架可简化为一个细长的悬臂梁，其主要载荷为自重。它要求臂架强度大、刚性好、重量轻。因此，臂架的结构设计成四块钢板围焊而成的箱形梁，材料选用高强度细晶粒合金结构钢。为充分利用高强度钢优良的力学性能，借助现代化的有限元分析计算，按梁上各处应力趋于一致的原则，将梁设计成渐变梁。具体形式见图：2021/5/919（二）连杆

连杆一般为直杆或弓形的二力杆，也有三角结构的连杆，如下图：2021/5/920

油缸

各节臂之间用液压油缸支撑，油缸为臂架转动提供动力，它由压力油推动活塞前后运动，从而驱动平面四连杆机构中的臂架转动。缸体的进油口应设有液压锁，以防止液压软管破裂时发生臂架坠落事故。具体结构如图2021/5/9211—端盖；2—阀安装板；；3—活塞；4—缸筒；5—油缸密封件；6—活塞杆2021/5/922转塔结构

转塔主要由转台、回转机构、固定转塔（连接架）和支撑结构等几部分组成组成，转塔安装在汽车底盘中部，行驶时其载荷压在汽车底盘上；而泵送时，底盘轮胎脱离地面，底盘和泵送系统也挂在转塔上，整个泵车（包括底盘、泵送系统、臂架系统和转塔自身）的载荷由转塔的四条支腿传给地面。臂架系统安装在转塔上，转塔为臂架提供一个稳固的底座，整个臂架可以在这个底座上旋转365°度，每节臂架还能绕各自的轴旋转，转塔的四个支腿直接支撑着地面。2021/5/923一、转台结构

转台是由高强度钢板焊接而成的结构件，作为臂架的基座，它上部用臂架连接套与臂架铰接，下部用高强度螺栓与回转支承相连，主要承受臂架的扭矩和弯矩，同时可随臂架一起在水平面内旋转。结构见下图：2021/5/924回转机构

回转机构集支承、旋转和连接功能于一体，具有高的强度和刚性、很强的抗倾翻能力、低而恒定的转矩。它由高强度螺栓、回转支承、回转减速机、传动齿轮和过渡齿轮（有时无此件）组成。结构见下图2021/5/925工作原理：回转减速机带动主动齿轮，经过渡齿轮（有时无此件）驱动回转支承外圈，实现回转支承内外圈之间的慢速旋转。回转支承的外圈与上部转台、内圈与下部固定转塔用高强度螺栓相连，内外圈之间由交叉滚子（或钢球）连接。因此，它上部连接的臂架、转台与固定转塔之间即可实现低速旋转，而臂架、转台的工作载荷通过回转支承传给固定转塔。泵车臂架的回转支承常用的还有另一种驱动方式：应用油缸带动齿轮条往复运动，与齿条啮合的齿轮则带动臂架支撑回转。2021/5/926固定转塔结构

固定转塔是由高强度钢板焊接而成的大容量、大截面的箱形受力结构件，是臂架、转台、回转机构的底座。泵车行驶时主要承受上部的重力，而泵车泵送时主要承受整车的重力和臂架的倾翻力矩。同时高强度钢板围焊的空间，可作液压油箱或水箱。因此，它即要有足够的强度和刚性，又要有良好的密封性。而由于液压油要保持高的清洁度，油箱内要作特殊处理。具体见图2021/5/927支撑结构

支撑结构的作用是将整车稳定的支撑在地面上，直接承受整车的负载力矩和重量。2021/5/9281—支撑油缸；2—右前支腿；；3—前支腿伸缩油缸；4—前支腿展开油缸；

5—右后支腿；6—后支腿展开油缸；7—左后支腿；8—左前支腿2021/5/929支撑结构由四条支腿、多个油缸组成。其中四条支腿、支腿展开油缸、支腿伸缩油缸和支撑油缸构成大型框架，将臂架的倾翻力矩、泵送系统的反作用力和整车的自重安全地由支腿传入地面。支腿收拢时与底盘同宽，展开支撑时能保证足够的支撑跨距。工作状态下，泵车在工地上的占地空间和整车的支撑稳定性由负载力矩、结构重量、支撑宽度、结构力学性能、支撑地面状况等因素决定。因此，它应具有合理的结构形式、足够的结构力学性能和有效的支撑范围，保证其承载能力和整车抗倾翻能力，确保泵车工作时的安全稳定性。同时，应将支腿支撑在有足够强度的或用其它材料按一定要求垫好的地面上，且整车各个方向倾斜度不超过3°，为此在泵车左右两侧各装有一个水平仪来辨别倾斜度。2021/5/930支撑结构形式有前摆伸缩型、回转伸缩型、X型、V型（三一专利）、SX型（弧型）等，泵车常见的支撑结构是回转伸缩型支腿，其前支腿采用旋转后伸缩展开，供支撑支腿的油缸垂直向下装在坚实的方型管内；后支腿采用旋转展开，供支撑支腿的油缸垂直向下装在坚实的方型管内；方型管即起保护作用，又起导向和防折弯的作用。支腿臂设计成四块高强度钢板围焊而成的箱形梁，高度按受力大小由大渐变小，可充分利用钢材的力学性能，使各处受力趋于均匀。图3.5-5为工作状态下支腿各种展开形式。2021/5/931

支腿形式的灵活设计，使泵车适应多种工地工况成为可能。摆动支腿占地面积大，稳定性好；箱形伸缩式支腿，其直线的运动轨迹，便于在狭窄工地支撑。X弧形，在节约泵车施工空间和减重两方面有一定优势。V型，三一专利结构，前支腿呈V型伸缩结构，一般为2-4级，后支腿摆动。而伸缩支腿的驱动技术，主要是油缸及马达带动链条拖动。两后支腿腔分别用做水箱及备用柴油箱的结构处理：一方面避免水箱可能与液压油箱的串通；另一方面增大了柴油储备从而确保了大方量连续施工。2021/5/932支腿的几种典型展开形式2021/5/933对于X支腿而言，具有重量轻、施工时展开空间小和展开速度快等优点。X型支腿驱动的方式主要有油缸驱动和液压马达带动链条驱动两种形式。具体结构如下：

1—支撑油缸；2—右前支腿；；3—左前支腿；4—左后支腿；5—后支腿展开油缸；6—右后支腿2021/5/934泵送系统的基本构造

泵送系统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。泵送系统由泵送机构、料斗和S阀总成、摆摇机构、搅拌机构、配管总成、臂架配管等部分组成。2021/5/935主油缸1、2，水箱3，换向装置4，两个混凝土输送缸5、6，两个砼活塞7、8，摆臂9，两个摆动油缸10、11，分配阀12(S形阀)，搅拌机构13，料斗14和出料锥管15组成。

1、2—主油缸；3—水箱；4—换向装置；5、6—输送缸；7、8—砼活塞；9—摆臂；

10、11—摆动油缸；12—分配阀；13—搅拌机构；14—料斗；15—出料锥管2021/5/936泵送机构

泵送机构是泵送系统的核心部件，它是把液压能转换为机械能，通过油缸的推拉交替动作，使混凝土克服管道阻力输送到浇注部位。它主要由主油缸、输送缸、水箱、砼活塞和拉杆等几部分组成，

1—砼活塞；2—输送缸；3—拉杆；4—水箱；5—主油缸1—砼活塞；2—输送缸；3—拉杆；4—水箱；5—主油缸2021/5/937主油缸由油缸体、油缸活塞、活塞杆、活塞头及缓冲装置组成。主油缸的主要特点是：换向冲击大，一般要有缓冲装置。缓冲装置是混凝土泵设计的关键技术之一。此外，由于活塞杆不仅与油液接触，而且还与水、水泥浆、泥浆等接触，为了改善活塞杆的耐磨和耐腐蚀性，在其表面一般要镀一层硬铬。

(二)输送缸输送缸后端与水箱连接，前端与料斗连接，并通过料斗座与付梁固定，通过拉杆固定在料斗和水箱之间。主油缸活塞杆伸入到输送缸内，前端与砼活塞连接。输送缸一般用无缝钢管制造，由于输送缸内壁与混凝土、水长期接触，承受着剧烈的摩擦和化学腐蚀，因此，在输送缸内壁镀有硬铬层，或经过特殊热处理以提高其耐磨性和抗腐蚀性。2021/5/938

砼活塞由活塞体、导向环、密封体、活塞头芯和定位盘等组成。如图所示各个零件通过螺栓固定在一起。混凝土密封体用耐磨的聚氨酯制成，其起导向、密封和输送混凝土的作用。

1-活塞密封体；2-导向环2021/5/939

水箱与输送缸的支持连接件，其上面有盖板，打开盖板可以清洗水箱内部，且可以观测水位。在推送机构工作时，水在输送缸活塞后部随着输送缸活塞来回流动，其所起的作用主要是：1.清洗作用：清洗输送缸壁上每次推送后残余物，以减少输送缸体与砼活塞的磨损；2.密封作用：增加活塞的密封性，提高泵送吸入效率；3.冷却润滑作用：冷却润滑砼活塞、活塞杆及活塞杆密封部位。2021/5/940料斗:

主要用于储存一定量的混凝土，保证泵送系统吸料时不会吸空和连续泵送。

S阀:

S阀是混凝土泵的关键部件，它位于料斗内连接输送缸和输送管，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，而且也直接影响混凝土泵的整体设计。S管阀的管体有变径和不变径两种形式。其特点可以靠混凝土的压力推动切割环自动密封管口，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。

S阀之所以被广泛应用，在于S阀最大的优点：切割环的浮动与自密封。浮动指切割环在S阀上没有轴向固定，可以自由窜动；2021/5/941自密封是指高压混凝土会作用在一个设计好的环面上，将切割环与眼睛板贴紧。有的公司还将换向油缸倾斜一个角度放置，油缸伸出时的一个分力将S阀向后推，S阀带着切割环更紧地压向眼睛板。浮动与自紧的结果就是眼睛板、切割环磨损后，切割环在混凝土压力的作用下自动补偿间隙，保证与眼睛板的紧密贴合，保证其密封性能，而且混凝土压力越高，密封越好。S阀的浮动特性要求用户给予保证。所有的S阀都规定了装配后，眼睛板和切割环之间的自由间隙。有的用户错误的认为眼睛板和切割环间隙越小，密封越好，就拼命拧紧S阀轴向螺栓。实际上，高压混凝土作用在环上的压力非常巨大，不必人为加力，这样反而容易造成切割环的早期磨损，缩短使用寿命。S阀虽然有上述优点，但也存在吸料性能差的特点（相对与闸板阀）。S阀料斗中混凝土进入输送缸的路线基本上都是11°左右的倾角，进料过程中，混凝土首先下降，在下降到缸口后，再沿11°左右的倾角的进入砼输送缸。对于搅拌良好的混凝土而言，吸料性能与闸板阀相比相差不大。但如果混凝土离析，骨料会堆积在料斗底部，在闸板阀中，闸板向上提，在重力作用下，骨料会直接进入输送缸。但是在S阀料斗中，骨料会堆积在缸口互相挤压，只靠输送缸活塞后拉所形成的真空很难将其吸入缸内，并且S阀的大部分阀体都埋在骨料中，阻力极大，很难摆动。S阀在离析的混凝土中停留时间稍长，那么只能打开料斗放料口放出堆积的骨料。2021/5/942闸板阀2.斜置式闸板阀分配阀是应用较多的一种分配阀，它是靠快速往返运动的闸板，周期性的开闭输送缸的进料口和出料口，从而切换混凝土在料斗和输送缸之间的流向，实现混凝土的反复泵送。这种分配阀的优点在于：构造简单、制作方便、耐磨损、寿命长；关闭通道时，象一把刀子在切断混凝土流，所以比较省力；另外，闸板是由油缸、活塞直接带动而不象管阀要通过一套杠杆来驱动阀体，所以开关迅速、及时。该阀设置在料斗后部，这样既可以降低集料斗的高度，又使泵体紧凑而不妨碍搅拌车向集料斗卸料。而且流道合理、进料口大、密封性好。两个液压缸各有一个闸板阀，在液压缸活塞缸的作用下做往复运动，完成打开或关闭混凝土的进、出料口的动作。此阀对混凝土的适应性强，但结构繁杂。更换此阀时需拆下料斗，故维修不便。出料口采用Y形管，压力损失较大，故泵送混凝土压力小。在作业中用来润滑闸板阀的润滑脂易进入混凝土内，因此属消耗品，需要不断补充。2021/5/9432021/5/944摆摇机构

S阀的摇摆机构主要由摆缸固定座、左右摆阀油缸、摇臂和摆缸卡板等部分组成，一般设计在料斗的后方。摇摆机构的工作原理是在液压油的作用下推动左右两个摆阀油缸的活塞杆，活塞杆驱动摇臂，摇臂带动S阀左右摆动，从而实现S阀的换向。在换向动作过程中要求换向迅速，动作有力。

2021/5/9451—摇摆固定座；2—摆阀油缸；3—摇臂；4—摆缸卡板

2021/5/946由于摇摆机构一般动作都比较迅速，换向有力，所以一般都存在冲击较大的问题，三一重工在S阀的摆阀油缸的极限位置设有缓冲设计，所以尽管换向迅速，冲击却较小。另外左右摆阀油缸的球头用ZcuAL10Fe3材料制成的轴承包络，不但起缓冲作用，还能减少球头的磨损。在摆缸固定座上设有旋盖式油杯，在泵送过程中，应每四小时旋盖润滑一次，使球形摩擦面处于良好的润滑状态。针对不同型式的分配阀，摇摆机构的方式也还有其它不同的几种方式，如单油缸作用在摇臂上等。2021/5/947搅拌机构搅拌装置包括搅拌轴部件、搅拌轴承及其密封件。搅拌轴部件由搅拌轴、搅拌叶片、轴套组成。搅拌轴是靠两端的轴承、轴承座（马达座）支撑的，搅拌轴承采用调心轴承，轴承座外部还装有黄油嘴的螺孔，其孔道通到轴承座的内腔，工作时可对轴承进行润滑。为了防止料斗内的混凝土浆进入搅拌轴承，搅拌轴左右两端装有J型防尘圈和密封圈。搅拌轴左端通过花键套和液压马达连接，工作时由液压马达直接驱动搅拌轴带动搅拌叶片搅拌。搅拌机构的主要作用是对料斗里的混凝土进行二次搅拌，防止其离析。2021/5/9481—端盖；2—轴承座；3—左搅拌叶片；4—搅拌轴；5—右搅拌叶片；6—J型防尘圈；7—密封圈；8—轴承；9—马达座；10—液压马达；2021/5/9