混凝土拖泵整体设计及其机架系统设计.docx

摘要 JHTB70C商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 concrete transportation, casting one of the main equipment for construction.This paper is going to drag the concrete pump as the research object and design the overall and a frame pump system of JHTB70C concrete products to drag. Design of the main content as follows:1. Hydraulic system design and parameter calculation, the rotation of the bearing computation;2. The overall design part, concrete pump type and the frame and the frame of the external connection design; Orientation device, traction device design and the design of the cover. While designing we need to understand the working principle of the hydraulic system, the whole drag pump system working principle and 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 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 the higher concrete floor, so drag range is very wide application pump. The concrete pump parts of drag the design have been strictly consideration, the system design is very successful. Keywords: Concrete pump, Hydraulic system, Drag guide device, Draught device, Outer garment.目录第一章 绪论11.1概述11.2混凝土泵的发展概况和发展趋势21.2.1混凝土泵的发展概况21.2.2 混凝土泵的发展趋势51.3本课题研究内容及意义91.3.1 本课题研究的内容91.4.2 本课题研究的意义10第二章 泵的原理122.1 混凝土泵的类型和基本结构122.2 混凝土泵的工作原理142.3 混凝土泵分配阀152.4 液压系统17第三章 混凝土泵主参数的设计计算193.1 混凝土泵的设计要求193.1.1 混凝土泵的技术特性193.1.2 各执行元件的动作顺序要求193.1.3 混凝土泵的工作环境193.1.4 混凝土泵的基本性能要求193.2 混凝土泵的工况分析203.2.1 泵送阻力计算203.2.2 搅拌阻力计算223.2.3 摆动阻力计算223.3 系统主要参数的确定233.3.1 系统工作压力的确定233.3.2 计算液压执行元件的主要几何参数23第四章 滚动轴承及丝杠的设计计算294.1 滚动轴承的选择设计计算294.1.1 滚动轴承的主要类型、性能及特点294.1.2 滚动轴承的选择294.1.3 单向推力球轴承的设计计算304.2 滑动螺旋传动的选择设计计算354.2.1 滑动螺旋传动的螺纹基本尺寸和精度要求354.2.2 丝杠的设计计算35第五章 泵送混凝土技术经济分析40第六章 结 论41附录一附录二JHTB70C商品混凝土拖泵整体设计及其机架系统设计第一章 绪论1.1 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，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。1.2 混凝土泵的发展概况和发展趋势1.2.1 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(Fritz 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。 此后，荷兰人库依曼(J. C. Kooyman)在上述的基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。 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，又能保证施工质量，减少成品混凝土的损耗。此外，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：1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。2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。3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。4电器控制从传统的继电器控制到现在的PLC 控制，控制系统更加可靠、精细，易于操作。5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。6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)、里根(Rigel)公司等。我国于20 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。此外，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58 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。 (1)混凝土泵高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。(2)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。(3)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。(4)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，其微机控制技术成熟可靠，物料的配比、容量变更控制十分准确；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180m3h；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1.3.1 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，因此本课题研究的内容具有很大的实际工程应用价值。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 。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。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。1.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。2.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。3.混凝土泵送单元 由泵送机构、料斗、分配机构、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。2.2 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 。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。2.3 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般有以下特殊的要求:(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。此外，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。1.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。2.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。3.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。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，其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。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