631混凝土输送泵设计.docx

1 方案设计1.1混凝土泵基本结构图1-1 混凝土泵的基本构造简图1-输送管道；2-Y形管组件；3-料斗总成；4-滑阀总成；5-搅拌装置；6-滑阀油缸；7-润滑装置；8-油箱；9-冷却装置；10-油配管总成；11-行走装置；12-推送机构；13-机架总成；14-电气系统；15-主动力系统；16-罩壳；17-导向轮；18-水泵；19-水配管1.1.1工作方式混凝土泵的种类很多，可以按排量大小、工作原理、行走装置或配备其它装置的情况进行分类。1、按排量大小分类混凝土泵按排量大小可分为小型、中型、大型三类。排量不足30m3/h的属小型泵；排量在3080m3/h之间的为中型泵；排量超过80m3/h的为大型泵。目前应用最多的是中型泵。2、按工作方式可以分为以下几种形式：(1)活塞式混凝土泵活塞式混凝土泵是应用最早的一种混凝土泵产品。这种泵的泵送压力较高，输送距离较远，而且易于控制，所以应用最广泛。活塞式混凝土泵是靠活塞在缸内往复运动，在分配阀的配合下完成混凝土的吸入和排出。从传动装置上可分为：机械式 最早的混凝土泵采用曲柄活塞式，由动力装置带动曲柄活塞（柱塞）往返运动将混凝土送出。随液压技术的发展已逐步被液压式取代。液压式 根据液压介质的不同又分为油压式和水压式两种。水压式目前还不多见，所以通常称为“液压”的就是指油压式混凝土泵。这种混凝土泵功率大，震动小、排量大、运输距离远，可做到无极调节，泵的活塞可逆向动作，将输送管中将要堵塞的混凝土拌合物吸回混凝土缸，以减少堵赛的可能性。（2）挤压式混凝土泵挤压式混凝土泵的作用原理与挤牙膏的过程相似。这种泵的泵室内有橡胶管和滚轮架，当滚轮架转动时将橡胶管内的混凝土压出，它特别适宜于小石子混凝土急砂浆的泵送。（3）压缩空气输送罐它利用压缩空气对贮料罐内混凝土吹压，进行间断输送，其作用原理如图1-2所示。图1-2 气体输送混凝土工作示意图压缩空气输送罐的操作顺序是：先打开罐的上盖，装入混凝土后再将上盖压紧，打开气阀向罐内输入压缩空气，当用于显示罐内压力的压力表达到额定的压力值时，关闭气阀并开始送混凝土。压送后将罐内的剩余压力全部泄放掉，然后再打开上盖，重复进行泵送。3、按移动方式分类混凝土泵按移动方式可分为固定式、拖挂式和自行式。（1）固定式固定式系原始式，多由电机驱动，适用于工程量较大、移动较少的场合。（2）拖挂式拖挂式混凝土泵是把泵安装在带有车轮的简单底架上，既能在施工现场方便地移动，又能在道路上拖运。（3）自行式自行式混凝土泵是把泵安装在汽车底盘上。车载式 车载式混凝土泵移动方便，机动灵活，到新工作地点不需进行准备即可进行浇筑。混凝土泵车 是汽车、混凝土泵及布料杆的组合体。机动性能好，可缩短施工的辅助时间，节省劳动力，提高生产率和降低工程成本。但受施工现场工地条件和道路的限制。经比较决定工作方式采用液压活塞式。1.1.2电动机由于在井下使用三相交流电源比较方便，故选用三相异步电动机。其中Y系列最为常用。在井下使用防爆结构的电动机。1.1.3混凝土缸布置采用卧式双缸，即两个混凝土缸并列布置，由两个油缸驱动，通过阀的转换，交替吸入或泵出，是混凝土平稳而连续的输出。1.1.4分配阀1、蝶形分配阀这种分配阀是在料斗、工作缸、输送管之间的通道上设置一个蝶形板，通过蝶形板的翻动来改变混凝土的通道。其优点是：结构简单紧凑、阀室小、流道短、运动阻力小，使用寿命长，维修方便，阀的出端不需要Y形管。蝶形阀的缺点是：混凝土流道的截面变化大，吸入或排出流道方向改变剧烈，有时会造成混凝土在阀内部堵塞的现象。蝶形分配阀有垂直轴式和水平轴式两种。2、管形分配阀是在混凝土输送缸与输送管之间设置一摆动管件来完成混凝土的吸入和排出作业的。管形阀一般置于集料斗中。管形分配阀的优点是流道形状合理、没有截面变化、泵送阻力小，从而使集料斗的高度大为降低，故便于混凝土搅拌运输车向集料斗卸料，而且结构简单、流道畅通、耐用，磨损后易于更换。由于没有了输送管口的Y形管，所以不易堵塞。缺点在于它在集料斗中，使集料斗中的搅拌叶片布置困难，容易有死角，当混凝土的坍落度较小时，管阀的摆动阻力大，摆动速度降低，影响了混凝土的吸入效率。管形阀从结构上可分为立式和卧式两种；从形状上来看又可分为S型、裙型和C型等几种。（1）S型管阀S管阀最常用。阀体呈S形，其壁厚也是变化的，磨损大的地方壁厚也大。其摆动油缸可设置在料斗的后方，也可设置在料斗的前方。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会影响混凝土的流动，从而降低泵的吸入效率；前置式摆动油缸则去掉了摆动轴及其支承，泵的吸料性能大为提高，而且安装方便。（2）C形摆管阀主要用于泵车。优点是摆动点位于料斗之上，转动部分不易被混凝土砂浆侵入，所以寿命长、可靠性高；阀口切割环还可以进行自动补偿。缺点是摆动管在下弯道处由于曲率半径较小，阻力较大；另外摆动管与料斗壁之间会有粗集料堆积，导致摆动困难。（3）摆动裙阀摆动裙阀具有一个处于混凝土泵料斗内的摆动体，当它摆动时，料斗内的混凝土被推开，摆动裙阀的驱动机构也置于料斗之外。裙阀的特点是进口细、出口大、阀体短、内径大、不截流、压力损失小；从构造上可以实现相当好的力矩平衡，消除料斗“抬头”现象。3、闸板式分配阀由外置油缸驱动，靠快速往返运动的闸板使输料缸开口交替地与泵的料斗或输料管接通，周期性地开闭混凝土缸的进料口和出料口，从而切换混凝土在集料斗和混凝土缸之间的流向，以实现混凝土的反复泵送。这种阀的优点在于：构造简单、制作方便、耐磨损、寿命长；关闭通道时，比较省力；开关迅速、及时。闸板阀的缺点是：对于双工作缸的泵送必须有Y形管，其集料斗的高度要比其它阀的高；闸板磨损后与阀口的间隙无法补偿，因而失去密封性，不能作高压输送。采用闸板阀的混凝土泵适用于混凝土需要量大、质量要求高的场地施工。其特点是：吸料性能强劲、工作效率高、操作简单、维修方便、浇筑质量好。闸板阀的种类很多，有平置式、斜置式、和摆动式等几种主要形式。经比较决定采用S形管阀。1.1.5混凝土缸混凝土缸要耐磨、耐腐蚀，并有足够的强度和刚度。缸体要用高碳钢制造，内壁淬火硬度为HRC55或在内壁镀铬，厚度大于0.2mm。缸体要进行强度校核，为保证主液压缸和混凝土缸的同轴度，要控制两缸连接面的加工精度。1.1.6混凝土缸活塞因活塞的工作速度高，承受压力大，又与混凝土直接接触，故易磨损，易腐蚀，故采用钢材制造活塞基体，用聚氨酯橡胶做密封层。活塞要能抗压并有韧性，密封层要耐磨、耐腐蚀，并有一定强度，在结构上要拆卸和更换方便。1.1.7搅拌装置料斗一般要大于0.35m3，料斗口部有方格网，网孔尺寸为最大集料的1.5倍。料斗的出口应既能防止空气进入混凝土缸内，又便于混凝土流动，以减少混凝土起拱。搅拌叶片的搅拌速度应与混凝土缸吸料口处的混凝土流速相适应。叶片旋转扫过的空间形状应与料斗的形状相似，叶片与料斗的间隙应大于最大集料的尺寸。1.2混凝土泵的功用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。它将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筑。混凝土泵送工艺 （1）混凝土泵送施工的特点在混凝土施工过程中，混凝土的现场输送和浇筑是一项关键的工作。它要求迅速、及时，并且保证质量以及降低劳动消耗，从而在保证工程要求的条件下降低工程造价，尤其是对一些混凝土量很大的大型钢筋混凝土构筑物（大型设备基础、地下工程等）和高层建筑，故如何正确选择混凝土输送工具和浇筑方法就显得更为重要。常用的垂直及短距离混凝土输送机械有：升降机、起重机、皮带运输机、混凝土泵等。（2）混凝土泵送施工的优点机械化程度高，需要的劳动力少，施工组织简单；混凝土的输送和浇筑作业是连续进行的，施工效率高，工程进度快；泵送工艺对混凝土质量要求比较严格，也可以说泵送是对混凝土质量的一次检验。由于泵送是连续进行的，泵送中混凝土不易离析，混凝土坍落度损失不大，容易保证工程质量；对施工作业面的适应性强，作业范围广。混凝土输送管道可以铺设到其它设备难以达到的地方，又能使混凝土在一定压力下充填浇筑部位，为了增大输送距离还可以将泵串联使用，以满足各种施工要求；与其他施工机械的相互干扰小。在泵送的同时，输送管附近可以进行其他施工作业；在正常泵送条件下，混凝土在管道中输送不会污染环境，能实现文明施工；在施工布置得当的情况下，能降低工程造价。（3）泵送施工方法的局限性混凝土配合比除了应符合工程质量要求外，还要符合用管道输送的要求，如对于坍落度、混凝土集料的最大粒度、水泥及细集料的比例等都有一定的限制；混凝土的输送距离受到输送管口径、混凝土泵型及泵送压力的限制；混凝土泵操作人员要有一定的技术水平，不仅要掌握机械的使用与维护方法，还应懂得一些混凝土施工工艺方面的知识，以便能够判断混凝土的质量和可泵性；混凝土泵输送干硬性混凝土比较困难，限制了泵的使用范围；气温低于-5时须采用特殊措施才能泵送。1.3混凝土泵的发展趋势（1）混凝土泵的关键性技术随着阀门系统和液压系统的不断革新，混凝土泵逐渐向大功率和高可靠性的方向发展，许多关键性技术也得到了较好的解决，主要有如下几个方面：泵体本身的分配阀经过不断的完善和创新，使得阀门的密封性和通畅性都得到了进一步提高，且结构日趋简单、完善。用液压传动取代机械传动，使泵送工作更加平稳、可靠和易于控制；电气控制从传统的继电器式控制改变为现在的PLC控制，使控制系统更加安全可靠，易于操作。当管路发生堵塞时，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，以消除堵塞；搅拌系统也可实现卡料反转，从而消除料斗中的卡料现象。它们都可以采用自动或手动的方式进行控制。应用了高效减水剂，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，大大改善了混凝土的泵送效果。商品混凝土的发展和混凝土搅拌运输车的配套使用，使质量可靠的混凝土能够得到均衡的供应，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，则解决了混凝土的布料问题。这两方面的长足发展，可充分发挥混凝土泵的生产效率，扩大了混凝土泵的使用范围。（2）混凝土的发展趋势混凝土泵高压大排量化为了满足更远和更高距离的混凝土输送和建筑施工进程的需要，混凝土泵向高输送压力和大排量的反向发展将成为必然的趋势。液压系统集成化现在生产的大多数混凝土泵，其液压系统都是采用集成的液压阀块，从而使液压系统向可靠、节能、低冲击、低噪声的方向发展。混凝土泵分配阀多样化从整体上看，分配阀是向结构简单、流道合理、不易堵塞的方向发展。另外，分配阀材质和通用性的研究，也日益受到重视，并力争使其更加耐磨，使产品标准化、系列化。混凝土泵布料杆化混凝土的布料是采用混凝土泵施工中的一个关键性问题。带布料杆的混凝土泵车具有移动方便，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，而且可直接将混凝土浇筑到任何一个具体点等优点。在国外很多国家，使用泵车进行的施工已占泵送混凝土总量的一半以上，在美国，更是高达80%以上。带布料杆的汽车式混凝土泵是今后发展的方向之一。1.4混凝土泵的工作原理（1）挤压式混凝土泵挤压式泵按其构造形式，分为转子式双滚轮型、直管式三滚轮型和带式双槽型三种，目前应用较多的为第一种。挤压式泵一般为液压驱动，它有一些弱点，比如：挤压泵的泵压不高，泵送距离有限；靠胶管的弹性恢复吸入混凝土，吸入力小；只能用于塑性混凝土，不适用于干性混凝土等。正是由于存在这些缺点，所以限制了挤压式泵的进一步发展。图1-3为挤压式混凝土泵的结构示意图。图1-3 转子式挤压泵1-输送管；2-缓冲架；3-垫板；4-链条；5-滚轮；6-挤压胶管；7-料斗移动油缸；8-集料斗；9-搅拌叶片；10-密封套泵室中有挤压胶管6，胶管下端为吸入口，与集料斗8的底部相通；另一端为排料口，与输送管1相连接。当滚轮架上的滚轮5一边转动一边挤压胶管6时，管内的混凝土被挤压出去，而滚轮后方胶管内部则因混凝土流走而形成负压，于是集料斗8中的混凝土就被吸入到挤压胶管中来。（2）活塞式混凝土泵在各种形式的混凝土泵中，应用最早，使用最多同时又最具有生命力的是活塞式混凝土泵。它的工作方式是通过压力油推动活塞，再通过活塞杆推动混凝土缸中的工作活塞来实现压送混凝土的过程。液压活塞式混凝土泵分单缸式和双缸式两种，双缸式在结构方面虽然较单缸式的复杂，但因为它有两个缸交替工作，故其输送工作比较连续、平稳、生产率高，而且发动机的功率也能得到充分利用。因此大中型的混凝土泵都采用双缸式的。2 混凝土泵液压系统一般混凝土泵的工作机构是由推送机构、分配阀及料斗的搅拌装置组成，因而液压式混凝土泵的液压系统同样也包括这三个工作机构：推送机构回路即主油路系统、分配阀油路系统及搅拌油路系统。有些混凝土泵的清洗系统也采用液压传动，因而液压系统中还可能包括清洗系统。液压系统（含控制装置）应具有以下功能。混凝土推送油缸（主缸）应能同步交替地进行推送和抽吸两种工况；泵送时，两主油缸活塞行程不变，但当混凝土的坍落度有所不同时，活塞行程应可调；应确保混凝土缸与分配阀有良好的配合；主缸与阀缸应具有可靠的自动换向功能，一确保泵送自动循环；搅拌系统遇超常阻力时，应具有自动反转功能，以防搅拌叶片卡死折断；主油路系统应具有恒功率功能，以防止过载；主缸、阀缸应有良好的换向功能及换向冲击的控制方式；液压系统散热条件应该良好，以确保工作温度不至于太高；主油路系统遇超常阻力时应具有自动反泵功能，以便利排堵，预防堵管；搅拌油路转速应可调，当主回路采用大流量时选高速，采用小流量时则可以选用低速。2.1混凝土泵液压系统总体分析由于混凝土泵的工作原理及其结构形式的不同，致使其液压系统也是多种多样的。根据液压系统工作方式的不同可分为：开式系统回路、闭式系统回路和混合系统回路。（1）开式系统回路开式系统是指主油泵从油箱吸入液压油，经过一个循环后液压油又回到油箱。其优点是：油路系统简单、成熟、产生的热量小，且由于油箱本身可以散热，因而散热性能好。其缺点是：功率损失大、流量控制困难、换向冲击大，且需安装大容量的油箱。这种回路方式适用于中、小型泵的液压。由于技术比较成熟，采用开式液压系统的混凝土泵比较多。它的具体组成形式是油箱液压泵液压缸油箱的开式循环。（2）闭式系统回路所谓闭式系统是指液压泵液压缸自行封闭式循环。油箱中的冷油由补油液压泵充入系统，系统中的热油由系统中的低压限压阀释放。这种特殊的回路，使补油泵的限定压力与低压阀的开启压力之间存在着复杂的关系。这种回路的优点是效率高、油箱小、流量大且方向变换平稳，适用于大功率系统。其主要的缺点为系统需增加补油系统，且产生的热量大，散热困难。从国外的市场动态来看，采用闭式系统的高压大排量的混凝土泵在市场上占主导地位。在闭式回路系统中，还有阀控和泵控之分。闭式阀控系统可以局部改善开始系统的缺点，降低安装空间和成本，但当方向阀换向时，和开式系统一样还有较大的冲击，所以一般安装有蓄能器；闭式泵控系统则有效地克服了开式回路的固有局限性，换向冲击小，实现了混凝土流量的连续调节。闭式系统中的几大难题，如液压冲击、最高泵送速度降低、油温过高、回油吸空等现象，是在混凝土泵设计时应该引起注意的地方。（3）混合系统回路现有的生产厂家综合了开式系统和闭式系统的优点，在开式系统中采用内部闭环控制的恒功率柱塞泵，有效地改善了开式系统的不足之处，使用这种系统的混凝土泵也比较多。2.2混凝土泵分配阀分配阀是混凝土泵的核心机构，也是最容易损坏的部分，它是位于集料斗、混凝土缸和输送管三者之间，协调各部件动作的机构。泵的好坏与分配阀的质量与形式有着密切的关系，它将直接影响混凝土泵的使用性能（如堵管问题、输送容积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（如集料斗的高度等）。对于单缸的混凝土泵来说，分配阀应该具有二位三通的基本性能（二位吸料或排料；三通通集料斗、混凝土缸及输送管）。对双缸的混凝土泵来说，两个缸共用一个集料斗；处于吸入行程的工作缸，把混凝土吸入工作缸；而另一个处于排出行程的工作缸，则把吸入的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和输送管（二位吸料或排料；四通通集料斗、混凝土缸、混凝土缸及输送管）的性能。混凝土泵与常见的油泵、气泵和水泵不同，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：良好的集、排料性能；良好的密封性；良好的耐磨性；换向动作需灵活、可靠。分配阀的种类很多，而且还在不断的发展和创新，其具体分类如图2-1所示。图2-1 分配阀的分类1、蝶形分配阀这种分配阀是在料斗、工作缸、输送管之间的通道上设置一个蝶形板，通过蝶形板的翻动来改变混凝土的通道。其优点是：结构简单紧凑、阀室小、流道短、运动阻力小，使用寿命长，维修方便，阀的出端不需要Y形管。蝶形阀的缺点是：混凝土流道的截面变化大，吸入或排出流道方向改变剧烈，有时会造成混凝土在阀内部堵塞的现象。蝶形分配阀有垂直轴式和水平轴式两种。1）垂直轴式蝶形分配阀图2-2 垂直轴式蝶阀工作原理图1-料斗与混凝土缸通道；2-阀箱；3-吸料混凝土缸；4-排料缸；5-输送料管；6-蝶阀垂直轴；7-蝶阀阀板图2-2是分配阀常见的结构形式。这种阀的阀板可以在水平方向翻转，混凝土泵的工作缸、阀、输出口在同一水平面上。垂直轴蝶形阀一般安装与集料口的下方，通过阀箱使混凝土缸与输送管道连通，在回转油缸作用下，蝶形阀的闸板将两个缸口交替分别与集料斗和输送管接通（接通集料斗的缸进行吸料；接通输送管的缸进行排料。）这种分配阀的优点是：由于阀芯是一块薄板，它与阀体的接触小，故砂浆不易卡塞在阀芯与阀座之间，使用寿命长、结构简单、检修方便，出料口不需用Y形管。2）水平轴式蝶形阀如图2-3所示，这种阀的阀板可以在垂直平面内翻转，混凝土泵的工作缸和阀轴线在同一水平面上，但和输送管相连接的阀的出口都在下部。图2-3 水平轴式蝶阀1-输料管；2-蝶阀阀板；3-吸料混凝土缸；4-料斗；5-蝶阀水平轴；6-排料混凝土缸；7-蝶阀阀体水平布置的水平轴5由液压缸驱动，蝶阀阀板2随之转动，使料斗4与混凝土缸3（或6）、输料管1与混凝土缸6（或3）相通，完成吸料和排料过程。两混凝土缸吸料和排料交替进行，从而使泵实现连续排料。使用这种阀时，料斗高度应稍高，混凝土流道要比垂直轴式蝶阀畅通。2、管形分配阀管形分配阀是在混凝土输送缸与输送管之间设置一摆动管件来完成混凝土的吸入和排出作业的。管形阀一般置于集料斗中。对于双缸活塞式混凝土泵，管阀口与两个输送缸口交替接通，管阀口对准哪一个缸口时，哪一个输送缸就进行排料，而另一个输送缸就从集料斗中吸料。而对于单缸活塞式混凝土泵，则是当管阀口离开输送缸口而被集料斗后壁封住时，输送缸进行吸料；而当管阀口对准输送缸时，即进行排料。管形分配阀的优点是流道形状合理、没有截面变化、泵送阻力小，从而使集料斗的高度大为降低，故便于混凝土搅拌运输车向集料斗卸料，而且结构简单、流道畅通、耐用，磨损后易于更换。由于没有了输送管口的Y形管，所以不易堵塞。缺点在于它在集料斗中，使集料斗中的搅拌叶片布置困难，容易有死角，当混凝土的坍落度较小时，管阀的摆动阻力大，摆动速度降低，影响了混凝土的吸入效率。管形阀从结构上可分为立式和卧式两种；从形状上来看又可分为S型、裙型和C型等几种。（1）S型管阀S管阀是目前最常用的一种转向阀。S阀的基本结构如图2-4所示。阀体7呈S形，其壁厚也是变化的，磨损大的地方壁厚也大。摇臂轴C与摇臂相连，在摇臂轴穿过料斗处有一组密封件起密封作用，图中所示为一个Y形密封5与一个蕾形密封3，内部充满润滑脂。大部分S管在切割环13内装有弹性（橡胶）垫层，可对切割环与眼睛板之间的密封起一定的补偿作用。其摆动油缸可设置在料斗的后方，也可设置在料斗的前方。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会影响混凝土的流动，从而降低泵的吸入效率；前置式摆动油缸则去掉了摆动轴及其支承，泵的吸料性能大为提高，而且安装维护方便。S管形阀最大输送压力为16MPa，最大理论垂直输送距离是350m，水平输送距离是1500m。图2-4 S形管阀工作原理1、2-主油缸；3-水箱；4-换向机构；5、6-混凝土缸；7、8-混凝土缸活塞；9-料斗；10-分配阀；11-摆臂；12、13-摆动油缸；14-出料口当混凝土泵发生堵管现象而需要停机时，应该先把输送管道中的混凝土抽回。此时应该通过反泵操作，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。(a) (b)图2-5 混凝土泵工作状态 (a)正泵状态；(b)反泵状态（2）C形摆管阀C形摆管阀是普茨迈斯特公司的专利产品，主要用于泵车。由于C形摆管阀出口可直接通向布料杆，无论从压力损失还是结构紧凑上说都是很有利的。如图2-6所示，C形摆管阀的转动在上方，吸口直接与料斗相连，摆动缸在料斗外，摆管无径向窜动，噪声低。C形摆管阀最大特点是摆动点位于料斗之上，转动部分不易被混凝土砂浆侵入，所以寿命长、可靠性高；阀口切割环还可以进行自动补偿。缺点是摆动管在下弯道处由于曲率半径较小，阻力较大；另外摆动管与料斗壁之间会有粗集料堆积，导致摆动困难。图2-6 C型管分配阀简图1-集料斗；2-管形阀；3-摆动管口；4-工作缸口；5-可更换的摩擦板面；6-缸头；7-工作缸；8-清水箱；9-液压缸；10-输送管口尽管C形摆管阀有自身的缺点，但由于其结构上的优点与修理上的优势，目前它仍被广泛地使用在拖泵与泵车的结构中。（3）摆动裙阀摆动裙阀具有一个处于混凝土泵料斗内的摆动体，当它摆动时，料斗内的混凝土被推开，摆动裙阀的驱动机构也置于料斗之外。裙阀的特点是进口细、出口大、阀体短、内径大、不截流、压力损失小；从构造上可以实现相当好的力矩平衡，消除料斗“抬头”现象。裙阀回转阻力比一般S阀要小，阀口切割环与眼睛板的间隙在整个磨损范围内可以自动补偿调节，过大的轴向力有助于封闭开口。除了输送混凝土外，此类阀也可输送稀薄的介质。3、闸板式分配阀由外置油缸驱动，靠快速往返运动的闸板使输料缸开口交替地与泵的料斗或输料管接通，周期性地开闭混凝土缸的进料口和出料口，从而切换混凝土在集料斗和混凝土缸之间的流向，以实现混凝土的反复泵送。这种阀的优点在于：构造简单、制作方便、耐磨损、寿命长；关闭通道时，比较省力；开关迅速、及时。闸板阀的缺点是：对于双工作缸的泵送必须有Y形管，其集料斗的高度要比其它阀的高；闸板磨损后与阀口的间隙无法补偿，因而失去密封性，不能作高压输送。采用闸板阀的混凝土泵适用于混凝土需要量大、质量要求高的场地施工。其特点是：吸料性能强劲、工作效率高、操作简单、维修方便、浇筑质量好。闸板阀的种类很多，有平置式、斜置式、和摆动式等几种主要形式。1）平置式闸板阀平置式闸板阀的结构如图2-7所示，闸板分为排出闸板1与吸入闸板6，它们可开闭左右混凝土缸与Y形管道的通路。在图中的位置上，闸板6封闭混凝土料斗与混凝土缸的通路，由料斗出料口3开启混凝土料斗与缸4的通路，活塞向右运动，将料斗中的混凝土料吸入，同时排出闸板关闭出料管与混凝土缸4的通路，活塞向左运动，将混凝土泵出。图2-7 平置闸板阀1-排出闸板；2-左液压缸；3-料斗出料口；4-左混凝土缸；5-右混凝土缸；6-吸入闸板；7-右液压缸；8-Y型输送管液压缸2、7交替动作使闸板阀来回运动，该运动由液压系统控制且与混凝土缸的运动相匹配，从而使混凝土连续输出。这类阀的动作准确、迅速。2）斜置式闸板阀图2-8 斜置式闸板阀简图1-工作活塞；2-液压缸；3-集料斗；4-输送管；5-闸板；6-混凝土工作缸图2-8为斜置式闸板分配阀，这类阀一般为两组并联。当液压缸2向下运动时，关闭料斗与排送管的通路，混凝土缸的工作活塞1向后运动时，料斗3 中的混凝土被吸到缸中，此时控制另一组闸板阀的液压缸向上运动，关闭混凝土缸与料斗的通道，活塞向前推进，将混凝土泵出。斜置式闸板阀的最大优点在于吸入流道与输送缸的输出流道成63倾角。由于混凝土的密度较大，混凝土在流道上产生了一个有利于吸入的分力，特别适用于集料较大，坍落度较小的混凝土的泵送。斜置式闸板阀的另一个特点是分配阀通入口面积大，吸入流道截面由小变大，故吸入混凝土的平均流速小，吸入阻力小，混凝土不易离析，可有效防止堵塞现象与吸空现象的发生。由于闸板阀的液压回路中增加了蓄能器，因此闸板阀的切入速度与力量都较大，对于粗集料的混凝土是很有利的。闸板阀的修理也比较方便。目前斜置式闸板阀的混凝土泵仍有一定的市场。3）摆动式闸板阀分配阀（扇形摆阀）摆动式闸板分配阀如图2-9所示，由扇形闸板1和舌形闸板2组成，由油缸控制绕一水平转轴3来回摆动，实现二位四通功能。图2-9 摆动式闸板分配阀1-扇形闸板；2-舌形闸板；3-转轴（由主油缸控制）这种分配阀的扇形闸板1控制两个混凝土缸与输送管的通断，闸板切入则混凝土断流。舌形闸板2则控制两个混凝土缸与料斗的通断，通过关闭或打开通道截面，使进料通道关闭或打开。利用油缸使转轴3带动扇形闸板和舌形闸板来回摆动，从而控制混凝土拌合物的流向。这种分配阀飞构造简单，布置紧凑，闸板开闭迅速，是一种较好的分配阀。扇形闸板的内侧密封面磨损后，调整扇形闸板与转轴的相对位置，就能消除扇形闸板与阀座之间的间隙。4、转动式分配阀1） 圆柱形分配阀图2-10 圆柱形分配阀1-料斗；2-活塞；3-输料管；4-排出阀；5-吸入阀圆柱形分配阀是靠两个带孔的圆柱形阀芯的转动，来达到二位三通的性能，实现交替地吸料和排料。这种分配阀的构造简单，加工容易，阀芯刚度大，动作快速；但其缺点是阀芯和阀体的接触面大，砂浆流入会使阀的转动阻力大大增加，过分强烈的摩擦会影响阀的使用寿命，如阀芯和阀体之间的间隙超过2mm则不能继续使用。此外，这种分配阀的吸入阀多设置与料斗的下方，因此往往使料斗的离地高度增大。这种分配阀的使用寿命一般为30005000m3。2）球形分配阀球形分配阀的阀芯为一个不完整的球体，内有混凝土流道，用它可取代两个圆柱形分配阀。图2-11 球形分配阀1-阀芯；2-钢牙块这种分配阀优点是体积小，可使泵的结构紧凑；通道短，压力损失小；刚度大，结构简单。其缺点是阀芯的加工较复杂；阀芯与阀体之间的间隙一般保持在0.51.0mm之间，如超过2mm则灰浆易漏入，由于阀芯与阀体的接触面大，转动阻力大磨损严重，使用寿命较短；间隙不能调整，维修、装拆都不便。为延长其使用寿命，阀芯表面一般都进行镀铬，铬层厚约0.3mm。还有一种球阀如图2-12所示。图2-12 球阀1-活塞；2-吸入阀；3-排出阀；4-料斗；5-十字交叉罩网这种球阀构造简单，不需操纵系统，当活塞向右运动时，由于吸力的作用，排出阀将通道封闭、吸入阀开启进料，当活塞向左运动时，则吸入阀封闭进料口，排出阀开启将混凝土压入输料管。其缺点是密封性较差，影响使用效率；罩纲在混凝土通道上，增大了流动阻力，所以很少用。5、雨兹型分配阀这种分配阀系德国的雨兹厂生产的混凝土泵所采用的一种分配阀。它可以用于双缸混凝土泵，也可用于单缸混凝土泵。其特点是混凝土缸可以移位，混凝土缸具有两方面的功能，既是压送混凝土的机构，又是混凝土分配阀的一部分。在压送混凝土时，混凝土缸向前推移200mm，封闭混凝土的入口后，活塞向前运动，将混凝土压入输送管。在混凝土出料管路上安装一阀门，按工作节奏，由液压操纵其开启和关闭，以阻止混凝土因受反力而产生回流。 这种分配阀结果新颖，阀室通道短而流畅，压力损失小，吸入效率高。其缺点是，液压系统的油路较其他型式的的混凝土泵复杂。这种混凝土泵的工作顺序如图2-13所示 图2-13 雨兹型混凝土泵工作原理(a)混凝土缸缩回，活塞向后运动，从料斗吸料；(b)混凝土缸向前推移，封闭混凝土入口；(c)管路阀门打开，活塞向前运动，将混凝土压入输送管；(d)管路阀门关闭，混凝土缸缩回，吸料通道打开3 混凝土泵送机构的设计与计算3.1泵送压力的确定混凝土泵的主要参数为最高工作压力P与最大排量Q。为最有地利用泵，除去上面两个因素外，还应考虑泵的功率。泵的实际工作排量主要根据生产的要求人为决定；而工作压力P，则与混凝土的和易性、管路的长度与管径、石子粒径与形状，水泥用量的多少等等诸多因素有关。泵送压力：式中：输送管道半径，取公称直径125mm；输送管道长度。垂直高度20m，换算成水平长度为80m，取极限长度进行计算，则=80m；混凝土浆粘着系数，MPa，K1=（3.000.1S）104，取K1=2104 ；混凝土浆速度系数，MPa/(m/s)，K1=（4.000.1S）104，取K2=3104； 混凝土实际流速，m/s， ，取；混凝土密度，kg/m3；混凝土输送管的的倾斜角度，90o；一个运动循环中，混凝土在管道中流动的时间，取；分配阀换向时间，混凝土在管道中停止流动的时间，取；混凝土在管道中的平均流速，取。 则泵送压力通常分为三等级。低压级；中压级7；高压级。一般活塞式混凝土泵最小泵送压力不小于2。本设计中混凝土输送泵为低压输送。进油方式：采用大腔进油的方式3.2凝土缸和主油缸的计算1）混凝土缸内径和主油缸内径的确定从压力平衡的角度分析主油缸与混凝土缸的力平衡问题为简化，可不考虑连通腔油压P0的影响，则式中：P主油泵液压系统工作压力，MPa； Ph混凝土腔活塞头泵送压力，MPa； D主油缸内径，mm；Dh混凝土缸内径，mm。根据GB8162-87，输出流体用无缝钢管，设计混凝土缸内径为125mm，油压最高16MPa，泵送压力10.8MPa，实际设计时考虑到油缸、混凝土缸的机械效率而造成的压力损失，按下式计算。式中：1主油缸机械效率，1=0.92； 2混凝土缸机械效率，2=0.82。上式可化为：参照标准油缸，取D=100mm。2）混凝土缸和主油缸行程的确定 一般按较适宜的转换工作次数（冲程频率）来推算。初选冲程频率为n=15次/分。因为输送量为混凝土行程为：取3）混凝土缸材料和壁厚的设计混凝土缸通常采用内壁光滑，耐压性强的无缝钢管，所以选择45Mn2。混凝土缸壁厚可按拉伸薄壁圆筒的公式计算，即式中：缸筒试验压力。当额定压力时， ；当额定压力时，。取。 混凝土缸内径，； 缸筒材料许用应力，。，为材料抗拉强度，为安全系数，若，则；若，则。4）混凝土泵送能力主油缸单缸理论排量为：主油缸单缸实际排量为：则主油缸实际排量为：式中：主油缸活塞面积，； 主油缸理论排量，； 主液压泵容积效率，0.960.98；主油缸实际排量，。混凝土缸和主油缸的平均冲程速度：，因为所以式中：主油缸一次冲程排量， 主油缸内径，。则混凝土泵实际排量：该泵送系统设计参数符合要求，概括参数如下：混凝土缸 主油缸 3.3油缸和混凝土缸的零件设计与校核1、计算油缸壁厚根据JB1068-67以及机械零件设计手册中的公式计算壁厚。选油缸材料为20#钢。初取油缸壁厚。因为，所以按进行校验。查手册可知，为安全系数。油缸材料为无缝钢管，受静载荷作用，查手册，取，在设计油缸时通常取，在比较平稳的工作条件下强度有些余量则更安全些。，则而设计壁厚，故油缸壁厚满足强度要求。2、油缸活塞杆强度校核主油缸内径为100，设计速比为1.33，根据相关标准(GB/T2348-1993)，选取活塞杆直径为50。活塞杆材料选25#钢，正火处理。因为活塞杆工作时受到的弯曲作用不大（如承受偏心载荷等），故不需考虑弯曲应力。材料许用应力的确定，为材料屈服极限，查手册得，则 活塞杆轴向载荷的确定杆前进时的推力为：因原文档太大，此文档%￥有部分删除，需完整的含CAD图的设计可问原著要。