拖挂式混凝土泵设计

中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 1 页拖挂式混凝土泵设计目 录1、 混凝土泵概况 41.1、 国外泵送混凝土技术的发展 41.1.1德国 .41.1.2、美国 51.1.3、日本 51.1.4、俄罗斯 612、国内泵送混凝土技术的发展 61.3、泵送混凝土技术的特点 713.1、施工效率很高 82、方案论证 821、混凝土泵的基本结构 82.2、混凝土泵的分类方法 92.2.1、按排量分 92.2.2、按工作原理分 92.2.3、按移动分 103、 混凝土的设计 1131、混凝土泵液压系统 1131.1、混凝土泵液压系统总体分析 12中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 2 页3.1.2分配阀 .1332、混凝土基本机构的计算 193.2.1、泵送压力的计算 19P-输送管路半径 m;取公称直径 125mm 193.2.3、混凝土缸和主油缸行程的确定 20取壁厚 .21mDP56.420.8m101）、计算壁厚，根据 JB1068-67 以及机械设计手册223、2、5 校核活塞杆强度 .232）、纵向弯曲极限力的计算 23材料弹性模量，取 .23EPaE1023、2、6 焊缝校核 243、2、7 液压元件选型 .241、系统主要系数 242、主油泵送型要求 243、选液压泵的规格 254、泵的传动功率 25，即 268.0p94.68.0135.7N5、泵的选型 26主油实际排量 ， 柴油机工作转速 26pQsm/3nmin/r中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 3 页3、2、8 控制系统计算 263、3 料斗与搅拌系统 .283、3、1 料斗功能 .283、3、2 料斗基本结构 .283、3、3 料斗的容积 .313、3、4 搅拌系统基本结构 .313、3、5 搅拌的液压系统 .32（1）、搅拌马达类型 3234、摆动系统的设计 343、4、1 摆动系统的设计和计算 .343、4、2 S 管型分配阀的工作原理 .363、4、3 负载阻力矩计算 373、4、4 双缸驱动的摆动机构的结构 .393、4、5 摆动油缸的设计 .393、4、6 摆动油泵的工作原理与选型 .403、4、7 电磁电液阀的工作原理 .413、4、8 蓄能器的选择 .423、4、9 泵送液压系统辅助元件的确定 443、4、10 花键轴的设计与校核 .453、5 其它液压辅助系统的设计与校核 .51中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 4 页3、5、1 系统的发热验算 .513、5、2 冷却器的选型 533、5、3 发动机的选型 573、5、4 联轴器的选型 583、5、5 混凝土泵的保养与维修 .59（1）、堵管故障 60（2）、堵管原因及预防 60（4）、堵塞后的处理措施 603、5、6、车架的设计 623、6、润滑系统 633、7 混凝土泵缸及密封方法 .641、 混凝土泵概况在混凝土工程施工过程中，由于混凝土有时间的严格限制，所以其运输和浇筑是一项繁重的、关键性的工作。尤其是对大型钢筋混凝土构筑物和高层建筑，如何正确选择混凝土的运输工具和浇筑方法尤为重要，它往往能决定施工工期的长短和劳动量消耗的大小。最近几年，在建筑工程推广应用的泵送混凝土技术，以其效率高、费用低、节省劳力、水平和垂直运输可一次连续完成、使用狭窄施工现场等优点，愈来愈受到人们的重视。1.1、 国外泵送混凝土技术的发展1.1.1德国从最早的混凝土泵的出现，至今已有 90 多年历史。德国为混凝土泵的中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 5 页创始国，于 1907 年就开始研制混凝土泵，是世界上第一个取得混凝土泵专利的国家。1927 年，德国的弗里茨 海尔(Fritz Hell)设计了一种新型混凝土泵，并第一次获得应用。1930 年，德国又制造了立式单缸球阀活塞泵。由于这种泵是靠曲柄和摇杆传动，又是立式单缸，因而工作性能较差。其后德国的托克里特（Torkret）公司仿照生产了荷兰人库依曼（J.C.Kooyman）在 1932 年发明的库依曼型混凝土泵，这种泵有一个卧式缸及两个由联杆操纵联动的旋转阀，从而极大地提高了工作的可靠性。20 世纪 50 年代中叶，德国的托克利特公司首先发明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，德国的施文英公司便生产出了第一台全液压混凝土泵，使混凝土泵的设计制造和泵送技术方面日趋完善，为混凝土泵规模用于实际工作创造了有利条件。德国是欧洲混凝土泵发展最快的国家，目前拥有一些规模较大、世界著名的混凝土泵制作企业，如施维英（Schwing）公司、赛勒（Scheele）公司、施泰特（Stetter）公司、普茨迈斯特（Putzmeister）公司等。目前，德国生产的最大功率的混凝土泵，最大排量为 159m3/h，最大水平运距为1600m，最大垂直运距为 400m，是当今世界上最大的混凝土泵。1.1.2、美国美国是继德国之后混凝土泵发展较早的国家，1913 年美国考纳尔Cornell 设计出曲轴机械传统的混凝土泵取得专利权，并制造出第一台混凝土泵。20 世纪 30 年代中期，美国的亲贝尔特（Chain Belt）公司得到了生产荷兰库依曼型混凝土泵的特许，陆续制造了具有活塞式混凝土泵雏形的库依曼型混凝土泵，并在混凝土工程中得到应用，但直到第二次世界大战，混凝土泵仍处于小规模的试用阶段。在 1963 年，美国查伦奇 考克兄弟（Challenge-Cook Bros）公司研制成功了挤压式混凝土泵。利用转动的滚轮挤压软管中的混凝土混合物来进行泵送的。这种混凝土泵构造简单，价格低廉，一度很受欢迎。美国有不少混凝土泵制造企业，如罗斯（Rose） 、伊利（Erie） 、霍内（Hormet） 、瑞德（Reed） 、福来纳（Freightliner） 、摩根（Morgen） 、汤姆逊（Thomsem ） 、混凝土泵（Pumpt）公司等。生产的混凝土泵，最大排量为 110 m3/h，最大水平运距 610m，最大垂直运距达 152m。1.1.3、日本日本泵送混凝土起步较晚，但发展很迅速。在 1950 年，日本石川岛播磨重工从德国托克里特公司引进输送量为 10m3/h、水平运距为 240m 的机中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 6 页械式混凝土输送泵。日本生产的混凝土泵，再 20 世纪 70 年代其排量已达100m3/h，最大水平运距为 600m，最大垂直运距为 150m。由于道路条件和施工现场建筑物密集的特点，日本设备小型化趋势明显。日本石川岛播磨重工生产的 IPG45B-6N16 型泵车，臂长 14m，排量为 45m3/h，压力为6MPa，总重只有 7.95 吨。IPH30B-1N13 型泵车总重只有 6 吨。可以看出，小型泵车重量虽轻，但性能参数并不低。日本拥有一批大型混凝土泵制造企业，如三菱重工、石川岛播磨中国、极东开发、新泻铁工所、萱昌（Kayaba） 、光泽（ Koyo） 、日工（Nikko） 、田中（Tanka）等企业，产量都较高，产品向世界各国出口。1.1.4、俄罗斯前苏联从 1926 年起研制混凝土泵。1932 年前苏联的列宁格勒工业大学制造了双缸隔膜式混凝土泵，并在莫斯科运河工程上应用，由于存在许多缺点，未能到达。20 世纪 60 年代中期，为了提高混凝土泵的机动性，又研制成功了混凝土泵车，使混凝土泵由固定式发展成为车载式，同时，为了使混凝土浇筑更加方便，又在混凝土泵车上加装了可以回转的伸宿的布料杆，可以将混凝土拌合物直接入仓，大大提高了混凝土的浇筑速度。1963 年，美国的查伦奇 考克兄弟公司又研制了一种挤压式混凝土泵，这种混凝土泵构造简单、价格低廉，但由于输送距离小，目前已不使用。随着科学技术的飞速发展，混凝土泵的构造目前还在不断的完善，尤其在阀门系统和液压系统方面仍在不断革新，在提高功率和可靠性方面仍在进行大量的研究和探讨、大功率、高效率的新型混凝土泵将不断出现。12、国内泵送混凝土技术的发展我国在泵送混凝土技术方面起步较晚，自 50 年代才从国内引进混凝土泵，60 年代初才考试仿照苏 C-284 型固定式混凝土泵制造，但一直未得到推广应用。70 年代初，原第一机械工业部建筑机械研究所与原沈阳振捣器厂实用机型混凝土泵的研制工作，于 1975 年试制成功 HB-8 型固定式活塞泵。1978 年 6 月，原国家建委电力工业部水电七局水工机械厂，参照日本700S-1 型护凝土泵研制成功了 HB-30 型混凝土泵。1979 年，上海第八建筑工程公司，仿制了德国托克利特式以水作为压力介质的带布料杆混凝土泵车，华东电力建设局设计了 HBC-65 型混凝土泵车。进入 20 世纪 80 年代，使我国混凝土泵研制和生产的兴旺发达时期，由于大规模基本建设的急需，促使生产企业竞相研制和生产新型的混凝土中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 7 页泵，使我国混凝土泵研制和生产迈出了可喜的一步。湖北建设机械股份公司、沈阳建设机械总公司、建设部中联建设产业公司、三一重工业集团有限公司、山东方圆集团公司、徐州三公建设机械厂等生产企业，所生产的混凝土泵和泵车的型号基本呢齐全，从小排量到大排量，从低压到高压基本都能生产，为我国不呢歌颂混凝土技术的发展均做出了一定贡献。其中沈阳建设机械总公司生产的 HBT100 型泵送压力已达 16MP，三一种工业集团有限公司生产的三一牌 HBT60Cxing 泵送压力已达 16.5MP，因而国产混凝土泵也能一泵高度达到 200M 以上。进入 20 年代 90 年代，高层建筑在我国大中城市蓬勃兴起，其中大多数是用混凝土泵输送混凝土拌合物，创造了一个又一个的一泵泵送的高度。如 389.9M 高的广州中天广场，用 BSC1400HD-CAT 型混凝土泵 2 台，将C60 高强混凝土泵至 146.4M，将 C30 和 C50 混凝土一泵泵至321.9M：384M 高的深圳地王商业大厦，用 BSC1400HD-CAT 型混凝土泵，将混凝土泵送至 325M：420.5Mgao 的上海金茂大厦，一泵的泵送高度达到382M，创造了国内一泵泵送高度纪录。其他结构和构筑物，再利用泵送混凝土方面也取得了良好效果。如上海杨浦大桥的桥塌，用 Putzmeister2100 型混凝土泵对 C50 混凝土一泵高度达 208M：上海东方明珠电视塔，将 C60 混凝土泵至 180M、C50 混凝土泵至 225M、C40 混凝土泵至 350M：广东大亚湾 90 万 KW 压水堆型核电站反应堆的高强混凝土，也是用混凝土泵输送的：北京西客站、高 205Mde 武汉国际商贸中心大厦、高 244.7M 的青岛中银大厦等超高层建筑，多数都是用泵送混凝土。以上自已证明，我国在高层建筑混凝土泵送技术方面已接近国际先进水平。在大体积混凝土泵送施工方面，自 90 年代以来我国也取得了巨大成就。如上海中鑫大厦地板混凝土 10000M3，采用 6 台混凝土泵车、 70 辆混凝土搅拌运输车，53H 全部浇筑完毕：新上海国际大厦地板混尼姑凝土17000M3，采用 12 台混凝土泵车，100 辆混凝土搅拌运输车， 64H 就浇筑完毕：大连麒端中心承台，厚 46M、浇筑量为 21000M3，分四块浇筑，其中最大的一块超过 10000M3，用 8 台混凝土泵车、 45 辆混凝土搅拌运输车，65H 就浇筑完毕。仅以上几例说明，我国在利用混凝土泵车和混凝土搅拌运输车方面，俄达到了较高的水平。我国地域广阔，各地区的经济实力差距较大，在推广应用泵送混凝土技术方面，发展还很不平衡，存在着“东热西冷”现象。由于我国预拌（商品）混凝土在混凝土总量中仅占 8%左右。远远落后于日本、德国等发中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 8 页达国家，因此，推广泵送混凝土技术还相当艰巨，还是摆在建筑技术人员面前的一项重要任务。1.3、泵送混凝土技术的特点泵送混凝土就是将预先搅拌好的混凝土，利用混凝土输送泵泵压得作用，沿管道实行垂直及水平方向输送的混凝土。泵送混凝土以其显著的特点，已在建筑工程中广泛推广应用。归纳起来，泵送混凝土由如下特点；13.1、施工效率很高与常规混凝土的施工方法相比，施工效率高是其明显的优点。目前，世界上最大功率的混凝土泵的泵送量可达 159M3/H，最大效率的混凝土泵的泵送量可达 100M3/H 左右，一般混凝土泵的泵送量可达 60M3/H 左右，其施工效率是其他任何一种施工机械难以相比的。（1） 、施工占地较小根据施工现场的实践经验证明，混凝土泵可以设在远离或靠近浇筑点的任何一个方便的位置，由于混凝土泵的机身体积较小，所以特别适用于场地受到限制的施工现场。在配制合适的布料干后，施工现场不必为混凝土的输送、浇筑留置专用通道，在建筑物集中区特别适用。（2） 、施工比较方便泵送混凝土施工的最大优势，是可使混凝土一次连续完成垂直和水平的输送、浇筑，从而减少了混凝土的到运次数，较好地保证了混凝土的性能：同时，输送管道也易于通过各种障碍地段直达浇筑地点，有利于结构的整体性。（3） 、保护施工环境泵送混凝土是商品（预拌）混凝土，一般不在施工现场拌制，不仅节省了施工场地，而且减少了搅拌混凝土的粉尘污染，再加上泵送混凝土是通过管道封闭运输又减少了混尼姑凝土运输过程中的泥水污染，更加有利于施工现场的文明整洁施工。2、方案论证21、混凝土泵的基本结构 液压活塞式混凝土泵的种类虽然很多，但是它们基本的组成部件是相同的，涂拖式混凝土泵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、罩壳和输送管道等八个总成组成。以中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 9 页闸板阀式混凝土泵为例，其结构如下图所示，对于混凝土泵车，还有臂架、回转塔、底架和底盘等四个部分。图 1、混凝土泵的基本结构简图1输送管道；2Y 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2.2、混凝土泵的分类方法混凝土泵的种类很多，可以按排量大小、工作原理、行走装置或配置其它装置的情况进行分类。2.2.1、按排量分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 30m3/h80m3/h 之间的为中型泵：排量超过 80m3/h 的为大型泵。所以，我选择的应为大型泵。2.2.2、按工作原理分1）活塞式 这种泵的泵送压力较高，输送距离较远，而且易于控制，技术也较成熟，所以应用较广泛。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。机械式 由动力装置带动曲柄使活塞往返工作，将混凝土送出。但随1着液压技术的发展，这种结构形式已组建北液压式所取代。液压式 有油压和水压两种。水压目前还不多见，所以，通常指“液2中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 10 页压”就是油压。活塞式混凝土泵按工作缸数分为单缸和双缸两种。由于单缸工作时会出现间断，不如双缸的具有连贯性，所以选择双缸。2）挤压式混凝土泵 图 2、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密封套工作原理与挤牙膏相似。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，它他被适宜于小石子混凝土及砂浆的泵送。2.2.3、按移动分1）固定式 固定式系原始形式，多由电动机驱动，适用于工作量较大、移动较小的场合。2）拖挂式 该混凝土泵是把泵安装在简单的地价上，由于其装有车轮，所以它既能在施工现场方便地移动，又能在道路上拖运。3）自行式 把泵直接安装在汽车的地盘上车载式 移动方便，灵活机动，到新的工作地点不需进行准备即可1进行浇筑。泵车 系布料杆泵车的简称，是汽车、混凝土泵及布料杆的组合。2泵车的机动性很好，在泵送距离不大时，施工前后不需要铺设和拆卸输送管道。在城市建设中，可缩短职工的辅助时间，节省劳动力，提高生产率和降低工程成本。但泵车本身构造复杂，体积较大，其适用受到是工厂的田间和道路的限制。综上所述，选择拖挂式活塞式双缸泵。中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 11 页3、 混凝土的设计31、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。中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 12 页31.1、混凝土泵液压系统总体分析 电动机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中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 13 页善开始系统的缺点，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。3.1.2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。分为蝶形分配阀、S 型管阀、 C 形摆管阀、摆动裙阀。蝶形分配阀在料斗、工作缸、输送管之间的通道上设置一个蝶形板，通过碟兴办的反动来改变混凝土的通道。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。但混凝土流道的截面变化较大，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。（1） 、垂直轴式蝶形分配阀如下图，是垂直轴式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，混凝土鞥的工作缸、阀、输出口在同一水平面上。图 3、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通输料管；6蝶阀垂直轴；7蝶阀阀板一般安装于集料斗的下方，通过阀箱使混凝土缸与输送管道连通，在回转油缸作用下，蝶形阀的扎颁奖两个缸口交替分别于集料斗和输送管接通中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 14 页（接通集料斗的缸及行稀料；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 型管。（2） 、水平轴式蝶形阀如下图所示，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 4、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蝶阀阀体管形阀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，管阀口对准哪个缸口时，哪个输送港九进行排料而另一个输送缸就从集料斗中吸料。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、流道通畅、耐用、磨损后易于更换。由于没有了输送管口处的 Y 形管，所以不易堵塞。但是，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。S 形管阀图 5、S 阀的基本机构示意图1 联接法兰；2减磨压环；3、9蕾型密封圈；4护帽；5、8Y 形密封圈；6密封环； 7阀体；10轴套；11“O ”形圈；中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 15 页12密封圈座；13切割环；14装料斗；15支撑座；16调整垫片其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。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，从而减低泵的吸入效率：前置式摆动油缸则去掉了摆动轴及其支撑、绷得稀料性能大为提高，而且安装威胁方便。C 型摆管阀主要用于泵车。C 型管阀的转动在上方，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 型摆管阀的最大特点是摆动点（或摆动点的支撑轴承）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：阀口切割环还可以进行自动补偿。但与此同时，C型摆管阀的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斗堆积，导致摆动困难。尽管 C 型摆管阀有自身的缺点，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托泵和泵车的结构中。图 6、C 形管分配阀简图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输送管口闸板式分配阀应用较多的一种分配阀，靠快速往返运动的闸板，使熟料缸开口交替的与泵的料斗或输料管道接通，周期性地开闭混凝土缸的进料口何处料口，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。优点：结构简单、制作方便、耐磨损、寿命长。但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他阀的高；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。（1） 、平置式闸板阀平置式闸板阀的结构如下图所示，炸半分为排出闸板与吸入闸板，它们可开闭左右混凝土缸与 Y 型管的通路。在图中的位置上，闸板 6 封闭混中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 16 页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。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。这类阀的动作准备、迅速。图 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；8Y 形输送管（2） 、斜置式闸板阀下图为斜置式闸板分配阀，这类阀一般为两足并联。当液压缸 2 项下运动时，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出。图 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 63O 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中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 17 页个特点是分配阀通入口面积大，吸入流量截面由小变大，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动现象的发生。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。摆动式闸板阀分配阀（扇形摆阀）摆动式闸板分配阀如图所示，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 9、摆动式闸板分配阀1扇形闸板；2舌形闸板；3转轴（由油缸控制）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。球形阀1）圆柱形分配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中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 18 页一般为 30005000m 3。图 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 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。还有一种球阀如图所示。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。中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 19 页32、混凝土基本机构的计算3.2.1、泵送压力的计算 sin2R21VKLPP-输送管路半径 m;取公称直径 125mmL-输送管路长度 m；取水平长度 100m，取垂直长度 100 m；所以取L=400m-混凝土浆黏着系数 = 取 ；1KMPa1K4103s4102K混凝土的速度系数 取2 243实际流量， Vsm/smvt /10.1混凝土输送管的倾斜角度9一个运动循环中，在管道中流动时，取1t st51分配阀换向时，停止流动的时间，取2 2.0在管道中的平均速度，取v smv/PaP63434410.81.2065.4 in./ 3.2.2、进油方式的确定：大腔进油1） 从压力平衡的角度分析主动缸与混凝土缸的李平衡问题：2202 44hDPdPDp 为简化，可不考虑连通腔油压 的影响，则a 2h中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 20 页主油泵液压系统工作压力PMPa混凝土腔活塞头泵送压力h主油缸内径 Dm混凝土缸内径 h根据 GB8162-8，输送流体用无缝钢管，设计混凝土缸内径为 220 ；油压最高 16 ，泵送压力 8.4 ，实际设计时考虑到油缸，混PaPa凝土缸的机械效率而造成的压力损失，下式计算： 22hD主油缸机械效率 1D9.01混凝土缸 2 852 mPh 26.180.90164.221 参考标准油缸，取 D3.2.3、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，初选冲程频率次/分。因为混凝土输送量为 ，混凝土13n 60422vhhnLDO缸的行程为取mnDQLvhh 056.28.132.04396022 m05.混凝土输送量 h/3容积效率 如条件差，可降为 0.7，取v9.085.v 7.0v混凝土缸内径 hD行程 冲程频率，次/ 分Lmn中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 21 页mL2052） 混凝土缸材料和壁厚设计混凝土缸通常采用内壁光滑，耐压性强的无缝钢管，所以选择耐磨锰钢 35CrMnS;混凝土缸壁厚可按拉件薄壁圆筒的公式计算，即：取壁厚mDP56.420.8m10混凝土缸壁厚 D20管路内最大压力 MPa材料许用拉应力，查机械设计手册 ， 为抗拉强度， bbMPa,1620n 为安全系数，若 ，若 ；8,7n,7nP5.2061b3） 混凝土泵送能力4） 主油缸理论排量为 21.501305.4602nLDFQ这是一个缸的，所以要乘以 2，得到 100.42主油缸活塞面积 ，0Fm主缸理论排量 ，主油缸实际排量为Qh/3/41.97.042130主液压泵容积效率 实际排量Q混凝土缸和主油缸的平均冲程速度， 21Dv中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 22 页主油缸一次冲程排量 ；1Qhm/3主油缸内径 ；Dsmsvn/062./29.6.0182418.3.731 混凝土实际输送量 hmDQhh /4.986.079.204.1 32020 该泵送系统设计参数符合设计要求，概括参数如下：混凝土缸 主油缸smvhQLMPahh/29.64805.3 smvhQLDMPa/29.641705633、2、4 主油缸和混凝土缸的零件设计根据：1） 、计算壁厚，根据 JB1068-67 以及机械设计手册 1、油缸壁厚 取壁厚 10 mmPDtp 89.163.1042.3.1402 mt89.为无缝钢管许用拉应力， ，取pMPapPap10壁厚为 102） 、混凝土缸壁厚，因工作介质为混凝土，磨损较严重，根据结构要求和无缝钢管尺寸，取混凝土缸外径为 260 ，外径台阶厚较小直径为 250m中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 23 页，两缸中心距根据结构取为 300 。mm3、2、5 校核活塞杆强度1） 、按强度条件盐酸活塞杆直径 24dF活塞杆推力 活塞杆直径 Fm1024yyDP则 MPaddyy 64102622 活塞杆材料为 45 钢， ， 为屈服极限，Sssss30为安全系数， S4.1SPap2574.1360强度满足。p2） 、纵向弯曲极限力的计算油缸受纵向力以后产生轴线弯曲，当纵向力达到极限以后，缸产生纵向弯曲，出现不稳定现象。活塞杆横截面回转半径14dAJK活塞杆横截面转动惯量 ，642dJ活塞杆横截面转动， mKA510,柔度 kl2140.321根据材料力学 80.91257062pE中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 24 页材料弹性模量，取EPaE102故不能用欧拉公式计算194.3856.2402bas2故该杆为小柔度杆，通常称为短压杆。实验证明，它的破坏与失稳现象无关，所以只需进行强度验算即可。3、2、6 焊缝校核根据公式 24dDFe液压 缸最大推力 N；F焊缝效率，取 ， 焊缝许用应力7.0又 mP5262 104414所以，焊缝强度满足要求。a8805.12.3、2、7 液压元件选型1、系统主要系数主油路额定压力：16 ，主油路一流调定压力MPaMPa302、主油泵送型要求主油泵为两个主油缸提供油泵液压缸最大流量 hmVAQ/3axmax液压缸的有效面积 ； 液压缸的最大行程速度A2sm/油缸工作时，活塞近似均匀 tLmax液压缸行程， 运行时间Lt冲程频率 13 次/分，两混凝土缸幻想时间 0.2s中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 25 页min/6.183/036.97.0314. 42/973.01605.max 22max LhQDAsmV3、选液压泵的规格1） 、泵实际流量泵流量应大于同时运作的几个执行元件所需的最大流量，并应考虑系统的泄漏和溶剂效率降低，因此泵的流量为 hmQKp/3ax系统泄漏系数，取K3.1同时动作的几个执行元件所需的最大总流量 即，maxQ/3min/32.06.182. Lp2） 、泵的最大工作压力的确定最大工作压力 PPpax执行元件最大工作压力，对于排量为 ；max hm/903泵出口到执行元件间的压力损失，包括行程损失和局部损失，初算时可取；对于流量大的简单系统 ，本系统取Pa512，故Pa510Mp5.17.6液压泵额定压力应比其最大工作压力，使泵有一定压力流毒，取主油泵的额定压力为 M.74、泵的传动功率pQPN310主油泵输入功率 KW主油泵实际工作压力 p a中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 26 页主油泵的实际排量 pQhm/3主油泵的总功率 ；对柱塞泵 ；对叶片 85.0p；对齿轮泵 ，因为主油泵送柱塞泵，所以取8.075.p 75.0p，即.p 94.68.1305.N5、泵的选型机械设计手册选 MCY14-1B，压力： ，转速：rml/5.31，min/10r容积效率： ，驱动效率： ，重量： 。%92KW6.24kg27主油泵每转排量 )/(4.0150310 rlnQpr 主油实际排量 ， 柴油机工作转速pQsm/3min/主油泵工作压力为 16 。MPa3、2、8 控制系统计算(1) 、控制力量计算 查机械设计手册可知，电液换向阀基本参数可选择公称通径： 公称流量 阀径：mDg80min/1250LQH10阀杆行程： 公称压力：S34MPa3控制流量按下式计算： StDQk2式中： 电液换向阀阀杆的直径（阀径），m；D电液换向阀阀杆的行程，它是指阀杆由中立位置至两端位置的距S离，m；换向时间，是指阀杆从阀体的一端移动到另一端所需要的时间ts，换向时间通常为 ，如有阻尼器可控制换向时间更长一些。s08.5.中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 27 页本泵送系统中的电磁电液换向阀选用通径，并取换MPamSDLQmDHHg 32,4,10,in/1250,80 向时间 ；则控制流量为：st3. i/396.442k 这一流量为电液换向阀中电磁先导阀的流量。因为本系统按最大流来能够计算的。所以选额定流量 100 的电磁换向阀作为主换向阀的方in/L向控制阀。（2）控制油压的确定控制压力的计算比较复杂，取决于对中弹簧的刚度、液压力、摩擦力等许多因素。弹簧对中式的控制量较大，液压对中式的控制药理较小。控制压力值可由有关手册或产品提供。本设计泵送系统选择摆动系统的油压作为控制压力 ，为 。kPMPak10（3）、摆动回路溢流阀为了保护主油泵，溢流阀的溢流压力应低于摆动油泵的额定工作压力，溢流阀的溢流压力选择为 30MPa ，选择的溢流阀型号为：BT-10-*-32。它的基本参数为：最高使用压力为 25MPa，调压范围： ，最大流MPa25.0量为 400 ，质量为：8.5kg。min/L（4）、管路的选择与连接在实际装配中，考虑到压力对管路流量的影响，吸油管的通径应该比排油管的大。管路油液的流速 V（推荐）（1）、吸油管道取 ；sm/21（2）、压油管道取 ；5.（3）、短管道及局部收缩处取 ；sV/107（4）、回油管道取 。/.管子的内径可用下式计算： mQd1465.0213式中： 流体流量， ， 吸油管道取 ，取Qsm/3VsV/2；sV/5.1中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 28 页所以选择吸油管通径为 170mm,排油管通径 150mm；。md7.195.60310由于主油泵到泵送油缸借口的距离较远，而且又有菜有几的震动较大，所以选择钢管和胶管组合的方法进行布置管路钢管壁厚的确定：运用薄壁校核公式： mpd14.205.1238式中： 工作压力 MPa： 钢管材料许用应力，选择材料为 45钢，安p全系数 n=4; 。取钢管壁厚 。Pa8105.胶管选择因为从工具书上无法查到，需特制，钢丝编制层为 3层。管接头与液压元件本体的连接，选普通细牙螺纹连接。（5） 、泵送液压系统油箱容积的确定当液压系统中没有装冷却器时，油箱的有效容积，一般可取为每分钟流管的 倍。因为本系统有冷却器，所以选流量的 2 倍。72本系统有效容积为： LQVpg 64.032.23、3 料斗与搅拌系统3、3、1 料斗功能料斗又称集料斗，其内部装有搅拌装置。它是混凝土泵的承料器，其主要作用如下：（1）混凝土输送设备向混凝土泵供料的速度与混凝土泵输送速度可能不完全一致，料斗可以起到中间调节的作用。（2）料斗中的搅拌装置可以对混凝土进行二次搅拌，减小混凝土的离析现象，并改善混凝土的可泵性。（3）搅拌装置螺旋布置的搅拌叶片还起到向分配阀和混凝土缸喂料的作用，提高混凝土泵的吸入效率。3、3、2 料斗基本结构料斗主要由料斗箱体和搅拌装置两部分组成，如图所示中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 29 页图 12、料斗的结构（1）料斗箱的设计料斗箱体主要由料斗体、防溅板、方格网和料斗门等四部分组成。料斗箱体由钢板焊接而成，前壁与输送管道相连，后壁与混凝土缸连通，侧壁通常安装搅拌轴。当混凝土泵开始工作时要将防溅板立起来，以防止混凝土砂浆的飞溅，混凝土泵停止工作后，要将防溅板放倒。方格网的作用是防止混凝土砂浆中的过大的集料或杂物进入料斗箱体，以避免泵送故障。为便于混凝土的拌合以及泵送后的清洗，料斗箱体内壁与回转部件（搅拌叶片及摇管）相关的部位，应做成回转曲面形，回转中心若能重回，则使混凝土在拌合过程中不是被推向斗壁，而是被向上推去，便于集料。各曲面和平面间应以大圆角相连，两端成球状或锥台形，以防止出现积料现象。圆滑的斗壁对采用摇管式分配阀的泵机尤为重要，由于料斗内设置有摇管，使搅拌叶片难于布置。而摇管在内壁圆滑的料斗里摆动，与摇管下的刮板一起，能使拌合物产生所谓的“浴缸”效应，也能避免积料现象。料斗箱体中部的下侧有两个方形管道，与混凝土分配阀的吸料口连接。大的出料口，可改善分配阀的吸入性能及排除堵塞的现象，一提高吸入效率。当采用侧面吸料的分配阀时，出料口较高，料斗箱体底部易出现积料现象，应将料斗箱体底部做成向出料口倾斜的形式，通过拌合物的自流提高积料性能。除此之外，在料斗箱体底部还应开设一定口径的卸料口，用于排出料斗箱体内的残余混凝土和清洗料斗箱体时的排水，并为更换斗内的易损件工作提供方便。由于卸料口活门设在底部，手动操作不便，亦可采用液压缸驱动的活门。为便于混凝土搅拌输送车直接卸料，料斗口离地高度下应超过 1.4m。其容量大小将因泵机和排量大小有所不同，排量大，容量亦应大些。由于中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 30 页料斗容量的增加，虽然增大了搅拌负荷，却提高了拌合物的均匀性和一致性。料斗应有良好的接近性能，以便于供料及对料斗内混凝土深度与易损件磨损情况进行观察。斗口扩度需保证至少有两台搅拌输送车能同时供料，以节省卸料的换接时间。另外，由于混凝土缸从料斗箱体里吸料是通过混凝土拌合物的重力及缸内的负压来实现的，而这些因素与混凝土深度直接相关，即料斗箱体里的混凝土越深，活塞的吸力越大，吸入率越高。所以，料斗箱体应有足够的深度，同时还应在泵送作业中随时监视料斗箱体内不断变化的混凝土深度，防止吸空现象的发生。为使硬性混凝土亦能顺利泵送，在料斗箱体口设有方格网，它用扁钢和圆钢焊成，在完成泵送的同时也提高了混凝土缸的吸入效率。方格网孔的大小是有规定的，以防止混凝土中超标粒径集料或其他杂物进入料斗。设计料斗时还应考虑防止空气被吸入混凝土缸内，降低吸入效率，但由此而采取的一些措施，可能回加剧混凝土的分层离析现象。搅拌装置包括搅拌轴部件、搅拌轴承及其密封件等部分，如图所示图 13、 搅拌装置1 液压马达；2花键套；3马达座；4左半轴；5轴套；6搅拌叶片；7中间轴；8右半轴；9J 形密封圈；10轴套座；11轴承；12端盖13油杯搅拌轴部件由搅拌轴、螺旋搅拌叶片、轴套等组成。搅拌轴由中间轴、左半轴、右半轴组成，并通过轴套用螺栓连接成一体。轴套上焊接着螺旋叶片，这种结构形式有利于搅拌叶片的拆装。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，轴承座外部还设有黄油嘴的螺孔，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，左、右半轴的轴端装有 J形密封圈。左半轴的轴套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旋转。