混凝土拖泵液压系统设计综述Word文档下载推荐.doc
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至今，许多混凝土泵仍然保存了这种设计的基本特点，只是在动力和传动机构以及分配阀方面进行了改进。
由于库依曼型混凝土泵的流道合理，工作可靠，因而当时德国的拖克里特（Torkret）、法国的爱尔马科（Almacoa）、美国的钦贝尔特（ChainBe1t）和英国混凝土泵公司都曾获得特许证制造和出售这种混凝土泵。
我国在50年代从国外引进过混凝土泵，60年代初，上海重型机器厂生产了仿苏C-284型排量为40立方米/小时的固定式混凝土泵，生产中虽有应用，但未能推广。
70年代初，一机部建筑机械研究所（长沙建筑机械研究院前身）与原沈阳振捣器厂合作，于1975年研制成功排量为8立方米/小时的HB-8型固定式活塞泵。
1978年6月长沙建筑机械研究院与湖南常德机械厂合作，研制成功HB-l5油压活塞式混凝土泵，并经过了各种性能的测定和工业性试验。
从70年代开始我国对各种型式的混凝土泵（包括活塞式和挤压式）进行了大量研制工作，有的已通过技术鉴定，有的已小批量生产并逐渐用于实际工程施工。
国内混凝土泵的发展简史：
1992年长沙建筑机械研究院自主开发中联牌系列混凝土泵。
至90年代末，以中联等品牌为主导的国产设备在我国市场上已占据垄断地位，一改过去大量依赖进口的状况。
目前能在我国市场上仍占一席之地的国外品牌，仅剩德国大象（PM）和施维英（Schwing）两家，这是因为大象（PM）和施维英（Schwing）在上海设立了独资厂，很多零、部件已经开始国产化生产的原因。
从产品技术方面来看，先进的国产混凝土泵已大量采用现代技术，如PLC（可编程控制）智能软启动、液压伺服控制以及高耐磨材料技术等。
从产品的质量和可靠性方面来看，由于采用全球采购，使用世界知名品牌厂家的产品配套，产品质量和可靠性都有了大幅度的提高。
在产品应用领域方面，国产设备也在针对性拓展。
除了用于高层建筑施工的机型外，近年来出现了巷道泵、轨道泵、防爆泵、淤泥泵、高原泵等等；
布料机发展了固定式、内爬式、行走式、船载式等也得到了用户的广泛认同和喜爱。
1.2混凝土泵的分类
混凝土泵的种类很多，可以按排量大小、工作原理、行走装置或配备其他装置的情况分类。
按排量大小分类可分为小型、中型、大型三类。
排量30m³
／h的属小型泵；
排量40--80m³
／h的为中型泵；
排量超80m³
／h的为大型泵。
目前应用最多的是中型泵。
按工作原理分类可分为：
活塞式混凝土泵（机械式、液压式）
挤压式混凝土泵
压缩空气输送罐
按移动方式分类可分为：
固定式、拖挂式、自行式
按驱动力分类可分为：
电动式、内燃式
按分配阀形式分类可分为：
闸板阀式、S管阀式
1.3混凝土泵的基本结构及工作原理
混凝土泵大致由泵送机构、混凝土分配机构、清洗机构、料斗及搅拌机构等四大部分组成。
每一部分均由不同的机构或零件组成,都承担不同的功能。
了解并掌握混凝土泵的每一部分基本结构及其工作原理,对拖泵的正确使用和维修有很大的帮助。
不同厂家对拖泵的代号有不同的方式,但根据国家及行业的标准,拖泵的主要技术性能参数可以从产品型号看出。
表1.1拖泵的主要技术性能参数
H
B
T
立方/小时
MPa
KW
S\Z
-/R
-
混凝土
泵
拖式
泵送方量
出口压力
功率
分配阀型
原动力
类型
HBT40C-1008D表示最大出口压力为8MPa、额定功率为72.5KW的柴油机S阀拖式混凝土泵。
1.3.1泵送机构
泵送机构是把液压能转换为机械能的动力执行机构，其功能是推动混凝土使其克服管道阻力而达到浇注部位。
构造与工作原理如图1.2。
图1.2泵送系统结构图
泵送机构是由动力部分、水箱、工作部分等组成。
动力部分即主油缸，工作部分即混凝土缸，水箱的作用是支持连接主油缸与混凝土缸，并由所盛水对混凝土缸进行清洗、冷却、润滑等。
1.3.2分配机构
泵送混凝土时，在主油缸和分配阀油缸驱动下，若左侧混凝土缸与料斗连通，则右侧混凝土缸与分配阀连通。
若油压使左侧混凝土缸向后移动，将料斗中的混凝土吸入该侧混凝土缸（吸料缸），同时油压使右侧混凝土缸活塞向前移动，将该侧混凝土缸（排料缸）中的混凝土推入分配阀，经混凝土输送管道输送到浇注现场。
当左侧混凝土缸活塞后移至行程终端时，触发水箱中的换向装置，两主油缸油压换向，分配阀油缸使分配阀与左侧混凝土缸连接，该侧混凝土缸活塞向前移动，将混凝土推入分配阀，同时，右侧混凝土缸与料斗连通，并使该侧混凝土缸活塞后移，将混凝土吸入混凝土缸。
图1.3图1.4
左侧混凝土缸活塞后移至行程终端时，触发换向装置，油缸换向，右侧混凝土缸活塞向前推送，开始下一轮泵送循环，从而实现连续泵送混凝土。
以上情形为混凝土的正泵状态（图1.3）。
当混凝土泵出现泵送不顺，发生堵塞或需将泵（或泵车）暂停，将输送管（或布料杆）内的混凝土抽回料斗时，可通过液压系统控制分配阀，使吸料缸口与输送管道相接，从而使混凝土料抽入混凝土缸体内。
而处于排料工位的混凝土缸，则将混凝土抽回料斗中，同步完成吸排料动作后，分配阀换向，开始下一个吸排料过程，从而实现反抽的连续工作循环。
以上情形为混凝土泵的反泵状态（图1.4）。
1.3.3清洗机构
水箱是用钢板焊成，既是储水容器，又是主油缸与混凝土缸的支持连接件。
水箱上部有盖，打开窗盖可以加水并清洗水箱内部。
水箱上还有一个水标尺，用来观察水位，水箱底部有放水口。
在泵送机构工作时，水在混凝土缸后部随着橡胶活塞来回流动，所起的作用是：
（1）清洗作用清洗混凝土缸壁上每次泵送后残存的灰浆，以减少混凝土缸及橡胶活塞的磨损；
（2）隔离作用防止主油缸泄漏出来的液压油进入混凝土中而影响混凝土的质量；
（3）冷却润滑作用冷却润滑混凝土缸橡胶活塞、活塞杆及活塞杆密封部位。
整个水系统容量约100L。
1.3.4料斗与搅拌机构
料斗是混凝土泵的承料器，料斗及搅拌装置的功用有两个方面：
（1）混凝土运输设备向混凝土泵供料的速度同混凝土泵的输送速度不能完全一致，料斗可以起到中间调节作用；
（2）搅拌装置对混凝土进行二次搅拌，可以改善混凝土的可泵性。
搅拌装置还有向混凝土分配阀----混凝土缸喂料的作用，以提高混凝土泵的吸入效率。
搅拌机构由搅拌轴、搅拌叶及搅拌叶座等组成。
搅拌叶和搅拌叶座共有五副（若料斗内有管形阀，则搅拌器数目要少），分为中间的和两侧的两种。
它们安装后，中间搅拌叶片同搅拌轴轴线平行，两侧搅拌叶片则同搅拌轴轴线成45°
角。
左侧和右侧搅拌叶片的安装方向相反，其方向应是当搅拌轴正转时把混凝土从料斗两侧赶向中间部位。
搅拌轴的正转方向，从链轮端看应当是逆时针旋转。
对于大排量的混凝土泵，其搅拌装置可采用大螺旋叶片，使混凝土能直接被送到混凝土缸吸料口。
搅拌轴传动装置的形式有两种，一种是液压马达通过机械减速后驱动搅拌轴;
另一种是液压马达直接驱动搅拌轴。
而机械减速的方式又有链传动、蜗轮蜗杆传动，以及齿轮传动。
当供油油泵排量一定，液压马达用小流量时获得高转速、小扭矩；
当用大流量时获得低转速、大扭矩。
当混凝土泵采用大排量（30m³
／h）近距离输送时，搅拌液压马达用小流量、高转速、小扭矩；
当混凝土泵采用小排量（l5m³
／h）远距离输送时，液压马达用大流量、低转速、大扭矩。
图1.5搅拌系统结构图
1－液压马达；
2－液压马达支座；
3－主动链轮；
4－被动链轮；
5－轴承座；
6－搅拌轴承；
７－搅拌轴；
８－密封盘；
9－压圈；
10－两侧搅拌叶；
11－中间搅拌叶
32
拖式混凝土泵一般就简称为混凝土泵或砼泵，是输送混凝土的施工设备，它能一次性连续完成水平运输和垂直运输，效率高、劳动力省、综合费用低，尤其对于一些泵送距离远、工地狭窄和有障碍物的施工现场，用其他运输工具难以直接靠近施工工地，混凝土泵则更具突出的优势，在今天车载泵与泵车快速发展的时期仍然被广泛应用。
我国拖式混凝土泵的生产在五十年代就有起步，但由于生产技术落后，一直到九十年代就有起步，但由于生产技术落后，一直到九十年代初期，我国混凝土泵送机械市场的90%以上为国外厂家占据，但随着中联、三一等企业的快速发展，目前国外品牌的混凝土拖泵以基本退出我国市场。
我国的混凝土泵送设备技术已经站在世界的前端。
2液压系统的设计
2.1液压系统的发展前景
液压传动[2]的出现已经有二、三百年的历史。
1795年第一台水压机问世，机床上采用液压传动，如果从十九世纪末德国制造液压龙门铇床，美国制造液压六角车床、液压磨床算起，已经有一百多年的历史。
但由于当时还没有成熟的液压元件，因而液压技术并没有得到普遍应用。
上个世纪三十年代，各类机床（车、铣、磨、钻、镗、拉等机床）才刚刚开始采用液压传动。
直到第二次世界大战以后，应用才逐渐普遍起来。
我国的液压技术从上世纪五十所代开始应用，1952年开始试制油压泵阀。
（1961年上海液压机床厂自行设计制造了我国第一台万能水压机）以液体为介质的液压传动具有无级调速和传动平稳的优点，故在现代机床上得到广泛应用；
用其布置方便并易实现自动化，因而在组合机床上应用较广；
由于执行元件的输出力（或转矩）较大，操纵方便布置灵活，液压元件用电器易实现自动化和遥控。
以气体的工作介质和气压传动，因工作压力较低（一般在1Mpa以下），且有可压缩性，所以传递动力小，运动不如液压传动平稳，但因空气粘度小，阻力损失小，速度快、所应灵敏，而适用于特殊环境下的传动。
目前，机床液压仿形装置，液压自动化机床及其自动线已经大量出现。
液压传动在高效率的自动、半自动机床组合机床，程控机床和数控机床上已经成为重要的组成部分。
有的先进工业国家采用液压装置的机床类别（按品种计算）已经高达70%以上，机床传动系统有85%利用液压传动和控制。
液压技术正在向高压、高速、大流量、高效率、低噪音，集成化方向发展；
新的液压元件和液压系统的计算机辅助设计、优化设计数字仿真。
微机控制等新技术也日益发展、应用，并取得了很多显著成果（如：
比例控制、二通插装阀、球式逻辑阀，交流液压技术，还出现了大量的机、电、液、计算机一体化的现代化设备）。
另外，近年来又在太阳跟踪系统、海浪模拟装置、船舶驾驶模拟地震再现、火箭助飞发射装置、宇宙环境模拟和高层建筑防震系统及紧急刹车装置等设施中，也采用了液压技术。
总之，几乎所有工程领域，凡是有机械设备的场合，均可利用液压技术。
因此可见其发展前景是非常光明的。
2.2液压系统的设计步骤及要求
液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。
着手设计时，必须从实际出发，有机地结合各式各样的传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单工作可靠，成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统[3]。
2.2.1液压系统的设计步骤
设计步骤液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。
一般来说，大致可按如下的步骤进行。
（1）明确液压系统使用要求，进行负载特性分析；
（2）设计液压系统方案；
（3）计算液压系统主要参数；
（4）绘制液压系统工作原理图；
（5）选择液压元件；
（6）验算液压系统性能；
（7）液压装置结构设计；
（8）绘制工作图，编制文件，并提出电气系统设计任务书。
2.2.2液压系统的设计要求
设计要求是进行每项式程设计的依据。
在制定基本方案并进行进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。
（1）主机的概况：
用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等；
（2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；
（3）液压驱动机构的运动形式，运动速度；
（4）各动作机构的载荷大小及其性质；
（5）对调整范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求；
（6）自动化程度、操作控制方式的要求；
（7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；
（8）对效率、成本等方面的要求。
2.3液压系统图的拟定
2.3.1液压系统主要参数的确定
通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。
液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。
压力决定于外载荷,流量取决于执行元件的运动速度和结构尺寸。
表2.1HBT40C-1008D混凝土泵主要技术参数
最大理论混凝土输送量低/高压m³
/h
45
最大泵送混凝土压力Mpa
8
泵送系统最大功率Kw/rpm
72.5
混凝土输送缸缸径/行程mm
φ180/1000
液压油路形式
开式
泵送系统油压Mpa
31.5
分配系统油压Mpa
25
搅拌系统油压Mpa
16
最高搅拌转速r/min
32
混凝土输送管内径
φ125/φ150
最大理论输送距离垂直/水平m
50/200
整车质量kg
3500
2.3.2液压系统方案设计
（1）制定调速方案
液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。
方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。
对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。
对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。
速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现[4]。
相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合——容积节流调速。
节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。
此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用节流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。
容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。
其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。
但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。
此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。
容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。
此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。
节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。
进油节流起动冲击较小，回油节流常用于有负载荷的场合，旁路节流多用于高速。
调速回路一经确定，回路的循环形式也就随之确定了。
节流调速一般采用开式循环形式。
在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。
开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。
容积调速大多采用闭式循环形式。
闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一个封闭的循环回路。
其结构紧凑，但散热条件差。
本系统采用变量泵调速，可以是手动变量调速，也可以是压力适应变量调速。
（2）制定压力控制方案
液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。
在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。
在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。
液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。
在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。
（3）制定顺序动作方案
主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。
工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。
加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。
行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接比较方便的场合。
另外还有时间控制、压力控制等。
例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭，建立起正常的工作压力。
压力控制多用在带有液压夹具的机床、挤压机压力机等场合。
当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，来启动下一个动作。
（4）选择液压动力源
液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。
节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。
容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。
为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。
对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。
对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。
油液的净化装置是液压源中不可缺少的。
一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。
为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。
根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。
在本次设计中，液压系统及电气控制系统关键元器件均采用国际和国内知名先进品牌的各类液压、电气元件、辅件和技术。
本次设计全面满足要求的各项标准、规范要求，同时参考国际标准，对产品进行全面的优化设计。
2.4液压系统图的绘制
整机的液压系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。
各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。
注意各元件间的联锁关系，避免失误动作发生。
要尽量减少能量损失环节，提高系统的工作效率。
为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件（如压力表、温度计等）。
大型设备的关键部位，要附设备用件，以便意外事件发生时能迅速更换，保证主要部件连续工作。
各液压元件尽量采用国产标准件，在图中要按国家标准规定的液压元件职能符号的常态位置绘制。
对于自行设计的非标准元件可用结构原理图绘制。
系统图中应注明各液压执行元件的名称和动作，注明各液压元件的序号以及各电磁铁的代号，并附有电磁铁、行程阀及其他控制元件的动作表。
本液压系统原理图如图2.1：
图2.1HBT40C-1008D液压系统原理图
液压系统动作说明（参见液压原理图2.1）
液压系统采用双泵双回路，泵送油路和分配油路独立，互不干涉；
双信号液控换向实现了泵送与分配完美协调，进而保障了混凝土泵的整体性能；
新型分配缓冲专利技术，确保分配系统冲击更小。
在主油泵压力油作用下，一缸前进，另一缸后退，当活塞运行到行程终点时，从泵送油缸前端逻辑阀拾取液压信号，控制分配液动阀换向，从而改变油泵进出油口方向，使泵送缸活塞运动方向改变，实现泵送油缸活塞交替前进后退。
泵送油缸活塞行程终点装有单向阀，当活塞运行到终点前，泵送油缸单向阀将活塞前后两腔串通，防止活塞撞击缸底，并对两泵送油缸封闭腔进行补油。
主油泵A11VLO：
主油泵为大排量轴向柱塞变量泵，带有恒功率控制装置、压力截流阀和电控变量控制阀。
恒功率控制装置调节工作压力及泵的输出流量以致在恒定的转速下不超过预定的驱动功率。
压力截流阀设定为32MPa，当达到预先设定的压力值时，它使泵的排量向最小摆回。
恒压泵A10VO28：
A10VO28是用于开式回路的静压驱动轴向柱塞斜盘式变量泵，流量与驱动转速及泵排量成正比，通过调节斜盘的位置可无级改变流量。
该泵带有恒压控制，在泵的控制范围内，该恒压控制将液压系统中的压力保持恒定，泵仅供给执行元件所需的液压油量，压力可以在控制阀上无级设定。
当恒压泵的压力达到调压阀压力时,恒压调定值不变而使伺服缸通过联杆推动油泵斜盘，减小油泵排量，达到节能之目的。
当油路压力降低时，伺服缸通过联杆，使油泵斜盘改变角度，增大排量。
图2.2
补油泵出口油路可分为两路：
第一路称为控制油路：
自补油泵泵出来的压力油经电磁比例减压阀，电磁换向阀驱动伺服阀阀芯，实现主泵斜盘角度的改变，同时经过恒功率阀拾取信号，控制主泵输出功率恒定。
电磁换向阀两端电
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