混凝土拖泵整體設計及其機架系統(tǒng)設計

摘要JHTB70C商品混凝土拖泵整體設計及其機架系統(tǒng)設計是本論文的中心內容，混凝土拖泵是商品混凝土運輸、澆筑施工的主要設備之一。本文是以混凝土拖泵為研究對象，對JHTB70C商品混凝土拖泵的整體以及機架系統(tǒng)進行設計，設計的主要內容如下：1.液壓系統(tǒng)設計與參數(shù)計算、轉動軸承的計算；2.總體設計部分，以及托式混凝土泵的車架和外部框架的連接設計；3.導向裝置、牽引裝置的設計和外罩的設計。設計的同時要對液壓系統(tǒng)的工作原理理解，還要能夠明白整個拖泵系統(tǒng)的工作原理，以及各個部件的作用。本設計主要是在環(huán)保的基礎上設計的，所以商品混凝土拖泵在現(xiàn)在的各個施工現(xiàn)場都被廣泛使用，未來也有很廣闊的發(fā)展空間。商品混凝土拖泵的設計很符合現(xiàn)在的現(xiàn)在建筑行業(yè)的需求，并且拖泵的高出口壓力能將混凝土輸送到很高的樓層，所以拖泵應用范圍很廣闊。這個混凝土拖泵的各個部件的設計都經過嚴格的考慮，最終的系統(tǒng)設計很成功。關鍵詞：混凝土拖泵、液壓系統(tǒng)、導向裝置、牽引裝置、外罩。AbstractTheJHTB70Cconcreteproductsdragwholedesignanditsframepumpsystemdesignisthecorecontentofthispaper,Concretepumpisdraggedtheready-mixedconcretetransportation,castingoneofthemainequipmentforconstruction.ThispaperisgoingtodragtheconcretepumpastheresearchobjectanddesigntheoverallandaframepumpsystemofJHTB70Cconcreteproductstodrag.Designofthemaincontentasfollows:1.Hydraulicsystemdesignandparametercalculation,therotationofthebearingcomputation;2.Theoveralldesignpart,concretepumptypeandtheframeandtheframeoftheexternalconnectiondesign;Orientationdevice,tractiondevicedesignandthedesignofthecover.Whiledesigningweneedtounderstandtheworkingprincipleofthehydraulicsystem,thewholedragpumpsystemworkingprincipleandthefunctionofeachcomponent.Thisdesignismainlythebasisofenvironmentalprotectionofthedesign,sotheconcretepumpineachnowdragtheconstructionsiteiswidelyused,thefutureisverywidedevelopmentspace..Concreteproductsdragpumpdesignnowveryaccordwithdemandoftheconstructionindustry,now,anddragofthepumppressurecanbehighexportwillbesenttothehigherconcretefloor,sodragrangeisverywideapplicationpump.Theconcretepumppartsofdragthedesignhavebeenstrictlyconsideration,thesystemdesignisverysuccessful.Keywords:Concretepump,Hydraulicsystem,Dragguidedevice,Draughtdevice,Outergarment.

目錄第一章緒論 11.1 概述 11.2 混凝土泵的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢 21.2.1混凝土泵的發(fā)展概況 21.2.2混凝土泵的發(fā)展趨勢 51.3 本課題研究內容及意義 91.3.1本課題研究的內容 91.4.2本課題研究的意義 10第二章泵的原理 122.1混凝土泵的類型和基本結構 122.2混凝土泵的工作原理 142.3混凝土泵分配閥 152.4液壓系統(tǒng) 17第三章混凝土泵主參數(shù)的設計計算 193.1混凝土泵的設計要求 193.1.1混凝土泵的技術特性 193.1.2各執(zhí)行元件的動作順序要求 193.1.3混凝土泵的工作環(huán)境 193.1.4混凝土泵的基本性能要求 193.2混凝土泵的工況分析 203.2.1泵送阻力計算 203.2.2攪拌阻力計算 223.2.3擺動阻力計算 223.3系統(tǒng)主要參數(shù)的確定 233.3.1系統(tǒng)工作壓力的確定 233.3.2計算液壓執(zhí)行元件的主要幾何參數(shù) 23第四章滾動軸承及絲杠的設計計算 294.1滾動軸承的選擇設計計算 294.1.1滾動軸承的主要類型、性能及特點 294.1.2滾動軸承的選擇 294.1.3單向推力球軸承的設計計算 304.2滑動螺旋傳動的選擇設計計算 354.2.1滑動螺旋傳動的螺紋基本尺寸和精度要求 354.2.2絲杠的設計計算 35第五章泵送混凝土技術經濟分析 40第六章結論 41附錄一附錄二JHTB70C商品混凝土拖泵整體設計及其機架系統(tǒng)設計緒論概述在建筑行業(yè)的混凝土施工過程中，混凝土機械需求量很大，廣泛應用于工業(yè)、民用建筑、國防設施等工程建設中。在工業(yè)發(fā)達國家，混凝土機械生產的先進程度標志一個國家制造業(yè)水平。改革開放以來，隨著我國經濟的發(fā)展，城市化進程加快，建筑業(yè)的步伐加快，使得混凝土機械總量迅速增加，我國使用著世界上數(shù)量最多的泵送混凝土系統(tǒng)，其中包括一定數(shù)量的固定泵站和為數(shù)眾多的混凝土泵。因此，我國泵送混凝土在混凝土工程量中占的比例和混凝土泵送技術己接近世界先進水平。混凝土的現(xiàn)場輸送和澆注是一項繁重的、關鍵的工作，它要求迅速、及時，并且保證質量以及減少勞動消耗，從而在保證工程要求的條件下降低工程造價。尤其是對于一些混凝土量很大的大型鋼筋混凝土建筑物，例如:大型設備基礎、地下工程和高層建筑等，如何正確選擇混凝土運輸工具和澆筑方法就更為重要，它往往能決定工期長短和勞動量消耗。利用混凝土泵輸送和澆注混凝土，具有一系列的優(yōu)點，受到人們的高度重視，混凝土泵是通過管道依靠壓力連續(xù)輸送混凝土的現(xiàn)代化施工設備，它能一次連續(xù)地完成水平運輸和垂直運輸，傳輸距離長、輸送排量大，二三百米的高層建筑可以一泵到頂，上萬立方米的大型基礎也能在短時間內澆筑完畢，具有效率高、勞力省、費用低的顯著優(yōu)點，是現(xiàn)有混凝土輸送設備中比較理想的一種。混凝土拌和物生產與泵送施工相結合，利用混凝土攪拌輸送車進行中間運送，可實現(xiàn)混凝土的連續(xù)泵送和澆注。因此，混凝土泵澆筑混凝土以其高效率、高質量、低成本，越來越贏得建筑行業(yè)的青睞。我國對混凝土泵的發(fā)展十分重視，自動化及高科技混凝土泵均處在發(fā)展和研制階段。并在此基礎上深入的開展混凝土泵排量測量系統(tǒng)和智能化控制的方法研究。對混凝土泵的排量進行實時計量、工作狀態(tài)進行監(jiān)測和故障檢測等，進一步完善混凝土泵的功能，開發(fā)高性能的混凝土泵，是目前要研究的主要課題?；炷帘玫陌l(fā)展概況和發(fā)展趨勢混凝土泵的發(fā)展概況混凝土泵送技術最開始是從國外發(fā)展起來的，德國是混凝土泵的創(chuàng)始國。1907年德國就開始研究混凝土泵，并且取得了專利權，制造出世界上第一臺混凝土泵。1927年德國的弗利茨。海爾(FritzHell)設計出了一種新型混凝土泵，并第一次獲得了應用。1930年，德國又制造了立式單缸球閥活塞泵，如圖1.1所示。這種泵由曲柄和搖桿傳動，由于是立式單缸，因而工作性能較差。此后，荷蘭人庫依曼((J.C.Kooyman)在上述的基礎上進行了重大改進，在1932年成功的將立式缸改為臥式缸，設計制造了庫依曼型混凝土泵，如圖1.2所示。這種泵有一個臥式缸及兩個由連桿操縱聯(lián)動的旋轉閥組成，它成功的解決了混凝土泵的構造原理問題，大大提高了泵的工作可靠性。1932年前蘇聯(lián)列寧格勒工業(yè)大學還制造了雙缸隔膜式混凝土泵，曾在莫斯科運河工程中應用，由于存在許多缺點，未能得到進一步的發(fā)展。在庫依曼型混凝土泵的基礎上，30年代荷蘭、英國、德國、法國、前蘇聯(lián)、美國都曾陸續(xù)制造了各種臥式缸的機械活塞泵，在混凝土工程施工中亦開始陸續(xù)得到應用，但直至第二次世界大戰(zhàn)，混凝土泵仍處于小規(guī)模的試用階段。第二次世界大戰(zhàn)之后，各國陸續(xù)開展經濟恢復工作，建筑工程規(guī)模日益擴大，機械式混凝土泵銷路較好，應用日漸增多。50年代中期，德國的托克里特(Torkret)公司首先發(fā)展了用水作為工作液體的液壓泵，使混凝土泵進入了一個新的發(fā)展階段。1959年，德國的施維英(Schwing)公司生產了第一臺全液壓的混凝土泵，用油作為工作液體驅動活塞和閥門。60年代中期又研制出了混凝土泵車，將混凝土泵安裝在汽車底盤上或專用車輛上，把混凝土的輸送與澆注工序結合在一起，這樣即省了時間和勞動力，減輕了工人勞動強度，又能保證施工質量，減少成品混凝土的損耗。此外，在泵車臂架活動范圍內可以任意改變澆注位置，而不需要在現(xiàn)場臨時鋪設管道，提高了勞動效率。目前，歐美國家混凝土泵車發(fā)展較快，許多關鍵性技術也得到了較好的解決。如：1．泵體本身的分配閥不斷完善和創(chuàng)新，閥門的密封性和通暢性得到了進一步提高，且結構日趨簡單。現(xiàn)在普遍采用的是管型分配閥和閘板式分配閥。2．耐磨材料由原來的耐磨焊條堆焊發(fā)展到現(xiàn)在的硬質合金，壽命達到世界先進水平。3．當泵送堵管發(fā)生時，主液壓傳動系統(tǒng)可自動防止過載，并控制分配閥換向，使機器實現(xiàn)反泵動作，消除堵塞；攪拌系統(tǒng)也可實現(xiàn)卡料反轉，消除料斗的卡料現(xiàn)象。4．電器控制從傳統(tǒng)的繼電器控制到現(xiàn)在的PLC控制，控制系統(tǒng)更加可靠、精細，易于操作。5．應用了高效泵送劑，提高了混凝土的流動性和可泵性，在不降低混凝土性能的情況下，大大地改善了混凝土的泵送效果。6．商品混凝土的發(fā)展，混凝土攪拌車的配套使用，使質量可靠的混凝土得到均衡地供應，從而保證了連續(xù)泵送的工作條件。而各種形式的布料裝置的出現(xiàn)，解決了混凝土的布料問題，擴大了混凝土泵的使用范圍。德國是世界上混凝土泵車的最大生產國，擁有一批規(guī)模大、技術水平高的混凝土泵車制造企業(yè)，包括施維英(Schwing)、普茨邁斯特(Putzmeister)、埃爾巴(El-ba)等公司。美國是繼德國之后發(fā)展混凝土泵車最早的國家之一，亦擁有不少混凝土泵車制造企業(yè)，如羅斯(Rose)、伊利((Erie)、霍內(Hormet)等。美國除注重混凝土泵車制造業(yè)的發(fā)展外，對混凝土泵送技術的研究也十分重視，成立了美國混凝土協(xié)會(ACI)304委員會，在研究泵送技術的基礎上制定了一系列指導混凝土泵送施工的文件、法規(guī)、標淮等，使美國混凝土泵車使用十分普及。日本泵送混凝土起步較晚，但發(fā)展很迅速。目前，日本擁有一批大型混凝土泵制造企業(yè)，如三菱重工、石川島播磨重工、極東開發(fā)、新瀉鐵工所等。意大利的混凝土泵發(fā)展也很快，生產混凝土泵車的廠家主要有華星頓(Worthington)公司、西費(CIFA)公司、迅猛公司(Sermac)、里根(Rigel)公司等。我國于20世紀50年代開始從國外引進混凝土泵車。60年代初，上海重型機械廠生產了仿蘇C-284型排量為40m3/h的固定式混凝土泵，生產中雖是有應用，但未能推廣。70年代初，原一機部建筑機械研究所與沈陽振搗器廠參照前聯(lián)邦德國施維英公司的BPA-8型樣機，合作開發(fā)了HB-8型固定式活塞混凝土泵，并于1973年通過技術鑒定。這是一種單缸混凝土泵，采用球形分配閥，工作效率較低。后來，國家建委建設機械研究所又與湖南常德機械廠合作，于1978年6月研制成功HB-15型油壓式混凝土泵。與此同時，電力工業(yè)部水電局夾江水工機械廠參照日本7005-1型混凝土泵研制成HB-30型混凝土泵。該泵采用雙缸液壓泵送系統(tǒng)，分配閥為垂直軸蝶型結構，并于1981年通過技術鑒定。此外，冶金部第一冶金建設公司研究所于1979年開發(fā)了HB-12型混凝土泵。同期，北京市建設研究所與北京建筑機械修造廠、北京市橡膠二廠和六廠協(xié)作，與1978年試制成功HBJ-30型擠壓式混凝土泵，并在實際工程中加以應用。由此可知，我國從70年代開始，對各種型式的混凝土泵進行了研制，有的已通過技術鑒定，有的己小量生產，并開始用于實際工程施工。20世紀80年代中期我國大量從國外引進較先進的混凝土設備，國產混凝土泵技術水平有了較大的提高。在1987年，建設部再次組織沈陽工程機械廠從德國普茨邁斯特公司引進BSA1406型混凝土泵送技術，并在此基礎上設計了一種HBT60型拖式混凝土泵，1989年通過鑒定。這種混凝土泵采用S型管閥，混凝土輸送量為60m3/h，輸送壓力10.6MPa，在實際生產中獲得的廣泛的應用。目前，我國混凝土泵車生產制造企業(yè)有十余家，生產能力主要集中在三一重工、湖北建機、遼寧海諾、上海普茨邁斯特、安徽星馬、中聯(lián)重科等幾個企業(yè)，產量約占全行業(yè)的90%以上。最近幾年，混凝土泵車產銷量正以成倍的速度增長。1.2.2混凝土泵的發(fā)展趨勢1.國外混凝土泵的發(fā)展趨勢[5][8]國外混凝土泵的發(fā)展，大體上經歷的演變過程如圖1.3所示。(1)．混凝土泵高壓大排量化世界上由于人口增加和大城市地價昂貴，建筑物向高層和超高層的方向發(fā)展。我國改革開放以來，經濟得到了飛速的發(fā)展，城市建設和國家基礎建設日新月異。為了滿足更遠更高距離的混凝土輸送和建筑物施工進程的需要，混凝土泵向高輸送壓力和大排量方向發(fā)展。目前國內三一重工的HBT80C泵，最高泵送壓力可達18.9MPa；中聯(lián)建設產業(yè)公司生產的HBT125泵，最大排量為125m3/h，最大泵送壓力為21.5MPa。(2)．液壓系統(tǒng)集成化、多功能化，電器控制系統(tǒng)智能化現(xiàn)在，大多數(shù)公司生產的混凝土泵，液壓系統(tǒng)都是采用集成的液壓閥塊，并且功能增多，如增加了高低壓自動切換功能。液壓系統(tǒng)向可靠、節(jié)能、低沖擊、低噪音方向發(fā)展。系統(tǒng)中加入諸多傳感器，電吉林大學碩士研究生學位論文器系統(tǒng)采用PLC或計算機控制，人機對話界面好，有的系統(tǒng)帶有故障診斷功能。(3)．長臂架混凝土泵車混凝土泵車在我國已經普遍使用。它具有移動方便、機動靈活，到達施工地點無需大量的準備工作即可開始工作，而且可將混凝土澆筑到任何地點。混凝土泵送液壓系統(tǒng)的平穩(wěn)性已成為制約臂架向更長更高方向發(fā)展的一個重要因素。目前普茨邁斯特（Putzmeister）公司臂架長度達到64米，排量達到280m3/h(4)．符合國際潮流，注意生產環(huán)保產品例如采用低噪音、低排放、低油耗的發(fā)動機、低噪音的油泵，分配閥柔和換向以減小沖擊?；炷帘玫妮斔湍芰ο騼蓸O發(fā)展,主要向高壓、大排量發(fā)展例如施維英的主導產品BP4000、普茨邁斯特公司的BSA2110,這兩種混凝土泵的最大輸送量超過100m3/h,最大輸送壓力為16MPa。可以適應絕大多數(shù)的施工工程使用。施維英產品最大輸送量可達160m3/h,普茨邁斯特公司的最大輸送量可達150m3/h。如果訂貨有特殊要求還可以更高。但是混凝土泵的大型化發(fā)展是有限度的。這主要受發(fā)動機功率、主油泵排量制約,受結構和外形尺寸限制,同時超大排量的輸送泵還受混凝土供應的影響,不論是攪拌速度還是運輸速度都不能滿足排量要求,而使混凝土泵工作能力不能完全發(fā)揮,造成浪費。(5)小批量、多品種適應用戶要求即使是年產近千臺的大公司也不是只限于幾種產品。而是根據(jù)用戶要求在壓力、排量、發(fā)動機種類、附屬功能等各項參數(shù)上進行“靈活生產”,甚至可以保證任意兩臺產品都不完全相同。這種柔性生產需要生產者擁有更多的技術儲備,更高效的生產組織管理。（6）液壓系統(tǒng)自成一派,不斷完善普茨邁斯特公司作為閉式系統(tǒng)的代表,堅持采用閉式系統(tǒng),不斷地發(fā)展和完善控制功能,使混凝土泵工作更精細更可靠。堅持采用電開關換向,獨立的擺動油缸控制系統(tǒng),把技術特點放在主油泵排量控制上。而施維英公司作為開式系統(tǒng)的帶頭人,堅持自己特色,為解決大流量下的系統(tǒng)發(fā)熱損失,為了減小沖擊,自行設計了大通徑換向閥,堅持采用液壓行程換向,技術特點放在換向協(xié)調匹配上。綜上所述，國外混凝土泵車向智能化、多功能化、大型兼小型化的方向發(fā)展。對布料桿操作采用新技術，如無線遙控技術、計算機控制技術、電控比例技術、負荷傳感器技術等。2.國內拖泵的技術現(xiàn)狀和趨勢[5-7]在國內，根據(jù)《散裝水泥發(fā)展“十五”規(guī)劃》發(fā)展目標要求，直轄市、省會城市、沿海開放城市和旅游城市要積極發(fā)展預拌混凝土，2003年底起，禁止在城區(qū)現(xiàn)場攪拌混凝土，其它城市2005年底起，禁止在城區(qū)現(xiàn)場攪拌混凝土。到2005年，預拌混凝土生產能力達到3億立方米以上，預拌混凝土占混凝土澆注總量的比例達到20%，其中大中城市要達到50%以上。這給混凝土機械行業(yè)提供了巨大的發(fā)展前景。混凝土泵送技術呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢:(1)混凝土泵的發(fā)展，大體上經歷了從活塞式到擠壓式再到活塞式，從機械式到液壓式，從固定式到拖式再到汽車式的演變過程。目前，液壓活塞式混凝土泵己成為我國混凝土泵發(fā)展的主流。(2)混凝土泵產品的品種由單一型產品向系列化、多樣化方向發(fā)展，企業(yè)的生產規(guī)模不斷隨市場調整。(3)混凝土泵多用于輸送坍落度較大的混凝土，這樣泵送效率較高，但用水量較大，如養(yǎng)護不好，易產生收縮裂縫，強度也低，因此現(xiàn)在正趨向于減小坍落度的方向發(fā)展。(4)由于采用國際配套、全球采購的方針，使我國混凝土機械的性能和質量上了一個新的臺階。(5)混凝土泵向提高其工作可靠性和效率方向發(fā)展。主要是用耐磨的高強度鋼材，改進閥門系統(tǒng)，簡單操作，保證機械長時間運轉不發(fā)生故障。同時將更注重降低能耗、降低噪聲、降低污染，提高產品安全性、舒適性、維護和使用經濟性。(6)商品混凝土成套設備的配套產品以及能夠滿足用戶特殊要求的產品將會在以后得到較大發(fā)展。如砂石預處理設備、殘余混凝土清洗回收裝置、高性能混凝土攪拌設備、冷攪拌和熱攪拌的混凝土攪拌站、長臂架泵車等。(7)各生產企業(yè)在提高產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較嚴的場合，攪拌站都配有砂石含水率測定系統(tǒng)，可以自動調節(jié)水、砂比例，以保證混凝土質量?；炷帘煤捅奂苁交炷帘密囈话闩渲昧擞芯€遙控或無線遙控，以有效的掌握混凝土攪拌運輸車的運行，有的商品混凝土供應站還配備了GPS系統(tǒng)。(8)混凝土泵隨車排量實時計量系統(tǒng)和智能化監(jiān)控系統(tǒng)等方面，將成為下一代混凝土泵或泵車的標志性功能。自1993、1994年基建高峰期之后,國內有幾十家企業(yè)開始生產混凝土泵,但到今天,只有十幾家廠家的年產量能超過25臺。競爭激烈的市場迫使主要生產廠家千方百計地采用國際上先進的混凝土泵技術,以便在競爭中占據(jù)有利地位。對于使用者來說泵本身的技術含量不易掌握,而更注意混凝土泵的可靠性以及對混凝土的適應性。因此混凝土適應性和泵送可靠性才是國產混凝土泵技術上最優(yōu)先考慮的問題。3.國內混凝土泵目前存在的一些問題：（1）布料桿的技術含量較高，幾乎都依賴進口，只有數(shù)量很少的生產廠家掌握布料桿的生產制造技術；（2）大部分企業(yè)僅僅停留在進行技術引進消化吸收和二次開發(fā)水平上，缺乏產品的進一步創(chuàng)新?？v觀國內混凝土泵車行業(yè)產品技術狀況，基本上還是靠國外廠家配套，國內組裝而發(fā)展起來的產品。相當一部分廠家由于自身技術水平的限制，產品更新和開發(fā)滯后，產品多年一貫制，品種規(guī)格較少，技術含量較低，仿制產品多、名牌產品少，有專利和特色的產品以及能出口創(chuàng)匯的產品更少。我國混凝土泵車在產品開發(fā)和制造技術等方面，與國外公司如普茨邁斯特、施維英公司相比仍然存在差距。（3）產品雷同、規(guī)格不全。新產品開發(fā)的機種和方式各企業(yè)大體相似，大多是跟在別人后面模仿，真正擁有專利和自主知識產權的東西不多。同其他機械行業(yè)一樣，混凝土機械行業(yè)同樣存在著重復生產狀況，導致生產過剩、銷售不暢，以降價作為促銷的手段，從而導致微利甚至無利可圖。與此同時，國產車、泵、站等大型設備均存在著品種單一、規(guī)格不全等狀況。（4）與國外差距明顯。比如混凝土泵車主要關鍵件如臂架、主泵等也是依賴進口，我國尚未有與該產品相匹配的汽車專用底盤，依賴的都是進口的奔馳、沃爾沃、五十鈴等價格較高的底盤產品，限制了該產品的進一步發(fā)展；再則比如國外混凝土攪拌站(樓)主要體現(xiàn)了其機電一體化技術，其微機控制技術成熟可靠，物料的配比、容量變更控制十分準確；有些攪拌站(樓)還增加了攪拌機動態(tài)負荷監(jiān)測、混凝土物料稠度控制、除塵、消聲、廢水處理等裝置；混凝土泵送技術日臻成熟，最大水平泵送距離達4000m，泵送量達180m3／h；產品多功能性增強。我國的混凝土攪拌及輸送機械盡管性能有了較大提高，但在可靠性等方面與國外相比還有不小差距，主要體現(xiàn)在配套電器、液壓、氣動元件等方面問題較多。綜合以上分析，由于國家繼續(xù)實行積極的宏觀經濟政策，通過加大交通運輸、能源、電力和水利水電等基礎設施建設的投資力度來保證國民經濟的持續(xù)增長，特別是國家《散裝水泥發(fā)展“十五”規(guī)劃》、《公路工程施工總承包企業(yè)資質等級標準》的頒布，對混凝土機械市場規(guī)模的不斷擴大和混凝土泵車的發(fā)展將起到積極的推動作用。本課題研究內容及意義1.3.1本課題研究的內容經過前期充分而詳細地準備工作，最終確定了本課題地主要研究方向，即主要對混凝土泵地排量計算、S閥地選擇、液壓缸地設計計算等進行了相應地研究。由于本課題是在大家互相合作地基礎上共同完成的。本文主要研究的內容為以下幾個方面：（1）了解國內外混凝土泵車的發(fā)展概況，結構和工作原理，簡單的分析了泵送阻力以及混凝土攪拌物在直管、彎管、錐管的輸送管道中一些壓力變化及損失情況，為以后研究計算方案提供了分析途徑。（2）從混凝土泵的結構、工作原理、混凝土的流動特性以及壓力變化等方面入手，初步建立了混凝土泵排量的基本數(shù)學模型。從而通過計算進一步得到了混凝土泵的泵送阻力、攪拌阻力、擺動阻力以及混凝土泵流量，所要求電機的功率、混凝土缸直徑等數(shù)值。（3）對混凝土泵車的車架、導向輪及外罩部分進行了相應的改進。1.4.2本課題研究的意義隨著各類工業(yè)、民用基礎建設的大發(fā)展，我國國產和進口的混凝土泵或泵車數(shù)量不斷增加，并且使用方式也發(fā)生著變化。為提高施工效率、避免施工擾民，混凝土攪拌是在攪拌站進行，每次的施工都是在不同的地點進行，通常攪拌站和施工地點距離較遠，中間混凝土的運輸環(huán)節(jié)是通過混凝土攪拌運輸車完成?；炷翑嚢琛⑦\輸和施工方也常為三個不同的單位，建筑機械租賃業(yè)中因信息不對稱處于劣勢的一方，施工用戶方，提出急需混凝土泵排量測量系統(tǒng)來彌補這方面的不足。同時，在混凝土泵或泵車運行狀態(tài)監(jiān)測、施工管理和施工質量、泵車質量的評價方面也存在著對排量計量系統(tǒng)的需求。根據(jù)科技文獻查新，目前國內外還沒有任何真正意義上的混凝土泵排量測量方法，現(xiàn)有的一些測量方法都有很大的局限性，僅僅是對混凝土泵排量的粗略計算。現(xiàn)有探索、試驗中的技術方案則存在著公認的測量方法問題，測量精度不能滿足實際的需要。要成功地研發(fā)混凝土泵排量測量系統(tǒng)，首先要解決與測量精度要求相適應的測量方法問題，實現(xiàn)較高精度混凝土泵排量測量主要存在的困難有:（1）混凝土泵在傳輸介質改變、出口壓力變化、液壓系統(tǒng)壓力波動等方面都有比較復雜的工況。一般的混凝土拌合物接近于賓哈姆體，不同比例不同性狀的沙、石、水、水泥拌合物的流變狀態(tài)不同，它們對泵的反作用力也不同。（2）混凝土拌和物骨料間存在的間隙、空氣等因素造成物料具有一定程度的可壓縮性，并且混凝土的流動性差等因素形成混凝土在吸料的過程中不能充滿整個混凝土缸。施工過程中工況條件復雜，不同輸送高度和輸送距離造成出口壓力的不同，有可能增加準確測量的難度。作為動力源的液壓系統(tǒng)與泵輸送的工作過程有著密切的聯(lián)系，其工作壓力的變化也可能影響到測量精度。這些問題都需要從測量原理和測量方法上加以解決。（3）混凝土泵在泵送混凝土時，存在振動沖擊強烈、缸體封閉、混凝土凝結等問題，對檢測傳感器在原理、結構、安裝、維護方面的適應性提出了苛刻的要求?；炷帘没虮密嚺帕繙y量技術已成為建筑施工設備中的一項魚待解決的工程實際應用技術問題，隨泵或泵車的排量測量裝置及控制系統(tǒng)、統(tǒng)計管理系統(tǒng)的開發(fā)等，被國內外主要建筑機械生產企業(yè)視為新一代混凝土泵或泵車的標志性功能，因此本課題研究的內容具有很大的實際工程應用價值。第二章泵的原理2.1混凝土泵的類型和基本結構混凝土泵作為混凝土泵車的心臟部分，關系到泵車的總體技術性能和技術參數(shù)，混凝土泵的結構類型很多，可以按驅動形式、組裝形式、活塞性能、分配閥類型等結構形式講行劃分，現(xiàn)有的混凝土泵的結構類型如圖1.4所示[5]。其中，液壓活塞式混凝土泵是應用最多的一種混凝土泵，也是今后混凝土泵的發(fā)展主流，目前各國混凝土泵企業(yè)生產的絕大多數(shù)皆為液壓活塞式混凝土泵。液壓活塞式混凝土泵的種類雖然很多，但是他們的基本組成部件是相同的，如目前國內應用較多的一種拖式混凝土泵，它主要由分配閥及料斗、推送機構、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機架及行走裝置、潤滑系統(tǒng)、罩殼及輸送管道等組成。以閘板閥式混凝土泵為例，其結構如圖1.5所示[5]。對于拖式混凝土泵車，則由底架總成、汽車底盤、混凝土泵送單元等幾個部分組成。1.汽車底盤泵車的汽車底盤一般采用帶駕駛室的二類汽車底盤。泵車的上車部分安裝在汽車底盤上，底盤與上車部分的尺寸規(guī)格要求配套，泵送部分與臂架部分通過底盤取力裝置由底盤提供動力。2.底架總成由底架結構、前后支腿結構及液壓油缸組成的整體，在泵車上起支撐上部混凝土缸以及儀器并將混凝土缸以及其他儀器的自重載荷、工作載荷及其他附加載荷傳至地面的作用。泵車支腿由液壓油缸驅動，可以伸縮和偏擺。當泵車處于行使狀態(tài)時，前后支腿均收回，泵車上車旋轉部分的自重載荷通過底架結構傳到汽車底盤上，再通過輪胎作用到地面上;當泵車處于作業(yè)狀態(tài)時，泵車的四個支腿伸出，通過液壓油缸的作用與地面接觸，并使輪胎與地面分離，泵車上車旋轉部分的自重載荷、工作載荷、其它附加載荷以及下車非旋轉部分的自重載荷均通過底架結構和支腿傳到地面。3.混凝土泵送單元由泵送機構、料斗、分配機構、攪拌機構等部件組成的整體，將符合要求的混凝土通過管道連續(xù)地輸送到混凝土澆注施工現(xiàn)場，在泵車上起壓力輸送混凝土的作用[3][5][6]。2.2混凝土泵的工作原理目前的液壓活塞式混凝土泵大多采用液壓雙缸的形式，其兩個液壓油缸交替工作，使混凝土的輸送工作比較平穩(wěn)、連續(xù)，而且排量也大為增加，充分利用了原動機的功率，是現(xiàn)在應用最為廣泛的混凝土泵形式。其工作原理根據(jù)分配閥和控制方式的不同也有所不同，但其主要區(qū)別在換向動作的實現(xiàn)上。下面以“s”型管閥式混凝土泵為例，介紹其工作原理，如圖1.6所示[4-8]?；炷粮谆钊?7,8)分別與主油缸(1,2)活塞桿相連，在主液壓缸壓力油的作用下作往復運動，一個混凝土缸活塞前進，另一個混凝土缸活塞則后退:混凝土缸出口與料斗連通，分配閥一端接出料口，另一端口通過擺動油缸推動擺臂在兩混凝土缸口左右擺動，實現(xiàn)分別與兩個混凝土缸的連通。泵送混凝土時，在主液壓缸壓力油的作用下，混凝土缸活塞7前進，混凝土缸活塞8后退，同時在擺動油缸作用下，分配閥10與混凝土缸5連通，混凝土缸6與料斗9連通。這樣混凝土缸活塞8后退，便將料斗9內的混凝土吸入混凝土缸;混凝土缸活塞7前進，將混凝土缸內的混凝土經過分配閥從出料口14送出。當混凝土缸活塞后退至行程終端時，主油缸1,2換向，同時擺動油缸11,12換向，使分配閥10與混凝土缸6連通，混凝土缸5與料斗9連通，這時混凝土缸活塞7后退，8前進。如此循環(huán)，從而實現(xiàn)連續(xù)泵送。當混凝土泵發(fā)生堵管現(xiàn)象或需要停機時，應該把輸送管道中的混凝土抽回。這種情況下通過反泵操作，使處于吸入行程的混凝土缸與分配閥連通，處于推送行程的混凝土缸與料斗連通，從而將輸送管道中的混凝土抽回料斗，如圖1.7所示，其中箭頭方向代表混凝土流動方向。2.3混凝土泵分配閥液壓活塞式混凝土泵均具有分配閥，它在混凝土泵中是一個關鍵部件，位于料斗、混凝土缸和輸送管三者之間，協(xié)調各部件動作的機構，因而直接影響混凝土泵的使用性能(如堵管問題、輸送效率以及工作可靠性等)，而且也直接影響混凝土泵的整體設計?？v觀國內外生產的各種類型的混凝土泵，它們所不同的只是采用了不同類型的分配閥。結構簡單、流道合理的分配閥將大大提高整機的性能，各國都將分配閥作為關鍵技術進行研究。對于單缸的混凝土泵，分配閥應該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、混凝土缸及輸送管)。對于雙缸的混凝土泵，兩個混凝土缸共用一個料斗，當它們分別處于吸入和排出行程時，處于吸入行程的混凝土缸把混凝土吸入;而處于排出行程的混凝土缸把混凝土推送到輸送管中去。所以這種分配閥須具有二位四通(四通一料斗、混凝缸1,混凝土缸2和輸送管)的性能?；炷帘门c常見的油、氣和水泵不同，它輸送的是具有特殊性能的混凝土拌合物。所以對分配閥的設計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)換向動作靈活、可靠。此外，還要求分配閥的結構應該簡單，便于加工，良好的排除阻塞性能。當分配閥置于料斗中時，要保證攪拌葉片不要有死角，確保有良好的攪拌性，還應使料斗的離地高度低一些，便于攪拌運輸車的卸料等。分配閥的種類很多，而且在不斷的發(fā)展和創(chuàng)新，下面簡要介紹幾種比較典型的分配閥。1.蝶形分配閥從料斗到混凝土缸與輸送管之間的通道上設置一個碟形板，由于碟形板的翻動，使混凝土獲得不同的通道，蝶形分配閥有垂直軸式及水平軸式。2.管形分配閥在混凝土缸與輸送管之間設置一擺動管件來完成混凝土的吸人和排出作業(yè)。管形閥一般置于料斗中，管閥本身就是輸送管的一部分，它一端與輸送管接通，另一端可以擺動，管口交替對準置于料斗后壁的混凝土缸口，進行排料。管式分配閥從結構上可分為立式和臥式兩類;而從形狀上看可分為S型、C型和裙型等幾種類型。3.閘板式分配閥靠快速往返運動的閘板，周期性的開閉混凝土缸的進料口和出料口，從而切換混凝土在料斗和混凝土缸之間的流向，實現(xiàn)混凝土的反復泵送。閘板式分配閥的種類很多，有平置式、斜置式和擺動式等幾種主要型式。本試驗的混凝土泵車采用的是管形分配閥中的S型，以下僅對S型分配閥做介紹。S型管閥是目前應用比較廣泛的分配閥，如圖1.8所示[4-8]，它是一種臥式管形分配閥。S管閥的管體有變徑和不變徑兩種形式，圖1.8所示為變徑S管閥，其特點是可以靠混凝土的壓力推動密封環(huán)自動密封管口，密封性能好，使混凝土泵具有較強的輸送能力，而且流道通暢，不易阻塞。但不變徑S管閥閥體的沖擊小、阻力小、磨損小、流動順暢，從而使成本降低。S管閥的擺動油缸可以設置在料斗的后方，也可以設置在料斗的前方，本試驗的泵車是設置在料斗的后方。后置式擺動油缸利用擺動軸水平伸入料斗中與閥體連接，推動閥體擺動，但擺動軸與閥體連接形成的屏障影響混凝土的流動，影響泵的吸入效率;前置式擺動油缸則去掉了擺動軸和其支承，泵的吸料性能大為提高，而且安裝維護方便。由于在分配閥驅動油缸的極限位置設有緩沖器，所以盡管換向迅速，沖擊卻很小。結構中料斗底部的形狀與攪拌葉片運動軌跡及S管擺動軌跡一致，S管體下部設刮板，防止料斗底部積料:同時料斗底部向混凝土缸出口方向傾斜，改善了其混凝土缸吸料的性能。2.4液壓系統(tǒng)目前混凝土泵液壓系統(tǒng)主要有以施維英公司為代表的閉式系統(tǒng)和普茨邁斯特公司為代表的開式系統(tǒng)之分。一．開式系統(tǒng)開式系統(tǒng)的特點為：系統(tǒng)較為簡單、油箱容積較大、系統(tǒng)散熱條件較好，但系統(tǒng)容易滲入空氣，由于采用換向閥換向，系統(tǒng)容易產生壓力沖擊、能耗較大。由于泵是從油箱吸油的，而柱塞泵的自吸能力很差，所以油泵吸油口容易產生氣穴，因此，泵的允許轉速較低，開式系統(tǒng)一般適用于小功率液壓系統(tǒng)。開式系統(tǒng)油泵從油箱吸油，輸送到換向閥，分配到兩個油缸交替動作，油缸回油通過換向閥返回油箱。由于斜盤柱塞泵的自吸性很差，所以開式系統(tǒng)的原動機轉速不允許太高，通常不超過1800R/MIN，這就限制了油量流量，也就限了混凝土排量。為了達到額定排量，可以選用大規(guī)格的主油泵，也可以選用帶補油泵的開式油泵，這兩種方法都會增加成本。開式回路存在壓力沖擊的問題，而且比閉式系統(tǒng)更嚴重，閉式系統(tǒng)采用泵換向，斜盤通過“零位”，可以有效解決沖擊。而開式系統(tǒng)采用閥換向，大流量液動閥在高速切換時所產生的壓力沖擊非常劇烈而復雜。如何改善閥的換向性能是使用開式系統(tǒng)廠家的主要研究工作。通常換向閥的閥體不便必動，而是在閥芯上下功夫，例如在軸肩上倒角、開坡口、開卸荷槽、月牙槽等等調節(jié)閥開度變化曲線，以改善性能。開式系統(tǒng)的另一個難點在于主油泵排量控制，這是一個既簡單又復雜的問題。復雜的程度取決于對產品性能的要求程度。如果產品的排量小，混凝土出口壓力低，可以不作任何外部控制，只由工作壓力直接調整排量。如果需要調整主油泵出口排量，特別是需要從零到最大排量的無級調節(jié)，則必須使用一個具有相應功能的主油泵，再附加一個提供伺服壓力的齒輪泵，以及一個減壓閥。通過減壓閥調整進入主油泵伺服缸的油壓來調節(jié)斜盤擺角從而調節(jié)排量。二．閉式系統(tǒng)閉式系統(tǒng)的特點為：系統(tǒng)較為復雜，由于油液是閉式循環(huán)，因此系統(tǒng)的散熱條件較差，但油箱的容積較小，由于閉式回路中的油液都有一定的壓力，因此空氣不易進入管路，且系統(tǒng)較為干凈，且油泵允許的轉速較高。由于閉式系統(tǒng)一般采用雙向變量柱塞泵換向，因此換向沖擊小，節(jié)能效果好，但系統(tǒng)造價高，適用于大功率液壓系統(tǒng)。國內閉式產品廠家均采用分離油路，即一個主油泵為泵送油缸供油，一個恒壓油泵加蓄能器為擺動油缸供油，前一個回路是閉式，后一個回路是開式回路，所以有些用戶稱之為“半開半閉”系統(tǒng)。主泵送回路上體現(xiàn)了閉式系統(tǒng)特點。在閉式系統(tǒng)中作為一個封閉的管路，工作液在其中高速高壓流動，系統(tǒng)很容易發(fā)熱，必須由一個補油泵吸入油箱中的冷油補充入系統(tǒng)，由低壓限壓閥釋放系統(tǒng)中的熱油。同時補油泵提供的油流通常作為伺服油用來控制油泵的排量。這樣，補油泵的限定壓力與低壓閥的開啟壓力（也就是油泵回油口壓力）之間存在著復雜而微妙的關系。閉式系統(tǒng)中的四大難題：液壓沖擊、最高泵送速度降低、油溫過熱、回油吸空，通常都是因為兩個壓力協(xié)調不當引起的。閉式系統(tǒng)中的主油泵通常都是雙向變量泵，斜盤擺角可從“正最大”—零—“負最大”。當油缸換向停頓時，斜盤擺角也可以迅速減小到零，然后反方向擺動，這樣也可以減小壓力沖擊，實現(xiàn)所謂“零沖擊換向”。第三章混凝土泵主參數(shù)的設計計算3.1混凝土泵的設計要求3.1.1混凝土泵的技術特性本混凝土輸送泵，擬以電動機為驅動力、采用液壓驅動的活塞式結構、以S管閥為分配閥；為滿足用戶的實際需求，要求其混凝土輸送的最大流量約68m3每小時，最大輸送壓力15MPa本泵機有三大機構需要采用液壓傳動：(1)泵送機構該機構為往復直線運動，行程短，宜選用活塞缸為執(zhí)行元件，為與2個混凝土缸相對應，作為主油缸的活塞缸需要2個。(2)擺動機構該機構斷續(xù)地驅動“S”管閥快速完成擺動動作，要求擺動平衡、迅速，宜選用2個單作用、柱塞式液壓缸為執(zhí)行元件。(3)攪拌機構該機構作連續(xù)的回轉運動，且轉速低，宜選用2個低速液壓馬達為執(zhí)行元件。3.1.2各執(zhí)行元件的動作順序要求各執(zhí)行元件間的動作必須協(xié)調，特別是泵送與擺動之間的動作更是如此。只有當泵送主油缸達到或接近其行程終點時，擺閥油缸才能開始動作；也只有當擺閥油缸將分配閥擺動到位的瞬間，泵送主油缸才能換向泵送；并且擺閥油缸的動作過程必須迅速、有力(擺動時間須小于0.3s)。泵送主油缸與擺閥油缸的動作循環(huán)必須自動完成；每1分鐘應完成24～30個工作循環(huán)。攪拌系統(tǒng)采用獨立工作方式，自動控制。3.1.3混凝土泵的工作環(huán)境泵機主要在室外的建筑工地作業(yè)，所處的環(huán)境非常惡劣，如環(huán)境溫度高或低，灰塵多，空氣潮濕等。必須采取一定的防污染和降溫措施。3.1.4混凝土泵的基本性能要求本泵機采用低壓大排量和高壓小排量兩種輸送方式。根據(jù)實際需求，初步確定其基本的性能參數(shù)如下：(1)高壓小排量方式時混凝土最大輸出壓力不小于15.0MPa；混凝土最大輸送量不小于45m3/h(2)低壓大排量方式時混凝土最大輸出壓力不小于11.0MPa；混凝土最大輸送量不小于68.0m3/h(3)最大理論輸送距離：對于φ150的輸送管：水平距離不小于700米200米對于φ125的輸送管：水平距離不小于600米180米本設計要求水平輸送距離為1200米，垂直輸送距離為600（4）水泥塌落度；8～23cm（5）主油缸行程：Φ200X1600（6）輸送管參數(shù)：對于直徑為45mm的骨料有內徑為125mm的輸送管，對于直徑為65mm的骨料用內徑為150mm的輸送管。（7）液壓系統(tǒng)最大壓力為32MPa（8）外形尺寸；6.2mX2.132mX2.216m（9）管件錐管：1垂直管；260彎管：2個軟管；103.2混凝土泵的工況分析3.2.1泵送阻力計算混凝土泵送阻力可以根據(jù)式3－1得到：QUOTE=QUOTE+QUOTE3-1其中：v管內流速，QUOTE；其中QUOTE；d配管直徑，m；QUOTE泵送混凝土流量，QUOTE；同一單位為QUOTE；QUOTE混凝土粘著系數(shù)，QUOTE；QUOTE混凝土速度系數(shù)，QUOTE；s混凝土坍落度，cm；QUOTE既泵送阻力為：QUOTE考慮到實際布管的情況和計算公式所存在的誤差，不妨取泵送過程中實際的最大阻力為QUOTE=9.0MPa。3.2.2攪拌阻力計算根據(jù)實際經驗表明，考慮到各種可能情況的出現(xiàn)，攪拌軸的最大阻力矩應滿足下式要求：3.2.3擺動阻力計算泵機采用S管閥為分配閥，根據(jù)第三章S管閥動力分析，它在擺動過程中主要受六種阻力矩的作用：①S管在擺動過程中，其側面受混凝土物料直接作用而產生與擺動方向相反的阻力矩M1；②S閥在擺動過程中，產生的混凝土物料之間的剪切阻力矩M2；③S管擺動的慣性阻力矩M3；④S管擺動的空載靜阻力矩M4；⑤S管擺動過程中，耐磨環(huán)與雙孔耐磨板接觸面泵送切換開始的摩擦阻力矩M5；⑥S管擺動過程中，耐磨環(huán)切斷混凝土缸中混凝土料流的剪切阻力矩M6?？傋枇貫椋篞UOTE參考有關數(shù)據(jù)：對排量為60QUOTE~80QUOTEm3hm3h的混凝土泵，其阻力矩可高達1000~3500N·m，在此取泵機的擺動阻力矩為6500N·m。3.3系統(tǒng)主要參數(shù)的確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)包括壓力、流量和功率。首先選擇系統(tǒng)工作壓力（設計壓力），并按泵送阻力和選定的工作壓力計算液壓執(zhí)行元件的主要幾何參數(shù)，然后根據(jù)對液壓執(zhí)行元件的速度要求，確定其流量。壓力和流量一經確定，即可確定其功率。3.3.1系統(tǒng)工作壓力的確定采用類比法，參考《液壓氣動系統(tǒng)設計手冊》中“表：各類主機常用液壓系統(tǒng)工作壓力”，選取泵送液壓系統(tǒng)的最大工作壓力為QUOTE=32MPa，攪拌液壓系統(tǒng)的最大工作壓力為QUOTE=12MPa，擺動液壓系統(tǒng)的最大工作壓力為QUOTE=9MPa。3.3.2計算液壓執(zhí)行元件的主要幾何參數(shù)①計算主油缸的主要幾何參數(shù)已確定的液壓缸的基本尺寸；內徑為QUOTE液壓缸最大出口壓力：QUOTE可計算出液壓缸的橫截面積QUOTE3-2QUOTEQUOTE0.0314QUOTE圖3-1混凝土缸和液壓缸連接示意圖一般情況下主油泵的出口壓力PS=32MPa，且它和主油缸的進口壓力P1一樣大。由力平衡原理可以得出QUOTE3-4推出：QUOTEQUOTE再由QUOTE可以計算出主液壓缸的內徑QUOTE。QUOTE3-5QUOTEQUOTE根據(jù)缸徑取整原則取D=140mm液壓缸的最大流量QUOTE3-6由此可以得出主油泵的功率NQUOTE3-7QUOTEQUOTE201000W=200KW由公式QUOTE3-8QUOTEQUOTE在小端口：QUOTEQUOTE;QUOTE3-9推出QUOTEQUOTEQUOTE由QUOTE3-10可計算活塞桿的桿徑QUOTE推出QUOTE3-11QUOTEQUOTE根據(jù)缸徑取整原則取QUOTE由QUOTEQUOTE3-12QUOTEQUOTE=32MPa=32MPa所以確定的參數(shù)有：N=201KWQUOTE=140mmQUOTE=80mmQUOTE=383.0157QUOTEQUOTE=32MPa②計算攪拌馬達的主要幾何參數(shù)為保證攪拌機構的工作性能，攪拌軸轉速應小于30rpm，暫取攪拌軸的旋轉速度為：24rpm。經驗表明，考慮各種可能情況，攪拌軸的最大阻力矩為：T馬達max<900N.m3-13則攪拌軸所需的輸入功率為：QUOTE3-14QUOTEQUOTE若取攪拌馬達的總效率為0.9，則攪拌馬達所應輸入的功率為：QUOTE3-15QUOTEQUOTE攪拌馬達的排量為：QUOTE3-16QUOTEQUOTE流量＝排量×轉速＝471×24／1000＝11.304L／min所以排量＝11.304／1500＝0.007536＝7.5L③計算擺動油缸的主要幾何參數(shù)已經確定：擺柄的長度為a=178mm；擺動液壓系統(tǒng)的最大壓力為p3=9MPa；最大擺動阻力矩為T2=4500N.m。若設開始擺動時，擺柄與擺動油缸兩者中心線間夾角為θ=130°，則有：QUOTE3-17QUOTEQUOTE=117mm=117mm根據(jù)液壓缸活塞桿外徑尺寸系列標準（GB/T2348—1993），取擺動油缸活塞桿徑為d=80mm。從后面的擺動機構鉸點位置優(yōu)化分析可知：最佳鉸點位置時，該油缸的有效行程為202mm。根據(jù)泵機擺動時間要求：小于0.3秒，若取擺動時間t=0.2s，則擺閥油缸所需的最大流量為：QUOTE3-18QUOTEQUOTE④泵的流量:T＝1600／0.618＝2.59S百分比＝t／T＝0.2／2.59＝7.72﹪泵的流量Q=7.72﹪×304.8=24L／min取流量Q=28L/min選取泵的型號為A10VO（28）恒壓變量泵第四章滾動軸承及絲杠的設計計算4.1滾動軸承的選擇設計計算4.1.1滾動軸承的主要類型、性能及特點滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動來支承轉動零件的。滾動軸承的分類有很多中，如果按其用于承受的外載荷不同來分類時，滾動軸承可以概括地分為向心軸承、推理軸承和向心推力軸承三大類。向心軸承主要承受的是徑向載荷，其中也有幾種能承受不大的載荷；推力軸承只能承受軸向載荷；向心推力軸承能同時承受徑向和軸向的載荷。4.1.2滾動軸承的選擇在選擇軸承時，首先要選擇的是軸承的類型。我國目前常用的標準軸承的類型及其特點都以在由高等教育出版社出版的《機械設計》（第七版）表13－1中說明。在進行軸承的選擇時，主要按以下幾方面來確定。（1）軸承的載荷軸承所受的載荷大小、方向和性質，是選擇軸承的主要依據(jù)。根據(jù)載荷的大小選擇軸承時，由于滾子軸承中主要元件間是線接觸，宜用于承受較大的載荷，承載后變形也較小。而球軸承中則主要為點接觸，宜用于承受教輕的或中等的載荷，故在載荷較小時，應優(yōu)先選用球軸承。根據(jù)載荷的方向來選擇軸承類型時，對于純軸向載荷，一般選用推理軸承。較小的純軸向載荷可選用推力球軸承；較大的純軸向載荷可選用推力球軸承。對于純徑向的載荷，一般選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承。當軸承在承受徑向載荷和較小的軸向載荷時，可選用深溝球軸承或接觸角不大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承；當軸向載荷較大時，可選用接觸角較大的角接觸軸承或圓錐滾子軸承。（2）軸承的轉速在一般情況下，轉速的高低對類型的選擇不發(fā)生什么影響，只是在轉速較高時，才會有比較大的影響。軸承樣本中也列入了各種軸承類型、尺寸和極限轉速limn值。這個轉速是指在載荷不太大（當量動載荷R￡0.1C,C為基本額定動載荷）,冷卻條件下，且為0（3）軸承的調心性能。（4）軸承的安裝和拆卸。縱上所述，根據(jù)實際工作情況，本次選擇的軸承型號為單向推力球軸承。4.1.3單向推力球軸承的設計計算一．單向推力球軸承的一些相關特性：①額定動載荷比為1；②只能承受單向軸向負載；③限制單向軸向位移；④極限轉速低。二．單向推力球軸承的選擇計算（1）按額定動載荷選擇軸承根據(jù)實際工作情況可得：d=40mm,查表7－2－82可得，可選取軸承型號為51308查表7－2－12：軸承的使用壽命不妨選為Lh（2）基本額定動載荷計算基本額定動載荷得計算可按照式7－2－1可得QUOTE4-1CQUOTE基本額定動載荷計算值，NPQUOTE當量動載荷值，NQUOTEfhfh壽命因數(shù)，按表7－2－8選取QUOTEfnfnQUOTE速度因數(shù)，按表7－2－9選取QUOTEfmfm力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小時QUOTEfmfmQUOTE=1.5，較大時QUOTEfm=2fm=2QUOTE沖擊載荷因數(shù)，按表7－2－10選取4-2因為所選的為單向推力球軸承，故它只承受單向軸向載荷的作用，即QUOTE，查表7－2－82可得：基本額定載荷：QUOTE，QUOTE軸向當量動載荷：QUOTE軸向當量靜載荷：QUOTE根據(jù)式7－2－1可得：QUOTE又因為QUOTEPa=Fa所以QUOTEFa=4.327KNFa（3）額定靜載荷的計算對于低速旋轉或緩慢擺動的軸承，應分別計算額定動載荷和額定靜載荷，并要求取集中的較大者來選取軸承。額定靜載荷的計算可以通過下式來得到QUOTE4-3QUOTEQUOTEQUOTE4-4QUOTE（5）所需要的最小軸向載荷計算單向推力球軸承由于在運轉過程中，滾動體受離心力的作用，滾動體和滾道之間產生了相對滑動。導致軸和底座分離，為了保證軸承正常工作，必須施加一定的軸承的軸向載荷來進行預緊。所需的最小軸向載荷的大小可按式7－2－8來計算得到：QUOTE24-5QUOTEQUOTEA最小載荷常數(shù)，可查表7－2－82得到查表7－2－82得，不妨取A=0.096則：QUOTE（6）軸承得使用壽命驗算滾動軸承的壽命可按式13－5進行QUOTE4-6其中：QUOTE軸承的使用壽命；h軸承的轉速；r/minc軸承的基本額定動載荷；Np軸承載荷；NQUOTE對于球軸承，取QUOTE3；對于滾子軸承，取QUOTE因為根據(jù)實際情況，該軸承所采用的潤滑方式為脂潤滑，查表7－2－82可得，轉速QUOTE由于所選的軸承為推力球軸承，故e=3查表7－2－82可得，c=69.2KN根據(jù)前面的計算結果可得，QUOTE則：QUOTE4-7QUOTEQUOTEQUOTEQUOTE故所選的軸承可滿足使用壽命要求。4.2滑動螺旋傳動的選擇設計計算4.2.1滑動螺旋傳動的螺紋基本尺寸和精度要求滑動螺旋傳動的螺紋通常分為梯形、鋸齒型和矩形三種，它們的特點、使用場合、基本尺寸和精度等級可詳見《機械設計手冊》第二卷。其中梯形螺紋的應用最為廣泛。本次設計的絲杠所選用的螺紋即為梯形螺紋。鋸齒螺紋主要用于單向受力。矩形螺紋雖傳動效率較高，但加工較為困難，且強度較低，應用比較少。4.2.2絲杠的設計計算由于導向輪在提升過程中，是用手動來實現(xiàn)的，故其轉速比較低，所以螺桿的材料不妨選45鋼。經調質處理，QUOTE，由表12－1－10中式12－1－1可得：QUOTE4-8由于是手動，故可取QUOTE，螺母材料可選ZCuAl10Fe3。由表12－1－10可得：QUOTE，不妨取QUOTE，QUOTE不妨取QUOTE。因為導向輪是做低速運轉，由表12－1－9查得：QUOTE，不妨取QUOTE（2）按耐磨性計算螺紋中徑由表12－1－14中公式（2），取QUOTE蠁蠁=1.7，QUOTE4-9由GB5796.3－1986（見第2卷）可選d=48,R=8,QUOTE，QUOTE，QUOTE，QUOTE,的梯形螺紋，中等精度，螺紋副標記為QUOTE。螺母高度QUOTE不妨取QUOTE。則螺紋圈數(shù)QUOTE（3）自鎖性驗算由于是單頭螺紋，導程S=P=8mm,QUOTE4-10由表12－1－7鋼對青銅f=0.08~0.10,不妨取f=0.09,故可得：QUOTE4-11QUOTE故自鎖可靠。（4）螺栓強度驗算由表12－1－3可得，螺紋摩擦力矩QUOTE代入表12－1－4之式（4）得：QUOTE4-12QUOTEQUOTE（5）螺母螺紋強度驗算因螺母材料強度低于螺桿，故只需驗算螺母螺紋強度即可。由表12－1－4得：牙根寬度b=0.65R=0.65′8=5.2mm基本牙高H＝0.5R＝0.5′8＝4mm代入表12－1－4中式（6）及式（7）得：QUOTE4-13QUOTE4-14故螺母螺紋強度也滿足要求。（6）螺桿的穩(wěn)定性驗算由導向輪的裝配圖可知，螺桿上部安裝手柄處的高度QUOTE不妨取QUOTE，則螺桿最大工作長度l應為最大起重高加QUOTE，故l=200+90=290mm。由表12－1－4，QUOTE，QUOTE。按一端固定一端自由從表12－1－5可得u=2。由表12－1－4中式（8）計算臨界載荷QUOTE，可得:QUOTE4-15QUOTEQUOTE因為QUOTE,故能滿足穩(wěn)定性要求。（7）效率驗算由表12－1－4得，螺桿頂部與內套圈為推力球軸承，當效率為0.95時,根據(jù)式12－1－9得：ηQUOTE4-15QUOTEQUOTE=36.2%=36.2%因系手動，故螺桿的剛度及橫向震動可以不予驗算。第五章泵送混凝土技術經濟分析泵送混凝土泵送技術在我國的應用前景非常廣泛，我國對混凝土泵的發(fā)展也十分重視，自動化及高科技混凝土泵均處在發(fā)展和研制階段。并在此基礎上深入的開展混凝土泵排量測量系統(tǒng)和智能化控制的方法研究。對混凝土泵的排量進行實時計量、工作狀態(tài)進行監(jiān)測和故障檢測等，進一步完善混凝土泵的功能，開發(fā)高性能的混凝土泵，是目前要研究的主要課題。下一步的發(fā)展方向主要是要能做到泵送計量化，報表生成化，工況檢測，故障診斷和整機控制進行優(yōu)化，努力做到測控一體化。泵送技術將為整個泵車的電氣化改造打下基礎，同時使得建筑施工雙方的結算和協(xié)調更加有據(jù)可查，規(guī)范建筑市場，提高施工質量。從技術角度分析和展望來看，泵送混凝土中計量技術可以和網(wǎng)絡技術相結合，把施工過程中的各種檢測數(shù)據(jù)和所需數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)絡傳輸?shù)娇刂茩z測中心，可以用一個中央工作站監(jiān)控許多輛泵車的工作情況，做到全局指揮和協(xié)調，增加泵車本身的附加值，為國家相關建筑施工監(jiān)測部門提供自己監(jiān)測資料。從國民經濟的角度來看，泵送混凝土技術具有十分顯著的優(yōu)點，是其他形式的產品所無法比擬的。比如：它能一次連續(xù)地完成水平運輸和垂直運輸，傳輸距離長、輸送排量大，二三百米的高層建筑可以一泵到頂，上萬立方米的大型基礎也能在短時間內澆筑完畢，具有效率高、勞力省、費用低的等顯著優(yōu)點。綜合以上分析，混凝土泵的產生和使用，是符合我國國情的，同時具有很好的經濟性，在未來的建設之中一定能起到良好的作用。尤其我國是一個能源供需矛盾相當緊張的發(fā)展中國家，現(xiàn)在和未來建材工業(yè)必須走節(jié)能底耗的發(fā)展道路。將泵送混凝土技術作為一個研究課題，由于它具有良好的前景和技術可實現(xiàn)性，應該進一步深入研究，還應使其進一步產品化，市場化?？傊瑢⑵渥鳛橐粋€科研項目，是比較客觀的。第六章結論隨著二次工業(yè)革命的興起，商品混凝土泵技術也得到了很大的發(fā)展，從1907年第一臺混凝土泵的出現(xiàn)到現(xiàn)在已有100多年的歷史。與其他慣用地輸送機械不同的是，它利用兩個液壓油缸交替工作，還充分利用了原動機的功率，從而使混凝土的輸送工作比較平穩(wěn)、連續(xù)，而且排量也大為增加。由于其效率高、勞力省、費用低、噪聲低、環(huán)保性能好等優(yōu)點，而且既可用于異地短距離作業(yè)，也可用于異地長距離連續(xù)作業(yè)等特點，越來越贏得建筑行業(yè)的青睞。本文是對JHTB70Ⅱ商品混凝土拖泵的整體及機架系統(tǒng)方面進行設計。設計時主要完成了以下幾個方面：一：針對以前一些廠家所生產的混凝土拖泵的外罩在使用一段時間后所出現(xiàn)的一些問題，比如說重量問題、外觀問題等等，在原來的基礎上進行了一些相關地改進。具體地可以從外罩地外部幾何形狀，外罩所選用地材料兩方面著手進行解決。最后綜合各方面地因素，所選擇地材料為45＃。二：外罩地內部構架采用了幾根槽鋼和角鋼相互之間搭建而成。各槽鋼、角鋼之間采用如何地布局，選用什么型號，什么材料是這一部分地設計重點。本文采用了各角鋼和槽鋼相互錯開地布局方式，所選用地材料為：Q235A的冷彎等邊角鋼（GB/T6723-1986）和冷彎方形空心型鋼（GB/T6728-1986）。三：為了減輕整個外罩地重量，油箱采用了直接用鋼板“圍”地形式來解決。四：在進行整車設計時，文中采用了把風扇和外罩做成一個整體，分別用4根角鋼連接。這樣做地目的主要是為了進一步減少罩內地空間大小。五：在進行導向輪設計時，為了滿足其傳動要求，選擇了合金鋼45＃作為絲杠地材料。六：在進行導向輪設計時，由于傳動軸只有受到單向地軸向載荷（徑向載荷可以不予考慮）故選用了單向推力球軸承（51308型）。在設計過程中也存在著一些難題，例如，在電動機、泵、水箱擺放時，由于泵伸出地各油管比較多（有些還是雙聯(lián)泵），而整個空間又有限，所以在設計時救顯得比較復雜，一旦系統(tǒng)中某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，將會影響整個混凝土泵的正常運轉。因此，需要合理地擺放各部件。這些都是設計、制造、安裝和操作時需值得注意的問題。參考文獻：[1]王忠杰.機械設計手冊.北京：化工工業(yè)出版社，2002年[2]趙志絡，趙帆.混凝土泵送施工技術[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006年[3]顏皓.混凝土泵車發(fā)展概況與選型[J].建筑機械，機械工業(yè)出版社，2003年[4]周迎春.泵車發(fā)展趨勢淺談[[J].建設機械技術與管理，北京：機械工業(yè)出版社，2000年[5]機械設計手冊（上冊），第二版，北京：化工工業(yè)出版社，2007年[6]S.Buzzi、theHORMILL-anewmillforfineCcomminution，Z.K．G.，No．3,2008：127—138.[7]機械零件設計手冊（上下），北京：冶金工業(yè)出版社，2002年[8]張國忠.現(xiàn)代混凝土泵車及施工應用技術[M].北京:中國建材工業(yè)出版社，2004年[9]成大先.機械設計手冊.（極限與配合），北京：化工工業(yè)出版社，2007年[10]趙汝嘉.機械設計手冊.機械工業(yè)出版社，2005年2月附錄一論文簡介1.1簡介液壓這個詞源于希臘的hydor”(水)“aulos”(管)。液壓傳動是用來描述傳動與控制力之間作用的一種方法。流體力學理論研究的是有關表面或者整體(流體力學)在靜止時(流體靜力學),或在運動中的液體。液壓傳動是以液體為介質的傳動。利用液體來實現(xiàn)這個目的而被稱為液壓傳動?，F(xiàn)如今液壓被廣泛使用在各個領域，在今天液壓液體的消耗占世界的總消費量的重要組成部分，它是一種優(yōu)質的礦物油,大約每年100萬噸約占總數(shù)的10%。礦產石油產品代表超過90%的液壓介質;其余的是各類水性的液體和合成油品。目前大部分的工業(yè)國家在使用他們自己的自然資源,但是工業(yè)利用液壓液體在快速增長，所以發(fā)展中國家在廣闊的未來潛在需求的存在。圖表SEQ圖表\*ARABIC1:在靜壓系統(tǒng)能量轉換。液壓流體靜態(tài)被大多數(shù)工業(yè)行業(yè)所應用，如移動通信系統(tǒng)的傳輸設備、挖掘機,推土機等)。出口的70%—80%液壓利用流體靜態(tài)工業(yè)設施。一些比較重要的大型系統(tǒng),必須符合質量要求才能用于專業(yè)移動系統(tǒng)和航天航空以及軍事應用。圖1.2相對的尺寸的元件組。舉例并說明了液壓傳動功率在圖1.1的基本原則,在那里的輸入之電力、熱能轉變液壓能源,又回去改變動力機械的生產系統(tǒng)。電力傳輸?shù)姆绞接绊慹nergy-converting單位能轉換機械和液壓能源輸出inputand安裝。功能流體的循環(huán)液壓電路、運輸ehergy之間的輸入和輸出單位。主要優(yōu)點之一是液壓傳輸相對溫和的尺寸的能量轉換的單位(油壓泵和電機)相對于能源轉換器在其他地方(圖1.2)。能量傳遞和轉換的單位的之間不應該按照流體流體水壓或流體動力的原則(圖1.3和1.4)。1.1.1靜壓系統(tǒng)電力傳輸是受靜壓系統(tǒng)的液壓油壓力的影響，主成分是:1液壓泵創(chuàng)造所需的工作壓力,2軟管輸送管道和變化的流量之間組成,3各種類型的閥門控制水流方向、壓力和數(shù)量。4轉換的流體壓力線性機械工作,例如在一個液壓或啟動航天器的副翼上,5液壓馬達轉換的流體壓力應用于機械工作的驅動輪,如:林業(yè)機械或海洋絞盤。圖13一個靜壓系統(tǒng)。1.1.2動力系統(tǒng)一個水動力系統(tǒng)包括離心泵(“葉輪”)加速輸送流體攻擊一個渦輪轉子斜葉片(車輪)。在簡單的流體耦