混凝土輸送泵車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、56 產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計(jì) 機(jī)械 2010年第10期 總第37卷收稿日期:2010-06-09混凝土輸送泵車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)王文紅,秦艷(沙洲職業(yè)工學(xué)院 機(jī)電工程系,江蘇 張家港 215600摘要:在介紹混凝土泵送工作原理的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了混凝土輸送泵車的液壓原理圖,并詳細(xì)分析了主泵送系統(tǒng)、換向系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、水洗系統(tǒng)各部分的工作原理,其中液壓元件選用德國(guó)力士樂公司油泵和閥組,使液壓系統(tǒng)具有:主泵的恒功率特性在泵送阻力變化大時(shí)具有高效率的特點(diǎn),其壓力切斷和液壓行程限制功能使系統(tǒng)更加安全可靠;恒壓泵與蓄能器配合的換向系統(tǒng)使換向迅速且液壓沖擊小;攪拌系統(tǒng)具有卡料自動(dòng)反轉(zhuǎn)功能以及手動(dòng)反轉(zhuǎn)功能;同時(shí)具有正泵時(shí)發(fā)生

2、堵管自動(dòng)反泵、高低壓兩種泵送方式等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:混凝土輸送泵車;液壓系統(tǒng);主泵送系統(tǒng);換向系統(tǒng);攪拌系統(tǒng);水洗系統(tǒng)中圖分類號(hào):TH137 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-0316 (2010 10-0056-04The design of hydraulic system for the vehicle of concrete pumpingWANG Wen-hong ,QIN yan(Mechanical & Electrical Engineering Department ,Shazhou Professional Institute of Technology ,Zhang

3、jiaxiang 215600,China Abstract :This paper introduces the pump transport work theory of the vehicle of concrete pumping, designs the schematic diagram of the vehicle of concrete pumping hydraulic system and analyses the working theory of main pump transport system, exchange system, mixing system and

4、 water washing systems in detail. Hydraulic components are adopted from German Rexroth oil pump and valve box, which makes hydraulic system have the following properties: main pumps constant-power characteristics have high efficiency though the resistance of pump transport change highly, and the sys

5、tem become more reliable because of the functions of pressures cutting off and hydraulic stroke restriction; the reversing system of constant pressure pump combined with accumulator makes reversing rapidly and the hydraulic impact is low; the mixing system has the function of manual inversion and au

6、tomatic inversion when the material is jammed; the pump has auto reversal function because of pipe blockage and has two high-low pressure pump transport methods.Key words :vehicle of concrete pumping ;hydraulic system ;main pump transport system ;exchange system ;mixing system ;water washing system在

7、建筑業(yè)中混凝土的輸送(特別是往大型工地輸送,是相當(dāng)繁重而勞累的?；炷凛斔捅密囀窃谄嚨妆P上設(shè)計(jì)安裝了一套混凝土輸送液壓驅(qū)動(dòng)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)混凝土的攪拌、輸送、運(yùn)輸,可將混凝土遠(yuǎn)距離連續(xù)地輸送到澆注地,能提高施工效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低成本費(fèi)用等。廣泛應(yīng)用于高層建筑、混凝土堤壩、道路、橋梁和其它大型混凝土結(jié)構(gòu)的建筑施工中?；炷凛斔筒捎靡簤候?qū)動(dòng),液壓系統(tǒng)是整機(jī)的重要部分,影響到機(jī)器的工作性能。下面對(duì)混凝土輸送泵的泵送工作原理、混凝土的攪拌、輸送、清洗等液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。1 混凝土輸送泵的泵送工作原理混凝土輸送泵常采用液壓活塞結(jié)構(gòu),其主要包括兩只主油缸、兩只混凝土缸、兩只擺動(dòng)油缸、分配閥(又稱S

8、擺管、換向機(jī)構(gòu)、料斗等,其中,兩只混凝土缸的活塞分別與兩只主油缸活塞桿連接。如圖1(a 所示,泵送混凝土?xí)r,在主油缸作用下,混凝土缸活塞1前進(jìn),混凝土缸活塞6后退。機(jī)械 2010年第10期 總第37卷 產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計(jì) 57同時(shí),在擺動(dòng)油缸作用下,S 擺管與混凝土缸2連通,另一只混凝土缸5與料斗連通。這樣混凝土缸活塞6后退便將料斗內(nèi)的混凝土吸入混凝土缸5,混凝土缸活塞1前進(jìn),將混凝土缸2內(nèi)的混凝土送入S 擺管泵出。當(dāng)混凝土缸活塞6后退至行程終端時(shí),觸發(fā)換向裝置,主油缸換向,同時(shí)擺動(dòng)油缸換向,使S 擺管與混凝土缸5連通,混凝土缸2與料斗連通,這時(shí)活塞1后退,使混凝土缸2吸入混凝土,活塞6前進(jìn),將混

9、凝土缸5內(nèi)的混凝土送入S 擺管泵出,如圖1(b 所示。如此循環(huán),從而實(shí)現(xiàn)混凝土連續(xù)泵送。 反泵工況,如圖1(c 所示,使處在吸入行程的混凝土缸與S 擺管連通,處在推送行程的混凝土缸與料斗連通,從而將管路中的混凝土抽回料斗。當(dāng)正常泵送過程中遇到輸送阻力增大,輸送管路有賭塞時(shí),用反泵工況來排堵。(a 正泵工況 (b 正泵工況(主油缸換向 (c 反泵工況1、6.混凝土缸活塞2、5.混凝土缸 3.料斗 4.S 擺管 圖1 正泵工況與反泵工況2 混凝土輸送泵車液壓系統(tǒng)混凝土輸送泵車由混凝土泵送系統(tǒng)、換向系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、水洗系統(tǒng)、泵車支撐系統(tǒng)等組成。其液壓原理如圖2所示。2.1 主泵送系統(tǒng)主泵送系統(tǒng)完成吸

10、送混凝土,其液壓系統(tǒng)主要包括主泵2、電液換向閥5、溢流閥4、泵送主油缸等組成。當(dāng)YA1、YA2失電,主油泵輸出的壓力油經(jīng)電液換向閥5中位卸荷,當(dāng)YA1得電,電液換向閥5左位工作時(shí),壓力油向主油缸供油。兩只主油缸采用串聯(lián)聯(lián)接,在主油泵壓力油作用下,一缸前進(jìn)另一缸后退。當(dāng)活塞運(yùn)行到行程終點(diǎn)時(shí),觸發(fā)換向裝置,YA1失電YA2得電,電液換向閥5右位工作。由于壓力油方向改變,從而使主油缸活塞運(yùn)動(dòng)方向改變,實(shí)現(xiàn)主油缸活塞的交替前進(jìn)后退。主油泵選用恒功率控制的軸向柱塞斜盤式變量泵,在恒功率區(qū)域內(nèi),當(dāng)混凝土管路中壓力升高時(shí),主泵斜盤傾角會(huì)自動(dòng)減小,排量減小,而功率保證為恒定值,使電動(dòng)機(jī)不至于過載,功率利用高。

11、該泵還帶有附加的液壓行程限制器和壓力切斷裝置。主油泵的控制壓力由恒壓泵9輸出,通過減壓閥17,使壓力在一定范圍內(nèi)變動(dòng),則主油泵輸出排量在最小V g min 和最大V g max 范圍內(nèi)無級(jí)變化;當(dāng)泵送油壓超過系統(tǒng)額定壓力32 MPa 時(shí),壓力切斷裝置使主泵斜盤回到零位,主泵排量為零,泵送作業(yè)停止。溢流閥4為安全閥,其壓力設(shè)定值可比壓力切斷值高約12 MPa ,主油泵在任何條件下都不會(huì)出現(xiàn)高壓溢流,從而消除系統(tǒng)中的最大發(fā)熱源。17.主泵送系統(tǒng)元件 818.換向系統(tǒng)元件1927.攪拌系統(tǒng)元件 2841.水洗系統(tǒng)元件圖2 液壓原理圖2.2 換向系統(tǒng)換向系統(tǒng)使S 擺管與主泵送液壓缸交替換向,其液壓系統(tǒng)

12、主要包括恒壓泵9、單向閥10、蓄能器14、溢流閥11、電液換向閥12、卸荷開關(guān)15、擺動(dòng)油缸等組成。當(dāng)YA3、YA4失電,電液換向閥12閥芯處在中位時(shí),恒壓泵9泵出的油經(jīng)單向閥10、單向節(jié)流閥13進(jìn)入蓄能器,當(dāng)蓄能器內(nèi)壓力達(dá)到18 MPa 時(shí),恒壓泵內(nèi)的壓力控制閥作用,使伺服缸通過連桿推動(dòng)油泵斜盤,減小油排量,達(dá)到節(jié)能目的。當(dāng)YA3得電,一擺動(dòng)油缸接通,蓄能器14內(nèi)儲(chǔ)存的壓力油經(jīng)單向節(jié)流閥13和恒壓泵泵出的油一起進(jìn)入擺動(dòng)油缸,推動(dòng)S 擺管擺動(dòng)。當(dāng)YA4得電,另一擺動(dòng)油缸接通,推動(dòng)S 擺管向相反方向擺動(dòng)。溢流閥11起安全閥作用。蓄能器的作用是使S 擺管迅速換位(交替與兩個(gè)混凝土缸接通與斷開,并減

13、小系統(tǒng)壓力波動(dòng)。正泵工作時(shí),電磁鐵YA1、YA3與YA2、YA4交替得電,自動(dòng)完成混凝土泵送。當(dāng)泵送過程中遇到輸送管道堵塞時(shí),輸送阻力增大,液壓系統(tǒng)負(fù)荷劇增,當(dāng)壓力達(dá)到一定值,壓力繼電器7發(fā)出信號(hào),自動(dòng)切換到反泵狀態(tài),電磁鐵YA1、YA4與YA2、YA3交替得電,反泵狀態(tài)持續(xù)設(shè)定時(shí)間(一般為4 6個(gè)工作循環(huán),自動(dòng)恢復(fù)到正泵狀態(tài)。2.3 攪拌系統(tǒng)攪拌系統(tǒng)對(duì)料斗里的混凝土進(jìn)行攪拌,其液壓系統(tǒng)由齒輪泵19、溢流閥20、手動(dòng)換向閥21、液動(dòng)換向閥22和23、順序閥24、攪拌馬達(dá)等組成。齒輪泵泵出的液壓油經(jīng)手動(dòng)換向閥21、液動(dòng)換向閥22,再到達(dá)液壓馬達(dá)使其旋轉(zhuǎn),馬達(dá)則帶動(dòng)料斗中的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)以達(dá)到攪拌混凝土

14、的目的。當(dāng)攪拌葉片被混凝土中的粗骨料卡住時(shí),攪拌油路系統(tǒng)壓力升高,當(dāng)達(dá)到順序閥24的開啟壓力時(shí),高壓油經(jīng)阻尼孔25釋放部分壓力,通過單向閥26控制液動(dòng)換向閥23換向,再控制液動(dòng)換向閥22換向,馬達(dá)26反轉(zhuǎn),使卡住攪拌葉片的骨料脫落。馬達(dá)反轉(zhuǎn)后,順序閥處24于回油支路,壓力降低,該閥關(guān)閉。由于阻尼孔27、25的卸壓,液動(dòng)換向閥23的控制壓力慢慢消失,在復(fù)位彈簧的作用下,使液動(dòng)換向閥23復(fù)位有一個(gè)延時(shí)的過程以控制攪拌軸適當(dāng)?shù)姆崔D(zhuǎn)時(shí)間。閥23一旦復(fù)位,閥22隨之復(fù)位,馬達(dá)26又重新正轉(zhuǎn)。攪拌馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)由液動(dòng)來完成自動(dòng)控制。當(dāng)自動(dòng)控制無法排除葉片卡料引起的故障時(shí),可通過手動(dòng)換向閥21(控制攪拌軸的正

15、反轉(zhuǎn)時(shí)間來排除故障,以保證混凝土泵的正常工作。2.4 水洗系統(tǒng)水洗系統(tǒng)完成清洗混凝土輸送管道及泵體,其液壓系統(tǒng)由齒輪泵29、溢流閥30、手動(dòng)換向閥31、兩個(gè)液動(dòng)換向閥32和33、六個(gè)單向閥3641、頂桿式換向閥34、水洗油缸和水缸等組成。水洗油缸和水缸串聯(lián)。將手動(dòng)換向閥31打到右位,水洗系統(tǒng)啟動(dòng),液動(dòng)換向閥32和33都在右位(圖2所示位置,水洗油缸活塞左行,水缸活塞也左行,經(jīng)單向閥39吸水,單向閥40排水。此時(shí),節(jié)流閥35處于低壓狀態(tài),當(dāng)油缸活塞到達(dá)終點(diǎn)時(shí),節(jié)流閥35處在油缸活塞右端,與高壓油路相通,經(jīng)單向閥36使閥33右位工作,閥32也右位工作,油缸活塞右行,水缸活塞也右行,經(jīng)單向閥38吸水

16、,單向閥41排水。當(dāng)油缸活塞右行到終點(diǎn)時(shí),頂桿式二位三通閥換向,控制油液使閥33左位工作、閥32左位工作,油缸活塞左行。如此循環(huán),實(shí)現(xiàn)水缸連續(xù)吸排水,其輸出水壓與水洗油缸工作壓力及油缸和水缸的有桿腔、無桿腔面積有關(guān)?；炷凛斔捅密囍蜗到y(tǒng)與汽車起重機(jī)雷同,采用工作溫度高于65 ,工作性能仍穩(wěn)定的PLC控制。3 液壓系統(tǒng)特點(diǎn)(1同一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)三個(gè)液壓泵在混凝土泵送過程中,主油缸、擺動(dòng)油缸與攪拌馬達(dá)連續(xù)工作,而水洗油缸在泵送作業(yè)結(jié)束后清洗用。所以,水洗系統(tǒng)由單獨(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),而將主泵送系統(tǒng)、換向系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)分別由主泵、恒壓泵和副泵驅(qū)動(dòng),三個(gè)油泵均選德國(guó)力士樂公司原裝件,分別是A11VO250LRD

17、H2/11R-NZD12K02、A10VO28DR/31R-PSC62K01和1PF2G2-4X/ 020RR20 MR,三者采用通軸傳動(dòng)由同一電機(jī)驅(qū)動(dòng),結(jié)構(gòu)緊湊,便于控制。(2恒壓泵與蓄能器配合的換向系統(tǒng)換向系統(tǒng)由恒壓泵驅(qū)動(dòng),流量能根據(jù)負(fù)載需要自動(dòng)調(diào)整。其壓力調(diào)定為18 MPa。當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到壓力調(diào)定時(shí),因此時(shí)擺缸還沒有動(dòng)作,變量泵斜盤傾角回到零位,幾乎沒有流量排出,避免液壓泵功率損失。當(dāng)擺缸動(dòng)作時(shí),系統(tǒng)壓力迅速降低,變量機(jī)構(gòu)控制泵斜盤傾角很快變到最大位置,給擺缸提供足夠的壓力油;同時(shí),當(dāng)擺缸開始動(dòng)作時(shí),由蓄能器儲(chǔ)存的能量能在瞬間向系統(tǒng)提供大流量的高壓油,使擺缸獲得快速運(yùn)動(dòng)。(3主油缸TR機(jī)

18、構(gòu)主油缸裝有TR機(jī)構(gòu),當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到節(jié)流閥和單向閥之間時(shí),高壓油通過節(jié)流閥、單向閥,進(jìn)入活塞的另一側(cè),使高低壓油腔溝通。此TR裝置有三個(gè)目的:使活塞換向更加及時(shí),可充分利用液壓缸有效行程,防止活塞和缸底碰撞。為活塞換向運(yùn)行作準(zhǔn)備,緩解了換向沖擊。為封閉腔自動(dòng)補(bǔ)油,保證活塞行程不變短。(4低壓大排量與高壓小排量?jī)煞N泵送方式由于主油缸采用單桿活塞式液壓缸,兩受壓面積不同,當(dāng)有桿腔進(jìn)油時(shí),為低壓、(下轉(zhuǎn)第68頁動(dòng)越強(qiáng)烈,在接觸外層的金屬層上的剪切變形量也越大,從而硬化作用越強(qiáng),表面維氏硬度越高。故擠壓件表面維氏硬度HV 與擠壓成形功和最大成形力變化趨于一致。圖5 工件表面與模具表面接觸示意圖3 結(jié)論以

19、粒徑為2030 nm 的Fe 3O 4納米粒子作為添加劑加入52#汽缸油,并應(yīng)用于鈦合金冷擠壓成形,論文研究了Fe 3O 4納米粒子含量對(duì)擠壓件擠壓成形力和成形功、表面質(zhì)量及表面維氏硬度的影響,得到以下主要結(jié)論:(1潤(rùn)滑油中Fe 3O 4納米粒子含量對(duì)鈦合金小變形量擠壓的擠壓成形力和成形功、表面粗糙度Ra 和維氏硬度的影響規(guī)律一致,均隨納米粒子含量的增加先降低后變大。(2潤(rùn)滑油中Fe 3O 4納米粒子含量為8%時(shí)可最大程度的降低擠壓成形力和成形功,較之52#汽缸油潤(rùn)滑擠壓成形力降低約18.9%,成形功降低16.3%;同時(shí)成形件獲得最優(yōu)的表面質(zhì)量,其Ra 值最低,較采用52#汽缸油降低44.5%

20、;擠壓件表面維氏硬度HV 達(dá)到最低值285.7,較52#汽缸油潤(rùn)滑HV 降低9.5%,可降低擠壓件表面的殘余應(yīng)力。參考文獻(xiàn):1Z.SHU et al. Study on Antiwear and Reducing Friction Additive of Nanometer Ferric Oxide J. Tribology International ,1998,31(7:355-360.2夏延秋,等. 納米級(jí)金屬粉對(duì)潤(rùn)滑油摩擦磨損性能的影響J. 潤(rùn)滑與密封,1999,(3:33-34.3ALEXANDROV S N. Method of treatment of friction surf

21、aces offriction unitsP.World Patent ,WO 01/38466.20010531.4L.Rapoprt ,V.Leshchinsky ,et al. Tribological properties of WS2 nanoparticles under mixed lubricationJ. Wear ,2003,255(part2:785-793.5王向中,王毓民. 納米陶瓷潤(rùn)滑油添加劑潤(rùn)滑機(jī)制研究J. 潤(rùn)滑與密封,2009,34(6:85-88.6董偉達(dá). 金屬磨損自修復(fù)材料J. 汽車工藝與材料,2003,(5:3134.8黃文治,等,譯. 摩擦學(xué)原理和應(yīng)用M. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1982:35-37.9Research Group on Wear of Engineering Materials. Glossary of Terms and Definitions in the Field of Friction ,Wear and Lubrication-TribologyM. Paris