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圖書分類號：
密 級：
畢業(yè)設計(論文)
混凝土泵車回轉支承及回轉底座部分設計
THE DESIGN OF CONCRETE PUMP TRUCK TURN-OVER PAYS TO ACCEPT AND THE TURNS ROUND BASE PART
學生姓名
王 飛
學院名稱
機電工程學院
專業(yè)名稱
機械設計制造及其自動化
指導教師
仇文寧
2008年
06月
02日
徐州工程學院畢業(yè)設計(論文)
徐州工程學院學位論文原創(chuàng)性聲明
本人鄭重聲明： 所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經注明引用或參考的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標注。
本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。
論文作者簽名： 日期： 年 月 日
徐州工程學院學位論文版權協(xié)議書
本人完全了解徐州工程學院關于收集、保存、使用學位論文的規(guī)定，即：本校學生在學習期間所完成的學位論文的知識產權歸徐州工程學院所擁有。徐州工程學院有權保留并向國家有關部門或機構送交學位論文的紙本復印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學院可以公布學位論文的全部或部分內容，可以將本學位論文的全部或部分內容提交至各類數據庫進行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。
論文作者簽名： 導師簽名：
日期： 年 月 日 日期： 年 月 日
III
摘要
混凝土泵車在建筑施工作業(yè)中, 以其節(jié)省勞動力施工速度快、澆筑質量高等一系列優(yōu)點受到人們的普遍重視,現己成為建筑施工過程中不可缺少的機械設備。本文首先介紹了泵車結構和特點以及工作原理，重點對泵車的穩(wěn)定性、底座和回轉支承部分進行了校核和設計，通過對泵車的傾翻力矩和穩(wěn)定力矩的比較從而確定整車的穩(wěn)定性，對回轉支承的受力載荷和受力分析以及強度校核最終確定選擇雙排球的回轉支承，這種回轉支承有上、下兩排滾動體，它具有較大的接觸壓力角，同其它形式的回轉支承相比能承受很大的軸向載荷和傾翻力矩，回轉底座部分通過對危險截面的強度校核以確定回轉底座的材料，設計為了保證其回轉底座的結構緊湊可靠在其內部設計了油箱和水箱，在凝土泵車回轉區(qū)域由于連接回轉支撐及回轉減速機，為了保證回轉減速機及回轉支撐具有良好的嚙和特性，回轉部位均設計具有較大的剛度，在該區(qū)域的設計廣泛采用的辦法是薄座圈板加筋增加整體剛性的辦法以及厚座圈鋼板的連接方法，主體結構部分通過焊接完成。
關鍵詞：混凝土泵車；傾翻力矩；穩(wěn)定力矩；回轉支承；回轉底座；
Abstract
The concrete pump car is in the building the construction the homework, with it economical labor force construction speed quick, sprinkle to build quality a series of advantage is widespreadly valued by people, personal become a building construction process now in indispensability of machine equipments. With the modern science technical quick development, pump car the application is more and more wide in the modernization the building the production line.This text first introduced a pump car structure and characteristics and work principle, point to pump car of stability, base and turn-over paid to accept part to carry on a check and design, through to pump car of the tipping gear moment and stability moment of more and thus make sure the whole car of stability, to the turn-over pay to accept of is carry by dint lotus and is analyze by dint and the strength check an end and certain choice double the turn-over of the volleyball pay to accept, this kind of the turn-over pay accept up, the next two rowses roll over a body, it have bigger contact pressure cape, the turn-over of together other forms pay accept compare can bear very big stalk to carry lotus and tipping gear moment, turn round a base part pass to dangerous piece noodles of strength check with material of make sure the turn-over base, design for promise the structure tightly packed credibility that it turns round a base at it internal designed fuel tank and water tank, pump car turn-over district because of conjunction the turn-over prop up and turn round deceleration machine, for promising turn-over deceleration machine and turn-over prop up to have good and characteristic and turn round part to all design to have bigger just degree, in the design of that district extensively adopt of the way be the conjunction method that thin turn plank adds the increment whole and rigid way and thick turn steel plate, corpus structure part pass to weld completion.
.
Keywords The concrete pump truck The tipping gear moment The stability moment
The angulation bearing The swinging base
徐州工程學院畢業(yè)設計(論文)
目 錄
1 緒 論 1
1.1前言 1
1.2國外的泵車研究現狀和發(fā)展趨勢 1
1.3我國的研究現狀和發(fā)展趨勢 2
1.4 國內外混凝土泵車技術水平比較 3
1.5 混凝土機械發(fā)展趨勢 4
1.6 泵車現代設計方法概述 4
2 泵車組成、工作原理及技術參數確定 6
2.1混凝土泵車的基本組成與構造 6
2.1.1混凝土泵車基本組成 6
2.1.2混凝土泵車構造 6
2.2 泵車的工作原理 7
2.3 泵車的主要技術參數的確定 8
3混凝土泵車底架設計特點及整體設計 10
3.1混凝土泵車底架結構的特點及主要連接方式 10
3.2混凝土泵車底架設計制造中的難點及重點 10
3.3設計優(yōu)化理論和計算方法在設計、制造中的應用 11
3.4混凝土泵車底架結構的發(fā)展趨勢 12
4 混凝土泵車的穩(wěn)定性 13
4.1 布料桿的組成及結構形式 13
4.1.1 布料桿 13
4.1.2 布料桿的結構 13
4.1.3 布料桿的形式 13
4.2 部件重心的計算 14
4.3 泵車工作時的穩(wěn)定性計算 16
4.3.1布料桿傾翻力矩的計算 16
4.3.2 布料桿的穩(wěn)定力矩的計算及穩(wěn)定性判斷 17
5 回轉支承的設計 19
5.1回轉支承裝置的作用 19
5.2回轉支承裝置的類型 19
5.3 回轉支承裝置的選擇 19
5.3.1 載荷的確定 19
5.3.2 回轉支承的受力分析 20
5.4 回轉支承選型 23
5.5 回轉支承裝置的強度計算 24
6 回轉底座的焊接加工工藝 26
6.1焊接的特點、分類及其應用 26
6.1.1 焊接 26
6.1.2 焊接成型技術的特點 26
6.1.3 焊接方法及分類 27
6.2 計算校核底座與支腿連接處的強度 27
6.2.1 剛性支承體系 27
6.2.2 柔性支承體系 27
6.2.3 支腿反力計算以及危險截面的強度校核 28
6.3 回轉底座的整體焊接 30
6.3.1 回轉底座的結構特點 30
6.3.2 焊接裝配前的準備 31
6.3.3 焊接中的定位焊 31
6.4 回轉底座的主體焊接 32
6.5 回轉底座油箱和水箱的焊接 36
6.6 焊接質量檢驗 37
6.6.1 焊接質量檢驗的重要性 37
6.6.2 焊接質量檢驗的過程 37
結論 39
致謝 40
參考文獻 41
附錄 42
附錄1 42
55
1 緒 論
1.1前言
混凝土泵車在建筑施工作業(yè)中，以其節(jié)省勞動力、施工速度快，澆筑質量高等一系列優(yōu)點受到人們的普遍重視，現己成為建筑施工過程中不可缺少的機械設備。它是將混凝土泵安裝在汽車底盤上或專用車輛上，使之成為具有較大機動性的混凝土輸送機械，其使用范圍遍及水利、水電、地鐵、橋梁、大型基礎、高層建筑和民用建筑等工程混凝土泵車也稱臂架式混凝土泵車，其型式定義為：將混凝土泵和液壓折疊式臂架都安裝在汽車或拖掛車底盤上，并沿臂架鋪設輸送管道，最終通過末端軟管輸出混凝土的機器。由于臂架具有變幅、折疊和回轉功能，可以在臂架所能及的范圍內布料。
目前，在國家重點建設項目的混凝土施工中都采用了混凝土泵車泵送技術，其使用范圍已經遍及水利、水電、地鐵、橋梁、大型基礎、高層建筑和民用建筑等工程中。近年來已經成為泵送混凝土施工機械的首選機型。
混凝土泵車可以一次同時完成現場混凝土的輸送和布料作業(yè)，具有泵送性能好、布料范圍大、能自行行走、機動靈活和轉移方便等特點。尤其是在基礎、低層施工及需頻繁轉移工地時，使用混凝土泵車更能顯示其優(yōu)越性。采用它施工方便，在臂架活動范圍內可任意改變混凝土澆筑位置，不需在現場臨時鋪設管道，可節(jié)省鋪助時間，提高工效。特別適用于混凝土澆筑需求量大、超大體積及超厚基礎混凝土的一次澆筑和質量要求高的工程，目前地下基礎的混凝土澆筑有80%是由混凝土泵車來完成的。
1.2國外的泵車研究現狀和發(fā)展趨勢
混凝土泵的研究最早開始于德國,1907年德國就開始研究混凝土泵, 并取得專利權。此后,1913年美國制造出混凝土泵樣機也取得專利。1930年德國制造了立式單缸的球閥活塞泵,這種泵靠曲柄和搖桿傳動, 工作性能較差,使用價值不大。1932年荷蘭人庫依曼( J - Ckooyman) 制造出臥式缸的庫依曼型混凝土泵, 成功的解決了混凝土泵的構造原理問題, 大大提高了工作的可靠性。此后混凝上泵即進入小規(guī)模的試用階段。第二次世界大戰(zhàn)之后, 各國陸續(xù)開始經濟恢復工作, 建筑工程規(guī)模日益擴大, 混凝土泵的銷路較好, 應用日漸增多。五十年代中葉, 聯(lián)邦德國的托克里特( Torkret) 公司首先發(fā)展了用水作為工作液體的液壓泵, 使混凝土泵車進入一個新的發(fā)展階段。1959年聯(lián)邦德國的施維英( Schwing) 公司生產出第一臺全液壓的混凝土泵,它用油作為工作液體來驅動活塞和閥門, 使用后用壓力水沖洗泵和輸送管。這種液壓泵功率大, 排量大,運輸距離遠, 可做到無級調節(jié), 泵的活塞還可逆向動作以減少堵塞的可能性, 因而使混凝土泵的設計、制造和泵送施工技術日趨完善。此后,為了提高棍凝土泵的機動性,在六十年代中期又研制了混凝土泵車, 并配備了可以回轉和伸縮的布料桿, 使混凝土泵的澆筑工作更加靈活多變。在活塞式混凝土泵不斷完善的過程中,美國的查倫奇一考克兄弟(Chollenge-Kbors) 公司于1963年又研制了一種新型的擠壓式混凝土泵。這種泵的工作原理與活塞式混凝土泵迥然不同,它是利用轉動的滾輪擠壓軟管中的混凝土混合物而進行輸送的。
混凝土泵按驅動方式分為活塞式混凝土泵和擠壓式混凝土泵兩種?；钊交炷帘檬菓米钤缫彩亲钣邪l(fā)展前途的一種混凝土泵。活式混凝土泵中,根據驅動力的不同,又有機械式活塞泵和液壓式活塞泵之分。擠壓式混凝上泵在六十年代后期盛行，但是由于這種混凝土泵的排量較小，輸送距離不如活塞式大，因而應用逐漸減少。
混凝土泵根據能否移動以及移動的方式分為固定式、拖動式和汽車式。汽車式混凝土泵, 其工作機構裝在汽車底盤上, 且都帶有布料桿, 移動方便, 機動靈活, 移至新的工作地點不需要進行太多準備工作即可進行澆筑, 因而是目前大力發(fā)展的機種。德國斯維英公司1965年開始生產混凝土泵車, 1968 年推出42m布料桿泵車。1982年該公司摒棄了剛注冊專利的“S”管閥后, 推出了裙閥。與“S”形管閥相比, 零部件受力情況得到改善, 閥室流道短, 結構緊湊, 并一直獨家享有其專利。
隨后在80年代中期, 德國的施維英公司又開發(fā)了臂長為50m的泵車, 并且產品已形成系列化。餛凝土泵車布料桿的垂直高度16～52m, 共13個品種, 其混凝土輸送量為56～150m3 /h, 布料桿節(jié)數有二節(jié)、三節(jié)、最多有四節(jié), 最大混凝土輸送壓力5.5～10.8MPa， 泵車底盤驅形式最大10X6。大中小機型規(guī)格齊全, 便于用戶選用。同時該公司亦很重視塔式臂架泵的開發(fā), 這種高大的泵送設備特別適用于工期較長的大型工程和在預制構件廠中裝備應用。德國普茨曼斯特公司生產的混土泵車布料桿的長度也有13種。布料桿的垂直高度16～62m, 布料桿節(jié)數最多為五節(jié); 混凝土輸送量66～200m3/h。該公司生產的M62型泵車, 臂架長度58m,五節(jié)臂,垂直布料高度62m,最大輸送量200 m3 /h、底盤形式12X6、總重62t, 是當今世界上最大的混凝土泵車。近年來普茲邁斯特公司生產了支承寬度僅為3m的混凝土泵車, 使泵車可在狹窄的建筑工地業(yè),該公司生產BRF2112H型泵車采用外斜支承, 減輕了整機重量，臂架的運動和泵的工作利用無線電遙控，采用了集中潤滑，液壓系統(tǒng)符合節(jié)能要求。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)，不斷地提高和完善控制功能，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，促進了混凝土泵車技術的進一步發(fā)展和完善。
1.3我國的研究現狀和發(fā)展趨勢
混凝土泵車在國內實際工程中大規(guī)模應用, 這只能從1979年算起。當時, 上海寶鋼工程從日本三菱重工引進了四部DC-5115B型混凝土泵車, 配以容量6m3 的混凝土運輸攪拌車, 在各種大型鋼筋混凝土工程上得到應用。其中包括混凝土量6910 m3 的轉爐基礎、4420 m3 的1號高爐基礎、2252m3 的汽輪機基礎、3283m3 的鍋爐基礎和3096m3的焦爐基礎等大型構筑物, 為我國大規(guī)模推廣應用及研究混凝土泵車打下了基礎。與此同時, 上海第八建筑工程公司仿制了前聯(lián)邦德國托克里特以水作為壓力介質的臂架式混凝土泵車。華東電力建設局設計的HBC-65型混凝土泵車, 1980年通過了技術鑒定。80年代, 國產泵車年產量約在50臺左右。1983年湖北建設機械廠投資150萬美元引進了日本石川島播磨的IPF85B型混凝上泵車, 研制生產了第一臺楚天牌HJC517085臂架式混凝土泵車, 并在1985年被國家經貿委確定為替代進口產品。1988年在引進的基礎上,研制生產了具有國產底盤的HBB85A型臂架式泵車并通過建設部鑒定, 此時國產化率達84%。同時, 利用這一技術開發(fā)的HBT60型拖式混凝土泵也于當年通過鑒定投產。該泵車用的集流閥組和混凝土分配閥于1990年分別在貴州183廠和湖北建機公司研制成功。
到80年代末期, 國產85B泵車在市場的保有量己達120臺量, 打破了我國泵送機械市場依賴進口設備的局面。90年代初期, 我國混凝土泵車系列化初具雛形。在1993～1994年期間, 湖北建機公司又與日本石川島播磨合作開發(fā)生產了具有高低壓切換功能的IPF100B - 8E27、IPG1158B - 8E32/4臂架式混凝土泵車、從而改寫了中國建筑市場上無大型國產混凝土泵車的歷史。與此同時, 內蒙古第二機械制造總廠與德國合作, 生產了NR524OTBC - RC臂架式混凝土泵車; 徐州混凝土機械廠與德國普茨邁斯特, 公司合作生產了BC90-32型臂架式混凝土泵車; 清沉工程機械總廠與日本三菱重工合作生產了HB80型臂架式混凝土泵車。至此我國自己生產的臂架式混凝土泵車, 呈現多品種、系列化雛形。但國產化率比較低，銷售價格比較昂貴。目前我國生產的混凝土泵車布料桿垂，直高度有17m、21m,、27m、 32m、 36m、37m、 42m、 47m臂架節(jié)數有三節(jié)和四節(jié)兩種； 混凝土輸送量有50 m3 /h、85 m3 /h、100 m3 /h、 ll8 m3 /h,、125 m3 /h；混凝土輸出壓力為4.6～8.2MPa。主要選用底盤驅動形式為4X2和6X4兩種型式的日本五十鈴、國產北方奔馳、斯太爾等汽車底盤。
泵車的臂架、底架、支腿，轉臺等主要鋼結構均采用高強度鋼板。液壓系統(tǒng)有開式和閉式兩種, 其中對主油缸與閥油缸的控制, 采用順序回路和卸荷回路。液壓系統(tǒng)中使用的各種閥的安裝形式有分離式、集成式和插裝式等多種。主油缸活塞的密封有多種形式, 主要采用“U”形密封圈、矩形密封圈、活塞密封圈、活塞環(huán)密封圈。泵車混凝土分配閥形式主要有閘板閥、“S”管閥兩種。同時在m提高混凝土分配閥的使用壽命、減少磨損等方面做出了大量的、卓有成效的研究工作。通過上述工作, 我國自行設計與制造的混凝土泵車得到了較大發(fā)展, 年產量達到300～400臺, 性能質量基本上能滿足用戶要求。現階段, 混凝土泵車主要集中在三一重工、中聯(lián)重科、湖北建機、安徽星馬、遼寧海諾等企業(yè), 產量占全行業(yè)的95% , 相信在不長的時間內在產品質量上也能趕上世界先進水平。
1.4 國內外混凝土泵車技術水平比較
在國外, 混凝土泵車設汁制造技術己發(fā)展到很高的水平, 產品己形成系列化。如施維英公司生產的混凝上泵車布料桿的垂直高度16～52m3 /h共13個品種, 其混凝土輸送量為56～150m, 布料桿節(jié)數有二節(jié)、三節(jié)、 最多有四節(jié)，最大混凝土輸迭壓力5.5～10.8MPa, 最大泵車底盤驅動形式10X6。普茨曼斯特公司生產的混凝上泵車布料桿的長度也有13種。布料桿的垂直高度16～62m, 布料桿節(jié)數最多為五節(jié); 混凝土輸送量66～200m3 /h。該公司生產的M62型泵車, 臂架長度58m, 五節(jié)臂, 垂直布料高度62m,最大輸送量200m3/h, 底盤驅動形式12X6, 總重62t, 是當今世界上最大的混凝土泵車。該公司除了發(fā)展超長臂架技術外, 還發(fā)展多節(jié)臂技術。多節(jié)臂泵車主要適合狹窄空間布料桿的展開和對復雜結溝的施工作業(yè)。我國的凝土泵車設計水平、制造能力都有很大提高，但與發(fā)達國家相比閉式其中對主袖缸與閥油缸的控制系統(tǒng)中使用的各種閥的安裝形式有分離式采用順序回路和卸荷口路。液壓集成式和插裝式等多種。主油缸活塞的密封有多種形式，主要采用“ U”性密封圈、矩形密封圈、活塞環(huán)密封圈。泵車混凝上分配閥形式主要有閘板閥和“S”管閥兩種。同時在提高混凝土分配閥的使用壽命、減少磨損等方面做出了大量的、卓有成效的研究工作。
1.5 混凝土機械發(fā)展趨勢
機械工業(yè)產品的發(fā)展趨勢是高附加價值化、智能化和系統(tǒng)化?；炷翙C械發(fā)展的主導產品是商品混凝土成套設備, 作為“十五”規(guī)劃中的重點項目, 商品混凝土成套設備尤其是大型站( 樓) 、車、泵無論從數量上還是質量上都將有一個較大的提高。這些產品將比以往更加注重降低能耗, 更加注重安全性、舒適性、維護和使用的經濟性。商品混凝土近年來在我國大中城市有了較大的發(fā)展, 約占現澆混凝土的15%到20%左右，與發(fā)達國家的70%到90%相比還有較大的差距, 由此給國內混凝土機械制造廠家提供了一個大的發(fā)展遇。
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“十五”期間得到較大發(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。國家實施西部大開發(fā)戰(zhàn)略， 投資規(guī)模將超過以往任何大型工程。由于西部開發(fā)時間跨度長、東西部經濟差距大，不可能集中購買高、精、尖的大型設備, 因此適合西部自然環(huán)境、經濟實用的產品將會有一定市場， 如開發(fā)經濟實用型移動式攪拌站( 25到50m3/h) 以適應公路、鐵路等工程建設。同時， 通過技術創(chuàng)新, 開發(fā)多用途、多功能產品以適應市場需求的變化?！笆濉逼陂g人們對生活質量要求越來越高, 環(huán)境保護意識越來越強，那些高效、節(jié)能、低噪音、低污染、智能化的環(huán)保型混設備也將受到人們的青睞。
1.6 泵車現代設計方法概述
隨著計算機技術的廣泛應用和系統(tǒng)工程、優(yōu)化工程、價值工程、人機工程等現代設計理論的不斷發(fā)展，促使許多跨學科的現代設計方法出現，使泵車設計進入高質量、高效率的階段。
1.計算機輔助設計(CAD)
計算機輔助設計是隨著計算機及其外圍設備發(fā)展而迅速形成的一門新興的現代設計方法。它的發(fā)展與應用，對提高設計質量和效率、提高產品的市場生存和競爭力發(fā)揮十分明顯的作用。電子技術和計算機技術的發(fā)展使計算機輔助設計硬件設備性能得以提高，各種硬件設備不僅已形成了產品，而且己成為CAD的一般配置。目前，計算機輔助設計方法已成為工程技術人員進行創(chuàng)造性設計活動不可缺少的手段。
2.模塊化設計
模塊化設計是根據模塊化原則，設計一些基本的模塊單元，通過不同的組合形成不同的產品，以滿足用戶的多種需要。隨泵車模塊化設計以功能分析為基礎，將泵車上同一功能的基本部件、元件、零件設計成具有不同用途、不同功能的模塊，這些模塊具有相同的連接要素，可以互換，選用不同的模塊進行組合可形成不同類型和規(guī)格的產品。
3.有限元設計
有限元設計是根據變分原理求解數學、物理問題的一種數值計算方法。它能整體、全面、多功能隨意組合，進行靜力、動力、電場、磁場等分析。對完成結構復雜的系統(tǒng)分析十分有效，現己在泵車結構計算中應用。
4.優(yōu)化設計
優(yōu)化設計方法可根據產品要求，合理的確定和計算各種參數，以期達到最佳的設計目的。
5.動態(tài)仿真設計
國外近年來在泵車設計中采用了動態(tài)仿真設計的新方法，即用計算機對機構與結構在各種工況下承受載荷進行運行狀態(tài)隨時間變化過程的仿真模擬，得到仿真輸出參數和結果，以此來估計和推斷實際運行的各種數據，并在對泵車進行動態(tài)分析計算時用。
總結：本章主要在介紹了泵車的發(fā)展簡史以及國內外泵車的技術對比，看到我國泵車的發(fā)展不足，為下文研究泵車的技術提供可靠的技術保證。
2 泵車組成、工作原理及技術參數確定
2.1混凝土泵車的基本組成與構造
2.1.1混凝土泵車基本組成
混凝土泵車主要由載重汽車底盤、臂架回轉裝置、臂架布料桿、混凝土泵、支腿等部分組成，如圖2-1所示：
圖2-1混凝土泵車基本組成
1—汽車底盤；2—布料桿回轉臺；3—第一節(jié)布料桿；4—第二節(jié)布料桿；
5—三節(jié)布料桿；6—伸縮桿；7—混凝土輸送泵；8—操縱臺；9—受料臺；
10—輸送管；11—Y型管；12后支腿；13—前支腿；
2.1.2混凝土泵車構造
2．1．2.1汽車底盤部分
泵車底盤部分的基本構造可參見相關汽車司機手冊，大部分泵車都是通過安裝在地盤上的取力裝置，由柴油機為泵車臂架部分和泵送部分提供功力。
2．1．2.2布料臂部分
布料臂部分或稱泵車上裝部分，它安裝在汽車底盤上，它與底盤的尺寸規(guī)格完全配套。臂架分為數節(jié)，每節(jié)由高強度鋼板焊接而成，起到支撐混凝土輸送管的作用,臂架的運動由節(jié)與節(jié)之間的液壓油缸推動。臂架的回轉靠臂架基座上的回轉支承和回轉機構進行驅動。臂架的動作可以由遙控器或比例閥操縱手柄進行控制。
布料機構是把輸送管安裝在臂架上．并在其末端安一段軟管。其形式有接高、伸縮、折疊三種形式。初期的布料桿大多是在現場安裝的接高式和伸縮式。目前多為折疊式，其俯仰、伸縮、旋轉動作全部使用液壓油缸控制，動作靈活。折疊式布料桿根據其折疊方式又分多種，如前下支點S型、前上支點Z型、前上支點Z卷繞型、后下支點蒼繞型等。 第一節(jié)臂的活動范圍為，第二節(jié)臂的活動范圍為，其余節(jié)臂的活動范圍在之間，回轉機構可使布料桿作回轉。
2.1.2.3泵送部分
泵送機構由兩只主油缸、水箱、換向裝置、一組混凝土活塞、料斗、分配閥、擺臂、一組擺動油缸和出料口組成。
泵送混凝土料時，在主油缸作用下，一個混凝土活塞前進，另一個混凝土活塞后退。同時在擺動油缸的作用下，一個混凝土缸與分配閥連通，另一個混凝土缸與料斗相通。這樣，后退的混凝土活塞將混凝土吸入混凝土缸；前進的混凝土活塞將混凝土缸內的混凝土料送入分配閥而泵出。當混凝土活塞后退至行程終端時，會感應換向裝置，使主油缸換向、擺動油缸換向，從而實現連續(xù)泵送。
2.2 泵車的工作原理
混凝土泵車由料斗、泵送系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、回轉機構、布料機構、行走底盤等組成。送機構由兩只主缸，水箱，換向裝置，兩只混凝土缸，兩只混凝土活塞，料斗，分配閥(S形閥)，擺臂，兩只擺動油缸和出料口組成，其泵送部分如圖2—2所示。只由主液壓油缸1、2，水箱3，換向裝置4，兩只混凝土缸5、6，兩只混凝土活塞
圖2—2泵送部分
7、8，料斗9，兩只混凝土活塞7、8，料斗9，分配閥10(S形閥)，擺臂11，兩只擺動油缸12、13和出料口14組成。
混凝土活塞分別與主油缸活塞桿連接，在主油缸液壓油作用下，作往復運動，一缸前進，則另一缸后退；混凝土缸出口與料斗連通，分配閥一端接出料口，另一端能過花鍵軸與擺臂連接，在擺動油缸作用下，可以左右擺動。
泵送混凝土料時，在主油缸作用下，混凝土活塞前進，混凝土活塞后退，同時在擺動油缸作用下，分配閥與混凝土缸5連通，混凝土缸6與料斗連通。這樣混凝土活塞8后退，便將料斗內的混凝土吸入混凝土缸，混凝土活塞7前進，將混凝土缸內混凝土料送入分配閥泵出。
當混凝土活塞8后退至行程終端時，觸發(fā)水箱中的換向裝置，主油缸換向，同時擺動油缸換向，使分配閥與混凝土缸連通，混凝土缸與料斗連通，這時活塞后退，前進。依次循環(huán)，從而實現連續(xù)泵送。反泵時，通過反泵操作，使處在吸入行程的混凝土缸與分配閥連通，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。
泵送系統(tǒng)通過分配閥的轉換完成混凝土的吸入與排出動作，因此分配閥是混凝土泵中的關鍵部件，其型式會直接影響到混凝土泵的性能。
泵送部分完成吸入和打出混凝土后由臂桿下的布料桿通過回轉支承的回轉和布料桿的自由伸縮而實現把混凝土送需 要的地方完成澆注。
2.3 泵車的主要技術參數的確定
泵車的各部分尺寸與可能確定，力求緊湊，泵車在公路上行駛狀態(tài)時對外形尺寸應考慮到道路洞橋與鐵路運輸條件，按國家規(guī)定的總長在12米以內，總寬在2.5米以內，總高不超過4米。在此原則下確定泵車的主要外形尺寸和技術參數如下見表2—1。
表2—1混凝土泵車技術參數表
型號
ZLJ5282THB125-37
泵
送
系
統(tǒng)
混凝土最大出口壓力 MPa
6.5
額定工作壓力 MPa
32
泵送頻率 min-1
22
料斗容積 L
550
上料高度 mm
1540
液壓系統(tǒng)型式
閉式
分配管閥形式
S管型
油缸缸徑×行程 mm
130×2100
混凝土缸徑×行程 mm
230×2100
續(xù)表2—1
液壓油冷卻
風冷
推薦塌落度 cm
12-23
最大骨料尺寸 mm
40
臂
架
最大布料高度 m
36
最大布料半徑 m
32.6
最大布料深度 m
24.9
回轉角度
365°
臂節(jié)數量
4
臂節(jié)長度 mm
8610/7760/7760/7700
展臂角度
100°/180°/180°/270°
輸送管直徑 mm
133
輸送管壁厚 mm
4
末端軟管長度 mm
4000
底
盤
及
整
車
底盤型號
FS1ERV
驅動方式
6×4
整車重量 kg
25750
底盤 kg
8610
附梁及總臺板 kg
120
前、后支腿橫跨 mm
6600、7280
縱跨距 mm
6745
不考慮臂架重量到回轉重心的距離 mm
2900
不考慮臂架重量時泵車的重量 ㎏
21384
3混凝土泵車底架設計特點及整體設計
凝土泵車的底架大多由回轉底座、支腿、擺動油缸、伸縮油缸組成。作為混凝土泵車的主要受力構件，其底架結構大多設計成箱形結構，其內部又兼有油箱和水箱，它的設計合理與否，直接影響著混凝土泵車的可靠性、整機穩(wěn)定性和整機自重。伴隨著國內工程機械的快速發(fā)展，國內混凝土泵車底架的設計制造技術同國外先進水平的差距已越來越小。同時國內廠家在底架結構工藝性及設計方面的研究也取得了長足的進步，我國當前混凝土泵車底架的設計制造技術，以及同國外先進水平所面臨的差距。
3.1混凝土泵車底架結構的特點及主要連接方式
混凝土泵車的底架結構主要由回轉底座及支腿構成，回轉底座主要作為聯(lián)結下車底盤，承擔上車臂架的工作重量及震動；支腿的作用是保證混凝土泵車在工作中的安全性和穩(wěn)定性。由于混凝土泵車不像起重機那樣安裝平衡重，因此當泵車的水平外伸量較大時，就會產生很大的傾覆力矩，這些傾覆力矩主要靠支腿的反力來平衡，因此，要求支腿要有足夠的結構尺寸，足夠的支撐面積。同時回轉底座及支腿還要有足夠的強度和抗疲勞性。
底架結構按照支腿的伸展支撐方式主要分為：前后擺動型支腿、前后伸縮型支腿，前伸縮后擺動型支腿。
前后擺動型支腿形式的底架結構，支腿的張開是繞回轉底座的鉸點擺動來完成的，工作穩(wěn)定性好，結構制造簡單，但在泵車的兩側必須留有足夠的空間，作業(yè)場地受到了一定的限制。由于受到整車外形尺寸的限制，及整車工作穩(wěn)定性的原因，國內外混凝土泵車生產廠家大多采用此種結構形式。
前后伸縮型支腿也稱XH型支腿，是指支腿在回轉底座的箱形框架內水平伸展及回縮，泵車左右兩側的支腿可以呈X形立體交叉，也可以平行伸縮。由于受到泵車寬度尺寸的影響，其支腿的結構尺寸及伸展長度受到很大的限制，對回轉底座箱形框架的制造精度要求較高，同時其整個底架結構的重量也相對重一些，且需采用內置式油缸，拆裝維修困難，所以在37米以上級別系列已很少有采用。只是在泵車發(fā)展的早期階段被大多數廠家使用，但是由于其具有更為靈活的作業(yè)空間，現在仍然有在運用這種結構形式。
前伸縮后擺動型支腿結構的特點就是在回轉底座的前端部連接伸縮型支腿，后部連接擺動型支腿，由于該型的底架結構結合了前兩者的優(yōu)點，重量降低且具有狹窄工地施工的優(yōu)勢，被越來越多的廠家所采用。
3.2混凝土泵車底架設計制造中的難點及重點
回轉底座作為底架結構中的主要連接結構，因為結構的復雜性，即要保證工作中的動強度及剛性，又要使焊縫具有耐震動的能力，所以如何有效的正確計算，得出整個回轉底座的應力分布是設計中的難點。徐工重型大力開展有限元方面的研究，對回轉底座的計算進行了成功的探索，取得了寶貴的設計經驗。同時回轉底座內部又大多設計成油箱及水箱，如何避免焊接區(qū)域延時裂紋的產生是制造中的難點；有效避免焊縫的滲漏也是制造工作中一大重點。磁粉探傷加煤油滲漏檢測法及其超聲波檢測法都是很好的檢測方法。具體采用何種經濟的方法，還要根據自身設備情況進行比較分析并最終確定。
一般情況下，混凝土泵車底架回轉區(qū)域由于連接回轉支承及回轉減速機，為了保證回轉減速機及回轉支承具有良好的嚙和特性，回轉部位均設計具有較大的剛度，在該區(qū)域的設計各廠家都探索出了有效的解決辦法，廣泛采用的辦法是薄座圈板加筋增加整體剛性的辦法以及厚座圈鋼板的連接方法。
國外在這方面進行了很好的探索，該公司采用了厚座圈板整體鑄鋼的方案，使簡體與座圈板的焊縫整體下移，既保證了回轉區(qū)域的高剛性，又有效解決了座圈板焊接變形的問題。
為了使底架中支腿結構的抗疲勞性能更強，在支腿結構的設計中廣泛使用了超高強度鋼材諸如WELDOX700、WELDOX900和WELDOX960等新材料，同時其主要受力焊縫大多處理成坡口角形凸焊縫，增強了焊縫因震動而引起的疲勞特性，使應力集中的程度降至最小。所以支腿結構主受力焊縫如何處理應作為一個重點來把握。
回轉底座與支腿鉸點的連接區(qū)域，是底架結構的最危險區(qū)域，因此，回轉底座與支腿連接鉸點的結構設計是底架結構設計的又一個重點。由于受計算方法、經驗及實驗手段的影響。在底架結構鉸點的設計上呈現出多樣化及個性化的趨勢：國外公司在鉸點的設計方面就傾向于箱形結構，這種設計思想與制造難度比較符合一般的思路國外公司則采用了厚板對接的連接結構，由于這種結構有其折疊空間小的優(yōu)點，仍然有不少廠家采用。這種結構形式在焊接中就需要很好的處理厚板與薄板件的對接、厚板焊前預熱問題。德國PM公司在鉸點結構的處理上最有特色一博采眾長，多樣化，其42米以下級別系列采用了厚薄對接的連接方式，42米以上級別系列則采用了箱形的連接結構，可見其設計及制造技術研究的具體化、深入化。
3.3設計優(yōu)化理論和計算方法在設計、制造中的應用
混凝土泵車設計所使用的計算理論和計算方法，對底架中支腿及回轉底座結構設計的影響也非常大。知名企業(yè)都有自己的科研機構，對混凝土泵車的底架的計算理論、制造工藝等都有深入的研究，早已廣泛使用FEM（有限元法）等新的計算方法，大大減輕了整機的重量。我國許多企業(yè)也使用FEM等計算方法，但一般都只是驗算。所使用的計算理論基本上還是按照七八十年代起重機車架的計算方法，許多局部結構的設計都是憑經驗或簡單的計算。另外，我們對焊接、彎形等工藝所產生的內應力、變形等的研究也很少，許多研究只是停留在理論上，很少在產品設計中使用，致使我們的許多產品在技術水平、實物質量上有很大的差異。
底架結構由于承受了整車的傾覆彎距及泵送系統(tǒng)的震動，其局部的損壞多是以局部結構的疲勞破壞為主。由于混凝土泵車工作工況的惡劣性及復雜性，所以深入研究底架結構特別是鉸點區(qū)域等高應力區(qū)域的疲勞特性、開展底架結構的優(yōu)化研究，將是設計工作的重中之重；有效減少焊接應力，如何避免油箱、水箱等焊接區(qū)域延時裂紋的產生將是制造工作中所面臨的重要問題。
底架結構是混凝土泵車的重要組成部分，它的外觀造型、重量、直接影響整機的造型和性能。新材料的出現、液電技術和制造工藝的快速發(fā)展，為混凝土泵車的發(fā)展提供了巨大的催化劑，統(tǒng)一造型風格的系列化混凝土泵車支腿結構形式為參數化設計提供了可能。為了減少我們產品同國外先進水平的差距，首先，我們應該加強對計算理論、制造工藝、支腿結構形式對整車的穩(wěn)定性的影響等方面的優(yōu)化研究，對產品在使用過程中出現的問題進行總結，并上升為理論高度；其次，不斷完善工裝、工藝，提高員工的技術水平，變粗糙生產為精細化生產，提高產品的實物質量；最后，在新產品的設計過程中講求實用性和經濟性，并富有創(chuàng)造性和賦予新意，當產品發(fā)展到一定程度，創(chuàng)造性和新意更能提高客戶的購買欲，更能體現自己產品差異性和核心競爭力。
3.4混凝土泵車底架結構的發(fā)展趨勢
各廠家為了顯示自己的技術實力，紛紛推出更長的布料臂架泵車，42米以上級別系列由于受結構尺寸、整車高度、穩(wěn)定性等方面的影響，各廠家又趨與一致，基本上都采用了前后擺動型支腿結構的連接方式。
由于新材料的應用、計算方法及實驗手段的更加完善，底架結構的設計更加靈巧化、藝術化、制造更加簡便。
國外公司推出的完美造型與藝術風格的“飛龍”式支腿結構的36米泵車，體現了設計及藝術的完美統(tǒng)一。施維英推出的超級Ｘ弧形支撐系統(tǒng)，其整體化的穩(wěn)定裝置避免了反跳現象，且在節(jié)約泵車施工空間和減重兩方面都有較大突破，使使用功能與造型設計又取得了巨大飛躍。
單邊支撐系統(tǒng)等專有技術的應用，使其在狹小街道或受限制的工地上的施工成為現實。均采用安全鎖定裝置控制布料桿的回轉范圍，實觀支腿的單側支撐。
隨著機電液技術的發(fā)展，底架結構形式的靈活設計，使泵車適應多種工地工況成為可能。為了實現產品的差異性和爭取到更大的賣點，在底架的結構設計中紛紛推出自己的特色，向多樣化、個性化、專有化發(fā)展。
4 混凝土泵車的穩(wěn)定性
4.1 布料桿的組成及結構形式
4.1.1 布料桿
單位時間內混凝土的泵送量較大，并且要求連續(xù)的供料，因而在澆筑地點必須對混凝土進行及時分布與攤鋪。這需要能夠搶高、放低、伸縮、回轉、機動靈活的布料裝置。
4.1.2 布料桿的結構
理想的布料桿裝置可以將混凝土輸送管路象臂架式起重機一樣，裝在機身及其臂架上，并在輸送管端部連接一橡膠軟管。如此就可以進行大范圍的變換澆灌，由臂架的行走、回轉及變幅回轉動作來完成；而小范圍的、細小的澆灌位移，依靠人力掌握橡膠管就可以實現。這種既擔負混凝土輸送又完成澆注、布料的臂架及輸送管道組成的裝置及輸送管道組成的裝置被稱為“布料桿”。
用布料桿來澆注混凝土，能夠使混凝土澆注不用靠人工進行修整就可以相當勻稱，這樣既節(jié)省勞動力，又可避免踩亂鋼筋骨架，產生失位等現象。布料桿的基本構造如圖4—1所示由底座固定部分，其上通過滾珠盤與回轉架相連?；剞D架經空心銷與臂架相連?？招匿N軸使臂桿可以回轉折疊。
圖4—1布料桿的基本構造
1—回轉支座 2-6—油缸 7-11—臂架 12—支腿
4.1.3 布料桿的形式
過去有接高式、伸縮式、和折疊式三種，但現在生產的布料桿，幾乎全部是液壓的四節(jié)折疊式，因為這種布料桿的服務的范圍大。布料桿的各節(jié)臂之間都有液壓缸，用其進行調節(jié)和折疊。缸的進出口應設有液壓鎖，以防輸油管道破裂而發(fā)生臂架墜落事故。為了進行遠距離的操作，還可以用遙控的電路液壓缸。布料桿的布料桿有三節(jié)的有四節(jié)的，但本設計所設計的為四節(jié)其結構為R形。
布料桿的仰角為120°，四節(jié)臂可以依次展開，第四節(jié)臂桿動作最頻繁，它可以擺動180°，為了便于澆筑，在第四節(jié)臂桿的末端再接一段軟管（橡膠管或塑料管），這樣也可以防止混凝土下落高度過大而產生離析。至于回轉支座的位置和臂桿的折疊方式，有多種多樣，常用的如圖4—2基本可以分為：回折行、Z行和R行三種。其基本構造基本相同，由四節(jié)臂架、調幅油缸和伸縮油缸組成。第一節(jié)臂架與回轉支撐和第二節(jié)臂之間都采用空心回轉接頭既是臂架的鉸接支承又是輸送混凝土的通道，可以使混凝土輸送管隨臂架一起伸展和收縮。變幅油缸、伸縮油缸、伸縮油缸的底座和活塞桿和臂架都是絞連接，油缸工作時允許自由擺動。但本設計所設計所涉及到關于布料桿傾翻力矩的計算布料桿為四節(jié)、其結構為R形。
圖4—2 布料桿的不同類型
4.2 部件重心的計算
工程機械在進行穩(wěn)定性計算之前，必須確定部件的重量和重心的位置。重量由設計部件的形狀及材料決定，重心主要取決于部件的形狀，這是穩(wěn)定性計算的關鍵步驟。重心的計算見公式（4.1），
式（4.1）
式中 Gi ——部件各組成部分的重量；
Gz——部件的重量；
Xi——各部件組成部分的重心坐標；
Yi——各部件組成部分的重心坐標;
Xz——部件重心位置坐標；
Yz——部件重心位置坐標。
一般是在機制造出以后，用實驗的方法測出重心的位置，然后校驗其穩(wěn)定性、也可以先根據經驗或已有的產品的相關數據粗略估算得出。而本設計就根據上面的重心計算公式粗略計算出重心的位置。
計算布料桿重心的位置：
布料桿的受力簡圖以及各部件的力矩距離（如圖4—3）各部件的參數見下表4—1，
圖4—3布料桿的受力以及各部分的力矩
圖中的各部件長度單位為：mm，重量單位為：kg，力的單位為：N
表4-1各部件的參數
油缸一的質量為： 263 kg
油缸二的質量為： 285 kg
油缸三的質量為： 144 kg
油缸四的質量為： 68 kg
拐臂一的質量為： 135.4 kg
拐臂二的質量為： 105.4 kg
拐臂三的質量為： 38 kg
混凝土的密度為： 2.4×103 kg／m3
第一節(jié)臂桿重為： 1530 kg
第二節(jié)臂桿重為： 801 kg
第三節(jié)節(jié)臂桿重為： 475 kg
第四節(jié)節(jié)臂桿重為： 196 kg
布料桿的直徑及厚度為： Φ133×4 mm
管子密度為： 7.85 kg／dm3
第一節(jié)布料桿的長為： 8610 mm
第二節(jié)布料桿的長為： 7760 mm
第三節(jié)布料桿的長為： 7760 mm
第四節(jié)布料桿的長為： 7700 mm
軟管的長度為： 4 m
布料桿的總質量： 224.9 kg
混凝土的總質量： 1158.5 kg
GZ=mg=3530.8kg×9.8N／m2
=34601.84 N
注：計算中為了便于計算把拐臂的重心取在臂架的結合處，以圖4-4中回轉支撐的回轉中心為圓心建立直角做標系。
把上面數據代入公式（4.1） 得，
重心的位置為（9045.21，0），重心簡圖如下4—4所示；
圖4-4部件重心位置簡圖
4.3 泵車工作時的穩(wěn)定性計算
工程機械行駛和工作時不致發(fā)生傾翻或側滑，并能保持在規(guī)定的方向上行駛的能力稱之為穩(wěn)定性。穩(wěn)定性的好壞會影響到機車作業(yè)和行駛安全，因此，工程上將穩(wěn)定性作為評價工程機械的一個重要指標。
混凝土泵車的整機穩(wěn)定性關系到泵車設計的合理性和安全性，對泵車進行整車穩(wěn)定性能分析，是泵車的整機性能分析種非常重要的組成部分。混凝土泵車是在載重汽車底盤的基礎上改造而成的，屬于二類底盤，在該底盤上又有回轉裝置、布料桿及泵送裝置、故其穩(wěn)定性要求更高?；炷帘密嚥粌H需求滿足其行駛穩(wěn)定性，更要滿足工作的穩(wěn)定性，工作穩(wěn)定性分為三種情況：一是大當泵車臂架水平伸直，正前方工作時，可能向前傾翻；二是當泵車臂架伸直，側向工作時，可能繞其伸向端側向兩支腿連線傾翻；三是當泵車臂架伸垂直伸直。垂直向上工作時，可能會出現壓感失穩(wěn)現象。
4.3.1布料桿傾翻力矩的計算
穩(wěn)定性研究的主要內容有；
1. 臂架在不同狀態(tài)下的中心計算及其他部件中心的測定。
2. 混凝土泵車處于危險狀態(tài)的穩(wěn)定性計算
標準ZBT 59001-87指出：傾翻力矩計算應考慮最不利位置。針對此原則，對泵車車的工作情況分析如下；
經工程分析，對泵車來說有幾種工況的傾翻力矩的計算但當泵車在側方輸送混凝土時，汽車車架作為非剛體將產生扭曲變形.造成整車另一側支腿翹起。作為穩(wěn)定力的泵車整備質量此時只有部分質量被使用.同時前后橋的懸架與車架未鎖定，屬彈性聯(lián)接，這時只有部分整備質量為最危險工況。受力及工作情況如下圖4—5所示此時在此工況下，傾翻力矩主要由臂架重量和布料桿重量及其布料桿內的物料重量引起的，傾翻軸線為兩側支腿的連線。
Mr1= GB LB+ GCLC 式（4.2）
式中：GB —— 臂架的重量，N；
LB——臂架重心到回轉中心的距離，mm；
GC——布料桿重量及其布料桿內的物料重量，N；
LC——布料桿的重心到回轉中心的距離，mm。
圖4—5臂架側向工作傾翻力矩的分析
GB=34601.84 N LB=9045.21mm
GC=13557.32 N LC=16915 mm
把數據代入上式（4.2）得，
Mr1=GB