技术领域
[0001] 本发明涉及一种混凝土泵送装置，尤其是一种拖式混凝土泵车。
相关背景技术
[0002] 当前，泵送混凝土技术在我国得到了较为广泛的应用。用混凝土泵输送混凝土拌合物，可一次连续完成水平运输和垂直运输，并可连续浇筑，因而具有效率高、节省劳动力的优点。混凝土泵送施工技术在我国发展很快，并已在高层建筑、桥梁、地铁等工程中广泛地应用，经试验研究和工程实践表明，泵送混凝土与砂、石、水泥、泵送剂等材料标准有密切关系，并有连续的施工工艺，对混凝土泵输送管的选择布置，泵送混凝土供应，混凝土泵送与浇筑等要求较高。
[0003] 现有混凝土泵送装置体积庞大，需要大型车辆进行装载和运输，施工中对场地要求高，并且结构复杂，造价高，普通施工中应用受到限制。并且现有混凝土泵为了达到足够高的输送高度，必须采用大马力柴油机作为动力装置，存在较大噪音问题，以及空气污染问题。
具体实施方式
[0027] 本发明拖式混凝土泵车包括拖车平台11，安装在拖车平台上的泵机构12，输送管道机构13。整体结构如附图1所示。本发明的拖车平台长度为2.5-3米。在实际工程中，由于施工的场地状况不确定，有时会出现一些复杂的施工情况。例如，施工的活动场地有限，可能无法正常的通过大型机器来拖动普通混凝土泵车。本发明的拖式混凝土泵车比较适合空间较小的施工场地，有几个人就可方便的对机器进行移动，拖拽到需要施工的地方，这样做还能够节约能源，减小施工器械的闲置浪费。
[0028] 本发明拖式混凝土泵车的泵机构包括泵送机构，清洗机构，混凝土分配机构，料斗及搅拌机构。每一部分都承担一定的功能。泵机构示意图如图2所示。下面对泵机构各部分的结构进行详细说明。
[0029] 1.泵送机构
[0030] 泵送机构是把液压能转化成机械能的动力执行机构，它的主要功能是推动混凝土，使其克服自身重力和管道的阻力，把混凝土推到工程中要浇筑的部位进行浇筑。即通过液压缸的往复运动来带动混凝土缸的运动，进而把混凝土缸中的混凝土推送到输送管中并给与一定的压力。
[0031] 泵送机构由动力部分，水箱，和工作部分组成。所谓的动力部分就是主油缸21，工作部分是混凝土缸23，水箱22的作用是支持连接混凝土缸23和主油缸21。如图2所示。
[0032] 主油缸21由油缸体、油缸活塞、活塞杆、活塞头及缓冲装置组成。由于活塞杆不仅与油液接触，而且还与水等其它物质接触，为了改善活塞杆的耐磨和耐腐蚀性，在其表面要镀一层硬铬。
[0033] 混凝土缸23后端与水箱22连接，前端通过料斗入口28与料斗27连接，并通过料斗座与付梁固定，通过拉杆固定在料斗27和水箱22之间。主油缸活塞杆伸入到混凝土缸23内，前端与砼活塞24连接。
[0034] 砼活塞24的结构如图3所示，砼活塞24由导向环32、密封体33、活塞头芯34等组成。密封体33一般用耐磨的聚氨酯制成，其起导向、密封和输送混凝土的作用。当需要更换或者检查砼活塞24时，油缸的压力油从油口41卸载，从而使主油缸21能够一直退回到水箱22中。限位油缸40与主油缸连接结构如图4所示。
[0035] 2.清洗机构
[0036] 清洗机构指的是水箱22，水箱上部有盖，打开盖可以加水，并观测水位。水箱22用钢板焊制而成，既是储水容器，又是主油缸与输送缸的支持连接件。泵送机构工作时，水在混凝土缸23后部随着混凝土缸的橡胶活塞来回流动，所起的作用是清洗混凝土缸臂上每次泵送后残存的灰浆，来减小混凝土缸23和砼活塞24的磨损。同时增加活塞杆的密封性，防止主油缸泄露出来的油液进入混凝土中影响混凝土的浇筑质量。水箱还能冷却润滑砼活塞、活塞杆及活塞杆密封部位。
[0037] 3.料斗及搅拌机构
[0038] 混凝土运输设备向混凝土泵提供的速度和混凝土泵的输送速度是不一样的，故料斗起到中间调节作用。料斗主要用于储存一定量的混凝土，保证泵送系统吸料时不会吸空和连续泵送。料斗中的搅拌装置对混凝土进行二次搅拌，可以改善混凝土的可塑性。除了此功能之外，搅拌装置的另一个作用是给混凝土分配阀进行喂料，来提高混凝土的吸入效率。
[0039] 如图5所示，本发明的料斗27包括料斗体51、上斗体52、筛网53、后墙板54和料门55等。料斗体51用钢板焊接而成。左右带圆孔的侧板用来安装搅拌机构26，其后墙板54与两个混凝土缸23连通，前墙板与输送管道13相连。筛网53用圆钢或钢板条焊接而成，用两个胶垫同料斗连接。筛网53可以防止混凝土中大于规定尺寸的骨料或其它杂物进入料斗27，减少泵送故障，同时保护操作人员的安全。在停止泵送时，打开料门55，可以排出余料和清洗料斗。
[0040] 料斗容积不是越大越好，料斗增大，相应泵车的自重和长度会增加，不方便移动，3
所以合适的容积为0.6m。
[0041] 搅拌机构包括搅拌轴部件、搅拌轴承及其密封件。如图6所示。搅拌轴部件包括左搅拌轴叶片63、右搅拌轴叶片65，和搅拌轴64。搅拌轴64靠两端的轴承68、轴承座62(马达座69)支撑。搅拌轴承68采用调心轴承。轴承座62外部还装有黄油嘴的螺孔，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68，搅拌轴64左右两端装有多重密封圈67，66是润滑装置，花键套和液压马达连接。搅拌轴64工作时，由液压马达60直接驱动，搅拌轴带动搅拌叶片搅拌。
[0042] 搅拌机构的主要作用是对料斗里的混凝土进行二次搅拌，防止其离析。另外安装搅拌反转阀，搅拌时叶片卡住滞后，液压马达需及时反向旋转。
[0043] 4.混凝土分配机构
[0044] 混凝土分配工作过程如图7所示。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。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。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。
[0045] 混凝土分配机构中混凝土分配S阀25是关键部位，它位于料斗27内，连接混凝土缸23和输送管，参见附图2。它是协调这两个部件动作的机构，直接影响混凝土泵的使用性能和整体设计。混凝土分配S阀25的管径有变径和不变径两种。在图8中，分配阀由出料口81阀体接口82进料口83活塞端口84密封装置85和活塞端口86组成。其特点是可以靠混凝土的压力推动切割环自动密封管口，密封性好，有较强的输送能力，而且流道通畅，不易阻塞。
[0046] 下面对本发明拖式混凝土泵车的混凝土输送管道机构进行详细说明。
[0047] 混凝土输出管道机构中采用的配管，总的要求是在输送阻力尽量小的情况下，管道布置美观大方，与整车协调一致。
[0048] 通过研究发现，软管不能满足压力要求，如果全程用软管有可能会使软管爆裂，因而本发明选择目前通用的内径125mm的耐磨管，在出口处选用软管便于人力拖动，在耐磨管和软管接口处安装回转支撑轴。用人力用绳拉就可以实现管的旋转，扩大了浇注面积。由于各管安装位置不同，各输送管受到的冲击和磨损也不同，一般弯管比直管磨损大，越往臂末端走输送管磨损越小。但倒数第二个弯管的模数最大，它除受到一般的磨损外，还受到混凝土下落的重力冲击。因此，各输送管应采用不同的耐磨措施，尽量使整套输送管寿命趋于一致。在保证一定输送通径、强度磨损余量的基础上应尽量轻。输送管不允 许增加壁厚和外径，否则会降低臂架的使用寿命，也影响泵车的稳定性。
[0049] 本发明拖式混凝土泵车中混凝土输送管道机构是将混凝土输送管固定在塔吊的横梁上，输送管道与塔吊的连接夹具如图9所示。在输送管道长度的选取上，选取每节管路的长度正好等于每节塔吊的高度。这样选取有利于实际工程中的安装和使用。混凝土输送管道安装在塔吊横梁上的效果图如图10所示。
[0050] 为了能够实现输送管和塔吊一起旋转，在塔吊横臂与竖直塔身的相交部位的端部安装回转支撑轴，可以达到管道随着塔吊同步旋转，有效地解决了在浇注过程中臂的伸缩问题。
[0051] 下面就本发明拖式混凝土泵车的各项参数进行说明。
[0052] 混凝土泵车的控制系统按照控制系统不同，基本分为两种形式。一种是继电气控制系统，另一种是可编程控制系统(PLC)。目前大多数采用西门子公司的S7-200系列和三菱公司的FX1N-40MT-D型PLC系统。一般PLC系统发生在外围电路故障率比较高，PLC系统控制器损坏率低，但是泵车工作环境比较恶劣，所以损坏率也比较高。早期的混凝土泵车采用常规继电器回路进行逻辑分析，线路复杂并且维护困难。
[0053] 本发明拖式混凝土泵车采用单片机控制系统。各项参数涉及如下：
[0054] 1.混凝土泵送压力的选取
[0055] 1)泵送系统输出口的压力
[0056] 本发明拖式混凝土泵车主要针对低层楼建筑使用，一般不超过六层，因此高度H按35米计算，长度L按40米计算。在计算时忽略弯管，锥管，软管的压力损失。将总的压力归纳为两部分：一是混凝土在垂直泵送时克服自身所需要的的压力，二是混凝土沿程所需要的压力损失，综合之后计算公式如下：
[0057] P＝ρ·g·H+ΔP·L
[0058] 其中
[0059] P是输出口的压力
[0060] ρ是被输送混凝土的密度，取2400kg/m3
[0061] g是重力加速度，取9.8m/s2
[0062] H是输送高度
[0063] ΔP是每米泵送距离受到的压力损失，取0.015MPa
[0064] L是垂直泵送距离和水平泵送距离的总和，一般情况下，垂直泵送是水平泵送的3倍。
[0065] 则P＝2400×9.8×35+0.015(35×3+40)＝2.9982MPa≈3MPa
[0066] 此时求出的压力是泵送系统工作时混凝土泵的输出口输出的最小压力。
[0067] 2)混凝土缸的计算
[0068] 在设计计算时选取混凝土缸的直径D＝200mm。此时就可以算出混凝土缸中活塞所受到的推力：
[0069] F＝PS＝Pπr2＝3×106×π×(200/2)2≈94KN
[0070] 其中
[0071] F是混凝土缸中活塞所受到的推力
[0072] S是活塞的面积
[0073] r是活塞的半径
[0074] 3)液压缸的选取
[0075] 混凝土缸的压力是由液压缸来提供的，故液压缸至少需要提供94KN的力。选取活塞内径为150mm，活塞杆的内径为90mm的液压缸。则在液压缸工作时有：
[0076] S2＝84.2cm2＝0.0084m2
[0077]
[0078] 其中
[0079] P1液压缸的压力
[0080] F是液压缸至少提供的力
[0081] S2是液压缸的内径
[0082] 考虑到为了能够提供足够的动力，在此取P1大于11.2MPa。
[0083] 2.混凝土泵送排量的选取
[0084] 选择混凝土缸径D＝200mm＝2dm，L1＝1250mm＝12.5dm的缸。则这种混凝土缸的容积为
[0085]
[0086] 则取混凝土排量为Q1＝60m3/h的泵车，需要的每分钟的换向次数为：
[0087]
[0088] 其中
[0089] Q1是混凝土的理论排量
[0090] V1是混凝土缸的容积
[0091] 下一步就是通过液压缸的参数来计算液压缸满足工作条件时所需的排量，要获取液压缸的参数见表一：
[0092] 表一 液压缸的主要参数
[0093]
[0094] 液压缸在满足这种运动条件下的流量为：
[0095] Q2＝S2L2N＝S2L1N＝84.2cm2×1250mm×25.48＝268.2L/min
[0096] 其中
[0097] Q2是每分钟液压缸内液压油的流量
[0098] L2是液压缸的工作行程
[0099] 3.搅拌系统中液压马达的选取
[0100] 表二 标准液压马达型号及参数
[0101]
[0102] 选用的马达要求是低速大扭矩，所以选取的液压马达为1QJM1A-0.4Y，此马达的排量取0.404。在设计中，要求液压马达每分钟转20圈。则每分钟液压马达需要的流量为：
[0103] Q3＝0.404×20＝8.08L/min
[0104] 4.液压泵的选取
[0105] 为了能够满足条件选取动力系统的转速为1500r/min。工作系统所需的的最小排量为：
[0106] Q4＝Q2+Q3＝268.2+8.08＝276.82L/min
[0107] 整个供油系统工作时会有一些能量损失，保证系统正常运作，在此选取排量为3
18m/h额定工作压力为28MPa的柱塞泵。举例型号A10VSO18DFR1/31R-PPA12N00。
[0108] 5.动力系统的选取
[0109] 现有的液压设备的动力系统通常为柴油机和电动机两种。两种系统分别有他们各自的优缺点，柴油机的特点是能够提供大的动力，但是系统不稳定，噪声大。电动机的特点是运行平稳，噪声小。考虑到本发明拖式混凝土泵车不需要太大的动力，为了减小整个设备的大小，选取电动机。
[0110] 在计算时，选取液压泵的输出压力P2＝28MPa，排量V2＝18m3/h，机械效率η1＝0.95时，电动机效率η2＝0.9，则液压泵的输出流量：
[0111] Q4＝V2/3600＝18/3600＝O.005m3/s
[0112] 液压泵的输出功率：
[0113] P＝P2Q4＝28×106×0.005＝14KW
[0114] 则输入总功率为：
[0115] P总＝η1(P1/η2)＝0.95×140/0.9≈164KW 。
