混凝土泵车技术与工作原理.doc

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1、河北机电职业技术学院毕业设计 摘要本设计标准在 国家混凝土泵车机械技术规范的基础上，以目前应用比较广泛的闭式系统泵车为例系统的介绍了泵车的外形结构和机械构造，分别对本车的两大系统液压系统和电气系统的工作原理进行了详细的分析。从基本的液压元件、电器元件到构成整个泵车系统一一做了细致的讲解，作为一台合格的泵车从生产装配到实验调试再到实际生产这一过程的遇到各种技术故障和问题都将在本文中作为讨论分析的重点。关键词 电气系统、液压系统、电器元件、液压元件、工作原理、故障目 录摘 要2第一章 引言5第二章 混凝土泵车概述62.1. 泵车的用途62.2泵车的分类62.3泵车的基本结构6第三章 闭式系统泵车的

2、液压系统概述3.1 泵车液压系统组成113.2 泵车系统方框图113.3 混凝土泵车动力元件123.4 泵车执行元件143.5 液压控制元件20第四章 泵车液压系统电气系统原理4.1 液压系统原理图264.2泵送液压系统概述274.3 泵车电气总线拓朴图274.4 电气系统原理图27第五章 致谢34第六章 参考文献35第一章 引言在混凝土工程施工过程中，混凝土机械需求量很大，广泛应用于工业、民用建筑以及国防施工等工程建设。在工业发达国家混凝土机械生产的先进程度标志着一个国家制造业的水平。经过几十年的发展，我国混凝土机械已成为建设机械重要组成部分。尤其是混凝土行业不失时机地在1988年10月咸阳

3、全国混凝土机械行业大会上提出了发展我国混凝土搅拌站(搅拌楼)、混凝土搅拌输送车、混凝土泵车(包括混凝土泵)、散装水泥运输车的“一站三车”的战略口号，加速了我国商品混凝土机械的发展。在20世纪90年代初期，我国混凝土机械的生产已初具规模，年产搅拌机为12-14万台、搅拌输送车约800-1000辆、混凝土泵(包括臂架式混凝土泵车)约1300-1500台左右、散装水泥车约800台左右。到20世纪末期，国产商品混凝土机械的市场占有率已达85以上2011年已达搅拌车61000辆，9600辆臂架泵车。混凝土机械的发展是伴随商品混凝土需求而发展起来的。国外一些经济发达的国家，如美国、瑞典、日本等，商品混凝土

4、的生产比重已经占到90以上。起步阶段：混凝土机械典型代表为泵送设备，德国1907年开始使用混凝土泵车；成长阶段： 20世纪80年代泵车在德国、美国等发达国家逐步推广，形成技术领先的企业如：施维英、大象等知名泵送设备品牌；衰退阶段：发达国家市场逐渐萎缩，企业转型退出该行业或被二类区域企业收购；我国颁布的散装水泥发展“十五”规划发展目标要求，直辖市、省会城市、沿海开放城市和旅游城市要积极发展预拌混凝土；其他城市2005年底起，禁止在城区现场搅拌混凝土。到2005年，预拌混凝土生产能力已达到3亿m3，预拌混凝土占混凝土浇筑总量的比例达到20，其中大中城市要达到50以上。2012年预拌混凝土总量预计在

5、30亿m3。中国从1988年开始确定发展混凝土机械，形成一站三车的概念，随着中国经济快速发展，进入二十一世纪泵车市场进入快速发展阶段，预计2030年市场将进入衰退期。图 1 随着中国经济快速发展，进入二十一世纪，泵车市场步入快速发展阶段，预计2030年市场将进入衰退期，需要向海外第三世界出口发展转移。第二章 混凝土泵车概述2.1 泵车的用途自行式混凝土泵是把泵直接安装在汽车的底盘上，且带布料装置或称布料杆(由臂架及输送管道组成)。这种形式的输送泵，一般称为泵车。泵车的机动性很好，在泵送距离不大时，施工前后不需要铺设和拆卸输送管道。在城市建设中，可缩短辅助时间，节省劳动力，提高生产率和降低工程成

6、本；但泵车本身构造复杂，体积较大，其使用受到施工场条件和道路的限制。泵车具有行驶功能、泵送功能、布料功能。2.2 泵车的分类 1、按使用范围分：通用型、专用型、经济型、 一机多能型、智能型 2、按布料杆长度分：短臂型、常用臂长型、长臂型、 超长臂型常见规格有：18m,24m,27m,32m,37m(36m),42m,48m(47m),52m,56m,62m,68m。 3、按分配阀的形式分：闸板阀泵车、管式分配阀泵车（“S”阀）2.3泵车的基本结构泵车主要由底盘、布料系统、泵送系统、液压系统、电气系统五部分组成2.3.1底盘利用进口奔驰或国产欧曼底盘经在传动轴间加装分动箱实现行驶与泵送取力的转换

7、，分动箱的动力切换用气缸完成，电磁换向阀安装在驾驶室内部，方便操作。同时分动箱上装有SBO开关，只有在泵送取力成功后，才能接通后部电控柜的电源电路。泵车的液压系统上所用的四联泵安装在分动箱的后上方，前上方安装有为臂架油缸及支腿油缸提供动力的斜轴泵。图 21联结盘 2输入轴 3轴承盖 4密封圈 5输入轴轴承 6汽缸 7空套齿轮 8离合套9拨叉 10过桥轴承 11拨叉杆 12输出轴 13静密封圈 14输出轴轴承 15二轴小轴承16二轴 17过渡套 18油泵 19联结套（油泵、三轴） 20三轴 21三轴大轴承 22三轴齿轮 23三轴小轴承 24臂架泵 25二轴齿轮 26挡圈（二轴） 27二轴大轴承

8、28一轴挡圈 29箱体 30滚针轴承 31油标2.3.2布料系统在泵车工作时通过布料杆的伸缩、转动，将泵送机构泵送来的混凝土经由附在布料杆上的输送管，直接送达布料杆端所指位置即浇注点，实现混凝土的输送和布料。并支撑整车使轮胎不受力，增大整车着力点形成的面积，防止车辆因重心的偏移而使车辆倾翻，保证其稳定性。泵车布料系统由布料杆、转塔、副车架及附件组成布料杆主要由臂架、液压油缸、输送管、连接件组成。臂架采用进口高强度钢板拼焊为箱体式结构，内部有加强板。臂架之间及臂架与回转机构间用空心轴铰接，内部正适合输料管穿过，实现臂架及输送管的整体折叠与伸展。各个臂架根据其受力情况，经有限元分析、动力学仿真等设

9、计、试验，形成箱形截面渐变梁，输送管由多节组成，便于更换及维修。末端输送管为橡胶软管，方便操纵。各臂架的展收由液压缸推动连杆机构完成，动作平稳、连接可靠。图 31 输送管；2臂架；3臂架油缸；4连杆；5铰接轴；6转台；7回转机构； 8前支腿；9前支腿展开油缸；10固定转塔；11后支腿；12后支腿展开油缸转塔由转台、回转机构、固定转塔、支腿支撑等组成。图 41转台； 2回转机构； 3右前支腿； 4支腿支撑转台为一臂的铰接座，因它与固定转塔间以回转机构相接，可实现在水平面方向的全回转，但因液压管路的限制，转动范围在365转动之内。每节臂架还能绕各自的轴旋转，这些动作相互组合，就能将混凝土布置在任意

10、位置（工作范围内），没有布料死角。回转机构集支承、旋转和连接于一体，具有高的强度和刚性、很强的抗倾翻能力、低而恒定的转矩。它由高强度螺栓、回转支撑、液压减速马达、传动齿轮和过渡齿轮（有时无此件）组成。回转机构的外齿与回转减速机小齿轮间的间隙由减速机的偏心安装板调整，调整范围在00.15mm.。图 5其工作原理为液压减速马达带动传动齿轮，经传动齿轮、过渡齿轮（有时无此件）、回转支撑外圈的大齿轮再减速后，实现回转支撑内外圈之间的慢速旋转。回转支撑的外圈与上部转台、内圈与下部固定转塔用高强度螺栓固连，内外圈之间由交叉滚子连接。因此，它上部连接的布料杆、转台与固定转塔之间即可实现低速旋转。固定转塔是布

11、料杆的基础件，它与四个支腿相连，又与转台以回转支承相接。形成的箱体做为液压油箱和水箱。固定转塔与副车架间焊接在一起，支腿为箱式截面渐变梁，它的作用是将整车稳定的支撑在地面上，直接承受整车的负载力矩和重量。前支腿为二节伸缩形式。工作状态下，应将支腿支撑在有足够强度的或用其它材料按一定要求垫好的地面上，且整车各个方向倾斜度不超过3，为此在泵车左右两侧各装有一个水平仪来辨别倾斜度。2.3.3副车架及其它附件副车架及其它附件主要包括副车架、走台、臂架支架、人梯、挡泥板、护栏。副车架是一方面起到支撑连接固定转台及其它附件作用，更主要是根据车辆满载负载工作特性，进一步提高整车架纵梁强度。副车架用方管焊接而

12、成，与底盘纵梁以U 型螺栓或联接耳子相连。走台是车架后部两侧为安装其它零部件（如蓄能器），便于人员操作、维修、搭载部分物品所设置的。臂架支架是臂架在收合后的一个支撑装置，提高臂架收合后的稳定性，防止臂架在车辆转弯时的离心甩动。人梯便于人员从车辆后部上下车辆。挡泥板阻止车辆后轮的飞溅物向车辆其它部分运动，起保护作用。护栏根据车辆安全强制标准，防止人员或其它外物挂入车辆及保护车辆不受外物直接损坏。2.3.4泵送机构来自液压系统的压力油，驱动两个主油缸带动两个混凝土输送缸内的活塞产生交替往复运动。通过S管阀与主油缸之间的顺序动作，使得混凝土不断从料斗被吸入输送缸并通过S管阀和输送管道送到施工现场。泵

13、送机构的结构如图所示。它主要由砼密封体组件、主油缸、输送缸、洗涤室、拉杆等零部件组成。图 6 泵送机构1主油缸；2拉杆(一)；3盖板；4放水螺； 5拉杆(二)； 6水箱； 7输送缸；8O形圈；9压板；10活塞体；11砼密封体；12导向环；13防尘圈；14挡板；15连接杆；16上下半瓦；17旋螺洗涤室在泵送时必须加满清洁的水。加水的作用：对砼密封体起清洗、冷却和润滑，所以必须保洗涤室的水是清洁的，每次泵送完毕后必须将洗涤室的水放干净，尤其是室温低于0度2.3.5润滑系统有两种形式：往复柱塞式浓油泵（分配油路取动力）和电机旋转柱塞式集中润滑。电机旋转式集中润滑采用直流电机驱动，独立浓油箱，与泵车液

14、压系统无关。往复柱塞式浓油泵（分配油路取动力）润滑系统由润滑泵4, 润滑泵溢流阀6，阻尼器7, 递进式分油器1，单向阀3组成(见图1-12).润滑泵为双向作用泵，其两端的动力油口分别与两摆动油缸的进油油路相联，当摆动油缸摆动时，润滑泵亦泵油一次，工作原理如图所示.图 7 润滑系统原理图 1-递进式分油器; 6溢流阀 2-四通阀块; 7阻尼器 3-单向阀; 4-润滑泵; 5-润滑油箱;第三章 闭式系统泵车的液压系统概述3.1 泵车液压系统组成泵车液压系统组成：泵送液压系统；臂架支腿液压系统；搅拌、清洗冷却液压系统。3.2 泵车系统方框图按着功率传递的方向和控制关系，整个液压系统可以用如下方框图表

15、示。3.3 混凝土泵车动力元件泵车液压动力元件包括：主液压泵、恒压泵、齿轮泵、臂架泵。图7为液压系统的四联泵，前两个为主泵图7 液压系统的四联泵1主泵（前） 2主泵（后） 3恒压泵 4齿轮泵3.31 A4VG125主泵剖面图及原理图图 8 主油泵的剖面图1变量机构 2缸体 3传动轴 4斜盘5柱塞 6壳体 7辅助泵 8配流盘图 9 主油泵的液压原理图1柱塞泵 2伺服阀 3伺服缸 4高压溢流阀 5补油阀6低压溢流阀 7辅助泵 8吸油过滤器 9液压油箱3.3.2 A10VO28DR 恒压泵结构图及原理图图10 恒压泵液压原理图1柱塞泵 2复位油缸 3变量油缸 4伺服阀3.3.3 1PF2G2-4X

16、/ 016齿轮泵剖面图及工作原理图 11随着互相啮合的一对齿轮的旋转运动，液压油被不断地从吸油口带到压油口，齿顶与壳体之间、啮合齿之间形成密封间隙，防止油液回流。浮动侧板可以减小内部泄漏，卸荷槽可以消除困油现象。3.3.4 A7VO55臂架泵外观及原理图图 12 55变量泵外观图图 13 55变量泵原理图3.4 泵车执行元件泵车液压执行元件有：搅拌马达、回转马达、冷却马达、水泵马达、主液压缸（2个）、摆动油缸（2个）、支腿油缸（10个）、臂架油缸(由臂架节数决定，37米4个，45米6个)。3.4.1摆线马达在泵车上摆线马达有搅拌马达和回转马达。搅拌马达剖面图图14 搅拌马达剖面图1螺栓 2密封

17、圈 3驱动轴 4轴承 5轴封 6输出轴 7端盖 8梭阀 9安全阀 10配流板 11平衡板 12密封圈 13卸油口 14安装法兰 15支承套 16内齿圈(定子) 17转子搅拌马达、回转马达工作原理：转子在定子内每公转一圈，转子本身便自转过一个齿，如果转子有z个齿，便需要公转z圈，转子才能转一圈。转子通过驱动轴带动输出轴转动，向负载提供运动和动力。3.4.2 齿轮马达：泵车上冷却马达和水泵马达为齿轮马达。如图15 图 15 冷却马达3.4.3主油缸主油缸的作用是将料斗中的混凝土泵送到输送管中，并提供足够的混凝土出口压力，使混凝土可以到达指定的位置。 工作原理主油泵的压力油进入上侧主油缸有杆腔，活塞

18、杆后退并带动砼活塞将料斗的混凝土吸入输送缸。上侧主油缸无杆腔出油通过连通管进图 16 主油缸的结构1活塞杆 2导向套 3单向阀 4缓冲管5节流阀 6小活塞 7小缸筒 8大缸筒 9大活塞入下侧主油缸无杆腔，推动下侧主油缸活塞杆伸出，将已吸入下侧输送缸的混凝土推入输送管中。3.4.4 摆动油缸图17 摆动油缸的结构1柱塞 2密封组件 3缸筒 4阻尼孔 5环形间隙 6均压槽 7球铰接头3.4.5支腿油缸支腿油缸部分的油缸有垂直油缸、展开油缸、伸缩油缸。图 18 垂直油缸的结构1活塞杆 2密封组件 3导向套 4O型圈 5缸筒6活塞 7密封组件 8螺母 9油口 10平衡阀安装座3.4.6臂架油缸图 19

19、 变幅油缸的结构1缸底 2活塞 3活塞杆 4缸筒 5平衡阀安装座 6导向套7活塞杆头 8衬套 9O型圈 10密封圈 11耐磨环 12斯特封13O型圈 14耐磨环 15密封圈 16导向套 17防尘圈3.5 液压控制元件 液压控制元件按功能分类有：方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀。3.5.1 方向换向阀手动换向阀：DG17V4-018N-10用于切换搅拌回路和供水回路工作，或中位卸荷。图20 手动换向阀外形及功能符号滑阀机能：M型。M型机能可中位卸荷。电磁阀：DG4V-5-2ALJ-M-U-H6-20用于控制搅拌马达正反转。图21 电磁阀外形及功能符号电磁阀：4WE6J6X/EG24N9K4该阀

20、用于控制主油泵进出油方向切换。图22 电磁阀外形及功能符号滑阀机能：Y型。电磁球阀：M2SEW6P3X/420MG24N9K438746521图23 电磁球阀及功能符号1应急操作孔 2电磁铁 3杠杆 4推杆 5钢球 6阀体 7弹簧 8钢球梭阀：RS417 图 24 梭阀功能符号冷却器开启阀：HF21090-02图25 冷却器开启阀和功能符号支腿多路阀：HC-D10/5-37338-D HC-D10/5-37338-C图26 支腿多路阀功能：每一路换向阀可以控制一个执行元件的动作，五个换向阀可以任意几个同时动作，但总是负载轻的执行元件先动作。图 27 支腿多路阀原理图比例多路阀：PSL4H1F/

21、330-3(对应的臂架泵为定量泵)，如PSV型对应臂架泵为变量泵。功能：每一路换向阀可以控制一个执行元件的动作，六个换向阀可以任意几个同时动作，由于内部油路的保证，几个负载不同的执行元件可以同时动作。原理图可参见臂架液压系统原理图图28 臂架比例多路阀臂架平衡阀图29 臂架平衡阀及功能符号1溢流阀 2主阀 3阀体 4测压口 5堵6过滤器 7节流器 8螺堵 9密封圈第四章 泵车液压系统电气系统原理4.1 液压系统原理图图30 泵送液压系统的原理图4.2泵送液压系统概述泵送液压系统是混凝土泵车、混凝土拖式泵和混凝土车载泵的最主要的工作系统，系统的功能是，把料斗中的混凝土泵送到作业范围内指定的位置。

22、按油液循环方式，该液压系统分为开式液压系统和闭式液压系统，与液压泵是开式泵还是闭式泵一致。在开式回路中，液压泵从液压油箱吸油，泵出的高压油通过换向阀供给主油缸，主油缸出油先回阀组再回到油箱。开式回路主要优点是：结构较简单、散热条件好。缺点是震动较大、效率稍低。闭式回路的主要特点是：换向平稳，震动小，效率较高。缺点是散热差。4.3 泵车电气总线拓朴图图 31 电气总线拓朴图电气系统主要组成部分主要包括电气控制箱、操作盒、接线箱、左支腿操作盒、右支腿操作盒、支腿灯照明操作盒、应急操作盒、遥控器、编码器以及彩色显示器。其中，彩色显示器以及主控制器与37米泵车不同，采用的是易斯路彩色显示器和控制模块；

23、并采用编码器进行左右270回转限位。4.4 电气系统原理图图 32 图 33图 34图 35图 36图 37第五章 致谢经过了三个月的实习，极大了开阔了我们的视野；在实习的过程中我们不断记录与自己相关的知识，然后再将这些知识与理论知识相联系从而能够更好地将理论与实际相结合进一步深化我们对于理论知识的了解，同时也激起了我们对于学习知识的兴趣,希望在以后的学习过程中能够将所学知识更好的应用于实际创造出更多的东西。在论文的写作过程中遇到了无数的困难和碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师李海涛老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。无论是在论

24、文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了李老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是他广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最衷心的感谢！感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多素材，还在论文的撰写和排版过程中提供热情的帮助。感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！最后，向在百忙中抽出时间对本文

25、进行评审并提出宝贵意见的各位老师们表示衷心地感谢！第六章 参考文献1 李庆晖，混凝土泵车臂架强度分析与动力学仿真硕士学位文论，吉林大学，2005 2尹腾飞，混凝土泵送系统液压冲击的理论分析与实验研究硕士学位文论，武汉理工大学，20063张代明，混凝土泵液压转向系统仿真与高低压转换装置的研究硕士学位论文，西安建筑科技大学，20094廖雄辉，混凝土液压系统动态建模与仿真硕士学位论文，长沙理工大学，20045李思忠，活塞式液压混凝土泵动力学分析及PLC控制硕士学位论文，20046梁涛年，活塞式液压混凝土泵研究硕士学位论文，西安建筑科技大学，20057樊文瑞，基于虚拟机技术的混凝土泵推送机构的设计研究硕士研究论文，西安建筑科技大学，20078中华人民共和国国家技术监督局，GB/T14902-2003 预拌混凝土，中华人民共和国国家标准，北京；中国标准出版社，2003-12-019中华人名共和国国家技术监督局，GB/T13333-2004 混凝土泵，中华人民共和国标准，北京；中国标准出版社，2004-06-0134