通用型拖挂式混凝土输送泵_VFP(FOXPRO)

摘要：本设计为一款面向市场的通用型拖挂式混凝土输送泵。该混凝土泵设计目的是为了满足广大欠发达地区日益增长的混凝土输送机械的需求。它具有低成本、结构简单、工作可靠等特点，适用于建筑、公路、桥梁、涵洞等工程的混凝土施工，能够提高建筑施工效率和施工质量。
本设计首先概述了混凝土输送泵的发展简史及发展前景，阐述了设计该型混凝土泵的意义；其次在论证了该型混凝土泵的设计要求的基础上确定了其设计方案，并对其主要机构的零部件（泵送系统、液压系统、料斗及分配阀系统）进行设计；简要的说明了该型混凝土泵的操作、保养和维护；介绍了一种加工混凝土泵S管部件的工艺方案。
作为一型高压、中等排量的混凝土泵，它是为能够满足大部分建筑施工而设计的。在满足混凝土泵的工作性能要求的前提下，该型混凝土泵大量采用国产零部件，这样不但可以减少混凝土泵的生产成本，也降低了使用着的维护成本。

关键词：混凝土泵；高压；中等排量；低成本； S管

ABSTRACT

This work is a versatile pulling and hanging concrete pump, which is designed for the market. This concrete pump is designed for the growing demand of concrete conveying machines in under-developed areas.It features low-cost, simple-structure and reliable-working, which is suitable for the on-site concrete pour in the construction of builidings, highways, bridges and culverts, and it can improve the construction efficiency and quality.
At first, the direction of this design summarizes the background and foreground of concrete pumps briefly, and introduce the significance of this design; then the design is established at the base of discussing the design aim of this kind concrete pump. and design the main parts ( pump system, hydraulic system, hopper and distributive valve system) ; and explain the operation and maintance of it; at last, introduce one process of machining the S-tube in this concrete pump.
As a high-pressure, secondary-reductions concrete pump, this concrete pump is designed for most kinds of conscructure. Under the precondition that fulfilling the performance of concrete pumps, this type of concrete pump apply many domestic-made parts, so we can reduce the cost of machine and reduce the cost of maintance of machine also.

Keywords： Concrete pump; High pressure; Secondary-reductions; Low cost; S—shaped tube

目录

1 混凝土输送泵的概述…………………………………………………………1
1.1混凝土泵的简史…………………………………………………………1
1.2我国的混凝土泵的发展…………………………………………………3
1.3 混凝土泵前景……………………………………………………………5
2 混凝土泵的方案设计…………………………………………………………7
2.1 混凝土输送泵的方案要求………………………………………………7
2.2混凝土泵的结构…………………………………………………………7
2.3混凝土泵液压系统………………………………………………………13
2.4混凝土泵分配机构设计…………………………………………………16
2.5混凝土泵泵送机构………………………………………………………25
3 混凝土泵主要部件设计……………………………………………………27
3.1混凝土泵送机构…………………………………………………………27
3.1.1液压缸筒设计…………………………………………………………30
3.1.2油缸底部厚度…………………………………………………………32
3.1.3活塞杆…………………………………………………………………33
3.1.4液压油缸的其他部件…………………………………………………35
3.2动力源、油泵和泵送性能指标的计算…………………………………35
3.2.1主油泵性能确定………………………………………………………35
3.2.2混凝土输送泵的输送距离……………………………………………37
3.3分配机构…………………………………………………………………39
3.3.1摆动油缸………………………………………………………………39
3.3.2摆动杆…………………………………………………………………40
3.3.3S管阀…………………………………………………………………42
3.4液压系统设计……………………………………………………………46
3.4.1泵送机构主油路………………………………………………………46
3.4.2分配阀系统油路………………………………………………………47
3.4.3搅拌系统油路…………………………………………………………48
3.4.4其他系统油路…………………………………………………………49
3.4.5液压系统辅助元件……………………………………………………50
3.5混凝土输送泵料斗………………………………………………………51
3.5.1料斗功用………………………………………………………………51
3.5.2料斗的基本结构………………………………………………………52
4.混凝土输送泵的操作及维护………………………………………………56
4.1.该型混凝土泵的基本操作……………………………………………56
4.2混凝土泵的保养……………………………………………………57
4.3混凝土泵的维修…………………………………………………………59
4.3.1 液压系统故障………………………………………………………61
4.3.2 堵管故障……………………………………………………………63
4.3.3 换向系统故障………………………………………………………66
4.3.4 混凝土缸及活塞磨损………………………………………………68
4.3.5 搅拌系统常见故障…………………………………………………68
5.S管件的工艺………………………………………………………69
结论……………………………………………………………………………71
参考文献………………………………………………………………………72
翻译部分
英文原文……………………………………………………………………73
中文译文……………………………………………………………………80
致谢……………………………………………………………………………85

1.混凝土泵概述
1.1混凝土泵的简史
混凝土泵的出现已经有百年的历史。1907年德国就有人取得了混凝土泵的专利权，制造出第一台混凝土输送泵。1913年美国人Cornell Kee设计出曲轴机械传动的混凝土泵，取得了专利权；1927年德国人弗利茨• 海尔（Fritz Hell）设计了一台混凝土泵，获得成功地使用。这些早期的混凝土泵性能无法满足正常的工作，不久就被搁置。至1932年,德国就制造出了立式单缸球阀活塞泵(如图1—1)，但是这种泵是靠曲柄和摇杆传动,又是立式单缸,因而工作性能较差。

图1—1 立式单缸球形活塞泵
1—活塞；2—混凝土缸；3—联杆；4—摇杆；5—气筒；
6—喂料叶片；7—球阀；8—连通管；9—球阀；10—混凝土输送管
1932年荷兰人库依曼（J•C•Kooyman）在结合前人成功的基础上进行了重大的改进，成功地使用卧式缸，设计制造出库依曼型混凝土泵(如图1—2)。它使用一个卧式缸及两个由连杆操纵的旋转阀。该混凝土泵是第一种可用于实用的泵，时至今日它仍然是大部分的混凝土泵的基本原型，仅仅是在动力部分、传动机构和分配阀等方面作了改进。正是由于库依曼型混凝土泵的流道合理、工作可靠，多个公司如：德国的托克里特（Torkret）、法国的爱尔马科（Slmacoa）、美国的钦贝尔特（Chain Belt）和英国的混凝土泵公司都进行许可制造并出售。

图1—2 J•C•库依曼型卧式缸的混凝土泵
1—活塞；2—混凝土缸；3—吸入阀；4—排出阀；5—操纵吸入阀的联杆；
6—操纵排出阀的联杆；7—料斗；8—混凝土输送管
在库依曼型混凝土泵的基础上，荷兰、美国、德国、法国、苏联、英国多个国家都制造了各种卧式缸的机械式活塞泵，并开始在混凝土工程中进行使用，但是直到第二次世界大战，混凝土泵都是处在小规模的试用阶段。
1932年，苏联的列宁格勒工业大学制造了双缸隔膜式混凝土泵，并在莫斯科运河工程中试用，但是由于该式混凝土泵有很多缺点使其没有得到进一步发展。
第二次世界大战后，各国开始了大规模经济恢复工作，建筑工程规模变得更加巨大，混凝土的需求不断扩大，混凝土的商品化使混凝土泵得到了大量的使用，但是机械式活塞泵的工作性能并不能使使用者感到满意，各国混凝土泵生产厂商开始了研发计划。50年代中期，德国的托克里特（Torkret）公司率先开发出以水作工作液体的液压活塞泵，使混凝土泵进入了一个新的发展时期。而1959年的德国施文英（Schwing）公司生产了第一台有着现代意义的全油液压的活塞混凝土输送泵。液压活塞式泵是以油作工作液体，但是使用压力水来清洗泵和输送管道，其功率大、震动小、排量大、运输距离大、还能进行无级调节。在混凝土泵的设计制造和泵送技术方面的日趋完善，使混凝土泵具备了大规模应用的条件。此后还有了为了解决混凝土泵的机动性而制造的混凝土泵车，即将混凝土泵装上汽车底盘，使其能够更加灵活机动在不同的工地进行转移。
1963年美国的查伦奇—考克兄弟（Challenge—Cook Bros）公司研制了一种工作原理完全不同于活塞式混凝土泵的挤压式混凝土泵。它是利用转动的滚轮挤压软管中的混凝土来完成输送的。其以构造简单、价格低廉，一度得到市场的欢迎，但是由于其输送的压力不够大、输送距离小，很快基本被淘汰，很少有使用者。在我国由于从二十世纪八十年代才开始大量引进外国混凝土泵技术，所以并未大量使用过挤压式混凝土泵。
德国是混凝土输送泵的创始国，是世界上第一个取得混凝土泵专利的国家，也是世界上混凝土泵技术最先进的国家，德国有着举世闻名的混凝土泵制造企业，如施文英（Schwing）、托克里特（Torkret）、普茨迈肆特（Putzmeister）等多达7、8家的公司。德国的公司在混凝土泵和混凝土泵车的研究、设计一直走在混凝土泵行业的前列。它们发明了S管阀，之后施文英公司又推出了裙阀，与S管阀相比，裙阀零部件受力情况得到了改善，阀室流道短，结构更加紧凑。
美国对于混凝土泵技术的研究给予了很大的重视，除去一些公司和个人进行研究外，美国混凝土协会（ACI）还对泵送技术进行了研究，并制定了一系列的规章制度。美国除了积极从国外引进混凝土泵技术，美国的查伦奇—考克兄弟（Challenge—Cook Bros）公司研制了一种工作原理完全不同于活塞式混凝土泵的挤压式混凝土泵。
在日本，其混凝土技术起步较晚，但是发展很迅速。历史上日本从德国和美国的公司中引进了多种混凝土泵，在二十世纪七十年代，日本还制定了“泵送混凝土施工规程”，其后，日本还对混凝土泵技术进行了大量地研究，生产出了多种小型化混凝土泵以满足国内需求，还大量向国外出口。
1.2我国的混凝土泵的发展
我国的混凝土泵开展是在建国后，在二十世纪五十年代我国就从外国引进了混凝土泵。在六十年代初，上海重型机器厂就仿制生产了苏联C—284型混凝土泵，尽管在生产中应用了，但是却没有进行大规模推广。之后，我国的多个建筑机械工厂都研制过一些较小排量的混凝土泵。原一机部建筑机械研究所就和当时的沈阳振捣器厂合作研制生产了HB—8型固定式活塞泵。原国家建委机械研究所和湖南常德机械厂合作研制出了HB—15油压活塞式混凝土泵，并经过了各种性能的测定和工业性实验。而我国的华东电力建设局的混凝土泵车在1980年通过了技术鉴定。北京市建筑工程研究所还和北京市建筑机械厂合作在1978年试制成功了HBJ—30型挤压式混凝土泵，该型机械还在实际的工程中进行了使用。很明显，在上个世纪八十年代之前我国的混凝土泵的使用只处在很低的水平，虽然我国在混凝土泵研究都没有停止过，对各种形式的混凝土泵都有所涉及，有的混凝土泵都通过了国家的技术鉴定，并已小部分试制，有的甚至开始用于实际的工程之中，但是这些都没有大量应用到建筑施工工程中。
改革开放给中国经济带来了腾飞，全国各地都在进行大规模的基础建设，尤其是高层建筑的增多，对混凝土的需求急剧增大，给混凝土泵带来了旺盛的需求。我国从国外大量引进先进的混凝土泵设备。由于市场的驱动，各生产企业纷纷投入到混凝土泵的研制、生产能够满足需求的混凝土泵，使我国的混凝土泵的生产上了一个新的台阶。国内的生产企业从国外的混凝土泵企业引进先进的混凝土泵技术进行合作生产，沈阳工程机械公司从德国普茨迈斯特公司引进了BSA1406型混凝土泵技术，并在此基础上设计制造了HBT60型拖式混凝土泵，并在1989年通过了国家的技术鉴定。该混凝土泵采用了S型管阀，混凝土输送量达60 ，压力达10.6MPa，比我国以前所设计的大的多；湖北建设机械公司引进日本技术，生产了多型如：HBT50系列、HBT60系列、HBT80系列混凝土泵和HBC80、IPG50系列、IPF系列混凝土泵车；此外中联建设机械公司生产了HBT40、HBT50、HBT60、HBT70、HBT100等多系列混凝土泵；三一重工业集团生产了HBT60系列混凝土泵，并且自己研制了有着自主知识产权的混凝土泵，其所生产的HBT60C型混凝土泵泵送压力达到了16.5MPa，使得国产的混凝土泵泵送高度达到了200m以上。还有山东方圆集团和徐州工程集团等多个生产企业生产了混凝土泵和混凝土泵车。
在2001年后我国的混凝土泵的销售量年增长百分之二十多的速度，我国混生产凝土泵的大型企业有三一重工、中联重科、山东方圆集团。我国的生产企业已经能够生产基本齐全的型号，从小排量到大排量，从低压到高压，国产的混凝土泵性能已经能够满足大部分的建筑要求，与国外的混凝土泵的性能已相当接近。
虽然我国的混凝土泵的使用可以追溯到上个世纪五十年代，但是在实际工程中大规模使用的还是在上海宝山钢铁工程上。此后在我国多个大型的建筑工程中都使用的国产的混凝土泵都取得相当好的效果，这一切都表明了在高层建筑混凝土泵送技术方面我国已接近国际先进水平。
当然，我国地域广阔，在沿海一带和内陆经济较发达的地区，泵送混凝土应用较多，泵送技术水平较高，但是从全国范围来看，由于商品混凝土在混凝土总量中占的比例还不高。所以我国总的来说泵送混凝土尚未全面普及，还需要大力推广。近几年的西部大开发和国家拉动内需的做法给泵送混凝土的商品化提供了助力。
1.3 混凝土泵的前景
混凝土泵技术与机械、液压技术、混凝土材料、流体力学等理论息息相关，提升其性能就要从多个方面入手。
首先，混凝土泵的发展大体上经历了从活塞式泵到挤压式泵再到活塞式泵；从机械式到液压式；从低压到高压；从固定式到拖式再到汽车式的演变过程。这也是客观需要促使混凝土泵向自动化、大排量、小型化发展。
由于人类社会飞速发展，城市化进程加快，很多城市大力建设高层和超高层建筑，这在中国这样飞速发展的国家更是如此。由于高层建筑的发展，就要求混凝土泵有较高的压力，混凝土输送能够做到一泵到顶。当然有时当输送的距离较大时可以用两个泵或多个泵串联在一起，进行接力。所以混凝土泵的大排量、大压力是一个趋势。在外国混凝土泵送水平日趋成熟，其最大水平输送距离达4000 ，泵送量达180 。在发展大排量的高压混凝土泵的同时，也发展一些小排量的小型混凝土泵，这对一些混凝土工程量不太大的小型工程或在矿山的地下工程是相当有用的，当然在地下工程中特别是在煤矿地下矿道混凝土泵必须做到防爆。而且在我国的西部一些不发达地区不可能大规模使用高、精、尖的大型设备，因此为了适合西部的自然环境、社会环境，经济实用的中型混凝土机械会有着很大的市场。
其次，为了保证混凝土泵的泵送工作顺利进行，就要能够掌握混凝土的质量和泵的动态泵送参数。因此提高混凝土泵的工作可靠性就要在混凝土泵的装备控制、工作检测仪器上下工夫。电子技术和控制方面都是提高混凝土泵工作性能的工作方向，如在混凝土坍落度控制要求比较严格的场合，混凝土泵一般都配置了有线遥控或无线遥控，以有效地掌握混凝土的质量。
混凝土泵在经过了迅速发展其工作能力之后，现在随着人机一体化与生产绿色化的要求。目前的发展要求就是提高其工作可靠性和效率，就使得使用高强度、高耐磨、高硬度的材料，进一步研究改进阀门系统，降低噪声和振动，操作系统的简单化，更长的工作寿命。在国外已经在其机械设备上体现了机电一体化技术，大部分的混凝土输送泵安装了集成控制系统，有些大型泵车甚至采用了工业电视监控。
第三，在现代的各种建筑中不少是在一些很特殊的环境下进行的，就要求有能够适应一些特殊环境的混凝土建筑机械。混凝土泵由于需要将大量混凝土较长距离地输送到工作面，在一些高温地区和低温地区就要能够还要正常工作。如在零下40 情况下，混凝土泵要正常工作就需要用特种液压油、润滑油和钢材，设计低温防护罩保护电器设备，各个部件都要有良好绝缘等。
第四，由于很多建筑建造的特殊要求，就需要使用一些很特殊的混凝土。目前我国正在发展混凝土强度很大的高强度混凝土，并已经在很多城市推广使用，这些混凝土有时使用较多的水泥，就导致了混凝土拌合物的粘度较大，给泵送带来一定的困难。所以需要生产能够适应高强度、高粘度混凝土的混凝土输送泵。
综上所述，混凝土泵在今后的发展向着智能化、自动化、多功能化、大型兼小型化的方向前进，其还大量采用了如遥控技术、计算机控制技术、电液比例技术、负荷传感技术等新技术。通过这些先进的技术，混凝土输送泵能够在更多工程尤其是特殊环境的工程中得到大量使用，使混凝土泵成为一款通用型混凝土机械。

2.混凝土泵的方案设计
2.1混凝土输送泵的设计方案要求
混凝土泵是一种用于输送和浇筑混凝土的施工设备,它能一次连续地完成水平运输和垂直运输,效率高、劳动力省、费用低,尤其对于一些工地狭窄和有障碍物的施工现场,用其他运输工具难以直接靠近施工工地，混凝土泵则能通过输送管路在较远地地方将混凝土输送道施工点。
混凝土泵运输距离长,单位时间内的输送量大，高的高层建筑一泵到顶,上万立方米的大型基础工程亦能在短时间内浇筑完毕,非其他运输工具所能比较,优越性非常显著,因而在工业发达国家早就推广应用,尤其是预搅混凝土生产与泵送施工相结合,彻底改变了施工现场混凝土工程的面貌。这些年来我国掀起大规模基本建设,泵送混凝土在我国亦得到很大发展,上海等一些较发达城市是发展泵送混凝土比较早的城市,泵送混凝土在混凝土工程中占的比例和混凝土泵送技术已经接近世界先进水平。
目前我国的混凝土输送泵主要在大城市及发达地区使用，随着我国经济的发展，尤其是在西部的大规模开发中很多中小城市就需要大量的混凝土输送机械来满足各个建筑施工需要。我所设计的混凝土泵是高压中等排量的混凝土输送机械。它拥有较好的性能和较低的成本能够满足大部分用户的需要，在我国更多的中小城市中有着巨大市场，也将混凝土泵送技术推向了中国更广大地方。
1、所设计的混凝土输送泵为工程使用机械，其所设计的排量为60 ，输出压力为15 。混凝土输送泵的工作性能良好，能够在较恶劣的环境中（如西北地区的干旱、风沙）正常工作。
2、混凝土输送泵能够完成水平输送距离达1500 以上的输送。
3、泵送混凝土的坍落度较大范围。通常情况下，可泵性好的混凝土坍落度在12～18内。但是用于高层或超高层的建筑结构的上部浇注混凝土时，其坍落度要适当增大，要取到18～20。
2.2混凝土泵的结构
在混凝土工程施工过程中，混凝土的运输和浇筑是一项繁重的、关键性的工作。它要求迅速、及时、保证质量和降低劳动消耗。尤其是对于一些混凝土量很大的大型钢筋混凝土构筑物（大型设备基础、地下工程等）和高层建筑或超高层建筑。
混凝土输送机械用来把搅拌好的新鲜混凝土及时、保质地输送到浇灌现场。对于集中搅拌或商品混凝土，由于输送距离较长且输送量较大，为了保证被输送的混凝土不产生初凝和离析等降质情况。常应用混凝土搅拌输送车、混凝土泵和混凝土泵车等专用输送机械。而对于采用分散搅拌或自设混凝土搅拌点的工地，由于输送距离短且需用量少一般可采用通用输送机械。短途混凝土水平运输的工具有：人力手推车、机动手推车、机动翻斗车、自卸汽车等。混凝土垂直运输的工具有井架、塔式起重机、提升机、快速提升机等。这些运输方式如选择得当、组织合理也能取得较好的效果。但是，利用混凝土泵运输和浇筑混凝土，由于其具有一系列的优点，愈来愈受到人们的重视。
混凝土输送泵是输送混凝土的专用机械，它配有特殊的管道，可以将混凝土沿管道连续输送到浇筑现场。采用管道输送可将混凝土的水平输送和垂直输送结合起来，并能保证混凝土的均匀性和增加密实性。它的输送距离，沿水平方向能达2500—3000 ,沿垂直方向可达400 。如果输送距离很大，可串联装置两个或多个混凝土泵。
混凝土泵适用于大型混凝土基础工程、水下混凝土浇灌、隧道内混凝土浇灌、底下混凝土工程以及其他大型混凝土建筑工程等。特别是对施工场地狭窄，浇筑工作面积较小、或配筋稠密的建筑物浇筑，混凝土泵是一种有效而经济的输送机械。然而由于其输送距离和浇筑面积有局限性，混凝土最大骨料粒径不得超过100 ，混凝坍落度也不宜小于5，这些条件限制了其使用范围的扩大，因而在一些特殊的建筑工程上还得使用通用输送机械来运输混凝土。
按混凝土的转移方式分为固定式、拖式、汽车式等。按混凝土泵的构造和工作原理分为活塞式、挤压式和风动式。其中活塞式混凝土泵又因传动方式不同而分为机械式和液压式两类。
活塞式混凝土泵是应用最早和最多的一种混凝土泵，也是目前混凝土泵机械的主流。

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