混凝土泵车液压系统毕业设计.docx
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混凝土泵车液压系统毕业设计
1.绪论
1.1引言
随着国内商品混凝土行业和建设机械租赁业务的快速发展，施工规模和范围的扩大及西部大开发，建设机械以及相关混凝土输送机械行业得到了高速发展，混凝土泵车的市场空间进一步扩大。
我国混凝土泵车团体用户主要是年生产能力在30立方米以上有资质的商品混凝土供应商、行业比较大的建设施工单位、各类有一定经济实力和经营规模的施工机械租赁企业、从原建设施工单位分离出来的设备管理部门等；个体用户主要是沿海发达地区的个体搅拌站和个体机械租赁部。
目前在国内团体用户至少有800[1]家以上，按国际常规每家5辆的规模，今后几年其泵车拥有量将会达到4000辆左右，再加上个体用户的1000辆，这个数字非常可观。
现在年成交量约在180辆左右，主要是团体消费，而个体消费增长缓慢的原因是价格问题。
目前，国内此类产品型谱和生产企业不断增加，产品性能、质量都在迅速提升。
随着商品混凝土行业的发展，混凝土泵送机械规格更全，档次更高，泵车布料臂架朝更长的方向发展，由以前的37m占主流，逐步过渡到42〜45m为主，47〜72m同样受到市场青睐，如三一重工生产的SY5650THB-72泵车，臂架长度已达到72m,为目前国产最长臂架的泵车。
随着工程进度的加快，泵送排量也有增大的要求，过去排量在60〜80m3/h的占60%左右，现在排量要求80〜120m3/h的工程越来越多，如杭州湾跨海大桥使用的混凝土泵，基本上都是120m3/h的。
对混凝土泵的机动性要求越来越高。
主要表现在泵车的市场需要增长很快，2002年比2001年增长95.56%，2003年比2002年的增长幅度更大，超过了100%。
另外，车载泵的市场也逐步活跃起来，三一、楚天、中联、鸿得利等厂家都有新品上市。
目前，柴油机动力越来越多，不仅泵车和车载泵要求使用柴油机动力，单拖式泵的比例也逐步增大。
液压系统向集成方向发展，普遍采用开式系统及恒功率控制，特别是大流量的泵，开式系统具有油温低、可靠性高、维修方便等诸多优势。
同时，全液压控制技术、计算机控制技术取得了突破性进展。
如三一产品的全液压换向和计算机闭环控制技术已经广泛应用。
泵送压力已经有了大幅度提高，1971年以前，混凝土出口压力大多不超过4.94MPa,后提高到5.88〜8.38MPa,现在已达到22MPa,而且还有继续提高的趋势。
同时，液压系统的压力也在不断提高，基本都在32MPa以上。
因此，输
送距离也在不断增加，最大水平输送距离已超过2000m,最大垂直泵送高度也可达
500m以上。
1.2课题提出的背景
1.2.1课题提出的宏观背景
我国臂架式混凝土泵车的起步开始于20世纪80年代初，最初基本上是引进散件组装，或者是通过技贸结合方式引进技术生产与部分零件引进相结合的生产模式。
20世纪50年代我国生产过机械式混凝土泵，由于当时的技术水平很低，生产批量很少，在20世纪80年代初，国产混凝土泵车的总保有量尚不足200台，臂架式混凝土泵车更是一项空白。
在此期间，我国的一些大型混凝土浇筑工程，在很大程度上基本依靠进口设备。
从20世纪80年代初开始，经过20余年的努力，我国臂架式混凝土泵车取得了长足的发展，设计水平、制造能力都有了很大提高。
据统计，目前我国混凝土输送泵制造商已达100多家，分布于全国各地。
但是由于各制造商的技术水平、制作工艺、生产能力等参差不齐，产品差距也较大。
目前国内生产能力最强的企业是以三一重工、中联重科、徐州重型及福田重机为代表的第一梯队，第二梯队中以辽宁海诺、湖北建机、安徽星马和上海鸿得利等企业为主，它们的产量占了全行业的90%以
上。
我国臂架式混凝土泵车近年来有了快速的发展，在产品的稳定性和工艺方面，虽然还不如国外的产品，但比20世纪的产品有了长足的进步。
在性价比、售后服务等方面我国的产品具有明显的竞争优势，且更加符合国内的实际施工情况。
其中，中联重科、三一重工在臂架式混凝土泵车的研发方面走在了同行的前面。
中联重科制订了《混凝土泵车》标准，还研发了泵车远程维护与定位系统。
三一重工的混凝土泵车，无论在泵送压力、泵送排量，还是在稳定性、可靠性等方面，都可与国外著名品牌产品相媲美，其泵送机械系列产品已热销到中东、北非及南亚等地。
1.2.2课题提出的行业背景
（1）我国泵车行业发展现状及存在的问题
国产臂架式混凝土泵车因为起步较晚，近两年国内各企业纷纷加强了技术引进与质量控制，设计开发了具有自主知识产权的臂架式混凝土泵车，技术创新成为国内臂
架式混凝土泵车发展的助推器。
而各大部件的技术发展趋势也代表了内臂架式混凝土泵车整车的发展方向。
但随着泵车行业的急速发展，其中也出现了不少的问题：
1）各制造商的技术水平、制作工艺、生产能力等参差不齐，产品差距也较大。
目前国内生产能力最强的企业是以三一重工、中联重科、徐州重型及福田重机为代表的第一梯队，第二梯队中以辽宁海诺、湖北建机、安徽星马和上海鸿得利等企业为主，它们的产量占了全行业的90%以上。
2）环境污染严重，能耗高。
泵车行业本身属于高能耗、高污染行业，生产过程中消耗大量资源和能源，产生的废气、废水、废渣、等对环境造成严重污染。
3）近年来，随着全社会环保意识的增强，我国政府出台了一系列政策、措施加大节能、减排力度，各地方政府也制定相应法令、法规，整治行业污染，泵车行业面临资源、能源和环境问题的严峻挑战。
4）国内泵送机械所获得的专利主要以泵、泵的闸门及泵控制、液压、电器等为主，这说明国内企业对这些方面的研究比较重视，这也是国产泵送机械比较薄弱的领域。
其次是泵的零配件及臂架方面，近20年间的专利数量只有100多项，这其中还包含国外企业申请的专利，这说明我国企业对臂架式泵送机械研发的投入还不足。
（2）国外泵车行业发展现状
1）底盘呈现多元化。
底盘发动机为臂架式混凝土泵车的工作和行驶提供压力。
其中五十铃底盘技术成熟，价格也相对便宜，沃尔沃底盘外观豪华，驾驶舒适，自动化程度高，采用柴油电喷技术，油耗低。
2）液压系统向集成化方向发展。
液压系统是混凝土泵车的核心部分，液压系统质量的高低会直接影响主机工作性能和效率。
臂架式混凝土泵车普遍采用开式系统及恒功率控制，特别是大流量的泵，开式系统具有油温低、可靠性高、维修方便等诸多优势。
同时，全液压控制技术、计算机控制技术取得了突破性进展。
全液压控制技术、计算机控制技术也取得了突破性进展，如三一产品的全液压换向和计算机闭环控制技术已经广泛应用。
3）节能、环保成为泵车发展趋势。
提高混凝土泵车的节能、环保性能已经成为一种趋势，风冷却逐步替代水冷却，发动机的排放标准也在提高。
4）结构件更具适用性。
臂架式混凝土泵车作业时常受上部空间所限制，要求臂架展开时顶部高度最低，4节以下的臂架折叠一般采用单一的R或Z形型式。
5节以上臂架由于受空间限制，一般采用RZ组合折叠型式来实现臂架的展开、收拢，适用性、机动性和灵活性增强，特别是在隧道和室内作业施工中，效率明显提高。
5）混凝土输出排量更大。
中心泵送系统压力更高、输送量更大，将成为今后国外臂架式混凝土泵车中心泵送系统的发展趋势。
随着臂架式混凝土泵车臂架越做越
高，车型越做越大，其输送缸的缸径也越做越大，同时由于工程进度的要求越来越高，要求泵送排量在80~120m3/h的工程越来越多，大排量将成为今后臂架式混凝土泵车的发展方向。
此外，泵送压力越来越高。
混凝土出口压力现在已达到22MPa,而
且还有继续提高的趋势。
图1.1ZLJ5281THB37泵车整机外观图
1.3混凝土泵车的分类
混凝土泵的种类很多，可以按臂架长短、底盘、臂架展开方式或其他情况分类。
（1）按臂架长短分类可以分为37米、40米、42米、44米、46米、47米、48米、49米、50米、52米、56、58、60、62、72米泵车。
（2）按底盘类：
泵车由于施工的可靠性要求高，工作负荷大，对于底盘的采用，一般都采用国际知名品牌如瑞典VOLVO、德国Merceds-Benz日本ISUZU等公司生产的专用底盘，其中VOLVO和Merceds-Benz等底盘采用柴油电喷技术,具有较好的燃油经济性和高标准的排放标准。
近年来也出现了部分泵才采用国产底
盘，如中联重科采用的浦沅专汽底盘和北汽福田采用的欧曼底盘。
（3）按臂架展开方式分类：
一般分为R型、Z型、和RZ复合型。
1.4泵送机构的基本构造及工作原理
（1）混凝土泵车的基本构成：
混凝土泵车大致由泵送机构.混凝土分配机构、料斗及搅拌机构.电控系统等四大部分组成。
每一部分均由不同的机构或零件组成，都承担不同的功能。
了解并掌握
混凝土泵的每一部分基本结构及其工作原理，对泵车的正确使用和维修有很大的帮
助•
（2）混凝土泵车的代号及主要性能参数:
不同厂家对泵车的代号有不同的方式，但根据国家及行业的标准，泵车的主要技术性能参数表1.1可以从产品型号看出.
表1.1
ZLJ
5
28
1
THB
125-
37
企业
特种车代
整机重
产品改
泵车标
泵送
布料高
代号
号
量
型编号
准代号
方量
度
泵送机构是把液压能转换为机械能的动力执行机构，其功能是推动混凝土使其克
服管道阻力而达到浇注部位。
构造与工作原理如图1.2:
图1.2泵送机构构造图
泵送机构是由动力部分、水箱、工作部分等组成。
动力部分即主油缸，工作部分即混凝土缸，水箱的作用是支持连接主油缸与混凝土缸，并由所盛水对混凝土缸进行清洗、冷却、润滑等。
泵送混凝土时，在主油缸和分配缸驱动下，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。
图1.3图1.4
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（图1.3）。
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（图1.4）
（3）混凝土缸
混凝土缸后端与水箱连接，前端与分配阀箱体连接并通过托架与机架固定。
主油缸活塞杆伸入到混凝土缸内，活塞杆前端装有混凝土缸活塞如1.5所示。
不同型号、
不同厂家的混凝土泵，其混凝土缸的尺寸、连接方式也不一样。
图1.5主油缸剖面图
混凝土缸可用无缝钢管制造。
由于混凝土缸同混凝土及水长期接触，承受着剧烈的摩擦及酸、碱物质的化学腐蚀，因此，在混凝土缸内壁镀有硬铬层，或经特殊热处理以提高其耐磨性能及抗腐蚀性能。
混凝土缸活塞是一个将耐磨橡胶与钢制的活塞镶片浇铸成一整体的组合件。
活塞镶片通过螺栓同活塞靠盘固定在一起，活塞靠盘的外表面也经过镀铬以防腐蚀。
（4）水箱
水箱是用钢板焊成，既是储水容器，又是主油缸与混凝土缸的支持连接件。
水箱上部有盖，打开窗盖可以加水并清洗水箱内部。
水箱上还有一个水标尺，用来观察水位，水箱底部有放水口。
在泵送机构工作时，水在混凝土缸后部随着橡胶活塞来回流动，所起的作用是：
1）清洗作用清洗混凝土缸壁上每次泵送后残存的灰浆，以减少混凝土缸及橡胶活塞的磨损;
2）隔离作用防止主油缸泄漏出来的液压油进入混凝土中而影响混凝土的质量;
3）冷却润滑作用冷却润滑混凝土缸橡胶活塞、活塞杆及活塞杆密封部位。
整个水系统容量约100L。
（5）机械系统?
料斗
料斗是混凝土泵的承料器，料斗及搅拌装置的功用有两个方面：
1）混凝土运输设备向混凝土泵供料的速度同混凝土泵的输送速度不能完全一致，料斗可以起到中间调节作用;
2）搅拌装置对混凝土进行二次搅拌，可以改善混凝土的可泵性。
搅拌装置还有向混凝土分配阀混凝土缸喂料的作用，以提高混凝土泵的吸人
效率。
（6）搅拌装置
搅拌轴部件由搅拌轴、搅拌叶及搅拌叶座等组成。
搅拌叶和搅拌叶座共有五副（若料斗内有管形阀，则搅拌器数目要少），分为中间的和两侧的两种。
它们安装后，中间搅拌叶片同搅拌轴轴线平行，两侧搅拌叶片则同搅拌轴轴线成450角。
左侧和右侧搅拌叶片的安装方向相反，其方向应是当搅拌轴正转时把混凝土从料斗两侧赶向中间部位。
搅拌轴的正转方向，从链轮端看应当是逆时针旋转。
对于大排量的混凝土泵，其搅拌装置可采用大螺旋叶片，使混凝土能直接被送到混凝土缸吸料口。
搅拌轴传动装置的形式有两种，一种是液压马达通过机械减速后驱动搅拌轴；另一种是液压马达直接驱动搅拌轴。
而机械减速的方式又有链传动、蜗轮蜗杆传动，以及齿轮传动。
当供油油泵排量一定，液压马达用小流量时获得高转速、小扭矩；当用大流量时获得低转速、大扭矩。
当混凝土泵采用大排量（30m3/h）、近距离输送时，搅拌液压马达用小流量、高转速、小扭矩；当混凝土泵采用小排量（15m3/h）、远距离输送时，液压马达用大流量、低转速、大扭矩。
1—液压马达；2—液压马达支座；3—主动链轮；4—被动链轮；5—轴承座；
6—搅拌轴承；7—搅拌轴；8—密圭寸盘；9—压圈；10—两侧搅拌叶；11—搅拌叶。
图1.6搅拌装置图
2液压系统设计
2.1液压系统的发展前景
液压传动［2］的出现已经有二、三百年的历史。
1795年第一台水压机问世。
机床上采用液压传动，从十九世纪末德国制造液压龙门铇床，美国制造液压六角车床、液压磨床算起，已经有一百多年的历史。
但由于当时还没有成熟的液压元件，因而液压技术并没有得到普遍应用。
上个世纪三十年代，各类机床（车、铣、磨、钻、镗、拉等机床）才刚刚开始采用液压传动。
直到第二次世界大战以后，应用才逐渐普遍起来。
我国的液压技术从上世纪五十所代开始应用，1952年开始试制油压泵阀。
（1961年上海压机床厂自行设计制造了我国第一台万能水压机）以液体的介质的液压传动具有无级调速和传动平稳的优点，故在现代机床上得到广泛应用；用其布置方便并易实现自动化，而在组合机床上应用较广；由于执行元件的输出力（或转矩）较大，操纵方便布置灵活，液压元件用电器易实现自动化和遥控。
以气体的工作介质和气压传动，因工作压力较低（一般在1Mpa以下），且有可压缩性，所以传递动力小，运动不如液压传动平稳，但因空气粘度小，阻力损失小，速度快、所应灵敏，而适用于特殊环境下的传动。
目前，机床液压仿形装置，液压自动化机床及其自动线已经大量出现。
液压传动在高效率的自动、半自动机床组合机床，程控机床和数控机床上已经成为重要的组成部分。
有的先进工业国家采用液压装置的机床类别（按品种计算）已经高达70%以上，机床传动系统有85%利用液压传动和控制。
液压技术正在向高压、高速、大流量、高效率、低噪音，集成比方向发展；新的液压元件和液压系统的计算机辅助设计、优化设计数字仿真。
微机控制等新技术也日益发展、应用，并取得了很多显著成果（如：
比例控制、二通插装阀、球式逻辑阀，交流液压技术，还出现了大量的机、电、液、计算机一体化的现代化设备）。
另外，近年来又在太阳跟踪系统、海浪模拟装置、船舶驾驶模拟地震再现、火箭助飞发射装置、宇宙环境模拟和高层建筑防震系统及紧急刹车装置等设施中，也采用了液压技术。
总之，几乎所有工程领域，凡是有机械设备的场合，均可利用液压技术。
因此可见其发展前景是非常光明的。
2.2液压系统的设计步骤及要求
液压传动传动系统［3］是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。
着手设计时，必须从实际出发，有机地结合各式各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单工作可靠，成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。
2.2.1液压系统的设计步骤
设计步骤液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。
一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。
（1）确定液压执行元件的形式；
（2）进行工况分析，确定系统的主要参数；
（3）制定基本方案，拟定液压系统有原理图；
（4）选择液压元件；
（5）液压系统的性能验算；
（6）绘制工程图，编制技术文件。
2.2.2液压系统的设计要求
设计要求是进行每项式程设计的依据。
在制定基本方案并进行进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。
（1）主机的概况：
用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等；
（2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；
（3）液压驱动机构的运动形式，运动速度；
（4）各动作机构的载荷大小及其性质；
（5）对调整范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求；
（6）自动化程度、操作控制方式的要求；
（7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；
（8）对效率、成本等方面的要求。
2.3液压系统图的拟定
2.3.1液压系统主要参数的确定
通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。
液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。
压力决定于外载荷。
流量取决于执行元件的运动速度和结构尺寸。
本次设计所
参数来源于ZLJ5281THB37混凝土泵车主要技术参数如表2.1
表2.1
型号
ZLJ5281THB
泵送
系统
取大理论输送量m/h
120/70
混凝土取大出口压力MPa
11/7
额定工作压力MPa
35
-1
泵送频率min
22
料斗容积L
550
上料高度mm
1540
液压系统型式
闭式/开式
分配阀形式
S管阀
油缸缸径x行程mm
①130X2100
混凝土缸径x行程mm
①230X2100
液压油冷却
风冷
推存塌洛度cm
12~23
最大骨料尺寸mm
40
臂架及结构形式
结构形式
37-4R
最大布料高度m
36.6
最大布料半径m
32.6
最大布料深度m
24.9
回转角度
365°
臂节数量
4
臂节长度mm
8650/7860/7980/8080
展臂角度
100°/180°/180°/270°
输送管直径mm
125
末端软管长度mm
3000
臂架最小打开咼度mm
8500
支腿跨距（前x后x纵向）mm
7450X6900X7100
底盘
及整
车
底盘型号
CYZ51Q
驱动方式
6X4
轴距mm
4595+1310
发动机型号
6WF1A
发动机最大功率kW/（r/min）
265/1800
发动机最大扭矩N.m/（r/min）
1422/1100
发动机排量CC
14256
燃料种类
柴油
燃油箱容积L
380铝质
尾气排放标准
欧川
整车最高行驶速度km/h
85
整车质量kg
28190
整车外形尺寸（长x宽x高）mm
11650X2500X3870
其它
润滑方式
节能式自动润滑
液压油箱容积L
650
控制方式
手动+遥控
水泵最大压力MPa
7
水箱容量L
550
混凝土管清洗方式
水洗/干洗
2.3.2液压系统方案设计
（1）制定调速方案
液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。
方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。
对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。
对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。
速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现[4]。
相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合——容积节流调速。
节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。
此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。
容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。
其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。
但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。
此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。
容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。
此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。
节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。
进油节流起动冲击较小，回油节流常用于有负载荷的场合，旁路节流多用于高速。
调速回路一经确定，回路的循环形式也就随之确定了。
节流调速一般采用开式循环形式。
在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。
开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。
容积调速大多采用闭式循环形式。
闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一个封闭的循环回路。
其结构紧凑，但散热条件差。
本系统采用变量泵调速，可以是手动变量调速，也可以是压力适应变量调速。
2）制定压力控制方案
液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。
在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。
在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。
液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。
在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。
（3）制定顺序动作方案
主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。
工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。
加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。
行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接比较方便的场合。
另外还有时间控制、压力控制等。
例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电
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