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中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2008屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第81頁(yè)
1 方案設(shè)計(jì)
1.1混凝土泵基本結(jié)構(gòu)
圖1-1 混凝土泵的基本構(gòu)造簡(jiǎn)圖
1-輸送管道；2-Y形管組件；3-料斗總成；4-滑閥總成；5-攪拌裝置；
6-滑閥油缸；7-潤(rùn)滑裝置；8-油箱；9-冷卻裝置；10-油配管總成；
11-行走裝置；12-推送機(jī)構(gòu)；13-機(jī)架總成；14-電氣系統(tǒng)；
15-主動(dòng)力系統(tǒng)；16-罩殼；17-導(dǎo)向輪；18-水泵；19-水配管
1.1.1工作方式
混凝土泵的種類很多，可以按排量大小、工作原理、行走裝置或配備其它裝置的情況進(jìn)行分類。
1、按排量大小分類
混凝土泵按排量大小可分為小型、中型、大型三類。排量不足30m3/h的屬小型泵；排量在30～80m3/h之間的為中型泵；排量超過(guò)80m3/h的為大型泵。目前應(yīng)用最多的是中型泵。
2、按工作方式可以分為以下幾種形式：
(1)活塞式混凝土泵
活塞式混凝土泵是應(yīng)用最早的一種混凝土泵產(chǎn)品。這種泵的泵送壓力較高，輸送距離較遠(yuǎn)，而且易于控制，所以應(yīng)用最廣泛?；钊交炷帘檬强炕钊诟變?nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在分配閥的配合下完成混凝土的吸入和排出。從傳動(dòng)裝置上可分為：
①機(jī)械式 最早的混凝土泵采用曲柄活塞式，由動(dòng)力裝置帶動(dòng)曲柄活塞（柱塞）往返運(yùn)動(dòng)將混凝土送出。隨液壓技術(shù)的發(fā)展已逐步被液壓式取代。
②液壓式 根據(jù)液壓介質(zhì)的不同又分為油壓式和水壓式兩種。水壓式目前還不多見(jiàn)，所以通常稱為“液壓”的就是指油壓式混凝土泵。這種混凝土泵功率大，震動(dòng)小、排量大、運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，可做到無(wú)極調(diào)節(jié)，泵的活塞可逆向動(dòng)作，將輸送管中將要堵塞的混凝土拌合物吸回混凝土缸，以減少堵賽的可能性。
（2）擠壓式混凝土泵
擠壓式混凝土泵的作用原理與擠牙膏的過(guò)程相似。這種泵的泵室內(nèi)有橡膠管和滾輪架，當(dāng)滾輪架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將橡膠管內(nèi)的混凝土壓出，它特別適宜于小石子混凝土急砂漿的泵送。
（3）壓縮空氣輸送罐
它利用壓縮空氣對(duì)貯料罐內(nèi)混凝土吹壓，進(jìn)行間斷輸送，其作用原理如圖1-2所示。
圖1-2 氣體輸送混凝土工作示意圖
壓縮空氣輸送罐的操作順序是：先打開(kāi)罐的上蓋，裝入混凝土后再將上蓋壓緊，打開(kāi)氣閥向罐內(nèi)輸入壓縮空氣，當(dāng)用于顯示罐內(nèi)壓力的壓力表達(dá)到額定的壓力值時(shí)，關(guān)閉氣閥并開(kāi)始送混凝土。壓送后將罐內(nèi)的剩余壓力全部泄放掉，然后再打開(kāi)上蓋，重復(fù)進(jìn)行泵送。
3、按移動(dòng)方式分類
混凝土泵按移動(dòng)方式可分為固定式、拖掛式和自行式。
（1）固定式
固定式系原始式，多由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，適用于工程量較大、移動(dòng)較少的場(chǎng)合。
（2）拖掛式
拖掛式混凝土泵是把泵安裝在帶有車(chē)輪的簡(jiǎn)單底架上，既能在施工現(xiàn)場(chǎng)方便地移動(dòng)，又能在道路上拖運(yùn)。
（3）自行式
自行式混凝土泵是把泵安裝在汽車(chē)底盤(pán)上。
①車(chē)載式 車(chē)載式混凝土泵移動(dòng)方便，機(jī)動(dòng)靈活，到新工作地點(diǎn)不需進(jìn)行準(zhǔn)備即可進(jìn)行澆筑。
②混凝土泵車(chē) 是汽車(chē)、混凝土泵及布料桿的組合體。機(jī)動(dòng)性能好，可縮短施工的輔助時(shí)間，節(jié)省勞動(dòng)力，提高生產(chǎn)率和降低工程成本。但受施工現(xiàn)場(chǎng)工地條件和道路的限制。
經(jīng)比較決定工作方式采用液壓活塞式。
1.1.2電動(dòng)機(jī)
由于在井下使用三相交流電源比較方便，故選用三相異步電動(dòng)機(jī)。其中Y系列最為常用。在井下使用防爆結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)。
1.1.3混凝土缸布置
采用臥式雙缸，即兩個(gè)混凝土缸并列布置，由兩個(gè)油缸驅(qū)動(dòng)，通過(guò)閥的轉(zhuǎn)換，交替吸入或泵出，是混凝土平穩(wěn)而連續(xù)的輸出。
1.1.4分配閥
1、蝶形分配閥
這種分配閥是在料斗、工作缸、輸送管之間的通道上設(shè)置一個(gè)蝶形板，通過(guò)蝶形板的翻動(dòng)來(lái)改變混凝土的通道。其優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、閥室小、流道短、運(yùn)動(dòng)阻力小，使用壽命長(zhǎng)，維修方便，閥的出端不需要Y形管。蝶形閥的缺點(diǎn)是：混凝土流道的截面變化大，吸入或排出流道方向改變劇烈，有時(shí)會(huì)造成混凝土在閥內(nèi)部堵塞的現(xiàn)象。蝶形分配閥有垂直軸式和水平軸式兩種。
2、管形分配閥
是在混凝土輸送缸與輸送管之間設(shè)置一擺動(dòng)管件來(lái)完成混凝土的吸入和排出作業(yè)的。管形閥一般置于集料斗中。管形分配閥的優(yōu)點(diǎn)是流道形狀合理、沒(méi)有截面變化、泵送阻力小，從而使集料斗的高度大為降低，故便于混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)向集料斗卸料，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流道暢通、耐用，磨損后易于更換。由于沒(méi)有了輸送管口的Y形管，所以不易堵塞。缺點(diǎn)在于它在集料斗中，使集料斗中的攪拌葉片布置困難，容易有死角，當(dāng)混凝土的坍落度較小時(shí)，管閥的擺動(dòng)阻力大，擺動(dòng)速度降低，影響了混凝土的吸入效率。管形閥從結(jié)構(gòu)上可分為立式和臥式兩種；從形狀上來(lái)看又可分為S型、裙型和C型等幾種。
（1）S型管閥
S管閥最常用。閥體呈S形，其壁厚也是變化的，磨損大的地方壁厚也大。其擺動(dòng)油缸可設(shè)置在料斗的后方，也可設(shè)置在料斗的前方。后置式擺動(dòng)油缸利用擺動(dòng)軸水平伸入料斗中與閥體連接，推動(dòng)閥體擺動(dòng)，但擺動(dòng)軸與閥體連接形成的屏障會(huì)影響混凝土的流動(dòng)，從而降低泵的吸入效率；前置式擺動(dòng)油缸則去掉了擺動(dòng)軸及其支承，泵的吸料性能大為提高，而且安裝方便。
（2）C形擺管閥
主要用于泵車(chē)。優(yōu)點(diǎn)是擺動(dòng)點(diǎn)位于料斗之上，轉(zhuǎn)動(dòng)部分不易被混凝土砂漿侵入，所以壽命長(zhǎng)、可靠性高；閥口切割環(huán)還可以進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。缺點(diǎn)是擺動(dòng)管在下彎道處由于曲率半徑較小，阻力較大；另外擺動(dòng)管與料斗壁之間會(huì)有粗集料堆積，導(dǎo)致擺動(dòng)困難。
（3）擺動(dòng)裙閥
擺動(dòng)裙閥具有一個(gè)處于混凝土泵料斗內(nèi)的擺動(dòng)體，當(dāng)它擺動(dòng)時(shí)，料斗內(nèi)的混凝土被推開(kāi)，擺動(dòng)裙閥的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)也置于料斗之外。裙閥的特點(diǎn)是進(jìn)口細(xì)、出口大、閥體短、內(nèi)徑大、不截流、壓力損失??；從構(gòu)造上可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)好的力矩平衡，消除料斗“抬頭”現(xiàn)象。
3、閘板式分配閥
由外置油缸驅(qū)動(dòng)，靠快速往返運(yùn)動(dòng)的閘板使輸料缸開(kāi)口交替地與泵的料斗或輸料管接通，周期性地開(kāi)閉混凝土缸的進(jìn)料口和出料口，從而切換混凝土在集料斗和混凝土缸之間的流向，以實(shí)現(xiàn)混凝土的反復(fù)泵送。這種閥的優(yōu)點(diǎn)在于：構(gòu)造簡(jiǎn)單、制作方便、耐磨損、壽命長(zhǎng)；關(guān)閉通道時(shí)，比較省力；開(kāi)關(guān)迅速、及時(shí)。閘板閥的缺點(diǎn)是：對(duì)于雙工作缸的泵送必須有Y形管，其集料斗的高度要比其它閥的高；閘板磨損后與閥口的間隙無(wú)法補(bǔ)償，因而失去密封性，不能作高壓輸送。采用閘板閥的混凝土泵適用于混凝土需要量大、質(zhì)量要求高的場(chǎng)地施工。其特點(diǎn)是：吸料性能強(qiáng)勁、工作效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便、澆筑質(zhì)量好。閘板閥的種類很多，有平置式、斜置式、和擺動(dòng)式等幾種主要形式。
經(jīng)比較決定采用S形管閥。
1.1.5混凝土缸
混凝土缸要耐磨、耐腐蝕，并有足夠的強(qiáng)度和剛度。缸體要用高碳鋼制造，內(nèi)壁淬火硬度為HRC55或在內(nèi)壁鍍鉻，厚度大于0.2mm。缸體要進(jìn)行強(qiáng)度校核，為保證主液壓缸和混凝土缸的同軸度，要控制兩缸連接面的加工精度。
1.1.6混凝土缸活塞
因活塞的工作速度高，承受壓力大，又與混凝土直接接觸，故易磨損，易腐蝕，故采用鋼材制造活塞基體，用聚氨酯橡膠做密封層。活塞要能抗壓并有韌性，密封層要耐磨、耐腐蝕，并有一定強(qiáng)度，在結(jié)構(gòu)上要拆卸和更換方便。
1.1.7攪拌裝置
料斗一般要大于0.35m3，料斗口部有方格網(wǎng)，網(wǎng)孔尺寸為最大集料的1.5倍。料斗的出口應(yīng)既能防止空氣進(jìn)入混凝土缸內(nèi)，又便于混凝土流動(dòng)，以減少混凝土起拱。攪拌葉片的攪拌速度應(yīng)與混凝土缸吸料口處的混凝土流速相適應(yīng)。葉片旋轉(zhuǎn)掃過(guò)的空間形狀應(yīng)與料斗的形狀相似，葉片與料斗的間隙應(yīng)大于最大集料的尺寸。
1.2混凝土泵的功用
混凝土泵是通過(guò)管道依靠壓力輸送混凝土的施工設(shè)備，它能一次連續(xù)地完成水平輸送和垂直輸送，是現(xiàn)有混凝土輸送設(shè)備中比較理想的一種。它將預(yù)拌混凝土生產(chǎn)與泵送施工相結(jié)合，利用混凝土攪拌輸送車(chē)進(jìn)行中間運(yùn)送，可實(shí)現(xiàn)混凝土的連續(xù)泵送和澆筑。
混凝土泵送工藝
（1）混凝土泵送施工的特點(diǎn)
在混凝土施工過(guò)程中，混凝土的現(xiàn)場(chǎng)輸送和澆筑是一項(xiàng)關(guān)鍵的工作。它要求迅速、及時(shí)，并且保證質(zhì)量以及降低勞動(dòng)消耗，從而在保證工程要求的條件下降低工程造價(jià)，尤其是對(duì)一些混凝土量很大的大型鋼筋混凝土構(gòu)筑物（大型設(shè)備基礎(chǔ)、地下工程等）和高層建筑，故如何正確選擇混凝土輸送工具和澆筑方法就顯得更為重要。
常用的垂直及短距離混凝土輸送機(jī)械有：升降機(jī)、起重機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)、混凝土泵等。
（2）混凝土泵送施工的優(yōu)點(diǎn)
①機(jī)械化程度高，需要的勞動(dòng)力少，施工組織簡(jiǎn)單；
②混凝土的輸送和澆筑作業(yè)是連續(xù)進(jìn)行的，施工效率高，工程進(jìn)度快；
③泵送工藝對(duì)混凝土質(zhì)量要求比較嚴(yán)格，也可以說(shuō)泵送是對(duì)混凝土質(zhì)量的一次檢驗(yàn)。由于泵送是連續(xù)進(jìn)行的，泵送中混凝土不易離析，混凝土坍落度損失不大，容易保證工程質(zhì)量；
④對(duì)施工作業(yè)面的適應(yīng)性強(qiáng)，作業(yè)范圍廣?；炷凛斔凸艿揽梢凿佋O(shè)到其它設(shè)備難以達(dá)到的地方，又能使混凝土在一定壓力下充填澆筑部位，為了增大輸送距離還可以將泵串聯(lián)使用，以滿足各種施工要求；
⑤與其他施工機(jī)械的相互干擾小。在泵送的同時(shí)，輸送管附近可以進(jìn)行其他施工作業(yè)；
⑥在正常泵送條件下，混凝土在管道中輸送不會(huì)污染環(huán)境，能實(shí)現(xiàn)文明施工；
⑦在施工布置得當(dāng)?shù)那闆r下，能降低工程造價(jià)。
（3）泵送施工方法的局限性
①混凝土配合比除了應(yīng)符合工程質(zhì)量要求外，還要符合用管道輸送的要求，如對(duì)于坍落度、混凝土集料的最大粒度、水泥及細(xì)集料的比例等都有一定的限制；
②混凝土的輸送距離受到輸送管口徑、混凝土泵型及泵送壓力的限制；
③混凝土泵操作人員要有一定的技術(shù)水平，不僅要掌握機(jī)械的使用與維護(hù)方法，還應(yīng)懂得一些混凝土施工工藝方面的知識(shí)，以便能夠判斷混凝土的質(zhì)量和可泵性；
④混凝土泵輸送干硬性混凝土比較困難，限制了泵的使用范圍；
⑤氣溫低于-5℃時(shí)須采用特殊措施才能泵送。
1.3混凝土泵的發(fā)展趨勢(shì)
（1）混凝土泵的關(guān)鍵性技術(shù)
隨著閥門(mén)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的不斷革新，混凝土泵逐漸向大功率和高可靠性的方向發(fā)展，許多關(guān)鍵性技術(shù)也得到了較好的解決，主要有如下幾個(gè)方面：
①泵體本身的分配閥經(jīng)過(guò)不斷的完善和創(chuàng)新，使得閥門(mén)的密封性和通暢性都得到了進(jìn)一步提高，且結(jié)構(gòu)日趨簡(jiǎn)單、完善。
②用液壓傳動(dòng)取代機(jī)械傳動(dòng)，使泵送工作更加平穩(wěn)、可靠和易于控制；電氣控制從傳統(tǒng)的繼電器式控制改變?yōu)楝F(xiàn)在的PLC控制，使控制系統(tǒng)更加安全可靠，易于操作。
③當(dāng)管路發(fā)生堵塞時(shí)，主液壓傳動(dòng)系統(tǒng)可自動(dòng)防止過(guò)載，并控制分配閥換向，使機(jī)器實(shí)現(xiàn)反泵動(dòng)作，以消除堵塞；攪拌系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)卡料反轉(zhuǎn)，從而消除料斗中的卡料現(xiàn)象。它們都可以采用自動(dòng)或手動(dòng)的方式進(jìn)行控制。
④應(yīng)用了高效減水劑，提高了混凝土的流動(dòng)性和可泵性，在不降低混凝土性能的情況下，大大改善了混凝土的泵送效果。
⑤商品混凝土的發(fā)展和混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)的配套使用，使質(zhì)量可靠的混凝土能夠得到均衡的供應(yīng)，從而保證了連續(xù)泵送的工作條件；而各種形式的布料裝置的出現(xiàn)，則解決了混凝土的布料問(wèn)題。這兩方面的長(zhǎng)足發(fā)展，可充分發(fā)揮混凝土泵的生產(chǎn)效率，擴(kuò)大了混凝土泵的使用范圍。
（2）混凝土的發(fā)展趨勢(shì)
①混凝土泵高壓大排量化
為了滿足更遠(yuǎn)和更高距離的混凝土輸送和建筑施工進(jìn)程的需要，混凝土泵向高輸送壓力和大排量的反向發(fā)展將成為必然的趨勢(shì)。
②液壓系統(tǒng)集成化
現(xiàn)在生產(chǎn)的大多數(shù)混凝土泵，其液壓系統(tǒng)都是采用集成的液壓閥塊，從而使液壓系統(tǒng)向可靠、節(jié)能、低沖擊、低噪聲的方向發(fā)展。
③混凝土泵分配閥多樣化
從整體上看，分配閥是向結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流道合理、不易堵塞的方向發(fā)展。另外，分配閥材質(zhì)和通用性的研究，也日益受到重視，并力爭(zhēng)使其更加耐磨，使產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。
④混凝土泵布料桿化
混凝土的布料是采用混凝土泵施工中的一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題。帶布料桿的混凝土泵車(chē)具有移動(dòng)方便，機(jī)動(dòng)靈活，到達(dá)施工地點(diǎn)無(wú)需大量的準(zhǔn)備工作即可開(kāi)始工作，而且可直接將混凝土澆筑到任何一個(gè)具體點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)。在國(guó)外很多國(guó)家，使用泵車(chē)進(jìn)行的施工已占泵送混凝土總量的一半以上，在美國(guó)，更是高達(dá)80%以上。帶布料桿的汽車(chē)式混凝土泵是今后發(fā)展的方向之一。
1.4混凝土泵的工作原理
（1）擠壓式混凝土泵
擠壓式泵按其構(gòu)造形式，分為轉(zhuǎn)子式雙滾輪型、直管式三滾輪型和帶式雙槽型三種，目前應(yīng)用較多的為第一種。擠壓式泵一般為液壓驅(qū)動(dòng)，它有一些弱點(diǎn)，比如：擠壓泵的泵壓不高，泵送距離有限；靠膠管的彈性恢復(fù)吸入混凝土，吸入力?。恢荒苡糜谒苄曰炷?，不適用于干性混凝土等。正是由于存在這些缺點(diǎn)，所以限制了擠壓式泵的進(jìn)一步發(fā)展。圖1-3為擠壓式混凝土泵的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1-3 轉(zhuǎn)子式擠壓泵
1-輸送管；2-緩沖架；3-墊板；4-鏈條；5-滾輪；
6-擠壓膠管；7-料斗移動(dòng)油缸；8-集料斗；9-攪拌葉片；10-密封套
泵室中有擠壓膠管6，膠管下端為吸入口，與集料斗8的底部相通；另一端為排料口，與輸送管1相連接。當(dāng)滾輪架上的滾輪5一邊轉(zhuǎn)動(dòng)一邊擠壓膠管6時(shí)，管內(nèi)的混凝土被擠壓出去，而滾輪后方膠管內(nèi)部則因混凝土流走而形成負(fù)壓，于是集料斗8中的混凝土就被吸入到擠壓膠管中來(lái)。
（2）活塞式混凝土泵
在各種形式的混凝土泵中，應(yīng)用最早，使用最多同時(shí)又最具有生命力的是活塞式混凝土泵。它的工作方式是通過(guò)壓力油推動(dòng)活塞，再通過(guò)活塞桿推動(dòng)混凝土缸中的工作活塞來(lái)實(shí)現(xiàn)壓送混凝土的過(guò)程。液壓活塞式混凝土泵分單缸式和雙缸式兩種，雙缸式在結(jié)構(gòu)方面雖然較單缸式的復(fù)雜，但因?yàn)樗袃蓚€(gè)缸交替工作，故其輸送工作比較連續(xù)、平穩(wěn)、生產(chǎn)率高，而且發(fā)動(dòng)機(jī)的功率也能得到充分利用。因此大中型的混凝土泵都采用雙缸式的。
2 混凝土泵液壓系統(tǒng)
一般混凝土泵的工作機(jī)構(gòu)是由推送機(jī)構(gòu)、分配閥及料斗的攪拌裝置組成，因而液壓式混凝土泵的液壓系統(tǒng)同樣也包括這三個(gè)工作機(jī)構(gòu)：推送機(jī)構(gòu)回路即主油路系統(tǒng)、分配閥油路系統(tǒng)及攪拌油路系統(tǒng)。有些混凝土泵的清洗系統(tǒng)也采用液壓傳動(dòng)，因而液壓系統(tǒng)中還可能包括清洗系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)（含控制裝置）應(yīng)具有以下功能。
①混凝土推送油缸（主缸）應(yīng)能同步交替地進(jìn)行推送和抽吸兩種工況；
②泵送時(shí)，兩主油缸活塞行程不變，但當(dāng)混凝土的坍落度有所不同時(shí)，活塞行程應(yīng)可調(diào)；
③應(yīng)確保混凝土缸與分配閥有良好的配合；
④主缸與閥缸應(yīng)具有可靠的自動(dòng)換向功能，一確保泵送自動(dòng)循環(huán)；
⑤攪拌系統(tǒng)遇超常阻力時(shí)，應(yīng)具有自動(dòng)反轉(zhuǎn)功能，以防攪拌葉片卡死折斷；
⑥主油路系統(tǒng)應(yīng)具有恒功率功能，以防止過(guò)載；
⑦主缸、閥缸應(yīng)有良好的換向功能及換向沖擊的控制方式；
⑧液壓系統(tǒng)散熱條件應(yīng)該良好，以確保工作溫度不至于太高；
⑨主油路系統(tǒng)遇超常阻力時(shí)應(yīng)具有自動(dòng)反泵功能，以便利排堵，預(yù)防堵管；
⑩攪拌油路轉(zhuǎn)速應(yīng)可調(diào)，當(dāng)主回路采用大流量時(shí)選高速，采用小流量時(shí)則可以選用低速。
2.1混凝土泵液壓系統(tǒng)總體分析
由于混凝土泵的工作原理及其結(jié)構(gòu)形式的不同，致使其液壓系統(tǒng)也是多種多樣的。根據(jù)液壓系統(tǒng)工作方式的不同可分為：開(kāi)式系統(tǒng)回路、閉式系統(tǒng)回路和混合系統(tǒng)回路。
（1）開(kāi)式系統(tǒng)回路
開(kāi)式系統(tǒng)是指主油泵從油箱吸入液壓油，經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)后液壓油又回到油箱。其優(yōu)點(diǎn)是：油路系統(tǒng)簡(jiǎn)單、成熟、產(chǎn)生的熱量小，且由于油箱本身可以散熱，因而散熱性能好。其缺點(diǎn)是：功率損失大、流量控制困難、換向沖擊大，且需安裝大容量的油箱。這種回路方式適用于中、小型泵的液壓。由于技術(shù)比較成熟，采用開(kāi)式液壓系統(tǒng)的混凝土泵比較多。它的具體組成形式是油箱—液壓泵—液壓缸—油箱的開(kāi)式循環(huán)。
（2）閉式系統(tǒng)回路
所謂閉式系統(tǒng)是指液壓泵—液壓缸自行封閉式循環(huán)。油箱中的冷油由補(bǔ)油液壓泵充入系統(tǒng)，系統(tǒng)中的熱油由系統(tǒng)中的低壓限壓閥釋放。這種特殊的回路，使補(bǔ)油泵的限定壓力與低壓閥的開(kāi)啟壓力之間存在著復(fù)雜的關(guān)系。
這種回路的優(yōu)點(diǎn)是效率高、油箱小、流量大且方向變換平穩(wěn)，適用于大功率系統(tǒng)。其主要的缺點(diǎn)為系統(tǒng)需增加補(bǔ)油系統(tǒng)，且產(chǎn)生的熱量大，散熱困難。從國(guó)外的市場(chǎng)動(dòng)態(tài)來(lái)看，采用閉式系統(tǒng)的高壓大排量的混凝土泵在市場(chǎng)上占主導(dǎo)地位。
在閉式回路系統(tǒng)中，還有閥控和泵控之分。閉式閥控系統(tǒng)可以局部改善開(kāi)始系統(tǒng)的缺點(diǎn)，降低安裝空間和成本，但當(dāng)方向閥換向時(shí)，和開(kāi)式系統(tǒng)一樣還有較大的沖擊，所以一般安裝有蓄能器；閉式泵控系統(tǒng)則有效地克服了開(kāi)式回路的固有局限性，換向沖擊小，實(shí)現(xiàn)了混凝土流量的連續(xù)調(diào)節(jié)。
閉式系統(tǒng)中的幾大難題，如液壓沖擊、最高泵送速度降低、油溫過(guò)高、回油吸空等現(xiàn)象，是在混凝土泵設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該引起注意的地方。
（3）混合系統(tǒng)回路
現(xiàn)有的生產(chǎn)廠家綜合了開(kāi)式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，在開(kāi)式系統(tǒng)中采用內(nèi)部閉環(huán)控制的恒功率柱塞泵，有效地改善了開(kāi)式系統(tǒng)的不足之處，使用這種系統(tǒng)的混凝土泵也比較多。
2.2混凝土泵分配閥
分配閥是混凝土泵的核心機(jī)構(gòu)，也是最容易損壞的部分，它是位于集料斗、混凝土缸和輸送管三者之間，協(xié)調(diào)各部件動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。泵的好壞與分配閥的質(zhì)量與形式有著密切的關(guān)系，它將直接影響混凝土泵的使用性能（如堵管問(wèn)題、輸送容積效率以及工作可靠性等），而且也直接影響混凝土泵的整體設(shè)計(jì)（如集料斗的高度等）。
對(duì)于單缸的混凝土泵來(lái)說(shuō)，分配閥應(yīng)該具有二位三通的基本性能（二位——吸料或排料；三通——通集料斗、混凝土缸及輸送管）。
對(duì)雙缸的混凝土泵來(lái)說(shuō)，兩個(gè)缸共用一個(gè)集料斗；處于吸入行程的工作缸，把混凝土吸入工作缸；而另一個(gè)處于排出行程的工作缸，則把吸入的混凝土推送到輸送管中去，所以這種分配閥須具有二位四通和輸送管（二位——吸料或排料；四通——通集料斗、混凝土缸Ⅰ、混凝土缸Ⅱ及輸送管）的性能。
混凝土泵與常見(jiàn)的油泵、氣泵和水泵不同，它輸送的是具有特殊性能的混凝土拌合物，所以對(duì)分配閥的設(shè)計(jì)一般有以下特殊的要求：
①良好的集、排料性能；
②良好的密封性；
③良好的耐磨性；
④換向動(dòng)作需靈活、可靠。
分配閥的種類很多，而且還在不斷的發(fā)展和創(chuàng)新，其具體分類如圖2-1所示。
圖2-1 分配閥的分類
1、蝶形分配閥
這種分配閥是在料斗、工作缸、輸送管之間的通道上設(shè)置一個(gè)蝶形板，通過(guò)蝶形板的翻動(dòng)來(lái)改變混凝土的通道。其優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、閥室小、流道短、運(yùn)動(dòng)阻力小，使用壽命長(zhǎng)，維修方便，閥的出端不需要Y形管。蝶形閥的缺點(diǎn)是：混凝土流道的截面變化大，吸入或排出流道方向改變劇烈，有時(shí)會(huì)造成混凝土在閥內(nèi)部堵塞的現(xiàn)象。蝶形分配閥有垂直軸式和水平軸式兩種。
1）垂直軸式蝶形分配閥
圖2-2 垂直軸式蝶閥工作原理圖
1-料斗與混凝土缸通道；2-閥箱；3-吸料混凝土缸；4-排料缸；
5-輸送料管；6-蝶閥垂直軸；7-蝶閥閥板
圖2-2是分配閥常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式。這種閥的閥板可以在水平方向翻轉(zhuǎn)，混凝土泵的工作缸、閥、輸出口在同一水平面上。垂直軸蝶形閥一般安裝與集料口的下方，通過(guò)閥箱使混凝土缸與輸送管道連通，在回轉(zhuǎn)油缸作用下，蝶形閥的閘板將兩個(gè)缸口交替分別與集料斗和輸送管接通（接通集料斗的缸進(jìn)行吸料；接通輸送管的缸進(jìn)行排料。）
這種分配閥的優(yōu)點(diǎn)是：由于閥芯是一塊薄板，它與閥體的接觸小，故砂漿不易卡塞在閥芯與閥座之間，使用壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、檢修方便，出料口不需用Y形管。
2）水平軸式蝶形閥
如圖2-3所示，這種閥的閥板可以在垂直平面內(nèi)翻轉(zhuǎn)，混凝土泵的工作缸和閥軸線在同一水平面上，但和輸送管相連接的閥的出口都在下部。
圖2-3 水平軸式蝶閥
1-輸料管；2-蝶閥閥板；3-吸料混凝土缸；4-料斗；
5-蝶閥水平軸；6-排料混凝土缸；7-蝶閥閥體
水平布置的水平軸5由液壓缸驅(qū)動(dòng)，蝶閥閥板2隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，使料斗4與混凝土缸3（或6）、輸料管1與混凝土缸6（或3）相通，完成吸料和排料過(guò)程。兩混凝土缸吸料和排料交替進(jìn)行，從而使泵實(shí)現(xiàn)連續(xù)排料。使用這種閥時(shí)，料斗高度應(yīng)稍高，混凝土流道要比垂直軸式蝶閥暢通。
2、管形分配閥
管形分配閥是在混凝土輸送缸與輸送管之間設(shè)置一擺動(dòng)管件來(lái)完成混凝土的吸入和排出作業(yè)的。管形閥一般置于集料斗中。
對(duì)于雙缸活塞式混凝土泵，管閥口與兩個(gè)輸送缸口交替接通，管閥口對(duì)準(zhǔn)哪一個(gè)缸口時(shí)，哪一個(gè)輸送缸就進(jìn)行排料，而另一個(gè)輸送缸就從集料斗中吸料。而對(duì)于單缸活塞式混凝土泵，則是當(dāng)管閥口離開(kāi)輸送缸口而被集料斗后壁封住時(shí)，輸送缸進(jìn)行吸料；而當(dāng)管閥口對(duì)準(zhǔn)輸送缸時(shí)，即進(jìn)行排料。
管形分配閥的優(yōu)點(diǎn)是流道形狀合理、沒(méi)有截面變化、泵送阻力小，從而使集料斗的高度大為降低，故便于混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)向集料斗卸料，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流道暢通、耐用，磨損后易于更換。由于沒(méi)有了輸送管口的Y形管，所以不易堵塞。缺點(diǎn)在于它在集料斗中，使集料斗中的攪拌葉片布置困難，容易有死角，當(dāng)混凝土的坍落度較小時(shí)，管閥的擺動(dòng)阻力大，擺動(dòng)速度降低，影響了混凝土的吸入效率。
管形閥從結(jié)構(gòu)上可分為立式和臥式兩種；從形狀上來(lái)看又可分為S型、裙型和C型等幾種。
（1）S型管閥
S管閥是目前最常用的一種轉(zhuǎn)向閥。S閥的基本結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。閥體7呈S形，其壁厚也是變化的，磨損大的地方壁厚也大。搖臂軸C與搖臂相連，在搖臂軸穿過(guò)料斗處有一組密封件起密封作用，圖中所示為一個(gè)Y形密封5與一個(gè)蕾形密封3，內(nèi)部充滿潤(rùn)滑脂。大部分S管在切割環(huán)13內(nèi)裝有彈性（橡膠）墊層，可對(duì)切割環(huán)與眼睛板之間的密封起一定的補(bǔ)償作用。其擺動(dòng)油缸可設(shè)置在料斗的后方，也可設(shè)置在料斗的前方。后置式擺動(dòng)油缸利用擺動(dòng)軸水平伸入料斗中與閥體連接，推動(dòng)閥體擺動(dòng)，但擺動(dòng)軸與閥體連接形成的屏障會(huì)影響混凝土的流動(dòng)，從而降低泵的吸入效率；前置式擺動(dòng)油缸則去掉了擺動(dòng)軸及其支承，泵的吸料性能大為提高，而且安裝維護(hù)方便。
S管形閥最大輸送壓力為16MPa，最大理論垂直輸送距離是350m，水平輸送距離是1500m。
圖2-4 S形管閥工作原理
1、2-主油缸；3-水箱；4-換向機(jī)構(gòu)；5、6-混凝土缸；7、8-混凝土缸活塞；
9-料斗；10-分配閥；11-擺臂；12、13-擺動(dòng)油缸；14-出料口
當(dāng)混凝土泵發(fā)生堵管現(xiàn)象而需要停機(jī)時(shí)，應(yīng)該先把輸送管道中的混凝土抽回。此時(shí)應(yīng)該通過(guò)反泵操作，使處于吸入行程的混凝土缸與分配閥連通，處于推送行程的混凝土缸與料斗連通，從而將輸送管道中的混凝土抽回料斗。
(a) (b)
圖2-5 混凝土泵工作狀態(tài)
(a)正泵狀態(tài)；(b)反泵狀態(tài)
（2）C形擺管閥
C形擺管閥是普茨邁斯特公司的專利產(chǎn)品，主要用于泵車(chē)。由于
C形擺管閥出口可直接通向布料桿，無(wú)論從壓力損失還是結(jié)構(gòu)緊湊上說(shuō)都是很有利的。如圖2-6所示，C形擺管閥的轉(zhuǎn)動(dòng)在上方，吸口直接與料斗相連，擺動(dòng)缸在料斗外，擺管無(wú)徑向竄動(dòng)，噪聲低。C形擺管閥最大特點(diǎn)是擺動(dòng)點(diǎn)位于料斗之上，轉(zhuǎn)動(dòng)部分不易被混凝土砂漿侵入，所以壽命長(zhǎng)、可靠性高；閥口切割環(huán)還可以進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。缺點(diǎn)是擺動(dòng)管在下彎道處由于曲率半徑較小，阻力較大；另外擺動(dòng)管與料斗壁之間會(huì)有粗集料堆積，導(dǎo)致擺動(dòng)困難。
圖2-6 C型管分配閥簡(jiǎn)圖
1-集料斗；2-管形閥；3-擺動(dòng)管口；4-工作缸口；5-可更換的摩擦板面；
6-缸頭；7-工作缸；8-清水箱；9-液壓缸；10-輸送管口
盡管C形擺管閥有自身的缺點(diǎn)，但由于其結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點(diǎn)與修理上的優(yōu)勢(shì)，目前它仍被廣泛地使用在拖泵與泵車(chē)的結(jié)構(gòu)中。
（3）擺動(dòng)裙閥
擺動(dòng)裙閥具有一個(gè)處于混凝土泵料斗內(nèi)的擺動(dòng)體，當(dāng)它擺動(dòng)時(shí)，料斗內(nèi)的混凝土被推開(kāi)，擺動(dòng)裙閥的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)也置于料斗之外。裙閥的特點(diǎn)是進(jìn)口細(xì)、出口大、閥體短、內(nèi)徑大、不截流、壓力損失小；從構(gòu)造上可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)好的力矩平衡，消除料斗“抬頭”現(xiàn)象。裙閥回轉(zhuǎn)阻力比一般S閥要小，閥口切割環(huán)與眼睛板的間隙在整個(gè)磨損范圍內(nèi)可以自動(dòng)補(bǔ)償調(diào)節(jié)，過(guò)大的軸向力有助于封閉開(kāi)口。除了輸送混凝土外，此類閥也可輸送稀薄的介質(zhì)。
3、閘板式分配閥
由外置油缸驅(qū)動(dòng)，靠快速往返運(yùn)動(dòng)的閘板使輸料缸開(kāi)口交替地與泵的料斗或輸料管接通，周期性地開(kāi)閉混凝土缸的進(jìn)料口和出料口，從而切換混凝土在集料斗和混凝土缸之間的流向，以實(shí)現(xiàn)混凝土的反復(fù)泵送。
這種閥的優(yōu)點(diǎn)在于：構(gòu)造簡(jiǎn)單、制作方便、耐磨損、壽命長(zhǎng)；關(guān)閉通道時(shí)，比較省力；開(kāi)關(guān)迅速、及時(shí)。閘板閥的缺點(diǎn)是：對(duì)于雙工作缸的泵送必須有Y形管，其集料斗的高度要比其它閥的高；閘板磨損后與閥口的間隙無(wú)法補(bǔ)償，因而失去密封性，不能作高壓輸送。
采用閘板閥的混凝土泵適用于混凝土需要量大、質(zhì)量要求高的場(chǎng)地施工。其特點(diǎn)是：吸料性能強(qiáng)勁、工作效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便、澆筑質(zhì)量好。閘板閥的種類很多，有平置式、斜置式、和擺動(dòng)式等幾種主要形式。
1）平置式閘板閥
平置式閘板閥的結(jié)構(gòu)如圖2-7所示，閘板分為排出閘板1與吸入閘板6，它們可開(kāi)閉左右混凝土缸與Y形管道的通路。在圖中的位置上，閘板6封閉混凝土料斗與混凝土缸的通路，由料斗出料口3開(kāi)啟混凝土料斗與缸4的通路，活塞向右運(yùn)動(dòng)，將料斗中的混凝土料吸入，同時(shí)排出閘板關(guān)閉出料管與混凝土缸4的通路，活塞向左運(yùn)動(dòng)，將混凝土泵出。
圖2-7 平置閘板閥
1-排出閘板；2-左液壓缸；3-料斗出料口；4-左混凝土缸；
5-右混凝土缸；6-吸入閘板；7-右液壓缸；8-Y型輸送管
液壓缸2、7交替動(dòng)作使閘板閥來(lái)回運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)由液壓系統(tǒng)控制且與混凝土缸的運(yùn)動(dòng)相匹配，從而使混凝土連續(xù)輸出。這類閥的動(dòng)作準(zhǔn)確、迅速。
2）斜置式閘板閥
圖2-8 斜置式閘板閥簡(jiǎn)圖
1-工作活塞；2-液壓缸；3-集料斗；
4-輸送管；5-閘板；6-混凝土工作缸
圖2-8為斜置式閘板分配閥，這類閥一般為兩組并聯(lián)。當(dāng)液壓缸2向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，關(guān)閉料斗與排送管的通路，混凝土缸的工作活塞1向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，料斗3 中的混凝土被吸到缸中，此時(shí)控制另一組閘板閥的液壓缸向上運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉混凝土缸與料斗的通道，活塞向前推進(jìn)，將混凝土泵出。斜置式閘板閥的最大優(yōu)點(diǎn)在于吸入流道與輸送缸的輸出流道成63○傾角。由于混凝土的密度較大，混凝土在流道上產(chǎn)生了一個(gè)有利于吸入的分力，特別適用于集料較大，坍落度較小的混凝土的泵送。斜置式閘板閥的另一個(gè)特點(diǎn)是分配閥通入口面積大，吸入流道截面由小變大，故吸入混凝土的平均流速小，吸入阻力小，混凝土不易離析，可有效防止堵塞現(xiàn)象與吸空現(xiàn)象的發(fā)生。
由于閘板閥的液壓回路中增加了蓄能器，因此閘板閥的切入速度與力量都較大，對(duì)于粗集料的混凝土是很有利的。閘板閥的修理也比較方便。目前斜置式閘板閥的混凝土泵仍有一定的市場(chǎng)。
3）擺動(dòng)式閘板閥分配閥（扇形擺閥）
擺動(dòng)式閘板分配閥如圖2-9所示，由扇形閘板1和舌形閘板2組成，由油缸控制繞一水平轉(zhuǎn)軸3來(lái)回?cái)[動(dòng)，實(shí)現(xiàn)二位四通功能。
圖2-9 擺動(dòng)式閘板分配閥
1-扇形閘板；2-舌形閘板；3-轉(zhuǎn)軸（由主油缸控制）
這種分配閥的扇形閘板1控制兩個(gè)混凝土缸與輸送管的通斷，閘板切入則混凝土斷流。舌形閘板2則控制兩個(gè)混凝土缸與料斗的通斷，通過(guò)關(guān)閉或打開(kāi)通道截面，使進(jìn)料通道關(guān)閉或打開(kāi)。利用油缸使轉(zhuǎn)軸3帶動(dòng)扇形閘板和舌形閘板來(lái)回?cái)[動(dòng)，從而控制混凝土拌合物的流向。
這種分配閥飛構(gòu)造簡(jiǎn)單，布置緊湊，閘板開(kāi)閉迅速，是一種較好的分配閥。扇形閘板的內(nèi)側(cè)密封面磨損后，調(diào)整扇形閘板與轉(zhuǎn)軸的相對(duì)位置，就能消除扇形閘板與閥座之間的間隙。
4、轉(zhuǎn)動(dòng)式分配閥
1） 圓柱形分配閥
圖2-10 圓柱形分配閥
1-料斗；2-活塞；3-輸料管；4-排出閥；5-吸入閥
圓柱形分配閥是靠?jī)蓚€(gè)帶孔的圓柱形閥芯的轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)達(dá)到二位三通的性能，實(shí)現(xiàn)交替地吸料和排料。這種分配閥的構(gòu)造簡(jiǎn)單，加工容易，閥芯剛度大，動(dòng)作快速；但其缺點(diǎn)是閥芯和閥體的接觸面大，砂漿流入會(huì)使閥的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力大大增加，過(guò)分強(qiáng)烈的摩擦?xí)绊戦y的使用壽命，如閥芯和閥體之間的間隙超過(guò)2mm則不能繼續(xù)使用。此外，這種分配閥的吸入閥多設(shè)置與料斗的下方，因此往往使料斗的離地高度增大。這種分配閥的使用壽命一般為3000～5000m3。
2）球形分配閥
球形分配閥的閥芯為一個(gè)不完整的球體，內(nèi)有混凝土流道，用它可取代兩個(gè)圓柱形分配閥。
圖2-11 球形分配閥
1-閥芯；2-鋼牙塊
這種分配閥優(yōu)點(diǎn)是體積小，可使泵的結(jié)構(gòu)緊湊；通道短，壓力損失小；剛度大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)是閥芯的加工較復(fù)雜；閥芯與閥體之間的間隙一般保持在0.5～1.0mm之間，如超過(guò)2mm則灰漿易漏入，由于閥芯與閥體的接觸面大，轉(zhuǎn)動(dòng)阻力大磨損嚴(yán)重，使用壽命較短；間隙不能調(diào)整，維修、裝拆都不便。為延長(zhǎng)其使用壽命，閥芯表面一般都進(jìn)行鍍鉻，鉻層厚約0.3mm。
還有一種球閥如圖2-12所示。
圖2-12 球閥
1-活塞；2-吸入閥；3-排出閥；4-料斗；5-十字交叉罩網(wǎng)
這種球閥構(gòu)造簡(jiǎn)單，不需操縱系統(tǒng)，當(dāng)活塞向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于吸力的作用，排出閥將通道封閉、吸入閥開(kāi)啟進(jìn)料，當(dāng)活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，則吸入閥封閉進(jìn)料口，排出閥開(kāi)啟將混凝土壓入輸料管。其缺點(diǎn)是密封性較差，影響使用效率；罩綱在混凝土通道上，增大了流動(dòng)阻力，所以很少用。
5、雨茲型分配閥
這種分配閥系德國(guó)的雨茲廠生產(chǎn)的混凝土泵所采用的一種分配閥。它可以用于雙缸混凝土泵，也可用于單缸混凝土泵。其特點(diǎn)是混凝土缸可以移位，混凝土缸具有兩方面的功能，既是壓送混凝土的機(jī)構(gòu)，又是混凝土分配閥的一部分。在壓送混凝土?xí)r，混凝土缸向前推移200mm，封閉混凝土的入口后，活塞向前運(yùn)動(dòng)，將混凝土壓入輸送管。在混凝土出料管路上安裝一閥門(mén)，按工作節(jié)奏，由液壓操縱其開(kāi)啟和關(guān)閉，以阻止混凝土因受反力而產(chǎn)生回流。
這種分配閥結(jié)果新穎，閥室通道短而流暢，壓力損失小，吸入效率高。其缺點(diǎn)是，液壓系統(tǒng)的油路較其他型式的的混凝土泵復(fù)雜。
這種混凝土泵的工作順序如圖2-13所示
圖2-13 雨茲型混凝土泵工作原理
(a)混凝土缸縮回，活塞向后運(yùn)動(dòng)，從料斗吸料；(b)混凝土缸向前推移，封閉混凝土入口；(c)管路閥門(mén)打開(kāi)，活塞向前運(yùn)動(dòng)，將混凝土壓入輸送管；
(d)管路閥門(mén)關(guān)閉，混凝土缸縮回，吸料通道打開(kāi)
3 混凝土泵送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.1泵送壓力的確定
混凝土泵的主要參數(shù)為最高工作壓力P與最大排量Q。為最有地利用泵，除去上面兩個(gè)因素外，還應(yīng)考慮泵的功率。泵的實(shí)際工作排量主要根據(jù)生產(chǎn)的要求人為決定；而工作壓力P，則與混凝土的和易性、管路的長(zhǎng)度與管徑、石子粒徑與形狀，水泥用量的多少等等諸多因素有關(guān)。
泵送壓力：
式中：
—輸送管道半徑，取公稱直徑125mm；
—輸送管道長(zhǎng)度。垂直高度20m，換算成水平長(zhǎng)度為80m，取極限長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，則=80m；
—混凝土漿粘著系數(shù)，MPa，K1=（3.00－0.1S）×10－4，取K1=2×10－4 ；—混凝土漿速度系數(shù)，MPa/(m/s)，K1=（4.00－0.1S）×10－4，取K2=3×10－4；
—混凝土實(shí)際流速，m/s， ，??；
—混凝土密度，kg/m3；
—混凝土輸送管的的傾斜角度，90o；
—一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中，混凝土在管道中流動(dòng)的時(shí)間，?。?
—分配閥換向時(shí)間，混凝土在管道中停止流動(dòng)的時(shí)間，??；
—混凝土在管道中的平均流速，取。
則
泵送壓力通常分為三等級(jí)。低壓級(jí)；中壓級(jí)～7；高壓級(jí)。一般活塞式混凝土泵最小泵送壓力不小于2。本設(shè)計(jì)中混凝土輸送泵為低壓輸送。
進(jìn)油方式：采用大腔進(jìn)油的方式
3.2凝土缸和主油缸的計(jì)算
1）混凝土缸內(nèi)徑和主油缸內(nèi)徑的確定
從壓力平衡的角度分析主油缸與混凝土缸的力平衡問(wèn)題
為簡(jiǎn)化，可不考慮連通腔油壓P0的影響，則
式中：P—主油泵液壓系統(tǒng)工作壓力，MPa；
Ph—混凝土腔活塞頭泵送壓力，MPa；
D—主油缸內(nèi)徑，mm；
Dh—混凝土缸內(nèi)徑，mm。
根據(jù)GB8162-87，輸出流體用無(wú)縫鋼管，設(shè)計(jì)混凝土缸內(nèi)徑為125mm，油壓最高16MPa，泵送壓力10.8MPa，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)考慮到油缸、混凝土缸的機(jī)械效率而造成的壓力損失，按下式計(jì)算。
式中：η1—主油缸機(jī)械效率，η1=0.92；
η2—混凝土缸機(jī)械效率，η2=0.82。
上式可化為：
參照標(biāo)準(zhǔn)油缸，取D=100mm。
2）混凝土缸和主油缸行程的確定
一般按較適宜的轉(zhuǎn)換工作次數(shù)（沖程頻率）來(lái)推算。初選沖程頻率為n=15次/分。因?yàn)檩斔土繛?
混凝土行程為：
取
3）混凝土缸材料和壁厚的設(shè)計(jì)
混凝土缸通常采用內(nèi)壁光滑，耐壓性強(qiáng)的無(wú)縫鋼管，所以選擇45Mn2。混凝土缸壁厚可按拉伸薄壁圓筒的公式計(jì)算，即
式中：
—缸筒試驗(yàn)壓力。當(dāng)額定壓力時(shí)， ；當(dāng)額定壓力時(shí)，。取。
—混凝土缸內(nèi)徑，；
—缸筒材料許用應(yīng)力，。，為材料抗拉強(qiáng)度，，為安全系數(shù)，若，則；若，則。。
4）混凝土泵送能力
主油缸單缸理論排量為：
主油缸單缸實(shí)際排量為：
則主油缸實(shí)際排量為：
式中：—主油缸活塞面積，；
—主油缸理論排量，；
—主液壓泵容積效率，0.96～0.98；
—主油缸實(shí)際排量，。
混凝土缸和主油缸的平均沖程速度：，
因?yàn)?
所以
式中：—主油缸一次沖程排量，
—主油缸內(nèi)徑，。
則混凝土泵實(shí)際排量：
該泵送系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)符合要求，概括參數(shù)如下：
混凝土缸 主油缸
3.3油缸和混凝土缸的零件設(shè)計(jì)與校核
1、計(jì)算油缸壁厚
根據(jù)JB1068-67以及《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的公式計(jì)算壁厚。
選油缸材料為20#鋼。初取油缸壁厚。
因?yàn)?，所以按進(jìn)行校驗(yàn)。
查手冊(cè)可知，，為安全系數(shù)。油缸材料為無(wú)縫鋼管，受靜載荷作用，查手冊(cè)，取，在設(shè)計(jì)油缸時(shí)通常取，在比較平穩(wěn)的工作條件下強(qiáng)度有些余量則更安全些。，則
而設(shè)計(jì)壁厚>，故油缸壁厚滿足強(qiáng)度要求。
2、油缸活塞桿強(qiáng)度校核
主油缸內(nèi)徑為100，設(shè)計(jì)速比為1.33，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T2348-1993)，選取活塞桿直徑為50。活塞桿材料選25#鋼，正火處理。
因?yàn)榛钊麠U工作時(shí)受到的彎曲作用不大（如承受偏心載荷等），故不需考慮彎曲應(yīng)力。
①材料許用應(yīng)力的確定
，為材料屈服極限，查手冊(cè)得，則
②活塞桿軸向載荷的確定
桿前進(jìn)時(shí)的推力為：
桿后退時(shí)的拉力為：
油缸在工作時(shí)必須克服下列阻力：
由于作用力很小，所以回油阻力和慣性阻力可以忽略，故取。缸起動(dòng)、制動(dòng)和換向時(shí)的慣性阻力也取為0，即。
一般可?。?
由上可知：
綜上有<
故強(qiáng)度滿足要求。
3）焊縫校核
根據(jù)公式校驗(yàn)
式中：—油缸最大推力，N；
—油缸外徑，mm，；
—焊縫底徑，mm，設(shè)計(jì)；
—焊接效率，取。
∵
∴
此焊縫采用E4303焊條，查手冊(cè)得。安全系數(shù)n=3.3～4.0，取n=4.0，則
，故強(qiáng)度滿足要求。
3.4主油泵選型設(shè)計(jì)
1、系統(tǒng)主要參數(shù)：主油路工作壓力3.5
2、液壓缸最大流量：
式中：——液壓缸有效面積，；
—液壓缸最大行程速度，。油缸工作時(shí)，活塞近似均勻，所以，為液壓缸行程，為運(yùn)行時(shí)間，沖程頻率為15次/分，油缸換向時(shí)間0.2。
所以
3、選液壓泵規(guī)格
（1）泵實(shí)際排量
泵流量應(yīng)大于同時(shí)動(dòng)作的幾個(gè)執(zhí)行元件所需的最大流量，并應(yīng)考慮系統(tǒng)泄漏和容積效率的降低，因此泵的實(shí)際流量為：
—系統(tǒng)泄漏系數(shù)， ，?。?
—同時(shí)動(dòng)作的幾個(gè)執(zhí)行元件所需的最大流量，。
所以
（2）泵的最大工作壓力
最大工作壓力：
——執(zhí)行元件最大工作壓力，
∑—泵出口到執(zhí)行元件間的壓力損失，包括沿程損失和局部損失。初算時(shí)可取。對(duì)流量不大的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，對(duì)流量較大的復(fù)雜系統(tǒng)。本系統(tǒng)取。
則
液壓泵額定壓力應(yīng)比其最大工作壓力高，使泵有一定的壓力裕度。
4、泵的傳動(dòng)功率的確定
由公式：
式中：—主油泵輸入功率；；
—主油泵實(shí)際工作壓力，；
—主油泵的實(shí)際排量，；
—主油泵的總效率，對(duì)柱塞泵，對(duì)葉片泵，對(duì)齒輪泵，因?yàn)橹饔捅眠x柱塞泵，所以取。
則。
5、泵的型號(hào)
根據(jù)新版《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選擇YB-B113B型泵。其排量為115.4ml/r，額定壓力7MPa，輸出流量102.8L/min，額定轉(zhuǎn)速1000r/min，最高轉(zhuǎn)速1500r/min，容積效率，驅(qū)動(dòng)功率16.5KW，法蘭安裝重25Kg。
主油泵每轉(zhuǎn)排量
式中：—泵實(shí)際排量，L/min；
—齒輪泵轉(zhuǎn)速，r/min。
3.5混凝土泵缸擺動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算
1、電液換向閥的選則
根據(jù)主油泵的相關(guān)參數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選電液換向閥的型號(hào)為：4WE10型。其額定流量為100L/min，工作壓力：A、B、P腔≤31.5MPa，T腔≤16MPa,消耗功率35KW，吸入功率65KW，啟動(dòng)功率480KW，斷開(kāi)時(shí)間60ms（直流）,25ms（交流）。
2、控制油壓的確定
控制壓力的計(jì)算比較復(fù)雜，取決于對(duì)中彈簧的剛度，液壓力、摩擦力等諸多因素，彈簧對(duì)中式的控制壓力較小，控制壓力值可由有關(guān)手冊(cè)或產(chǎn)品樣本直接查取。
本系統(tǒng)選擇擺動(dòng)系統(tǒng)的油壓作為控制壓力?？刂茐毫?.5MPa。
3、擺動(dòng)回路溢流閥
為保護(hù)主油路，溢流閥溢流壓力應(yīng)低于主油泵的額定工作壓力。
由于溢流閥的調(diào)定壓力為4.2，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選擇溢流閥型號(hào)為：，其基本參數(shù)為：最大工作壓力，最大流量，調(diào)壓范圍，重量1.5。
4、管路的選擇與連接
實(shí)際裝配中，考慮到壓對(duì)管路流量的影響，吸油管通徑應(yīng)比排油管的大。
管路的油液流速V（推薦）
1、吸油管道取
2、排油管道取
3、短管道及局部收縮處取
4、回油管道取
管子內(nèi)徑可用下式計(jì)算：
式中：—流體流量，；
—油液流速，吸油管道取吸=1.5；排油管道取排=。
則 ，
圓整后取吸
，
圓整后取排
主油泵到泵送油缸之間采用鋼管連接。鋼管壁厚的確定可按受拉伸薄壁圓筒公式計(jì)算壁厚，公式如下：
，
∴
取鋼管壁厚2
3.6料斗與攪拌系統(tǒng)
3.6.1料斗功用
料斗又稱集料斗，其內(nèi)部裝有攪拌裝置。它是混凝土泵的承料器，其主要作用如下：
（1）混凝土輸送設(shè)備向混凝土泵供料的速度與混凝土泵輸送速度可能不完全一致，料斗可起到中間調(diào)節(jié)作用；
（2）料斗中攪拌裝置可對(duì)混凝土二次攪拌，減少混凝土離析現(xiàn)象，改善混凝土的可泵性；
（3）攪拌裝置螺旋布置的攪拌葉片還起到向分配閥和混凝土缸喂料的作用，提高了混凝土泵的吸入效率。
3.6.2料斗基本結(jié)構(gòu)
料斗主要由料斗箱體和攪拌裝置兩部分組成，如圖3-1所示
圖3-1 料斗的結(jié)構(gòu)
（1）料斗箱
料斗箱體主要由料斗體、防濺板、方格網(wǎng)和料斗門(mén)等四部分組成。料斗箱體由鋼板焊接而成，前壁與輸送管道相連，后壁與混凝土缸連通，側(cè)壁通常安裝攪拌軸。當(dāng)混凝土泵開(kāi)始工作時(shí)要將防濺板立起來(lái)，以防止混凝土砂漿的飛濺，混凝土泵停止工作后，要將防濺板放倒。方格網(wǎng)的作用是防止混凝土砂漿中的過(guò)大的集料或雜物進(jìn)入料斗箱體，以避免泵送故障。
為便于混凝土的拌合以及泵送后的清洗，料斗箱體內(nèi)壁與回轉(zhuǎn)部件（攪拌葉片及搖管）相關(guān)的部位，應(yīng)做成回轉(zhuǎn)曲面形，回轉(zhuǎn)中心若能重回，則使混凝土在拌合過(guò)程中不是被推向斗壁，而是被向上推去，便于集料。各曲面和平面間應(yīng)以大圓角相連，兩端成球狀或錐臺(tái)形，以防止出現(xiàn)積料現(xiàn)象。圓滑的斗壁對(duì)采用搖管式分配閥的泵機(jī)尤為重要，由于料斗內(nèi)設(shè)置有搖管，使攪拌葉片難于布置。而搖管在內(nèi)壁圓滑的料斗里擺動(dòng)，與搖管下的刮板一起，能使拌合物產(chǎn)生所謂的“浴缸”效應(yīng)，也能避免積料現(xiàn)象。
料斗箱體中部的下側(cè)有兩個(gè)方形管道，與混凝土分配閥的吸料口連接。大的出料口，可改善分配閥的吸入性能及排除堵塞的現(xiàn)象，一提高吸入效率。當(dāng)采用側(cè)面吸料的分配閥時(shí)，出料口較高，料斗箱體底部易出現(xiàn)積料現(xiàn)象，應(yīng)將料斗箱體底部做成向出料口傾斜的形式，通過(guò)拌合物的自流提高積料性能。除此之外，在料斗箱體底部還應(yīng)開(kāi)設(shè)一定口徑的卸料口，用于排出料斗箱體內(nèi)的殘余混凝土和清洗料斗箱體時(shí)的排水，并為更換斗內(nèi)的易損件工作提供方便。由于卸料口活門(mén)設(shè)在底部，手動(dòng)操作不便，亦可采用液壓缸驅(qū)動(dòng)的活門(mén)。
為便于混凝土攪拌輸送車(chē)直接卸料，料斗口離地高度下應(yīng)超過(guò)1.4m。其容量大小將因泵機(jī)和排量大小有所不同，排量大，容量亦應(yīng)大些。由于料斗容量的增加，雖然增大了攪拌負(fù)荷，卻提高了拌合物的均勻性和一致性。料斗應(yīng)有良好的接近性能，以便于供料及對(duì)料斗內(nèi)混凝土深度與易損件磨損情況進(jìn)行觀察。斗口擴(kuò)度需保證至少有兩臺(tái)攪拌輸送車(chē)能同時(shí)供料，以節(jié)省卸料的換接時(shí)間。
另外，由于混凝土缸從料斗箱體里吸料是通過(guò)混凝土拌合物的重力及缸內(nèi)的負(fù)壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而這些因素與混凝土深度直接相關(guān)，即料斗箱體里的混凝土越深，活塞的吸力越大，吸入率越高。所以，料斗箱體應(yīng)有足夠的深度，同時(shí)還應(yīng)在泵送作業(yè)中隨時(shí)監(jiān)視料斗箱體內(nèi)不斷變化的混凝土深度，防止吸空現(xiàn)象的發(fā)生。為使硬性混凝土亦能順利泵送，在料斗箱體口設(shè)有方格網(wǎng)，它用扁鋼和圓鋼焊成，在完成泵送的同時(shí)也提高了混凝土缸的吸入效率。方格網(wǎng)孔的大小是有規(guī)定的，以防止混凝土中超標(biāo)粒徑集料或其他雜物進(jìn)入料斗。設(shè)計(jì)料斗時(shí)還應(yīng)考慮防止空氣被吸入混凝土缸內(nèi)，降低吸入效率，但由此而采取的一些措施，可能會(huì)加劇混凝土的分層離析現(xiàn)象。
（2）攪拌裝置
攪拌裝置的傳動(dòng)形式有兩種，一種是液壓馬達(dá)通過(guò)機(jī)械減速后驅(qū)動(dòng)攪拌軸；另外一種是液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)攪拌軸。而機(jī)械減速的方式又有鏈傳動(dòng)、渦輪蝸桿傳動(dòng)以及齒輪傳動(dòng)等。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中攪拌機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)如下。
①攪拌馬達(dá)的工作壓力 攪拌馬達(dá)的工作壓力隨攪拌負(fù)載的變化而變化，而攪拌阻力的大小又主要取決于混凝土的坍落度。攪拌液壓系統(tǒng)的調(diào)定壓力一般取為6～10MPa，最高可達(dá)20MPa。對(duì)排量為5m3的混凝土攪拌系統(tǒng)，調(diào)定壓力為3MPa。
②攪拌速度 合適的攪拌速度可產(chǎn)生理想的攪拌效果和工作效率。如果速度偏低，拌合物難以攪拌均勻，在重力作用下還會(huì)產(chǎn)生分層離析的現(xiàn)象。如果速度過(guò)高，不但消耗功率大，而且在離心力和重力的作用下也會(huì)產(chǎn)生離析現(xiàn)象。
據(jù)國(guó)外資料統(tǒng)計(jì)，攪拌速度一般為19～35r/min，攪拌半徑通常為250～300mm。排量為5m3的攪拌速度為20r/min。
攪拌裝置包括攪拌軸部件、攪拌軸承及其密封件等部分，如圖3-2所示。
圖3-2 攪拌裝置
1-液壓馬達(dá)；2-花鍵套；3-馬達(dá)座；4-左半軸；5-軸套；6-攪拌葉片；7-中間軸；
8-右半軸；9-J型密封圈；10-軸承座；11-軸承；12-端蓋；13-油杯
攪拌軸部件由攪拌軸、螺旋攪拌葉片、軸套等組成。攪拌軸由中間軸、左半軸、右半軸組成，并通過(guò)軸套用螺栓連接成一體。軸套上焊接著螺旋葉片，這種結(jié)構(gòu)形式有利于攪拌葉片的拆裝。攪拌軸是靠?jī)啥说妮S承、軸承座（馬達(dá)座）支撐的，攪拌軸承采用調(diào)心軸承，軸承座外部還設(shè)有黃油嘴的螺孔，其孔道通到軸承座的內(nèi)腔，工作時(shí)可對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑。為了防止料斗內(nèi)的混凝土漿進(jìn)入攪拌軸承，左、右半軸的軸端裝有J形密封圈。左半軸的軸套通過(guò)花鍵套和液壓馬達(dá)連接，工作時(shí)由液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)攪拌軸帶動(dòng)攪拌葉片旋轉(zhuǎn)。
攪拌軸置于料斗內(nèi)。攪拌軸的橫截面形狀有圓形和方形兩種，與葉片間若采用不可拆連接，則無(wú)大的差異；而若采用可拆連接，方軸則比圓軸優(yōu)越得多。圓軸與攪拌葉片間需采用鍵和銷(xiāo)釘進(jìn)行連接，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝性差，維修時(shí)拆卸葉片困難。而方軸直接用方鋼毛坯制成，再加螺釘連接，既能可靠地傳遞扭矩，簡(jiǎn)單易行，可拆性也好。
攪拌葉片的圓周運(yùn)動(dòng)使物料翻滾與流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)拌混凝土的二次攪拌。攪拌臂懸置軸上，根部受力大，但磨損??；項(xiàng)部受力小，但磨損嚴(yán)重，故通常按等截面制造。為能承受攪拌阻力和卡死大集料時(shí)所產(chǎn)生的意外載荷，攪拌臂應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，并留有磨損余量。葉片在軸上正反交叉，亦可兩兩對(duì)稱，不但能使物料產(chǎn)生交叉運(yùn)動(dòng)軌跡，而且強(qiáng)化攪拌效果，也抵擋了攪拌軸上的軸向力。攪拌葉片的種類很多，攪拌葉片形狀通常為螺旋或工字形（如圖3-3所示），以獲得最佳的攪拌功能。
圖3-3 攪拌軸及葉片
其中對(duì)于整體螺旋形的葉片，在軸上的左右兩段，應(yīng)按相反施工方向布置，使其在攪拌的同時(shí)能向料斗中部拋料，以提高吸入效率。大螺旋角葉片可促進(jìn)拌合物的流動(dòng)，提高攪拌效率，此外，在葉片接觸拌合物表面時(shí)，還能避免沖擊與灰漿飛濺。另外，在用擺管分配閥的料斗箱體中，尤其是立式管閥，由于中間布置擺管，長(zhǎng)葉片布置于兩側(cè)，中間部位可采用短臂葉片。葉片易磨損，應(yīng)用耐磨材料制造。軸的攪拌中心應(yīng)低一些，以防止底部產(chǎn)生死料現(xiàn)象。
3.6.3料斗的容積
料斗的容積應(yīng)于泵車(chē)的混凝土排量相適應(yīng)，應(yīng)考慮暫停供料時(shí)料斗內(nèi)由適量的儲(chǔ)蓄料及反吸行程的備用容積。如料斗設(shè)計(jì)過(guò)小，則易于在泵送時(shí)吸入空氣，影響正常泵送；設(shè)計(jì)過(guò)大則影響機(jī)構(gòu)的緊湊性。根據(jù)西德、日本、美國(guó)、意大利等國(guó)泵車(chē)的有關(guān)資料分析，排量為45～100m3/h的各式臂架式泵車(chē)料斗容積為0.3～0.6m3，國(guó)內(nèi)混凝土泵車(chē)60型的混凝土輸送范圍為15～60m3/h，料斗容積為0.35m3，實(shí)際證明其大小選擇適度。
由于排量為5m3/h，排量很小，所以料斗容積可以適當(dāng)減小。
3.6.4攪拌系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)
圖3-4 攪拌系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)圖
1-濾油器 2-攪拌泵 3-手動(dòng)換向閥
4-攪拌馬達(dá) 5-溢流閥 6-油箱
（1）攪拌馬達(dá)選型
葉片馬達(dá)結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小。所以選擇YM-A19B型葉片馬達(dá)，其排量為16.3ml/r,額定壓力6.3MPa，轉(zhuǎn)速最低100r/min，最高2000r/min，輸出轉(zhuǎn)矩9.7N?M，法蘭安裝重9.8Kg。
設(shè)定馬達(dá)轉(zhuǎn)速1500r/min，則馬達(dá)進(jìn)油流量：
（2）攪拌泵選型
根據(jù)葉片馬達(dá)的型號(hào)配置液壓泵，選擇YB1-40型葉片泵。排量為40ml/r，額定壓力6.3MPa，轉(zhuǎn)速960r/min，容積效率≥90%，驅(qū)動(dòng)功率5.5Kw，重16Kg。
油泵排量：
（3）油管選型
管路的油液流速V（推薦）
1、吸油管道取
2、排油管道取
3、短管道及局部收縮處取
4、回油管道取
管子內(nèi)徑可用下式計(jì)算：
式中：—流體流量，；
—油液流速，吸油管道取吸=1.5，則
，
圓整后?。蝗?
3.7管閥及擺動(dòng)阻力矩設(shè)計(jì)
3.7.1S閥的設(shè)計(jì)。
1、排料性能
要求S管流道對(duì)泵送混凝土的運(yùn)動(dòng)阻力小。S管中心流線為兩段光滑過(guò)度圓弧，流道直徑小，最后有專門(mén)的錐形管，這樣S管流道變化相當(dāng)平緩，S閥排出口直徑為泵送混凝土最大骨料直徑的三倍以上，并考慮與輸送管道相接近。
S閥最關(guān)鍵的問(wèn)題是密封，就是排料過(guò)程中不能有砂漿泄漏到閥室。本機(jī)采用了補(bǔ)償密封原理。補(bǔ)償密封是具有沿雙孔板方向補(bǔ)償性能的橡膠圈來(lái)實(shí)現(xiàn)的，可沿軸向浮動(dòng)，具體結(jié)構(gòu)如圖3-5
圖3-5 S閥的基本結(jié)構(gòu)示意圖
1-連接法蘭；2-減磨壓環(huán)；3、9-蕾形密封圈；4-護(hù)帽；5、8-Y行密封圈；
6-密封環(huán)；7-閥體；10-軸套；11-“O”形圈；12-密封圈座；13-切割環(huán)；
14-裝料斗；15-支承座；16-調(diào)整墊片
S閥切換時(shí)，耐磨環(huán)平面始終與雙孔板端面平面貼合，耐磨環(huán)把S管流道內(nèi)的混凝土料流切斷，環(huán)的內(nèi)外側(cè)也要切斷S管流道內(nèi)的混凝土部分料流。另外也要避免使雙孔板與耐磨環(huán)切換錯(cuò)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生縫隙，一旦有縫隙，將會(huì)擠入砂漿，切換阻力將大幅度上升，造成較大的磨損。從而使耐磨環(huán)與雙孔板磨損失效。S管切換是靠橡膠圈的軸向預(yù)壓力，使耐磨環(huán)貼緊雙孔板，但是這個(gè)預(yù)壓力不能太大，避免產(chǎn)生過(guò)大的摩擦阻力。橡膠圈的軸向彈力PH可按下式計(jì)算：
式中：δ—橡膠圈沿厚度方向H的預(yù)壓變形量；
E—下降趨勢(shì)沿厚度方向H的壓縮彈性模量。
耐磨環(huán)在切割混凝土?xí)r，在足以承受切割阻力的條件下，又要有一定的彈性（靠橡膠圈的徑向彈性作用）緩沖切割阻力的峰值，橡膠圈的硬度值一般取HBS60～70。耐磨環(huán)這部分示意圖如圖3-6：
圖3-6 耐磨環(huán)示意圖
1、雙孔板 2、耐磨環(huán) 3、彈性墊圈 4、S管
同時(shí)根據(jù)力學(xué)帕斯卡定律，耐磨環(huán)在端面上受有混凝土物料的壓力作用，推動(dòng)耐磨環(huán)壓向雙孔板，具有使耐磨環(huán)與雙孔板貼合的補(bǔ)償密封作用，