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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
混凝土泵車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、臂架油缸及回轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)
THE DESIGN OF ROTARY CONCRETE PUMP TRUCK、THE TANK OF BOOM AND THE TURRET
學(xué)生姓名
聶海江
學(xué)院名稱
機(jī)電工程學(xué)院
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化
指導(dǎo)教師
仇文寧
2008年
6月
2日
徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明
本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。
本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
論文作者簽名： 日期： 年 月 日
徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書
本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。
論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名：
日期： 年 月 日 日期： 年 月 日
摘要
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)的的大型化和復(fù)雜化對(duì)混凝土機(jī)械提出了越來(lái)越高的要求。具有眾多優(yōu)點(diǎn)和較高經(jīng)濟(jì)效益的混凝土泵車得到了普及和應(yīng)用，混凝土泵車已成為當(dāng)今建筑施工企業(yè)必不可少的專用設(shè)備。本文首先介紹了混凝土泵車的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，重點(diǎn)對(duì)混凝土泵車的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)液壓部分及臂架油缸進(jìn)行了設(shè)計(jì)；同時(shí)對(duì)回轉(zhuǎn)頭部件與油缸相連的部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核，并根據(jù)泵車零部件標(biāo)準(zhǔn)確定了回轉(zhuǎn)頭的主要尺寸及組成部件?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)減速器帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)頭安裝在回轉(zhuǎn)支承上隨著回轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)臂架在回轉(zhuǎn)平臺(tái)上在0~360°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，臂架展開(kāi)收攏及其混凝土澆注時(shí)定位均是由變幅油缸推（拉）動(dòng)變幅機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
本設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容主要包括：
1．回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)液壓部分的設(shè)計(jì),回轉(zhuǎn)支承裝置的選型與計(jì)算。
2．回旋支承滿足上車布料桿（含混凝土總量）的傾翻力矩的計(jì)算。
3．回轉(zhuǎn)臺(tái)的強(qiáng)度校核及臂架油缸設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案可行，能滿足泵車性能要求。
本設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是：機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,節(jié)省投資，控制方便。對(duì)目前國(guó)內(nèi)的混凝土泵車的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：混凝土泵車；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；回旋驅(qū)動(dòng)部分；液壓系統(tǒng)；臂架液壓缸；回轉(zhuǎn)臺(tái)
Abstract
As the rapid development of the national economy,incresing demands have been made by the large and complicated struction of the construction.Pump trucks with many advantages and economic benefits have been used widely and they have been the essential equipment during the contruction today. This paper firstly introduces the structur and features of the pump trucks with the most important of the design of the swing body and calculate the strength of the mechanical parts of the rotary and oil bank and make sure the main sizes and parts of the rotary head according the standard parts of the pump car. The-turn-around-organlitation,makes the decelation machine round by the liquid-press-machine,the rotary head which installed on rotary suface moves by it and makes the Arm turn around during 0°～360°,the function of Arm machine is achieved by the moving of Oil Bank.
The specific contents including:
1. The specific of the Rotary and Rotarry hydraulic part,also the selection and calculation of the Rotarry support.
2. The calculation of the rollover torqne of the Roundabout suport.
3. The projct of thecalculation of rotarry base and the design of the oil urn is resonable and can meet the requirments.
The main features of the design are:simle structure low investment convenient control.The design has some referent value to the domestic optinal design of pump trucks.
Key word: Pumpcrete machine vehicle Swiveling mechanism Maneuver supporting Hydraulic system The tank of boom The turret
III
徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
目 錄
1 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 國(guó)內(nèi)外混凝土泵車的發(fā)展概況 1
1.3 混凝土泵車的選擇與技術(shù)管理 3
2 泵車的基本組成及主要技術(shù)參數(shù)確定 5
2.1 混凝土泵車的基本組成與構(gòu)造 5
2.1.1 混凝土泵車基本組成 5
2.1.2 混凝土泵車構(gòu)造 5
2.2 主要性能參數(shù)的確定 6
3 混凝土泵車總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 7
3.1 底盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選型 7
3.2 泵送系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7
3.3 臂架系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8
3.4 支腿油箱設(shè)計(jì) 8
3.5 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及回轉(zhuǎn)臺(tái)選型計(jì)算 9
3.6 操縱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10
4 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
4.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與回轉(zhuǎn)支承裝置簡(jiǎn)述 11
4.2 回轉(zhuǎn)支承裝置的選擇 13
4.2.1 載荷的確定 13
4.2.2 回轉(zhuǎn)支承裝置的受力分析 13
4.2.3 回轉(zhuǎn)支承裝置的強(qiáng)度計(jì)算 15
4.2.4 回轉(zhuǎn)支承聯(lián)接螺栓選型及強(qiáng)度校核 16
4.3 回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的傳動(dòng)分析 17
4.3.1 回轉(zhuǎn)阻力矩計(jì)算 18
4.3.2 馬達(dá)軸回轉(zhuǎn)功率 20
4.3.3 回轉(zhuǎn)小齒輪設(shè)計(jì) 20
4.4 減速器的選擇 23
4.4.1 明確選擇所需技術(shù)要求 23
4.4.2 根據(jù)機(jī)械強(qiáng)度選規(guī)格 23
4.4.3 校核熱功率 23
4.4.4 校核瞬時(shí)尖峰載荷 23
4.4.5 按機(jī)械設(shè)備總布局要求總體減速機(jī)型號(hào) 23
5 泵車液壓回轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24
5.1 混凝土泵車液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)述 24
5.2 電液比例換向閥在液壓系統(tǒng)中的重要作用 24
5.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25
5.4液壓元件主要工作參數(shù)的計(jì)算與選擇 26
5.4.1 液壓泵的選擇計(jì)算 26
5.4.2 液壓馬達(dá)的選擇與計(jì)算 27
5.4.3 液壓控制閥的選擇 28
5.4.4 輔助裝置的選擇 28
5.5 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 29
5.5.1 液壓系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算 29
5.5.2 液壓系統(tǒng)總效率的驗(yàn)算 30
5.5.3 液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗(yàn)算 30
6 臂架液壓油缸設(shè)計(jì)及回轉(zhuǎn)臺(tái)強(qiáng)度校核 32
6.1 臂架液壓缸的作用及結(jié)構(gòu) 32
6.1.1 液壓缸的作用 32
6.1.2 液壓缸的結(jié)構(gòu) 32
6.2 液壓缸主要零件的材料及技術(shù)要求 32
6.3 液壓缸設(shè)計(jì)步驟 33
6.4 液壓缸主要零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 33
6.4.1 缸筒計(jì)算 33
6.4.2 缸筒底部厚度計(jì)算 34
6.4.3 缸筒端部螺紋連接部分校核計(jì)算 35
6.4.4 活塞桿及其部分計(jì)算 35
6.4.5 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 35
6.4.6 液壓缸進(jìn)、出油口尺寸的確定 36
6.5 液壓缸的強(qiáng)度校核 36
6.5.1 缸筒壁厚校核 36
6.5.2 活塞桿直徑校核 36
6.5.3 活塞桿的彎曲穩(wěn)定性校核計(jì)算 36
6.5.4 焊接缸筒的校核 36
6.6 回轉(zhuǎn)臺(tái)的選型及強(qiáng)度校核 37
6.6.1 回轉(zhuǎn)臺(tái)的主要結(jié)構(gòu) 37
6.6.2 回轉(zhuǎn)臺(tái)底板與回轉(zhuǎn)支承聯(lián)接螺栓處強(qiáng)度校核 38
6.6.3 回轉(zhuǎn)臺(tái)油缸連接處的的強(qiáng)度校核 39
結(jié)論 41
致謝 42
參考文獻(xiàn) 43
附錄 44
英文原文 44
中文翻譯 59
45
1 緒論
1.1 概述
混凝土泵車是在拖式混凝土輸送泵的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種專用機(jī)械設(shè)備，混凝土泵車的應(yīng)用，將混凝土輸送和澆注工序合二為一，節(jié)約了時(shí)間，節(jié)省了勞動(dòng)力；同時(shí)完成水平和垂直輸送，省去了起重環(huán)節(jié)，不需再設(shè)混凝土中間運(yùn)轉(zhuǎn)，保證了混凝土質(zhì)量，與混凝土運(yùn)輸車相配合，實(shí)現(xiàn)了混凝土輸送過(guò)程完全機(jī)械化大大提高了運(yùn)輸效率。
混凝土泵車是將混凝土泵安裝在汽車底盤上，利用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，通過(guò)動(dòng)力分動(dòng)箱將動(dòng)力傳給液壓泵，然后帶動(dòng)混凝土泵工作?；炷镣ㄟ^(guò)布料桿，可送到一定的高度與距離。對(duì)于一般性的建筑物施工，混凝土泵車有著獨(dú)特的優(yōu)越性，它移動(dòng)方便，輸送幅度與高度適中，可節(jié)省一臺(tái)起重機(jī)，因此在一般建筑工地很受歡迎。
1.2 國(guó)內(nèi)外混凝土泵車的發(fā)展概況
1.2.1 國(guó)外混凝土泵車的發(fā)展概述
混凝土泵的研究最早開(kāi)始于德國(guó)，1907年德國(guó)就開(kāi)始研究混凝土泵，并取得專利權(quán)。此后，1913年美國(guó)制造出混凝土泵樣機(jī)也取得專利。1932年荷蘭人庫(kù)依曼制造出臥式缸的庫(kù)依曼型混凝土泵，成功的解決了混凝土泵的構(gòu)造原理問(wèn)題，大大提高了工作的可靠性。此后混凝土泵即進(jìn)入小規(guī)模的試用階段。第二次世界大戰(zhàn)之，各國(guó)陸續(xù)開(kāi)始經(jīng)濟(jì)恢復(fù)工作， 建筑工程規(guī)模日益擴(kuò)大，混凝土泵的銷路較好，應(yīng)用日漸增多。五十年代中葉，聯(lián)邦德國(guó)的托克里特公司首先發(fā)展了用水作為工作液體的液壓泵，使混凝土泵車進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。1959年，聯(lián)邦德國(guó)的施維英(Schwing)公司生產(chǎn)出第一臺(tái)全液壓的混凝土泵，它用油作為工作液體來(lái)驅(qū)動(dòng)活塞和閥，使用后用壓力水沖洗泵和輸送管。這種液壓泵功率大、排量大、運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，可做到無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，泵的活塞還可逆向動(dòng)作以減少堵塞的可能性，因而使混凝土泵的設(shè)計(jì)、制造和泵送施工技術(shù)日趨完善。此后，為了提高棍凝土泵的機(jī)動(dòng)性，在六十年代中期又研制了混凝土泵車，并配備了可以回轉(zhuǎn)和伸縮的布料桿，使混凝土泵的澆筑工作更加靈活多變。在活塞式混凝土泵不斷完善的過(guò)程中，美國(guó)的查倫奇一考克兄弟 (Chollenge-ookBors)公司于1963年又研制了一種新型的擠壓式混凝土泵。這種泵的工作原理與活塞式混凝土泵迥然不同，它是利用轉(zhuǎn)動(dòng)的滾輪擠壓軟管中的混凝土混合物而進(jìn)行輸送的。混凝土泵按驅(qū)動(dòng)方式分為活塞式混凝土泵和擠壓式混凝土泵兩種?；钊交炷帘檬菓?yīng)用最早也是最有發(fā)展前途的一種混凝土泵。活塞式混凝土泵中，根據(jù)驅(qū)動(dòng)力的不同， 又有機(jī)械式活塞泵和液壓式活塞泵之分。擠壓式混凝上泵在六十年代后期盛行，但是由于這種混凝土泵的排量較小，輸送距離不如活塞式大，因而應(yīng)用逐漸減少?；炷帘酶鶕?jù)能否移動(dòng)以及移動(dòng)的方式，分為固定式、拖動(dòng)式和汽車式。
德國(guó)斯維英公司1965年開(kāi)始生產(chǎn)混凝土泵車，1968年推出42m布料桿泵車。1982 年該公司摒棄了剛注冊(cè)專利的“S”管閥后推出了裙閥。與“S”形管閥相比，零部件受力情況得到改善,閥室流道短結(jié)構(gòu)緊湊，并一直獨(dú)家享有其專利。隨后在80年代中期，德國(guó)的施維英公司又開(kāi)發(fā)了臂長(zhǎng)為50m的泵車,并且產(chǎn)品已形成系列化?；炷帘密嚥剂蠗U的垂直高度16～52m共13個(gè)品種,其混凝土輸送量為56～150m3/h,布料桿節(jié)數(shù)有二節(jié)、三節(jié)， 最多有四節(jié)，最大混凝土輸送壓力5.5～10.8Mpa。泵車底盤驅(qū)形式最大10X6,大中小機(jī)型規(guī)格齊全，便于用戶選用。同時(shí)該公司亦很重視塔式臂架泵的開(kāi)發(fā)，這種高大的泵送設(shè)備特別適用于工期較長(zhǎng)的大型工程和在預(yù)制構(gòu)件廠中裝備應(yīng)用。德國(guó)普茨曼斯特公司生產(chǎn)的混凝土泵車布料桿的長(zhǎng)度也有13種。布料桿的垂直高度16～62m，布料桿節(jié)數(shù)最多為五節(jié)；混凝土輸送量66～200m3/h。該公司生產(chǎn)的M62型泵車，臂架長(zhǎng)度58m，五節(jié)臂，垂直布料高度62m,最大輸送量200m3 /h。底盤形式12X6，總重62t，是當(dāng)今世界上最大的混凝土泵車。近年來(lái)普茲邁斯特公司生產(chǎn)了支承寬度僅3m的混凝土泵車，使泵車可在狹窄的建筑工地作業(yè)；該公司生產(chǎn)的BRF2112H型泵車采用外斜支承，減輕了整機(jī)重量，臂架的運(yùn)動(dòng)和泵的工作利用無(wú)線電遙控，采用了集中潤(rùn)滑，液壓系統(tǒng)符合節(jié)能要求。普茨邁斯特公司作為閉式系統(tǒng)的代表，堅(jiān)持采用閉式系統(tǒng)，不斷地提高和完善控制功能，使混凝土泵工作更精細(xì)、更可靠。堅(jiān)持采用電開(kāi)關(guān)換向，獨(dú)立的擺動(dòng)油缸控制系統(tǒng)，把技術(shù)特點(diǎn)放在主油泵排量控制上，促進(jìn)了混凝土泵車技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善。
1.2.2 我國(guó)混凝土泵車的發(fā)展概況
混凝土泵車在國(guó)內(nèi)實(shí)際工程中大規(guī)模應(yīng)用，這只能從1979年算起。當(dāng)時(shí)，上海寶鋼工程從日本三菱重工引進(jìn)了四部 DC-5115B型混凝土泵車，配以容量6m3的混凝土運(yùn)輸攪拌車，在各種大型鋼筋混凝土工程上得到應(yīng)用。與此同時(shí)，上海第八建筑工程公司仿制了前聯(lián)邦德國(guó)托克里特以水作為壓力介質(zhì)的臂架式混凝土泵車。80年代，國(guó)產(chǎn)泵車年產(chǎn)量約在 50臺(tái)左右。1983年湖北建設(shè)機(jī)械廠投資150萬(wàn)美元引進(jìn)了日本石川島播磨的IPF85B型混凝上泵車，研制生產(chǎn)了第一臺(tái)楚天牌HJC517085臂架式混凝土泵車，并在1985年被國(guó)家經(jīng)貿(mào)委確定為替代進(jìn)口產(chǎn)品。1988年在引進(jìn)的基礎(chǔ)上，研制生產(chǎn)了具有國(guó)產(chǎn)底盤的 HBB85A型臂架式泵車并通過(guò)建設(shè)部鑒定，此時(shí)國(guó)產(chǎn)化率達(dá)84%。同時(shí)，利用這一技術(shù)開(kāi)發(fā)的 HBT60型拖式混凝土泵也于當(dāng)年通過(guò)鑒定投產(chǎn)。該泵車用的集流閥組和混凝土分配閥于1990年分別在貴州183廠和湖北建機(jī)公司研制成功。到 80年代末期，國(guó)產(chǎn)85B泵車在市場(chǎng)的保有量己達(dá) 120臺(tái)量，打破了我國(guó)泵送機(jī)械市場(chǎng)依賴進(jìn)口設(shè)備的局面。90年代初期，我國(guó)混凝土泵車系列化初具雛形。徐州混凝土機(jī)械廠與德國(guó)普茨邁斯特公司合作生產(chǎn)BC90- 32型臂架式混凝土泵車。至此我國(guó)自己生產(chǎn)的臂架式混凝土泵車，呈現(xiàn)多品種、系列化雛形。但國(guó)產(chǎn)化率比較低，銷售價(jià)格比較昂貴。目前我國(guó)生產(chǎn)的混凝土泵車布料桿垂直高度有 17m、21m、27m、32m、36m、37m、42m、47m。臂架節(jié)數(shù)有三節(jié)和四節(jié)兩種；混凝土輸送量有 50m3/h、85m3/h、100m3/h、114m3/h、125m3/h；混凝土輸出壓力為4.6～8.2Mpa。主要選用底盤驅(qū)動(dòng)形式為4X2和6X4兩種型式的日本五十鈴、國(guó)產(chǎn)北方奔馳、斯太爾等汽車底盤。泵車的臂架、底架、支腿、轉(zhuǎn)臺(tái)等主要鋼結(jié)構(gòu)均采用高強(qiáng)度鋼板。液壓系統(tǒng)有開(kāi)式和閉式兩種，其中對(duì)主油缸與閥油缸的控制，采用順序回路和卸荷回路。液壓系統(tǒng)中使用的各種閥的安裝形式有分離式、集成式和插裝式等多種。主油缸活塞的密封有多種形式，主要采用“U”形密封圈、“O”型活塞密封圈、活塞環(huán)密封圈。泵車混凝土分配閥形式主要有閘板閥、“S”管閥兩種。同時(shí)在提高混凝土分配閥的使用壽命、減少磨損等方面做出了大量的、卓有成效的研究工作。通過(guò)上述工作，我國(guó)自行設(shè)計(jì)與制造的混凝土泵車得到了較大發(fā)展，年產(chǎn)量達(dá)到300—400臺(tái)，性能質(zhì)量基本上能滿足用戶要求?，F(xiàn)階段，混凝土泵車主要集中在三一重工、中聯(lián)重科、湖北建機(jī)、安徽星馬、遼寧海諾等企業(yè)，產(chǎn)量占全行業(yè)的95%，相信在不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)在產(chǎn)品質(zhì)量上也能趕上世界先進(jìn)水平。
1.2.3 混凝土泵車技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
從國(guó)內(nèi)外發(fā)展泵送混凝土施工技術(shù)的具體情況可以看出混凝土泵車不僅能提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，而且能夠改變施工現(xiàn)場(chǎng)的面貌，是反映一個(gè)國(guó)家建筑施工水平的重要指標(biāo)之一。如本文所述和據(jù)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的一些調(diào)查資料表明，混凝土泵車主要有以下幾個(gè)方面的發(fā)展趨勢(shì)：
（1）向大排量方向發(fā)展。現(xiàn)在多數(shù)排量為 80m3/h左右，最大可達(dá) 204m3/h。
（2）泵送壓力向高壓方向發(fā)展。目前國(guó)產(chǎn)最大泵送壓力為105Mpa，而國(guó)外的最大壓力為285MPa。
（3）泵送高度與距離增大。最大垂直泵送高度可達(dá)432m。
（4）泵車臂架向三節(jié)以上長(zhǎng)臂架方向發(fā)展。德國(guó)普茲邁斯特公司生產(chǎn)的PM泵車臂架在四折以上，最長(zhǎng)達(dá)62m。
（5）由于混凝土泵泵送壓力的不斷提高，輸送距高己經(jīng)能夠適應(yīng)大部分混凝土攤鋪工作，具有良好的機(jī)動(dòng)性的布料桿泵車將占主導(dǎo)地位。
（6）混凝土泵車向電氣化、多功能化發(fā)展。
（7）由于道路條件和施工現(xiàn)場(chǎng)建筑物密集，混凝土泵車也向小型化發(fā)展，但性能參數(shù)并沒(méi)有降低。
（8）對(duì)布料桿操作采用新技術(shù)如無(wú)線遙控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電液比例技術(shù)、負(fù)荷傳感技術(shù)等。
國(guó)外企業(yè)在泵車液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，除了使用通用液壓元件外，還自行開(kāi)發(fā)泵車專用液壓元件。普茨曼斯特公司在泵車液壓系統(tǒng)中用閉式回路，利用油泵的斜盤擺角的正負(fù)變化，達(dá)到混凝土泵送系統(tǒng)的換向，油泵換向后排量由零到最大，使油缸換速均勻，啟動(dòng)平緩。在混凝土泵車控制技術(shù)方面，國(guó)外生產(chǎn)的泵車大多數(shù)都安裝了無(wú)線遙控系統(tǒng)，有的大型泵車采用了工業(yè)電視監(jiān)控。機(jī)電一體化將是混凝土泵車今后的主要發(fā)展方向。
1.3 混凝土泵車的選擇與技術(shù)管理
選用混凝土泵車一般應(yīng)考慮底盤和泵送混凝土的輸送距離、排量、泵送壓力三個(gè)參數(shù)。底盤體現(xiàn)越野能力與提供動(dòng)力的能力，而另外三個(gè)參數(shù)受泵車臂架伸展長(zhǎng)度的限制。國(guó)產(chǎn)泵車的輸送垂直距離最大可達(dá)65m、最大排量為125m1/h，最大系送壓力可達(dá)14Mpa。國(guó)產(chǎn)拖式混凝土泵的輸送水平距離最大可達(dá)1500m、最大泵送壓力可達(dá)15MPa。故一般應(yīng)根據(jù)建筑物高度(深度)、現(xiàn)場(chǎng)施工狀況來(lái)選擇泵型、泵車。除了合理選用混凝土泵車以外，正確操作、精心維護(hù)更是重要一環(huán)。據(jù)上程實(shí)踐統(tǒng)計(jì)，混凝土泵各部位發(fā)生故障的概率如下；分配閘閥占35﹪、液壓系統(tǒng)占20％、電氣系統(tǒng)占10％、管道系統(tǒng)占25％、其他占10％，其中以分配閥磨損消耗最快，故要及時(shí)保養(yǎng)和更換。液壓系統(tǒng)由于堵塞而造成壓力過(guò)大、各部位密封不好而發(fā)生漏油現(xiàn)象．或接頭處不好而被撕開(kāi)。此外，電氣、儀表部分都較精密，使用不當(dāng)或維護(hù)不周也常常失靈，所以要重視對(duì)設(shè)備的維護(hù)和提高操作人員的素質(zhì)。
泵送混凝土進(jìn)入建筑施工工地后必須解決一系列施工組織與管理問(wèn)題，主要如下：
配備專職協(xié)調(diào)監(jiān)督人員，建立可靠敏捷的信息系統(tǒng)，使施工處于有序狀態(tài)。
制訂澆注方案，解決施工速度、澆灌方向的線路、施工縫留置位置以及與模板、鋼筋工序的配合關(guān)系，以使施工均衡連續(xù)。
對(duì)于泵車位置選擇，應(yīng)了解工作區(qū)域的障礙物、地面承受負(fù)荷的能力、施工現(xiàn)場(chǎng)與公路阻隔的情況、有無(wú)作業(yè)盲區(qū)，并且必須使支腿延伸到它們的末端位置。對(duì)于固定式泵機(jī)，泵機(jī)位置和輸送管鋪設(shè)應(yīng)符合管路宜直、彎管宜少、線路最短、節(jié)點(diǎn)牢靠、拆卸方便等。
配置具有一定素質(zhì)的機(jī)修、機(jī)管和操作人員．井能及時(shí)排除設(shè)備出現(xiàn)的故障。
解決關(guān)鍵工藝中的具體問(wèn)題，以避免產(chǎn)生因施工工藝不正確而出現(xiàn)的各種質(zhì)量問(wèn)題。
2泵車的基本組成及主要技術(shù)參數(shù)確定
2.1 混凝土泵車的基本組成與構(gòu)造
2.1.1 混凝土泵車基本組成
混凝土泵車主要由載重汽車底盤1、臂架回轉(zhuǎn)裝置2、臂架布料桿3、混凝土泵4、支腿5等部分組成，如圖2-1所示。
圖2-1混凝土泵車基本組成
1—汽車地盤；2—臂架回轉(zhuǎn)裝置；3—臂架布料桿；4—混凝土泵；5—支腿
2.1.2 混凝土泵車構(gòu)造
2.1.2.1 泵車底盤部分
泵車底盤部分的基本構(gòu)造可參見(jiàn)相關(guān)汽車司機(jī)手冊(cè)：大部分泵車都是通過(guò)安裝在地盤上的取力裝置，由柴油機(jī)為泵車臂架部分和泵送部分提供動(dòng)力。
2.1.2.2 布料臂部分
布料臂部分或稱泵車上裝部分，它安裝在汽車底盤上，它與底盤的尺寸規(guī)格完全配套。
臂架分為數(shù)節(jié)，每節(jié)由高強(qiáng)度鋼板焊接而成，起到支撐混凝土輸送管的作用，臂架的運(yùn)動(dòng)由節(jié)與節(jié)之間的液壓油缸推動(dòng)。臂架的回轉(zhuǎn)靠臂架基座上的回轉(zhuǎn)支承和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。臂架的動(dòng)作可以由遙控器或比例閥操縱手柄進(jìn)行控制。
布料機(jī)構(gòu)是把輸送管安裝在臂架上．并在其末端安一段軟管。其形式有接高、伸縮、折疊三種形式。初期的布料桿大多是在現(xiàn)場(chǎng)安裝的接高式和伸縮式。目前多為折疊式，其俯仰、伸縮、旋轉(zhuǎn)動(dòng)作全部使用液壓油缸控制，動(dòng)作靈活。折疊式布料桿根據(jù)其折疊方式又分多種，如前下支點(diǎn)S型、前上支點(diǎn)Z型、前上支點(diǎn)Z卷繞型、后下支點(diǎn)蒼繞型等。
第一節(jié)臂的活動(dòng)范圍為，第二節(jié)臂的活動(dòng)范圍為，其余節(jié)臂的活動(dòng)范圍在之間?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可使布料桿作回轉(zhuǎn)。
2.1.2.3 泵送部分
泵送機(jī)構(gòu)由兩只主油缸、水箱、換向裝置、一組混凝土活塞、料斗、分配閥、擺臂、一組擺動(dòng)油缸和出料口組成。
泵送混凝土料時(shí)，在主油缸作用下，一個(gè)混凝土活塞前進(jìn)，另一個(gè)混凝土活塞后退。同時(shí)在擺動(dòng)油缸的作用下，一個(gè)混凝土缸與分配閥連通，另一個(gè)混凝土缸與料斗相通。這樣，后退的混凝土活塞將混凝土吸入混凝土缸；前進(jìn)的混凝土活塞將混凝土缸內(nèi)的混凝土料送入分配閥而泵出。當(dāng)混凝土活塞后退至行程終端時(shí)，會(huì)感應(yīng)換向裝置，使主油缸換向、擺動(dòng)油缸換向，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)泵送。
2.2 主要性能參數(shù)的確定
混凝土泵車的主要性能參數(shù)是混凝土泵車的工作性能指標(biāo)，也是設(shè)計(jì)的主要依據(jù)?；炷帘密嚨闹饕夹g(shù)參數(shù)可歸納為專業(yè)技術(shù)參數(shù)和整車技術(shù)參數(shù)兩部分。技術(shù)參數(shù)主要有：混凝土排出量、混凝土泵送壓力及輸送距離、泵送能力指數(shù)、布料裝置工作范圍、整機(jī)外形尺寸等，如表2-1。
表2-1混凝土泵車主要性能參數(shù)
最大理論輸送量 m3/h
120
混凝土最大出口壓力 MPa
6.5
額定工作壓力 MPa
32
料斗容積 L
550
液壓系統(tǒng)型式
閉式
油缸缸徑×行程 mm
130×2100
液壓油冷卻
風(fēng)冷
推薦塌落度 cm
12~23
最大布料高度 m
36
最大布料半徑 m
32
回轉(zhuǎn)角度
365°
臂節(jié)數(shù)量
4
臂節(jié)長(zhǎng)度 mm
8610/7760/7760/7700
展臂角度
100°/180°/180°/270°
輸送管直徑 mm
133
壁厚 mm
4
末端軟管長(zhǎng)度 mm
4000
臂架液壓缸工作壓力 Mpa
33
動(dòng)態(tài)試驗(yàn)壓力 Mpa
45
往返速比
1.37
活塞桿理論推力 MN
1.37
3 混凝土泵車總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
混凝土臂架泵車是一種先進(jìn)的混凝土輸送設(shè)備，以其快速高效靈活方便等顯著的特點(diǎn)，近年來(lái)已被廣泛用于工業(yè)設(shè)施、民用建筑、國(guó)防工程等混凝土澆注工作。我國(guó)從上世紀(jì)80年代初期開(kāi)始引進(jìn)混凝土臂架泵車制造技術(shù)，至今已有20多年，時(shí)間不算短，但目前大部分企業(yè)仍處于組裝、仿制階段，只有少數(shù)幾家大的專業(yè)企業(yè)已經(jīng)具備自主設(shè)計(jì)能力和制造能力，比如說(shuō)三一重工、中聯(lián)重科、鴻達(dá)集團(tuán)、徐工集團(tuán)、湖北建機(jī)等。2007年我國(guó)混凝土臂架泵車年產(chǎn)銷量已達(dá)到2000臺(tái)以右。
3.1 底盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選型
目前國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)的底盤生產(chǎn)能力還比較弱，大多選用國(guó)外進(jìn)口底盤，如VOLVO、五十鈴、奔馳等底盤，其價(jià)格較高，供貨周期較長(zhǎng)。
底盤選型：37m泵車大多選用進(jìn)口VOLVO底盤，該底盤的可靠性、油耗、排放、動(dòng)力性能、行駛性能均處于國(guó)際領(lǐng)先水平。在底盤取力器的選用上，主要有二種形式，一是底盤發(fā)動(dòng)機(jī)自帶全功率取力器，液壓系統(tǒng)的主油泵直接聯(lián)接在發(fā)動(dòng)機(jī)的取力器上；二是在底盤后驅(qū)傳動(dòng)軸中間增加一個(gè)取力器即通常我們所說(shuō)的分動(dòng)箱，這樣通過(guò)分動(dòng)箱內(nèi)的撥差來(lái)切換行駛和泵送兩種不同狀態(tài)。我國(guó)目前混凝土泵車普遍采用的是第二種取力形式，且充分考慮分動(dòng)箱這一關(guān)鍵元件的可靠性，選用了德國(guó)原裝進(jìn)口的分動(dòng)箱。在分動(dòng)箱的傳動(dòng)比的選擇上結(jié)合底盤發(fā)動(dòng)力特征曲線（功率及扭矩曲線）和力士樂(lè)主油泵的額定轉(zhuǎn)速的要求，確定選取發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)分動(dòng)箱最佳的輸入轉(zhuǎn)速1500r/min和分動(dòng)箱的傳動(dòng)比，合理并充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)和油泵的有用功率，來(lái)提高泵車的整車使用效率。
3.2 泵送系統(tǒng)設(shè)計(jì)
換向次數(shù)少排量大、吸料性能好積料少、推送換向沖擊小噪音低、混凝土活塞壽命長(zhǎng)潤(rùn)滑脂用量少等等是設(shè)計(jì)者追求的目標(biāo)。為此，目前我國(guó)在設(shè)計(jì)中普遍采用大缸徑長(zhǎng)行程混輸送缸，并將泵送系統(tǒng)與底盤安裝角度減小了1°，大大地改善了吸料性能；在S閥換向回路中加入高壓儲(chǔ)能器和可調(diào)節(jié)流閥，使換向時(shí)間縮短而沖擊減小；混凝土泵送主油路采用閉式回路，主油泵換向，在雙聯(lián)主油泵輔助回路中采用了低壓儲(chǔ)能器為斜盤換向過(guò)零位時(shí)提供緩沖油，有效地降低主推送回路的換向沖擊；混凝土活塞潤(rùn)滑方面一些廠家采用自動(dòng)潤(rùn)滑，在實(shí)際工作中，因?yàn)楸盟团帕渴侨我饪烧{(diào)的，主油缸活塞的緩沖行程隨排量變化而變動(dòng)，自動(dòng)潤(rùn)滑很難準(zhǔn)確地將潤(rùn)滑脂注入混凝土活塞的潤(rùn)滑油槽中，既無(wú)法有效為混凝土活塞提供良好的潤(rùn)滑，又大量浪費(fèi)潤(rùn)滑油，增加了成本，而且大量潤(rùn)滑脂注入到混凝土中，對(duì)混凝土的質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響，因此，我國(guó)設(shè)計(jì)專家通過(guò)反復(fù)考慮，決定采用手動(dòng)潤(rùn)滑，工作時(shí)每隔1 小時(shí)手動(dòng)為混凝土活塞注油潤(rùn)滑一次，這樣基本克服了自動(dòng)潤(rùn)滑的種種弊端。
3.3 臂架系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.3.1 臂架系統(tǒng)分析
泵車臂架所承受的交變載荷為脈動(dòng)循環(huán)載荷，其主要來(lái)源于泵送系統(tǒng)，分二兩個(gè)方面，一是主油缸推送混凝土?xí)r通過(guò)輸送管而傳遞給臂架的，它的方向根據(jù)輸送配管的走向而改變，使臂架受力變得比較復(fù)雜難以計(jì)算；其二是來(lái)自S閥換向擺動(dòng)油缸的橫向沖擊；另外，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)頻繁的起動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程對(duì)臂架產(chǎn)生的慣性力，也是臂架一個(gè)主要的動(dòng)載荷來(lái)源；還有，臂架系統(tǒng)自重（包括作業(yè)期間輸送管內(nèi)的混凝土重量）應(yīng)力，也是一個(gè)十分重要的力源，至于底盤發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)軸高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的振動(dòng)也會(huì)對(duì)臂架抖動(dòng)產(chǎn)生微弱影響，相對(duì)泵送系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、臂架系統(tǒng)自重的影響來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)。因此，在進(jìn)行臂架系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，主要針對(duì)泵送系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)動(dòng)載荷和臂架系統(tǒng)自重可能對(duì)臂架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響，來(lái)校核臂架系統(tǒng)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性。
3.3.2 臂架形式設(shè)計(jì)
臂架形式設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)形式、折疊方式、輸送布管等諸多方面的設(shè)計(jì)。臂架的結(jié)構(gòu)形式基本都采用箱形結(jié)構(gòu)，從垂直于臂架長(zhǎng)度方向的截面來(lái)看，大致有下圖3-1五種，根據(jù)設(shè)計(jì)者多年的計(jì)算分析和經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為下圖(a)的截面形式較好，整個(gè)臂架應(yīng)力流暢，無(wú)明顯力流阻滯和應(yīng)力集中，而且重量較輕，至于抗扭屈和截面的穩(wěn)定性可以通過(guò)焊接橫穿臂架兩側(cè)板的輸送管支撐件來(lái)解決。
圖 3-1 臂架的截面形式
臂架的折疊方式大致分為R形、Z形、RZ組合形，但有一點(diǎn)值得設(shè)計(jì)者注意，為了盡量降低整車的重心高度，提高行駛狀態(tài)的穩(wěn)定性，必須降低臂架折疊收攏后的高度，即在設(shè)計(jì)臂架時(shí)，通常將第三節(jié)臂設(shè)計(jì)成“Z”形彎臂，這時(shí)除考慮布管方便外，更應(yīng)注意最大限度減少?gòu)澅燮x一二臂節(jié)中性平面的距離，以減少偏心自重產(chǎn)生的扭矩。
3.3.3 臂架變幅機(jī)構(gòu)及液壓油缸的設(shè)計(jì)
臂架展開(kāi)收攏及其混凝土澆注時(shí)定位均是由變幅油缸推（拉）動(dòng)變幅機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。變幅機(jī)構(gòu)由兩種平面四桿機(jī)構(gòu)組合而成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的主要油缸的受力和活塞缸的穩(wěn)定性等問(wèn)題。
3.4 支腿油箱設(shè)計(jì)
支腿油箱的結(jié)構(gòu)形式可謂五花八門，風(fēng)格各異。有X 形伸縮支腿泵送油箱和水箱外掛形式的；有前后全展開(kāi)形支腿整體油水箱結(jié)構(gòu)的；還有弧形支腿油水箱分別置于后支腿空腔的等等。如此種種結(jié)構(gòu)形式，都必須遵守一個(gè)原則：支腿油水箱設(shè)計(jì)除了滿足自身的強(qiáng)度剛度要求外，還必須滿足泵車在作業(yè)狀態(tài)下的穩(wěn)定性條件：即當(dāng)泵車的1.2倍自重載荷、1.3倍工作載荷、附加載荷和1.1倍的慣性力共同作用于最不利的傾覆線（支腿完全伸展開(kāi)后四個(gè)支撐點(diǎn)的連線）時(shí)，其力矩之和大于零，否則，泵車在作業(yè)時(shí)有可能傾翻，造成重大安全事故。
3.5 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及回轉(zhuǎn)臺(tái)選型計(jì)算
3.5.1 回轉(zhuǎn)軸承的選型計(jì)算
回轉(zhuǎn)軸承大多采用進(jìn)口品牌, 有法國(guó)的勞力士、德國(guó)的羅特艾德、意大利的拉里奧斯薩等。回轉(zhuǎn)軸承選型主要是根據(jù)臂架系統(tǒng)對(duì)其產(chǎn)生的傾翻力矩大小來(lái)決定的，其次是考慮臂架系統(tǒng)在回轉(zhuǎn)啟動(dòng)加速制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)的最大旋轉(zhuǎn)力矩、勻速轉(zhuǎn)動(dòng)額定旋轉(zhuǎn)力矩以及回轉(zhuǎn)軸承外圈齒輪的強(qiáng)度。
a. 傾翻力矩大小等于臂架系統(tǒng)的自重乘以其重心到回轉(zhuǎn)軸承中心的距離，用數(shù)學(xué)式子表示為：
式中：k ——?jiǎng)虞d系數(shù)可取1.3；
M ——臂架系統(tǒng)的質(zhì)量包括工作載荷質(zhì)量(kg)；
g ——重力加速度(9.8m/s2)；
L ——臂架系統(tǒng)重心到回轉(zhuǎn)軸承中心的距離(m)。
b. 旋轉(zhuǎn)力矩計(jì)算主要考慮到作業(yè)時(shí)負(fù)載起動(dòng)力矩，啟動(dòng)后的加速力矩以及制動(dòng)力矩。根據(jù)軸承滾動(dòng)體（鋼球滾子、圓柱體滾子）的不同形式有著不同計(jì)算方法，設(shè)計(jì)者可以按照供應(yīng)商提供的回轉(zhuǎn)軸承樣本資料進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算。
c. 齒輪的強(qiáng)度校核計(jì)算以上面的旋轉(zhuǎn)力矩為負(fù)載，按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中的公式計(jì)算，然后確定齒輪的模數(shù)、齒寬，有關(guān)公式和詳細(xì)計(jì)算過(guò)程本文不再闡述。
3.5.2 回轉(zhuǎn)減速機(jī)的選型計(jì)算
回轉(zhuǎn)減速機(jī)的選用，主要考慮兩個(gè)方面因素：一是額定輸出扭矩和峰值輸出扭矩是否與臂架系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)力矩相匹配；二是減速比是否符合臂架正常工作的回轉(zhuǎn)速度要求。
3.5.3 回轉(zhuǎn)限位裝置設(shè)計(jì)
臂架系統(tǒng)回轉(zhuǎn)普遍采用機(jī)械限位，使臂架在0～365°范圍內(nèi)來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)，防止通過(guò)轉(zhuǎn)塔內(nèi)的臂架變幅油缸的控制油管被絞壞。最早還有一種不需回轉(zhuǎn)限位的設(shè)計(jì)，臂架變幅油缸的控制油管通過(guò)中央回轉(zhuǎn)接頭與轉(zhuǎn)塔內(nèi)的油管相聯(lián)，類似挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)裝置，不過(guò)這種方法在國(guó)內(nèi)泵車設(shè)計(jì)中已很少被采用。
3.6 操縱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
操縱系統(tǒng)是用來(lái)控制泵送系統(tǒng)和臂架系統(tǒng)進(jìn)行混凝土澆注作業(yè)、機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑、輸送管路清洗的裝置，主要由電控箱、近控操作面板、無(wú)線遙控操作器、有線遙控操作器幾個(gè)部分組成。主要功能有：發(fā)動(dòng)啟動(dòng)停止調(diào)速功能、主油泵的排量調(diào)節(jié)功能、臂架的回轉(zhuǎn)變幅定位功能、系統(tǒng)監(jiān)控和故障診斷檢修功能等等。操縱系統(tǒng)采用PLC可編程邏輯控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的各種繼電器、觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，將全部的操控動(dòng)作通過(guò)程序匯編并輸入到PLC中，極大地簡(jiǎn)化控制電路，縮小電控箱的體積，使操作變得簡(jiǎn)單易行，同時(shí)使操作控制硬件系統(tǒng)兼具“柔性”的特點(diǎn)，調(diào)整或變更控制參數(shù)，不需要改動(dòng)電器元件，只要修改編程即可。
4 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與回轉(zhuǎn)支承裝置簡(jiǎn)述
混凝土泵車需要需要將混凝土輸送到一定范圍內(nèi)任意一空間位置，故回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是必不可少的?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將整個(gè)回轉(zhuǎn)平臺(tái)在回轉(zhuǎn)支承裝置上做全回轉(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可在左、右方向上任意進(jìn)行。
布料桿安裝在回轉(zhuǎn)臺(tái)上，回轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)是通過(guò)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖4-1所示，是本設(shè)計(jì)泵車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。液壓馬達(dá)通過(guò)減速器帶動(dòng)回轉(zhuǎn)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)支承旋轉(zhuǎn)，連同安裝在其上的回轉(zhuǎn)臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)泵車臂架的泵送工作。
圖4-1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
1—回轉(zhuǎn)支承；2—緊固螺栓；3—螺母；4—回轉(zhuǎn)臺(tái)底板；5—回轉(zhuǎn)小齒輪；6—減速器；7—液壓馬達(dá)
4.1.1 全回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由三部分組成：
1. 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的原動(dòng)機(jī)，它是整機(jī)的傳動(dòng)分流裝置中的一個(gè)傳動(dòng)元件，在機(jī)械傳動(dòng)中是某根軸，在電力傳動(dòng)中是電動(dòng)機(jī)，在液壓傳動(dòng)中是液壓馬達(dá)。它的動(dòng)力是由混凝土泵車的總動(dòng)力源—內(nèi)燃機(jī)供給，并經(jīng)過(guò)機(jī)械傳動(dòng)、或電能、或液壓變換而來(lái)的。
2. 回旋機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動(dòng)裝置，一般起減速作用。
3. 回轉(zhuǎn)小齒輪，回旋機(jī)構(gòu)通過(guò)它和回轉(zhuǎn)支承裝置上的大齒圈嚙合，以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)平臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
在機(jī)械傳動(dòng)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置中需要有正、反回轉(zhuǎn)的換向裝置，傳動(dòng)裝置比較復(fù)雜。在電力和液壓傳動(dòng)中，馬達(dá)本身可以正、反轉(zhuǎn)動(dòng)，故不需機(jī)械的換向裝置，同時(shí)可通過(guò)電氣和液壓元件進(jìn)行調(diào)整。
在電力和液壓傳動(dòng)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，回轉(zhuǎn)馬達(dá)有高速與低速之分。高速馬達(dá)的工作轉(zhuǎn)速大部分在每分鐘1000轉(zhuǎn)以上，輸出扭矩較小，必須配以傳動(dòng)比為40~100甚至更大的減速裝置。低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速在0~100轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，因此，可以直接在馬達(dá)軸上裝上回轉(zhuǎn)小齒輪，若馬達(dá)輸出扭矩滿足不了回轉(zhuǎn)阻力矩的要求，則需適當(dāng)放大扭矩，加設(shè)一機(jī)械減速裝置。
4.1.2 回轉(zhuǎn)支承裝置的類型
回轉(zhuǎn)支承裝置是支承上部回轉(zhuǎn)部分的一種裝置，它起著軸承的作用。回轉(zhuǎn)支承裝置按結(jié)構(gòu)可分為:立柱式和轉(zhuǎn)盤式兩大類。
在混凝土泵車回轉(zhuǎn)支承的設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)近幾年的經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算可知，一般選取轉(zhuǎn)盤式回旋支承，它可承受較大的軸向載荷和傾翻力矩。轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支承一般也分為兩種：支承滾輪式和滾動(dòng)軸承式。
滾動(dòng)軸承式的支承裝置是當(dāng)前工程機(jī)械普遍采用的一種可回轉(zhuǎn)支承裝置。它的回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩小，承載能力大，高度低。回轉(zhuǎn)支承裝置高度低可以降低整車的重心，從而增加泵車的穩(wěn)定性能。滾動(dòng)軸承式支承裝置按滾動(dòng)體形狀和排列方式可分為：?jiǎn)闻艥L球式、雙排滾球式、交叉滾柱式等。
回轉(zhuǎn)支承除滾動(dòng)體外，還有內(nèi)外滾圈。滾圈可以是整體的，也可以是上、下兩半的。整體的滾圈上沒(méi)有大齒圈。內(nèi)嚙合的回轉(zhuǎn)支承裝置外觀美觀，尺寸緊湊，但齒圈加工稍有不便。內(nèi)外滾圈各有高強(qiáng)度螺栓分別固定在回轉(zhuǎn)臺(tái)或底盤車架上。
雙排滾球式回轉(zhuǎn)支承（如圖4-2）：這種回轉(zhuǎn)支承裝置有上、下兩排滾動(dòng)體，它具有較大的接觸壓力角，能承受很大的軸向載荷和傾翻力矩；上、下兩排滾球各自承受向下和向上的力，同時(shí)將上、下兩排滾球的接觸角做成大于45°，故可提高其承載能力。
圖4-2 雙排滾球式回轉(zhuǎn)支承
4.1.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的布置型式選擇
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的布置有兩種型式。第一種將回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)布置在回轉(zhuǎn)平臺(tái)上，并隨回轉(zhuǎn)平臺(tái)一起繞回轉(zhuǎn)支撐裝置的大齒圈回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)小齒圈即作自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于大齒圈的滾圈固定在底盤車架上，使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的維修比較方便，但回轉(zhuǎn)平臺(tái)顯得擁擠。第二種將回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)布置在回轉(zhuǎn)車架上，回轉(zhuǎn)小齒輪帶動(dòng)大齒輪回轉(zhuǎn)，而大齒圈的滾圈與回轉(zhuǎn)平臺(tái)連在一起。這種布置對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)維修不便，但回轉(zhuǎn)平臺(tái)上顯得比較利索。設(shè)計(jì)中選擇了第二種布置方式?；炷帘密囋谛旭倳r(shí)，應(yīng)將回轉(zhuǎn)平臺(tái)固定在一定的位置上，不能左右擺動(dòng)。因此，必須設(shè)有機(jī)械或液壓的插銷定位裝置。
4.2 回轉(zhuǎn)支承裝置的選擇
4.2.1 載荷的確定
回轉(zhuǎn)支承裝置承受回轉(zhuǎn)平臺(tái)上的全部載荷。作用在回轉(zhuǎn)支承裝置上的垂直力有：臂架自重Gb，配重G3，其它部分總量Gq,以及考慮到混凝土等重量Gf，同時(shí)作用在回轉(zhuǎn)部分上的力還有沿著吊臂方向上的水平風(fēng)力W1，水平方向上的力還有回轉(zhuǎn)時(shí)的離心力P1和垂直于吊臂平面內(nèi)的制動(dòng)切向慣性力P1‘,作用在回轉(zhuǎn)支承上的水平力還有回轉(zhuǎn)小齒輪的嚙合力Pr,它的大小由小齒輪上所傳遞的扭矩所決定的，它的方向由小齒輪離吊臂軸線水平方向投影的位置而定。若回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有兩個(gè)并成對(duì)布置，則此力相互抵消。
現(xiàn)將上述載荷綜合成垂直力Gp，彎矩M和水平力H三部分。
式(4.1)
式(4.2)
式(4.3)
必須指出的是，在確定回轉(zhuǎn)支承裝置載荷時(shí)，是要選取受力最不利的工況。即泵車工作時(shí)的傾翻力矩為最大時(shí)的工況。在混凝土泵車中上，離心力P1和風(fēng)力W引起的彎矩一般占重物引起彎矩的1/10左右。故可簡(jiǎn)化計(jì)算，可?。?
式(4.4)
且泵車所受的水平力H相對(duì)于整個(gè)載荷來(lái)說(shuō)較小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知遠(yuǎn)小于垂直力的1/10，為了設(shè)計(jì)安全考慮，現(xiàn)取為垂直力的1/10算。最大計(jì)算工況為混凝土泵車受最大傾翻力矩時(shí)的工況，即：
把以上數(shù)據(jù)代入上式得：
4713(N)
4.2.2 回轉(zhuǎn)支承裝置的受力分析
滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算，有不考慮軸向間隙及考慮軸向間隙兩種方法，它們分別取不同的許用應(yīng)力。初步計(jì)算時(shí)可采用不考慮軸向間隙的間隙算法，但需要取得恨精確的計(jì)算結(jié)果時(shí)，可用考慮軸向間隙的方法。在本設(shè)計(jì)中，先計(jì)算不考慮軸向間隙的算法。為了便于進(jìn)行回轉(zhuǎn)支承的受力分析，在分析前，要對(duì)支承裝置做些近似的假定：首先認(rèn)為整個(gè)回轉(zhuǎn)支承由于座圈和回轉(zhuǎn)臺(tái)、底架固接在一起，因而剛性很大，接近絕對(duì)剛體，沒(méi)有相對(duì)的局部變形；其次認(rèn)為彈性變形只發(fā)生在滾動(dòng)體和滾道的接觸處；同時(shí)還認(rèn)為所以滾動(dòng)體直徑是完全相同的。
4.2.2.1 初步確定滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)型式、尺寸和滾動(dòng)體數(shù)量
根據(jù)載荷的大小、加工、使用和維修條件，定出滾動(dòng)支承的結(jié)構(gòu)型式和尺寸，可按下式確定一排滾動(dòng)體的數(shù)目Z：
式中 D——滾動(dòng)體中心圓直徑（mm）；
d——滾動(dòng)體（滾珠）直徑（mm）；
K——用以考慮為放置隔離圈而在滾動(dòng)體間留空隙的系數(shù)，一般可取,在結(jié)構(gòu)允許的條件下應(yīng)取小值。
4.2.2.2 計(jì)算滾動(dòng)體上所受的最大載荷
滾動(dòng)體上載荷的分布如圖4-3 所示。
（1）垂直力Gp在滾動(dòng)體上的分配
垂直力Gp是平均分配到各個(gè)滾動(dòng)體上的，所以，作用在一個(gè)滾動(dòng)體上的垂直反力為：
（2）水平力H在滾動(dòng)體上的分配
由水平力H產(chǎn)生的最大載荷：
式中 i——承受水平力的滾動(dòng)體排數(shù)；
K——與滾動(dòng)體形狀與滾道有關(guān)的系數(shù)，滾珠軸承K=4.5。
（3） 力矩M在滾動(dòng)體上的分配
力矩M產(chǎn)生的滾動(dòng)體最大垂直反力為：
4 圖4-3滾動(dòng)體上載荷分布示意圖
（4） 在垂直力Gp、水平力H和力矩M的共同作用下，滾動(dòng)體上所受的最大載荷
因?yàn)闈L動(dòng)體與滾道的接觸點(diǎn)法線不與軸承軸線平行或垂直，在泵車的回轉(zhuǎn)支承裝置中，此成一角度（如圖4-4示），則一排滾動(dòng)體將同時(shí)承受徑向和軸向兩個(gè)方向的載荷。這時(shí)，滾動(dòng)體所受的最大法向力為：
圖4-4滾動(dòng)體與滾道接觸受力簡(jiǎn)圖
根據(jù)以上載荷計(jì)算和分析，初選JB2300-84系列071.25.980F雙排滾球式回轉(zhuǎn)支承(02系列)，其參數(shù)如下：
鋼球直徑 d=25mm
螺栓孔個(gè)數(shù) n=48
內(nèi)螺栓中心圓直徑 Du=910mm
滾道中心圓直徑 D0 =980mm
鋼球個(gè)數(shù) n1=204
鋼球之間的隔離寬度 b=2mm
接觸角 =450
螺栓直徑 d1=22mm
齒數(shù) Z=95
4.2.3 回轉(zhuǎn)支承裝置的強(qiáng)度計(jì)算
回轉(zhuǎn)支承裝置的強(qiáng)度計(jì)算是校核滾動(dòng)體上受到最大正壓力時(shí)的變形量。滾動(dòng)體和滾道的塑性變形量之和不得超過(guò)％的滾動(dòng)體直徑。在混凝土泵車回轉(zhuǎn)支承中，內(nèi)、外滾圈和滾動(dòng)體材料選用強(qiáng)度高、耐磨性好的鉻錳高碳鋼制造，常用牌號(hào)如GCr15、GCr15SiMn等（G表示滾動(dòng)軸承鋼），其表面淬火后硬度為HRC60～65，同時(shí)其淬硬厚度在2.5mm以上，其相應(yīng)的線接觸許用應(yīng)力為：
其點(diǎn)接觸的許用應(yīng)力為線接觸許用應(yīng)力的2～2.5倍左右，則：
因?yàn)榛剞D(zhuǎn)支承的滾動(dòng)體為滾球，則其點(diǎn)接觸應(yīng)力可由下式求得：
式 (4.5)
式中由文獻(xiàn)二表8-3查得：
為點(diǎn)接觸計(jì)算系數(shù)，可由文獻(xiàn)二表8-4查的：1.2
則滾動(dòng)體的點(diǎn)接觸應(yīng)力為：
計(jì)算額定靜載荷Co：座圈材料采用GCr15，滾道表面硬度HRC65，查表得球式回轉(zhuǎn)支承靜容量系數(shù),與滾道表面硬度HRC及滾動(dòng)體直徑d0有關(guān),應(yīng)力系數(shù)f0=7.3kg/mm2 ，回轉(zhuǎn)支承能夠承受的最大靜承載能力（額定靜載荷）為：
為與標(biāo)準(zhǔn)的回轉(zhuǎn)支承裝置（）的靜載荷相適應(yīng)，計(jì)算當(dāng)量載荷:
式(4.6)
式中 KM, KH:系數(shù)，其中KM=5, KH=2.5，帶入上式:
選擇系列化的標(biāo)準(zhǔn)回轉(zhuǎn)支承裝置，要使安全系數(shù)（表4-1）：
表4-1 不同工作類型的安全系數(shù)
工作類型
機(jī)器舉例
【Ts】
輕 工 作
中 工 作
較重工作
重 工 作
很重工作
堆取料機(jī)、工程起重機(jī)
塔式起重機(jī)、船用起重機(jī)
抓取起重機(jī)、混凝土泵車
單斗挖掘機(jī)、冶金用起重機(jī)
斗輪挖掘機(jī)、隧道拋進(jìn)機(jī)
1.0~1.2
1.1~1.3
1.3~1.5
1.4~1.6
1.6~2.0
而在混凝土泵車中，，f實(shí)際值大于最大安全系數(shù)，所以選取此型號(hào)回轉(zhuǎn)支承滿足要求。
4.2.4 回轉(zhuǎn)支承聯(lián)接螺栓選型及強(qiáng)度校核(參照袖珍機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)，毛謙德編)
泵車回轉(zhuǎn)支承裝置的內(nèi)、外滾圈各有一圈螺栓各自與回轉(zhuǎn)部分或車架支承部分相連?；剞D(zhuǎn)部分上的全部載荷通過(guò)螺栓傳至支承裝置滾圈，經(jīng)滾動(dòng)體傳到另一滾圈上，再經(jīng)過(guò)螺栓傳至車架。因此，連接螺栓的可靠性是回轉(zhuǎn)支承裝置正常工作的保證。
根據(jù)以上回轉(zhuǎn)支承的選型可初步選擇與之相配的螺栓及其配件。初選螺栓：
GB/T5782-1986 螺栓M222160：
性能等級(jí)：8.8級(jí)，表面氧化，A級(jí)的六角頭螺栓
1). 螺紋連接的擰緊力矩計(jì)算
回轉(zhuǎn)支承裝置的螺紋連接在裝配時(shí)必須預(yù)緊，目的在于增強(qiáng)連接的剛性、緊密性和防松能力。擰緊螺母時(shí)，擰緊力矩T要克服螺紋副的摩擦力矩T1和螺母與被連接件(墊圈)支撐面的端面摩擦力矩T2。即：
式(4.7)
式中 d——螺紋公稱直徑（mm）；
——預(yù)緊力（N）；
K——擰緊力矩系數(shù)，查表7-2，取k=0.2
預(yù)緊力的計(jì)算：螺紋連接擰緊后的預(yù)緊力一般不得超過(guò)材料屈服點(diǎn)的80﹪，一般可?。?
式(4.8)
查表7-9可知，=640Mpa；
A——螺栓危險(xiǎn)剖面處的面積，。
則：
帶入上式擰緊力矩T：
2). 螺栓組受力分析
轉(zhuǎn)矩M作用在接合面內(nèi)，在T的作用下，被連接件不得有相對(duì)滑動(dòng)。
式(4.9)
式中 ——可靠性系數(shù)，取=1.1；
f——接合面摩擦系數(shù)，取f=0.2。
帶入數(shù)據(jù)可知：
=1.1718656/0.2960.49=84026.5N
螺栓連接的強(qiáng)度校核是要校核螺栓危險(xiǎn)截面的直徑d，螺栓其他部分的結(jié)構(gòu)尺寸校核都是根據(jù)等強(qiáng)度條件制定的，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)螺栓的直徑d查相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)即可。
校核最大應(yīng)力：
校核最大應(yīng)力副：
經(jīng)過(guò)校核，所選螺栓基本滿足強(qiáng)度要求，即在設(shè)計(jì)中可以選用。
根據(jù)以上分析計(jì)算，可選標(biāo)準(zhǔn)螺母及墊圈與螺栓相配合:
螺母：GB/T6170-1986 M221.5：
性能等級(jí)：10級(jí)，不經(jīng)表面處理，A級(jí)的1型六角螺母。
墊圈：GB/T93-1987 規(guī)格：22mm，材料為65mn，表面氧化。
4.3 回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的傳動(dòng)分析
目前在混凝土泵車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，液壓馬達(dá)與立式圓柱齒輪減速器傳動(dòng)是比較常用的一種。這種傳動(dòng)形式的優(yōu)點(diǎn)是平面尺寸緊湊，傳動(dòng)效率高，是混凝土泵車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置中較為理想的傳動(dòng)方案。
4.3.1 回轉(zhuǎn)阻力矩計(jì)算
混凝土泵車回轉(zhuǎn)時(shí)要克服的總回轉(zhuǎn)阻力矩為:
式(4.10)
式中 ——回轉(zhuǎn)支承裝置中的摩擦阻力矩；
——由道路坡度引起的旋轉(zhuǎn)阻力矩；
——風(fēng)阻力矩；
——由慣性力造成的回轉(zhuǎn)阻力矩。
4.3.1.1 摩擦阻力矩的計(jì)算
式(4.11)
式中 ——換算摩擦系數(shù)，可取=0.01；
——滾動(dòng)體法向反力之絕對(duì)值總和。
值的計(jì)算：
因?yàn)楫?dāng)回轉(zhuǎn)支承受到力矩M的作用，下排有一部分滾動(dòng)體的法向反力向下，其值按下式計(jì)算：
式(4.12)
式中 ;
帶入數(shù)據(jù)可得：
把此數(shù)據(jù)帶入上式可得摩擦阻力矩：
4.3.1.2 旋轉(zhuǎn)阻力矩的計(jì)算
混凝土泵車在陸地上工作時(shí)由于道路坡度引起的旋轉(zhuǎn)阻力矩:
式中 k——臂架、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等旋轉(zhuǎn)部分個(gè)構(gòu)件的重量(kg)；
——相應(yīng)于上述重量的重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離(m)；
——混凝土泵車的傾斜角（由地形坡度、土壤沉陷等引起）；
——臂架旋轉(zhuǎn)的角度。
4.3.1.3 風(fēng)力造成的旋轉(zhuǎn)阻力矩的計(jì)算
臂架工作時(shí)，有時(shí)會(huì)受到側(cè)向風(fēng)作用產(chǎn)生風(fēng)載荷Fw，可用下式計(jì)算：
式中 q——風(fēng)壓，Pa；根據(jù)文獻(xiàn)1表4-2可選，q=100Pa；
c——體形系數(shù)，據(jù)文獻(xiàn)1表4-2可選，c=1.2；
A——臂架在垂直風(fēng)向平面上的投影面積，，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可取迎風(fēng)面積的值為10。
帶入數(shù)據(jù)可得：
臂架與方向垂直時(shí)，由風(fēng)力產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)阻力矩達(dá)到最大值:
式中 l——混凝土泵車臂架回轉(zhuǎn)部分迎風(fēng)面積形心到旋轉(zhuǎn)軸線的距離（m）。
4.3.1.4 慣性引起的回轉(zhuǎn)慣性力矩的計(jì)算
慣性引起的回轉(zhuǎn)阻力矩有兩部分組成：臂架中混凝土的回轉(zhuǎn)慣性、臂架及其他布料臂等部分的慣性所引起的慣性阻力矩。
臂架中混凝土慣性所引起的回轉(zhuǎn)阻力矩:
式中 w——平臺(tái)回轉(zhuǎn)角速度，每分鐘轉(zhuǎn)速為n時(shí)，則
t——啟動(dòng)