48m混凝土臂架泵车总体设计

车制造技术，至今已有２ ０ 多年，时间不算短，但目前 １ ． ２ ． １ 底盘系统设计与选型：
大部分企业仍处于组装、仿制阶段，只有少数几家大的
目前国内生产企业多选用Ｖ Ｏ Ｌ Ｖ Ｏ 、五十铃、奔驰
专业企业已经具备自主设计能力和制造能力。比如说 等进口底盘，其价格高，供货周期长；山东鸿达建工集
三一重工、中联重科、鸿达集团、徐工集团、湖北建机 团自主设计研制的长臂架４ ８ ｍ 泵车采用国产豪泺底盘，
输送布管方式归纳起来不外乎两种：一种布管中 的，其次是考虑臂架系统在回转启动加速制动过程中
有相对转动的弯管均不横穿臂节相联接处的铰接销孔，产的最大旋转力矩、匀速转动额定旋转力矩以及回转
另一种布管则是部分具有相对转动的弯管横穿臂节间 轴承外圈齿轮的强度。
的铰接销孔。笔者在设计布管时采用三维建模，对两种
ｂ ． 旋转力矩计算主要考虑到作业时负载起动力矩，
两种平面四杆机构组合而成棗曲柄滑块机构和双摇杆 启动后的加速力矩以及制动力矩。根据轴承滚动体（钢
外 型 尺 寸（ 长 × 宽 × 高 ） ｍ ｍ
满载总质量
ｋｇ
参 数 ＨＤＴ５４００ＴＨＢ－４８／５
１２５ ５８６ ８．５ ６２０ １３８０ Ｓ 管阀 ４３．７ ４７．７ １０２００ ９９８０ ９６００ １２５
４ ３６５°
５ ９２°／１８０°／１８０°／１８０°／２６０°
２００ ８５ ２５° １２° 豪泺四桥 ２７３（２２００ ｒ／ｍｉｎ） １４６０（１４００～１６００ ｒ／ｍｉｎ） １２８６０ ×２４９０ ×３９８０ ４００００
是设计者和用户共同追求的目标。为此，我们在设计中 采用大缸径长行程混输送缸（φ２ ３ ０ × ２ ０ ０ ０ ），并将泵 送系统与底盘安装角度减小了１ °，大大地改善了吸料 性能；在 Ｓ 阀换向回路中加入高压储能器和可调节流 阀，使换向时间缩短而冲击减小；混凝土泵送主油路采 用闭式回路，主油泵换向，在双联主油泵辅助回路中采 用了低压储能器为斜盘换向过零位时提供缓冲油， 有 效地降低主推送回路的换向冲击；混凝土活塞润滑方 面一些厂家采用自动润滑，在实际工作中，因为泵送排 量是任意可调的，主油缸活塞的缓冲行程随排量变化 而变动，自动润滑很难准确地将润滑脂注入混凝土活 塞的润滑油槽中，既无法有效为混凝土活塞提供良好 的润滑，又大量浪费润滑油，增加了用户的成本，而且 大量润滑脂注入到混凝土中，对混凝土的质量产生负 面影响，因此，我们通过反复考虑，决定采用手动润滑， 工作时每隔１ 小时手动为混凝土活塞注油润滑一次，这 样基本克服了自动润滑的种种弊端。 １ ． ２ ． ３ 臂架系统设计
Ｄ ：电动滚筒直径，Ｄ ＝ ０ ． ６ ３ ｍ ；
又： 其中：
Ｍ ｎ ：电动滚筒额定转矩，Ｎ ． ｍ ； Ｐ ：电动滚筒选定功率，Ｐ ＝ ３ ７ ｋ Ｗ ；
查 Ｙ 系列３ ７ ｋ Ｗ 电机转矩过载倍数，λＴ＝ ２ ． ３ ［３］。 而λ＝ Ｍ ／ Ｍ ｎ ＝ ７ ２ ４ ５ ／ ５ ８ ２ ７ ． ５ ＝ １ ． ２ ４ ＜ λＴ＝ ２ ． ３ 。 故电动滚筒过载能力足够，因此选用３ ７ ｋ Ｗ 电动 滚筒是可行的。
参考资料 １． 刘建勋主编． 电动滚筒设计与选用手册． 化学工 业出版社， ２ ０ ０ ２ ２．范祖尧主编． 现代机械设备设计手册， 第 ３ 卷， 非标准机械设备设计． 机械工业出版社， １ ９ ９ ６ ３ ． 成大先主编． 机械设计手册， 第五卷， 第四版， 化学工业出版社， ２ ０ ０ ２
在发动机的取力器上；二是在底盘后驱传动轴中间增 刚度、稳定性。
加一个取力器棗即通常我们所说的分动箱，这样通过
（２ ）共振频率计算。
分动箱内的拨差来切换行驶和泵送两种不同状态。 我
值得设计者关注的一个重要课题是臂架系统的固
公司采用的是第二种取力形式。我们充分考虑分动箱 有频率计算。当泵车主要技术指标确定以后，泵送系统
用户的要求，我们才大胆采用国产底盘作为４ ８ ｍ 长臂 相对泵送系统、回转系统、臂架系统自重的影响来说可
架泵车的首选改装底盘。
以忽略不计。因此，我们在进行臂架系统设计时，主要
在取力器的选用上，主要有二种形式，一是底盘发 针对泵送系统、回转系统动载荷和臂架系统自重可能
动机自带全功率取力器，液压系统的主油泵直接联接 对臂架结构产生的不利影响，来校核臂架系统的强度、
是一个不错的选择。 （３） 臂架形式设计。
变幅油缸 （ 曲柄滑块） 臂架（机架） 连杆
臂架形式设计包括结构形式、折叠方式、输送布管
等诸多方面的设计。
臂架的结构形式基本都采用箱形结构，从垂直于 臂架长度方向的截面来看，大致有下图几种，根据笔者 的计算分析和经验，认为下图１ 的截面形式较好，整个 臂架应力流畅，无明显力流阻滞和应力集中，而且重量
产品·技术
Product & Technology
４８ｍ 混凝土臂架泵车总体设计
Overall Designing for Truck-mounted Concrete Pump with 48m Boom Bracket
■ 山东鸿达建工集团有限公司 尹人奇／ Ｙ Ｉ Ｎ Ｒ ｅ ｎ ｑ ｉ
２ 结 论
经 多 方 反 馈 回 来 的 信 息 证 明 ，根 据 以 上 设 计 思 路 和计算方法所选用的３ ７ ｋ Ｗ 的斜皮带机电动滚筒经多个 用户多年使用，一直运行良好，紧急制动、带载起动等 各种工况下均能满足使用要求，完全符合混凝土搅拌 站的生产需求，由此可见，对间断运行皮带机电动滚 筒，用等效功率的方法计算和选择其功率是完全合理 的，在实际运用中是可行的。
别置于后支腿空腔的等等。如此种种结构形式，都必须
遵守一个原则：支腿油水箱设计除了满足自身的强度
刚度要求外，还必须满足泵车在作业状态下的稳定性
条件：即当泵车的１ ． ２ 倍自重载荷、１ ． ３ 倍工作载荷、
附加载荷和１ ． １ 倍的惯性力共同作用于最不利的倾覆
臂架的折叠方式大致分为Ｒ 形、Ｚ 形、Ｒ Ｚ 组合形， 线（支腿完全伸展开后四个支撑点的连线）时，其力矩
（１ ）臂架系统受力分析。 泵车臂架所承受的交变载荷为脉动循环载荷，其
主要来源于泵送系统，分二两个方面，一是主油缸推送 混凝土时通过输送管而传递给臂架的，它的方向根据 输送配管的走向而改变，使臂架受力变得比较复杂难
以计算；其二是来自Ｓ 阀换向摆动油缸的横向冲击；另
盘的可靠性、油耗、排放、动力性能、行驶性能不亚于 外，回转系统频繁的起动和制动过程对臂架产生的惯
（收稿日期：２ ０ ０ ５ － １ １ － １ ８ ）
2 00 6.01 建 设 机 械 技 术 与 管 理 87
产品·技术
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■表 １ 主要技术性能参数
冲击少噪音低、混凝土活塞寿命长润滑脂用量少等等
名 称
单 位
型号
理论输送量
ｍ３／ ｈ
泵送能力指数
ＭＰａ·ｍ３／ ｈ
混凝土臂架泵车是一种先进的混凝土输送设备，
本文以山东鸿达建工集团有限公司自主研制的４ ８ ｍ
以其快速高效灵活方便等显著的特点，近年来已被广 的 ５ 节臂架泵车为例，摘取其主要参数供读者参考。
泛用于工业设施、民用建筑、国防工程等混凝土浇注工
主要技术性能参数见表１ 。
作。我国从上世纪８ ０ 年代初期开始引进混凝土臂架泵 １ ． ２ 泵车各大系统设计与选型
（１ ）回转轴承的选型计算。
时，通常将第三节臂设计成“Ｚ ”形弯臂，这时除考虑
回转轴承大多采用进口品牌， 有法国的劳力士、德
布管方便外，更应注意最大限度减少弯臂偏离一二臂 国的罗特艾德、意大利的拉里奥斯萨等。回转轴承选型
节中性平面的距离，以减少偏心自重产生的扭矩。 主要是根据臂架系统对其产生的倾翻力矩大小来决定
进口底盘，甚至部分性能指标超过了进口底盘，而其价 性力，也是臂架一个主要的动载荷来源；还有，臂架系
格不到同类型进口底盘的二分之一，其维护网络遍布 统自重（包括作业期间输送管内的混凝土重量）应力，
全国，配件供应十分方便，用户使用过程中没有后顾之 也是一个十分重要的力源，至于底盘发动机及传动轴
忧。正因为有了国产底盘３ ７ ｍ 泵车成功的开发，加上 高速旋转所产生的振动也会对臂架抖动产生微弱影响，
曲柄滑块机构 ＋双摇杆机构 ＝ 臂架变幅机构 ■图 ２
１ ． ２ ． ４ 支腿油箱设计
较轻，至于抗扭屈和截面的稳定性可以通过焊接横穿
支腿油箱的结构形式可谓五花八门，风格各异。有
臂架两侧板的输送管支撑件来解决。
Ｘ 形伸缩支腿泵送油箱和水箱外挂形式的；有前后全展 开形支腿整体油水箱结构的；还有弧形支腿油水箱分
ａ ． 倾翻力矩大小等于臂架系统的自重乘以其重心
方式进了计算比较，结果表明，前一种布管虽然支撑件 到回转轴承中心的距离，用数学式子表示为：
的设计比较麻烦，但可以有效减小第三节弯臂对一二
Ｍ 倾翻 ＝ ｋ × Ｍ ｇ × Ｌ
臂中性面的偏心扭矩，改善臂架整体受力状况；后者虽 式中：ｋ ——动载系数可取１ ． ３
然布管方便许多，但臂架整体受力状况欠佳。
Ｍ ——臂架系统的质量包括工作载荷质量（ ｋ ｇ ）
（４ ）臂架变幅机构设计。
ｇ ——重力加速度（ ９ ． ８ ｍ ／ ｓ ２）
臂架展开收拢及其混凝土浇注时定位均是由变幅
Ｌ ——臂架系统重心到回转轴承中心的距离（ ｍ ）
油缸推（拉）动变幅机构的运动来实现的。变幅机构由
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算，泵车臂架系统的固有频率一般在４ ０ Ｈ ｚ 左右。臂架 机构 （ 如图２ 所示） ， 设计中应注意的主要是连杆运动
系统是一个比较复杂的装配体，运用经典的力学知识 干涉、油缸的受力和稳定性问题。
手工计算，要想得到精确的固有频率，不是一容易的事
１５００ｒ／ｍｉｎ 和分动箱的传动比１．５２，合理并充分发挥发 幅度和对臂架结构带来的破坏，提高臂架系统的使用
动机和油泵的有用功率，来提高泵车的整车使用效率。 寿命，那么就需要尽量拉开最大换向次数与臂架系统
１ ． ２ ． ２ 泵送系统设计
固有频率数值之间的差距，这样可以有效减小臂架系
换向次数少排量大、吸料性能好积料少、推送换向 统对泵送换向冲击共振的敏感性。据有关专家分析计
等。２ ０ ０ ４ 年我国混凝土臂架泵车年产销量已达到１ ２ ０ ０ 整机经过国家建筑城建机械质量监督百度文库验中心的各项
台左右。
指标的严格测定，完全符合设计要求及混凝土泵车国
１ 总体设计
家标准，价廉物美。 底盘选型：３ ７ ｍ 泵车我们曾选用过国产底盘，经过
１ ． １ 技术参数
用户近一年的使用及我们的跟踪调查情况表明， 该底
这一关键元件的可靠性，选用了德国原装进口的分动 最大理论排量、最大理论泵送压力、最大换向次数等参
箱。在分动箱的传动比的选择上我们结合底盘发动力 数（一般调定为２ ４ ～２ ６ 次）也就确定下来，其中直接
特征曲线（功率棗扭矩曲线）和力士乐主油泵的额定转 与固有频率相关的泵送参数就是换向次数，为了尽量
速的要求，确定选取发动机对分动箱最佳的输入转速 减小作业过程中泵送系统冲击给臂架系统带来的抖动
件；随着电脑硬件技术的进步、大型有限元分析软件和
三维建模软件的应用，目前通过计算机进行处理求解
倒不再是一件难事，但大型分析软件售价也不便宜，动
辄几十万元，对硬件要求也很高，而且还要求分析计算
人员有比较专业的理论知识和丰富的实践经验， 这样
一来，对一般的企业来说也还有一定的难度。笔者认为
企业与大专院校和科研单位合作，花费少结果准确，倒
最大混泵送凝土压力 ＭＰａ
料斗容积
Ｌ
上料高度
ｍｍ
分配阀形式
最大布料半径
ｍ
最大布料高度
ｍ
前支腿横跨距
ｍｍ
后支腿横跨距
ｍｍ
支腿纵跨距
ｍｍ
输送管管径
ｍｍ
尾胶管长度
ｍ
布料杆旋转范围
°
臂架节数
节
各节臂架旋转角度
°
遥控距离
ｍ
最高车速
ｋｍ／ｈ
接近角
°
离去角
°
底盘
发动机最大输出功率 ｋ Ｗ
发动机最大输出扭矩 Ｎ．ｍ
《建设机械技术与管理》杂志２ ０ ０ ３ 年第３ 期上已有文章 之和大于零，否则，泵车在作业时有可能倾翻，造成重
作了详细介绍，在此不再赘述。但有一点值得设计者注 大安全事故。
意，为了尽量降低整车的重心高度，提高行驶状态的稳 １ ． ２ ． ５ 回转机构设计
定性，必须降低臂架折叠收拢后的高度，即在设计臂架