水泥混凝土泵车振动性能与结构优化设计研究.doc

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1、11水泥混凝土泵车振动性能与结构优化设计研究1.1本文的工程背景水泥混凝土输送泵车是一种用于输送和浇筑混凝土的专用机械，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，尤其是在高层建筑、地下建筑和大混凝土建筑物的施工过程中，以其高质量、高效率、低消耗、低成本、施工周期短、劳动强度低等优点，逐步成为建筑施工中不可缺少的关键设备l’一3】。德国是世界上混凝土泵车最大生产国之一，它拥有一批规模大、技术水平高的混凝土泵车制造企业，它们是施维英(Sehwing)、普茨迈斯特(putzrneister)、埃尔巴(E

2、lba)、特卡(介ke)、菜西(Reich)、LsB、威欣(waitzi雌er)、利勃海尔(Lrebherr)、威格特(Winggent)等。美国是继德国之后发展混凝土泵车最早的国家之一，亦拥有不少混凝土泵车制造企业。如罗斯(Rose)、伊利(Erie)、霍内(Hormet)、瑞德(Reed)、福来纳(Freightliner)、摩根(Morgen)、汤姆逊(Thomsem)等。日本是亚洲混凝土泵车发展最早、最快的国家，其混凝土泵车制造企业有日本石川岛重工、三菱公司、新泻铁工、首场(Kayaba)、光泽(Koy

3、o)、日工困i昧。)、田中(Th砍a)等14一6]。我国自50年代就从国外引进混凝土泵，但直到80年代中期，在国家建设部的推动下，沈阳工程机械厂、湖北省建筑机械厂先后引进国际著名混凝土泵生产公司的技术，我国才开始进入生产混凝土泵车时代。国内生产混凝土泵的厂家有:长沙中联重科、三一重工、湖北建设机械股份有限公司、山东方圆集团、徐州混凝土机械厂、山东建设机械股份有限公司、深圳重科和沈阳盛港机械有限公司14一6]。目前，我国混凝土泵车生产技术主要是引进国外技术，所生产的混凝土泵车布料杆垂直高度有17m、Zlm、27m

4、、32m、36m、37m、42m等;臂架节数有三节和四节两种;混凝土输送泵som3爪、ssm3爪、2om3爪、115m3爪、一Zom3小等;混凝土输出压力4.6~8.2MPa。主要选用日本五十铃、国产北方奔驰、斯太尔等汽车底盘，底盘驱动形式有4xZ和6x4两种型号。泵车的臂架、底架、支腿、转台等主要钢结构件均采用6Okg级高强钢板。液压系统有开式和闭式两种，其中对主油缸(混凝土活塞的驱动油缸)与阀油缸(混凝土分配阀驱动油缸)的控制，采用了顺序回路和卸荷回路。液压系统中使用的各种阀的安装形式有分立式、集成式和插装

5、式等多种。主油缸活塞的密封有多种形式，主要采用“U”型密封、矩形密封、活塞环密封151[6l。10多年来，我国在引进、消化、吸收国外混凝土泵车技术后.混凝土泵车制造技术取得了长足的进步，但与发达国家企业相比，产品系列化程度不高、研究开发新产品速度缓慢，仍有相当大的差距。主要原因是国内生产企业只重视引进技术及产品的产量，忽视对产品技术水平提高和发展。国产泵车生产设计中照抄照搬国外参数，关键部位加厚加粗，造成设计参数不合理，液压系统不匹配的现状。在使用过程中，存在着两个主要问题:第一，泵送工作中臂架机构振动和摆动过

6、大，使得输送管末端的软管在浇筑时无法定位，影响施工质量。第二，泵车使用较短的时间，关键部位就会出现疲劳裂纹，直接影响了泵车的使用寿命，威胁生产安全。本文以某企业生产的37m水泥硅泵车为研究对象，进行了系统振动特性研究和结构强度研究，找出振动过大及早期裂纹出现的原因，并进行了结构动态优化设计，使其在质量几乎不变的情况下，性能大为改善，在满足强度要求的情况下，得到结构优化设计方案。图1一1为泵车简图。它由底盘车、料斗、输送泵、支腿、转塔座、转塔台、转塔、料管、臂架、支撑油缸、端部软管以及臂架之间的连接件组成。该机配

7、备四节伸缩自如的全液压臂架，臂架采用进口优质高强度钢板加工而成，可360“任意旋转施工。泵送图1一1混凝土翰送泵车简图l一混凝土泵;2一布料杆回转支承装呈;3一布料杆嘴架;4、5、6雀制布料杆摆动的油缸;、8、9、10墉送管;1卜株胶软管系统具有高压和低压两种泵送方式，并可根据施工需要进行自动切换。泵车工作前，先把支腿呈X形支撑起来，底盘车离地，以减小泵车工作时对汽车的振动作用。在输送泵的作用下，混凝土经输送料管7、8、9、10和软管11送到指定的地方。臂架四末端的软管在工作时应尽可能接近浇筑部位，以防止混凝土

8、离析。工作完毕后，支腿收回，并由油缸固定在不影响运输的位置。1.2问题分析本论文的主要任务是针对泵车振动问题及早期疲劳裂纹问题进行分析、计算、仿真试验，找出主要原因，在原有机型基础上进行结构动力修改及优化设计，解决工程实际问题并使此型号泵车结构性能达到最优。通过深入系统的研究，建立一套泵车结构动态性能研究及优化设计的方法。对于振动问题，可能由于两方面的原因造成，一方面是液压冲击，另一方