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摘要
本文簡要介紹了混凝土輸送泵車的結(jié)構(gòu)和特點，總體設(shè)計了混凝土輸送泵車的臂架系統(tǒng)并對相關(guān)參數(shù)進行了計算校核，同時對混凝土輸送泵車的設(shè)計要點進行了簡要說明。本文重點介紹了混凝土輸送泵車臂架系統(tǒng)伸縮部分，變幅結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)的設(shè)計。
本次設(shè)計主要內(nèi)容和要求：分析目前混凝土輸送泵車的發(fā)展狀況并設(shè)計出具有一定重量的混凝土輸送泵車完整的臂架系統(tǒng)，繪制出臂架系統(tǒng)裝配圖和每節(jié)臂的結(jié)構(gòu)圖。設(shè)計出臂架系統(tǒng)液壓系統(tǒng)，繪制臂架系統(tǒng)液壓系統(tǒng)原理圖。通過分析和計算，確定每節(jié)臂的截面尺寸及截面形狀，設(shè)計每節(jié)臂的具體結(jié)構(gòu)和臂之間的連接方式，設(shè)計整個臂架系統(tǒng)伸縮方式。并且設(shè)計混凝土輸送泵車的臂架系統(tǒng)實現(xiàn)起重臂伸縮，變幅所需的上車液壓系統(tǒng)，計算選擇合適的泵，油缸及閥等液壓元件。其中，以伸縮臂的設(shè)計最為重要。
關(guān)鍵詞 混凝土輸送泵車；伸縮臂；液壓元件；選型
Abstract
This article is briefly introduced with the vehicle the hoist crane structure and the characteristic, the system design SQ40ZK3Q with the vehicle hoist crane performance index as well as the principle computation which has expanded and contracted about various arms. And it has carried on the briefing with the vehicle to the hoist crane design main point. This article is introduced with emphasis the hoist crane expands and contracts the partial designs with the vehicle, the amplitude structure design and boards the hydraulic system design.
This design main content and request: Designs has the certain weight the hoist crane integrity to board with the vehicle the structure, draws up boards the assembly drawing and each arm structure drawing. Designs boards the hydraulic system,and the plan boards the hydraulic system schematic diagram. Through the analysis and the computation, I determined each arm the section size and the section shape, design each arm between the concrete structure and the arm connection way, the design entire erector beam book expansion and contraction way. And designs the hoist crane to board the realization erector beam to expand and contract with the vehicle, the amplitude must boards the hydraulic system, computation choice appropriate pumping, hydraulic pressure part and so on cylinder and valve.Among them, thought especially the arm design is most important, regarding this I with emphasis considered.
Keywords Truck-crane Expands and contracts the arm Hydraulic pressure part Shaping
1 緒論
1.1 概論
混凝土輸送泵車是在汽車底盤上設(shè)計安裝的一套混凝土輸送液壓驅(qū)動設(shè)備?；炷帘密嚨膭恿νㄟ^動力分動箱將發(fā)動機的動力傳送給液壓泵組或者后橋，液壓泵推動活塞帶動混凝土泵工作。然后利用泵車上的布料桿和輸送管，將混凝土輸送到一定的高度和距離?；炷帘密嚨陌l(fā)動機除了驅(qū)動泵車行駛外，也用來驅(qū)動泵送機構(gòu)、攪拌機構(gòu)及布料機構(gòu)等工作裝置。混凝土泵車各工作裝置的動力來源于汽車發(fā)動機。在混凝土泵車工作時，汽車發(fā)動機的動力通過變速箱傳給分動箱，再經(jīng)過分動箱切換后傳遞給各液壓泵或底盤后橋。液壓驅(qū)動設(shè)備采用液壓驅(qū)動柱塞式混凝土輸送泵輸送混凝土。這種混凝土輸送設(shè)備被廣泛地應(yīng)用在基本建設(shè)工地上輸送混凝土，特別是用于大型施工工地的混凝土輸送作業(yè)，可大大的減輕施工工地混凝土輸送的繁重體力勞動，提高施工進度和工作效率。這種輸送設(shè)備可縱向、橫向、垂直三坐標遠距離輸送混凝土；可自行控制輸送距離，操作方便，具有自動載保護能力，安全可靠性能高等特點?！ ?
1.2國內(nèi)外混凝土輸送泵車的發(fā)展態(tài)勢
自從水泥發(fā)明后，混凝土的輸送與澆注就一直是人們研究的對象，傳統(tǒng)的建筑施工方式是采用吊斗，效率低，不能滿足現(xiàn)代工業(yè)化的發(fā)展要求，二十世紀初期歐洲就一直在研究混凝土輸送泵，但效果不佳，未能得到推廣應(yīng)用，直到二十世紀五十年代德國施維英公司（CHWING）才生產(chǎn)了世界上第一臺液壓驅(qū)動的拖式混凝土輸送泵，使拖式混凝土輸送泵得到了迅猛發(fā)展，結(jié)構(gòu)不斷完善，泵送能力也不斷增強，到目前為止，混凝土泵送高度最已達532m，泵送最長水平距離達2015m，最大理論泵送量達200m3/h，極大地提高了生產(chǎn)效率，尤其是在高層建筑施工中，已成為必備的設(shè)備，但是，在使用過程中，人們逐漸發(fā)現(xiàn)了拖泵的一些局限性：
（1） 拖泵使用時必須在建筑物上鋪設(shè)管道，準備工作量大；
（2） 隨著澆灌位置變化，必須人工將管道出口不斷移動，很不方便；
（3） 拖泵總在固定的地點工作直到工程完成，這種工作方式使設(shè)備利用率很低。
（4） 針對拖泵的這些不足，在二十世紀七十年代，研制出了集行駛、泵送、布料功能于一體的混凝土泵車。
混凝土泵車是將用于泵送混凝土的泵送機構(gòu)和用于布料的臂架集成在汽車底盤上的專用車輛。工作時，利用汽車底盤柴油發(fā)動機的動力，通過分動箱將動力傳給液壓泵，然后帶動混凝土泵送機構(gòu)和臂架系統(tǒng)，泵送系統(tǒng)將料斗內(nèi)的混凝土加壓送入管道內(nèi)，管道附在臂架上，臂架可移動，從而將泵送機構(gòu)泵出的混凝土直接送到澆灌點。
與拖泵相比，泵車有以下優(yōu)越性：
（一）臂架上附著管道，無須另配管道，開到工作地點后，很快就能打開臂架進行工作，通常在半小時內(nèi)就能準備就緒，準備時間短。
（二）配備液壓卷折式臂架，在工作范圍內(nèi)能靈活的轉(zhuǎn)動，布料方便快捷，而且泵送速度快，一般在90m3/h -150m3/h，工作效率高。
（三）自動化程度高，整臺泵車從泵送到布料均能由一人操作，一般配備無線遙控系統(tǒng)，操作方便。
（四）機動性能好，在一個工程作業(yè)完成后能迅速轉(zhuǎn)移到另一個工程繼續(xù)作業(yè)，能同時負責(zé)幾個工程的混凝土泵送，設(shè)備利用率高。
盡管泵車有許多優(yōu)點，但也有自己的局限性，如泵送高度受到臂架的限制，施工所需的埸地比較大，對混凝土的要求也比拖泵高。
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，為了加強城市建設(shè)管理，保障工程建設(shè)質(zhì)量，加快工程建設(shè)速度，改善城市環(huán)境，減少工程施工對城市生活環(huán)境的污染，一些大中城市已禁止在施工現(xiàn)場攪拌混凝土，促使預(yù)拌混凝土成為政府部門政策引導(dǎo)的方向。
2001年3月，國家建設(shè)部頒布《公路工程施工總承包企業(yè)資質(zhì)等級標準》,其中規(guī)定一級企業(yè)必須有4臺以上泵車，二級企業(yè)必須有2臺以上泵車，這一政策有力地促進了混凝土泵車的發(fā)展。另外，根據(jù)國家經(jīng)貿(mào)委發(fā)布的《散裝水泥發(fā)展“十五”規(guī)劃》,2003年12月31日起，直轄市、省會城市、沿海開放城市和旅游城市要積極發(fā)展預(yù)拌混凝土，禁止在城區(qū)現(xiàn)場攪拌混凝土；其它城市2005年12月31日起，禁止在城區(qū)現(xiàn)場攪拌混凝土，產(chǎn)業(yè)政策的推動使得混凝土泵車在我國進入了迅猛發(fā)展時期；2010年起，我國大力發(fā)展房地產(chǎn)以及高鐵等項目更加促進了混凝土輸送泵車的生產(chǎn)和發(fā)展。
我國泵車最早使用開始于1979年，當(dāng)時從日本引進泵車在上海寶鋼進行施工，1982年湖北建設(shè)機械廠從日本“石川島”引進臂架生產(chǎn)技術(shù)開始生產(chǎn)泵車成為國內(nèi)第一家混凝土泵車生產(chǎn)廠。隨著建筑業(yè)的發(fā)展，泵車生產(chǎn)廠家逐漸增多，但臂架部分開始大都是進口，如中聯(lián)重科、遼寧海諾從意大利引進臂架，安徽星馬從日本極東引進臂架，徐工機械從普茨邁斯特引進臂架等等，現(xiàn)在逐步改為自制為主和進口為輔生產(chǎn)配套模式。1999年三一重工開始自行研制37米長臂架混凝土泵車，成為國內(nèi)最早自行研制長臂架混凝土泵車的企業(yè)。目前我國混凝土泵車生產(chǎn)制造企業(yè)有十余家，生產(chǎn)能力主要集中在三一重工、中聯(lián)重科、安徽星馬、徐工機械、遼寧海諾、上海普茨邁斯特等幾個企業(yè)，其中三一重工約占國內(nèi)市場的50％以上。
歐洲是最早發(fā)明混凝土輸送泵的地區(qū)，德國主要生產(chǎn)廠家有：普茨邁斯特（PUTZMEISTER）公司、施維英（SCHWING）公司、萊西（REICH）公司等。意大利近幾年在混凝土泵車方面發(fā)展迅速，主要有西法（CIFA）公司、莫克波（MECOB）公司、賽馬（SERMAC）公司等。在亞洲，日本從上世紀七十年代開始大力發(fā)展混凝土泵車，主要生產(chǎn)廠家有：石川島播磨、三菱重工、極東開發(fā)等，在韓國則有全進、韓宇和現(xiàn)代、三星等企業(yè)，近幾年在混凝土泵車方面整體水平要低于歐洲，目前只有日本極東開發(fā)和韓國全進、韓宇等少數(shù)幾家在國際市場上有一定的影響力。
隨著技術(shù)的更新進步，泵車的發(fā)展表現(xiàn)在以下幾個方面：
一、臂架系統(tǒng)方面
泵車的作業(yè)范圍受臂架長度的制約，臂架長度越長其作業(yè)范圍越大，適用范圍也越廣，但臂架越長，車輛行駛尺寸也越長，泵車在行駛及施工時往往受到限制。但總的來說，隨著科技的發(fā)展，混凝土泵車朝臂架更長的方向發(fā)展。上世紀七、八十年代泵車臂架長度普遍在30米以下，到了九十年代，36米、37米泵車成為主流，近幾年42米、45米、48米泵車普遍受到客戶青睞，增長迅速。為了適合在狹窄空間施工作業(yè)的需要，國內(nèi)外廠家普遍采用Z形、M形等多節(jié)臂折疊方式和單側(cè)支撐技術(shù)，使得作業(yè)更加靈活，更便于狹窄施工場所作業(yè)。
二、泵送系統(tǒng)方面
由于一些大型工程的施工需要，為滿足在短時間內(nèi)澆灌大量混凝土的需要，泵車的泵送排量不斷增大。上世紀九十年代，混凝土泵車理論排量一般在90m3/h左右，而現(xiàn)在混凝土泵車理論排量都在100m3/h- 140m3/h左右，國外最大理論排量達到200m3/h。
泵送系統(tǒng)配置大直徑的輸送缸（直徑為230mm、260mm、280mm），具有吸料性能好，換向次數(shù)少的優(yōu)點，不僅減少了磨損，而且降低了運營成本。分配閥形式主要采用S管閥。在易損件耐磨性方面，采用新耐磨材料、新工藝、新技術(shù)，較好地解決了易損件磨損快、更換頻繁、影響設(shè)備正常施工等問題，使其壽命大大提高。
三、節(jié)能技術(shù)方面
目前一般的泵車在任何工作強度下都是同一種耗油模式，因此在某些低耗油的工作狀態(tài)下，泵車就會出現(xiàn)高油耗的現(xiàn)象，給資源帶來了極大的浪費。針對這種情況，通過計算機自動判斷負荷情況，并自動設(shè)定耗油模式，大大節(jié)約了成本。
四、自動化、智能化方面
自動化、智能化是所有設(shè)備追求的目標，對于環(huán)境惡劣、勞動強度大的混凝土泵送設(shè)備尤其重要。目前混凝土泵車自動化技術(shù)已取得了一定成就，比如：三一重工的專利技術(shù)全自動高低壓切換、泵送排量無級調(diào)節(jié)、砼活塞自動退回、發(fā)動機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制等，但這些還遠遠不夠。今后混凝土泵車將是電液高度集成，充分利用數(shù)字控制技術(shù)、智能傳感等技術(shù)的高科技產(chǎn)品，主要有以下一些特點：
（一）防堵管控制
堵管是混凝土泵送經(jīng)常遇到的事。堵管若能及早發(fā)現(xiàn)并采取正確的措施，一般都能排除，但發(fā)現(xiàn)太晚或沒有采取正確的措施，管道就可能堵死，引起長時間的施工中斷，甚至影響建筑質(zhì)量。防堵管控制采用壓力傳感器實時監(jiān)測管道，當(dāng)堵塞發(fā)生時，管道內(nèi)壓力會出現(xiàn)異常，壓力傳感器會將這一異常訊號傳到PLC，PLC將立即發(fā)出警示，同時自動采取疏通措施：先反泵2-3次，然后根據(jù)堵塞的情況調(diào)整泵送參數(shù)后進行正泵疏通。由于計算機自動控制，總能在第一時間內(nèi)采取正確的措施，杜絕堵管的發(fā)生，保障施工順利進行。
（二）智能臂架
目前泵車臂架只能由操作者直接控制每一節(jié)臂架的動作，使臂架運動到理想的工作位置。而智能臂架的每一節(jié)臂都裝有位置傳感器，通過計算機實現(xiàn)閉環(huán)控制和運動協(xié)調(diào)控制。操作時，只需一個開關(guān)命令，控制計算機就能按規(guī)定程序控制臂架實現(xiàn)初始時的自動展開和用畢后的自動收攏；只需要給出泵車臂架末端出料口位置，就能實現(xiàn)多節(jié)臂的協(xié)調(diào)動作，使臂架自動以最佳形態(tài)平穩(wěn)移動到目標位置，簡化了臂架操控過程，提高了控制精度，也提高了施工效率。也可以預(yù)先設(shè)定臂架末端出口移動路線，使泵車臂架按程序設(shè)定的方式連續(xù)布料。
（三）防傾翻保護
首先混凝土泵車的支腿展開后能自動進行地面、支腿位置及整機水平等一系列檢測，發(fā)現(xiàn)有問題將會報警并鎖住臂架不能展開。臂架在運行的時候，PLC仍會時刻監(jiān)控整車的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)四條支腿受力出現(xiàn)不穩(wěn)定情況時，臂架將會自動停止向危險的方向運動，同時發(fā)出警示。最大限度的保障安全。
（四）故障診斷
由于數(shù)字控制技術(shù)、智能傳感等技術(shù)的發(fā)展，最終將會出現(xiàn)故障自診斷技術(shù)，混凝土泵車將會有一個良好的人機界面。計算機會對整機進行監(jiān)控，出現(xiàn)問題時，計算機能自動識別并通過人機界面與操作者進行交流，明確顯示故障的部位及故障的類型。比如活塞磨損到一定程度，系統(tǒng)會自動提示更換活塞；或者是轉(zhuǎn)速不對、功率不足等等，系統(tǒng)都能自動向操作者提示。
五、整機重量方面
由于新材料的應(yīng)用、計算方法及實驗手段更加完善，使得布料臂的設(shè)計更加靈活、自重更輕、性能更強。
中國混凝土輸送泵車行業(yè)的發(fā)展方向和趨勢向大型化方向發(fā)展，逐步形成品種系列化目前， 國內(nèi)混凝土輸送泵車產(chǎn)品主要是37m以上混凝土泵車， 價格競爭愈演愈烈，產(chǎn)品利潤空間已經(jīng)很窄。 隨著國內(nèi)混凝土輸送泵車生產(chǎn)企業(yè)從30m以下市場逐步撤離， 將主要精力放在37m以上的產(chǎn)品上， 小型混凝土輸送泵車必將被性能先進、功能齊全的大型混凝土輸送泵車所取代。從國內(nèi)底盤的發(fā)展方向來看， 大噸位載貨汽車的市場增長很快， 三一重工、中聯(lián)重科、徐工機械等都在加快大噸位載貨汽車底盤的研制， 因此大型混凝土輸送泵車產(chǎn)品會隨大噸位底盤的市場擴大而逐漸增長。在未來幾年， 大型混凝土輸送泵車將有較大的發(fā)展空間， 需求量正成逐步增長的發(fā)展趨勢。國內(nèi)混凝土輸送泵車只有加強大型產(chǎn)品的開發(fā)， 形成品種系列化的產(chǎn)品體系， 培育自身的競爭力， 才能在市場中立于不敗之地。
2混凝土輸送泵車基本組成及主要參數(shù)確定
2.1 混凝土輸送泵車的基本組成與構(gòu)造
混凝土泵車的種類很多，但是其基本組成部件是相同的，混凝土泵車主要由底盤、臂架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)塔、泵送機構(gòu)、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)六大部分組成，如圖2-1所示
圖 2-1 混凝土輸送泵車基本組成
其中底盤由汽車底盤、分動箱和付梁等部分組成的；
臂架系統(tǒng)由多節(jié)臂架、連桿、油缸和連接件等部分組成；
轉(zhuǎn)塔由轉(zhuǎn)臺、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、固定轉(zhuǎn)塔（連接架）和支撐結(jié)構(gòu)等部分組成；
泵送機構(gòu)由主油缸、水箱、輸送缸、砼活塞、料斗、S閥總成、擺搖機構(gòu)、出料口、配管等部分組成；
液壓系統(tǒng)主要分為泵送液壓系統(tǒng)和臂架液壓系統(tǒng)兩部分。泵送液壓系統(tǒng)包括主泵送油路系統(tǒng)、分配閥油路系統(tǒng)、攪拌油路系統(tǒng)及水泵油路系統(tǒng)；臂架液壓系統(tǒng)包括臂架油路系統(tǒng)、支腿油路系統(tǒng)和回轉(zhuǎn)油路系統(tǒng)三部分。液壓系統(tǒng)主要由液壓泵、閥組、蓄能器、液壓馬達及其它液壓元件等部分組成；
電氣系統(tǒng)主要由控制柜、遙控器及其它電器元件等部分組成；
2.2 混凝土輸送泵車工作原理
混凝土泵一般裝在汽車底盤的尾部，以便混凝土攪拌運輸車向泵的料斗卸料。以37米混凝土泵車為例如圖2-2所示：混凝土攪拌車卸料到混凝土泵車料斗后，由其泵送機構(gòu)壓送到輸送管，經(jīng)末端軟管（件15）排出。各節(jié)臂架的展開和收攏靠各個臂架油缸來完成。其中臂架中的1#臂架（件7）的仰角可在-2°～90°內(nèi)擺動，2#臂架（件10）和3#臂架（件12）可擺動180°，四節(jié)臂架依次展開，其中4#臂架（件14）的動作最為頻繁，它可以擺動245°左右，其末端的軟管在工作時應(yīng)盡可能靠近澆注部位，同時臂架可以通過回轉(zhuǎn)馬達及減速機驅(qū)動回轉(zhuǎn)大軸承繞固定轉(zhuǎn)塔作365°旋轉(zhuǎn)。
1-泵送機構(gòu)； 2-支腿； 3-配管總成； 4-固定轉(zhuǎn)塔； 5-轉(zhuǎn)臺；
6-1#臂架油缸； 7-1#臂架； 8-臂架輸送管； 9-2#臂架油缸； 10-2#臂架
11-3#臂架油缸；12-3#臂架；13-4#臂架油缸；14-4#臂架； 15-末端軟管
圖 2-2 37米混凝土泵車工作示意圖
2.3 主要性能參數(shù)的確定
混凝土輸送泵車的主要性能參數(shù)是工作性能指標，也是設(shè)計的主要依據(jù)，混凝土輸送泵車的主要技術(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、整機外形尺寸等，如表2-1.
1.混凝土排出量是指泵車在單位時間輸送的凝土量：即混凝土泵車的生產(chǎn)率。一般可以通過調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速或主液壓泵的流量來改變泵車的混凝土排出量。
2.混凝土泵的泵送壓力是指混凝土缸出口處的混凝土排出壓力,它取決于混凝土泵液壓系統(tǒng)中主液壓泵的額定壓力,也反映了混凝土泵車輸送距離長短的能力。
3.混凝土輸送距離為混凝土泵能夠輸送的水平直管總長度。
4.泵送能力指數(shù)是指液壓活塞式混凝土泵工作時，出口的泵送混凝土壓力 與在此壓力下的實際輸入量的乘積的最大值。
5.整機外形尺寸是指混凝土輸送泵車臂節(jié)數(shù)目及臂節(jié)長度，車全長及總寬總高。
表 2-1 混凝土泵車主要性能參數(shù)
理論輸送量 m3/h
90
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)長度 mm
8610/7760/7760/7700
展臂角度
100°∕180°∕180°∕270°
輸送管直徑 mm
125
壁厚 mm
4
末端軟管長度 mm
3000
臂架液壓缸工作壓力 MPa
33
動態(tài)試驗壓力 MPa
45
往返速比
1.37
活塞桿理論推力 MN
1.37
3 混凝土輸送泵車臂架系統(tǒng)的分析
3.1臂架系統(tǒng)的作用和結(jié)構(gòu)
3.1.1 作用
臂架系統(tǒng)用于混凝土的輸送和布料。通過臂架油缸伸縮、轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動，將混凝土經(jīng)由附在臂架上的輸送管，直接送到臂架頂端所在的澆注位置即澆注點。
下圖3-1是37米混凝土泵車臂架在一個固定點的某一平面內(nèi)的工作范圍圖，因為有回轉(zhuǎn)機構(gòu)，故實際上可以形成一個立體空間。
圖3-1 37米混凝土泵車臂架的工作范圍
3.1.2 結(jié)構(gòu)和組成
臂架系統(tǒng)由四節(jié)臂架、連桿、油缸、和連接件等部分組成，詳見圖3-2
·
1-1#臂架油缸； 2-1#臂架； 3-鉸接軸； 4-連桿一； 5-2#臂架油缸；
6-連桿二； 7-2#臂架； 8-3#臂架油缸； 9-連桿三； 10-連桿四；
11-3#臂架； 12-4#臂架油缸；13-連桿五； 14-連桿六； 15-4#臂架
圖3-2 混凝土泵車臂架簡圖
3.2 臂架結(jié)構(gòu)具體分析
3.2.1 臂架箱型結(jié)構(gòu)分析
臂架可以看為一個細長的懸臂梁，其主要載荷為其自重。它要求臂架強度大，剛性好，重量輕。為減輕臂架重量，提高臂架強度，剛度和穩(wěn)定性是改善臂架性能的主要目的?？刹捎脧姸容^高的材料，合理選擇截面形狀，使臂架自重減小，充分利用材料，正確的設(shè)計計算方法往往帶來事半功倍的效果。臂架有多種截面形式，如圖3.1所示，其中矩形截面是由翼緣板和和腹板焊接而成的[10]。于其它截面相比，矩形截面的制造工藝簡單，具有較好的抗彎能力和抗扭強度。圖（a）的截面型式較好，整個臂架應(yīng)力流暢，無明顯力流阻滯和應(yīng)力集中，而且重量較輕，至于抗扭曲和截面的穩(wěn)定性可以通過焊接橫穿臂架兩側(cè)板的輸送管支撐件來解決。
圖3.3 臂架箱型結(jié)構(gòu)
3.2.2 臂架材料及焊接方式
3.1.1 臂架材料
泵車臂架鋼板采用具有細晶粒超潔凈度、高均勻性、高強度、高韌性和良好綜合性能的新材料瑞典SSAB公司的WELDOX960鋼板。
WELDOX系列鋼板是瑞典SSAB鋼鐵公司開發(fā)生產(chǎn)的超高強度鋼，集高強度與可焊性、長壽命于一身。在國內(nèi)得到了較快的發(fā)展應(yīng)用，主要應(yīng)用范圍：壓力鋼管、采礦設(shè)備礦用自卸車體和汽車起重機、橋梁、鐵路、帆船龍骨、大的拱梁、斗鏟的頂邊的框架和主要的高韌性部件等領(lǐng)域。重量的減輕，減少了產(chǎn)品的總重量。
3.2.2 焊接方式
焊接選取瑞典生產(chǎn)的ED-FK 1000高強焊絲，設(shè)計了WELDOX960高強鋼的混合氣體保護焊工藝，在預(yù)熱、焊接線能量、層間溫度的條件下進行多道焊接。
WELDOX高強度結(jié)構(gòu)鋼板的合金含量低，碳當(dāng)量低，從而可用任何普通的電弧焊方法，就可將其焊在普通結(jié)構(gòu)鋼板上。在焊接WELDOX板時，其目標是：在焊接接頭處獲得適當(dāng)?shù)膹姸群土己玫捻g性。
國際焊接學(xué)會推薦的碳當(dāng)量公式為：
隨著碳當(dāng)量的增加，鋼材的焊接性能會變差，當(dāng)值大于時，冷裂紋的敏感性將增大，焊接時需采取預(yù)熱、后熱等系列工藝措施。當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)鋼時，盡量減少冷裂紋的出現(xiàn)（氫裂或延期裂紋）至關(guān)重要。產(chǎn)生裂紋出現(xiàn)的主要原因是在有應(yīng)力出現(xiàn)的焊口有氫氣存在。
工程機械的工作工況大多需要承受動載荷及重載荷，對焊縫的要求除強度指標外，還要求有較高的韌性。對于焊縫強度的選擇問題，長期以來其高強鋼的焊接大多采用“等強度匹配”，但對于諸如WELDOX系列鋼板，高強鋼，除考慮強度外，還必須考慮焊接區(qū)的韌性和裂紋敏感性。就焊縫金屬而言，強度越高，可達到的韌性水平往往越低，甚至低于木材的韌性水平。因此，在特殊情況下，對焊縫金屬強度要求可低于母材，或剛度很大的焊接結(jié)構(gòu)，為了減少焊接冷裂紋傾向，可選擇比母材強度低一些的焊接材料。
預(yù)熱
預(yù)熱對平頭焊縫和根部焊道最為重要。焊接過程中和焊接后的溫度越高，則氫氣越容易溢出；鋼板越厚，預(yù)熱的必要性越大，以補償厚板更快的冷卻速度，而且厚板的碳當(dāng)量值更高；對被剛性固定的工件焊接時，預(yù)熱也是必要的；對于不同鋼種的鋼焊接在一起時或焊接材料的碳當(dāng)量比母材高，預(yù)熱溫度由碳當(dāng)量最高的母材或焊接材料決定。
當(dāng)板厚大于時，必須分多層焊接，第一層用ER49-1進行打底焊，第二層焊滿，焊接層間溫度控制在之間，焊接速度，電流,電壓,送絲速度為。
預(yù)處理
所有焊縫焊前必須保證焊道干燥、清潔，除掉其中表面的油、水、銹和防銹漆，預(yù)熱后必須用鋼刷清理焊縫區(qū)域以清除積碳。焊絲，坡口及坡口周圍范圍內(nèi)必須清理干凈，不得有影響焊接質(zhì)量的鐵銹、油污、水和涂料等異物。對于重要的焊縫，在焊縫兩端應(yīng)設(shè)置尺寸合適的引弧板和引出板時，應(yīng)注意防止在引弧和收弧處產(chǎn)生焊接缺陷。
焊后熱處理
WELDOX只有在設(shè)計規(guī)則有特殊要求時方進行焊后熱處理。
避免裂紋出現(xiàn)的方法有：焊前預(yù)熱母體材料：確保焊接面的清潔與干燥；選擇含氫量小的焊料；通過良好的焊接順序與工作的合理匹配減少收縮內(nèi)應(yīng)力。
（1） 確保焊接面的清潔和干燥。產(chǎn)生冷裂紋的主要原因時有應(yīng)力存在的焊縫金屬中有氫的存在。焊件在組裝前應(yīng)徹底清除坡口表面及附近母材上的氧化皮、鐵銹、油污、水分等，直至露出金屬光澤并保證清理范圍內(nèi)無裂紋與夾層等缺陷。
（2） 減少構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力。采用合理的焊接順序進行裝焊，避免強力組對以減少構(gòu)件的殘余應(yīng)力：焊接組裝時應(yīng)將工件壓緊或墊置牢固，以防止因焊接受熱而產(chǎn)生附加的應(yīng)力和變形。
（3） 焊后消氫處理。在焊接完成后，立即將焊件后熱到,并按每毫米板厚不少于進行恒溫處理后緩冷（且總的恒溫時間不得小于），確保焊接接頭中的殘余氫能擴散溢出，減少延遲冷裂紋的產(chǎn)生。
（4） 焊后熱處理。進行焊后熱處理是為了減少焊接殘余應(yīng)力，高強鋼焊后壁板不進行焊后熱處理，熱處理會使接頭的某些力學(xué)性能下降，如：沖擊韌度等。只有在設(shè)計規(guī)則有特殊說明時，方進行焊后熱處理。
3.3 臂架的變幅機構(gòu)
臂架系統(tǒng)主要有四節(jié)臂架、連桿、油缸、連接件鉸接組成的可折疊和展開的平面四連桿機構(gòu)組成，根椐各臂架間轉(zhuǎn)動的順序和方向不同，臂架有多種折疊形式，如M型（Z型）型、R型、綜合型等。各種折疊方式都有其獨到之處。R型結(jié)構(gòu)緊湊；Z型臂架在打開和折疊時動作迅速； 綜合型則兼有前兩者的優(yōu)點而逐漸被廣泛的采用。由于Z型折疊臂架的打開空間更低，而R型折疊臂架的結(jié)構(gòu)布局更緊湊等各自的特點，臂架的Z型、R型及綜合型等多種折疊方式均被廣泛采用。具體的見圖3-4
圖 3-4 臂架折疊形式
因為綜合型兼有R型結(jié)構(gòu)緊湊，Z型臂架在打開和折疊時動作迅速的特點，雖然在空間上可能有所限制，但對本設(shè)計影響不是很大。故而，本設(shè)計將選則綜合型進行設(shè)計。
在連桿的選擇中，連桿一般為直桿或弓型的二力桿，也有三角結(jié)構(gòu)的連桿，詳見圖3-5
圖 3-5 連桿的幾種形式
因為直連桿和彎連桿的穩(wěn)定性較好，性能較其它連桿的形式比較優(yōu)秀，本設(shè)計將采用此連桿的兩種形式。
在變幅機構(gòu)的設(shè)計中應(yīng)注意的問題，為了使四桿機構(gòu)的桿長和擺動液壓缸機構(gòu)的液壓缸行程和液壓缸直徑達到最優(yōu)化, 應(yīng)綜合考慮以下幾個要求:
(1) 重心
由于混凝土輸送泵車自重大, 若使其在折疊情況下結(jié)構(gòu)緊湊, 整個混凝土輸送泵車的重心應(yīng)處于汽車底盤的中平面內(nèi)。
(2) 四桿機構(gòu)
混凝土輸送泵車的四桿機構(gòu)要避免死點, 要求傳動角合適, 傳動比適宜。
(3) 擺動液壓缸
要求液壓缸的行程、最大油壓及液壓缸的直徑適中。
(4) 構(gòu)件不發(fā)生干涉
要求變幅機構(gòu)的構(gòu)件之間以及與立柱、折臂之間不發(fā)生干涉。
4 混凝土輸送泵車臂架系統(tǒng)的臂長設(shè)計
4.1 臂架系統(tǒng)中的部分重量計算
臂架的設(shè)計高度約為，設(shè)計應(yīng)該從第四節(jié)臂架依次向前，其載荷有管路的自重、混凝土重量、風(fēng)載、慣性力其外加載荷如人力對末端軟管的拽引等。
輸送管路所用鋼管密度
輸送管路的單位長度重量：
普通混凝土表觀密度。
輸送管路中單位長度混凝土重量：
取末端軟管的長度為3m，重量為
4.2 第四臂架的設(shè)計
設(shè)計流程圖如4.1所示。
圖4.1 臂架四設(shè)計流程圖
人對末端軟管的拽引力折合為
初步取臂架四的鋼板厚度為,由于其為薄壁箱型結(jié)構(gòu)，為懸臂梁。如圖4.2所示。
圖4.2 薄壁箱型
由于臂架四的縱向截面非規(guī)則形狀。故估取，
可估算臂架四的單位長度重量：
按臂架四長度為計算，臂架四的總重量為：
臂架四的受力分析如圖4.2可知，各臂架鉸接處受力最大時，即是該臂架水平時。此時臂架的重心離鉸接點最遠，油缸的支撐力也是最大。
臂架四鉸接點附近的箱型結(jié)構(gòu)強度計算：
鉸接點附近的箱型：；
臂架的抗彎強度初步計算：
臂架四的鉸接端最大拉應(yīng)力計算：
采用鋼板的抗拉強度為 滿足
其中，；；；
建模，測算得
由此可得，
動載系數(shù)
即臂架油缸四的最大推力負載為
實際設(shè)計時，考慮油缸的負荷裕量，取第四臂架油缸的為的型號。按工程車輛液壓缸的標準選型即可。不再詳細設(shè)計。
臂架鉸接處用柱銷，尺寸按以下材料性能計算：取材料為SiMn鋼，抗拉強度，屈服點，斷后伸長率，鋼材退火或高溫回火供應(yīng)狀態(tài)布氏硬度，，安全系數(shù)取。
橫向力F作用時，
若柱銷的直徑太小，對臂架的撕裂性顯著增加，因此，可以將此銷的尺寸加大，并作為空心銷，柱銷外徑尺寸定為。
4.3 第三臂架的設(shè)計
第三臂架為折彎臂架，如圖4.4所示。
圖4.4 臂架三
由臂架折疊時空間上避免干涉，故第三節(jié)臂架設(shè)計為折彎式。折彎距離為
相應(yīng)管路也應(yīng)該滿足空間上不干涉的基本要求。
初定臂架三長度為，鋼板厚度為
臂架三的箱型截面，，受力情況如圖4.5所示。
圖4.5 臂架三受力圖
；;
由裕量和動載，所以取液壓缸型號為
臂架間鉸接處用柱銷
柱銷尺寸按以下材料性能計算：取材料為SiMn鋼，安全系數(shù)取
橫向力F作用時，
因此，柱銷尺寸定為
臂架的抗彎強度初步計算：
；
臂架三的鉸接端最大拉應(yīng)力計算：
采用鋼板的抗拉強度為 滿足抗彎強度，抗扭強度的計算如下：
抗扭截面系數(shù)計算公式如下：
滿足抗扭強度要求。
4.3 第二臂架設(shè)計
初定臂架長度為，鋼板厚度為
臂架二的箱型截面，，受力如圖4.6所示。
圖4.6 臂架二受力圖
；;
所以臂架二的油缸二推力必須大于
臂架的抗彎強度初步計算：
；
臂架二的鉸接端最大拉應(yīng)力計算：
采用鋼板的抗拉強度為 滿足抗彎強度。由于臂架三的抗扭合格，因此臂架二的抗扭不用再加以校核。
臂架鉸接用柱銷
柱銷尺寸按以下材料性能計算：取材料為SiMn鋼，安全系數(shù)取
橫向力F作用時，
因此，柱銷尺寸定為
4.4 第一臂架設(shè)計
初定臂架一長度為 鋼板厚度為10mm
臂架一的箱型截面，，受力如圖4.7所示。
臂架的抗彎強度初步計算：
；
臂架一的鉸接端最大拉應(yīng)力計算：
采用鋼板的抗拉強度為 滿足抗彎強度。臂架三的抗扭合格，因此臂架一的抗扭不再加以校核。
圖4.7 臂架一受力圖
油缸推力
因此，油缸的額定推力應(yīng)該大于
混凝土輸送泵車的主要性能參數(shù)是工作性能指標，也是設(shè)計的依據(jù)，主要包括等。
1.額定起重量:隨車起重機額定起重量是在各種工況下安全作業(yè)所容許起吊重量的最大質(zhì)量值，包括取物裝置重量。
2.工作幅度:在額定起重量下，起重機回轉(zhuǎn)中心的軸線距吊鉤中心的距離。工作幅度決定起重機的工作范圍。
3.起重力矩:起重機的工作幅度與相應(yīng)起重量的乘積為起重力矩，它是綜合起重量與幅度兩個因數(shù)的參數(shù)，能比較全面和確切地反映起重機的起重能力。
4.起升高度:吊鉤起升到最高位置時，鉤口中心到支撐地面的距離。在標定起重機性能參數(shù)時，通常以額定起升高度表示。額定起升高度是指滿載時吊鉤上升到最高極限位置時從鉤口中心至支撐地面的跟離。對于動臂式起重機，當(dāng)?shù)醣坶L度一定時，起升高度隨幅度的減小而增加。
5.工作速度:隨車起重機的工作速度主要指起升、回轉(zhuǎn)、變幅、伸縮臂機構(gòu)及伸臂收放的速度。起升速度指吊鉤平穩(wěn)運動時，起吊物品的垂直位移速度;回轉(zhuǎn)速度指起重機轉(zhuǎn)臺每分鐘轉(zhuǎn)數(shù);變幅速度指變幅時，幅度從最大(最小)變到最小(最大)所用的時間;伸縮臂速度指起重臂伸縮時，其頭部沿伸縮臂軸線的移動速度。
6.自重:指起重機處于工作狀態(tài)時起重機本身的全部質(zhì)量，它是評價起重機的綜合指標，反映了起重機設(shè)計、制造和材料的技術(shù)水平。
7.通過性能:是隨車起重機正常行使通過各種道路的能力。隨車起重機通過性能接近一般公路車輛。接近角、離去角、離地間隙越大，最小轉(zhuǎn)彎直徑越小，說明整機通過性能越好。