1、摘 要18米车载式布料机是一种由汽车底盘、混凝土输送泵、可回转和折叠伸缩的布料臂架系统等组成的高效混凝土浇筑设备。其中最重要的部件就是臂架系统，它负责将混凝土通过臂架上的输送管输送到各种复杂的建筑施工位置；它的布料性能体现在高效的工作适应性、灵活便捷的操作和机构、结构的高可靠性。 18米车载式布料机是一个专门服务于农村房屋和桥梁施工的短臂架产品，此产品的研发要求以二轴(桥)底盘上的最长18米臂架为饵标进行产品研发、分析及优化。论文以农村实际建设为依托，以设计出优质、高效18米布料臂架系统为目标，围绕材料力学分析、动力学分析及机械系统控制设计等方面中的关键技术问题进行了研究。关键词：车载式布料机
2、；臂架系统；短臂架 AbstractIConcrete pump is the efficient concrete pouring equipment that consist of chassis、concrete pump、 rotatable and collapsible telescopic cloth boom system. The most important part of the concrete pump is the boom system which transported concrete to the location of a variety of compl
3、ex construction through the boom on the concrete pipes. In addition, the performance fabrics of the boom system works efficient、safe and adaptable,flexible and convenient to operate. 18m pump is the product that specialized service in the construction of rural houses and bridges short jib. The resea
4、rch、analysis and optimization of the 18m pump is with two axes (bridge) on the chassis of the longest 18 meters boom as standard bait. Around the mechanics of materials analysis, dynamic analysis and structural optimization design and mechanical control system design and other aspects of the key tec
5、hnical issues, the research rely on the actual construction of rural, aim to design a high quality, efficient 18 m boom pump system.Keywords: Vehicle-mounted spreader; Boom system;Short boom目 录摘 要 .IAbstract.IIII第 1 章 绪论 .11.1 车载式布料机介绍 .11.2 车载式布料机的发展概况 .21.3 短臂架布料机的现状与趋势 .41.4 课题来源及设计内容 .51.4.1 课题来
6、源 .51.4.2 设计内容 .6第 2 章 方案论证 .72.1 设计目标 .72.2 方案的拟定 .72.2.1 布料机样式的确定 .72.2.2 布料机臂架基本参数的确定 .82.3 整体方案 .9第 3 章 泵车臂架系统 .103.1 臂架载荷分析 .103.2 臂架的设计原则 .103.3 臂架具体参数的计算 .103.3.1 节臂 3 尺寸及其铰接零件尺寸的计算 .113.3.2 节臂 2 尺寸及其铰接零件尺寸的计算 .213.3.3 节臂 1 尺寸及其铰接零件尺寸的计算 .313.4 回转支撑装置的选择 .433.4.1 载荷的确定 .443.4.2 回转支承装置的受力分析 .4
7、43.4.4 回转支承装置的强度计算 .463.5 回转驱动装置的选择及其传动分析 .473.5.1 回转阻力矩计算 .47第 4 章 液压系统的设计 .494.1 液压系统工作原理 .494.2 系统的动作要求如下 .504.3 PLC 的选择 .504.3.1 PLC 品牌的选择 .50III4.3.2 S7-200 系列 CPU 的选择 .514.3.3 PLC 的 I/O 资源配置 .524.4 控制系统硬件连线图 .54结 论 .55致 谢 .56参考文献 .57CONTENTS摘 要 .2Abstract .3Chapter 1 Introduction.61.1 Fabric m
8、achine Introductionn .6IV1.2 Vehicle overview of the development is the fabric machine.71.3 status and trends of the Short boom pump.91.4 Source topics and Design content .101.4.1 Source topics.101.4.2 Design content .11Chapter 2 Demonstration program.122.1 Design Goals.122.2 Program development .12
9、2.2.1Determination of fabric machine style.122.2.2Pump truck boom determine the basic parameters .132.3Overall program .14Chapter 3 Pump truck boom system.153.1 Boom load analysis .153.2 design principles of the boom .153.3 Calculation of specific parameters of the boom .163.3.1 Its hinged arm three
10、 dimensions part size calculation .173.3.2 Size and hinged arm 2 part size calculation.273.4 selection of the rotary support device .493.4.1 load determination .493.4.2 Stress Analysis of slewing device.503.4.4 calculations of the Slewing unit strength .523.5 selection and Transmission Analysis of t
11、he Rotary drive device .533.5.1 calculation of the Rotary drag torque.53Chapter 4 Hydraulic System Design .554.1 theory of Hydraulic System .554.2 requirements of Operation of the system .564.3 Selection of the PLC .564.3.1 Selection of the PLC brand .564.3.2 Selection of the S7-200 series CPU .574.
12、3.3 The PLC I / O resource allocation .584.4 Control system hardware connection diagram.59VConclusion .62Thanks.63References.640第 1 章 绪论1.1 车载式布料机介绍车载式布料机,也可以称作臂架式混凝土泵车,可以将它定义为:将混凝土泵和液压折叠式臂架都安装在汽车或拖挂车底盘上,沿着臂架架设输送的管道,通过最末端的软管,最终输出混凝土的设备 1。混凝土泵车的基本结构见图 1-1。1、底盘部分 2、回转机构 3、液压部分 4、臂架系统 5、泵送系统 6、底架图 1-1
13、混凝土泵车的基本结构图泵车臂架拥有折叠、回转及变幅的功能，因此实际应用中能够在臂架所能及的区域内进行布料。泵车应用于建筑施工作业之中,能够非常便捷、合理的应用于各种混凝土输送情况,特别是垂直输送的情况,既可以完成混凝土现场的输送，又可以兼顾布料作业，且能保证二者同时进行,具有非常良好的泵送性能、布料范围广泛、浇筑的速度快、浇筑质量高、保持现场工作环境的清洁、减轻作业人员工作的强度、机动性好和转移方便等诸多优点,所以得到人们的普遍青睐 2。特别是在基础和低层施工以及频繁转移工地的时候,能够更好的凸1显出它的优越性。只要是在臂架活动范围之内,就可以任意地改变混凝土的浇筑位置,而不需要在现场铺设临时
14、的管道,这样就可以大大的缩短铺助时间,进一步提高工作效率。当混凝土浇筑的需求量很大或者超大体积、超厚基础混凝土的需要一次性浇筑时,泵车的优势就体现的更为明显 3。目前,稍大规模的混凝土施工大都使用泵车泵送技术,特别是国家重点建设项目。泵车的使用范围已经拓展至水利、水电、地铁、桥梁、大型基础、高层建筑和民用建筑等工程。早已成为泵送混凝土施工机械的首选机型,在建筑施工过程中必不可少。泵车是由汽车底盘、混凝土输送泵和臂架系统等组成用于输送混凝土的专用车辆,一般情况下,我们可以大致将混凝土泵车看做由六大部分组成:底盘部分、泵送系统、臂架系统、操纵控制系统、液压系统、回转机构、底架 4。1.2 车载式布
15、料机的发展概况混凝土泵的研究最早开始于德国，1907 年德国就开始研究混凝土泵，并有人取得专利权。此后，与 1913 年美国也有人制造出混凝土泵样机并取得专利。至 1930 年，德国制造了立式单杠的球阀活塞泵，这种泵由曲柄和摇杆传动，工作性能较差，使用价值不大。到 1932 年荷兰人库依曼制造出卧式缸的库依曼型混凝土泵，成功的解决了混凝土泵的构造原理问题，大大的提高了工作的可靠性。此后混凝土泵即进入小规模的试用阶段 5。第二次世界大战之后，各国陆续开始经济恢复工作，建筑工程规模日益扩大，混凝土泵的销路较好，应用日渐增多。五十年代中叶，联邦德国的托克里特（Torket)公司首先发展了用水作为工作
16、液体的液压缸，使混凝土泵车进入一个新的发展阶段。1959年，联邦德国的施文英公司生产出第一部全液压的混凝土泵，它用油作为工作液体来驱动活塞和阀门，使用后用压力水冲洗泵和输送管。这种液压泵功率大，排量大，运输距离远，可做到无级调节，泵的活塞还可逆向动作以减少堵塞的可能性，因而使混凝土泵的设计、制造和泵送施工技术日趋完善。此后，为了提高混凝土泵的机动性，在六十年代中期又研制了混凝土泵车，并配备了可以回转和伸缩的布料杆，使混凝土泵的浇筑工作更加灵活多变。在活塞式混凝土泵不断完善的过程中，美国的查伦奇一考克兄弟(ChollengecookBors)公司于1963年又研制了一种新型的挤压式混凝土泵 6。
17、这种泵的工作原理与活塞式混凝土泵迥然不同，它是利用转动的滚轮挤压软管中2的混凝土混合物而进行输送的 6。混凝土泵按驱动方式分为活塞式混凝土泵和挤压式混凝土泵两种。活塞式混凝土泵是应用最早也是最有发展前途的一种混凝土泵。活塞式混凝土泵中，根据驱动力的不同，又有机械式活塞泵和液压式活塞泵之分。挤压式混凝土泵在六十年代后期盛行，但是由于这种混凝土泵的排量较小，输送距离不如活塞式大，因而应用逐渐减少 7。混凝土泵根据其能否移动以及移动的方式，分为固定式、拖动式和汽车式。汽车式混凝土泵，其工作机构装在汽车底盘上沮都带有布料杆，移动方便，机动灵活，移至新的工作地点不需要进行太多准备工作即可进行浇筑，因而是
18、目前大力发展的机种 8。泵车产品以德国施文英(Schwing)和塞勒(Scheele)公司最为著名，另外意大利、日本、美国等一些国家的泵车产量也有一定规模。近年来，泵车产品日趋完善，泵车臂架节数由最早的2-3节变为4-6节:臂架长度由十几米变为四十多米，超长臂架达到62米;混凝土的理论输送量由40m 3/h 增至200m 3/h 。泵送混凝土的压力也由2.5MPa变为22MPa 9。在我国，泵车的设计与生产的时间不长，设计和制造水平相对较低。为了迅速缩短我国与国外先进国家设计和制造混凝土泵车的差距，国内许多厂家纷纷与国外知名公司合作生产混凝土泵车。其中有代表性的厂家有徐州工程机械厂(与德国合作
19、) ，北京城市建设工程机械厂(与意大利合作)，海城建设机械厂(与德国 LSB公司合作)，湖北建设机械股份有限公司(与日本合作)等实现混凝土的商品化生产是我国建筑产业中的重大国策。商品混凝土由混凝土搅拌站的搅拌楼集中大量生产，由专用输送设备运至施工工地，再用泵送、布料等设备实现浇筑。在这一过程中馄凝土泵车扮演着重要角色，它可以一次同时完成现场混凝土的输送和布料，具有泵送性能好，布料范围大，能自由行走，机动灵活和转移方便等特点。尤其是在基础、低层施工及需要频繁转移工地时，使用混凝土泵车更能显示其优越性。另外在泵车臂架活动范围内可以任意改变浇筑位置，不需在现场临时铺设管道，节省辅助工时，提高工效。特
20、别是在混凝土浇筑需求量大，超大体积及超厚基础混凝土的一次浇筑和质量要求高的工程中效果更加显著。如新上海国际大厦底板混凝土17000m 2，用12台混凝土泵车，64h浇筑完毕；1995年10月上海建工集团总公司集中了36辆混凝土泵车用于上海世界贸易商城基础底板的一次性浇筑施工，连续26h共浇筑混凝土2.4万m，这些都表明了混凝土泵车在现代施工中所起的重要作用 10。31.3 短臂架布料机的现状与趋势中国现在是世界上最大的混凝土机械生产国，也可以说是一个混凝土机械生产的强国。就混凝土泵车这一块而言：首先从数量上看，我国的产量占世界市场的绝对优势，三一、中联单个企业一年的混凝土泵车的生产量就可满足全
21、欧洲一年的需求；其次从品种上看，臂架长度从22米到58米的各种型号均有，2006年三一重工还研制出了世界上臂架最长的66米泵车；从技术水平上看，虽然局部的如液压元件，结构件疲劳计算技术还落后于欧洲公司，但整车设计水平已经领先，作为销售的主流三桥和四桥底盘泵车，国内的臂架长度都能做得更长，在海外市场更具竞争力。从市场销售上看，虽然在产品的稳定性和工艺方面还不如国外，但在性价比、售后服务等方面，具有明显的竞争优势，且产品设计更加符合国内或者销售地国家的实际施工情况 11。短臂架泵车是指臂架长度在30米以下的，采用二桥或三桥底盘的泵车。在国外，短臂架泵车依然在市场上保持相当大的份额。以德国施维英为例
22、，我们可以看到其臂架型谱在短臂架上有KVM244H、KVM26-4 、KVM28 X等型号可选。而意大利的塞玛(SERMAC)的最新资料上也有3222、4226、5232、4R32等中短型号供选择，甚至还有2218、3224、4228这样的泵车和搅拌输送车整合的产品。反观近年我国的臂架式混凝土泵车的市场中，中短臂架泵车所占份额却非常低。究其原因，首先是国内商品混凝土供货商在向建筑商销售商品混凝土时基本是同时提供泵车泵送服务的。混凝土的结算每吨单价是与泵车臂长紧密结合的，臂架越长越贵。这就使得本来属于短臂架泵车的市场被三十多米的中长臂架泵车所侵占；其次泵车生产厂商更愿意用有限的投入去生产和销售更
23、高附加值的长臂架泵车以赚取更大的利润。但是我们应该清楚的看到，短臂架泵车的发展窘境在近年中国混凝土机械市场是比较特殊的，随着混凝土泵车市场的进一步成熟，短臂架泵车必将迎来一个高速发展期。原因如下：(一) 、混凝土泵车市场利润巨大，吸引许多其他行业的投资和厂商进入。但较高的技术和资金门槛，使得短臂架泵车自然成为进入此行业的突破口；(二) 、随着商品混凝土市场的进一步成熟，用户群及其的设备功能开始细分。更多如别墅、涵洞、地沟等适合短臂架泵车的建筑施工方希望商品混凝土供货商用成本更低的短臂架泵车施工。而短臂架泵车的灵活机动、集成车载泵等多功能的特点也大大拓展了自己的市场；(三)、2005年”十一五” 规划
