混凝土泵车短距离泵送的解决方案

-1-混凝土泵车短距离泵送的解决方案天津市滨海渤建混凝土有限公司董连城摘要：泵车在短距离泵送时，要展开全部臂架，虽然泵送距离不大，但泵送扬程高、管道流程长，由此造成非常大的浪费。如果改变泵车在短距离泵送时臂架高拱蜷曲的状态，降低臂架高度，减少管道长度。可以使混凝土泵车在进行大量的短近距离泵送施工时，有效地节约燃料，减少排放，降低磨损，提高工效。关键词：泵车泵送节能降耗1.前言长臂架泵车产品作为混凝土施工的主要机械，市场需求非常旺盛。随着保障房建设的提速，十二五规划的落实，以及我国西部经济开发的展开，在用泵车更新期的到来，预计在未来的几年里臂架泵车的市场需求仍将保持这种势头。正是看到了泵车产品的市场需求，一些企业加大了对泵车产品的投入，使泵车产品在产能和规模不断得到提高的同时，成品的质量和性能也得到了大幅提升。不难看到，未来臂架泵车产品的市场竞争将更加激烈。各泵车生产企业未雨绸缪都在谋划如何应对即将面临的竞争，在激烈的市场竞争中赢得先机占据主动。很显然保持技术领先是赢得市场的前提条件，几年来一些企业在保持规模优势的同时，坚持泵车技术研发的高投入，在泵车产品技术开发上取得了斐然成就：臂架泵车的泵送高度记录不断被打-2-破；六节臂架的泵车投入市场；计算机控制节能技术得到应用等等。这些新技术的应用扩大了企业的影响，提升了企业的知名度。可以肯定未来泵车产品的竞争不仅表现在企业规模的竞争、产品质量的竞争、售前和售后服务的竞争乃至价格上的竞争，更表现在技术创新方面的竞争。因为只有创新才是保证企业发展的不竭动力，所以技术研发的投入不但不会停止，而且还将持续下去。多年来伴随混凝土泵车产业化的进程，泵车产品和泵送技术也日趋成熟，技术提升的空间愈发狭小，进一步技术开发的瓶颈已经初显端倪。这正是企业决策者和工程技术人员亟需解决的问题。业界人士对此问题也给予了高度关注。2.短距离泵送问题的提出作为混凝土生产施工企业的技术人员，因为我们有机会经常亲临现（天津市滨海新区第十三大街天富公寓基础施工现场照）图片1-3-场接触实际，不仅能够体会到混凝土施工机械制造技术的发展和研发水平的提升，而且对泵车在施工中的工作状态也有切身的体会（图片1），对泵车在短距离泵送施工过程存在的问题也感受颇深。现在广泛用于基建施工的混凝土泵车，在实施混凝土泵送施工作业时，需要展开全部臂架。在泵送系统的高压作用下，混凝土通过安装在臂架上的臂架配管，泵送至使用地点。当混凝土泵车实施对高层或较大跨距进行泵送混凝土作业时，展开几十米的臂架进行泵送是必需地。但是在大多数施工作业场合，其泵送混凝土高程或距离并不大，完全没有必要将几十米臂架全部展开。而现行的混凝土泵车，因为臂架（和臂架管道）无法像吊车的吊臂那样可以伸缩，所以施工时只能将几十米的臂架展开。混凝土必须通过全部臂架配管，才能泵送至使用地点。施工现场经常看到的现象是：泵车将几十米臂架高高拱起，再蜷曲收回（图片２）。这种扬程高、管道长的泵送状态，相对的产生了一系列的问题：发动机负荷大、油耗高、排放多；液压系统压力高、油温高；泵送系统压力高、磨损大。可见短距离泵送的浪费是十分可观的。如果能够很好的解决泵车在短距离泵送中存在的问题，就可以有效地节约燃料，减少排放，降低成本，使混凝土泵车的施工效率得到明显提升。3.短距离泵送问题的解决办法与吊车吊臂的伸缩结构相比，泵车的臂架因为特殊的折叠结构，在泵送施工中只能将臂架全部展开，用调整臂架拱曲的方法实现泵送。（津秦高铁桥梁预制浇筑现场）图片2-4-要让展开的臂架合理适应短距离泵送施工的需求，就必须设法缩短臂架展开的长度。3.1解决思路根据泵车臂架的结构特点，缩短臂架展开长度的选择应当采取“舍弃部分臂架”的方式。即：选择部分臂架进行短距离泵送。新的泵送方法是：长远距离泵送选择使用全部臂架，短近距离泵送选择使用部分臂架。这种根据泵送距离选择臂架的方法，既可以发挥泵车已有的泵送能力，又能够针对短近距离泵送施工的特点，根据需要因地制宜选择部分臂架，有效降低臂展高度，减少管道长度。最初提出的解决方案（见图2上）是：将部分末端臂架蜷曲，在展开的部分臂架的末端，利用管道切换装置将混凝土从附加的卸料软管泵出。该解决方案在泵送时能够有效降低臂架的高度和长度，达到节约的目的。但蜷曲的部分末端臂架增设的管道切换装置和卸料软管，对臂架受力影响甚大。且操作困难，结构复杂，实用性差。经过改进设计的解决方案是：图1-5-泵车在进行扬程不高、距离不远的短距离泵送施工时，只需将与臂架转塔相铰接的首端臂架竖起，然后展开末端第四、五两节臂架。由第一、四、五三节臂架组成短距离泵送的臂架组合（见图2下），用来满足短距离泵送施工的需求。此时第二、三两节臂架并靠在首端臂架上。管道切换机构将第一、二两节臂架的臂架配管的管道断开，将臂架转塔弯管与第三节臂架的臂架配管相连接，混凝土通过第三、四、五节臂架的臂管从末端软管泻出。3.2基本结构及组成（见图3）﹙i﹚在距首端臂架与臂架转塔铰接轴的适当距离处的首端臂架配管上，将臂架配管断开，该断面至铰接轴的部分臂架配管和弯管构成以转塔铰接轴轴线为中心的可旋转的首端切换臂管11。同样，在距第二节臂架与第三节臂架铰接轴适当距离的第二节臂架配管上，将臂架配管断开，断开面至该铰接轴的部分臂架配管和弯管，构成以第二、第三节臂架铰接轴轴线为中心的可旋转的末端切换臂管12。-6-此时全部臂架配管由两部分组成：首端切换管道11和末端切换管道12之间部分；以及末端切换管道12以后至卸料软管的其余部分。﹙ii﹚在混凝土泵车的首端臂架与臂架转塔的铰接处的首端臂架上，设置混凝土管道切换装置10。安装在首端臂架上的管道切换装置10，可随首端臂架以臂架与臂架转塔铰接轴轴线为中心旋转。该装置由驱动链轮13、首端链轮14、末端链齿轮15、末端齿轮16、传动链条17、锁止钩18构成。其中首端链轮14与首端切换管道11同轴线固定相连，可同轴线旋转。传动链条17将其与驱动链轮13相连。末端齿轮16与末端切换管道12同轴线固定相连，并可同轴线旋转。短距离泵送时，首端臂架与第二、三节臂架处于蜷收状态，锁止钩18保证第一、二两节臂架处于蜷收状态相对位置不变。末端链齿轮15与末端齿轮16啮合，传动链条17将末端链齿轮16与驱动链轮13相连。3.3工作原理在进行短距离泵送施工时（见图4），混凝土泵车的首端臂架2，第二节臂架6，第三节臂架4处于蜷收状态。锁止钩18使首端两节臂架相对位置不变。此时，安装在首端臂架上的管道切换装置10上的末端链齿轮15，与末端齿轮6处于啮合状态。驱动链轮13驱动首端可切换臂管11，末端可切换臂管12旋转对接。混凝土从转塔弯管泵出，经首端可切换臂管11，末端可切换臂管12直接通过第三节臂架的臂架配管5及后-7-面的部分末端臂架的臂架配管9泵送至施工地点。图4中还显示，在短距离泵送施工时，首端臂架2及第二臂架6、第三节臂架4处于蜷收状态。首端臂架的臂架配管3，第二节臂架的臂架配管7处于不参加泵送施工的状态。在展开全部臂架进行长远距离泵送时（见图5），首先利用切换装置的驱动链轮13，驱动首端可切换臂管11，末端可切换臂管12旋转。分别使首端可切换臂管11与对首端臂架的臂架配管3对接，末端可切换臂管12与第三节臂架的臂架配管5对接。混凝土从转塔弯管泵出，经首端可切换臂管11，泵送至首端臂架配管3，再依次通过后面臂架配管及卸料软管泵送至施工地点。图5中显示，在长距离泵送施工时，首端臂架2及第二臂架6、第三节臂架4处于展开状态。全部臂架配管依次参加泵送施工的状态。此时，锁止钩18释放，末端齿轮16也与末端链齿轮15脱离啮合。首端臂架2，第二节臂架6，第三节臂架4，及部分末端臂架8顺次展开。混凝土从转塔弯管泵出，依次经首端可切换臂管11，首端臂架的臂架配管3，第二节臂架的臂架-8-配管7，末端可切换臂管12，第三节臂架的臂架配管5，通过其后臂架的臂架配管泵送至施工地点。3.4.方案的效果及特点泵车短距离泵送的解决方案，与现在仍旧沿用的施工技术方案相比较，可以产生以下积极效果。（见下表）短距离泵送时混凝土泵车不同泵送施工状况的比较泵车现在泵送施工的状况泵车改进后泵送施工的状况臂架工作状况﹡展开全部五节臂架进行泵送；﹡1臂竖起，2、3、4、5臂依次展开；﹡只展开部分末端臂架进行泵送；﹡1臂竖起，4、5臂展开；管道长度臂展高度1.混凝土通过全部臂架配管；2.臂架高拱蜷曲；1.混凝土通过部分臂架配管，长度减少40%；2.臂展高度降低约50%；工况及效果1.工况：泵送压力高；液压系统工作压力高；车载发动机负荷较大；2.效果：液压、泵送系统负荷大；管道和各系统高磨损；发动机高油耗、高排放；整车重心高，稳定性差；1.工况：泵送压力降低；液压系统工作压力降低；车载发动机负荷较小。2.效果：液压、泵送系统负荷小；管道和各系统低磨损；发动机油耗、排放下降；整车重心低，稳定性好；泵送结构特点﹡不论泵送距离远近，必须将泵车全臂架展开进行泵送。﹡短距离泵送选择使用部分臂架进行施工；﹡结构简单；﹡成本低、易实施；﹡不影响臂架受力；由比较可见，若泵车进行短距离泵送施工应用短距离泵送技术，相对臂展高度将降低50%，臂架配管的长度可以减少40%。毋容置疑，这种变化与原有的展开全部臂架进行短距离泵送的施工方式相比，泵送压力、液压系统工作压力、发动机负荷都将明显下降；相应的磨损消耗、功耗、能耗也会下降；提高功效、节能减排的效果自不待言。短距离泵送技术方案的特点是：发现短距离泵送存在的问题，探索解决这些问题的途径。提出的解决方案虽然应用的不是高新技术（其实高新技术并不表明就是创新），但是实用技术的应用特点得到了充分的体现：结构简单，工作可靠、实用性强。短距离泵送技术方案是以结构-9-改进的方式达到解决实际问题的目的，这一特点所产生的效果将在未来应用中得到更充分的体现。短距离泵送技术方案的另一特点是：臂架展开收回的机械运动过程与管道切换机构的工作过程比较协调。长远距离泵送时，在臂架展开前进行管道切换，之后展开全部臂架。施工结束收回臂架，管道切换机构的末端齿轮16与末端链齿轮15只是啮合或分离的变化，其传动关系保持不变。短距离泵送时，在臂架展开前进行管道切换，之后只展开部分末端臂架即可进行泵送施工。这对于臂架结构是RZ形式的泵车，施工过程更加方便。4.结束语泵车投放市场应用至今已经几十年，只是近十余年得到了大量应用。泵送技术也获得了飞速发展。但是不考虑泵送距离，展开全部臂架进行泵送施工的方式却始终未变。随着市场的需求泵送距离的不断提升，短距离泵送存在的浪费问题日趋严重。在节能降耗的当前，在注重环保节约资源的新形势下，对这一问题的解决显得更加迫切。因为水平和能力的局限，在此提出的方案不可能涵盖短距离泵送涉及的所有技术问题，也不是解决短距离泵送所有问题的最终方案。方案的一些细节还需进一步完善，如：管道连接处的连接结构（在此未作介绍）及密封问题；管道切换连接的自动化控制；实施对臂架和臂架管道转换遥控的一键切换等。但它为进一步提高泵车施工效率、节能降耗，提出了新的研究方向，提供了新的技术开发空间。本文作者简介：董连城现就职于天津市汉沽运输公司高级工程师该论文在工程机械协会2011年混凝土机械分会论文交流活动中获奖；该方案在2011（BICES）北京国际工程机械展会活动中获创意奖。