混凝土泵車底架設(shè)計(jì)及制造技術(shù)的完善與發(fā)展

      混凝土泵車的底架大多由回轉(zhuǎn)底座、支腿、擺動(dòng)油缸、伸縮油缸組成。作為混凝土泵車的主要受力構(gòu)件，其底架結(jié)構(gòu)大多設(shè)計(jì)成箱形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部又兼有油箱和水箱，它的設(shè)計(jì)合理流動(dòng)與否，直接影響著混凝土泵車的可靠性、整機(jī)穩(wěn)定性和整機(jī)自重。在bauma China 2004國(guó)際博覽會(huì)，許多國(guó)際知名的國(guó)內(nèi)外企業(yè)都展示出了自己的新產(chǎn)品或拳頭產(chǎn)品，同時(shí)也顯示出了底架的設(shè)計(jì)制造水平及造型風(fēng)格。伴隨著國(guó)內(nèi)工程機(jī)械的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)混凝土泵車底架的設(shè)計(jì)制造技術(shù)同國(guó)外先進(jìn)水平的差距在越來(lái)越小，同時(shí)國(guó)內(nèi)廠家在底架結(jié)構(gòu)工藝性及設(shè)計(jì)方面的研究也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。筆者結(jié)合多年來(lái)對(duì)泵車結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)制造方面的工作心得以及多次參加大型展覽會(huì)的切身體會(huì)，談?wù)勎覈?guó)當(dāng)前混凝土泵車底架的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，以及同國(guó)外先進(jìn)水平所面臨的差距。

      1混凝土泵車底架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及主要連接方式

      混凝土泵車的底架結(jié)構(gòu)主要由回轉(zhuǎn)底座及支腿構(gòu)成，回轉(zhuǎn)底座主要作用為聯(lián)結(jié)下車底盤，承擔(dān)上車臂架的工作重量及震動(dòng)；支腿的作用是保證混凝土泵車在工作中的安全性和穩(wěn)定性。由于混凝土泵車不像起重機(jī)那樣安裝平衡重，因此當(dāng)泵車的水平外伸量較大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生很大的傾覆力矩。這些傾覆力矩主要靠支腿的反力來(lái)平衡，因此，要求支腿要有足夠的結(jié)構(gòu)尺寸，足夠的支撐面積。同時(shí)回轉(zhuǎn)底座及支腿還要有足夠的強(qiáng)度和抗疲勞性。

      底架結(jié)構(gòu)按照支腿的伸展支撐方式，主要分為：前后擺動(dòng)型支腿，前后伸縮弄支腿，前伸縮后擺動(dòng)型支腿。

      前后擺動(dòng)型支腿不甘落后 底架結(jié)構(gòu)（見圖5），支腿的張開是繞回轉(zhuǎn)底座的鉸點(diǎn)擺動(dòng)來(lái)完成的，工作穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)圖制造簡(jiǎn)單；但在泵車的兩側(cè)必須留有足夠的空間，作業(yè)場(chǎng)地受到一定的限制。由于受到整車外形尺寸的限制，及整車工作穩(wěn)定性的原因，國(guó)內(nèi)外混凝土泵車生產(chǎn)廠家大多采用此種結(jié)構(gòu)形式。

      前后伸縮型支腿也稱XH弄支腿，是指支腿在回轉(zhuǎn)底座的箱形框架內(nèi)水平伸展及回縮，泵車左右兩側(cè)的支腿可以呈X形立體交叉，也可以平等伸縮。由于受到泵車寬度尺寸的影響，其支腿的結(jié)構(gòu)尺寸及伸展長(zhǎng)度受到很大的限制，對(duì)回轉(zhuǎn)底座箱形框架的制造精度要求較高，同時(shí)其整個(gè)底架結(jié)構(gòu)的重量也相對(duì)重一些，且需采用內(nèi)置式油缸，拆裝維修困難，所以在37m以上級(jí)別系列已很少有廠家采用。只是在泵車發(fā)展的早其階段被大多數(shù)廠家使用，但是由于其具有更為靈活的作業(yè)空間，現(xiàn)在仍然有廠家在運(yùn)用這種結(jié)構(gòu)形式。如意大利CIFA37m泵車、MEBCO37m泵車（見圖1）。

      前伸縮后擺動(dòng)型支腿結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)就是在回轉(zhuǎn)底座的前端部連接伸縮型支腿，由于該型號(hào)的底架結(jié)構(gòu)結(jié)合了前兩者的優(yōu)點(diǎn)，重量降低且具有狹窄工地施工的優(yōu)勢(shì)，被越來(lái)越多的廠家所采用。2004年徐工重型就在國(guó)內(nèi)首家推出了前伸縮后擺動(dòng)型支腿結(jié)構(gòu)的泵車HB40（見圖1），其國(guó)外的生產(chǎn)廠家主要有德國(guó)PM公司42m以下級(jí)別系列，韓國(guó)全進(jìn)40m以下級(jí)別系列等。

      2混凝土泵車底架設(shè)計(jì)制造中的難點(diǎn)及重點(diǎn)

      回轉(zhuǎn)底座作為底架結(jié)構(gòu)中的主要連接結(jié)構(gòu)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，既要保證工作中的動(dòng)強(qiáng)度及剛性，又要使焊縫具有耐震動(dòng)的能力，所以如何有效地正確計(jì)算，得出整個(gè)回轉(zhuǎn)底座的應(yīng)力分布是設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。徐工重型大力開展有限元方面的研究，對(duì)回轉(zhuǎn)底座的計(jì)算進(jìn)行了成功的探索，取得了寶貴的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)回轉(zhuǎn)底座內(nèi)部又大多設(shè)計(jì)成油箱及水箱，如何避免焊接區(qū)域延時(shí)裂紋的產(chǎn)生是制造中的難點(diǎn)；有效避免焊接的滲漏也是制造工作中一大重點(diǎn)。磁粉探傷加煉油滲漏檢測(cè)法及其超聲波檢測(cè)法都是很好的檢測(cè)方法。具體采用何種經(jīng)濟(jì)的方法，國(guó)內(nèi)廠家還要根據(jù)自身設(shè)備情況進(jìn)行比較分析并最終確定。

      一般情況下，混凝土泵邊底架回轉(zhuǎn)區(qū)域由于連接回轉(zhuǎn)支撐及回轉(zhuǎn)減速機(jī)，為了保證回轉(zhuǎn)減速機(jī)及回轉(zhuǎn)支撐具有良好的嚙合特性，回轉(zhuǎn)部位均設(shè)計(jì)有較大的剛度，在該區(qū)域的設(shè)計(jì)中各廠家都廣泛采用的辦法是薄座圈板加筋增加整體剛性的辦法（見圖3）以及厚座圈鋼板的連接方法（見圖4）。意大利CIFA公司在這方面進(jìn)行了很好的探索，該公司采用了厚座圈板整體鑄鋼的方案，使筒體與座圈板的焊縫整體下移，既保證了回轉(zhuǎn)區(qū)域的高剛性，又有效解決了座圈板焊接變形的問(wèn)題（見圖4）。

      為了使底架中支腿結(jié)構(gòu)的坑疲勞性能更強(qiáng)，在支腿結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中廣泛使用了超高強(qiáng)度剛才諸如WELDOX700、WELDOX960等新材料，同時(shí)其主要受力焊縫大多處理成坡口角凸焊縫因震動(dòng)而引起的疲勞特性，使應(yīng)力集中的程度降至最小。所以支腿結(jié)構(gòu)主受力焊縫如何處理應(yīng)作為一個(gè)重點(diǎn)來(lái)把握。

      回轉(zhuǎn)底座與支腿鉸點(diǎn)的連接區(qū)域，是底架結(jié)構(gòu)的最危險(xiǎn)蕩然無(wú)存，因此，回轉(zhuǎn)底座與支腿連接鉸點(diǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是底架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的又一個(gè)重點(diǎn)。由于受計(jì)算方法，經(jīng)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)手段的影響。在底架結(jié)構(gòu)鉸點(diǎn)的設(shè)計(jì)上呈現(xiàn)出多樣化及修改化的趨勢(shì)——意大利ANTONELLI公司在鉸點(diǎn)的設(shè)計(jì)方面就傾向于箱形結(jié)構(gòu)（見圖5），這種設(shè)計(jì)思想與制造難度比較符合國(guó)內(nèi)廠家的思路，成為眾多廠家模仿的藍(lán)本。意大利CIFA公司則采用了厚板對(duì)接的連接結(jié)構(gòu)，由于這種結(jié)構(gòu)有其折疊空間小的優(yōu)點(diǎn)，仍然有不少?gòu)S家采用。這種結(jié)構(gòu)形式在焊接中就需要很好的處理厚板與薄板件的對(duì)接，厚板焊前預(yù)熱問(wèn)題。德國(guó)PM公司在鉸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的處理上最有特色，博采眾長(zhǎng)，多樣化，其42m以下級(jí)別系列采用了厚薄板對(duì)接的連接方式，42m以下級(jí)別系列則采用了條形的連接結(jié)構(gòu)?？梢娖湓O(shè)計(jì)及制造技術(shù)研究的具體化，深入化。

      3設(shè)計(jì)優(yōu)化理論和計(jì)算方法在設(shè)計(jì)、制造中的應(yīng)用

      混凝土泵車設(shè)計(jì)所使用的計(jì)算理論和計(jì)算方法，對(duì)底架中支腿及回轉(zhuǎn)底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響也非常大。知名企業(yè)都有自己的科研機(jī)構(gòu)，對(duì)混凝土泵車的底架的計(jì)算理論、制造工藝等都有深入的研究，早已廣泛使用FEM（有限元法）等新的計(jì)算方法，大大減輕了整機(jī)的重量。我國(guó)許多企業(yè)也FEM等計(jì)算方法，但一般都只是驗(yàn)算。所使用的計(jì)算理論基本上還是按照七八十年代起重機(jī)車架的計(jì)算方法，許多局部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都是憑經(jīng)驗(yàn)或簡(jiǎn)單的計(jì)算。另外，我們對(duì)焊接、彎形等工藝所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，變形等的研究也很少，許多工作研究只是停留在理論上，很少在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中使用致使我們的許多工作產(chǎn)品在技術(shù)水平、實(shí)物質(zhì)量上有很大的差異。

      底架結(jié)構(gòu)由于隨了整車的傾覆彎距及泵送系統(tǒng)的震動(dòng)，其局部的損壞多是以局部結(jié)構(gòu)的疲勞破壞為主。由于混凝土泵車工作工況的惡劣性及復(fù)雜性，所以深入研究底架結(jié)構(gòu)特別是鉸點(diǎn)區(qū)域等高應(yīng)力區(qū)域的疲勞特性、開展底架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化研究，將是設(shè)計(jì)工作的重中之重；有效減少焊接應(yīng)力，如何避免油箱、水箱等焊接區(qū)域延時(shí)裂紋的產(chǎn)生將是制造工作中所面臨的重要課題。

      底架結(jié)構(gòu)是混凝土泵車的重要組成部分，它的外觀造型、重量直接影響整機(jī)的造型和性能。新材料的出現(xiàn)，液電技術(shù)和制造工藝的快速發(fā)展風(fēng)燭殘年混凝土泵車的發(fā)展提供了巨大的催化劑，統(tǒng)一造型風(fēng)格的系列化混凝土泵車支腿結(jié)構(gòu)形式為參數(shù)化設(shè)計(jì)提供了可能。為了縮短我國(guó)產(chǎn)品同國(guó)外先進(jìn)水平的差距，首先，我們應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)計(jì)算理論、制造工藝、支腿結(jié)構(gòu)形式對(duì)整車的穩(wěn)定性的影響等方面的優(yōu)化研究，對(duì)產(chǎn)品在使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，并上升到理論高度，其實(shí)，不斷完善工裝、工藝，提高員工的技術(shù)水平，變粗糙生產(chǎn)為精細(xì)化生產(chǎn)，提高產(chǎn)品的實(shí)物質(zhì)量；最后，在新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中講求實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，并富有創(chuàng)造性和賦予新意。當(dāng)產(chǎn)品發(fā)展到一定程度，創(chuàng)造性和新意更能提高客戶的購(gòu)買欲，更能體現(xiàn)自己產(chǎn)品差異性和核心競(jìng)爭(zhēng)力。

      4混凝土泵車底架結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)

      從bauma China 2004國(guó)際博覽會(huì)及各種大型展覽會(huì)上也可以得出：各廠家為了顯示自己的技術(shù)實(shí)力紛紛推出更長(zhǎng)的布料臂架泵車，42m以上級(jí)別系列由于受結(jié)構(gòu)尺寸，整車高度，穩(wěn)定性等方面的影響，各廠家又趨于一致，基本上都采用了前后擺動(dòng)型支腿結(jié)構(gòu)的連接方式。由于新材料的應(yīng)用、計(jì)算方法及實(shí)驗(yàn)手段的更加完善，使得底架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加靈巧化、藝術(shù)化、制造更加簡(jiǎn)便。

      德國(guó)Waitzinger公司推出的完美造型與藝術(shù)風(fēng)格的“飛龍”式支腿結(jié)構(gòu)的36m泵車（見圖6）。體現(xiàn)了設(shè)計(jì)及藝術(shù)的完美統(tǒng)一。施維英推出的X弧形支撐系統(tǒng)（見圖7），其整體化的穩(wěn)定裝置避免了反跳現(xiàn)象，且在節(jié)約泵車施工空間和減重兩方面都有較大突破，使使用功能與造型設(shè)計(jì)又取得了巨大飛躍。

      單邊支撐系統(tǒng)等專有技術(shù)的應(yīng)用，使其在狹小街道或受限制的工地上的施工成為現(xiàn)實(shí)。如德國(guó)SCHWING公司的EASY系統(tǒng)（見圖7）及德國(guó)PM公司總裁的OSS系統(tǒng)等，均采用安全鎖定裝置控制布料桿的回轉(zhuǎn)范圍，實(shí)現(xiàn)支腿的單側(cè)支撐。

      隨著機(jī)電液技術(shù)的發(fā)展，底架結(jié)構(gòu)形式的靈活設(shè)計(jì)，使泵車適應(yīng)多種工地工況成為可能。為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品成本的差異性和爭(zhēng)取到更大的賣點(diǎn)，在底架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中各廠家紛紛撤出自己的特色、向多樣化、個(gè)性化、專有化發(fā)展。