混凝土泵车底架设计及制造技术的完善与发展

      混凝土泵车的底架大多由回转底座、支腿、摆动油缸、伸缩油缸组成。作为混凝土泵车的主要受力构件，其底架结构大多设计成箱形结构，其内部又兼有油箱和水箱，它的设计合理流动与否，直接影响着混凝土泵车的可靠性、整机稳定性和整机自重。在bauma China 2004国际博览会，许多国际知名的国内外企业都展示出了自己的新产品或拳头产品，同时也显示出了底架的设计制造水平及造型风格。伴随着国内工程机械的快速发展，国内混凝土泵车底架的设计制造技术同国外先进水平的差距在越来越小，同时国内厂家在底架结构工艺性及设计方面的研究也取得了长足的进步。笔者结合多年来对泵车结构件设计制造方面的工作心得以及多次参加大型展览会的切身体会，谈谈我国当前混凝土泵车底架的设计制造技术，以及同国外先进水平所面临的差距。

      1混凝土泵车底架结构的特点及主要连接方式

      混凝土泵车的底架结构主要由回转底座及支腿构成，回转底座主要作用为联结下车底盘，承担上车臂架的工作重量及震动；支腿的作用是保证混凝土泵车在工作中的安全性和稳定性。由于混凝土泵车不像起重机那样安装平衡重，因此当泵车的水平外伸量较大时，就会产生很大的倾覆力矩。这些倾覆力矩主要靠支腿的反力来平衡，因此，要求支腿要有足够的结构尺寸，足够的支撑面积。同时回转底座及支腿还要有足够的强度和抗疲劳性。

      底架结构按照支腿的伸展支撑方式，主要分为：前后摆动型支腿，前后伸缩弄支腿，前伸缩后摆动型支腿。

      前后摆动型支腿不甘落后 底架结构（见图5），支腿的张开是绕回转底座的铰点摆动来完成的，工作稳定性好，结构图制造简单；但在泵车的两侧必须留有足够的空间，作业场地受到一定的限制。由于受到整车外形尺寸的限制，及整车工作稳定性的原因，国内外混凝土泵车生产厂家大多采用此种结构形式。

      前后伸缩型支腿也称XH弄支腿，是指支腿在回转底座的箱形框架内水平伸展及回缩，泵车左右两侧的支腿可以呈X形立体交叉，也可以平等伸缩。由于受到泵车宽度尺寸的影响，其支腿的结构尺寸及伸展长度受到很大的限制，对回转底座箱形框架的制造精度要求较高，同时其整个底架结构的重量也相对重一些，且需采用内置式油缸，拆装维修困难，所以在37m以上级别系列已很少有厂家采用。只是在泵车发展的早其阶段被大多数厂家使用，但是由于其具有更为灵活的作业空间，现在仍然有厂家在运用这种结构形式。如意大利CIFA37m泵车、MEBCO37m泵车（见图1）。

      前伸缩后摆动型支腿结构的特点就是在回转底座的前端部连接伸缩型支腿，由于该型号的底架结构结合了前两者的优点，重量降低且具有狭窄工地施工的优势，被越来越多的厂家所采用。2004年徐工重型就在国内首家推出了前伸缩后摆动型支腿结构的泵车HB40（见图1），其国外的生产厂家主要有德国PM公司42m以下级别系列，韩国全进40m以下级别系列等。

      2混凝土泵车底架设计制造中的难点及重点

      回转底座作为底架结构中的主要连接结构，因为结构的复杂性，既要保证工作中的动强度及刚性，又要使焊缝具有耐震动的能力，所以如何有效地正确计算，得出整个回转底座的应力分布是设计中的难点。徐工重型大力开展有限元方面的研究，对回转底座的计算进行了成功的探索，取得了宝贵的设计经验。同时回转底座内部又大多设计成油箱及水箱，如何避免焊接区域延时裂纹的产生是制造中的难点；有效避免焊接的渗漏也是制造工作中一大重点。磁粉探伤加炼油渗漏检测法及其超声波检测法都是很好的检测方法。具体采用何种经济的方法，国内厂家还要根据自身设备情况进行比较分析并最终确定。

      一般情况下，混凝土泵边底架回转区域由于连接回转支撑及回转减速机，为了保证回转减速机及回转支撑具有良好的啮合特性，回转部位均设计有较大的刚度，在该区域的设计中各厂家都广泛采用的办法是薄座圈板加筋增加整体刚性的办法（见图3）以及厚座圈钢板的连接方法（见图4）。意大利CIFA公司在这方面进行了很好的探索，该公司采用了厚座圈板整体铸钢的方案，使筒体与座圈板的焊缝整体下移，既保证了回转区域的高刚性，又有效解决了座圈板焊接变形的问题（见图4）。

      为了使底架中支腿结构的坑疲劳性能更强，在支腿结构的设计中广泛使用了超高强度刚才诸如WELDOX700、WELDOX960等新材料，同时其主要受力焊缝大多处理成坡口角凸焊缝因震动而引起的疲劳特性，使应力集中的程度降至最小。所以支腿结构主受力焊缝如何处理应作为一个重点来把握。

      回转底座与支腿铰点的连接区域，是底架结构的最危险荡然无存，因此，回转底座与支腿连接铰点的结构设计是底架结构设计的又一个重点。由于受计算方法，经验及实验手段的影响。在底架结构铰点的设计上呈现出多样化及修改化的趋势——意大利ANTONELLI公司在铰点的设计方面就倾向于箱形结构（见图5），这种设计思想与制造难度比较符合国内厂家的思路，成为众多厂家模仿的蓝本。意大利CIFA公司则采用了厚板对接的连接结构，由于这种结构有其折叠空间小的优点，仍然有不少厂家采用。这种结构形式在焊接中就需要很好的处理厚板与薄板件的对接，厚板焊前预热问题。德国PM公司在铰点结构的处理上最有特色，博采众长，多样化，其42m以下级别系列采用了厚薄板对接的连接方式，42m以下级别系列则采用了条形的连接结构。可见其设计及制造技术研究的具体化，深入化。

      3设计优化理论和计算方法在设计、制造中的应用

      混凝土泵车设计所使用的计算理论和计算方法，对底架中支腿及回转底座结构设计的影响也非常大。知名企业都有自己的科研机构，对混凝土泵车的底架的计算理论、制造工艺等都有深入的研究，早已广泛使用FEM（有限元法）等新的计算方法，大大减轻了整机的重量。我国许多企业也FEM等计算方法，但一般都只是验算。所使用的计算理论基本上还是按照七八十年代起重机车架的计算方法，许多局部结构的设计都是凭经验或简单的计算。另外，我们对焊接、弯形等工艺所产生的内应力，变形等的研究也很少，许多工作研究只是停留在理论上，很少在产品设计中使用致使我们的许多工作产品在技术水平、实物质量上有很大的差异。

      底架结构由于随了整车的倾覆弯距及泵送系统的震动，其局部的损坏多是以局部结构的疲劳破坏为主。由于混凝土泵车工作工况的恶劣性及复杂性，所以深入研究底架结构特别是铰点区域等高应力区域的疲劳特性、开展底架结构的优化研究，将是设计工作的重中之重；有效减少焊接应力，如何避免油箱、水箱等焊接区域延时裂纹的产生将是制造工作中所面临的重要课题。

      底架结构是混凝土泵车的重要组成部分，它的外观造型、重量直接影响整机的造型和性能。新材料的出现，液电技术和制造工艺的快速发展风烛残年混凝土泵车的发展提供了巨大的催化剂，统一造型风格的系列化混凝土泵车支腿结构形式为参数化设计提供了可能。为了缩短我国产品同国外先进水平的差距，首先，我们应该加强对计算理论、制造工艺、支腿结构形式对整车的稳定性的影响等方面的优化研究，对产品在使用过程中出现的问题进行总结，并上升到理论高度，其实，不断完善工装、工艺，提高员工的技术水平，变粗糙生产为精细化生产，提高产品的实物质量；最后，在新产品的设计过程中讲求实用性和经济性，并富有创造性和赋予新意。当产品发展到一定程度，创造性和新意更能提高客户的购买欲，更能体现自己产品差异性和核心竞争力。

      4混凝土泵车底架结构的发展趋势

      从bauma China 2004国际博览会及各种大型展览会上也可以得出：各厂家为了显示自己的技术实力纷纷推出更长的布料臂架泵车，42m以上级别系列由于受结构尺寸，整车高度，稳定性等方面的影响，各厂家又趋于一致，基本上都采用了前后摆动型支腿结构的连接方式。由于新材料的应用、计算方法及实验手段的更加完善，使得底架结构的设计更加灵巧化、艺术化、制造更加简便。

      德国Waitzinger公司推出的完美造型与艺术风格的“飞龙”式支腿结构的36m泵车（见图6）。体现了设计及艺术的完美统一。施维英推出的X弧形支撑系统（见图7），其整体化的稳定装置避免了反跳现象，且在节约泵车施工空间和减重两方面都有较大突破，使使用功能与造型设计又取得了巨大飞跃。

      单边支撑系统等专有技术的应用，使其在狭小街道或受限制的工地上的施工成为现实。如德国SCHWING公司的EASY系统（见图7）及德国PM公司总裁的OSS系统等，均采用安全锁定装置控制布料杆的回转范围，实现支腿的单侧支撑。

      随着机电液技术的发展，底架结构形式的灵活设计，使泵车适应多种工地工况成为可能。为了实现产品成本的差异性和争取到更大的卖点，在底架的结构设计中各厂家纷纷撤出自己的特色、向多样化、个性化、专有化发展。