1、收稿日期 :2007-10-23作者簡(jiǎn)介 :蔣玉杰 (1956- , 女 , 吉林雙遼人 , 沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院副教授 , 博士 ; 張國(guó)忠 (1936- , 男 , 山東壽光人 ,原為東北大學(xué)教授 , 博士生導(dǎo)師 , 現(xiàn)為沈陽(yáng)大學(xué)特聘教授 第 20卷第 2期 2008年 4月 沈 陽(yáng) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)J OURNAL OF SHEN YAN G UN IV ERSIT Y Vol 120,No. 2Apr. 2008文章編號(hào) :100829225(2008 0220008203混凝土泵車主要技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)蔣玉杰 1, 張國(guó)忠 2, 曾 岑 3(1. 沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院 機(jī)械與汽車學(xué)院 , 遼寧

2、 沈陽(yáng) 110034;2. 沈陽(yáng)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 , 遼寧 沈陽(yáng) 110044; 3. 江南大學(xué) 機(jī)械學(xué)院 , 江蘇 無(wú)錫 214122摘 要 :分析了混凝土泵車主要技術(shù)指標(biāo)的影響因素 , 并以最大輸送距離和最大混凝土排出量為目標(biāo)提 出了一種泵車技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 關(guān) 鍵 詞 :混凝土泵車 ; 優(yōu)化 ; 泵送壓力 ; 輸送距離 中圖分類號(hào) :TU 645 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A混凝土泵車屬于專用類車輛 , 它將混凝土泵 和液壓折疊式臂架都安裝在汽車底盤(pán)上 , 架鋪設(shè)輸送管道 , , 所 在實(shí)際 應(yīng)用中 , 、 泵送壓力和輸送距離等性 能指標(biāo) , 是衡量混凝土泵車的工作性能的重要標(biāo) 志 在混凝土

3、泵車的設(shè)計(jì)中 , 這些指標(biāo)大小主要取 決于泵車的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) 本文提出了一種用于 確定泵車主要技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 , 可以使 混凝土泵車獲得較高的泵送能力 1 混凝土泵車的主要性能指標(biāo)與計(jì)算公式1. 1 混凝土排出量混凝土排出量是指泵車在單位時(shí)間內(nèi)輸送的 混凝土量 , 即混凝土泵車的生產(chǎn)率 一般可以通過(guò) 調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或主液壓泵的流量來(lái)改變泵車的 混凝土排出量 活塞式混凝土泵的排出量可用下式 1計(jì)算 :Q =6010-6D 2S n 124(1+t 2/t 1 (m 3/h 式中 , Q 為混凝土實(shí)際排量 , m 3/h ; D 為混凝土缸 內(nèi)徑 , mm ; S 為混凝土缸活塞有效工作行

4、程 , m ;n 為混凝土缸活塞每分鐘往復(fù)次數(shù) , 一般在 45次/min 以 下 ; 1、 2分 別 為 液 壓 泵 的 容 積 效 率(0951 的 吸 入 效 率 (0181; 2, 一般 t 2/t 1 012 1. 2 泵送壓力和輸送阻力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(zhǎng)短的能力 一般活塞式混凝土泵的最小泵 送壓力不小于 2MPa 混凝土泵的出口壓力可按下列公式 2計(jì)算 :p 1=p 32D 2=316N 032D 2/Q 0 式中 , p 為主液壓泵的出口壓力 , MPa ;

5、 0, 3分 別為主液壓泵容積效率 (01950198 和泵送系統(tǒng) 壓力系數(shù) (017018 ; d 為主液壓缸內(nèi)徑 , mm ;Q 0為主液壓泵理論排量 , Q 0=6010-6d 2S n/4, m 3/h ; N 為泵送系統(tǒng)消耗的功率 , kW , N =3160 混凝土泵的泵送壓力主要用來(lái)克服混凝土在 輸料管中流動(dòng)時(shí)的輸送阻力 包括混凝土與管壁 間的摩擦力和粘附力 , 在傾斜和垂直管中混凝土 的重力等 這些輸送阻力與管道長(zhǎng)度 、 布管狀態(tài) 、混凝土流速 、 輸料管直徑 、 混凝土坍落度及混凝土 配料比例等因素有關(guān) 實(shí)驗(yàn)表明 :混凝土流速越 高 , 則輸送阻力越大 ; 輸料管直徑越大 ,

6、 則輸送阻力越小 當(dāng)混凝土的水灰比或坍落度小時(shí) , 輸送阻 力也會(huì)增加 3 管道的輸送阻力 p s 可以按照下面 的公式計(jì)算 :p s =L(R+sin 式中 , p s 為管道的輸送阻力 , MPa ; R 為輸送管路 半徑 , m ; L 為輸送管路長(zhǎng)度 , m ; k 1為混凝土漿的 粘著系數(shù) , MPa , k 1=(3100-011S t 10-4; k 2為混凝土 漿 的 速 度 系 數(shù) , MPa/(m s -1 , k 2=(4100-011S t 10-4; S t 為混凝土坍落度 , cm ; v , v 分別為混凝土的實(shí)際流速和平均流速 , m/s v =1+t 1v ;

7、 為混凝土的容重 ; 為管路的軸線與水平方向傾角 綜上所述 , 混凝土的泵送壓力應(yīng)滿足下列條 件 :p 1=p s +p k式中 , p 1為混凝土的泵送壓力 , MPa ; p 時(shí)的液壓泵壓力 , 、 內(nèi)壓力損失之和 , 2111. 3 能達(dá)到的泵送壓力可以計(jì)算出泵車的輸送距離 (即輸送管長(zhǎng)度 L 為L(zhǎng) =p 1-p 2(k 1+k 2v /R +sin (m L 為混凝土泵能夠輸送的水平直管總長(zhǎng)度 ,實(shí)際計(jì)算中 , 可以按管道布置所用的垂直直管長(zhǎng) 度 、 錐形管長(zhǎng)度和彎管長(zhǎng)度換算出對(duì)應(yīng)的等效水 平直管長(zhǎng)度代入上式4 2 計(jì)算參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)2. 1 復(fù)合形法復(fù)合形法是求解約束優(yōu)化問(wèn)題的一種重

8、要的直接解法 它的基本思路 (見(jiàn)圖 1 是在可行域內(nèi)圖 1 復(fù)合形法的原理圖構(gòu)造一具有 k 個(gè)頂點(diǎn)的初始復(fù)合形 對(duì)該復(fù)合形各頂點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)值進(jìn)行比較 , 找到目標(biāo)函數(shù)值 最大的頂點(diǎn) (稱最壞點(diǎn) , 然后按一定的法則求出 目標(biāo)函數(shù)值下降方向的新點(diǎn) , 并用此點(diǎn)代替最壞 點(diǎn) , 構(gòu)成新的復(fù)合形 , 復(fù)合形的形狀每改變一次 , 就向最優(yōu)點(diǎn)移動(dòng)一步 , 直至逼近最優(yōu)點(diǎn) 2. 2 建立數(shù)學(xué)模型(1 目標(biāo)函數(shù)基于對(duì)混凝土泵車主要技術(shù)參數(shù)的了解 , 在 液壓泵功率消耗量一定的情況下 , 目標(biāo)函數(shù)可采 取如下兩種方式 ;為實(shí)現(xiàn)混凝土的遠(yuǎn)距離輸送 , 取最大輸送距 離 L 為目標(biāo)函數(shù) , 即min f (x =

9、1/, Q x 1/Q (在滿足混凝土泵車的工作性能要求的同時(shí) , 計(jì)算參數(shù)的設(shè)計(jì)還應(yīng)受到下列條件的限制 泵送壓力的限制 p 1 2MPa ;混凝土缸直徑的限制 , 常用的混凝土缸直 徑 D 在 150230mm 之間 輸送管路半徑 R 的限制 , 輸送管路半徑 應(yīng)在下列范圍內(nèi)選取 :50、 65、 70、 75、 100、 125、 140、 150、 200mm ;沖程長(zhǎng)度的限制 ; S 應(yīng)在 8002000mm 之間 ;坍落度的限制 , S t 的取值在 812cm 之 間 ;泵送能力指數(shù)的限制 ; M =p 1Q M min 綜上所述 , 建立約束函數(shù) :s. t. g 1(x =R

10、=(0. 05, 0. 065, 0. 07, 0. 075,0. 1, 0. 125, 0. 14, 0. 15, 0. 2 ;g 2(x =(0. 15 D 0, 23 ; g 3(x =p 1 2; g 4(x =p 1Q M min (3 設(shè)計(jì)變量在混凝土的計(jì)算參數(shù)中 , R 與 D 對(duì)混凝土的 排出量和輸送距離影響較大 輸送管的內(nèi)徑越小 ,混凝土的流速越快 , 但輸送阻力也增加 同理 , 混 凝土缸徑也要影響到混凝土的推送壓力和阻力 因此 , 可以取混凝土缸直徑 D 和輸送管半徑 R 為設(shè)計(jì)變量 , 即9第 2期 蔣玉杰等 :混凝土泵車主要技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)X =(x 1, x 2T

11、=(D , R T2. 3 計(jì)算步驟框圖復(fù)合形法的程序框圖見(jiàn)圖 2 圖 2 3 設(shè)計(jì)舉例以某一品牌的泵車為例 , 進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算 在這里取混凝土泵最大輸送距離 L 為目標(biāo)函數(shù) , 以混凝土缸直徑 D 和輸送管半徑 R 為設(shè)計(jì)變量 , 選取基本計(jì)算參數(shù)如下 :發(fā)動(dòng)機(jī)功率 N e =232kW , 泵送系統(tǒng)消耗的 功率 N =018N e , 液壓缸直徑 d (014016 D , 沖程長(zhǎng)度 S =2000mm , 坍落度 S t =10cm , n =25次 /min , 0=0197, 1=0195, 2=0185, 3=0175, =0, p k =118MPa , t 2/t 1=012

12、, v = v/60 用復(fù)合形法程序 , 在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行 9次 , 求得約束最優(yōu)解為 :當(dāng) R 0185D 時(shí) , x 3=D , R T =180, 150T , f (x 3 =01001245, 最大水平輸送距離 L max =803m ; 當(dāng) R 017D 時(shí) , x 3=D ,R T =180, 125T , f (x 3=0. 001459, 最大水平輸送距離 L max =668m . M .北京 :中國(guó) , 2004:90-122., 劉古岷 . 混凝土機(jī)械 M .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2001:46-94.3姜雪梅 . 混凝土泵車總體設(shè)計(jì)及 CAD 系統(tǒng)開(kāi)發(fā) D.沈陽(yáng) :

13、東北大學(xué) , 2000:4陳宜通 . 混凝土機(jī)械 M .北京 :中國(guó)建材出版社 , 2002:136-149.Optimizing Design of Concrete 2pump V ehicle s Main T echnicalParametersJ IA N G Y ujie 1, ZHA N G Guoz hong 2, ZEN G Cen 3(1. Shenyang Institute of Aeronautical Engineering , Shenyang 110136, China ; 2. Shenyang University , Shenyang 110044, China ; 3. Jiangnan University , Wuxi 214122, China Abstract :The influencing factors of concrete pump vehicle s main technical indicators are analyzed , with the greatest transmission distance and the biggest concrete emission