混凝土泵車關鍵部件管路裝配工裝設計

朱奇，曹君，申軼穎，黃宇華

（湖南工業職業技術學院機械工程學院,長沙 410208）

0 引言

混凝土泵車施工時，連接臂架與底架的關鍵部件——轉臺及固定在轉臺上的混凝土管路在馬達驅動下需繞回轉中心旋轉，如圖1所示。若混凝土管路中心與回轉中心不同心，則易導致轉臺混凝土管路與底架混凝土管路被強行扭斷。特別對于長臂架混凝土泵車，由于轉臺與臂架連接的上鉸點距離回轉中心較遠，管路布置復雜，若混凝土管路中心與回轉中心同心度出現較大偏差，轉臺回轉時管路更易被扭斷[1]，長臂架混凝土泵車轉臺結構及管路布置如圖2所示。因此，裝配時保證轉臺混凝土管路中心與回轉中心同心對設備施工安全具有重要意義。

圖1 混凝土泵車管路布置圖

圖2 長臂架混凝土泵車轉臺結構及管路布置

1 轉臺混凝土管路裝配現狀分析

目前，裝配時，為保證混凝土泵車轉臺管路與回轉中心同心，一般使用三點測量與簡易焊接工裝。

1）采用傳統的三點測量定中心法（如圖3）。使用直尺和輔助工具在轉臺底板外圓上找3個不同位置分別作為圓心，以轉臺回轉半徑為半徑劃線，則3條劃線相交的地方即為管路中心。此方法理論上可行，但受測量誤差及裝配工人的技術水平影響，找到的管路安裝中心會存在偏差，且不同設備的裝配一致性很難保證。該方法需3人配合完成（2人配合使用輔助工具，1人聯接管卡與混凝土管路），每臺車的裝配耗時約40 min左右。

圖3 轉臺管路中心三點定位圖

2）使用簡易焊接工裝（如圖4）。將焊接工裝固定在轉臺底板上，以轉臺底板外邊緣作為定位基準。因工裝靠平面與轉臺底板外圓面接觸定位，而轉臺底板外圓面為非精加工面，所以混凝土管路的定位同心度也不高，且不同型號的混凝土泵車需要不同大小的工裝，通用性較差。該方法也需3人配合完成（1人扶住焊接工裝，1人托舉工裝，1人聯接管卡與混凝土管路），每臺車的裝配耗時約30 min左右。

圖4 轉臺管路裝配焊接工裝示意圖

上述兩種方法都難以嚴格保證轉臺管路中心與回轉中心的同心度，且工作效率不高。在長臂架混凝土泵車的使用中，因轉臺管路中心定位不準導致的設備故障問題經常出現。因此，為長臂架混凝土泵車轉臺管路的裝配設計一套專門工裝，對保證轉臺混凝土管路裝配質量、提高工作效率和安全可靠性、降低勞動強度有著積極的作用。

2 轉臺混凝土管路裝配工裝設計思路

1）工裝定位精度較高，滿足要求；

2）工裝適用于不同型號的混凝土泵車，具有較好的通用性；

3）工裝操作簡單、移動方便、效率較高。

根據需要實現的功能分析，為滿足以上要求，轉臺混凝土管路工裝可以由定位機構和頂升機構兩部分組成。定位機構要求定位精度較高，制作方便。轉臺底板上的螺栓孔和下表面是機械加工得到的，因此可考慮作為工裝定位基準使用；另外，轉臺為大型結構件，回轉半徑較大（長臂架轉臺底板半徑在1 m左右），為降低成本、簡化結構，定位機構可使用焊接與機加相結合的方式制作。頂升機構要求結構簡單，操作方便，在頂升過程中應能夠實現自鎖。而滿足頂升運動可選的常用機構有液壓傳動、電氣傳動、杠桿、千斤頂、齒輪/齒條等。液壓傳動和杠桿需要較大的工作空間；液壓系統與電氣系統成本較高，還需動力源；千斤頂行程較小，且速度較慢[2-3]。因此，頂升機構可以選擇純機械式的齒輪、齒條傳動機構。

3 轉臺混凝土管路裝配工裝結構組成及工作原理

3.1 工裝結構組成

轉臺混凝土管路裝配工裝由定位機構和頂升機構兩部分組成，通過螺栓連接，工裝模型如圖5所示。定位機構結構示意如圖6所示，定位機構以定位安裝板上的螺栓孔和上表面作為定位基準，并與轉臺底板上的螺栓孔和下表面相配合。定位安裝板上根據不同型號混凝土泵車轉臺的回轉半徑分布有多排螺栓孔，且螺栓孔的分布半徑與不同型號轉臺的回轉半徑匹配一致，這樣就可以保證工裝的通用性。頂升機構結構示意如圖7所示，頂升機構底部自帶萬向輪，可移動，可鎖止；齒輪、齒條運動可根據需要升降定位機構，棘輪機構可阻止頂升機構逆向滑落，棘輪機構模型如圖8所示。

圖5 轉臺混凝土管路裝配工裝模型

圖6 定位機構結構示意圖

圖7 頂升機構結構示意圖

圖8 頂升機構棘輪機構模型

3.2 工裝工作原理

轉臺混凝土管路安裝時，先使用螺栓將定位機構與頂升機構聯接，然后搖動手柄，借助齒輪齒條運動并配合棘輪機構，向上頂升定位機構。待頂升機構上升到合適的高度，將定位機構定位板上與回轉半徑匹配的螺栓孔與轉臺螺栓孔對準，使用螺栓聯接固定，此時定位機構中的管卡中心與轉臺底板中心（即回轉中心）重合。然后打開管卡，固定混凝土管路，完成轉臺混凝土管路的定位。混凝土管路裝配工裝結構示意如圖9所示。

圖9 工裝裝配結構示意圖

4 結語

針對混凝土泵車轉臺管路安裝時與回轉中心不同心的現象，分析了目前2種傳統管路裝配方法及存在的問題。根據轉臺自身結構特點及安裝場地要求，設計了新的管路裝配工裝，介紹了工裝設計的總體思路、具體結構組成及工作原理。使用新的工裝對轉臺混凝土管路進行安裝時，裝配工人可以由原來的3人減少至1人，安裝時間也將控制在10 min以內。新的工裝不僅可以提高工作效率、降低勞動強度，而且也可以提升作業安全性，保證轉臺混凝土管路的裝配質量，提高混凝土泵車的裝配工藝。工裝結構簡單、操作方便，具有較好的經濟價值和較好的推廣價值。