4.3.1 混凝土输送泵
1.用途与分类
混凝土输送泵用于垂直和水平方向输送混凝土，具有效率高、质量好、机械化程度高和作业时不受现场条件限制并可减少污染等特点。
混凝土输送泵的分类方法有：
（1）按其工作原理可分为挤压式混凝土泵和液压活塞式混凝土泵。
挤压式混凝土泵主要由料斗、鼓形泵、驱动装置、真空系统和输送管等组成。主要特点有：结构简单、造价低、维修容易且工作平稳。由于输送量及泵送混凝土压力小，输送距离短，目前已很少采用。
液压活塞式混凝土泵主要由料斗、混凝土缸、分配阀、液压控制系统和输送管等组成。通过液压控制系统使分配阀交替启闭。液压缸与混凝土缸相连，通过液压缸活塞杆的往复运动以及分配阀的协同动作，使两个混凝土缸轮流交替完成吸入与排出混凝土的工作过程。目前国内外均普遍采用液压活塞式混凝土泵。
（2）按移动形式可分为：
固定式混凝土泵（HBG）——安装在固定机座上的混凝土泵。
拖式混凝土泵（HBT）——安装在可以拖行的底盘上的混凝土泵。
车载式混凝土泵（HBC）——安装在机动车辆底盘上的混凝土泵。
（3）按其理论输送量可分为超小型（10～20m3/h）、小型（30～40m3/h）、中型（50～95m3/h）、大型（100～150m3/h）和超大型（160～200m3/h）。
（4）按其驱动方式可分为电动机驱动和柴油机驱动两种。
（5）按工作时混凝土泵出口的混凝土压力（即泵送混凝土压力）可分为低压（2.0～5.0MPa）、中压（6.0～9.5MPa）、高压（10.0～16.0MPa）和超高压（22.0～28.5MPa）。
2.构造及工作原理
图4-26所示为HBT60型混凝土输送泵，它主要由料斗、泵送系统、液压系统、清洗系统、电气系统、电机、行走底盘等组成。
图4-26 HBT60型混凝土输送泵
1—分配机构；2—搅拌机构；3—料斗；4—机架；5—液压油箱；6—机罩；7—液压系统；8—冷却系统；9—拖运桥；10—润滑系统；11—动力系统；12—工具箱；13—清洗系统；14—电机；15—电气系统；16—软启动箱；17—支地轮；18—泵送系统
其泵送系统如图4-27所示。泵送机构由两只主油缸1、2，水箱3，换向机构4，两只混凝土缸5、6，两只混凝土缸活塞7、8，料斗14，分配阀12（S形阀），摆臂9，两只摆动油缸10、11和出料口13组成。
图4-27 泵送机构
1、2—主油缸；3—水箱；4—换向机构；5、6—混凝土缸；7、8—混凝土缸活塞；9—摆臂；10、11—摆动油缸；12—分配阀；13—出料口；14—料斗
混凝土缸活塞（7、8）分别与主油缸（1、2）活塞杆连接，在主油缸液压油作用下，作往复运动，一缸活塞前进，则另一缸活塞后退，混凝土缸出口与料斗连通，分配阀一端接出料口，另一端通过花键轴与摆臂连接，在摆动油缸作用下，可以左右摆动。
泵送混凝土料时，在主油缸作用下，混凝土缸活塞7前进，混凝土缸活塞8后退，同时在摆动油缸作用下，分配阀12与混凝土缸5连通，混凝土缸6与料斗连通。这样混凝土缸活塞8后退，便将料斗内的混凝土吸入混凝土缸，混凝土缸活塞7前进，则将混凝土缸内的混凝土料送入分配阀泵出。
当混凝土活塞8后退至行程终端时，触发水箱3中的换向机构4，主油缸1、2换向，同时摆动油缸10、11换向，使分配阀12与混凝土缸6连通，混凝土缸5与料斗连通，这时活塞7后退，8前进。如此循环，从而实现连续泵送。
反泵时，通过反泵操作，使处在吸入行程的混凝土缸与分配阀连通，处在推送行程的混凝土缸与料斗连通，从而将管路中的混凝土抽回料斗（如图4-28所示）。
图4-28
泵送系统通过分配阀的转换完成混凝土的吸入与排出动作，因此分配阀是混凝土泵中的关键部件，其形式直接影响到混凝土泵的性能。
几种常见分配阀形式：
（1）垂直轴蝶形阀（如图4-29）
在料斗、混凝土缸与混凝土泵出口之间的通道上，设置一个蝶形板，在液压缸活塞杆的推动下蝶形板翻动，使工作缸2、3得到与输送管1及集料斗不同的通道。该阀具有结构简单、体积小、混凝土流道短、换向阻力小和检修方便等特点。
图4-29 垂直轴蝶形阀
1—通输送管；2、3—工作缸；4—蝶形板；5—壳板
（2）S形阀（如图4-30）
S形阀置于料斗内，一端与混凝土泵出口接通，另一端在两个液压缸活塞杆的作用下做往复摆动，分别与两个混凝土缸A、B接通。当S形阀与混凝土缸B接通时，B缸压送混凝土，此时A缸吸入混凝土；当S形阀与混凝土缸A接通时，则A缸压送、 B缸吸入混凝土，如此实现吸料和排料的过程。S形阀本身就是输送管的部分，流道截面形状没有变化，故泵送阻力小。S形阀与阀体之间具有磨损自动补偿系统，并设置了耐磨环和耐磨板。易损件磨损后便于维修和更换。因泵送混凝土压力大，具有输送距离远和输送高度大的特点。
图4-30 S形阀
（3）C形阀（如图4-31）
C形阀置于料斗内，一端与混凝土泵出口10接通，另一端在两个液压缸的作用下做往复摆动，分别与两个混凝土缸7接通，实现吸料和排料过程。该阀具有下列特点：清除残余混凝土容易；更换方便；耐磨板与C形阀之间的接触面可由自动密封环自动补偿磨损量；C形阀采用厚锰钢材料，耐磨；没有类似S形阀的摆轴，混凝土能直接吸入混凝土缸，吸入效率高；C形阀轴承位于混凝土区域之外，可免除经常维护；对骨料的适应性较强等。
图4-31 C形阀
1—集料斗；2—C形阀；3—摆动管口；4—工作缸口；5—可更换的摩擦板面；6—缸头；7—工作缸；8—清水箱；9—主油缸；10—输送管口
（4）斜置式闸板阀（如图4-32）
图4-32 斜置式闸板阀
1—料斗；2—液压缸；3—闸板；4—混凝土工作缸；5—液压缸活塞；6—输送管
该阀设置在料斗1后部，这样既可以降低料斗的高度，又使泵体紧凑而且不妨碍搅拌车向料斗卸料，两个液压缸各有一个闸板阀，在液压缸2活塞杆的作用下做往复运动，完成打开或关闭混凝土的进、出料口的动作。此阀对混凝土的适应性强，但结构复杂。更换此阀时需拆下料斗，故维修不便。出料口采用Y形管，压力损失较大，故泵送混凝土压力小。
3.混凝土泵选型
（1）混凝土泵的选型应根据工程对象、特点、要求的最大输送量、最大输送距离与混凝土浇筑计划以及具体条件进行综合考虑。
（2）混凝土泵的生产率可按下式计算：
Q=60AnsaK
式中：Q——混凝土泵的生产率，m3/h；
A——混凝土泵活塞横断面积，m2；
s——～混凝土泵活塞行程，m；
n——混凝土泵活塞每分钟循环次数，次/min；
a——混凝土泵缸数；
K—容积效率，一般取0.6～0.9。
（3）混凝土泵的最大水平输送距离，可按下列方法之一确定：
①由试验确定。
②根据混凝土泵的最大出口压力、配管情况、混凝土性能指标和输送量，按下式计算：
Lmax=pmax/∆p
式中：Lmax——混凝土泵的最大水平输送距离，m；
pmax——混凝土泵的最大出口压力，Pa；
∆p——混凝土在水平输送管内流动每米产生的换算压力损失，Pa/m（参看表4-6）。
表4-6 混凝土泵送的换算压力损失
（4）混凝土泵的泵送能力，可根据具体施工情况按下列方法之一进行验算，同时应符合产品说明书中的有关规定。
①按表4-7计算的配管整体水平换算长度，应不超过混凝土泵的最大水平输送距离Lmax。
表4-7 混凝土输送管的水平换算表
②按换算的总压力损失，应小于混凝土泵正常工作时的最大出口压力。
（5）由于拖式混凝土泵较固定式混凝土泵可以拖行，又较车载式混凝土泵价格低，故被优先选用。
（6）就混凝土泵理论输送量而言，50～95m3/h被优先选用。
（7）在缺少电源及施工现场电网配置容量小的工地，宜选用柴油机驱动。
（8）在隧道施工时，宜选用电动机驱动。
（9）混凝土缸径主要取决于输送量及泵送混凝土压力。输送量大、输送距离短或输送高度小时，可选用大直径混凝土缸；输送量小、输送距离长或输送高度大时，可选用小直径混凝土缸。
混凝土缸径又与骨料有关，输送碎石混凝土时，缸径应不小于碎石最大粒径的3.5～4.0倍；输送卵石混凝土时，缸径应不小于卵石最大粒径的2.5～3.0倍。
（10）料斗容积应尽可能大一些，一方面可使料斗内经常保持足够的混凝土，避免吸入空气；另一方面有利于提高混凝土搅拌运输车的利用率。
（11）混凝土输送管应根据粗骨料最大粒径、混凝土泵型号、混凝土输送量和输送距离，以及输送难易程度等进行选择。输送管应具有与泵送条件相适应的强度。输送管径有φ100mm、φ125mm、φ150mm等三种规格，选择时主要考虑混凝土中骨料最大粒径和工程对象，管径应大于骨料最大粒径的3倍。大直径输送管可输送较大粒径粗骨料混凝土，一般多用于基础工程；小直径输送管轻巧，使用方便，混凝土泌水时在小直径输送管中产生离析的可能性小，一般多用于高层建筑。
（12）混凝土泵的台数，可根据混凝土浇筑量、单机的实际输送量和施工作业时间进行计算。对于重要工程的混凝土泵送施工，除根据计算确定外宜有1～2台的备用泵。
4.3.2 混凝土泵车
把混凝土泵和布料装置安装在汽车底盘上，即成为混凝土泵车。所以，混凝土输送泵车是汽车底盘、混凝土泵和布料装置组合的机械设备。混凝土泵利用汽车发动机的动力，通过分动箱将动力传给液压泵，然后带动混凝土泵进行工作。其泵送混凝土的原理和拖式泵相似。混凝土通过布料装置，可送到一定的高度与距离。它的机动性好，布料灵活，使用方便，适合于大型基础工程和零星分散工程的混凝土输送。
混凝土泵车主要由汽车底盘1、回转机构2、布料装置3、混凝土泵4和支腿5等组成，如图4-33所示。混凝土泵4装在汽车底盘的尾部上，以便于混凝土搅拌输送车向泵的料斗卸料，混凝土泵的结构和工作原理与拖式混凝土泵基本相同。上车装有布料装置3，臂架为“回折”形三节折叠臂。
图4-33 混凝土泵车外形构造
1—汽车底盘；2—回转机构；3—布料装置；4—混凝土泵；5—支腿
布料装置伸展状态如图4-34所示。主要由回转装置1、变幅液压缸2、第一节臂架3、第二节臂架调节液压缸4、第二节臂架5、第三节臂架调节液压缸6、第三节臂架7、软管8、输送管9、混凝土泵10和输送管11等组成。三节臂架相互铰接，各节臂架的折叠靠各自的油缸2、4、6来完成；输送管9附着在各段臂架上，拐弯处用密封可靠的回转接头连接；整个臂架安装在回转装置1的转台上，可作360°全回转。臂端软管8可摆动，可使浇灌口达到如图4-35所示的空间中的任意位置。图4-36为布料装置不工作时的几种收回折叠形式。
图4-34 混凝土泵车的布料装置伸展状态与工作状态
1—回转装置；2—变幅液压缸；3—第一节臂架；4—第二节臂架调节液压缸；5—第二节臂架；6—第三节臂架调节液压缸；7—第三节臂架；8—软管；9—输送管；10—混凝土泵；11—输送管
图4-35 布料装置工作范围包络图
图4-36 臂架折叠形式
4.3.3 水泥混凝土振捣器
1.用途与分类
用混凝土浇筑构件时，必须排除其中气泡，进行捣实，使混凝土密实结合，消除混凝土的蜂窝麻面等现象，以提高其强度，保证混凝土构件的质量。混凝土振捣器就是机械化捣实混凝土的机具。
混凝土振捣器的种类较多。常用的分类方法有以下几种：
（1）按传递振动的方式分，有内部振捣器、外部振捣器和表面振捣器三种。
内部振捣器又称插入式振捣器，如图4-37所示。工作时振动头1插入混凝土内部，将其振动波直接传给混凝土。这种振捣器多用于振实厚度较大的混凝土层，如桥墩、桥台基础以及基桩等。它的优点是重量轻，移动方便，使用很广泛。
外部振捣器又称附着式振捣器，是一台具有振动作用的电动机，在该机的底面安装有特制的底板，工作时底板附着在模板上，振捣器产生的振动波通过底板与模板间接地传给混凝土，这种振捣器多用于薄壳构件、空心板梁、拱肋、T形梁等的施工，如图4-38所示。
图4-37 插入式振捣器
1—振动头；2—减振器；3—手把盘；4—橡胶电缆；5—操纵开关
图4-38 外部振捣器
1—电动机；2—电机轴；3—偏心块；4—护罩；5—固定基座
根据施工需要，外部振捣器除附着式外，还有一种振动台，它是用来振捣混凝土预制品的。装在模板内的预制品置放在与振捣器连接的台面上，振捣器产生的振动波通过台面与模板传给混凝土预制品。
表面振捣器（图4-39）是将它直接放在混凝土表面上，振动器2产生的振动波通过与之固定的振捣器底板1传给混凝土。由于振动波是从混凝土表面传入，故称表面振捣器。工作时由两人握住振捣器的手柄4，根据工作需要进行拖移。它适应于厚度不大的混凝土路面和桥面等工程的施工。
（2）按振捣器的动力分，有电动式、内燃式两种，以电动式应用最广。
（3）按振捣器的振动频率分，有低频式、中频式和高频式三种。
低频式的振动频率为25～50Hz（1500～3000次/min）；中频式为83～133Hz（5000～8000次/min）；高频式为167Hz（1000次/min）以上。
（4）按振捣器产生振动的原理分，有偏心式和行星式两种。其振动结构和工作原理如图4-40所示。
偏心式如图4-40（a）所示，它是利用振动棒中心安装的具有偏心质量的转轴，在作高速旋转时所产生的离心力通过轴承传递给振动棒壳体，从而使振动棒产生圆周振动的。
图4-39 平面式表面振捣器和电机振子
1—振捣器底板；2—振动器；3—缓冲弹簧；4—手柄；5—开关；6—定子；7—机壳；8—转子；9—偏心块；10—转轴；11—轴承
图4-40 振动棒激振原理示意图
行星式的激振原理如图4-40（b）所示，它是利用振动棒中一端空悬的转轴，在它旋转时，其下垂端的圆锥部分沿棒壳内的圆锥面滚动，从而形成滚动体的行星运动以驱动棒体产生圆周振动。
2.结构与工作原理
（1）内部振捣器
内部振捣器由原动机、传动装置和工作装置三部分组成。其工作装置是一个棒状空心圆柱体，通常称为振动棒，内部装有振动子。在动力源驱动下，振动子的振动使整个棒体产生高频低幅的机械振动。作业时，将它插入已浇好的混凝土中，通过棒体将振动能量直接传给混凝土内部各种集料，一般只需20～30s的振动时间，即可把棒体周围10倍于棒径范围的混凝土振动密实。内部振捣器主要适用于振实深度和厚度较大的混凝土构件或结构，对塑性、干硬性混凝土均可适应。
内部振捣器绝大部分采用电动机驱动，根据电动机和振动棒之间传动形式的不同，可分为软轴式和直联式两种，一般小型振捣器多采用软轴式，而大型振捣器则多采用直联式。
图4-41为ZP—70型中频偏心软轴插入式振捣器，它由电动机15、增速器8、软轴5、偏心轴3和振动棒外壳2等组成。在电动机轴上安装有防逆装置，以防软轴反向旋转，同时在电动机转轴9与软轴5之间设置有增速器8，以提高振动棒的振动频率。振动棒采用偏心块式振动子，依靠偏心轴回转时产生的离心力，使振动棒产生振动，振动频率一般为6000～7000次/min，适用于振捣塑性和半干硬性混凝土。
图4-41 ZP—70型中频偏心式振捣器
1、11—轴承；2—振动棒外壳；3—偏心轴；4、6—软管接头；5—软轴；7—软管锁紧把手；8—增速器；9—电动机转轴；10—胀轮式防逆装置；12—增速小齿轮；13—提手；14—电源开关；15—电动机；16—底座
（2）附着式振捣器
电动附着式振捣器依靠底部螺栓或其他锁紧装置固定在混凝土构件的模板外部，通过模板间接将振动传给混凝土使其密实。如图4-42所示，它由电动机、偏心块式振动子等组成，外形如一台电动机。电动机为特制铸铝外壳的三相两极电动机，机壳内除装有电动机定子和转子外，在转轴的伸出端上还装有一个扇形偏心块，振动器两端用端盖封闭。偏心块随同转轴旋转，由此离心力而产生振动。
（3）电动平板式振捣器
电动平板式振捣器又称表面振捣器，它除在振捣器底部设置一块船形底板外，其他结构和原理与附着式振捣器基本相同。
图4-42 电动附着式振捣器
1—轴承座；2—轴承；3—偏心轮；4—键；5—螺钉；6—转轴；7—长螺栓；8—端盖；9—电源线；10—接线盒；11—定子；12—转子；13—定子螺钉；14—外壳；15—地脚螺栓孔
（4）混凝土振动台
混凝土振动台又称台式振动器，它是一种混凝土结构成型的机械设备。振动台的机架一般支承在弹簧上，机架下端装有激振器，机架上放置成型制品的钢模板，模板内装有混凝土混合料。工作时，在激振器的作用下，机架连同模板及混合料一起振动，从而使模板内的混凝土振实成型。
图4-43为ZT—1.5×6型混凝土振动台，它由台面1、下部框架2、支承弹簧4、电动机6、齿轮同步器5、振动子9等组成。两根对称布置的振动轴是由6对安装偏心振动子的传动轴以弹性联轴节连接而成的，并通过12对轴承安装在台面下。
图4-43 ZT—1.5×6型混凝土振动台
1—台面；2—下部框架；3—振动轴；4—支承弹簧；5—齿轮同步器；6—电动机；7—弹性联轴节；8—万向联轴节；9—偏心振动子
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