CN1042258C - 具有输送缸的泥浆泵 - Google Patents

Abstract

带有输送缸的双缸泥浆泵具有泥浆流的控制机构及控制电路，以及其一进口交替处在输送缸出口前的控制阀和在其转换时消除泥浆流中断的补偿缸。电路能更快驱动相应输送缸将从补偿缸来的泥浆输送掉。控制阀减速成使在其进口两侧给每输送缸配设的、大小与输送缸开口间的面相配成使输送缸的开口在控制阀的转换中间位置被封住并使控制阀的进口在输送缸间的面被封住的滑阀、在输送缸活塞压缩吸入的泥浆的部分行程中将输送缸开口封住。

Description

具有输送缸的泥浆泵

本发明涉及泥浆泵，具体涉及如权利要求1的前序部份所描述的带有两个输送缸的泥浆泵。

公知的基本工作原理、特别是用于输送混凝土的双缸活塞泵的泥浆泵的基本工作原理在于，输送缸中的两个输送活塞通常由液压缸按下列方式驱动，即当一个活塞输送时，另一个活塞抽吸。活塞开动的交替分别在行程的端点位置实现。活塞的运动是同步的，也即当驱动输送缸的液压例如在活塞侧以液压油加载时，在活塞杆侧排出的油通过一条桥接油路导向正在吸料的输送缸的活塞杆侧，从而使该输送缸由于两个驱动缸的面积比例相同而以与先行的缸相同的速度走完其吸料行程。由此，输送缸中的两个活塞分别同时到达其端点位置。

由于输送缸在输送行程中与输送管路连接、在吸料行程中与含有泥浆的装料料斗连接，这就需要有一个逻辑线路，该逻辑线路使泥浆流在到达行程终点以后的行程之间转向，并使输送缸与输送管路及装料料斗之间的连接换向。

这种及其它泥浆泵的特征是，在输送行程之间、也即在控制装置转换的持续时间内，输送缸停止输送。这样，泥浆的输送被中断。在公知的泥浆泵中，中断的持续时间根据取决于空气含量的充填程度、泥浆的流动阻力、吸料速度以及油缸的直径等因素进一步延长，延长的时间等于输送缸在输送行程开始时压缩泥浆所需要的时间。

此外，又出现另一个麻烦现象，即在泥浆滑阀转相期间，泥浆从输送管路回流进入泵缸内。

输送料流的中断，总的说来影响是不利的。事实上会产生一种引起振动的脉冲输送。如果泥浆泵安装在车辆上，并且输送管路设置在可弯曲的分配杆上，这种振动就特别不利。因为从中会产生一种振动体系，该体系在通常的活塞行程频率时会显示出谐振现象。

由此要求提供一种采用它能够实现连续输送流的泵。

根据一种现有技术(A)，已经有人努力设法缩短甚至于消除输送缸各行程之间的泥浆输送中断情况。

在本发明引为基础的、这样的已公知的建议(US-PS 3 663 129)中，为此目的设置了一个补偿缸，该补偿缸在设计成一体的空心体的摆动管的转向期间将泥浆压入输送管路，并在随后的输送行程中用来自该输送管路的泥浆来充填两个输送缸中之一。这是通过使带有用于控制泥浆流的空心体的补偿缸的出口以与输送缸的开口相同的方式进行控制来实现的。逻辑线路通过端点开关进行工作，这些端点开关由输送缸的活塞操纵并使补偿缸开始吸料行程及输送行程。

这样的一种双缸泥浆泵并不能够达到均匀地输送混凝土通过输送管路的目的。这是因为在这种泵中，在每次活塞行程开始时不能够对相应吸入的泥浆进行压缩，从而导致泥浆流停止流动。

按照另一种现有技术(B)、即DE-OS 29 09 964，用由两个S形的弯管制成的管子转接装置实现泥浆流控制的方法被公开了。这两个管子可摆动地设置在装料料斗内并弯曲成S形，每个管子的开口与位于装料料斗一侧的输送管路接头始终保持接触，而另一个开口用作进料口并交替地对准与装料料斗配置的输送缸上的与装料料斗对面一侧连接的开口，或打开该开口，使得相应的输送缸的开口向装料料斗敞开，使该缸能够吸进泥浆。

为控制泥浆而设置多个摆动管的必要性，是由以下情况得出的：输送的中断并非由一个补偿缸的输送行程来进行补偿，而是通过逻辑线路控制油缸，使得在一个输送缸进行有效的输送行程期间，另一个输送缸以高得多的速度在整个行程中吸入泥浆，配置在这个缸上的摆动管滑阀在第一个开关步骤中以其阀板关闭住该输送缸的开口，该输送随后同样地以提高的速度进行相当于装料损失容积的部份行程，并同时压缩吸入的泥浆，所配置的摆动管滑阀在第二开关步骤进入其端点位置，也就是，输送缸连同装在其中的经预压缩的泥浆进入泵准备位置。

在这个最后述及的现有技术中，不仅由于多次切换造成总切换时间较长而带来吸料和压缩行程的速度显著提高是不利的，而且由于需要有两个摆动管滑阀而需要高得多的技术上的额外花费。

为实现无脉动的、连续的输送，同时排除现有技术的缺陷，本发明以一种新的方式对公知的双缸泥浆泵进行观察，下面以一种公知的此类型的泵Ⅱ为例加以说明，该泵既没有预压缩，也没有补偿缸。在这种泥浆泵中有效的输送行程(泵行程)的时间由实际要求的泥浆输送量以及由容积效率η确定。

据此，当η=100％时，也就是缸通过吸料被完全装满时，适用于泵行程的基本方程式为： $t_{F_0}=\frac{V_0}{Q_0}\×3.6------\left[1\right]$ 其中：S =吸料装满程度为100％时有效泵行程的时间(秒)。

V₀=输送(泵)缸的总容积(dm³)

Q₀=有效的泥浆输送量m³/小时)。

考虑到容积效率η，方程式为： $t_{F_1}=\frac{V_0\×\mathrm{\η}\×3.6}{Q_0}------\left[2\right].$

转用到现有技术(B)上，如果按其目的应现连续输送流，则必须给出以下时间当量：

=t_s+t_k+t_sch    [3]。其中：

t_s=吸料行程的时间

t_k=压缩行程的时间

t_sch=切换泥浆滑阀及各种液压阀的总的时间配属于这些时间的有：

V₀=正在吸料的输送的活塞走过的容积(相当于整个缸的容积)

V_k=正在压缩的活塞走过的输送(排料)容积两者的关系按方程式

V_k=V₀(1-η)    [4]。

从用于吸料和压缩的活塞工作时间以及与其相属的缸容积，得出泥浆输送量的值Q_s ^*和Q_k ^*。由于这些值可以自由选择，因此对于其它的推导可假设：

Q_s ^*=Q_k ^*=Q^*    [5]。代入方程式[3]得出： $\frac{V_0\×\mathrm{\η}\×3.6}{Q_0}=\frac{V_0\×3.6}{Q^{*}}+\frac{V_0(1-\mathrm{\η})\×3.6}{Q^{*}}+t_{\mathrm{sch}}------\left[6\right]$

由于活塞在缸内的运行速度与输送量成正比。就得出系数f₁，按现有技术(B)，在一个泵(Ⅰ)中用于吸料和压缩的活塞的运行速度可能比泵送的活塞的运行速度要快出该系数f₁，即快出Q^*除以Q₀的商 $f_1=\frac{Q}{Q_0}=\frac{2-\mathrm{\η}}{\mathrm{\η}-\frac{t_{\mathrm{sch}}}{t_{F_0}}}------\left[7\right].$

在一个通常的实际例子中，假设：

Q₀=120(m³/小时)

V₀=83.5    (1)

η=0.85

t_sch=0.9(秒)(用于两个泥浆滑阀及各液压阀)

f₁的值为：f₁=2.342。

然而这样求得的、按现有技术(B)的连续输送的泵(I)的系数f₁还不是证明本发明优点的真正的比较值。

因为用作比较的总还是在实践中更为通常类型的泵(Ⅱ)，在使用该类泵时，并没有采取任何用以实现连续输送的措施．那种泵的活塞在吸料和泵送时的运行速度相同，而且输送流在泥浆滑阀转换期间中断。

尽管是非连续的，如果想用这种泵(Ⅱ)实现一般的有效输送量Q₀，就必须在有效输送行程期间达到大于Q₀的输送量Q^**。

从时间间隔

(一个完整的缸行程)和t_sch(泥浆滑阀及各种液压阀转换的时间)得出一个泵循环周期t_ges的总时间，即 $t_{\mathrm{ges}}=t_{F_0}=t_{\mathrm{Sch}}------\left[8\right].$

整个输送行程的时间 由时间间隔f_k(用于压缩吸入的泥浆的时间，也即用于补偿输送(排料)容积的时间)以及 (按方程[2]的有效泵行程时间)构成，即 $t_{F_0}=t_K+t_{F_1}------\left[9\right].$ 在前述的泵(Ⅱ)中，Q^**必须大于Q₀一个系数f₂，因而 $f_2=\frac{t_{\mathrm{ges}}}{t_{F_1}}=\frac{1+\frac{t_{\mathrm{Sch}}}{t_{F_0}}}{\mathrm{\η}}------\left[10\right].$

因为上述泵(Ⅱ)通常只具有一个控制滑阀，所以切换时间比具有多个滑阀的泵(Ⅰ)短。

在上述的实际示例中，切换时间以t_Sch=0.5(秒)代入，由此得出f₂的值，

f₂=1.4113。

对于f₁和f₂的比较说明，按现有技术(B)的连续输送泵(Ⅰ)的活塞的最大运行速度(吸料/压缩)比泵(Ⅱ)的活塞的最大运行速度相对提高了一个系数f₃，按下列方程式，系数f₃为 $f_3=\frac{f_1}{f_2}------\left[11\right]$

在所描述的实际示例中，即提高了一个系数 $f_3=\frac{2.342}{1.4113}=1.659$

从以上的阐述可知，在涉及所要求的输送量(Q₀)、输送缸容积(V₀)及容积效率(η)等是相同的前提条件下，活塞的运行速度基本上仅仅由切换时间t_Sch所决定。

高的活塞速度导致输送活塞的磨损增大，由于输送缸中的泥浆吸入流的流动阻力较高而导致提高了真空的形成，这就降低了输送缸的充满程度，因而进一步降低了容积效率。

按照本发明，补偿缸的输送行程直接跟随在输送缸的输送行程之后，从而避免了过去在这个阶段出现的输送停顿，此外，按照本发明，另一个输送缸的输送行程紧跟在补偿缸的输送行程之后，这就完全不再会出现输送停顿。此外，本发明通过在补偿缸的输送行程期间进行控制滑阀连同各种液压阀的切换以及进行压缩行程的措施保证了这一点。

因此，按本发明的泵(Ⅱ)要作为两个分开的时间当量和容积当量来考虑，为与现有技术进行比较，给出以下的基本参数：

相应于泵(Ⅰ)和(Ⅱ)

t_Sch根据泵(Ⅱ)(仅适用于一个泥浆滑阀)

t_K可自由选择。

通过涉及补偿缸的泵送阶段的第一次的时间当量和容积当量的考虑来确定补偿缸的容积(V_A)。

补偿缸的泵送阶段的持续时间(t_A)等于切换时间(t_Sch)和压缩时间(t_K)之和，即

t_A=t_Sch+t_K    [12]或者，从补偿缸的泥浆输送量必须等于Q₀的要求出发 $t_A=\frac{V_A}{Q_0}\×3.6------\left[13\right]$

这样，计算出补偿缸的容积V_A为 $V_A=\frac{Q_0}{3.6\×(t_{\mathrm{Sch}}+t_K)}------\left[14\right]$

通过第二次的时间当量和容积当量的考虑来确定输送缸的活塞在泵送行程期间的运行时间和运行速度。

输送的活塞在有效泵行程期间走过的容积(V_p)为

V_p=V₀×η    [15]此时有效排放入输送管路的容积减小了，即在此阶段减去了补偿的容积V_A，即

V_eff=V₀×η-V_A    [16]

正如按本发明的特征组合的第一部份中所阐述的那样，为了补偿正在泵送的输送缸的有效输送容积的减小，对这个泵送着的输送缸内的活塞的有效运行速度进行加速，由此产生了一个泵-输送量Q^***，该输送量要加大并且必须加大，使得实际进入输送管路的输送量等于Q₀。

在一个确定有效泵行程中由输送量Q^***得出的时间t_F ^***的函数方程式中是这样表示的： ${t_F}^{***}=\frac{V_0\×\mathrm{\η}-V_A}{Q_0}\×3.6------\left[17\right]$

并且，与方程式(2)比较 $t_{F_1}=\frac{V_0\×\mathrm{\η}\×3.6}{Q_0}------\left(2\right)$

因为时间与速度以及因而时间与输送量成反比，就得出系f₄ $f_4=\frac{t_F}{{t_F}^{***}}=\frac{Q^{***}}{Q}=\frac{1}{1-\frac{V_A}{V_0\×\mathrm{\η}}}--------\left[18\right]$

泵(Ⅲ)的正在进行泵送的输送缸的活塞在通过补偿缸从输送管路中取出输送物料时的运行速度，应比没有取出动作时的运行速度快出这个系数f₄。

这里也间接通过V_A示出活塞速度与切换时间t_Sch的依存关系。

如果以前述的泵(Ⅰ)和泵(Ⅱ)的实际示例为基础，并假设泵(Ⅲ)的压缩行程的输送量Q_K=1.5×Q₀，那么可计算出 $t_K=\frac{V_0(1-\mathrm{\η})}{Q_K}\×3.6------\left[19\right]$

即t_K=0.25(秒)按方程式[14]得出

V_A=25(dm³)由此得出系数f₄的值

f₄=1.543。与泵(Ⅱ)相比的相对提高系数f₅为 $f_5=\frac{f_4}{f_2}------\left[20\right],$ 在所述的实际示例中算出 $f_5=\frac{1.543}{1.4113}=1.0933.$

上述推导表明，本发明成功地采用按本发明权利要求1的措施，不仅实现了所希望的输送的连续性，而且与现有技术(泵(Ⅰ))相反，只是基本上按系数f₅=1.0933提高了活塞速度，而在该现有技术中活塞速度提高了系数f₃=1.659，因而避免了现有技术的缺点。

本发明的细节、其它特征和优点通过以下的借助附图对一个实施例的说明给出。在附图中，

图1示出本发明的逻辑线路；

图2示出逻辑线路的细节；

图3-4示出逻辑线路的其它细节；

图5示出与图1相应的另一种逻辑线路

图6示出与图1和图4相应的另一种实施例。

图1的描述以一部双缸泥浆泵为基础。两个输送缸以L和R表示。字母A表示一个通往输送管路105的补偿缸。输送缸和补偿缸分别由一个液压工作缸驱动。各字母分别表示由输送缸和驱动缸构成的单元。活塞在汽缸中的端点位置通过传感器的脉冲传给逻辑线路，传感器以字母a-f标示。这些传感器控制以阿拉伯数字表示的阀。传感器的控制脉冲可以是电气的、液压的、机械的或者是气动的。

本发明的泥浆流控制通过摆动管100进行，该摆动管在其进料口106的两侧分别具有一个控制板101或102，因而作为控制滑阀104来标示。一个总的用B表示的液压驱动装置用来传递运动。该液压驱动装置也通过一个用3表示的换向阀来控制。装料料斗在其与输送缸L和R的开口相对的一侧具有一个为控制滑阀104而设的转盘轴承103以及泥浆输送管路105泵侧端的不可转动的连接装置。

在泵送期间，逻辑线路使正在输送的缸的驱动活塞加速，因而它的输送活塞就运行得快一些，从而在这一阶段输送得多一些，其多输送的份量相当于补偿缸A从装料料斗100中取走的泥浆量。这通过输入附加的液压介质(油)来实现。如果补偿缸驱动活塞与补偿缸输送活塞的面积比例与输送缸上的相同，补偿缸驱动活塞在将泥浆从输送管路中吸入时以其背侧通过排料缸输送活塞排出的液压驱动介质就足够了。

控制滑阀104在输送缸R和L的活塞动作之间转换。在按图1的实施例中，转换以两个相继的步骤进行，第一步骤使控制滑阀固定在两个输送缸的开口之间的中间位置上。在此位置上，控制阀板101及102中之一封闭住由吸料转换到输送的输送缸的开口。这使得该输送缸的活塞能够压缩先前吸入的泥浆。在此压缩行程结束时，逻辑线路使控制滑阀104进行第二步骤进入端点位置。由此使控制滑阀104的进料口106与待输送的缸的开口对准，并把先前压缩的泥浆压入输送管路105内。

在本发明的第一实施例中，控制滑阀104的中间转换位置由换向阀7控制。在这一中间转换位置上，回油的控制孔被封闭，从而使控制滑阀104停留在中间位置上。阀7按一定时间间隔继续动作而进入另一个开关位置。由此，在驱动缸端点的回路控制孔敞开。控制滑阀因而能够转入端点位置。

在本发明的另一种实施例中，控制滑阀的中间转换位置是通过为控制滑阀的驱动装置设置两个按照图5先后开关的驱动缸而确定的。操作第一缸107就产生中间位置。在一定时间间隔后操作第二缸108，使控制滑阀104到达其端点位置。同时由阀3进行对第一缸107的控制，由阀31进行对第二缸108的控制。

在本发明的另一种优选的实施例中，控制滑阀的转换平行于压缩行程进行，按照方程式(12)：t_A=t_Sch+t_K，这就导致在输送缸的泵行程之间的总的中断时间明显减少，从而导致补偿缸V_A的活塞工作容积及系数f₄、f₅的下降(见方程式14、18、20)，并进而导致进行泵送的输达缸的活塞的速度降低。这一可能性的产生是由于在压缩行程开始时还没有向输送管路排放泥浆，这是因为一开始由于真空和空气的补偿还没有建立起压力，直到此时控制滑阀迅速到达其中间位置，在随后的时间内，进行压缩的输送活塞有效地压缩泥浆，也即建立起压力，控制滑阀或多或少地减缓通过其中间位置区域的速度，直至压缩接近结束，随后控制滑阀重新加速走完剩余的转换行程(图6)。

由于实际的结构上的原因，也即补偿缸应保持尽可能小，也出于对控制装置进行空程校正的原因，限制压缩行程是很重要的。限制的辐度由最小容积效率η_vol得出，这符合对泥浆的流动特性、也即对泥浆的可抽吸生的一般认识。η_vol=0.85覆盖了所有泵吸混凝土及其它泥浆的主要范围。

按图3所示，对压缩行程的所要求的限制通过缸33进行，缸内设置了一个活塞38。活塞工作容积40相当于所选择的压缩行程限制。阀51通过以下方式控制缸，即在压缩行程阶段，阀51通过传感器a、b之一开关，由此，从储存器60来的压力油经过油路35对活塞38的侧面36加载。由活塞侧面37排出的油通过油路34、28导向进行压缩的输送缸，直到活塞38到达其端点位置。通过一个传感器使阀51反接而使储存器对活塞38的侧面37加载。从侧面36排出的油流向油箱，这样，活塞38就可以被导回初始位置，以便进行下一次压缩。

在按图4的实施例中设定在一个输送缸的压缩行程期间，另一个输送缸中的活塞静止不动，即尚未开始其吸料行程。此时以一个多室油缸41进行压缩行程限制。该多室油缸在行程限制的测定、功能和控制方面相应于图3所示的油缸33。但它具有另一个室42，该室42的尺寸确定成使得在压缩行程期间，从进行压缩的输送缸的驱动缸排送进入桥接油路的液压油由油路43接收，并将其在随后的输送行程中又供入桥接油路，从而又实现了与输送缸的同步运行。

连续的泥浆流通过以下方式实现，即为不同的缸L、R和A提供相同的活塞面积比，以及为输送行程提供相同的液压量。液压泵P1保证了泥浆输送的连续性。因此有利的是，为阀以及控制滑阀的所有其它驱动装置以及补偿缸A的吸料行程等设置一个或多个分开的驱动源。第二液压回路用于此目的，它具有一个由泵P2供给的储存器60。该储存器设置有一个安全卸压阀70。

为补偿缸的吸料行程设有一个辅助泵P3，它的连接方式是，在补偿缸输送泥浆的阶段，泵P3并不切断，而是通过油路9把由它供给的液压介质附加地送往储存器60。

可以设置一个相应加大的泵P2结合一个工作容积较大的储存器来代替辅助泵P3。

此外还推荐，在实施例中的所有的液压开关阀都采用具有最短启动时间的类型。在借助泵P1的介质通过传感器控制点(e)对阀2进行液压操纵时，借助一个液压打开的止回阀取代阀2以及止回阀30来达到将开关时间降低至最小值。

Claims (8)

1．一种泥浆泵，它带有特别是两个设有驱动缸的输送缸、一个设有控制滑阀的装料料斗，该控制滑阀的出料口总是与输送管路连接而其进料口则交替地与两输送缸之一的出料口连接，该泥浆泵还带有一个带有一个活塞驱动装置和一个通入输送管路的开口的补偿缸，其特征在于，控制装置以其对应于活塞位置的传感器(a-f)以及由这些传感器控制的阀(2至8)，通过液压、机械或气动传输的开关脉冲，根据由补偿缸(A)接收的泥浆量对补偿缸进行加速，并使控制滑阀(104)跟至少一个液压驱动缸(B,107、108)接上，同时，控制滑阀(104)在其进料口(106)的两侧分别具有一个滑阀板(101、102)和一个转换中间位置，滑阀板的大小相当于输送缸开口之间的面，该控制滑阀可分别通过一个中间位置切入其两个端点位置，在中间位置上，输送缸(R、L)的开口被滑阀板(101、102)密封住，装满料的输送缸(R、L)切换到进行压缩的部份行程，向进料口(104)在中间位置时在输送缸(R、L)之间的面上被密封住。

2．按权利要求1所述的泥浆泵，其特征在于，补偿缸(A)和输送缸(R、L)的驱动缸的活塞跟补偿缸和输送缸的活塞具有相同的表面比，从补偿缸(A)回流的液压介质用于对输送缸活塞进行加速。

3．按权利要求1所述的泥浆泵，其特征在于，控制滑阀(104)具有一个由两个串联的驱动缸(107、108)构成的驱动装置，该两个驱动缸(107、108)分别带有自身的切换阀(3、31)。

4．按权利要求1所述的泥浆泵，其特征在于，控制滑阀(104)的换向阀(7)当液压介质从控制滑阀驱动缸(B,107、108)回流时在其中间位置控制节流阀。

5．按权利要求1所述的泥浆泵，其特征在于，输送缸(R、L)的进行压缩的部份行程通过其驱动缸(R、L)和一个由多路阀(51)控制的缸(33)进行限制，该多路阀(51)跟补偿缸(A)的传感器(a、b)接通，缸(33)、多路阀(51)和一个最好由一个附加泵(P2)加载的储存器(60)构成一个液压工作回路。

6．按权利要求1所述的泥浆泵，其特征在于，输送缸(R、L)的进行压缩的部份行程通过驱动缸和一个多室油缸(41)进行限制，该多室油缸(41)在它的一个室(42)中接收由驱动缸在进行压缩的部份行程中排出的液压介质并在随后的输送行程中将液压介质供给输送缸的驱动缸。

7．按权利要求1所述的泥浆泵，其特征在于，多个泵(P1、P2、P3)用作液压介质的增压器。

8．按权利要求1所述的泥浆泵，其特征在于，一个可液压解锁的逆止阀可用于降低补偿缸(A)内的补偿活塞的切换时间。

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