CN1208125A - 一种挤压式泵的柔性管 - Google Patents

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Abstract

一种挤压式泵通过多对滚筒挤压弹性管以使管弹性形变经弹性管来输送泥浆,而这种挤压是通过移动各对挤压滚筒来实现的。该弹性管具有一外径,一内径和一厚度。所说内径与外径的比率被设定在0.56至0.72的范围内,所说的厚度被设定在23至35mm的范围内。

Description

一种挤压式泵的柔性管
本发明涉及一种挤压式泵，这种泵可用于输送象刚搅拌好的混凝土这样的泥浆；本发明尤其涉及一种最好用于具有挤压滚筒的挤压式泵的弹性管，挤压滚筒挤压弹性管以使其弹性变形，并通过弹性管输送泥浆。
现有技术的挤压式泵包括一个弹性管，该弹性管沿圆柱形圆筒的内表面设置成U形。一对支承杠杆固定于插入圆筒中央的驱动轴上。支承杠杆间隔180°，并且同步旋转。一对积压滚筒通过支承轴和轴承支承在各个支承杠杆的末端上。滚筒挤压弹性管的各个外表面以使弹性管弹性形变成平直的形状。
几对挤压滚筒挤压弹性管，通过该管沿滚筒的回转方向来移动处于滚筒前面的混凝土。此外，后面的一对滚筒回转并挤压弹性管，以在前一滚筒与后一滚筒之间沿滚筒的回转方向移动密封于管内的混凝土。于是，混凝土被连续地输出。
然而，在现有技术具有一定尺寸的弹性管的挤压式泵中，当挤压滚筒开始挤压弹性管61时，弹性管61压在滚筒63的内表面上，如图14的实线所示。这就防止管61位于其正常位置，如图14中的虚线所示。这样，就需要替换弹性管或调整挤压滚筒的连接位置。从而降低了使用效率。
此外，如果这些问题时常发生，那么弹性管在某些位置上就会磨损，从而降低了弹性管的耐久性。
另外，实验表明上述问题产生于具有特定尺寸的弹性管。如表2所示，这样的弹性管其外径的范围从160mm至165mm，内径的范围从120mm至145mm，厚度的范围从7.5mm至22.5mm。在这种情况下，弹性管内径与其外径的比率范围从0.73至0.91。
因此，本发明的一个目的是提供一种具有弹性管的挤压式泵，并且当滚筒开始挤压弹性管时，弹性管通常位于挤压滚筒之间的正常位置。
另外，本发明的另一目的是提供一种用于挤压式泵的弹性管，这种弹性管能够防止管的局部磨损并改善其耐久性。
根据本发明的一种挤压式泵通过多对滚筒挤压弹性管以使管弹性形变经弹性管来输送泥浆，而这种挤压是通过移动各对挤压滚筒来实现的。弹性管包括一外径，一内径和厚度。内径与外径之比设定在0.56至0.72的范围内，厚度设定在23至25mm的范围内。当弹性管处于其正常位置时，根据本发明的弹性管一定会被这样挤压。从而防止了弹性管的局部磨损。
本发明新颖的特征具体如所附的权利要求书所述。参照附图及本发明的最佳实施例，本发明及其目的和优点建很容易理解，其中：
图1为一说明弹性管的局部横剖视图；
图2为一说明弹性管的局部垂直剖视图；
图3为一说明弹性管的局部放大横剖视图；
图4为一说明塞在弹性管内的异物的局部横剖视图；
图5为一说明处于初始挤压状态的弹性管之横剖视图；
图6为一说明挤压式泵的横剖视图；
图7为沿图6中的剖面线7-7的横剖视图；
图8为一说明被挤压滚筒挤压的弹性管的局部横剖视图；
图9为一说明沿圆筒内表明设置的弹性管的前视图；
图10为当容纳于圆筒中时弹性管的水平剖视图；
图11为一表明弹性管内径与弯曲半径之间关系的曲线图；
图12为一表明弹性管的弯曲半径及其压缩率之间关系的曲线图；
图13为一表明弹性管另一实施例的局部横剖视图；
图14为一现有技术中挤压式泵的横剖视图。
参照图1和2，将对根据本发明的挤压式泵的第一实施例进行说明。
现说明挤压式泵的整个结构。如图6和7所示，一圆柱形的圆筒被固定在用于运输挤压式泵的车辆(未示出)上。如图7所示，一侧板12与圆筒11的左端部整体形成。加强肋13被焊接在该侧板12的外表面上。一盖板14由螺栓固定在圆筒11的右端部，以覆盖开口。一连接板15固定一液压马达16，该马达16插入由盖板的中心所限定的开口内。马达16包括一驱动轴17，驱动轴17通过圆筒11的中心部分延伸。驱动轴17的末端通过一径向轴承支承在侧板12的中心部分上。
如图6所示，一对直支承杆19与驱动轴17的中间部分连接。支承杆19彼此间隔180°。如图7所示，一对平行延伸的支承轴20通过螺栓21固定在各个支承杆19末端的两侧。挤压滚筒22可转动地支承在各个支承轴20上，以挤压弹性管24。
一基本为半圆形的支架23例如通过焊接固定到圆筒11的内表面上。弹性管24沿支架的内表面设置。如图6所示，弹性管24包括一从圆筒11的上部水平延伸的入口部分241。该入口部分241通过吸管系统被连接到混凝土漏斗车(未示出)上。弹性管24的出口242从圆筒11的下部水平延伸。于是，混凝土被输送到建筑施工地点。一导向元件25为该弹性管24导向。
一对多边形的连接板26被固定在驱动轴17上。彼此平行延伸的连接板26间隔一预定距离设置在驱动轴17的轴线方向上。连接板26被焊接在驱动轴17上。滚筒27可转动地支承在连接板16之相对的角部，以接触弹性管24的内侧并把被压扁的弹性管恢复成圆筒形。
若干个相对的支承杆28被连接在各个连接板26的外表面上。一限制滚筒29可转动地支承在各个杆28上，其中滚筒29用于限制弹性管24外表面的位置。
在本实施例的挤压式泵中，如图7所示，马达16的驱动轴17旋转，从而使支承杆19、挤压滚筒22、恢复滚筒27和限位滚筒29整体转动。各对挤压滚筒将弹性管压缩成扁平形并绕轴17旋转。这样就将位于滚筒22之前的混凝土从入口部分241向出口部分242移动。混凝土就这样从供给源被输送到所需位置。该弹性管24的结构说明如下。如图1和2所示，弹性管24包括一圆筒形的管体40和第一、第二、第三及第四加强层41、42、43、44，其中管体40由橡胶制成。第一至第四加强层41至44嵌入管体40内。该管体40由耐磨及耐风化的橡胶制成，例如具有如表1中所示的成分。
表1
    元素     含量(重量份数)
    天然橡胶     50
    苯乙烯丁二烯橡胶     50
    炭黑     50
    氧化锌     5
    软化剂     5
    处理剂     3
    硫     2
    硫化剂     1
    硬脂酸     2
    防氧化剂     1
如图3所示，加强层41至44由细长的合成纤维索47组成。每个合成纤维索47都包括若干根尼龙丝45和橡胶46，尼龙丝被橡胶46包围。尼龙丝45在一个平面内间隔一定距离彼此平行。尼龙丝45由尼龙6或尼龙66形成，而橡胶46由天然橡胶或苯乙烯丁二烯橡胶形成。
各个合成纤维索47的厚度被设定在0.6至1.2mm的范围内，而其宽度被设定在200至500mm的范围内，最好在300至400mm的范围内。第一和第二加强层41，42的合成纤维索47绕管轴分别沿顺时针和逆时针方向成螺旋形延伸。同样，第三和第四加强层43，44沿相对的方向成螺旋形延伸。
如图1所示，弹性管24内表面243的直径(本文中指内径φ2)与外表面244的直径(本文中指外径φ1)数值之比(φ2/φ1)被设定在0.56至0.72的范围内。这样，在挤压滚筒22的初始挤压阶段，弹性管24就以最佳方式被挤压，如图5所示。选择比率的基础将在下文中说明。
我们作了一个实验，即使用第一和第二弹性管移动弹性管内的混凝土。第一弹性管的外径φ1被设定为159.0mm，内径φ2被设定为101.6mm。第二弹性管的外径φ1设定为165.0mm,其内径φ2设定为105.0mm。在该实验中，每根弹性管都以最佳方式被挤压滚筒(见表2)所挤压。此外，在第三至第六弹性管中，弹性管的外径φ1被设定为159.0mm或165.0mm,同时弹性管24的厚度η设定为23.0至35.0mm的范围内。这样，弹性管也被以最佳方式挤压。
*表2
  管编号   外径φ1(mm)   内径φ2(mm)   厚度η(nm)   比率φ2/φ1   可行性
1     159.0     101.6     28.7     0.64     可行
2     165.0     105.0     30.0     0.64     可行
3     159.0     113.0     23.0     0.71     可行
4     159.0     89.0     35.0     0.56     可行
5     165.0     119.0     23.0     0.72     可行
6     165.0     95.0     35.0     0.58     可行
7(现有技术)     165.0     120.0     22.5     0.73     不可行
8(现有技术)     165.0     145.0     10.0     0.88     不可行
9(现有技术)     160.0     120.0     20.0     0.75     不可行
10(现有技术)     160.0     145.0     7.5     0.91     不可行
因此，弹性管的尺寸比率(φ2/φ1)最好设定在0.56至0.72的范围内。尺寸比率(φ2/φ1)被设定在0.60至0.68的范围内则更好。弹性管的厚度η最好设定在23至35mm的范围内，而且在28.7至30.0mm的范围内更好。
如果弹性管24的厚度η超过35mm，加强层41、42、43、44的粘接的表面就易于从管体上脱离。如果其厚度η小于23mm，那么用于使被压扁的弹性管24恢复到原来的形状的力就会减小。另外，在这种情况下，热量将会使粘接表面从管体40上脱离。
如图3所示，由最里层的加强层所限定的橡胶层，或第一加强层41和弹性管24内表面243的厚度γ被设定在10至15mm的范围内。如图4所示，当异物48容纳于弹性管24中时，橡胶层防止异物48切割弹性管24的第一加强层41。
如图6和9所示，本实施例的弹性管24以半圆形的形式沿圆筒11的内表面设置。弹性管24的弯曲半径R，即从圆筒11的中心O1至弹性管24的轴O2的距离，确定如下。
当弹性管24直线延伸时，具有一环形的横截面。当它的一部分容纳于圆筒11中时，如图9所示，弹性管24产生形变。于是，如图10所示，该弹性管24具有一椭圆形的截面。在这种状态下，内表面241的长轴D1被设置于与圆筒11的内表面同心的平面上，如图10所示，其短轴D2垂直于圆筒11的内表面延伸。短轴D2与长轴D1的比率，或〔(D2/D1)×100〕指示出弹性管的压缩率τ。当压缩率τ变小时，泵的吸入量也变小。
当弹性管24被弯曲时，如图9所示，一张力作用于弹性管24与圆筒11接触的外侧部分上，而一压缩的力作用于脱离圆筒11的内侧部分上。弯曲半径R于是变小，以减少弹性管的压缩率τ。如果弹性管24被超出其屈服点(即恢复极限)弯曲，那么作用于弹性管24上的力就大于弹性管的抗弯强度T。这就使弹性管24的内侧部分弯曲，如图9的虚线所示。
在该实施例中，弹性管的压缩率τ由下面的等式确定：对应于弹性管24的压缩率的减小，吸力的减小将保持在10％以下，从而防止了管的弯曲：
τ＝〔(D2/D1)×100〕≥90％  …(1)
弹性管的弯曲半径R，厚度η，刚度G及内径φ2与外径φ1的比率(φ2/φ1)应满足等式(1)的要求。弹性管的刚度G取决于第一至第四加强层41-44的数目N及其回转角α(层41至44相对轴O2的倾角，如图9所示)，弹性管24的厚度和橡胶的硬度Hs。
为确定根据等式(1)的弹性管24的弯曲半径R与内径φ2之间的关系，我们作了一个实验。结果如图11的曲线所示。如该曲线所示，弯曲半径R与内径φ2的比率，或R/φ2约为4.0。而为确保安全，R/φ2约等于5.0是最佳的。
当根据弯曲半径R使弹性管24被弯曲时，一外力W(kg)沿垂直于管24轴线的方向作用于管24上。这样，管24的圆形横截面就变形为一椭圆形。在这种状态下，弹性管24产生一抵抗该外力的力，或抗弯力T(kg)。当外力W大于抗弯力T时，弯曲半径R对应于抗弯弯曲半径，而抗弯力T对应于一极限抗弯力。
抗弯力T由下面的等式(2)确定，而弹性管24的刚度G由下面的等式(3)确定：
T＝k1×(ηnφ2m)×Gr…(2)
G＝k2×N×E             …(3)，
其中k1，k2为常量，指数n，m，r为通过实验得出的数值，N是加强层41至44的数目，E是一个常量，该常量基于加强层41至44的材料，加强层的纤维厚度及其最终数目(每英寸(25.4cm)内所包含的纤维数目)由实验确定的。
此外，加强层41至44的回转角α影响管24的弯曲特性。如果回转角α为零，那么管就难于弯曲，而易于抗弯。但是，管不易于通过作用于管内的压力而轴向拉伸。因此，回转角α一般被设定在50至70度的范围内，最好在50至60度的范围内。在本实施例中，回转角α被设定为54’55”。这种结构可在作用于管上的力之轴向分量与径向分量之间建立平衡。
生成出内径φ2分别为38，50，75和100mm的若干个弹性管24，以确定各个管24的压缩率τ与弯曲半径R的关系。结果如图12所示。根据图12所示的曲线可得到弹性管的弯曲半径R，弯曲半径R由等式(4)确定：
R＝K3×(φ2+η)×(φ2/η)  …(4)，
其中K3∝(1/G)                 …(5)。
如果N的值，或加强层41至44的数目在等式(3)中增加，那么等式(3)、(5)中出现的刚度G也要增加。这就使出现在等式(4)、(5)中的常量K3的值减小。如果常量K3减小，即使管24的厚度η及其压缩率τ保持不变，那么由等式(4)确定的弯曲半径R也要变小。与刚度G有关的橡胶硬度Hs一般被设定在50至70度的范围内。此外，常量K3根据圆筒11的直径变化，并且被设定在0.8至1.2的范围内。
设计并制造出标称直径分别为38，50，75和100mm的若干个弹性管，从而得到由等式(1)并根据实验等式(4)确定的压缩率τ。表2示出了弹性管24弯曲半径R的计算值和真实值，及弹性管24的压缩率τ的真实值。圆筒11的内表面具有一半径，该半径由弹性管外径φ1的一半加上弯曲半径R的真实值而得出。
表3
标称直径φ2(mm)              管的数据 弯曲         半径R 压缩率τ(％)
内径φ2 厚度η 加强层的数目 计算值 真实值
    38     38.1     12.7     4     152.4K3     128.3     92
    50     50.8     16.6     6     208.2K3     215.3     95
    75     76.2     19.0     6     381.8K3     267.9     96
    100     101.6     28.5     4     463.8K3     421.0     93
如表3所示，加强层的数目最好设定在4至6或2至8的范围内。在表2中，如果标称直径为38mm，那么K3的值可由圆筒的半径128.3除以计算值152.4mm(≈0.84)得出。若标称直径为50mm，那么K3就约等于1.03。
如上所述，尤其是在如上所述构造的实施例中，弹性管24的尺寸比率(φ2/φ1)被设定在0.56至0.72的范围内，而弹性管24的厚度η被设定在23至25mm的范围内。因此，当挤压滚筒22开始挤压弹性管24时，弹性管24就位于正常的挤压位置上，而不会压在圆筒11的内表面上。这种结构可防止弹性管24被作用于局部的过大应力损坏。从而改善了弹性管的耐久性。
尺寸比率(φ2/φ1)可被设定在0.60至0.68的范围内，该范围要小于0.56至0.72的范围。这样有利于弹性管24在恰当位置上的挤压。因此，改善了管的耐久性。
弹性管24由橡胶管体40和嵌入管体内的加强层41至44组成。这种结构改善了弹性管的耐久性。此外，加强层41至44沿径向方向彼此间隔一预定距离设置在管体40上。加强层41至44在相对的方向上成螺旋形延伸。这样就进一步改善了弹性管的耐久性。
加强层41至44由合成纤维索47构成。每个合成索包括多个合成纤维45，这些纤维由尼龙，聚酯或类似物构成。当合成纤维45按行排列时，橡胶46嵌入其外表面。该结构也改善了弹性管24的耐久性。
由弹性管24的内表面243和最里层的加强层，或橡胶体40的第一加强层41限定的厚度γ被设定在10至15mm的范围内。当异物处于弹性管内时，这种结构可防止异物48切割加强层41。这样，可使弹性管的耐久性得到进一步改善。
设定弯曲半径R以使弹性管的压缩率为90％或更大。弯曲半径R由等式(4)确定。这就防止了弹性管24的折曲，从而改善其耐久性。
本发明不仅局限于本实施例，它可以按以下的方式实施。
如图13所示，除第一至第四加强层41至44以外，第五加强层51和第六加强层52也可形成于弹性管24上。或者，在弹性管24上形成一，二，三，七或更多层的加强层。弹性管24的管体40也可由腈橡胶(丙烯腈丁二烯共聚物)，苯乙烯橡胶(苯乙烯丁二烯共聚物)，丙烯酸橡胶(丙烯腈丙烯酸酯共聚物)，聚乙烯橡胶(氯锡酸聚乙烯)，聚氨基甲酸酯橡胶或类似物构成。
合成纤维索47的合成纤维45可通过将多根纤维缠绕在一起形成。
尽管本文已对本发明的一个实施例作出了说明，但是本领域技术人员应该清楚：本发明可能以许多其它的特殊形式被实施，而没有脱离本发明的保护范围。

Claims (19)

1、一种挤压式泵，通过多对滚筒挤压弹性管，使得弹性管发生弹性形变，从而通过弹性管来输送泥浆，而这种挤压是通过移动各对挤压滚筒来实现的，其中：
弹性管具有一外径，一内径和一厚度，其特征在于：所说内径与外径的比率被设定在0.56至0.72的范围内，所说的厚度被设定在23至35mm的范围内。
2、如权利要求1所述的挤压式泵，还包括：
一圆筒形的圆筒，其中弹性管沿圆筒的内表面设置；
一驱动轴，支承在圆筒的中心部分；
多对支承轴，支承在驱动轴上；
轴承，可转动地将滚筒支承在各个支承轴上。
3、如权利要求2所述的挤压式滚筒，还包括：
连接板，固定于驱动轴上；
若干个支承杠杆，悬接在固定板上；
限制滚筒，可转动地支承在各支承轴上，用于当与弹性管结合时限制弹性管的位置；以及
恢复滚筒，连接到连接板上，该滚筒用于恢复被挤压滚筒压缩的弹性管。
4、如权利要求2所述的挤压式泵，其中弹性管包括一椭圆形的横截面，当沿圆筒的内表面安排时，其中从圆筒的中心到弹性管轴线的距离，或由下列等式确定的弯曲半径R，从而使椭圆形横截面的短轴(D2)与其长轴(D1)的比率，或压缩率为90％或更大；
R＝K3×(φ2+η)×(φ2/η)，并且K3∝(1/G)，
其中G代表弹性管的刚度，η代表弹性管的厚度。
5、如权利要求1所述的挤压式泵，其中弹性管的厚度被设定在28.7至30.0mm的范围内。
6、如权利要求1所述的挤压式泵，其中所说的弹性管包括一橡胶管体和嵌入管体的加强层。
7、如权利要求6所述的挤压式泵，其中所说的加强层在管体内彼此间隔一预定的径向距离设置，并且所说的加强层在相对的方向上成螺旋形延伸。
8、如权利要求7所述的挤压式泵，其中由所说的加强层和所说的管体的轴线形成的角被设定在约50至约60度的范围内。
9、如权利要求8所述的挤压式泵，其中所说的加强层包括多根彼此有一定间隔设置的丝和包围每根丝的橡胶，所说的丝由尼龙或聚酯形成。
10、如权利要求9所述的挤压式泵，其中由弹性管的内表面与加强层所限定的管体厚度被设定在10至15mm的范围内。
11、如权利要求6所述的挤压式泵，其中所说的管体由具有耐磨和防风化特性的橡胶制成，所说的橡胶包括重量为50份的天然橡胶，重量为50份的苯乙烯丁二烯橡胶，重量为50份的炭黑，重量为5份的氧化锌，重量为5份的软化剂，重量为3份的处理剂，重量为2份的硫，重量为1份的硫化剂，重量为2份的硬脂酸，重量为1份的防氧化剂。
12、一种用于挤压式泵的弹性管，通过多对滚筒挤压弹性管以使管弹性形变经弹性管来输送泥浆，而这种挤压是通过移动各对挤压滚筒来实现的，其中：
弹性管具有一外径，一内径和一厚度，所说内径与外径的比率被设定在0.56至0.72的范围内，所说的厚度被设定在23至35mm的范围内。
13、如权利要求12所述的弹性管，其特征在于：所说弹性管的厚度被设定在28.7至30.0mm的范围内。
14、如权利要求12所述的弹性管，其特征在于：所说的弹性管包括一橡胶管体和嵌入管体内的加强层。
15、如权利要求14所述的弹性管，其特征在于：所说的加强层在管体内彼此间隔一预定的径向距离设置，并且所说的加强层在相对的方向上成螺旋形延伸。
16、如权利要求15所述的弹性管，其特征在于：由所说的加强层和所说的管体的轴线形成的角被设定在约50至约60度的范围内。
17、如权利要求16所述的弹性管，其特征在于：所说的加强层包括多根彼此有一定间隔设置的丝和包围每根丝的橡胶，所说的丝由尼龙或聚酯形成。
18、如权利要求14所述的弹性管，其特征在于：由弹性管的内表面与加强层所限定的管体厚度被设定在10至15mm的范围内。
19、如权利要求14所述的弹性管，其特征在于：所说的管体由具有耐磨和防风化特性的橡胶制成，所说的橡胶包括重量为50份的天然橡胶，重量为50份的苯乙烯丁二烯橡胶，重量为50份的炭黑，重量为5份的氧化锌，重量为5份的软化剂，重量为3份的处理剂，重量为2份的硫，重量为1份的硫化剂，重量为2份的硬脂酸，重量为1份的防氧化剂。
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