我國從20世紀70年代開始探索開發混凝土泵,80年代引進技術開始制造混凝土泵,但真正意義上的國產混凝土泵制造應該從1993年中聯重科的前身中聯公司成立開始。經過20多年的發展,中國已經成為世界上最大的混凝土泵生產國。2007年泵車銷售約3000臺,拖泵約為6500臺。而同期,國外混凝土泵的總產量僅為12000臺左右。
雖然中國混凝土泵最初引進過日本的技術,但真正成功的產品是借鑒歐洲技術自主開發的。以關鍵的液壓系統為例,與液壓挖掘機當初走技術引進——盲目國產化而失敗的道路不同,混凝土泵一開始就采用國外優秀的液壓元件。優點在于:(1)產品立足點高;(2)通過與外國專家的商業和技術交流,學到了最先進的技術和理念。20世紀90年代中國混凝土泵企業曾經百花齊放,涌現過各種各樣的液壓系統,其中有不少獨特的創新。例如,中國制造商獨具匠心開發了轉速為3000r/min的A4V56泵閉式液壓系統。當時國外主流制造商的開式系統用的是A7VO或A8VO斜軸油泵和專用液壓閥,中國制造商卻大量使用大排量的斜盤泵A11VO190/260和工業閥。此外,中國制造商在全球率先開發了三級配混凝土泵,雙動力混凝土泵,并首先使用PLC控制油泵的排量。
目前以三一重工、中聯重科為代表的制造商所生產的混凝土泵已經達到了比較高的水平,但眾多的混凝土泵制造企業還存在著產品同質化嚴重、技術創新能力較差、低價競爭等問題。中國的混凝土泵已走向世界,中國其他出口產品因為知識產權問題在國際上的“不公”待遇,應該引起國內廠家的重視。創新是企業生命之源,混凝土泵的技術創新大有文章可做。另外,應該看到中國的混凝土機械經過十幾年的高速發展,未來前景仍然非常樂觀,這也為我們混凝土泵技術的進一步發展提供了廣闊的舞臺。
1 技術發展趨勢
在未來,混凝土泵的發展主要方向是:提高主機性能和作業效率,降低使用成本,提高舒適性以及適應法規要求。
1.1主液壓系統
目前國內主流泵送液壓系統有3種。一種是全液壓液控信號換向,電控油泵排量調節的開式系統,主要為三一重工所采用;第二種是以中聯重科為代表的電信號換向,液控油泵排量調節的開式系統,幾乎成為國內大多數混凝土拖泵的標準配置。絕大多數的液壓系統均為雙回路系統,即泵送和擺動回路分別由主油泵和恒壓泵(或齒輪泵)供油。第三種系統是閉式系統。閉式系統成本較高但換向沖擊小,目前主要用在泵車上,在拖泵上基本已被淘汰。開式系統也可以研究出沖擊小的系統,比如三一重工所開發的。但對其他一些廠家來說,與其花幾年時間研究系統,不如直接采用成熟的閉式系統快速占領市場。這就是為什么國內大多數廠家的泵車采用閉式系統的原因。由于采用PLC控制油泵排量具有調節方便的優點,成本也低,以后普通開式系統的油泵排量控制將會全部采用電比例調節,即傳統的LRDH2控制方式將會被LRDU2代替。
(1)極限負荷調節和自動功率分配。
目前國內外普遍采用的恒功率泵系統有一個很大的缺點,它只對主泵進行恒功率控制。
實際上,混凝土泵,尤其是泵車是由多個系統組成的,包括泵送系統、換向系統、攪拌、臂架控制、冷卻和水泵等;柴油機本身也有冷卻、發電等輔助功率消耗和備用功率。這些在分配功率時都要予以考慮,這就影響了主泵的功率分配和利用。泵送功率是決定混凝土泵工作效率的重要因素。如何利用其他系統的富余功率提高泵送功率,是提高發動機功率利用的重要途徑。電子技術的發展為泵送功率的提高奠定了基礎。混凝土泵,尤其是泵車,將會朝著極限負荷調節和自動功率分配的方向發展,主泵以外的多余功率將通過柴油機或直接地自動轉移到主油泵,從而大大提高泵送功率,并使采用較小的發動機來降低采購成本和節省油耗成為可能。
(2)功率模式選擇。
混凝土泵的載荷按工況(作業高度和輸送距離等)不同差別很大,液壓系統的壓力和需要的發動機功率變化往往很大。如果按照不同的工況來設置不同的功率模式(比如輕載節能、重載滿功率和自適應等),精確協調在不同作業模式下發動機的轉速、油泵排量和功率,使發動機和泵的功率匹配更加合理,就能降低油耗和噪聲,延長主機的使用壽命。
以油泵的變功率原理為例。通過改變比例電磁鐵控制電流的大小可以改變油泵的功率值。在混凝土泵高壓大排量工況時,油泵輸出最大設定功率;在輕負荷情況時,比例電磁鐵5的電流上升,油泵的功率值下降。如果控制電流由計算機來調節,則通過軟件可以實現功率極限負荷調節、功率自動分配和功率模式選擇等功能。計算機還同時對發動機進行功率設定,確定發動機的轉速和油門開度。這樣,可根據混凝土泵車不同的泵送工況,采用不同的發動機特性和液壓泵特性,其特性曲線都是由計算機軟件來決定的。
在混凝土泵的使用中,油泵的型號為A11VO/LE2DU2或A11VO/EP。后者為純電控比例油泵,功能通過電控系統實現;前者帶機械的功率調節裝置,優點是電控系統較為簡單,即使發生故障,油泵仍可以以機械設定的功率和壓力進行工作。國內已有制造商成功開發出混凝土泵的變功率系統,并開始批量投放市場。
雖然中國混凝土泵最初引進過日本的技術,但真正成功的產品是借鑒歐洲技術自主開發的。以關鍵的液壓系統為例,與液壓挖掘機當初走技術引進——盲目國產化而失敗的道路不同,混凝土泵一開始就采用國外優秀的液壓元件。優點在于:(1)產品立足點高;(2)通過與外國專家的商業和技術交流,學到了最先進的技術和理念。20世紀90年代中國混凝土泵企業曾經百花齊放,涌現過各種各樣的液壓系統,其中有不少獨特的創新。例如,中國制造商獨具匠心開發了轉速為3000r/min的A4V56泵閉式液壓系統。當時國外主流制造商的開式系統用的是A7VO或A8VO斜軸油泵和專用液壓閥,中國制造商卻大量使用大排量的斜盤泵A11VO190/260和工業閥。此外,中國制造商在全球率先開發了三級配混凝土泵,雙動力混凝土泵,并首先使用PLC控制油泵的排量。
目前以三一重工、中聯重科為代表的制造商所生產的混凝土泵已經達到了比較高的水平,但眾多的混凝土泵制造企業還存在著產品同質化嚴重、技術創新能力較差、低價競爭等問題。中國的混凝土泵已走向世界,中國其他出口產品因為知識產權問題在國際上的“不公”待遇,應該引起國內廠家的重視。創新是企業生命之源,混凝土泵的技術創新大有文章可做。另外,應該看到中國的混凝土機械經過十幾年的高速發展,未來前景仍然非常樂觀,這也為我們混凝土泵技術的進一步發展提供了廣闊的舞臺。
1 技術發展趨勢
在未來,混凝土泵的發展主要方向是:提高主機性能和作業效率,降低使用成本,提高舒適性以及適應法規要求。
1.1主液壓系統
目前國內主流泵送液壓系統有3種。一種是全液壓液控信號換向,電控油泵排量調節的開式系統,主要為三一重工所采用;第二種是以中聯重科為代表的電信號換向,液控油泵排量調節的開式系統,幾乎成為國內大多數混凝土拖泵的標準配置。絕大多數的液壓系統均為雙回路系統,即泵送和擺動回路分別由主油泵和恒壓泵(或齒輪泵)供油。第三種系統是閉式系統。閉式系統成本較高但換向沖擊小,目前主要用在泵車上,在拖泵上基本已被淘汰。開式系統也可以研究出沖擊小的系統,比如三一重工所開發的。但對其他一些廠家來說,與其花幾年時間研究系統,不如直接采用成熟的閉式系統快速占領市場。這就是為什么國內大多數廠家的泵車采用閉式系統的原因。由于采用PLC控制油泵排量具有調節方便的優點,成本也低,以后普通開式系統的油泵排量控制將會全部采用電比例調節,即傳統的LRDH2控制方式將會被LRDU2代替。
(1)極限負荷調節和自動功率分配。
目前國內外普遍采用的恒功率泵系統有一個很大的缺點,它只對主泵進行恒功率控制。
實際上,混凝土泵,尤其是泵車是由多個系統組成的,包括泵送系統、換向系統、攪拌、臂架控制、冷卻和水泵等;柴油機本身也有冷卻、發電等輔助功率消耗和備用功率。這些在分配功率時都要予以考慮,這就影響了主泵的功率分配和利用。泵送功率是決定混凝土泵工作效率的重要因素。如何利用其他系統的富余功率提高泵送功率,是提高發動機功率利用的重要途徑。電子技術的發展為泵送功率的提高奠定了基礎。混凝土泵,尤其是泵車,將會朝著極限負荷調節和自動功率分配的方向發展,主泵以外的多余功率將通過柴油機或直接地自動轉移到主油泵,從而大大提高泵送功率,并使采用較小的發動機來降低采購成本和節省油耗成為可能。
(2)功率模式選擇。
混凝土泵的載荷按工況(作業高度和輸送距離等)不同差別很大,液壓系統的壓力和需要的發動機功率變化往往很大。如果按照不同的工況來設置不同的功率模式(比如輕載節能、重載滿功率和自適應等),精確協調在不同作業模式下發動機的轉速、油泵排量和功率,使發動機和泵的功率匹配更加合理,就能降低油耗和噪聲,延長主機的使用壽命。
以油泵的變功率原理為例。通過改變比例電磁鐵控制電流的大小可以改變油泵的功率值。在混凝土泵高壓大排量工況時,油泵輸出最大設定功率;在輕負荷情況時,比例電磁鐵5的電流上升,油泵的功率值下降。如果控制電流由計算機來調節,則通過軟件可以實現功率極限負荷調節、功率自動分配和功率模式選擇等功能。計算機還同時對發動機進行功率設定,確定發動機的轉速和油門開度。這樣,可根據混凝土泵車不同的泵送工況,采用不同的發動機特性和液壓泵特性,其特性曲線都是由計算機軟件來決定的。
在混凝土泵的使用中,油泵的型號為A11VO/LE2DU2或A11VO/EP。后者為純電控比例油泵,功能通過電控系統實現;前者帶機械的功率調節裝置,優點是電控系統較為簡單,即使發生故障,油泵仍可以以機械設定的功率和壓力進行工作。國內已有制造商成功開發出混凝土泵的變功率系統,并開始批量投放市場。