混凝土泵防混凝土倒流的结构分析

    混凝土泵送技术发展到今天，混凝土泵（车）已朝高压大排量方向发展，在高层建筑施工中，就必须考虑泵（车）在停泵时的混凝土倒流及其防范措施。
    1 混凝土的倒流及其影响
    所谓“停泵”系指混凝土泵（车）在泵送间歇（不停主机）或完工后清洗工作前停止泵送。在主油缸正常运行停泵时（非起、止点）垂直方向配管里的高塌落度（18—22mm）混凝土，在其较大的重力作用下通过水平配管及混凝土分配阀倒流返回，返流回压传递到混凝土分配阀倒流返回，返流回压传递到混凝土活塞端面上，而后通过活寒杆又传递到进油推缸运动的主缸活塞上，如图1所示。如无防混凝土倒流结构，则此返流回压将把混凝土活寒倒推至洗涤室的止动限位挡销（或管）上，同时主缸的活塞在它的作用下也产生回流压力，并返回至运动的起始点A。

图1 主泵送系统的混凝土泵送状态

    泵送停止时，主系统的油泵处于卸荷状态，混凝土倒流时产生于A缸的较大的回流压力，对油泵产生较大的有害冲击，同时有杆腔是封闭连通的，当左缸活塞以停泵时的位置（图示虚线）返回至A点时，封闭回路的容积增大，将会发生如下两种情形：①在因容积增大而产生的较大负压作用下，封闭回路内的油液发生浮化，即油液分子间的距离被拉大，油液中的空气被分离出来聚结成气泡。在乳化的同时，外界回路将向封闭回路内渗漏，直至封闭回路的负压小于所有宇航局封接触应力为止。结果是以向内渗漏为主，油液乳化为次，致使封闭回路内油液增加（极端情况是两主缸均回缩在起始点A、B处）。在再次泵送时，主缸除了要克服混凝土泵送阻力档案室外，还要克服有杆腔内因增多的油液通过封闭回路安全阀或单向阀排出所产生的较大背压。若上述两者之和达到主系统的溢流压力时，则主系统将停止泵磅。②若封闭回路的密封效果较佳时，则回路内油液变化情况是液压油乳化为主，向内渗漏为次。即封闭回路的负压很快达到小于所有密封元件最小的接触应力的状态（极端情况仅是原回路内的油液被乳化增固一倍）。在再次泵送时，主缸运行到快换向时的这段时间内，乳化态的油液受压后恢复到原状态，泵送压力不会增大。继续向行程止点运动时；因渗入的极少量多余的油液需完全排出，此时泵送压力突然增大，也会发生泵送压力与背压之和达到主系统的安全溢流压力，主系统泵送失败。
    2 防范结构的设计原理及其应用
    （1）在主缸的主进出油道上，利用三位四通阀的面能来实现停泵时主缸油路处于卸荷状态的主系统油路隔断，如图2所示。此结构应用于Schwing公司混凝土泵（车）的系列产品中。控制主缸，反泵的三位四通阀采用液控弹簧对中复位的结构，滑阀机能为M型。其工作原理是：停泵的时，液控油压pk消失。三位四通阀芯在两边位移弹簧作用下处于中位，此时阀的出油口处于截止态，主油压p则处回油卸荷态。受倒流阀截止。在某些闭式主泵送系统中，挖控制主缸换向的四通阀也采用图2所示的三位四通阀结构，但其滑阀机能却采用“H”型。尽管它满足闭式回路系统进回油要求，但不能起到防止混凝土倒流的作用。作者认为还不如采用M型机能。既可满足闭式系统的要求，又可防止混凝土倒流。

图2 混凝土倒流防范结构之一

（2）采用梭阀加单向阀如图3。

图3 混凝土倒流防范结构之二

    单向阀人关闭可锁死混凝土倒流对油缸的产生的回压。此结构运用于IHI公司及国内同类产品的泵（车）中。其工作原理是：停止泵送时，电磁阀位于图示的工作位置，混凝土倒流对油缸产生的回压pk经主缸四通阀（二位）后，将梭阀芯推至右位，并流经梭阀、电磁阀后作用在单向阀的弹簧腔上。因单向阀是DF型直角式，可将主缸回压与正处于卸荷状态的主系统隔开。
    （3）利用顺序阀主芯发断主油路。在顺序阀顺序动作的主系统中，利用顺序阀主芯在停泵时的关闭，将主缸进油路与卸荷系统隔开，如图4。此结构运用于IHI公司及国内同类产品的泵（车）中。其原理是：在目前结构中，单向阀2及其控制油路f是不存在的。停止泵送时，电磁阀3位于图示的上工作位，先导阀的外控油路与回油路相通，先导阀立即关闭。主阀芯也随之关闭。混凝土倒流对油缸产生的回压被主阀芯截断。不过因顺序阀主芯采用的是锥面凡尔线密封，其进出油口也是成直角的。故在密封锥面上始终存在一使主芯开启的有效受压环形面积，当倒流回压达到一定值时，施加在受压环形面积上的作用力将大于主芯弹簧的弹力而使主芯开启，倒流回压溢出回油箱。故此结构的防范混凝土倒流的高度是有限的，须加以改进。改进的原理是：利用外控顺序阀外控油咱上电磁阀的多余封堵油道去控制加置在主油路上的单向阀，如图4中的单阀与f油道所组成的方框。其工作原理是：泵送停止时，电磁阀如图示的工作位，在来自蓄能器的分配阀保压回路压力经此电磁阀、f油道达到单向阀2的弹簧腔，使单向阀关闭。由于弹簧腔受压面积远大于密封锥面的有效环形受压面积。故加置的单向阀2能有效地将混凝土倒流对油缸产生的回压截止。

图4 混凝土倒流防范结构之三

（4）在插装阀的主泵送系统中（如图5）

图5 混凝土倒流防范结构之四

　依靠插装阀2自身实现防倒流。通过插装阀的先导控制阀1对主掳倒流回压的引用和控制，倒流回压分别作用于插装元件的弹簧腔，使主缸回压与处于卸荷的主系统隔断。其作用原理实质上与第2、3种结构是一样的，都是利用倒流回压或外控压力反方向（弹簧腔）将单向阀关死。隔断主缸倒流回压。其通过原理模型如图6所示，图中p回为混凝土倒流时对主缸产生回压，S为弹簧腔的有效作用面积，S环为密封处受p回作用的有效环形面积。

图6 单向阀或插装元件的回压密封