一种臂架系统及泵送机械
技术领域
本发明涉及一种泵送混凝土等粘稠流体的技术，特别涉及一种臂架系统，还涉及到具有该臂架系统的泵送机械。
背景技术
混凝土泵车是当前应用广泛的混凝土机械之一。混凝土泵车一般包括泵送装置和臂架系统。泵送装置一般又包括料斗，输送缸和分配阀，料斗用于存放混凝土，分配阀能够在摆动油缸驱动下进行状态转换，并形成泵送装置的输出口。臂架系统包括臂架和输送管，臂架包括由多节通过横向铰接轴顺序铰接相连形成的节臂，输送管包括多节顺序相连的管道，管道分别固定在相应的节臂上；输送管具有输入口和输出口，输入口与分配阀的输出口相通，输出口设置相应的软管，以便于准确地控制混凝土的浇注位置。在进状态转换时，分配阀在预定第一时间内使输送缸与料斗相连通，在预定的第二时间内使输送缸与臂架系统的输送管相连通。输送缸的活塞能够在液压缸驱动下进行伸缩运动；在输送缸与料斗相连通时，使输送缸的活塞后缩，吸入适量的混凝土，完成吸料；在输送缸与臂架系统的输送管相连通时，使输送缸的活塞外伸，将吸入的混凝土泥浆通过分配阀压入输送管中，进行泵料，并对混凝土施加预定压力，使混凝土沿输送管流动；多次吸料和泵料，可以使混凝土到达输送管的输出口，从输送管输出口流出，到达预定的混凝土作业位置。改变臂架中节臂之间的位置关系，可以改变臂架末端的位置，使输送管的输出口与预定的位置相对应，方便混凝土浇注作业的进行。
根据具体结构的不同，泵送装置的分配阀可以是裙阀、C形阀、闸板阀或S阀。虽然分配阀的具体结构形式存在不同，但其工作原理基本相同，既其基本功能在于通过状态转换，使泵送装置能够以预定的方式反复地进行吸料与泵料，进而能够间断地泵送混凝土，使混凝土在输送管内以脉动的方式流动，并以预定的流量供给混凝土。
流体特别是脉动的流体在其流场中形成的紊流和周期变流引起的喘振将导致流场载体的振动。以脉动方式流动的混凝土必然对臂架系统产生脉冲式冲击，使臂架系统产生振动。另外，为了将混凝土输送到较远或较高的位置，臂架系统在整体上为长杆状结构；长杆状结构的臂架系统还会将臂架系统产生的振动放大，使臂架末端产生很大幅度的振动。当泵送装置的间隔式泵送对臂架系统产生的脉冲式冲击的频率与臂架系统的固有振动频率接近或相等时，臂架系统将产生强烈的共振，在特定情况下，臂架末端的振动幅度可能达到1m以上；臂架系统产生幅度、强度过大的振动不仅使混凝土难以到达预定位置，影响混凝土作业的质量和顺利进行，还会造成泵送装置、臂架系统的疲劳损伤，进而影响混凝土泵车的使用寿命。
为了减小臂架末端的振动幅度，平抑臂架系统的振动，如JP3040592B2、CN1486384A及CN1932215A分别公开了平抑臂架系统振动的技术方案。这些专利文献公开的技术方案仅是从控制臂架姿态的角度入手来遏制臂架末端振动产生的振幅，并不能降低混凝土流动的脉冲，因此，上述专利文献公开的减振技术方案作用十分有限。
如何减小臂架系统的振动仍然是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
为此，本发明的第一个目的在于，提供一种臂架系统，在输入流体不变的情况下，减小臂架系统由于流体脉动而产生的振动。
本发明的第二个目的在于，提供一种包括上述臂架系统的泵送机械。
为了实现上述第一个目的，本发明提供的臂架系统包括输送管和与输送管相连的减振装置，所述减振装置形成减压段和与该减压段相通的进口和出口；所述减压段的通流截面大于所述进口的通流截面，同时大于所述出口的通流截面。
可选的，所述减振装置还包括扩张段，所述扩张段前端与所述进口相通，后端与所述减压段的前端相通；所述扩张段前端的通流截面小于其后端的通流截面；所述减压段前端的通流截面不小于所述扩张段后端的通流截面。
可选的，从前端到后端，所述扩张段的通流截面逐渐增加。
可选的，所述减振装置还包括收缩段，所述收缩段前端与所述减压段的后端相通，后端与所述出口相通；所述收缩段前端的通流截面大于其后端的通流截面；所述减压段后端的通流截面不小于所述收缩段前端的通流截面。
可选的，从前端到后端，所述收缩段的通流截面逐渐减小。
可选的，所述减振装置还包括各部分通流截面相等的稳流段；所述稳流段前端与所述收缩段的后端相通，后端与所述出口相通，且所述稳流段前端的通流截面不大于所述收缩段后端的通流截面。
可选的，所述出口的通流截面大于所述进口的通流截面。
可选的，所述减压段各部分的通流截面相等。
为了实现上述第二个目的，本发明提供的泵送机械包括泵送装置和臂架系统，所述泵送装置的输出口与臂架系统的输送管的输入口相通，所述臂架系统为上述任一种臂架系统。
可选的，所述减振装置的进口和出口分别与所述泵送装置的输出口和所述输送管的输入口相通。
与现有技术相比，本发明提供的臂架系统中，还包括减振装置，所述减振装置包括一个减压段，所述减压段的通流截面大于进口的通流截面，同时大于所述出口的通流截面。这样，在混凝土或其他粘稠物等流体从进口进入减压段时，由于减压段的通流截面大于进口的通流截面，流体压力会减小，受到的挤压程度减小，流体受到背压减小；然后，流体再通出口流出，由于出口的通流截面小于减压段的通流截面，流体压力增加，流速增加以满足预定流量需求。在流体以脉动的方式进入减压段时，减压段内的流体压力和流速的减小能够减小流体的脉动幅度，使流体脉动导致的振动、紊流得到减缓，提高流体流动的稳定性。由于在减压段中流体的脉动幅度已经减小，从出口流出的速度稳定性也得到改善，脉动幅度也相应减小。使从输送管输出口流出流体的稳定性也得到明显改善，进而能够减小臂架系统由于流体脉动而产生的振动，这样就能够大幅度地减小臂架末端的振动幅度。
在进一步的技术方案中，减振装置还包括位于减压段前端的扩张段，且扩张段前端的通流截面小于后端的通流截面。该技术方案可以减小流体流速和压力的变化速度，减小由于流体流速与压力急变造成的振动和紊流，进一步提高流体流动的稳定性。将扩张段设置为通流截面逐渐增加的结构，可以通过扩张段通流截面的逐渐变化控制流体流速与压力的变化，以更优地改善流体的稳定性。
同样，在进一步的技术方案中，减振装置还包括位于减压段后端的收缩段，该收缩段前端的通流截面大于后端的通流截面；该技术方案可以减小流体流速和压力的变化速度，减小由于流体流速与压力急变的造成振动和紊流，进一步提高流体流动的稳定性。将收缩段设置为通流截面逐渐减小的结构，可以通过收缩段通流截面的逐渐变化控制流体流速与压力的变化，以更优地改善流体的稳定性，使流体更稳定的方式流出减振装置的出口。再进一步的，在收缩段后端设置各部分通流截面相等的稳流段；在流体通过收缩段时，其压力和流速的变化会产生一些紊流，稳流段可以缓解在收缩段产生的紊流，提高流体流动的稳定性。
在进一步的技术方案中，减压段各部分通流截面相等；这样可以避免流体在减压段内压力和流速变化而产生新的紊流。
提供的包括上述臂架系统的泵送机械中，由于包括上述臂架系统，也具有相对应的技术效果。在进一步的技术方案中，使减振装置的进口和出口分别与泵送装置的输出口和输送管的输入口相通，即将减振装置连接在泵送装置与臂架系统的输送管之间，这样可以尽可能地发挥减振装置的作用，提前减小流体脉动的幅度，为减小臂架系统的振动提供良好前提。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的混凝土泵车的臂架系统的结构简图，图中用双点划线示出了混凝土泵车的底盘与泵送装置；
图2是图1所示臂架系统中，减振装置的结构简图；
图3是本发明实施例二提供的臂架系统中，减振装置的结构简图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。以下以混凝土泵车为例对本发明提供的技术方案进行描述，但本发明的提供的技术方案不限于应用在混凝土泵车中，也可以应用于输送灰渣、泥浆等其他粘稠性物料的泵送机械中。
本发明的基本核心在于：在混凝土流经的适当位置、以适当的方式降低混凝土流场的背压，就可以有效地改善混凝土流场的紊流，减小混凝土脉动幅度，降低流体本身的振动能量。以该基本核心为基础，提供以下技术方案。
请参考图1和图2，图1是本发明实施例一提供的混凝土泵车的臂架系统的结构简图，图中用双点划线示出了泵车的底盘与泵送装置；图2是图1所示臂架系统中，减振装置结构简图。
图1中的混凝土泵车包括泵送装置100和臂架系统，其中臂架系统包括减振装置200和输送管300(简图中未示出了臂架系统的节臂)，减振装置200与输送管300相连。减振装置200形成四个通流段：扩张段210、减压段220、收缩段230和稳流段240；上述四个通流段从前向后顺序排列，且在减振装置200前端形成进口201，在后端形成出口202。此处前、后方位词是以混凝土的流动方向为参照，混凝土先到达的位置为前，后到达的位置为后。
减振装置200各部分的关系如下：扩张段210前端与进口201相通，后端与减压段220的前端相通，其中，扩张段210前端的通流截面小于后端的通流截面，且扩张段210后端的通流截面小于减压段220前段的通流截面；本例为优选技术方案，从前端到后端，扩张段210的通流截面逐渐增加。减压段220为圆筒形结构，其各部分通流截面均相等，即前端通流截面和后端通流截面相等。收缩段230前端与减压段220的后端相通，后端与稳流段240的前端相通；收缩段230前端的通流截面大于其后端的通流截面，且收缩段230后端的通流截面小于减压段220后端的通流截面；优选的，从前端到后端，收缩段230的通流截面逐渐减小。稳流段240各部分通流截面相等，其前端与收缩段230的后端相通，后端与出口202相通，且稳流段240前端的通流截面与收缩段230后端的通流截面相等。
在泵送装置100以脉动的方式输出混凝土时，混凝土以脉动方式流动，通过进口201进入扩张段210，由于扩张段210前端的通流截面小于后端的通流截面，且从前端到后端其通流截面逐渐增加，混凝土的压力和流动速度逐渐减小；通过扩张段210后，混凝土进入减压段220中，由于减压段220前端的通流截面大于扩张段210后的通流截面，因此，在进入减压段220时，混凝土的压力和流动速度进一步减小；由于减压段220各部分通流截面相等，混凝土在减压段220中流动过程中，其整体压力和流动速度保持基本不变；在通过减压段220后，混凝土进入收缩段230，由于收缩段230前端的通流截面小于减压段220后端的通流截面，在进入收缩段230时，混凝土压力和流动速度增加；由于从前端到后端，收缩段230的通流截面逐渐减小，混凝土压力和流动速度逐渐增加；在通过收缩段230后，混凝土进入稳流段240，由于稳流段240各部分通流截面相等，混凝土整体流动速度保持基本不变，然后通过出口202流出，进入臂架系统的输送管300中。
在混凝土经过减振装置时，混凝土的压力和流动速度先减小，再增加；通过该过程，混凝土的脉动幅度减小，使脉动导致的振动、紊流得到减缓，提高了混凝土流动的稳定性。由于在减振装置中混凝土的脉动幅度已经减小，从出口202流出的速度稳定性也得到改善，脉动幅度也相应减小。由于混凝土的脉动幅度减小，从臂架系统末端流出的稳定性也得到明显改善，进而能够减小由于混凝土脉动而引起的臂架系统的振动，特别是能够大幅度地减小臂架末端的振动幅度。为了减小混凝土对输送管的磨损，降低混凝土的流动速度，本例中，出口202的通流截面大于进口201的通流截面。
根据以上描述，可以理解，在减振装置中，设置适当减压段220，就可以实现减小混凝土脉动幅度，减小臂架系统由于混凝土脉动而产生的振动的目的。实际实验也证明，减压段220能够减小混凝土流动的脉动幅度，且在进口201保持不变的情况下，减压段220的通流截面越大，效果越明显。减压段220各部分的通流截面不限于相等，也可以根据实际需要设置为各部分通流截面不相等的结构。
本例中，设置前端通流截面小于后端通流截面的扩张段210的益处在于：能够减小混凝土流速和压力的变化速度，减小由于混凝土流速与压力急变造成的振动和紊流，提高混凝土流动的稳定性；将扩张段210设置为通流截面逐渐增加的结构，可以通过扩张段210通流截面的变化控制混凝土流速与压力的变化，以更优地改善混凝土的稳定性。本例中，扩张段210通流截面的径向尺寸为线性变化，在实际应用中，可以根据实际需要，使扩张段210的径向尺寸以曲线性或其他方式变化，以控制混凝土流动速度和压力变化。同样，设置前端通流截面大于后端通流截面的收缩段230的益处也在于：减小混凝土流速和压力的变化速度；将收缩段230设置为通流截面逐渐减小的结构，也能够更优地改善混凝土的稳定性；同样，收缩段230径向尺寸变化也有多种选择。
由于混凝土通过收缩段230时，压力和流速的变化会使混凝土产生一些紊流，为了减小这部分紊流造成的不利影响。在收缩段230后端还设置稳流段240；由于稳流段240各部分的通流截面相等，可以缓解在收缩段产生的紊流，提高流体流动的稳定性。
本例中，减振装置200水平设置，其出口202位置低于其进口201的位置，以使混凝土更顺畅的通过减振装置。由于减振装置200具有上述技术效果，提供的混凝土泵车包括具有该减振装置200的臂架系统，也具相对应的技术效果；优选技术方案中，将减振装置200连接在混凝土泵车的泵送装置100与臂架系统的输送管300之间，使减振装置200的进口201与泵送装置100的输出口相通，使减振装置的出口202与输送管300的输入口相通；这样可以使减振装置200提前发挥作用，减小混凝土脉动的幅度，为减小臂架系统的振动提供良好前提；当然，减振装置200可以设置在臂架系统的其他部分，并与输送管300串连，使通过输送管300的混凝土流经减振装置200，就可以实现本发明目的。对于混凝土泵车来讲，由于其车体位置具有足够的空间，因此，设置减振装置200的位置具有多种选择，可以设置有混凝土泵车车体的边侧，也可以根据混凝土泵车的具体情况设置在适当的位置。
为了更进一步地减小混凝土压力和流速急剧变化而产生振动、噪音和紊流，本发明还提供了另一种结构的减振装置。
请参考图3，该图是本发明实施例二提供的臂架系统中，减振装置的结构简图。与实施一中的减振装置相比，其区别在于，减压段220前端的通流截面与扩张段210后端的通流截面相等，减压段220后端的通流截面与收缩段230前端的通流截面相等。这样，该减振装置形成的整个通流区域内，通流截面形成连接的变化，这样可以减小由于通流截面不连续变化而产生的振动、噪音和紊流。据此可以看出，在减压段220前端的通流截面不小于扩张段210后端的通流截面，减压段220后端的通流截面不小于收缩段230前端的通流截面，稳流段240前端的通流截面不大于收缩段230后端的通流截面，就可以实现提高混凝土流动稳定性的目的。当然，各通流段之间可以通过曲线或圆弧过渡，也可以在之间设置其他结构或部分，以满足预定需要。
根据实际应用不同，减振装置200各通流段的长度和通流截面具体尺寸可以综合考虑混凝土比重、混凝土的粘性、泵送装置的泵送频率、混凝土的脉动幅度等因素确定。根据泵送混凝土特性的不同，还设置在混凝土流经的通道上，还可以设置一个或多个减压段220，设置一个或多个减振装置200。
在提供上述臂架系统的基础上，还提供了一种泵送机械，该泵送机械包括泵送装置和臂架系统，所述泵送装置的输出口与臂架系统的输送管的输入口相通，所述臂架系统为上述任一种臂架系统，泵送装置的输出口可以直接与臂架系统的输入口相通，也可以通减振装置与臂架系统的输送管的输入口相通。泵送机械可以是拖式泵、汽车底盘泵或其他泵送机械。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。