我國從20世紀(jì)70年代開始探索開發(fā)混凝土泵，80年代引進(jìn)技術(shù)開始制造混凝土泵，但真正意義上的國產(chǎn)混凝土泵制造應(yīng)該從1993年中聯(lián)重科的前身中聯(lián)公司成立開始。經(jīng)過20多年的發(fā)展，中國已經(jīng)成為世界上最大的混凝土泵生產(chǎn)國。2007年泵車銷售約3000臺(tái)，拖泵約為6500臺(tái)。而同期，國外混凝土泵的總產(chǎn)量僅為12000臺(tái)左右。
      雖然中國混凝土泵最初引進(jìn)過日本的技術(shù)，但真正成功的產(chǎn)品是借鑒歐洲技術(shù)自主開發(fā)的。以關(guān)鍵的液壓系統(tǒng)為例，與液壓挖掘機(jī)當(dāng)初走技術(shù)引進(jìn)——盲目國產(chǎn)化而失敗的道路不同，混凝土泵一開始就采用國外優(yōu)秀的液壓元件。優(yōu)點(diǎn)在于：(1) 產(chǎn)品立足點(diǎn)高；(2) 通過與外國專家的商業(yè)和技術(shù)交流，學(xué)到了最先進(jìn)的技術(shù)和理念。20世紀(jì)90年代中國混凝土泵企業(yè)曾經(jīng)百花齊放，涌現(xiàn)過各種各樣的液壓系統(tǒng)，其中有不少獨(dú)特的創(chuàng)新。例如，中國制造商獨(dú)具匠心開發(fā)了轉(zhuǎn)速為3000r/min的A4V56泵閉式液壓系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)國外主流制造商的開式系統(tǒng)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(yè)閥。此外，中國制造商在全球率先開發(fā)了三級(jí)配混凝土泵，雙動(dòng)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(lián)重科為代表的制造商所生產(chǎn)的混凝土泵已經(jīng)達(dá)到了比較高的水平，但眾多的混凝土泵制造企業(yè)還存在著產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重、技術(shù)創(chuàng)新能力較差、低價(jià)競爭等問題。中國的混凝土泵已走向世界，中國其他出口產(chǎn)品因?yàn)橹R(shí)產(chǎn)權(quán)問題在國際上的“不公”待遇，應(yīng)該引起國內(nèi)廠家的重視。創(chuàng)新是企業(yè)生命之源，混凝土泵的技術(shù)創(chuàng)新大有文章可做。另外，應(yīng)該看到中國的混凝土機(jī)械經(jīng)過十幾年的高速發(fā)展，未來前景仍然非常樂觀，這也為我們混凝土泵技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了廣闊的舞臺(tái)。
 
1  技術(shù)發(fā)展趨勢
      在未來，混凝土泵的發(fā)展主要方向是：提高主機(jī)性能和作業(yè)效率，降低使用成本，提高舒適性以及適應(yīng)法規(guī)要求。
1.1  主液壓系統(tǒng)
      目前國內(nèi)主流泵送液壓系統(tǒng)有3種。一種是全液壓液控信號(hào)換向，電控油泵排量調(diào)節(jié)的開式系統(tǒng)，主要為三一重工所采用；第二種是以中聯(lián)重科為代表的電信號(hào)換向，液控油泵排量調(diào)節(jié)的開式系統(tǒng)，幾乎成為國內(nèi)大多數(shù)混凝土拖泵的標(biāo)準(zhǔn)配置。絕大多數(shù)的液壓系統(tǒng)均為雙回路系統(tǒng)，即泵送和擺動(dòng)回路分別由主油泵和恒壓泵(或齒輪泵)供油。第三種系統(tǒng)是閉式系統(tǒng)。閉式系統(tǒng)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(tǒng)也可以研究出沖擊小的系統(tǒng)，比如三一重工所開發(fā)的。但對(duì)其他一些廠家來說，與其花幾年時(shí)間研究系統(tǒng)，不如直接采用成熟的閉式系統(tǒng)快速占領(lǐng)市場。這就是為什么國內(nèi)大多數(shù)廠家的泵車采用閉式系統(tǒng)的原因。由于采用PLC控制油泵排量具有調(diào)節(jié)方便的優(yōu)點(diǎn)，成本也低，以后普通開式系統(tǒng)的油泵排量控制將會(huì)全部采用電比例調(diào)節(jié)，即傳統(tǒng)的LRDH2控制方式將會(huì)被 LRDU2代替。
      (1) 極限負(fù)荷調(diào)節(jié)和自動(dòng)功率分配。
      目前國內(nèi)外普遍采用的恒功率泵系統(tǒng)有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，它只對(duì)主泵進(jìn)行恒功率控制。實(shí)際上，混凝土泵，尤其是泵車是由多個(gè)系統(tǒng)組成的，包括泵送系統(tǒng)、換向系統(tǒng)、攪拌、臂架控制、冷卻和水泵等；柴油機(jī)本身也有冷卻、發(fā)電等輔助功率消耗和備用功率。這些在分配功率時(shí)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(tǒng)的富余功率提高泵送功率，是提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用的重要途徑。電子技術(shù)的發(fā)展為泵送功率的提高奠定了基礎(chǔ)?；炷帘?，尤其是泵車，將會(huì)朝著極限負(fù)荷調(diào)節(jié)和自動(dòng)功率分配的方向發(fā)展，主泵以外的多余功率將通過柴油機(jī)或直接地自動(dòng)轉(zhuǎn)移到主油泵，從而大大提高泵送功率，并使采用較小的發(fā)動(dòng)機(jī)來降低采購成本和節(jié)省油耗成為可能。
      作為功率利用的一個(gè)例子是泵送與臂架泵的功率轉(zhuǎn)移。圖1是博世力士樂公司提出的臂架泵功率向主泵進(jìn)行轉(zhuǎn)移的原理。
      圖中顯示了2條恒功率曲線。當(dāng)臂架泵全功率工作的時(shí)候，主油泵的恒功率曲線為下面一條(Ps1)，隨著臂架功率的減少，曲線不斷向右上方移動(dòng)，直至臂架不工作，臂架泵的功率全部為主油泵所吸收。采用電比例控制的油泵和博世力士樂的電控系統(tǒng)很容易實(shí)現(xiàn)上述主泵和臂架泵之間按工況不同實(shí)現(xiàn)功率自動(dòng)分配和轉(zhuǎn)換功能。
      (2) 功率模式選擇。
      混凝土泵的載荷按工況(作業(yè)高度和輸送距離等)不同差別很大，液壓系統(tǒng)的壓力和需要的發(fā)動(dòng)機(jī)功率變化往往很大。如果按照不同的工況來設(shè)置不同的功率模式(比如輕載節(jié)能、重載滿功率和自適應(yīng)等)，精確協(xié)調(diào)在不同作業(yè)模式下發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、油泵排量和功率，使發(fā)動(dòng)機(jī)和泵的功率匹配更加合理，就能降低油耗和噪聲, 延長主機(jī)的使用壽命。
      以油泵的變功率原理為例。圖2是博世力士樂公司A11VO/LE2S2 油泵的控制原理圖。圖中3是恒功率閥，5是比例電磁鐵，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(shí)，油泵輸出最大設(shè)定功率；在輕負(fù)荷情況時(shí)，比例電磁鐵5的電流上升，油泵的功率值下降(如圖3所示)。如果控制電流由計(jì)算機(jī)來調(diào)節(jié)，則通過軟件可以實(shí)現(xiàn)功率極限負(fù)荷調(diào)節(jié)、功率自動(dòng)分配和功率模式選擇等功能。計(jì)算機(jī)還同時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行功率設(shè)定，確定發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和油門開度。這樣，可根據(jù)混凝土泵車不同的泵送工況，采用不同的發(fā)動(dòng)機(jī)特性和液壓泵特性，其特性曲線都是由計(jì)算機(jī)軟件來決定的。
      在混凝土泵的使用中，油泵的型號(hào)為A11VO/LE2DU2或A11VO/EP。后者為純電控比例油泵，功能通過電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；前者帶機(jī)械的功率調(diào)節(jié)裝置，優(yōu)點(diǎn)是電控系統(tǒng)較為簡單，即使發(fā)生故障，油泵仍可以以機(jī)械設(shè)定的功率和壓力進(jìn)行工作。國內(nèi)已有制造商成功開發(fā)出混凝土泵的變功率系統(tǒng)，并開始批量投放市場。
[Page]
1.2  泵車主機(jī)智能化管理系統(tǒng)
      歐3歐4標(biāo)準(zhǔn)的電控發(fā)動(dòng)機(jī)將成為混凝土泵車的標(biāo)準(zhǔn)配置，這不僅意味著排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，柴油機(jī)的工作轉(zhuǎn)速將有所下降，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳燃油消耗區(qū)附近工作，同時(shí)又降低噪聲。相應(yīng)地為了保持機(jī)器作業(yè)效率的不變，油泵的排量將加大。博世力士樂將推出的新一代的閉式和開式系統(tǒng)油泵的排量同比增加16%左右。比如145ml排量的40系列A4VG閉式油泵，將代替32系列的125ml排量; A15VO210將代替A11VO190。由于對(duì)油泵的殼體形狀進(jìn)行了優(yōu)化，泵噪聲也顯著降低。
      除了臂架的無線電遙控，電控系統(tǒng)在混凝土泵車中將得到越來越多的應(yīng)用。目前混凝土泵的電子控制已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能和智能功能，包括智能緩沖換向技術(shù)，降低噪聲、沖擊和臂架及尾膠管的抖動(dòng), 延長臂架使用壽命，并提高操作的舒適性。
      進(jìn)一步的發(fā)展，混凝土泵的各個(gè)功能，包括臂架和泵送控制，由一個(gè)中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行智能管理，并與電子控制的混凝土攪拌輸送車協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)泵車、攪拌運(yùn)輸車的車隊(duì)管理，使作業(yè)的效率最大化。
      目前，液壓泵控制裝置與發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)基本上沒有關(guān)聯(lián)。發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)只按照液壓系統(tǒng)負(fù)載的變化而自行作出反應(yīng)，以便始終提供足夠的功率儲(chǔ)備。由此帶來較高的噪聲和較差的經(jīng)濟(jì)性。
      要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的混凝土泵控制，需要計(jì)算機(jī)通過綜合感應(yīng)實(shí)際工況來自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)總是恰好提供滿足實(shí)際工作所需要的功率。這種系統(tǒng)的液壓泵控制必須能夠影響柴油發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)，以便使它能根據(jù)泵的實(shí)際功率需求來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。為此油泵變量裝置需要通過RC控制單元和CAN總線與發(fā)動(dòng)機(jī)的控制器進(jìn)行通訊(圖4)。

1.3  臂架系統(tǒng)
      混凝土泵送機(jī)械正在朝著規(guī)格更全、檔次更高、泵送排量更大、布料臂架更長的方向發(fā)展。過去泵車的泵送排量多在120ｍ3/h左右，未來大型泵車的泵送排量將普遍達(dá)到160ｍ3/h以上甚至200ｍ3/h。臂架的長度由過去的37m占主流，逐步過渡到42??45m為主，48m以上同樣受到市場關(guān)注。2007年三一重工成功研制出最大垂直高度達(dá)66m的臂架泵車，成為世界之最。僅僅時(shí)隔1年多這個(gè)紀(jì)錄又被德國普茨邁斯特公司打破，后者在最近發(fā)布了臂伸展高度70m的M70-5泵車。但在向長臂架發(fā)展的同時(shí)，也存在差異化的傾向。上海鴻得利獨(dú)辟蹊徑于2006年率先開發(fā)出來的22m泵車，在2006年的上海bauma上受到媒體的追捧。它集拖泵、車載泵和泵車于一身，特別適用于狹窄工地的作業(yè)，尤其受到個(gè)體投資者的青睞。
      提高作業(yè)效率的另一個(gè)途徑是優(yōu)化臂架結(jié)構(gòu)，減輕臂架裝置的重量。德國普茨邁斯特公司分析過58m泵車第4節(jié)臂架的作業(yè)重量分配，結(jié)構(gòu)件占30%，輸送管道占21%，液壓缸等占14%，混凝土只占35%。所以減輕臂架系統(tǒng)的重量可以提高泵車的工作效率。國外已有采用高強(qiáng)度玻璃纖維塑料臂架液壓缸的泵車。普茨邁斯特公司的70m泵車的布料桿和液壓缸也采用了特殊的高強(qiáng)度材料。
      目前臂架多路閥的控制幾乎都采用LS負(fù)荷傳感系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是能精確靈敏地控制布料桿，既可單獨(dú)控制任一節(jié)臂架，也可以用不同的速度同時(shí)操縱幾節(jié)臂架。但LS負(fù)荷傳感系統(tǒng)的問題是，當(dāng)幾個(gè)執(zhí)行元件同時(shí)工作時(shí)(如回轉(zhuǎn)與臂架伸展)，若泵供油不足，壓力較高的執(zhí)行元件將減慢動(dòng)作，甚至停止工作。原定的臂架運(yùn)動(dòng)軌跡將改變，作業(yè)效率降低，司機(jī)操作強(qiáng)度提高。
      博世力士樂公司推出的LUDV系統(tǒng)解決了這個(gè)問題。如果油泵供油小于執(zhí)行元件的需求，系統(tǒng)將自動(dòng)按比例分配流量。臂架的運(yùn)動(dòng)軌跡不變，操作輕松簡便。
      負(fù)荷傳感系統(tǒng)或LUDV系統(tǒng)與傳統(tǒng)的節(jié)流控制相比雖然改善了臂架的操縱性能，減少了能量損失，但由于需要控制壓差Δp，仍然存在能量的浪費(fèi)。臂架控制最終將采用電子流量控制。臂架油泵和多路閥均為電比例控制。多路閥的內(nèi)置式電子系統(tǒng)把閥芯位置信號(hào)即每片閥的所需流量告知中央計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)這些數(shù)據(jù)以及油泵的轉(zhuǎn)速計(jì)算出油泵的控制電流。油泵的角度按流量需求變化，提供所需要的流量。這樣執(zhí)行元件的功率需求與實(shí)際相匹配，柴油機(jī)的油耗降低。采用電比例控制的斜盤式油泵終將代替目前流行的A7VO55負(fù)荷傳感斜軸泵。
[Page]
1.4  底盤
      泵車國產(chǎn)底盤的市場占有率將提高。幾年前混凝土泵車還是進(jìn)口底盤一統(tǒng)天下,現(xiàn)在國產(chǎn)底盤已嶄露頭角, 星馬、福田等更是以自有底盤作為主導(dǎo)產(chǎn)品?；炷翑嚢柽\(yùn)輸車底盤國產(chǎn)化之路值得借鑒?；炷帘密嚺c攪拌運(yùn)輸車相比，更具有采用國產(chǎn)底盤的優(yōu)勢?；炷翑嚢柽\(yùn)輸車以行駛為主,而混凝土泵車的工況與起重機(jī)更相似,行駛的時(shí)間少,駐地作業(yè)時(shí)間長。關(guān)鍵是要配置好的發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱, 而不必非要像國外制造商一樣非使用國際品牌的底盤不可。對(duì)于國外公司來說，歐洲或日本的底盤是他們的“國產(chǎn)底盤”。而且，國外泵車廠家沒有能力制造底盤，而我們的一些制造商自己就生產(chǎn)底盤，可以針對(duì)性的開發(fā)泵車專用底盤。
      采用國產(chǎn)底盤的優(yōu)點(diǎn)還在于可以針對(duì)性地配置合適的發(fā)動(dòng)機(jī)。比如適合汽車行駛工況和工程機(jī)械工況的雙特性曲線的電控發(fā)動(dòng)機(jī)。目前國內(nèi)泵車的發(fā)動(dòng)機(jī)多數(shù)偏大。以37m泵車為例，使用290kW的發(fā)動(dòng)機(jī)，無論對(duì)行駛或泵送工況都是富余甚至浪費(fèi)的配置，這只要看看配置同樣主油泵的車載泵或拖泵只有160kW左右的功率就可以理解。降低發(fā)動(dòng)機(jī)配置造成的功率浪費(fèi)在今天這個(gè)對(duì)油耗錙銖必較的年代具有重要的意義。上海鴻得利公司新開發(fā)的帶獨(dú)立發(fā)動(dòng)機(jī)的37m泵車是一種有益的嘗試。該機(jī)采用國產(chǎn)230kW的汽車底盤，泵送部分為180kW的工程機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)。泵送工作能耗大大降低。由于采用了帶臂架泵的4聯(lián)泵組，省去分動(dòng)箱，整機(jī)成本并不高。據(jù)稱，該泵車將在2008年的上海bauma展上亮相。
      普茨邁斯特公司的M70-5泵車采用半掛車作為底盤，泵送排量為200m3/h的70m泵車使用僅為330kW的獨(dú)立發(fā)動(dòng)機(jī)。
      不過使用半掛車作為泵車底盤的創(chuàng)意，卻屬于長沙久潤公司。早在2003年久潤就開發(fā)出以半掛車作為底盤的44m泵車(圖5)。采用195kW的沃爾沃發(fā)動(dòng)機(jī)作為獨(dú)立泵送用動(dòng)力。半掛車帶有液壓行走功能，在工地上無需牽引車頭便可作短距離的作業(yè)轉(zhuǎn)移。 
      但由于存在安裝空間和機(jī)重增加等原因，雙發(fā)動(dòng)機(jī)方案在大多數(shù)泵車上使用恐怕難以成為現(xiàn)實(shí)。國外某著名公司的大型泵車采用了全功率PTO的方案。與傳統(tǒng)的經(jīng)過變速箱和分動(dòng)箱取力不同，油泵組直接從特制的全功率PTO上取力，避免了傳統(tǒng)取力方式中傳動(dòng)系引起的功率損失，實(shí)際證明這種功率損失是非?？捎^的。用PTO方式，所有的油泵串接在一起，無需分動(dòng)箱。
      世界上混凝土機(jī)械只占工程機(jī)械銷售額的3%,而在中國則占到10%左右。國內(nèi)工程機(jī)械的兩大巨頭三一重工和中聯(lián)重科，都是從制造混凝土泵起家，靠混凝土泵掘得第一桶金而延伸到其他工程機(jī)械產(chǎn)品的，而且至今混凝土泵在公司業(yè)務(wù)中仍然占有舉足輕重的地位。包括混凝土泵在內(nèi)的混凝土機(jī)械在中國的蓬勃發(fā)展得益于中國良好而獨(dú)特的市場機(jī)遇，這種機(jī)遇和特點(diǎn)也將使中國在未來的混凝土機(jī)械市場保持第一大國的地位。
[Page]
2  市場前景
2.1  中國是最大的發(fā)展中國家
      (1) 城鎮(zhèn)化率低,人口眾多。
      2007年中國城鎮(zhèn)化率不到45%，未來十幾年,中國的城鎮(zhèn)化率將以每年1個(gè)百分點(diǎn)的速度提高。發(fā)達(dá)國家的城鎮(zhèn)化率約為80%左右。中國要達(dá)到65%左右的比較符合中國國情的城鎮(zhèn)化率至少還需15～20年的時(shí)間。
      (2) 大規(guī)?；窘ㄔO(shè)。
      橋梁、鐵路、隧道、高速公路、海港、機(jī)場和城市建設(shè)需要大量混凝土機(jī)械。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，許多大的工程建設(shè)項(xiàng)目相繼開工，市場對(duì)混凝土機(jī)械的需求將呈猛增勢態(tài)。
      (3) 商品混凝土率低。
      目前一些大中城市的商品混凝土使用率已經(jīng)達(dá)到較高的水平，但國內(nèi)平均商品混凝土使用率約為20%～30%，與發(fā)達(dá)國家70%～80%的水平有較大差距，因此商品混凝土行業(yè)未來一段時(shí)期將保持持續(xù)增長的態(tài)勢?；炷翙C(jī)械的使用也正在從大中城市延伸到小城鎮(zhèn)，從東部沿海成熟地區(qū)延伸到中西部大開發(fā)地區(qū)。國家禁止城市市區(qū)使用現(xiàn)場攪拌混凝土的政策法規(guī)，更為混凝土泵送機(jī)械的發(fā)展提供了廣闊的空間。

2.2  中國特殊的國情
      (1) 人多地少。
      我國土地總面積占世界土地總面積的7.2%，居世界第3位。但人均土地面積0.777公頃，僅相當(dāng)于世界平均水平的1/3。而且中國70%為山地和沙漠，森林覆蓋率僅15%，不到美國的1/4。這就決定了中國的城市建設(shè)不可能走歐美國家粗放型的道路，即城市建設(shè)平面化，使用大量的土地和木材。中國的城市建設(shè)只能大量使用鋼筋混凝土，采取向空中發(fā)展建設(shè)“混凝土森林”的方式，完成城市規(guī)模的擴(kuò)大。
      (2)“垃圾建筑”時(shí)代的到來。
      在歐洲，百年以上的建筑物隨處可見，而在有5000年歷史的中國，古舊建筑鳳毛麟角。除了文化和傳統(tǒng)上的差異，城市規(guī)劃也是一個(gè)大問題。
      中國的城市規(guī)劃缺乏科學(xué)和一致性，法規(guī)的執(zhí)行也缺乏嚴(yán)肅性，建筑物的使用壽命短。使用了二三十年甚至更短的建筑就被拆除屢見不鮮。這種大建大拆的現(xiàn)象盡管受到了許多批評(píng)，但在相當(dāng)長的時(shí)間里不會(huì)改變。據(jù)有關(guān)資料，美國每年廢棄的混凝土約為3000萬t，日本為1600萬t，而上海一個(gè)城市就達(dá)到2000萬t以上！大拆需要大建，這也在某種程度上促進(jìn)了混凝土和混凝土機(jī)械工業(yè)的持續(xù)繁榮吧。

2.3  出口的增長
      混凝土機(jī)械和其他工程機(jī)械一樣是一個(gè)技術(shù)相對(duì)成熟的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，也是一個(gè)技術(shù)密集和勞動(dòng)密集型的混合產(chǎn)業(yè)。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，中國已經(jīng)形成了比較完善的混凝土機(jī)械工業(yè)，依托國內(nèi)廣大的市場，中國一些優(yōu)秀的混凝土泵企業(yè)已經(jīng)走向世界。最近幾年中國混凝土泵的出口持續(xù)快速增長。由于價(jià)格優(yōu)勢和產(chǎn)品性能的不斷提高，可以預(yù)計(jì)，中國成為世界頭號(hào)混凝土泵出口大國指日可待。