混凝土喷射机的设计方案

混凝土喷射机的主导机型是转子式混凝土喷射机，它具有输送距离长、工作风压低、喷头脉冲小、工艺设备简单、对渗水岩面适应性好，以及混合料可以存放较长时间等特点，广泛地应用于矿山锚喷支护、隧道工程、建筑工地等领域。

 

1、设计总则
（1）用于有瓦斯和煤尘爆炸危险型场合时，配用的电机和电器，应符合GB3836.1和3836.1和GB3836.2的规定。元部件用非金属聚合物时，应符合MT113的规定；

（2）喷射机气路系统用的阀，其公称压力不得小于1.6MPa；

（3）焊缝应光滑平整，无焊瘤和焊渣；

（4）钣金件应无飞边和毛刺。

2、主要参数

生产能力：4～６
；
输送物料：混凝土，其最大骨粒直径小于20mm；

最大输送距离：水平50 m，垂直20 m；

3、选择方案

4、喷射混凝土工艺的选择

（1）干式喷射混凝土是国内外发展较早、使用较广的一种喷射混凝土工艺，使用的主要设备是干式混凝土喷射机（简称干喷机），各种材料按照设计配比要求进行拌和——拌和好的松散混凝土直接喂入（通过机械或人工上料）喷射机料斗——由空压机提供的压缩空气裹携物料通过输料管送到喷头处——在此处加入水与物料混合——在风压作用下喷射到受喷面上。干喷机具有输送距离长、工作风压低、喷头脉冲小、工艺设备简单、对渗水岩面适应性好，以及混合料可以存放较长时间等特点。但是干喷机施工粉尘大、回弹率高、作业时产生的粉尘危害工人健康，尤其是窄巷道工程中，粉尘污染更为严重，更重要的是拌合料与水的混合不充分，影响了喷射质量。干喷混凝土工艺如下图2—1所示。

 

（2）湿式混凝土喷射机（简称湿喷机）是把各种材料按照设计配比要求进行充分搅拌，拌和好的混凝土直接喂入（通过机械或人工上料）湿喷机的强力振动料斗，由空压机提供的压缩空气裹携物料通过输料管输送到喷头处，在此处加入速凝剂与物料混合，在风力作用下喷射到受喷面上而进行喷射的设备。由于混凝土是在拌合机中进行拌制的，因此搅拌质量高，所以回弹量可降至10%（喷壁）以下，喷射后的混凝土强度可提高25～60%，而空气中的粉尘含量可降低到以下，达到了国家规定的卫生标准，保护了操作人员的健康。湿喷混凝土工艺：如图2—2所示。

 

5、喷混凝土的特点：

1）回弹少，与干喷相比一般可减少十个百分点以上，节约原料消耗。

2）粉尘小，干喷作业时粉尘浓度可达50mg/；湿喷作业时粉尘浓度在10mg/以内，大大减少了粉尘对人的伤害。

3）喷射层均质性好，强度高。在同样强度要求下，湿喷与干喷相比可节约水泥用量8～10%。

4）利于钢纤维添加和均匀密实。

5）易损件消耗少，使用寿命长。

但是湿式混凝土喷射机也存在一些问题：

（1）湿式混凝土喷射机多采用液体速凝剂。进口及合资产品售价较高（达6000-8000元/t），而国产液体速凝剂尚无生产。相对应的干喷所粉状速凝剂售价低（1000多元/t）。

（2）劳动力成本低及人们的环保意识尚待提高。

（3）湿式混凝土喷射机作业时，设备投资较为复杂，操作及维修不及干喷机方便。
（4）使用湿式混凝土喷射机作业时，设备投资较高。

以上种种因素造成湿喷混凝土施工成本高于干喷混凝土施工成本，使湿式混凝土喷射机在国内的推广受到一定程度的限制。但是，随着环保意识的加强，以及人们对喷射混凝土施工质量更高的要求，湿式混凝土喷射机必将越来越多地取代干式混凝土喷射机而成为喷射混凝土作业的主要机具。

目前，由于湿喷技术具有明显的优势，湿式混凝土喷射机有各工程中的应用亦越来越多。但是，由于存在着一些尚待解决的问题，对湿式混凝土喷射机的推广应用起到了一定的阻碍作用，以至于在我国，目前主要的喷射混凝土作业方式仍是干喷。

 

综上所述:本次设计选取干式混凝土喷射机作为设计对象。

6、主要结构与工作原理

产品主要由供料部分、传动系统、气路系统、不粘料转子、喷射系统、上座、中座、
下座、翻转铰接快速楔销紧固及结合板径向快速压紧装置等组成。

1）供料部分由筛网、料斗、拨料器、定量板及配料盘等组成。其作用是连续均匀的定量加料。调节定量板的高度的可以控制给料量的多少，从而调节生产能力的大小。通常情况下，定量板应调整在低位。

2）传动部分由电动机、减速器等组成。减速器采用齿轮传动，其作用是带动转子、拨料器等旋转。

3）气路系统由阀、压力表、管路、结合板和出料弯头等组成。其作用是利用压缩空气在密封状态下实现混合料的输送。

4）行走系统由两对铁轮或胶轮组成。铁轮适用于轨道，胶轮适用于无轨场合。

5）不粘料转子不粘料转子是喷射机的核心部件，主要由衬板、本体、整体料杯等组成。其作用是实现向气路系统连续不断输送混合料。

6）喷射系统由输料管路、阀、喷头和喷咀等组成。其作用是实现混合料的输送及喷射。调节喷头水阀可控制混合料的加水量，改变喷射混凝土的水灰比。

7）翻转铰接快速楔销紧固由一个翻转铰接及二个楔销紧固等组成。实现上、下座的快速紧固及上座的翻转（1000），使于衬板，清扫板及料杯的维护和清理。

8）结合板侧向快速压紧装置由翻转支座，支承座，销轴及紧定螺钉等组成。由于翻转支座可以向下转动，便于出料弯头和结合板的装折和更换。

混凝土喷射机的工作过程是：预拌和的混合料加入料斗，由拨料器、配料盘拨入落料斗至转子料杯，随着转子的转动进入气路系统，混合料由压缩空气带动经结合板、出料弯头、输送管路至喷咀处，加水混合后高速喷至受喷面。

 

7、喷射机机构型式的选择

根据干式混凝土喷射机的工作原理，可分为泵送型及气动型两大类：
（1罐缸式喷射机

罐缸式喷射机按罐的个数可分为单罐式、双罐式；按罐的布置分立式、卧式。我国最早使用的型号为立式双罐式。

 

立式双罐式喷射机，上部为料斗，料斗的下面为上罐和下罐，两罐的上端各有控制进料的上下钟形阀，下罐的底部有由电机、减速器构驱动的拨料配盘，可较均匀、定量和连续地向出料口供料。作业时，通过操纵四通阀将下钟形阀关闭，下罐进气，上罐排气。这类喷射机结构简单，工作稳定。缺点是体积大、笨重，上料高度高、劳动强度大，钟形阀被料上卡住时产生反风，粉尘大。

（2螺旋输送式喷射机

这类喷射机分卧式、垂直式两种。我国研制的LHP—701型螺旋喷射机属于卧式螺旋输送式喷射机。其结构示意如图2—4这种喷射机利用负压原理，采用中空螺旋轴上的螺旋叶片送料。压气通过中空螺旋轴造成负压，拌合料在负压吸送和螺旋叶片机械力的推动共同作用下，被推至喷射机的出料口，在压气的吹动下经喷嘴喷出。这类喷射机的特点是结构简单，体积小，加料口低。但螺旋叶片和机体易磨损，输料距离短，使用不当易“反喷”。

 

（3）混合式喷射机

这种喷射机采用罐缸和螺旋结合的结构，其结构示意如图1—4。喷射机的上部是罐缸式结构，有料斗、钟形阀、上罐、下罐；下罐的底部用螺旋叶片代替分配盘，将物料推至出料管口吊压气将物料吹至喷嘴喷出。

 

（4）如图2.12所示是转子Ⅱ型混凝土喷射机（U型料腔）的简图，由主机、传动机构、风路系统和机架组成，旋转体由气杯、U形料杯组成，料杯倾斜10度左右。

 

该机上料高度低，出料连续均匀，体积小，结构紧凑，操作方便，可用于干喷、湿喷工艺，是煤矿井下巷道应用最多的喷射机，故选择该型号为设计方案。

8、喷射机主要结构与工作原理

产品主要由供料部分、传动系统、气路系统、不粘料转子、喷射系统、上座、下座、
下座、翻转铰接快速楔销紧固及结合板径向快速压紧装置等组成。见附图。

（1）供料部分由筛网、料斗、拨料器、定量板及配料盘等组成。其作用是连续均匀的定量加料。调节定量板的高度的可以控制给料量的多少，从而调节生产能力的大小。通常情况下，定量板应调整在低位。

（2）传动部分由电动机、减速器等组成。减速器采用齿轮传动，其作用是带动转子、拨料器等旋转。

（3）气路系统由阀、压力表、管路、结合板和出料弯头等组成。其作用是利用压缩空气在密封状态下实现混合料的输送。

（4）行走系统由两对铁轮或胶轮组成。铁轮适用于轨道，胶轮适用于无轨场合。

（5）不粘料转子不粘料转子是喷射机的核心部件，主要由衬板、本体、整体料杯等组成。其作用是实现向气路系统连续不断输送混合料。

（6）喷射系统由输料管路、阀、喷头和喷咀等组成。其作用是实现混合料的输送及喷射。调节喷头水阀可控制混合料的加水量，改变喷射混凝土的水灰比。

（7）翻转铰接快速楔销紧固由一个翻转铰接及二个楔销紧固等组成。实现上、下座的快速紧固及上座的翻转（1000），使于衬板，清扫板及料杯的维护和清理。

（8）结合板侧向快速压紧装置由翻转支座，支承座，销轴及紧定螺钉等组成。由于翻转支座可以向下转动，便于出料弯头和结合板的装折和更换。

混凝土喷射机的工作过程是：预拌和的混合料经筛网落入料斗，由拨料器、配料盘拨入落料斗至转子料杯，随着转子的转动进入气路系统，混合料由压缩空气带动经结合板、出料弯头、输送管路至喷咀处，加水混合后高速喷至受喷面。

混凝土喷射机的工作原理：以压缩空气为动力，在密封状态下将混合料输送至喷咀处，加水后高速喷至受喷面。

9、动力源及传动装置的选择

使用液压马达作为动力源，就要配以液压回路，造成机构复杂，维护麻烦，不如直接选取合适功率的电动机，使用减速器达到减速增扭的目的，结构简单，维护方便，因此选用电动机作为动力源，减速器为传动装置。

选取低转速的电动机，使传动比不致过大。由于该机的使用环境在井下，故选择隔爆型异步电动机。减速器是电动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩。

减速器常用形式有展开式和分流式。分流式结构复杂，但由于齿轮相对于轴承对称布置，与展开式相比载荷沿齿宽分布均匀，轴承受载较均匀，适用于变载荷的场合。而展开式结构简单，但齿轮相对于轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样轴在转矩作用下产生的扭转变形和在弯矩作用下产生的弯曲变形可部分地抵消，这样以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象，用于载荷比较平稳的场合，适用于本机型。

7、喷射机转子结构的选择

转子为本机的关键部件，设计时采用U型料腔结构，以扇形料腔代替传统的圆形料腔，使料孔的容积效能最大，提高了转子的截面利用率，在同样的转速和转子外径的情况下，由于减少了孔与孔之间的死角面积，使得进风和出料更加连续均匀，有利于消除出料的脉冲现象，不存在闭气闭死的现象，从而有利于降低回弹和粉尘。此外，适当加大转子直径、减小转子高度，并使料孔横截面上小下大，以利于湿料在料腔内的流动。

8、喷射机结合板和衬板的选择

转子式喷射机的工作原理和结构特征是：带有衬板的转子以一定的转速旋转，而结合板压在衬板上固定不动，结合板上连接有进风管和出料弯头，当转子中装有物料的各个料腔转动到与出料弯头相通时，在压气的作用下，物料通过出料弯头和输料管输送到喷嘴，并在喷嘴处加水喷射出去。在此过程中，由结合板和衬板组成的密封副起到了密封压气和物料的作用。由于结合板和衬板之间有相对运动，存在摩擦磨损，导致漏风跑尘，严重时密封完全失效，必须更换。

衬板和结合板的材质性能是影响其使用寿命的重要因素。衬板要选择耐磨性好的金属材料，既要有很高的硬度，也要有一定的韧性。因为衬板是在结合板重压之下运转，如果又硬又脆就会被压裂，目前较好的衬板是采用抗磨合金材料。结合板材质既要耐磨性好，抗撕裂、抗疲劳、抗冲击，又要有一定的弹性，目前较好的结合板材质是聚氨酯。另外，结合板压紧力的大小及均衡与否，对结合板的磨损至关重要，若压紧力过大，相应磨损增加；若过小，起不到密封作用；若压紧力不均衡，造成磨损不一致，将大大影响结合板的使用寿命，而且也是造成结合板处漏风跑尘的原因之一。