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1、中国矿业大学 09 届本科生毕业设计1绪论锚喷支护在煤矿巷道支护中，获得愈来愈广泛的应用。锚喷支护的发展，同时促进了喷射混凝土技术与机具的研究与发展。由早期喷射水泥砂浆，发展到干式喷射混凝土、潮式喷射混凝土和湿式喷射混凝土。相应开发了干喷机、机和湿喷机。由于喷射混凝土技术先进、经济合理、安全可靠，其应用范围日趋扩大。为充分发挥喷浆机的效能，改善作业环境，减轻工人劳动强度，提高喷射混凝土的质量，降低成本，我国非常重视机械化配套设备的研制。喷射混凝土机械正向着高效、安全、环保、实用和自动化方向发展。1.1 混凝土喷浆机的概述混凝土喷浆机（shotcrete machine）利用压缩空气将混凝土沿管
2、道连续输送，并喷射到施工面上去的机械。分干式喷浆机和湿式喷浆机两类，前者由气力输送干拌合料，在喷嘴处与压力水混合后喷出；后者由气力或混凝土泵输送混凝土混合物经喷嘴喷出。广泛用于地下工程、井巷、隧道、涵洞等的衬砌施工。在国外，端士阿利瓦（ALIVA）公司于 1992 年研制出干式转子式混凝土喷浆机。1947 年，联邦德国 BSM 公司研制成双罐式干式混凝土喷浆机。以后，英国，前苏联，日本等相继研制出各种干式混凝土喷浆机。 我国从 60 年代开始着手研制混凝土喷射设备。先后研制出冶建-65 型（冶金工业部建筑研究院） ，PH30-74 型（扬州机械厂） ，HLP-701 型（煤炭科学研究院）等各种
3、干工混凝土喷浆机。 全套图纸，加1.2 干式混凝土喷浆机的主要优点是:输送距离长，设备简单，耐 用。但由于它是使干拌和混凝土喷嘴外与水混和，故而施工粉尘，回弹均较大，干喷作业产生的粉尘危害工人健康，尤其是窗小巷道工程中。粉尘污染更为严重。 从 60 年代起在，在西方发达国家中，湿喷技术开始逐渐推行，各种湿式混凝土喷浆机也陆续开发出来，所谓湿喷，其基本原理是将加水搅拌好的成品混凝土加入湿式喷浆机，输送至喷嘴处，经掺加速凝剂后形成料束喷至施工面。 中国矿业大学 09 届本科生毕业设计21.3 混凝土喷浆机的现状:1.3.1双罐式混凝土喷浆机双罐式喷浆机以WG225 型, 冶建65 型为代表, 由受
4、料斗、上下罐体, 上下钟形阀等拨料机构、气控装置、油水分离器和车架组成(图1) 。上罐体的上口与受料斗连结, 其上口的开闭由上钟形阀控制, 上、下罐连接在一起。其下口开闭由下钟形阀控制, 其底面由拨料机构相连, 拨料机构由分配盘和蜗轮、蜗杆减速器组成。工作原理: 关闭下钟形阀, 打开上钟形阀, 装料斗的拌合料落入上罐。关闭上钟形阀, 上罐充气, 待上下罐气压平衡, 下钟形阀自动打开, 拌合料落入下罐。上下罐交替落料, 供喷浆机连续喷射, 喷射生产能力4 m3/ h , 骨料粒径25 mm , 工作风压016 MPa , 电动机功率3 kW。这种喷浆机上、下罐交替连续出料, 工作稳定可靠, 性能
5、良好, 输送距离长, 只是体积大, 笨重, 操作费力, 有反风、粉尘较大, 立井喷射使用较多。图1 双罐式混凝土喷浆机1 受料斗; 2 上罐体; 3 下罐体; 4 上钟形阀; 5 下钟形阀; 6 分配盘; 7 上钟形阀气缸; 8 下钟形阀气缸; 9 控制阀; 10喉管; 11喷浆机进风管; 12速凝剂注入管;13速凝剂罐风阀门; 14输料管; 15电动机; 16油水分离器; A接压力继电器1.3.2螺旋输送式混凝土喷浆机螺旋输送式喷浆机以LHP2701 型、KHP230G型、PS21 型为代表。以其体积中国矿业大学 09 届本科生毕业设计3小, 重量轻, 装料点低, 结构简单而著称。螺旋式喷浆
6、机由料斗、螺旋轴输送口、锥体管、电动机减速器、车架、输送软管和喷枪组成(图2)图2 螺旋输送式混凝土喷浆机。1 料斗; 2套筒; 3锥体; 4中空螺旋轴; 5螺旋叶片; 6活接头; 7电动机; 8 减速机; 9车架其工作原理是: 由装入料斗的拌合料在电机驱动下, 经减速器带动螺旋轴旋转, 螺旋轴的螺旋叶片带动混凝土拌合料到锥体管, 压缩空气经油水分离后, 进入螺旋输送轴轴心, 在锥体管处因体积突然减小而造成负压, 使螺旋叶片带来的拌合料受到两个推动力作用, 一是负压吸走, 二是螺旋叶片推动输送软管输送, 经喷枪加水搅拌而喷射到岩面, 该机喷射能力为35 m3/ h 。这种喷浆机的主要问题是螺旋
7、叶片磨损严重, 需经常更换, 曾经试焊硬质合金、碳化等, 但问题仍不能很好解决, 尚不能成为成熟产品, 因而改产转子式喷浆机。1.3.3 鼓轮式混凝土喷浆机鼓轮式喷浆机是陕西建工局机具研究所开发研制的。它以GHP2250 为代表机型, 1975 年在铜川基建公司二处施工的下石节煤矿进行工业性试验, 获得较好效果。该机由料斗、鼓轮、传动机构和电动机组成。鼓轮是主要工作部件, 有8 个横卧的料槽, 料槽的前方是出料弯头, 后方有与出料弯头对应的进风弯头。鼓轮与外壳的弹性衬垫之间为衬板是易损件, 可定期更换, 以丝杆调节(图中国矿业大学 09 届本科生毕业设计43) 。图3 鼓轮式混凝土喷浆机1 受
8、料斗; 2 壳体; 3鼓轮; 4出料弯头; 5进风弯头; 6进料口; 7端面密封圈; 8端环; 9 压紧环; 10调节螺栓; 12轴承座工作原理: 鼓轮的料槽以8 r/ min 的速度不停旋转, 料斗的拌合料不断落入料槽并依次装满料槽。当料槽转过180, 与出料口和进风口对正时, 混合料被压风吹送至出料弯头, 进入输料软管, 喷枪, 加水后喷到岩面。1.3.4甩浆机甩浆机由甩浆机构、回转机构和行走部组成。甩浆机构是安装在机架上的电动机, 通过三角胶带传动减速, 带动主动滚筒, 主动滚筒带动输送胶带。被动滚筒可以上下调节, 一是使输送胶带松紧合适, 甩浆均匀, 二是调节胶带包角和甩出砂浆的仰角。
9、工作时, 拌合的砂浆或湿混凝土装入料斗, 由料斗直接落入输送胶带, 通过胶带的传动, 把砂浆或混凝土甩到岩面上(图4) 。中国矿业大学 09 届本科生毕业设计51电机; 2三角胶带; 3主动滚筒; 4被动滚筒; 5调节滚筒; 6输送胶带; 7料斗; 8支架; 9机架; 10手把; 11中心轴; 12转架; 13轴承座; 14底盘; 15心轴; 16行走轮轴回转机构由轴承座的轴、转架、中心轴组成。它使甩浆机构可绕转架的中心轴上、下摆动70, 轴承座固定在底盘上, 可绕轴心水平转动360, 操作人员可上、下、水平几个方向转动自由。行走部是轨轮式。甩浆机的甩浆能力为212 m3/ h , 有效甩浆距
10、离715 m , 甩浆输送胶带带速达1216 m/ s。由于甩浆力量较大,大部石子被弹回, 影响喷射混凝土强度, 因而甩浆机的推广被其它具有较好喷射性能的机型所替代。1.3.5转子式混凝土喷浆机转子式喷浆机以转、PZ25 型为代表。它由主机、传动机构、风路系统、电器系统、机架组成(图5) 。主机是转子喷浆机的主体, 由旋转体、密封胶板、定量下料机构、料斗、出料弯头、上、下壳体组成。定量下料机构由定量隔板和定量叶片组成, 隔板可上下移动, 以调整喷射能力。旋转体有14 个气杯, 14 个料杯, 料杯倾斜10, 由浇注在结合板上的扇形密封橡胶板密封。图5为转子型混凝土喷浆机中国矿业大学 09 届本
11、科生毕业设计61 上壳体; 2下壳体; 3旋转体; 4入料口; 5出料弯头; 6 进风管; 7密封胶板; 8 料斗; 9拨料板; 10搅拌器; 11定量板; 12 油水分离器; 13电动机; 14减速器工作原理: 混合料从料斗口落入旋转料腔内, 料腔转动180, 至主风管下口时, 压风即将混合料压入出料弯头。在料腔越过主吹风管后, 余气即可由座体上的排气孔排出旋转体。立式电动机通过联轴节、减速器带动旋转体, 混合料不断落入料腔, 连续由出料弯头送到输料管, 经软管、喷枪喷到岩面, 形成工作循环。转子式喷浆机生产能力大(68 m3/h) , 机械化程度高, 结构紧凑, 体积小, 操作比其它机种方
12、便、省力, 是目前国内混凝土喷浆机的最主要机种, 已有较多的生产厂家。目前该机的问题: 密封板易磨损, 反风, 粉尘较大, 料杯粘料等, 各生产厂家和研究所都在寻找改进办法, 并有一定的成效。除以上介绍之外, 尚有并列双罐喷浆机, 单罐式螺旋湿式喷浆机, 单罐喷浆机, 特别是湿喷浆机还不成熟, 推广较难。国外科技期刊介绍的虽有柱塞式双作用挤压泵送式、挤压软管式喷浆机, 但真正用于生产实际却寥寥无几。这里不多赘述。1.4 湿式混凝土喷浆机种类和特点:1.4.1、风送罐式湿喷机风送罐式湿喷机, 首先在50年代, 由美国Eim co 公司研制成功。我国相继研制成功了PS 型、L SP-II 型、SP
13、-77 型及HL F 型喷浆机。在HL F 型基础上, 鹤壁矿务局开发了YS-1型湿喷机。该机在鹤壁四矿使用, 效果较好, 无脉冲、无离析、出料连续均匀。这些机型结构基本相同。以双罐式加喂料螺旋使用较多, 2个输送罐交替工作实现连续喷射, 各罐内装有搅拌叶片, 将混合料拌成混凝土, 用压气将混凝土压入软管经喷嘴喷射到岩面上。该类型设备可输送骨料中国矿业大学 09 届本科生毕业设计7粒径25 mm 的混凝土, 生产能力2.3 6 m 3/h , 风压0.3 0.4M Pa, 水平输送距离30100 m。但普遍存在机体庞大, 设备笨重, 上料高度高, 维修操作复杂, 容易堵管和产生脉冲, 限制了其
14、使用。1.4.2、风送转子式湿喷机在转子式干喷机的基础上, 山东煤研所开发了ZSP-1型湿喷机, 采用三级搅拌, 机内水化, 旋转体料腔为开腔结构, 从根本上解决了湿式喷射混凝土的粘结问题。该机结构简单、操作方便、喷射效率高。生产使用表明: 粉尘浓度15 m g/m 3, 回弹率13.6% , 取得明显的双降效果。1.4.3、螺旋式湿喷机(1) 河南煤研所研制PX-4型湿喷机实现混凝土稀薄液流的输送。该机采用螺旋式结构, 操作简单、方便, 工作风压0.20.3M Pa, 水灰比0.40.5, 粉尘少, 回弹小。但螺旋叶片易磨损, 容易粘料。(2) 攀枝花冶金矿山公司井巷公司开发的LHP-78型
15、螺旋式湿喷机, 用螺旋叶片把搅拌好的混凝土挤成圆柱状再进入混合室,由散料器分散后用压气送入输送管而喷射到岩石上。其特点是采用混凝土自料密封, 结构简单, 机矮体轻, 但存在螺旋叶片磨损快, 对混凝土水灰比要求严格的缺点。1.4.4、活塞泵式湿喷机我国煤炭系统从德国引进USI-139型湿喷机在川煤五处使用, 获得粉尘少、回弹小的双降效果。上海煤研所开发了SHP-1型湿喷机, 采用液压传动, 浓密流静压输送的双缸活塞泵结构。该机主要特点: 料流均匀, 不发生脉冲, 减少离析, 保证喷射质量; 粉尘浓度低,一般为10 mg/m 3; 由于采用控制喷射速度,搅拌充分, 液体速凝剂在喷枪里呈喷雾状与混凝
16、土均匀混合而减少回弹率, 一般为11.8%。在福建邵武煤矿使用效果较好。但存在机型大、活塞泵磨损快、难以清洗的问题。1.4.5、挤压泵式湿喷机南京煤研所开发的JSP-5/10型湿喷机和北京军区工程兵部工程人防处开发的QPJ-5型湿喷机, 均利用挤压辊滚动将与其贴合的挤压胶管压扁, 并在自身弹性恢复力的作用下产生负压, 将料斗中湿料吸入管内,同时前面被压缩的胶管体积不断缩小, 产生挤压力, 使混凝土沿输料管运动, 达到泵送的目的。机器反向回转时可清洗管道。这2种类型设备生产能力大, 效率高, 结构简单, 操作方便, 工作平稳, 无脉冲。但输送距离较短, 软管容易磨损, 速凝剂添加装置复杂。1.4.6、螺杆泵式湿喷机马鞍山矿山研究院开发了WSP 型湿喷机, 在张家洼矿山公司小官庄铁矿进行工业试验, 喷射混凝土180m 3。结果表明:
