混凝土噴射機的設計方案

混凝土噴射機的主導機型是轉子式混凝土噴射機，它具有輸送距離長、工作風壓低、噴頭脈沖小、工藝設備簡單、對滲水巖面適應性好，以及混合料可以存放較長時間等特點，廣泛地應用于礦山錨噴支護、隧道工程、建筑工地等領域。

 

1、設計總則
（1）用于有瓦斯和煤塵爆炸危險型場合時，配用的電機和電器，應符合GB3836.1和3836.1和GB3836.2的規定。元部件用非金屬聚合物時，應符合MT113的規定；

（2）噴射機氣路系統用的閥，其公稱壓力不得小于1.6MPa；

（3）焊縫應光滑平整，無焊瘤和焊渣；

（4）鈑金件應無飛邊和毛刺。

2、主要參數

生產能力：4～６
；
輸送物料：混凝土，其最大骨粒直徑小于20mm；

最大輸送距離：水平50 m，垂直20 m；

3、選擇方案

4、噴射混凝土工藝的選擇

（1）干式噴射混凝土是國內外發展較早、使用較廣的一種噴射混凝土工藝，使用的主要設備是干式混凝土噴射機（簡稱干噴機），各種材料按照設計配比要求進行拌和——拌和好的松散混凝土直接喂入（通過機械或人工上料）噴射機料斗——由空壓機提供的壓縮空氣裹攜物料通過輸料管送到噴頭處——在此處加入水與物料混合——在風壓作用下噴射到受噴面上。干噴機具有輸送距離長、工作風壓低、噴頭脈沖小、工藝設備簡單、對滲水巖面適應性好，以及混合料可以存放較長時間等特點。但是干噴機施工粉塵大、回彈率高、作業時產生的粉塵危害工人健康，尤其是窄巷道工程中，粉塵污染更為嚴重，更重要的是拌合料與水的混合不充分，影響了噴射質量。干噴混凝土工藝如下圖2—1所示。

 

（2）濕式混凝土噴射機（簡稱濕噴機）是把各種材料按照設計配比要求進行充分攪拌，拌和好的混凝土直接喂入（通過機械或人工上料）濕噴機的強力振動料斗，由空壓機提供的壓縮空氣裹攜物料通過輸料管輸送到噴頭處，在此處加入速凝劑與物料混合，在風力作用下噴射到受噴面上而進行噴射的設備。由于混凝土是在拌合機中進行拌制的，因此攪拌質量高，所以回彈量可降至10%（噴壁）以下，噴射后的混凝土強度可提高25～60%，而空氣中的粉塵含量可降低到以下，達到了國家規定的衛生標準，保護了操作人員的健康。濕噴混凝土工藝：如圖2—2所示。

 

5、噴混凝土的特點：

1）回彈少，與干噴相比一般可減少十個百分點以上，節約原料消耗。

2）粉塵小，干噴作業時粉塵濃度可達50mg/；濕噴作業時粉塵濃度在10mg/以內，大大減少了粉塵對人的傷害。

3）噴射層均質性好，強度高。在同樣強度要求下，濕噴與干噴相比可節約水泥用量8～10%。

4）利于鋼纖維添加和均勻密實。

5）易損件消耗少，使用壽命長。

但是濕式混凝土噴射機也存在一些問題：

（1）濕式混凝土噴射機多采用液體速凝劑。進口及合資產品售價較高（達6000-8000元/t），而國產液體速凝劑尚無生產。相對應的干噴所粉狀速凝劑售價低（1000多元/t）。

（2）勞動力成本低及人們的環保意識尚待提高。

（3）濕式混凝土噴射機作業時，設備投資較為復雜，操作及維修不及干噴機方便。
（4）使用濕式混凝土噴射機作業時，設備投資較高。

以上種種因素造成濕噴混凝土施工成本高于干噴混凝土施工成本，使濕式混凝土噴射機在國內的推廣受到一定程度的限制。但是，隨著環保意識的加強，以及人們對噴射混凝土施工質量更高的要求，濕式混凝土噴射機必將越來越多地取代干式混凝土噴射機而成為噴射混凝土作業的主要機具。

目前，由于濕噴技術具有明顯的優勢，濕式混凝土噴射機有各工程中的應用亦越來越多。但是，由于存在著一些尚待解決的問題，對濕式混凝土噴射機的推廣應用起到了一定的阻礙作用，以至于在我國，目前主要的噴射混凝土作業方式仍是干噴。

 

綜上所述:本次設計選取干式混凝土噴射機作為設計對象。

6、主要結構與工作原理

產品主要由供料部分、傳動系統、氣路系統、不粘料轉子、噴射系統、上座、中座、
下座、翻轉鉸接快速楔銷緊固及結合板徑向快速壓緊裝置等組成。

1）供料部分由篩網、料斗、撥料器、定量板及配料盤等組成。其作用是連續均勻的定量加料。調節定量板的高度的可以控制給料量的多少，從而調節生產能力的大小。通常情況下，定量板應調整在低位。

2）傳動部分由電動機、減速器等組成。減速器采用齒輪傳動，其作用是帶動轉子、撥料器等旋轉。

3）氣路系統由閥、壓力表、管路、結合板和出料彎頭等組成。其作用是利用壓縮空氣在密封狀態下實現混合料的輸送。

4）行走系統由兩對鐵輪或膠輪組成。鐵輪適用于軌道，膠輪適用于無軌場合。

5）不粘料轉子不粘料轉子是噴射機的核心部件，主要由襯板、本體、整體料杯等組成。其作用是實現向氣路系統連續不斷輸送混合料。

6）噴射系統由輸料管路、閥、噴頭和噴咀等組成。其作用是實現混合料的輸送及噴射。調節噴頭水閥可控制混合料的加水量，改變噴射混凝土的水灰比。

7）翻轉鉸接快速楔銷緊固由一個翻轉鉸接及二個楔銷緊固等組成。實現上、下座的快速緊固及上座的翻轉（1000），使于襯板，清掃板及料杯的維護和清理。

8）結合板側向快速壓緊裝置由翻轉支座，支承座，銷軸及緊定螺釘等組成。由于翻轉支座可以向下轉動，便于出料彎頭和結合板的裝折和更換。

混凝土噴射機的工作過程是：預拌和的混合料加入料斗，由撥料器、配料盤撥入落料斗至轉子料杯，隨著轉子的轉動進入氣路系統，混合料由壓縮空氣帶動經結合板、出料彎頭、輸送管路至噴咀處，加水混合后高速噴至受噴面。

 

7、噴射機機構型式的選擇

根據干式混凝土噴射機的工作原理，可分為泵送型及氣動型兩大類：
（1罐缸式噴射機

罐缸式噴射機按罐的個數可分為單罐式、雙罐式；按罐的布置分立式、臥式。我國最早使用的型號為立式雙罐式。

 

立式雙罐式噴射機，上部為料斗，料斗的下面為上罐和下罐，兩罐的上端各有控制進料的上下鐘形閥，下罐的底部有由電機、減速器構驅動的撥料配盤，可較均勻、定量和連續地向出料口供料。作業時，通過操縱四通閥將下鐘形閥關閉，下罐進氣，上罐排氣。這類噴射機結構簡單，工作穩定。缺點是體積大、笨重，上料高度高、勞動強度大，鐘形閥被料上卡住時產生反風，粉塵大。

（2螺旋輸送式噴射機

這類噴射機分臥式、垂直式兩種。我國研制的LHP—701型螺旋噴射機屬于臥式螺旋輸送式噴射機。其結構示意如圖2—4這種噴射機利用負壓原理，采用中空螺旋軸上的螺旋葉片送料。壓氣通過中空螺旋軸造成負壓，拌合料在負壓吸送和螺旋葉片機械力的推動共同作用下，被推至噴射機的出料口，在壓氣的吹動下經噴嘴噴出。這類噴射機的特點是結構簡單，體積小，加料口低。但螺旋葉片和機體易磨損，輸料距離短，使用不當易“反噴”。

 

（3）混合式噴射機

這種噴射機采用罐缸和螺旋結合的結構，其結構示意如圖1—4。噴射機的上部是罐缸式結構，有料斗、鐘形閥、上罐、下罐；下罐的底部用螺旋葉片代替分配盤，將物料推至出料管口吊壓氣將物料吹至噴嘴噴出。

 

（4）如圖2.12所示是轉子Ⅱ型混凝土噴射機（U型料腔）的簡圖，由主機、傳動機構、風路系統和機架組成，旋轉體由氣杯、U形料杯組成，料杯傾斜10度左右。

 

該機上料高度低，出料連續均勻，體積小，結構緊湊，操作方便，可用于干噴、濕噴工藝，是煤礦井下巷道應用最多的噴射機，故選擇該型號為設計方案。

8、噴射機主要結構與工作原理

產品主要由供料部分、傳動系統、氣路系統、不粘料轉子、噴射系統、上座、下座、
下座、翻轉鉸接快速楔銷緊固及結合板徑向快速壓緊裝置等組成。見附圖。

（1）供料部分由篩網、料斗、撥料器、定量板及配料盤等組成。其作用是連續均勻的定量加料。調節定量板的高度的可以控制給料量的多少，從而調節生產能力的大小。通常情況下，定量板應調整在低位。

（2）傳動部分由電動機、減速器等組成。減速器采用齒輪傳動，其作用是帶動轉子、撥料器等旋轉。

（3）氣路系統由閥、壓力表、管路、結合板和出料彎頭等組成。其作用是利用壓縮空氣在密封狀態下實現混合料的輸送。

（4）行走系統由兩對鐵輪或膠輪組成。鐵輪適用于軌道，膠輪適用于無軌場合。

（5）不粘料轉子不粘料轉子是噴射機的核心部件，主要由襯板、本體、整體料杯等組成。其作用是實現向氣路系統連續不斷輸送混合料。

（6）噴射系統由輸料管路、閥、噴頭和噴咀等組成。其作用是實現混合料的輸送及噴射。調節噴頭水閥可控制混合料的加水量，改變噴射混凝土的水灰比。

（7）翻轉鉸接快速楔銷緊固由一個翻轉鉸接及二個楔銷緊固等組成。實現上、下座的快速緊固及上座的翻轉（1000），使于襯板，清掃板及料杯的維護和清理。

（8）結合板側向快速壓緊裝置由翻轉支座，支承座，銷軸及緊定螺釘等組成。由于翻轉支座可以向下轉動，便于出料彎頭和結合板的裝折和更換。

混凝土噴射機的工作過程是：預拌和的混合料經篩網落入料斗，由撥料器、配料盤撥入落料斗至轉子料杯，隨著轉子的轉動進入氣路系統，混合料由壓縮空氣帶動經結合板、出料彎頭、輸送管路至噴咀處，加水混合后高速噴至受噴面。

混凝土噴射機的工作原理：以壓縮空氣為動力，在密封狀態下將混合料輸送至噴咀處，加水后高速噴至受噴面。

9、動力源及傳動裝置的選擇

使用液壓馬達作為動力源，就要配以液壓回路，造成機構復雜，維護麻煩，不如直接選取合適功率的電動機，使用減速器達到減速增扭的目的，結構簡單，維護方便，因此選用電動機作為動力源，減速器為傳動裝置。

選取低轉速的電動機，使傳動比不致過大。由于該機的使用環境在井下，故選擇隔爆型異步電動機。減速器是電動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉速和增大轉矩。

減速器常用形式有展開式和分流式。分流式結構復雜，但由于齒輪相對于軸承對稱布置，與展開式相比載荷沿齒寬分布均勻，軸承受載較均勻，適用于變載荷的場合。而展開式結構簡單，但齒輪相對于軸承的位置不對稱，因此要求軸有較大的剛度，高速級齒輪布置在遠離轉矩輸入端，這樣軸在轉矩作用下產生的扭轉變形和在彎矩作用下產生的彎曲變形可部分地抵消，這樣以減緩沿齒寬載荷分布不均勻的現象，用于載荷比較平穩的場合，適用于本機型。

7、噴射機轉子結構的選擇

轉子為本機的關鍵部件，設計時采用U型料腔結構，以扇形料腔代替傳統的圓形料腔，使料孔的容積效能最大，提高了轉子的截面利用率，在同樣的轉速和轉子外徑的情況下，由于減少了孔與孔之間的死角面積，使得進風和出料更加連續均勻，有利于消除出料的脈沖現象，不存在閉氣閉死的現象，從而有利于降低回彈和粉塵。此外，適當加大轉子直徑、減小轉子高度，并使料孔橫截面上小下大，以利于濕料在料腔內的流動。

8、噴射機結合板和襯板的選擇

轉子式噴射機的工作原理和結構特征是：帶有襯板的轉子以一定的轉速旋轉，而結合板壓在襯板上固定不動，結合板上連接有進風管和出料彎頭，當轉子中裝有物料的各個料腔轉動到與出料彎頭相通時，在壓氣的作用下，物料通過出料彎頭和輸料管輸送到噴嘴，并在噴嘴處加水噴射出去。在此過程中，由結合板和襯板組成的密封副起到了密封壓氣和物料的作用。由于結合板和襯板之間有相對運動，存在摩擦磨損，導致漏風跑塵，嚴重時密封完全失效，必須更換。

襯板和結合板的材質性能是影響其使用壽命的重要因素。襯板要選擇耐磨性好的金屬材料，既要有很高的硬度，也要有一定的韌性。因為襯板是在結合板重壓之下運轉，如果又硬又脆就會被壓裂，目前較好的襯板是采用抗磨合金材料。結合板材質既要耐磨性好，抗撕裂、抗疲勞、抗沖擊，又要有一定的彈性，目前較好的結合板材質是聚氨酯。另外，結合板壓緊力的大小及均衡與否，對結合板的磨損至關重要，若壓緊力過大，相應磨損增加；若過小，起不到密封作用；若壓緊力不均衡，造成磨損不一致，將大大影響結合板的使用壽命，而且也是造成結合板處漏風跑塵的原因之一。