湿式混凝土喷射机设计说明书

混凝土是以水泥为胶结料，把水泥和砂、石等骨料按一定比例配合、搅拌而成。刚搅拌成的混凝土（称做“混凝土拌合料”），在一定时间内呈流塑状态，可以制成任意大小和形状的结构或构件。在成型以后经过一段时间，水泥与水进行水化反应，使混凝土硬化。硬化后的混凝土具有一般石料的性质。混凝土容易制成任意形状的构件，抗压强度大，与少量钢筋配合能制成抗弯、抗拉的构件，造价低、耐火，所以它是目前建筑工程中应用最为广泛的一种材料，在国民经济中占有很重要的地位。正是因为混凝土是一种优良的建筑材料，在世界范围内得到了广泛的推广和使用。随着我国国民经济的发展，工业及民用建筑迅速增长，混凝土产量也逐年增加，这就刺激了混凝土机械的研发和生产。目前主要的混凝土机械有混凝土搅拌机、混凝土搅拌楼（站）、混凝土搅拌输送车、混凝土泵和混凝土泵车、混凝土喷射机、混凝土振动器等等。其中混凝土喷射机是地下工程、岩土工程、市政工程、水利、国防、煤炭、土木建筑等领域内广泛使用的一种施工设备。它是利用压缩空气或其它动力，将按一定比例配合的拌合料通过管道输送并高速喷射到受喷面上凝结硬化，从而形成混凝土支护层。近年来，喷射混凝土技术以其简便的工艺、独特的效应、经济的造价和广泛的用途，在各种建筑领域内显示出旺盛的生命力。人们从20世纪初便开始了混凝土喷射技术的研究，瑞士的阿利瓦（ALIVA）公司最早于1942年研制出干式转子式混凝土喷射机，1947年联邦德国BSM公司研制成双罐式干式混凝土喷射机，此后，英国、前苏联、日本等相继研制出各种干式混凝土喷射机。到了20世纪50年代，美国Eimco公司首先研制成功风送罐式湿喷机，掀开了混凝土喷射机发展的崭新一页。我国从20世纪六十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）等各种干式混凝土喷射机。随后我国相继研制成功了PS型、ZSP-1型、LHP-78型、JSP-5/10型湿式混凝土喷射机，这些机型相对于干式喷射机有一定优势，但也存在一些不足之处。混凝土锚喷支护，是20世纪六十年代新发展起来的混凝土被敷支护工艺。现在这种工艺，在建筑（特别是地下工程）、煤炭、冶金、铁路和水电等系统的井巷、隧道、涵洞等工程衬砌施工中，已取得广泛的应用，并取得了良好的效果。在煤矿井巷工程中，锚喷支护因其技术先进，经济合理和安全可靠而被国家列入推广项目之一，同时又促使煤炭系统得锚喷技术发展不断加快，从硬岩至软岩，从巷道到硐室，从平巷到斜巷，从井巷工程到地面边坡稳定，应用范围日益广泛。据统计国有重点煤矿年锚喷巷道达到1700～2000km，占煤矿掘进巷道总长的20%～23%，为煤炭工业的发展节约了大量资金。将一定比例的水泥、沙子及小石子均匀搅拌后，输送到喷射机中，借助于压缩空气为动力，使拌合料连续地沿着输送管路被吹送到喷嘴处，与来自压力水箱的压力水混合成为半湿的混凝土，以每秒约80～100米的速度喷射到工作面上，使之达到衬砌的效果，这种作业称作混凝土喷射支护。因为喷射中加的是干拌合料，所以这种机械称作干式喷射机。重要的施工工作面，在喷射混凝土前还锚以钢筋，喷射后，使钢筋、工作面及混凝土结为一个整体，因此把这种加锚杆的喷敷工艺称之为锚喷支护。喷射时，喷嘴一般距离工作面1米左右，一边喷射，一边慢慢地画圈移位。混凝土一次喷射层的厚度可达3～8厘米。为了使混凝土能较快地凝结，常常在干拌合料进入喷射机前加入一定数量（约为水泥用量的3%）的速凝剂。用这样的方法进行衬砌施工与现浇混凝土相比，有以下优点：1、可以减薄衬砌厚度1/2～1/3，因为混凝土喷射到工作面上后，密实度很高，不管在强度及防渗水等方面都比较好，同时适应了爆破后的表面，所以可节约混凝土达40%左右；2、不再需用模板，故节约了大量的木材及钢材；3、减少了岩石采掘量10～15%；4、施工方法简单，可节省劳动力约50%；5、因为省去了支模、浇灌、拆模等工序，故提高衬砌速度2～3倍以上；6、总衬砌成本降低约30%左右。但是，这种干式喷射衬砌，也存在着以下一些问题，如：灰尘大、施工人员工作条件恶劣；喷射时，有一部分拌合料回弹落地，造成一部分损失（这部分通常用来铺地坪了）；要用高标号（一般为500号）水泥等。现在，对于较大的井巷、隧道，已进一步采用了机械手代替人力直接掌握喷枪，使施工人员既远离了工作面，又降低了劳动强度。为了解决干式喷射机灰尘大和降低回弹量，现在国内外普遍采用湿式喷射机，据统计目前湿式喷射机占到了总量的70%以上，从下表1-1中可以看出混凝土喷射机的发展方向表1-1部分西方国家喷射混凝土作业中干喷与湿喷所占比例国家湿喷（%）干喷（%）法国6040意大利9010日本8020挪威991瑞士6535美国6040湿式喷射机是把已加好水拌合好了的混凝土加入到喷射机中，然后经输送管路在压缩空气等的作用下由喷嘴喷射到工作面上的设备。使用湿式喷射机喷射混凝土时与干式相比有如下优点：大大降低了机旁和喷嘴外的粉尘浓度，消除了对工人健康的危害；生产率高。干式混凝土喷射机一般不超过，而使用湿式混凝土喷射机，人工作业时可达，若采用机械手作业时，则可达；回弹率低。干喷时，混凝土回弹率可达15%～50%,采用了湿喷技术，回弹率可降低到10%以下；4、湿喷时，由于水灰比易于控制，混凝土水化程度高，故可大大改善喷射混凝土的品质，提高混凝土的均质性。而干喷时，混凝土的水灰比是由喷射手根据经验及肉眼观察来进行调解的，混凝土的品质在很大程度上取决于机手操作正确与否。尽管有以上优点，湿式喷射机仍存在以下问题，如：管路中易于凝固、粘结，造成堵塞；造成堵塞后，清洗比较麻烦；设备比较笨重等问题。2方案确定2.1设计总则1、煤矿生产，安全第一；2、面向生产，力求实效，以满足客户最大实际需求；3、贯彻执行国家、部、专业的标准以及相关规定；4、技术比较先进，提高生产效率。2.2主要技术参数生产能力：；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100m，垂直30m；输料管内径： 50/60mm；适用混凝土坍落度：8～15cm；适用混凝土水灰比：0.43～0.5；工作风压：； 耗风量： 15； 上料高度： 1.35m 转子转速： 20 回弹： 平均； 主电机型号： YB132-6； 主电机功率/电压： 5.5KW/380V.2.3选择方案2.3.1喷射混凝土工艺的选择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：水砂石搅拌机上料机或人工上料空压机水输料管喷头速凝剂喷射机水泵湿式混凝土喷射机（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水砂石搅拌机上料机或人工上料空压机水输料管喷头速凝剂喷射机水泵湿喷混凝土的特点：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。粉尘小干喷作业时粉尘浓度可达50mg/以上；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。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%。利于钢纤维添加和均匀密实。易损件消耗少，使用寿命长。综上所述:本次实验选取湿式混凝土喷射机作为研究对象。湿喷混凝土工艺：水水水泥砂石搅拌机上料机或人工上料湿喷机砼料输送单元速凝剂定量输送单元空压机速凝剂(液体或粉状)输料管喷头2.3.2湿式混凝土喷射机机构型式的选择根据湿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、泵送型1）柱塞泵式喷射机如下图2-1所示为柱塞泵式喷射机的喷射部分。这种喷射机是将柱塞式混凝土泵作为湿式混凝土喷射机的基本机体，在输送管出口装以喷嘴并在此通入压缩空气，将混凝土喷射出去。这类湿喷机一般较笨重，不利于在井下使用，但输送距离长。在二滩、小浪底等一些大型水利工程中使用的，如瑞士MEYNDIER公司的Robojet041型混凝土喷射机。由于所设计的机型用于井巷中，要求体积尽量小便于移动，故放弃这种型式。图2-1柱塞泵式喷射机的喷射部分2）螺杆泵式喷射机如图2-2所示，这种湿喷机是以螺杆与定子套相互啮合时接触空间容积的变化来输送物料的。这种类型的有德国UELMAT公司的SB-3型湿喷机。该机型的主要缺点是生产率低，螺杆和定子套的磨损严重，故而应用范围不大，也不能作为设计方案。图2-2螺杆泵式喷射机的喷射部分3）软管挤压泵式湿喷机如图2-3所示，这种湿喷机由搅拌斗、泵送软管、泵体和输料管等部件组成。泵体为圆筒形，中部之行星传动机构带动两个滚轮转动，连续挤压泵送管内的湿料，使之进入输料管压送出去。日本极东PC08-60M型CHALLENGE型混凝土喷射机即属此类喷射机。但这种机型存在重大缺陷，就是挤压管寿命太短，故也不符我们的设计标准，不选此种型式。414123图2-3软管挤压泵式湿喷机的喷射部分1-搅拌斗；2-泵送软管；3-泵体；4-输料管2、气送式湿式混凝土喷射机1）并排双罐式湿喷机如图2-4所示，该机为并排的两个罐，一个喷射，一个备料。罐的底部各有一个横卧的螺旋输送器，喷射罐内通入压缩空气，湿拌合料经螺旋送进输料管，在喷嘴处通过气环引入的压缩空气使拌合料喷射出去。该种机型喷射无脉冲，无离析，出料连续均匀，缺点是体积较大，向罐内加料比较麻烦，清理罐也不方便，维修操作复杂,故也不符合设计要求，放弃该种机型。图2-4并排双罐式湿喷机的喷射部分2)立式双罐式湿喷机如图2-5所示，该湿喷机为竖立的两个罐，上罐拌料，下罐喷射，上下罐均有密封阀门，交替开启、关闭，以实现连续喷射。下罐底部有一横卧螺旋驱动湿拌和料至料管内喷射出去，同样该种机型喷射无脉冲，无离析，出料连续均匀，缺点是体积较大，向罐内加料更为麻烦，维修操作复杂,故也不符合设计要求，放弃该种机型。图2-5立式双罐式湿喷机的喷射部分3)转子式湿喷机如图2-6所示是瑞士阿利瓦280型湿喷机工作原理图，该机为转子式结构，设计时采用立式直通料孔结构，工作时料斗中的湿拌合料落入转子料孔，经旋转180度后料孔与压缩空气进气口相通，湿拌合料就以悬浮状态被压至图2-6转子式湿喷机的喷射部分出料管，经在喷嘴混合室与液体速凝剂充分混合后从喷嘴高速喷出。该种机型密封易磨损、反风、料尘较大，尤其是由于出料口在转子下方，势必会增加上料高度，增大施工困难，使整个机型变得不是很紧凑。如图2-7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、潮喷工艺，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。图2-7转子Ⅱ型混凝土喷射机（U型料腔）的简图1-上壳体；2-下壳体；3-旋转体；4-入料口；5-出料弯头；6-进风口；7-密封胶板；8-料斗；9-拨料器；10-搅拌器；11-定量板；12-油水分离；13点动机；14-减速器2.3.3湿式混凝土喷射机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。2.3.4湿式混凝土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。2.3.5湿式混凝土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。2.3.6速凝剂添加系统的选择1、系统方案为了将来在应用中方便,把速凝剂添加系统和湿喷机（湿喷机+计量泵模块式组合）分开来，是能实现一机多用，即能湿喷又能干喷。如果用户希望采用干喷技术，把速凝剂添加系统去掉，只用湿喷机即可；若用户希望采用湿喷技术，把速凝剂添加系统通过碰头与湿喷机连接起来即可。2、定量泵选择混凝土水灰比的影响因素我国正处于经济飞速发展阶段，经济建设对混凝土的需求量十分巨大，混凝土的生产已直接影响着我国经济的飞速发展。当今，混凝土的商品化进一步提出了提高混凝土经济性的必要性。影响混凝土经济性最重要因素是水泥用量，要求在混凝土性能不变前提下，用较少水泥生产出符合要求的混凝土。因此，水泥混凝土的水灰比就显得尤为重要。况且，在当今混凝土的级配计算中，都是以水灰比为基础参数而展开的。它决定了混凝土强度和密实性，影响混凝土抗渗性、抗冻性、抗蚀性、抗碳化性等。捷克的J·詹姆鲍尔作过水灰比与混凝土之间关系的实验，结果表明，水灰比不仅影响硬化浆体和混凝土的强度、耐久性，还影响硬化浆体总空隙率和物理——力学性能，胶结性水化产物的组成和性质，以及硬化水泥浆体结构等综合性能。所以，水灰比对混凝土性能来说，是至关重要的。控制影响水灰比的各个因素，以及怎样在混凝土性能不降低的情况下，合理地减小水灰比，提高经济性也变的重要起来。影响水灰比的主要因素有施工要求、拌合条件、材料、添加剂和温度五类，施工要求包括强度要求、塌落度要求、流动性要求等等，都直接影响着水灰比。在施工要求相同的情况下，其他各因素是怎样影响水灰比的呢？拌合条件对水灰比的影响拌合条件包括搅拌机内型、搅拌参数、搅拌时间、搅拌工艺，这些都影响水灰比。混凝土的性能主要受混凝土空间物理结构和水泥粘结强度的决定，拌合条件直接影响混凝土空间物理结构，影响混凝土空间结构的均匀性，从而影响到混凝土的性能。改善拌合条件，提高混凝土空间结构的均匀性，可使水泥浆更好地发挥粘结作用。在相同的施工要求下，用好的拌合条件，不但可以提高效率，而且可以减小水灰比，提高经济性。搅拌机的类型对水灰比有影响，如果搅拌机的料流循环体积占拌合总体积的百分率越大，在相同搅拌容积和搅拌时间，搅拌均匀性就越好。从百分率比较，行星搅拌机>双叶片双卧轴搅拌机>双卧轴搅拌机>鼓式搅拌机，所以，搅拌效果也是如此关系,循环面积百分率越大，拌合料循环空间越大，水泥循环的空间就越大，早期水化反应率也越大，拌合出来的混凝土空间结构也就越均匀，混凝土的强度也就越大，因而相同强度要求下，对水灰比要求较小。搅拌参数（包括轴向倾角，径向倾角，叶片排列，相位角，等等）是为了使拌合材料能在循环空间内更好地循环拌合以提高混凝土空间结构均匀性，从而可以减少附加水泥的用量，在水不变情况下，增大了水灰比。从表1中可以看到，如果搅拌参数匹配不好，相同的搅拌条件和水灰比，但强度却相差很大，标准差也较大。搅拌时间是通过延长拌合材料在空间中的循环时间，提高混凝土各成分空间均匀性，以提高混凝土的性能。在其他条件相同情况下，选用合理的搅拌时间，可减小水泥用量，相对增大水灰比，从而提高经济性。水灰比对强度和渗透系数的影响用5种不同水灰比的掺聚丙烯纤维的基准无砂大孔混凝土和透水性聚丙烯纤维增强混凝土(配比同基准试件，另加入聚丙烯纤维0．9kg／m3)试件进行试验。其中基准无砂大孔混凝土水泥用量330kg／m3，石子采用5~31．5mm碎石，用量1980kg／m3，灰骨比1：6。水灰比对强度和透水系数的影响结果如表1。

表1

水灰比对强度和渗透系数的影响编号水灰比基准无砂大孔混凝土透水性纤维增强混凝土抗压强度／MPa渗透系数／(cm／s)抗压强度／MPa渗透系数／(cm／s)123450．250．300．350．400．4510．914．517．718．911．10．5340．4350．3880．3200．25015．619．226．529．223．20．4890．4100．3700．3280．246

注：为了保证拌合物有较好的流动性，可掺入1％—1．5％的高效减水剂。表1结果表明，水灰比的变化对强度影响很大，在相同灰骨配比条件下，有一最佳水灰比(0．4)。当水灰比小于最佳水灰比时，无砂大孔混凝土因干燥拌料不易均匀，水泥浆不能均匀地包裹在粗骨料的表面，达不到适当密度，强度不易提高。当水灰比大于最佳配比用量时，混凝土强度开始降低，这是因为水灰比太大时水泥浆开始下滴，形成的试件下部较密实，没有孔隙，而上部只是粗骨料堆积在一起，缺少胶结，因此，整体强度降低。水灰比是影响透水性混凝土强度的主要因素之一，当水灰比在0．4左右时可以形成较理想的透水性混凝土结构，具有较高的强度和—定的透水性所以本设计用的材料配比为：水泥：砂：石子：水=1：2：2：0.45，水泥：水=1:0.45,即每吨水泥渗水0.45吨，初期按本配比进行实验，根据实验结果进行调整。调整以混凝土的和易性和强度为控制指标，坍落度保持率大于85%，坍落度须控制在8～15cm.速凝剂:速凝剂是一种使水泥混凝土快速凝结硬化的外加剂,是喷射混凝土施工的必备材料。速凝剂经历了由高碱向低减和无碱、粉状向液体发展的历程。早期的速凝剂是粉状材料，包括会引起混凝土中的钢筋锈蚀高Cl－成分。液态速凝剂在国外的应用已相当广泛,且在喷射混凝土施工中所占的比重越来越大。我国液态速凝剂的发展远远落后于国外,市场销售速凝剂大多数是粉状速凝剂,施工中普遍存在粉状速凝剂添加不均匀和粉尘较大的问题。无碱、无腐蚀、无毒、无刺激性的液态速凝剂是速凝剂的发展方向，也是工程应用的必然趋势。北京贝思达工贸有限责任公司正是在这一背景下研制和推出的无碱液体速凝剂，其性能指标除满足国家标准JC477-92规定的指标要求外，速凝剂的碱含量少于0.01％，后期强度损失小，且与水泥种类适应性好、料浆和易性好。产品在南水北调工程中得到应用。液体速凝剂参与混凝土反应，加速水化过程，使早期强度提高，各项指标符合国家标准，其他优点如：a提高抗渗性能、b应用简单、c少尘、d低回弹、回弹：立面≤5%，顶面≤10%、e厚层喷射、f与潮湿层粘接良好。应用于：a斜坡保护、b隧道，临时和最后的衬砌、c地下室、d游泳池等。本试验所用速凝剂是以铝酸盐为主要成分，包括增黏组分和早强组分的液体速凝剂。其中铝酸盐促凝组分，使水泥浆体迅速凝结硬化；增黏组分为长链大分子有机物，起“架桥”作用，使浆体更容易形成远程凝聚结构；早强组分是为提高早期强度，进一步促进水泥浆体迅速凝结硬化。此液体速凝剂相比与粉状速凝剂有很多优点，但它的使用效果受到多种因素的影响。本文研究了速凝剂掺入方式、水泥品牌、高效氨基减水剂、萘系高效减水剂及速凝剂掺量对水泥净浆凝结时间的影响。速凝剂掺量并不是越大越好，在兼顾成本和促凝效果的前提下，有一个最佳掺量,速凝剂掺量过大，导致水泥与速凝剂迅速发生反应，生成大量的水化产物，这些产物包裹在未水化的水泥颗粒表面，使水泥颗粒之间无法很好地与水接触进行水化，从而影响了速凝剂的促凝效果。因此在施工条件确定之后，必须进行试验,找出最佳掺量，以确保施工性能和成本两不误。液体速凝剂适用方法与注意事项：1、使用前，必须对施工所用水泥与本剂做最佳掺量的适应性试验。2、使用时，宜在喷射机出口添加液体速凝剂，混凝土的用水量应扣除速凝剂引入的水。3、速凝剂的掺量可用流量计或精密水表控制。目前，在隧道、涵洞等地下建筑物的混凝土喷锚支护中，湿法喷射混凝土以其粉尘含量低，回弹少等优点得到了越来越广泛的应用，而液体速凝剂是湿法喷射混凝土中的重要组成成分，其效果的好坏直接影响到喷射混凝土的喷射质量。综上所述所以本设计选用液体速凝剂.液体速凝剂或粉状速凝剂，初凝时间不大于5分钟，终凝时间不大于10分钟，28天强度保持率大于85%。速凝剂的掺量要严格控制，液体速凝剂3～4%,粉状速凝剂量3～5%。由以上可知每吨原料中的速凝剂添加量为0.45×0.04=18升，即速凝剂泵量要达到18L以上。假设在初期的每吨原料中加入水的量为

0.45吨，则只需加入0.05吨的速凝剂即可。根据上述计算可选出速凝剂泵的型号为2J-X柱塞式计量泵计量泵主要技术参数如下：额定流量为50L/h,最高排压为5MPa,行程20mm,泵速83次/分，电机功率0.75Kw。3湿喷机的风路系统计算3.1转子式料腔容积的计算转子式喷射机的能力（kg/h）式中，K—考虑到喷射机纯工作时间的系数，对于带配料盘的循环式的喷射机K=0.3～0.85,它取决于转子上的料腔的分布—转子式喂料盘的能力，因为湿喷机的设计生产能力为，每立方米的混凝土的质量约为2350kg，故取K=0.8,，根据上式可得：转子式喂料盘的能力（）式中w—转子式料腔容积，m—喂料盘扇形料腔的数量n—喂料盘的旋转速度，—混凝土的容重，由前章分析知，适当减小料腔间距，可以使进风连续，出料均匀，则不妨取喂料盘扇形料腔的数量m=18,喂料盘的旋转速度n=20r/min,一般混凝土容重=2350,根据上式可得:3.2输送管道的换算长度的计算由管路的直线段和考虑管道弯曲处的等值长度组成的输送管道的换算长度为式中—输送管道的直线段长度根据输送材料的形状和弯管半径r与管路直径之比，因按表3-1取圆形、旋转角的铸铁弯管和钢弯管的等值长度。表3-1管道弯曲处等值长度的取值材料形状当r/为下列各值时的（m）461020粉状材料4～35～106～108～10均质粒状材料—8～1012～1616～20非均质粒状材料——28～3538～45非均质粗粒材料——60～8070～90因为水平最远距离可达100m，可取输送管的直线段长度，弯管半径r=0.6m，管路直径=60mm,,由上式可得：3.3喷嘴出口处空气速度的计算气流中湿混凝土混合料的标准密度为式中，—喷射机喂料盘的能力，—压风耗量，为了进行粗略计算，在选择喷射机时最好应用H.C.谢加利曲线图。该曲线图是在整理了大量反映标准密度与管路换算长度的关系的试验数据的基础上获得的，如图3-1所示：60204014001000600200126020401400100060020012图3-1根据管路换算长度选择混合料标准密度曲线图1-对于容重大且易松散的干混合料2-对于容重为、磨损性强和湿度大的材料由图可查得：出口处压力接近大气压力的垂直段或水平段高压装置的空气计算速度，当时可按下式计算式中—材料容重，Ｂ＝—与被运材料质量有关的系数，对于干粉状材料应取最低值a—考虑到被运材料的粒度的系数，参照表3-2表3-2粒度系数a的取值材料形状粒度（mm）系数a粉状材料<110～16均质粒状材料1～1016～20细料材料10～2020～22中粒材料40～8028～25由设计的已知参数知，混凝土最大骨粒直径小于20mm，，，故可取a=21，对于的装置来说，上述公式右部的第二项可以忽略不计，由上式得：3.4输送混合料所需压风耗量的计算选择好的值后，根据喂料盘的能力计算输送混合料所需的压风耗量，可得：3.５输送管内径d的计算输送管是喷射机的主要部件之一，对工作机的可靠性影响很大。在喂料盘能力给定的条件下，输送管的内径d用气流连续方程式计算式中，—“标准”空气密度，查手册得，将其他数据带入计算得：取整得：输送管内径当压风在管道中流动时，其压力下降，此时假设压风密度为，则压风密度也在减小。当压风在直径恒定的管路中等温流动时，压风沿管路全长的流动速度的程度与其压力下降相同。因此，“质量速度”值在管路全长上保持不变。从上式中可以看出，输送管的内径随计算值和的增加而减小，也就是说生产成本减小。然而，速度和密度增大会导致管路中压力的计算损失提高，也就是说增大功率和能耗。 4湿喷机的传动系统总体计算4.1传动系统的确定及电动机的选择121234=1\*ROMANI=2\*ROMANII=3\*ROMANIII=4\*ROMANIV图4-1传动系统平面简图1—防爆电动机2—联轴器3—三级展开式圆柱齿轮减速器4—旋转体由防爆电机作为动力源，用联轴器与减速器输入轴相连，通过减速器达到减速增扭的目的，减速器输出轴通过平键与旋转体相连，带动其旋转。从而实现源源不断地向输送管路输送混凝土的目的。因为混凝土湿喷机在井下巷道中使用，所以应该选择防爆电机。因为根据经验可判断转子的转速不大，为了降低制造成本使用圆柱齿轮减速器，故电动机的转速不要很高，再参考其他同类产品功率的大小，最后选定电动机的型号为YB132M2-6型，额定功率为5.5KW，满载时额定转速为960r/min。4.2传动装置的参数计算4.2.1总传动比的计算总传动比式中，n—电动机的转速取n=960r/min—旋转体的转速取由前面的选择代入公式得：取i=48采用三级展开式圆柱齿轮减速器分配传动比的基本原则是：1）使各级传动的承载能力接近相等（一般指齿面接触强度）2）使各级传动的大齿轮浸入油中的深度大致相等，以使润滑简便3）使减速器获得最小的外形尺寸和重量为了使各级传动的大齿轮浸入油中的深度大致相等，以使润滑简便，可取三级传动比之间关系为：故由上式可得：故取故取故取4.2.2传动装置运动参数的计算查资料得各部分机械效率如下：联轴器=0.99取=0.99滚动轴承=0.99取=0.998级精度传动齿轮=0.97取=0.971）转速=1\*ROMANI轴即为电动机额定转速取=2\*ROMANII轴取=3\*ROMANIII轴取=4\*ROMANIV轴取2）功率电动机额定功率，满载时效率为85.3%，故电动机实际功率。=1\*ROMANI轴取=2\*ROMANII轴取=3\*ROMANIII轴取=4\*ROMANIV轴取3）扭矩=1\*ROMANI轴取=2\*ROMANII轴取=3\*ROMANIII轴取=4\*ROMANIV轴取4）将以上数据列表轴号转速n(r/min)输出功率P(kW)输出扭矩T()传动比i效率电机轴9604.746.75510.99Ⅰ轴9604.645.7604.360.96Ⅱ轴220.184.4190.8443.630.96Ⅲ轴60.664.2661.2273.020.96=4\*ROMANIV轴204.019105湿喷机的齿轮传动的计算本章所有公式及计算参数均取自参考文献[1]5.1第一级齿轮传动的计算1）选择齿轮材料小齿轮选用45#调质大齿轮选用45#正火2）按齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级，按照公式，估取圆周速度，选取小齿轮分度圆直径，由公式得：齿宽系数查表按齿轮相对轴承为非对称布置，故取小齿轮齿数，在推荐值20～40中选取大齿轮齿数圆整取齿数比传动比误差误差在以内合适小齿轮转矩，由公式得：载荷系数，由公式得：使用系数，查表选取动载荷系数，查图得初值齿向载荷分布系数，查图取齿间载荷分配系数，由公式及得查表并插值得则载荷系数的初值，由公式得：弹性系数，查表得节点影响系数，查图（）重合度系数，查图（）许用接触应力，由公式得：接触疲劳极限应力、查图得：故取故取应力循环次数由公式得：则查图得接触疲劳强度的寿命系数，（不允许有点蚀）硬化系数，查图得：接触强度安全系数，查表按一般可靠度查，取故的设计初值为齿轮模数m，由公式得：查表可取小分度圆直径的参数圆整值，由公式得：圆周速度，由公式得：与估取很接近，对取值影响不大，故不必修正，小齿轮的分度圆直径大齿轮的分度圆直径中心距齿宽大齿轮齿宽小齿轮齿宽3）齿根弯曲疲劳强度校核计算由公式得：齿形系数，查图得：小齿轮大齿轮应力修正系数，查图得：小齿轮大齿轮重合度系数，由公式得：许用弯曲应力，由公式得：弯曲疲劳极限，查图得：弯曲寿命系数，查图得：尺寸系数，查图得：安全系数，查图得：则故由公式得：显然，故齿轮弯曲强度足够5.2第二级齿轮传动的计算1）选择齿轮材料小齿轮选用45#表面淬火大齿轮选用45#表面淬火2）按齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级，按照公式，估取圆周速度，选取小齿轮分度圆直径，由公式得：齿宽系数查表按齿轮相对轴承为非对称布置，故取小齿轮齿数，在推荐值20～40中选取大齿轮齿数圆整取齿数比传动比误差误差在以内合适小齿轮转矩，由公式得：载荷系数，由公式得：使用系数，查表选取动载荷系数，查图得初值齿向载荷分布系数，查图取齿间载荷分配系数，由公式及得查表并插值得则载荷系数的初值，由公式得：弹性系数，查表得节点影响系数，查图（）重合度系数，查图（）许用接触应力，由公式得：接触疲劳极限应力、查图得：故取故取应力循环次数由公式得：则查图得接触疲劳强度的寿命系数，（不允许有点蚀）硬化系数，查图得：接触强度安全系数，查表按一般可靠度查，取故的设计初值为齿轮模数m，由公式得：查表可取小分度圆直径的参数圆整值，由公式得：圆周速度，由公式得：与估取很接近，对取值影响不大，故不必修正，小齿轮的分度圆直径大齿轮的分度圆直径中心距齿宽大齿轮齿宽小齿轮齿宽3）齿根弯曲疲劳强度校核计算由公式得：齿形系数，查图得：小齿轮大齿轮应力修正系数，查图得：小齿轮大齿轮重合度系数，由公式得：许用弯曲应力，由公式得：弯曲疲劳极限，查图得：弯曲寿命系数，查图得：尺寸系数，查图得：安全系数，查图得：则故由公式得：显然，故齿轮弯曲强度足够5.3第三级齿轮传动的计算1）选择齿轮材料小齿轮选用45#表面淬火大齿轮选用45#表面淬火2）按齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级，按照公式，估取圆周速度，选取小齿轮分度圆直径，由公式得：齿宽系数查表按齿轮相对轴承为非对称布置，故取小齿轮齿数，在推荐值20～40中选取大齿轮齿数圆整取齿数比传动比误差误差在以内合适小齿轮转矩，由公式得：载荷系数，由公式得：使用系数，查表选取动载荷系数，查图得初值齿向载荷分布系数，查图取齿间载荷分配系数，由公式及得查表并插值得则载荷系数的初值，由公式得：弹性系数，查表得节点影响系数，查图（）重合度系数，查图（）许用接触应力，由公式得：接触疲劳极限应力、查图得：故取故取应力循环次数由公式得：则查图得接触疲劳强度的寿命系数，（不允许有点蚀）硬化系数，查图得：接触强度安全系数，查表按一般可靠度查，取故的设计初值为齿轮模数m，由公式得：查表可取小分度圆直径的参数圆整值，由公式得：圆周速度，由公式得：与估取很接近，对取值影响不大，故不必修正，小齿轮的分度圆直径大齿轮的分度圆直径中心距齿宽大齿轮齿宽小齿轮齿宽3）齿根弯曲疲劳强度校核计算由公式得：齿形系数，查图得：小齿轮大齿轮应力修正系数，查图得：小齿轮大齿轮重合度系数，由公式得：许用弯曲应力，由公式得：弯曲疲劳极限，查图得：弯曲寿命系数，查图得：尺寸系数，查图得：安全系数，查图得：则故由公式得：显然，故齿轮弯曲强度足够5.4齿轮参数列表综合前面三节的计算结果，将齿轮参数整理如下表：齿轮几何尺寸第一级第二级第三级齿数Z208622802266模数m345分度圆d6025888320110330齿顶圆6626496328120340齿根圆52.5250.57831097.5317.5齿宽b524656518276中心距a159204220注意：该减速器使用的齿轮的齿顶高系数为1，顶隙系数为0.25，压力角为标准值。6湿喷机的轴的刚度计算本章所有公式及计算参数均取自参考文献[2]6.1各轴的最小轴径的计算前三根轴选取材料为45#钢，调质处理。第四根轴选取材料为40Cr，调质处理由公式初估轴的最小直径，查表可取，即：由第四章整理的列表，代入上面公式得：从第一级到第三级，依次为=1\*ROMANI、=2\*ROMANII、=3\*ROMANIII、=4\*ROMANIV轴=1\*ROMANI轴=2\*ROMANII轴=3\*ROMANIII轴=4\*ROMANIV轴6.2减速器各级传动轴的设计6.2.1传动轴的径向尺寸的设计1）在轴上传动扭矩的区段中，最小的轴径应等于按纯扭矩初步估算的圆整后的直径2）联轴器的定位轴肩为6～12mm，且对应的轴段内径要符合密封圈的标准内径3）为装拆轴承方便而设置的轴肩为1～3mm，且对应的轴段内径要符合轴承的内径4）为减少装配轴承处的精加工面长度而设置的轴肩为1～5mm5）为装拆齿轮方便而设置的轴肩为1～5mm6）齿轮的轴向定位轴肩为6～12mm7）滚动轴承轴向定位用轴肩要查滚动轴承标准，单边轴肩高度应小于轴承内圈厚度，以便于拆卸轴承8）一根轴的两端装轴承处的轴径最好相等，以使箱体上两轴承孔大小相同，便于一次镗孔6.2.2传动轴的轴向尺寸的设计轴向尺寸决定于轴上零件的位置，轮毂宽度及零部件的固定与拆装方式有关。1）如果轴承与齿轮用箱体内润滑油润滑的设计，轴承处无挡油环，装配齿轮处的轴径长度应比齿轮轮毂宽度小2～5mm，这样才能使套筒可靠地顶住齿轮，同理为了保证轴承抵住套筒，套筒内轴的轴肩也要缩进2～5mm。2）如果轴承使用油脂润滑，齿轮用润滑油润滑，应设置挡油环。根据上述原则，可确定各轴的结构尺寸，详情参看相关零件图纸。6.3各级传动轴的轴承的设计由轴的尺寸设计与各轴转速、扭矩的大小，可定出轴承的型号：=1\*ROMANI轴型号为角接触球轴承7007ACJ具体规格为=2\*ROMANII轴型号为角接触球轴承7007ACJ具体规格为=3\*ROMANIII轴型号为圆锥滚子轴承32910具体规格为=4\*ROMANIV轴型号为圆锥滚子轴承32914具体规格为6.4各级传动轴的强度校核1）=1\*ROMANI轴因为=1\*ROMANI轴外伸端要连接联轴器，联轴器的计算转矩，根据工作情况选取，则，根据工作要求选取弹性柱销联轴器，型号为，许用转矩，重量为。求出作用在齿轮上的力=1\*ROMANI轴上小齿轮的分度圆直径为圆周力、径向力和轴向力大小如下，方向如下图所示轴的载荷对于7007ACJ型角接触球轴承，可得轴的支撑跨距L=213mm轴的结构图、计算简图、弯矩图、扭矩图、当量弯矩图如下：G1G1DCBAL3=140L2=73L1=83T从轴的结构图和当量弯矩图中可以看出，C截面的当量弯矩最大，是轴的危险截面。C截面处的、、、及的数值如下。支反力水平面垂直面弯矩和水平面垂直面合成弯矩扭矩当量弯矩校核轴的强度轴的材料为45钢，调质处理。查表得，则，即58～65，轴的计算应力为根据计算结果可知，该轴满足强度要求。精确校核轴的疲劳强度对于重要的轴，必须按安全系数精确校核轴的疲劳强度。判断危险截面，危险截面应该是应力较大，同时应力集中较严重的截面。截面=1\*ROMANI是受过盈配合所引起应力集中最严重的截面，且承受扭矩作用。计算危险截面应力截面弯矩截面扭矩抗弯截面系数抗扭截面系数截面上弯曲应力截面上的扭转剪应力弯曲应力幅弯曲平均应力扭转剪应力的应力幅与平均应力相等，即确定影响系数轴的材料为45钢，调质处理。查表得，，，轴肩圆角处的有效应力集中系数、根据r/d=1.2/37=0.032，D/d=40/37=1.081，经查表插值后可得，。尺寸系数根据轴截面为圆截面查图得，，。表面质量系数，由和表面加工方法为精车，查图得材料弯曲、扭转的特性系数、由上面结果得查表许用安全系数，显然以上结果均大于安全系数，可知该轴安全。2）=2\*ROMANII轴求出作用在齿轮上的力=2\*ROMANII轴上小齿轮的分度圆直径为圆周力、径向力和轴向力大小如下，方向如下图所示=2\*ROMANII轴上大齿轮的分度圆直径为圆周力、径向力和轴向力大小如下，方向如下图所示轴的载荷对于7007ACJ型角接触球轴承，可得轴的支撑跨距L=213mm轴的计算简图、弯矩图、扭矩图、当量弯矩图如下：T2DT2DCBL3=64L2=76L1=73G2从轴的结构图和当量弯矩图中可以看出，C截面的当量弯矩最大，是轴的危险截面。C截面处的、、、及的数值如下。支反力水平面垂直面弯矩和水平面垂直面合成弯矩扭矩当量弯矩校核轴的强度轴的材料为45钢，调质处理。查表得，则，即58~65，轴的计算应力为根据计算结果可知，该轴满足强度要求。精确校核轴的疲劳强度对于重要的轴，必须按安全系数精确校核轴的疲劳强度。判断危险截面，危险截面应该是应力较大，同时应力集中较严重的截面。如结构图所示的危险截面是受过盈配合所引起应力集中最严重的截面，且承受扭矩作用。计算危险截面应力截面弯矩截面扭矩抗弯截面系数抗扭截面系数截面上弯曲应力截面上的扭转剪应力弯曲应力幅弯曲平均应力扭转剪应力的应力幅与平均应力相等，即确定影响系数轴的材料为45钢，调质处理。查表得，，，轴肩圆角处的有效应力集中系数、根据r/d=1.6/37=0.043，D/d=40/37=1.081，经查表插值后可得，。尺寸系数根据轴截面为圆截面查图得，，。表面质量系数，由和表面加工方法为精车，查图得材料弯曲、扭转的特性系数、由上面结果得查表许用安全系数，显然以上结果均大于安全系数，可知该轴安全。3）=3\*ROMANIII轴求出作用在齿轮上的力=3\*ROMANIII轴上小齿轮的分度圆直径为圆周力、径向力和轴向力大小如下，方向如下图所示=3\*ROMANIII轴上大齿轮的分度圆直径为圆周力、径向力和轴向力大小如下，方向如下图所示轴的载荷对于32910型圆锥滚子轴承，可得轴的支撑跨距L=216mm轴的结构图、计算简图、弯矩图、扭矩图、当量弯矩图如下：DCDCBL3=72L2=76L1=68TG3从轴的结构图和当量弯矩图中可以看出，B截面的当量弯矩最大，是轴的危险截面。B截面处的、、、及的数值如下。支反力水平面垂直面弯矩和水平面垂直面合成弯矩扭矩当量弯矩校核轴的强度轴的材料为45钢，调质处理。查表得，则，即58～65，轴的计算应力为根据计算结果可知，该轴满足强度要求。精确校核轴的疲劳强度对于重要的轴，必须按安全系数精确校核轴的疲劳强度。判断危险截面，危险截面应该是应力较大，同时应力集中较严重的截面。如结构图所示的危险截面是受过盈配合所引起应力集中最严重的截面，且承受扭矩作用。计算危险截面应力截面弯矩截面扭矩抗弯截面系数抗扭截面系数截面上弯曲应力截面上的扭转剪应力弯曲应力幅弯曲平均应力扭转剪应力的应力幅与平均应力相等，即确定影响系数轴的材料为45钢，调质处理。查表得，，，轴肩圆角处的有效应力集中系数、根据r/d=1.6/52=0.031D/d=55/52=1.057，经查表插值后可得，。尺寸系数根据轴截面为圆截面查图得，，。表面质量系数，由和表面加工方法为精车，查图得材料弯曲、扭转的特性系数、由上面结果得查表许用安全系数，显然以上结果均大于安全系数，可知该轴安全。4）=4\*ROMANIV轴求出作用在齿轮上的力=4\*ROMANIV轴上小齿轮的分度圆直径为圆周力、径向力和轴向力大小如下，方向如下图所示轴的载荷对于32914型圆锥滚子轴承，可得轴的支撑跨距L=304mm轴的结构图、计算简图、弯矩图、扭矩图、当量弯矩图如下：BBAL3=75L2=156L1=148TCDG4从轴的结构图和当量弯矩图中可以看出，B截面的当量弯矩最大，是轴的危险截面。B截面处的、、、及的数值如下。支反力水平面垂直面弯矩和水平面垂直面合成弯矩扭矩当量弯矩校核轴的强度轴的材料为40Cr，调质处理。查表得，则，即67.5～75，轴的计算应力为根据计算结果可知，该轴满足强度要求。精确校核轴的疲劳强度对于重要的轴，必须按安全系数精确校核轴的疲劳强度。判断危险截面，危险截面应该是应力较大，同时应力集中较严重的截面。如图所示的危险截面是受过盈配合所引起应力集中最严重的截面，且承受扭矩作用。计算危险截面应力截面弯矩截面扭矩抗弯截面系数抗扭截面系数截面上弯曲应力截面上的扭转剪应力弯曲应力幅弯曲平均应力扭转剪应力的应力幅与平均应力相等，即确定影响系数轴的材料为40Cr，调质处理。查表得，，，轴肩圆角处的有效应力集中系数、根据r/d=1.2/72=0.017D/d=75/72=1.042，经查表插值后可得，。尺寸系数根据轴截面为圆截面查图得，，。表面质量系数，由和表面加工方法为精车，查图得材料弯曲、扭转的特性系数、由上面结果得查表许用安全系数，显然以上结果均大于安全系数，可知该轴安全。7轴承的强度校核7.1=1\*ROMANI轴上的轴承使用的轴承型号为7007ACJ角接触球轴承，基本额定静载荷计算轴承支反力水平支反力垂直支反力合成支反力轴承的派生轴向力轴承所承受的轴向载荷是轴、齿轮、联轴器的重力，根据各个部件所选用的材料，可得出轴向载荷。45号钢的密度与铁基本一样，取其密度为由轴的零件图，可得轴的体积轴的重力约为齿轮的重力约为联轴器重力查表得故总的轴向载荷为因为，查手册，经插值法得：代入公式得轴承所受的轴向载荷因为，故4）轴承的当量动载荷（1）因为，查表得：（2）因为，查表得：5）轴承的寿命因为，故应按计算，查表得，，代入公式得：7.2=2\*ROMANII轴上的轴承使用的轴承型号为7007ACJ角接触球轴承，基本额定静载荷计算轴承支反力水平支反力垂直支反力合成支反力轴承的派生轴向力轴承所承受的轴向载荷是轴、齿轮的重力，根据各个部件所选用的材料，可得出轴向载荷。45号钢的密度与铁基本一样，取其密度为由轴的零件图，可得轴的体积轴的重力约为齿轮的重力约为故总的轴向载荷为因为，查手册，经插值法得：代入公式得轴承所受的轴向载荷因为，故4）轴承的当量动载荷（1）因为，查表得：（2）因为，查表得：5）轴承的寿命因为，故应按计算，查表得，，代入公式得：7.3=3\*ROMANIII轴上的轴承使用的轴承型号为32910型圆锥滚子轴承，基本额定静载荷，，计算轴承支反力水平支反力垂直支反力合成支反力轴承的派生轴向力轴承所承受的轴向载荷是轴、齿轮的重力，根据各个部件所选用的材料，可得出轴向载荷。45号钢的密度与铁基本一样，取其密度为由轴的零件图，可得轴的体积