混凝土喷射机设计【6张CAD图纸和说明书】

摘  要

湿式混凝土喷射机目前的主导机型是转子式混凝土湿喷机，它具有出料均匀、结构紧凑、作业粉尘浓度低、回弹少、喷射混凝土强度高等优点，广泛地应用于矿山锚喷支护、隧道工程、建筑工地等领域。其工作原理是：电动机通过联轴器，驱动减速器，减速器的输出轴既带动转子旋转，又带动料斗上的拨料器旋转，混凝土拌合料经料斗落入旋转的转子料腔内，转子转过后，压缩空气与料腔进风口相通，在压气的作用下，物料通过出料弯头和输料管被输送到喷嘴，并在喷嘴处加水喷射出去。
本机型的设计取消了支撑架，轮轴直接固定在减速器上，减轻了重量；转子的料腔采用了新型的呈梯形、圆角、多料腔结构，使得进风连续，喷射脉冲小。
    本论文首先概括性地介绍了混凝土喷射机的发展历史、工作原理，并分析了现有机型的优缺点，接着确定本次设计的机型。其次结合任务书的参数设计三级圆柱直齿减速器、输料管、旋转体等一些主要的部件，对部分要求比较高的零件进行强度校核。

关键词：喷射机； 锚喷支护； 减速器。

ABSTRACT

The leading model of the concrete sprayer is rotor concrete damp sprayer, it has some good characters, such as the uniformity of material coming out, compact structure, lower dust, less reflectance and higher shotcreting strength. it is widely used in mine shotcreting support, tunnel construction and building construction. Its working principle is: the electromotor drives the reducer by the joint slack, the output shaft of the reducer not only drives the rotor, but also drives the implement of dialing material of the hopper. The concrete falls through the hopper into the material cavity of the rotor, when the rotor rotates, the compressed air blows into the material cavity, on the action of the compressed air, material is sent to muzzle through the elbow of output material and transportation tube, and sprayed out with water at the muzzle.
The machine is canceled the underprop, wheel and axle are directly fixed on the reducer, so the machine is lightened its weight; the material cavity of the rotor is adopted a new style, such as trapeziform, roundness, multi-material cavities, it makes series of blowing, less spraying pulse.
This paper firstly synoptically introduces the development history of rotor concrete damp sprayer, working principle, and analyzes the advantage and the disadvantage of the present models, then confirms the model of this design. Secondly according to the parameters of assignment prospectus, designs the main parts, such as three-level transmission of spur gears reducer, transportation tube, and rotor, and proofreads the stress of some upper request parts.

Keywords: Concrete Sprayer; Shotcreting Support; Reducer

目  录
1概述……………………………………………………………....1
2方案确定………………………………………………………….4
    2.1设计总则…………………………………………………………….4
    2.2已知参数………………………………………………………….…4
2.3选择方案…………………………………………………………….4
       2.3.1喷射混凝土工艺的选择...........................................................4
       2.3.2 湿式混凝土喷射机机构型式的选择......................................6
       2.3.3 湿式混凝土喷射机动力源及传动装置的选择.....................10
       2.3.4 湿式混凝土喷射机转子结构的选择…………………….....11
       2.3.5 湿式混凝土喷射机结合板和衬板的选择………………….11
  2.3.6 速凝剂添加系统的选择.........................................................11
3湿喷机的风路系统计算………………………………............17
3.1转子式料腔容积的计算…………………………………................17
    3.2 输送管道的换算长度的计算…………………………………17
    3.3 喷嘴出口处空气速度的计算…………………………………….18
    3.4输送混合料所需压风耗量的计算………………………………20
    3.5输送管内径d的计算…………………………………………….....20
4湿喷机的传动系统总体计算………………………………...21
    4.1传动系统的确定及电动机的选择…………………………………21
    4.2传动装置的参数计算………………………………………………21
        4.2.1总传动比的计算……………………………………………21
4.2.2传动装置运动参数的计算…………………………………22
5湿喷机的齿轮传动的计算…………………………………..24
    5.1第一级齿轮传动的计算...................................................................24
    5.2第二级齿轮传动的计算…………………………………………...27
    5.3第三级齿轮传动的计算……………………………………………30
    5.4齿轮参数列表………………………………………………………33
6湿喷机的轴的刚度计算………………………………………34
    6.1各轴的最小轴径的计算……………………………………………34
    6.2减速器各级传动轴的设计………………………………………....34
        6.2.1传动轴的径向尺寸的设计…………………………………34
        6.2.2传动轴的轴向尺寸的设计………………………………….35
    6.3各级传动轴的轴承的设计………………………………………….35
    6.4各级传动轴的强度校核…………………………………………….35
7轴承的强度校核………………………………………………...52
    7.1 I轴上的轴承校核………………………………………………….52
    7.2 II轴上的轴承校核…………………………………………….......53
    7.3 III轴上的轴承校核……………………………………………….54
    7.4 IV轴上的轴承校核………………………………………………...56
8键的强度校核……………………………………………………58
    8.1 各轴上键的强度校核…………………………………………........58
8.2 联轴器上键的强度校核…………………………………………....59
结论…………………………………………………………………..............60
参考文献………………………………………………………………….....61
致谢…………………………………………………………. …………………62
附录：
关于倾角煤层挖掘巷道的锚杆支护的研究…………. ………………63
1  概述
    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1700～2000 km ，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：
1、灰尘大、施工人员工作条件恶劣；
2、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）；
3、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 60 40
意大利 90 10
日本 80 20
挪威 99 1
瑞士 65 35
美国 60 40

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：
1、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；
2、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；
3、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100 m，垂直30 m；
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。