混凝土湿喷机的结构设计与分析

范 玉，范佳琦2，黄继战

（1.江苏建筑职业技术学院，江苏 徐州 221116；2.北京理工大学机械与车辆学院，北京 100081）

目前，混凝土湿喷浆机广泛应用于隧道和建筑施工中，国内市场上较流行混凝土喷浆机主要有三类：一类是凸轮柱塞泵式喷浆机，第二类是螺杆泵式喷浆机，第三类是转子活塞式湿喷机式喷浆机。柱塞泵式湿喷机是将柱塞式混凝土泵作为湿式混凝土喷射机，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；转子活塞式湿喷机是利用一组活塞将湿料推送至机器顶部的混合室，经与空气混合后，通过软管输送到喷嘴，在喷嘴处掺加速凝剂后喷出。湿喷机螺杆泵式喷浆机是以螺杆与定子套相互啮合时借角空间容积的变化来输送物料的，其核心部件是螺杆泵，如图1所示。

图1螺杆泵总成

本文介绍螺杆泵式喷浆机的技术问题，其在施工过程中出现了以下技术施工问题：

（1）喷浆机振动较大，生产率低；

（2）易造成输送管堵管、螺杆泵卡死现象，严重时甚至造成电机烧毁现象；

（3）施工时出现混凝土喷涂不均匀、反弹率较大喷面脱落的现象。

（4）螺杆和定子套的磨损较严重。

针对喷浆机施工时出现的技术问题，江苏建筑职业技术学院、北京理工大学机车学院与江苏天沃重工科技有限公司开展技术合作，对混凝土喷浆机进行了技术改造，通过提高系统联接刚度的改进设计较好地解决了上述问题。

1 混凝土喷浆机的改进研究

1.1 混凝土喷浆机的结构分析

通过大量的现场试验，并对现有混凝土喷浆机的结构进行分析，如图2所示，发现混凝土喷浆机之所以出现震动较大、搅拌不均、喷涂不均现象，主要是因为减速器与搅拌器的连接结构存在设计缺陷。其中，减速器与搅拌器通过单一法兰直接结合在一起。由于减速器和搅拌器结合部位尺寸较大，导致联接螺钉过长，刚性不足。再加上出于密封的需要，减速器与搅拌器联接处采用了橡胶密封垫，导致其链接刚度进一步降低。通过进一步试验，还发现料斗与电机驱动装置的联接也存在类似的问题。正是上述设计缺陷，导致了混凝土喷浆机关键部位链接刚性不足，进而导致其施工时出现了震动较大、搅拌不均匀、喷涂不均匀现象。

图2 改进前减速器与搅拌器联接图

1.2 混凝土喷浆机改进方案

混凝土喷浆机的减速器、料斗与搅拌器是通过螺钉连接的，螺钉过长，加之因密封需要，料斗与搅拌器联接处采用了橡胶密封垫，使得减速器、料斗与搅拌器三者形成了非刚性联接。

根据以上分析，决定采用改变减速器与料斗的联接形式来消除振动，提高设备的刚性。具体改进方案为：如图3所示，在电机驱动装置上增加连接法兰1（如图4所示）。在图5所示的料斗结构上增加法兰2，如图6所示。

图3电机驱动装置改进图

图4 法兰1

图5料斗结构改进图

图6法兰2

这一改进方案，通过在电机驱动装置的联接处、料斗结构的联接处各增加一个法兰盘，使原来的较长螺钉联接，变成了以两个法兰盘为媒介的过渡式联接方式，即电机、驱动轴等先联接到法兰，再通过法兰与法兰的联接实现电机和驱动轴的联接，这样有效缩短了驱动电机装置、料斗结构联接处的联接螺钉的长度，进而提高了系统的整体刚度。

改进设计后的喷浆机，通过增加两个过渡法兰，改变了减速器、料斗与搅拌器连接的结构形式，缩短了连接螺钉的长度，优化了喷浆机的结构，提高了喷浆机整体的刚度。图7为改进后的电机驱动装置、料斗与料斗结构的装配图。

图7 减速器与搅拌器联接图

改进后的混凝土喷浆机的总体结构如图8所示。

图8改进后混凝土喷浆机结构图

改进后混凝土湿喷机的技术参数见下表。

改进后混凝土湿喷机实体图，如图9所示：

2 混凝土喷浆机的改进后的施工效果

改进前的喷浆机因震动较大，无法正常使用，表1为改进设计后的喷浆机的主要技术参数，与改进前的喷浆机相比，改进后的刚度显著提高、振动幅度很小，经在江苏、安徽、河南洛阳等地多个施工现场应用表明改进后混凝土喷浆机在施工过程中很好的解决了喷浆机振动大、噪音大的问题，输送管易堵管、螺杆泵卡死等技术问题。由该喷浆机喷涂的作业面喷涂均匀，喷面不易脱落。改进后混凝土喷浆机的主要技术指标达到了国内先进水平，达到了预期的效果。

3 结束语

喷浆机经采用过渡法兰优化结构后，其整体刚性得到提高，振动减小，噪音大、堵管、螺杆泵卡死等技术问题得到有效解决。优化设计后的喷浆机喷涂的作业面均匀，不易脱落，在煤矿及建筑行业中具有广阔的应用前景。笔者认为对混凝土喷浆机进一步的研究应朝着提高整体作业效率、减轻劳动强度，向智能化、自动化方向发展。

[1]马井雨，马忠诚，汪 澜，等.国内喷射混凝土用喷射机的发展概述[J].混凝土，2012，(09):142-144.

[2]范 玉，王凤清，张君伟，等.SBL40型螺杆式喷浆机的研发[J].煤矿机械，2014，(06):146.