窄体双缸混凝土输送泵设计

刘瑞庆，陈义得，周远航，李大伟

（中铁隧道集团有限公司专用设备中心，河南洛阳 471009）

0 引言

随着国家“一带一路”战略规划的实施，中西部地区铁路建设快速发展，经济飞跃[1]。中西部地区地势起伏不定，山川连绵，铁路建设隧道众多，且由于地质条件影响，铁路隧道单线居多。混凝土输送泵是钻爆法隧道施工的专用设备，因其输送效率高，输送效果好而广泛使用[2-3]。单线铁路隧道断面窄，二衬之后的隧道断面横向宽度在5 m左右，普通双缸60混凝土输送泵宽度较大，在进行混凝土输送作业时出渣车无法通过，需停止其他施工工序或开挖避车洞，影响施工周期，增加施工成本。

基于此，研制一种适用于单线铁路隧道施工的窄体双缸混凝土输送泵，对混凝土输送泵整体结构进行创新设计，对机架进行静力学分析，以满足施工和结构强度需求，经试验机况良好。

1 整机结构及工作原理

1.1 整机结构

随着单线铁路隧道建设的增多，立足于国内单线铁路隧道设计标准及现状，设计与之配套使用的窄体双缸混凝土输送泵。该机主要由机架、液压动力系统、罩壳、仪表显示装置、输送油缸、料斗、行走装置、输送管路等组成，能够完成远距离、大流量混凝土的输送工作。窄体双缸混凝土输送泵结构如图1所示，主要参数如表1所示。该机行走由隧道内其他具备自走能力的设备牵引，动力由电机提供。

图1 窄体双缸混凝土输送泵结构示意图

1.2 工作原理

工作时，混凝土运送罐车将拌合站的成品混凝土运送至混凝土输送泵料斗内，电动机带动液压系统，两个混凝土输送缸互相动作，即一个混凝土输送缸吸，另一个混凝土输送缸送，每个混凝土输送缸与料斗相连接，当一个混凝土输送缸处于吸料状态时，S管阀与另外一个混凝土输送缸连通，另外一个混凝土输送缸将高压混凝土输进混凝土输送管道，当第一个混凝土输送缸到达行程最末端时，另外一个混凝土输送缸到达行程最前端，第一个混凝土输送缸触发控制系统，摆动油缸动作，S管阀与第一个混凝土输送缸连通，第一个混凝土输送缸输送混凝土，另外一混凝土输送缸与料斗连通，处于吸料状态。如此反复，可以将混凝土连续输送至工作面[4]。

表1 窄体双缸混凝土输送泵主要参数

2 机架结构与分析

机架用以支撑整个混凝土输送泵，机架的结构和强度关系整机的安全性，是混凝土输送泵的重要组成部分，如图2是机架的结构示意图，由于泵送混凝土时，输送油缸的作用力是相互的，都作用在机架上，所以，机架工作时的所受分析图如图3所示。

由静力平衡方程可得：

图2 窄体泵机架结构示意图

图3 窄体泵机架受力分析图

实际测得F1=19 000 N，F2=6 000 N，F3=5 000 N，F4=24 000 N，则F5=17 100 N，F6=38 100 N。

所以，得到横梁所受弯矩图如图4所示[5-6]，F2处的弯矩最大，为20.3 kN·m，由于横梁截面积相同，所以F2处的正应力最大，为：

其中：M2—F2处的弯矩，20.3 kN·m；

b—横梁宽度，10 cm；

h—横梁高度，12 cm。

则最大正应力σ2=84.6 MPa，小于横梁45钢的弯曲许用应力[σ]=100 MPa。

图4 机架受力弯矩图

3 结论

本文设计一种窄体双缸混凝土输送泵，介绍了混凝土输送泵的结构、工作原理和主要参数，通过对双缸混凝土输送泵的创新设计，使整机的宽度为1.46 m，每小时混凝土输送能力为60 m3，能够满足单线铁路隧道洞内会错车的要求，并且能够达到混凝土输送量的要求，对混凝土输送泵的机架进行了静力学分析[7]，其满足结构强度需求。窄体双缸混凝土输送泵的设计，解决了二衬之后单线铁路隧道洞内会错车的问题，为施工提供可靠保障。