窄體雙缸混凝土輸送泵設計

劉瑞慶，陳義得，周遠航，李大偉

（中鐵隧道集團有限公司專用設備中心，河南洛陽 471009）

0 引言

隨著國家“一帶一路”戰略規劃的實施，中西部地區鐵路建設快速發展，經濟飛躍[1]。中西部地區地勢起伏不定，山川連綿，鐵路建設隧道眾多，且由于地質條件影響，鐵路隧道單線居多。混凝土輸送泵是鉆爆法隧道施工的專用設備，因其輸送效率高，輸送效果好而廣泛使用[2-3]。單線鐵路隧道斷面窄，二襯之后的隧道斷面橫向寬度在5 m左右，普通雙缸60混凝土輸送泵寬度較大，在進行混凝土輸送作業時出渣車無法通過，需停止其他施工工序或開挖避車洞，影響施工周期，增加施工成本。

基于此，研制一種適用于單線鐵路隧道施工的窄體雙缸混凝土輸送泵，對混凝土輸送泵整體結構進行創新設計，對機架進行靜力學分析，以滿足施工和結構強度需求，經試驗機況良好。

1 整機結構及工作原理

1.1 整機結構

隨著單線鐵路隧道建設的增多，立足于國內單線鐵路隧道設計標準及現狀，設計與之配套使用的窄體雙缸混凝土輸送泵。該機主要由機架、液壓動力系統、罩殼、儀表顯示裝置、輸送油缸、料斗、行走裝置、輸送管路等組成，能夠完成遠距離、大流量混凝土的輸送工作。窄體雙缸混凝土輸送泵結構如圖1所示，主要參數如表1所示。該機行走由隧道內其他具備自走能力的設備牽引，動力由電機提供。

圖1 窄體雙缸混凝土輸送泵結構示意圖

1.2 工作原理

工作時，混凝土運送罐車將拌合站的成品混凝土運送至混凝土輸送泵料斗內，電動機帶動液壓系統，兩個混凝土輸送缸互相動作，即一個混凝土輸送缸吸，另一個混凝土輸送缸送，每個混凝土輸送缸與料斗相連接，當一個混凝土輸送缸處于吸料狀態時，S管閥與另外一個混凝土輸送缸連通，另外一個混凝土輸送缸將高壓混凝土輸進混凝土輸送管道，當第一個混凝土輸送缸到達行程最末端時，另外一個混凝土輸送缸到達行程最前端，第一個混凝土輸送缸觸發控制系統，擺動油缸動作，S管閥與第一個混凝土輸送缸連通，第一個混凝土輸送缸輸送混凝土，另外一混凝土輸送缸與料斗連通，處于吸料狀態。如此反復，可以將混凝土連續輸送至工作面[4]。

表1 窄體雙缸混凝土輸送泵主要參數

2 機架結構與分析

機架用以支撐整個混凝土輸送泵，機架的結構和強度關系整機的安全性，是混凝土輸送泵的重要組成部分，如圖2是機架的結構示意圖，由于泵送混凝土時，輸送油缸的作用力是相互的，都作用在機架上，所以，機架工作時的所受分析圖如圖3所示。

由靜力平衡方程可得：

圖2 窄體泵機架結構示意圖

圖3 窄體泵機架受力分析圖

實際測得F1=19 000 N，F2=6 000 N，F3=5 000 N，F4=24 000 N，則F5=17 100 N，F6=38 100 N。

所以，得到橫梁所受彎矩圖如圖4所示[5-6]，F2處的彎矩最大，為20.3 kN·m，由于橫梁截面積相同，所以F2處的正應力最大，為：

其中：M2—F2處的彎矩，20.3 kN·m；

b—橫梁寬度，10 cm；

h—橫梁高度，12 cm。

則最大正應力σ2=84.6 MPa，小于橫梁45鋼的彎曲許用應力[σ]=100 MPa。

圖4 機架受力彎矩圖

3 結論

本文設計一種窄體雙缸混凝土輸送泵，介紹了混凝土輸送泵的結構、工作原理和主要參數，通過對雙缸混凝土輸送泵的創新設計，使整機的寬度為1.46 m，每小時混凝土輸送能力為60 m3，能夠滿足單線鐵路隧道洞內會錯車的要求，并且能夠達到混凝土輸送量的要求，對混凝土輸送泵的機架進行了靜力學分析[7]，其滿足結構強度需求。窄體雙缸混凝土輸送泵的設計，解決了二襯之后單線鐵路隧道洞內會錯車的問題，為施工提供可靠保障。