劉瑞慶，陳義得，周遠(yuǎn)航，李大偉

（中鐵隧道集團(tuán)有限公司專用設(shè)備中心，河南洛陽 471009）

0 引言

隨著國家“一帶一路”戰(zhàn)略規(guī)劃的實(shí)施，中西部地區(qū)鐵路建設(shè)快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)飛躍[1]。中西部地區(qū)地勢起伏不定，山川連綿，鐵路建設(shè)隧道眾多，且由于地質(zhì)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(shè)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?qū)挾仍? m左右，普通雙缸60混凝土輸送泵寬度較大，在進(jìn)行混凝土輸送作業(yè)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(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，對機(jī)架進(jìn)行靜力學(xué)分析，以滿足施工和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需求，經(jīng)試驗(yàn)機(jī)況良好。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

隨著單線鐵路隧道建設(shè)的增多，立足于國內(nèi)單線鐵路隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)與之配套使用的窄體雙缸混凝土輸送泵。該機(jī)主要由機(jī)架、液壓動力系統(tǒng)、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(yuǎn)距離、大流量混凝土的輸送工作。窄體雙缸混凝土輸送泵結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要參數(shù)如表1所示。該機(jī)行走由隧道內(nèi)其他具備自走能力的設(shè)備牽引，動力由電機(jī)提供。

圖1 窄體雙缸混凝土輸送泵結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 工作原理

工作時，混凝土運(yùn)送罐車將拌合站的成品混凝土運(yùn)送至混凝土輸送泵料斗內(nèi)，電動機(jī)帶動液壓系統(tǒng)，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(dāng)一個混凝土輸送缸處于吸料狀態(tài)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(jìn)混凝土輸送管道，當(dāng)?shù)谝粋€混凝土輸送缸到達(dá)行程最末端時，另外一個混凝土輸送缸到達(dá)行程最前端，第一個混凝土輸送缸觸發(fā)控制系統(tǒng)，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(tài)。如此反復(fù)，可以將混凝土連續(xù)輸送至工作面[4]。

表1 窄體雙缸混凝土輸送泵主要參數(shù)

2 機(jī)架結(jié)構(gòu)與分析

機(jī)架用以支撐整個混凝土輸送泵，機(jī)架的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度關(guān)系整機(jī)的安全性，是混凝土輸送泵的重要組成部分，如圖2是機(jī)架的結(jié)構(gòu)示意圖，由于泵送混凝土?xí)r，輸送油缸的作用力是相互的，都作用在機(jī)架上，所以，機(jī)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(jī)架結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 窄體泵機(jī)架受力分析圖

實(shí)際測得F1=19 000 N，F(xiàn)2=6 000 N，F(xiàn)3=5 000 N，F(xiàn)4=24 000 N，則F5=17 100 N，F(xiàn)6=38 100 N。

所以，得到橫梁所受彎矩圖如圖4所示[5-6]，F(xiàn)2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(yīng)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(yīng)力σ2=84.6 MPa，小于橫梁45鋼的彎曲許用應(yīng)力[σ]=100 MPa。

圖4 機(jī)架受力彎矩圖

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)一種窄體雙缸混凝土輸送泵，介紹了混凝土輸送泵的結(jié)構(gòu)、工作原理和主要參數(shù)，通過對雙缸混凝土輸送泵的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使整機(jī)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(nèi)會錯車的要求，并且能夠達(dá)到混凝土輸送量的要求，對混凝土輸送泵的機(jī)架進(jìn)行了靜力學(xué)分析[7]，其滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需求。窄體雙缸混凝土輸送泵的設(shè)計(jì)，解決了二襯之后單線鐵路隧道洞內(nèi)會錯車的問題，為施工提供可靠保障。