混凝土湿喷机机械臂的工艺及动力学分析

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1、混凝土湿喷机机械臂的工艺及动力学分析张文杰1王小林2（1.河南理工大学机械与动力工程学院，河南焦作454003；2.河南理工大学机械与动力工程学院，河南焦作454003）摘要：简述了岩石支护及混凝土湿喷机机械臂的基本概论及应用，对人工操作与机械臂湿喷工艺做出了比较以及各关节动力学分析，总结了混凝土湿喷机机械臂的发展历史、研制现状、发展前景、以及目前存在的主要问题。关键词:机械臂；工艺；动力分析ConcretewetsprayingmachinetechnologyandthedynamicanalysisofmechanicalarmZhangWe

2、n-jie1WangXiao-lin2(1.HenanPolytechnicUniversity,SchoolofMachineryandPowerEngineeringHenan，Jiaozuo454003，China；2.HenanPolytechnicUniversity,SchoolofMachineryandPowerEngineeringHenan，Jiaozuo454003)Abstract:thebasicintroductionandapplicationoftherockandconcretewetsprayerarm,made

3、acomparisonofmanualandmechanicalarmwetsprayprocessanddynamicsanalysis,summarizestheconcretesprayingmachinemechanicalarmdevelopmenthistory,developmentstatus,problemsanddevelopmentprospects,existing.Keywords:manipulator;technology;dynamicsanalysis1前言当今我国处于建设发展的新时代，随着国家高铁的快速发展和市政

4、工程的建设需要，使用人工喷射混凝土，受到环境条件和工人个人因素影响，在人工作业过程中存在很多问题，人工喷射技术已经日益不能满足经济效益要求。一种可以提高效率又可以节省体力的机械--混凝土湿喷机随着科技发展产生了。施工中的混凝土喷射作业，是用"光面爆破法"挖出隧道后，混凝土湿喷机利用空气压缩机，把搅混的混凝土在出口与速凝剂混合好喷到隧道顶部和侧面岩石上，等待混凝土迅速凝固就起到了对隧道支护的作用。所以混凝土湿喷机机械臂在作业过程中的作用就是用于支护初期隧道。2人工操作与机械臂的对比目前，岩石支护主要是人工和机械化两种办法。人工法是施工工人在搭好的架子

5、上，手拿喷枪对围岩来喷射混凝土。机械法是工程发展的必经之路，机械化的施工广泛使用的是液控自动化较高程度的机械臂，配合需要的辅助工艺支护。机械法施工极大的减短了施工时间，减少了工人的工作强度，也保障了工人的健康[1]。人工与机械臂工作比较见下表。表1人工与机械臂工作比较表3混凝土湿喷机的施工工艺国内，混凝土湿喷机得到广泛应用。比如三峡工程和二滩水电站等等，都是采用湿喷机作业[2]。主要优点是：生产率高、粉尘小、回弹率低、喷射质量好、工作环境得到改善。湿喷机的优点非常突出，现在的施工很多都使用湿喷机。湿喷机工作流程图如下图所示：施工配合比速凝剂施工准备

6、拌料混凝土灌车运料入料，初喷混凝土4cm施作钢架、锚杆、挂网清除初喷面粉尘复喷至设计厚度图1施工工艺流程图湿喷机工作面由3人控制，1人使用控制器，1人负责料斗混凝土进料，1人负责速凝剂的添加。喷射由底角或侧边墙从下而上进行工作，按照初始设计喷射达到40cm厚度，再重复喷射到目标厚度，结束后对施工矿洞清理。图2喷浆工艺示意图Fig.2Chartofsprayingtechnology图3喷射料束运动轨迹Fig.3Movinglocusofsprayingmaterialbeam4湿喷机的国内外发展情况混凝土喷射机是从喷水泥砂浆[3]发展由来的。191

7、4年美国第一次在施工中采用并运用了混凝土喷射机。瑞士1942年Aliva公司推广了喷射最大颗粒直径达到25mm的混凝土喷射机。德国1947年BSM公司开发了新型的双罐式混凝土喷射机，后来，瑞典、美国、法国、英国、加拿大、等国都在工程中陆续都使用了混凝土湿喷机机械臂。在国外，瑞士阿利瓦（ALIVA）公司于1992年研制出干式转子式的混凝土喷射机。1947年，联邦德国BSM公司研制成双罐式干式的混凝土喷射机[4]。以后，英国，前苏联，日本等相继研制出各种干式的混凝土喷射机。从60年代起，在西方发达国家中，湿喷技术开始逐渐推行，各种湿式混凝土喷射机也陆续

8、开发出来，所谓湿喷[5]，其基本原理是将加水搅拌好的成品混凝土加入湿式喷射机，输送至喷嘴处，经填加速凝剂后形成料束喷至施工