大型预应力抛石机的研制与应用

2019-02-21潘剑锋

陕西水利 2019年1期

潘剑锋

（焦作黄河河务局孟州黄河河务局，河南孟州 454750）

在水利工程抢险以及工程施工中，通过散抛石对堤防、坝岸的坡脚进行抛石固根是一项普遍和重要的手段。目前采用的散抛石作业方法，效率低下、劳动强度大，不能满足大强度抛石作业的需要。因此，研制开发出高效的大型机械抛石设备，对水利工程治理、堤防加固、防汛抢险将起到重要作用[1]。

1 大型预应力抛石机研究路线

按照现场调研——理论研究——方案比较——整体设计——样机试制——现场试验——修改完善——专家评审的研究路线，经过多次现场试验、对比分析，研制出了具有滑和抛两种功能的大型预应力抛石机，该种抛石机能够将石料一次抛投到位，保护口石、坦坡不受损坏，效率较人工抛石有明显提高，在和大程度上推动了抛石作业施工的发展。

2 大型预应力抛石机结构及原理

2.1 结构组成及附属设备

（1）支架及护板：前支架高1.7 m，后支架高1.0 m，在前后支架底部设置有护板。

（2）滑抛道：长6 m，上口宽3.2 m，下口宽2.0 m，其上设置了接料器、支撑、滑道、护栏及抛石弹簧等附件。

（3）预应力钢丝绳的设置：减少抛石作业时，石料对接料口和滑道的冲击，造成底板的变形和连接开裂等故障，以便增强整个结构的强度。在抛石机底梁等部位分别利用预应力技术设置钢丝绳斜拉装置。

2.2 工作原理

用装载机将石料倒入接料口，石料在重力势能和动能的作用下在滑道内快速向下滑动，到达滑道末端时速度达到最大。在滑道末端抛石弹簧的作用下，将石料抛送到指定位置，可将石料倾倒在丁坝的根石台、根石坡上部等部位，方便根石台、根石坡上部缺石时的加固作业。

3 大型预应力抛石机技术设计及特点

3.1 大型预应力抛石机技术设计

文中以孟州河务局所辖控导的丁坝工程施工为例进行研究、探索，进步一确定大型预应力抛石机的技术方案。

3.1.1 工作角度的确定

孟州河务局所辖控导工程丁坝的坦坡长度在4.2 m～5.5 m之间，坡度均为1∶1.5。坦坡与坝顶的夹角为：

在方便施工的前提条件下，为了获得良好的抛石效果，将抛石机工作角度确定为35°。

3.1.2 接料口、滑道宽度的确定

由于抛石机必须与装载机配合作业，因此装载机铲斗的宽度即为接料口的宽度。现有的3 方轮式装载机铲斗宽度多为2760 mm，两侧加宽220 mm，实际接料口的宽度为3200 mm。施工中为了节约材料，减轻自重，缩小外形尺寸，在保证石料下滑速度和结构强度的前提下，确定滑道宽度2000 mm。

3.1.3 强度计算

轮式装载机铲斗容量为2.7 m3，块石密度为1700 kg/m3。一铲石料重量：

一铲石料对抛石机的作用力：

接料口钢板承受的压强：

P=F/S=44982N/(2.76m×0.6m)=27163.04Pa=27.16kPa

根据上述计算结果，可选用16 Mn 低合金结构钢板，厚度为8 mm。为了节约材料，减轻自重，滑道部分的钢板厚度可选用5 mm。

3.1.4 抛石弹簧的选用和布置

汽车用钢板弹簧采用60 Si2Mn 合金弹簧钢，具有强度高，耐腐蚀等特点，符合抛石弹簧的要求。根据钢板弹簧的弧度，将其从中心截断，利用弧度将石料抛出。结合每铲石料的重量（4590 kg）,可选用中型载货汽车使用的钢板弹簧，厚度14 mm，宽度120 mm。

抛石弹簧的布置间距按照钢板弹簧宽度的1/3 均匀布置，形成整体的圆弧面，保证石料的抛送效果。

3.1.5 预应力的设置

预应力结构是在结构承受外荷载之前，预先对外在荷载作用下的受拉区施加压应力，以改善结构使用性能的结构型式[3]。这样做可以提高构造本身的刚性，减少振动和弹性变形，改善受拉模区的强度，使原本的抗拉强度显著增加。也可减小结构的断面尺寸，减轻自身重量，节约成本。故在抛石机底梁等部位设置钢丝绳斜拉装置，预先对接料口、滑道施加一定向上的应力，减少抛石作业时接料口和滑道底板的变形，增强整个结构的强度。