Строительные машины и оборудование 5 страница

Рис. 7.4. Схема гравитационного смесителя непрерывного действия

Порядок выполнения расчета

Для выполнения расчета гравитационных смесителей непрерывного действия необходимо определить:

– радиус барабана, м,

, (7.1)

где Q – производительность, м³/ч; t = 60…120 с – время перемешивания для подвижных смесей, t = 100…200 с – время перемешивания для малоподвижных смесей;

– длину барабана, м,

где R – радиус барабана;

– угловую скорость барабана, рад/с,

(7.2)

– усилия, действующие на опорные ролики, Н,

(7.3)

где r_с – плотность бетонной смеси;

– массу барабана, кг,

; (7.4)

– мощность привода, используемую на перемешивание, кВт,

; (7.5)

– мощность привода, используемую на трение, кВт,

; (7.6)

– мощность привода (мощность электродвигателя), кВт,

(7.7)

где = 0,8…0,85 – КПД передачи привода.

Контрольные вопросы для защиты лабораторной работы

1. Назначение смесителей непрерывного действия.

2. Классификация смесителей непрерывного действия.

3. Принцип работы смесителей непрерывного действия.

4. Область применения смесителей непрерывного действия.

Лабораторная работа № 8. Роторный бетоносмеситель

Цель работы. Определение: 1) основных проектных размеров роторных бетоносмесителей: D – внутренний диаметр чаши, м;
R_ср – средний радиус вращения лопастей, м; d – диаметр стакана, м; L, h – длина и высота лопатки, м; 2) рациональных режимов работы: ω – угловая скорость лопастей, рад/с; 3) усилий, действующих в конструкции: F – усилия, действующие на лопасть, Н; 4) мощности привода: P – мощность электродвигателя, Вт.

Исходные данные для лабораторной работы № 8

Последняя цифра шифра зачетной книжки	Q, м3/ч	K	a	S	t, c	hc, м	C
						0,125
						0,175
						0,140
						0,150
						0,200
						0,165
						0,135
						0,170
						0,195
						0,155

Общие теоретические сведения

Смесители принудительного действия применяют для приготовления смесей с крупностью заполнителя не более 70 мм. В настоящее время широкое распространение получили роторные бетоносмесители, работающие сповышенными скоростями движения рабочих органов. Особенно эффективны они при приготовлении жестких бетонных смесей. На рис. 8.1 показана схема роторного смесителя вместимостью (по загрузке) 500 л с верхним расположением привода, состоящего из мотор-редуктора 6 и цилиндрического редуктора 5. На выходном валу редуктора закреплена траверса 9, в которой установлены кронштейны 2, несущие державки 13 со сменными лопастями 12.

Перемешивание компонентов, загружаемых через патрубок 3, осуществляется при круговом движении лопастей в кольцевом пространстве, образуемом корпусом чаши и внутренним стаканом 10. Вода подается в смеситель по кольцевой перфорированной трубе 4. Готовая смесь выгружается через секторный затвор 8, управляемый пневмоцилиндром 7. Во избежание поломки лопастей последние крепятся к ротору с помощью амортизирующего устройства, состоящего из пружины 14 и рычага 15. Положение лопастей регулируется винтом 16. Днище и боковые стенки смесительной камеры облицованы сменными износостойкими плитами 11.

Рис. 8.1. Схема роторного бетоносмесителя с верхним расположением привода

На рис. 8.2 показана схема роторного бетоносмесителя (типа СБ-146) вместимостью 750 л с унифицированным двухступенчатым дифференциальным редуктором 5, размещенным во внутреннем стакане смесительного барабана 6 соосно с двигателем 2. Ротор 1, несущий систему лопастей, крепится к вращающемуся корпусу редуктора. Для уменьшения динамических нагрузок на элементы привода двигатель установлен на гибких элементах, допускающих малый его поворот. Лопасти крепятся к ротору с помощью торсионных кронштейнов, предохраняющих их от поломок при возможном заклинивании лопастей. Выгрузка готовой смеси производится через затвор 8,управляемый пневмоцилиндром 7. Чаша смесителя закрыта крышкой 4,на которой установлены двигатель и пульт управления 3.

На рис. 8.3 приведена схема компактного роторного бетоносмесителя (типа СБ-138) вместимостью 1500 л с нижним размещением электродвигателя. Перемешивание компонентов, поступающих в барабан 3 через загрузочный люк 4, производится системой лопастей 9, движущихся в кольцевом пространстве чаши. Вращение ротору 7 передается от двигателя 2 через ременную передачу и планетарный редуктор 6, установленный во внутреннем стакане чаши. Кронштейны 8,несущие лопасти, являются одновременно торсионами, предохраняющими лопасти от поломок. Готовая смесь выгружается через затвор 11,управляемый пневмоцилиндром 10. Чаша смесителя закрыта герметически крышкой 5. Стойки 18 являются транспортными опорами. Такая компоновка агрегатов позволяет не только уменьшить высотные габариты смесителя, но и существенно сократить высоту смесительного отделения завода.

Рис. 8.2. Схема роторного бетоносмесителя с центральным расположением привода

Рис. 8.3. Схемароторного бетоносмесителя с нижним приводом

Основы расчета смесителей принудительного действия

Бетонные и растворные смеси представляют собой сложные тела, обладающие одновременно свойствами связно-сыпучих тел
и вязких жидкостей. Свойства этих смесей изменяются в процессе перемешивания и зависят от скорости движения рабочих органов. Ввиду этого применение основ теории гидродинамики для описания процессов движения смеси затруднено и для инженерных расчетов рациональнее использовать упрощенные методы, которые тем не менее дают достаточно точные результаты.

Величина силы, действующей на элементарную площадку вращающейся в смеси лопасти (рис. 8.4), равна

а полный момент, который необходимо приложить к валу для вращения лопасти,

, (8.1)

где q – эффективное напряжение, которое необходимо создать для необратимого деформирования (перемещения) смеси, Па; b – проекция ширины лопасти на плоскость, перпендикулярную направлению вращения, м; r_н и r_в – радиусы наружной и внутренней кромок лопасти, м.

Рис. 8.4.Схема к расчету мощности привода принудительных смесителей

Для смесителей с горизонтальными валами, имеющих лопасти одинакового размера, мощность двигателя, кВт,

(8.2)

где ω – угловая скорость вала, рад/с; z – число лопастей; φ – коэффициент заполнения смесителя; η – КПД привода.

Для роторных смесителей, у которых лопасти размещены на разных радиусах и под разными углами, мощность двигателя

, (8.3)

где h₁, h₂, …, h_n – проекции высоты соответствующих лопастей, м; r_н1, r_н2, …, r_{н n} – радиусы наружных кромок лопастей, м; r_в1, r_в2, …, r_{в n} – радиусы внутренних кромок лопастей, м.

В этих смесителях лопасти полностью погружены в смесь, поэтому здесь φ = 1. Величины эффективного напряжения зависят от состава смеси, содержания в ней воды и скорости движения лопастей. Скорость движения лопастей должна быть такой, чтобы осуществлялось интенсивное смешение без проявления сегрегации компонентов, вызываемой излишне высокой скоростью. Оптимальная величина скорости устанавливается опытным путем для характерных смесей и схем лопастных аппаратов. В частности, для роторных смесителей рациональный диапазон скоростей движения лопастей находится в интервале 2,2...2,6 м/с. Исследованиями
К. М. Королева установлено, что с увеличением содержания воды
в смеси эффективные напряжения (сопротивления движению лопасти) сначала возрастают, а затем уменьшаются. Наибольшие значения возможны при отношении массы воды к массе цемента в интервале В/Ц = 0,3…0,4. При расчетах мощности следует принимать значения эффективного напряжения для наиболее тяжелых условий работы смесителя. Учитывая вышеизложенное, рекомендуются следующие интервалы величин q при приготовлении характерных смесей, Па: строительного раствора – 25 000...30 000; легких бетонов – 20 000…25 000; тяжелых бетонов – 70 000…75 000.

Эффективность смешивающего аппарата роторных смесителей К. М. Королевым предложено оценивать критерием

, (8.4)

где S_a – суммарная активная площадь лопастей, равная сумме проекций поверхностей лопастей на плоскости, нормальные вектору их скорости, м²; – средняя скорость движения лопастей (на среднем радиусе чаши), м/с; V_c – объем готового замеса, м³. По физическому смыслу этот критерий показывает, сколько раз объем смеси, находящейся в барабане, перелопачивается за 1 с.

Для современных роторных смесителей λ = 0,5…0,6 1/с.

С учетом этих рекомендаций необходимая активная площадь лопастей

(8.5)

где – натуральная площадь отдельной лопасти, м²; , – углы установки лопасти в горизонтальной и вертикальной плоскости.

Лопастный аппарат должен быть спроектирован так, чтобы обеспечивалась интенсивная циркуляция смеси, что достигается изменением радиусов и углов αи β. Положительные углы атаки лопастей должны чередоваться с отрицательными. Кромки предыдущих лопастей должны перекрывать кромки последующих. Максимальный диаметр чаши, м,

(8.6)

где h_c – высота слоя смеси в чаше, м. Для смесителей вместимостью (по загрузке) V_с = 500…2000 л h_с = 0,13…0,2 м. Средний радиус кольцевого пространства чаши R_cp и диаметр внутреннего стакана d составляют

.

Схемы лопастных аппаратов некоторых роторных бетоносмесителей отечественного производства приведены на рис. 8.5.

Роторные бетоносмесители (рис. 8.6) применяются для приготовления растворов и бетонных смесей с крупностью кусков заполнителя не более 70 мм. Перемешивание компонентов происходит при круговом перемещении лопастей в кольцевом пространстве, образуемом корпусом чаши и внутренним стаканом. Достоинства роторных бетоносмесителей: высокая эффективность при приготовлении жестких бетонных смесей. Недостатки: низкий КПД, малый объем загрузочной камеры, цикличность действия.

б)

г)

в)

а)

Рис. 8.5. Схема лопастных аппаратов роторных смесителей:

а – СБ-80; б – СБ-79; в – СБ-93; г – СБ-773 (СБ-35)

Рис. 8.6. Схема роторного бетоносмесителя

Порядок выполнения расчета

Для выполнения расчета роторного бетоносмесителя необходимо определить:

– внутренний диаметр, м,

(8.7)

где Q – производительность, м³/ч; = 0,125…0,2 – высота слоя смеси в чаше, м; t – время перемешивания (t = 100…200 с для жестких смесей, t = 60…170 для пластичных смесей);

– высоту лопасти, м,

(8.8)

где = 1…2 – отношение длины лопатки к высоте; – угол наклона лопатки, град; K = 4…7 – количество лопаток;

– средний радиус вращения лопасти, диаметр стакана, м,

; (8.9)

– длину лопасти, м,

, (8.10)

где h – высота лопатки, м;

– объем готового замеса, м³,

(8.11)

– угловую скорость вращения лопастей, рад/с,

(8.12)

– усилия, действующие на лопасть, Н,

(8.13)

где с = 3…9 – коэффициент лобового сопротивления бетонной смеси для пластичных и жестких смесей; – средний радиус вращения лопастей, м; – длина лопатки, м;

– мощность привода

. (8.14)

Контрольные вопросы для защиты лабораторной работы

1. Принцип работы роторного бетоносмесителя.

2. Основные показатели роторного бетоносмесителя.

Лабораторная работа № 9. Бетоноукладчики
с ленточным питателем

Цель работы. Определение: 1) основных проектных размеров бетоноукладчиков с ленточным питателем: L – длина; B – ширина ленты транспортера, м; b, L – ширина и длина выходного отверстия, м; 2) рациональных режимов работы: R – гидравлический радиус бункера, м; V₁ – скорость истечения смеси, м/с; Q_б – пропускная способность бункера; 3) усилий, действующих в конструкции: Р_п – мощность электродвигателя питателя, кВт; 4) мощности привода передвижения бетоноукладчик: P_б – мощность электродвигателя бетоноукладчика, Вт.

Исходные данные для лабораторной работы № 9

Последняя цифра шифра зачетной книжки	Q, м3/с	Vп, м/с	h, м	Vб, м/с	Gб, Н	Gc, Н	D, м	d, м
	3,0×10–3	0,70	0,05	0,14	70×103	20×103	0,10	0,02
	3,4×10–3	0,74	0,06	0,15	75×103	22×103	0,12	0,02
	3,8×10–3	0,80	0,07	0,16	80×103	25×103	0,14	0,03
	4,0×10–3	0,85	0,08	0,17	85×103	30×103	0,16	0,03
	4,2×10–3	0,90	0,09	0,18	90×103	35×103	0,18	0,035
	4,6×10–3	0,10	0,10	0,19	95×103	40×103	0,19	0,04
	4,8×10–3	0,12	0,12	0,20	100×103	45×103	0,20	0,04
	5,2×10–3	0,14	0,13	0,22	105×103	50×103	0,20	0,05
	5,6×10–3	0,15	0,14	0,23	110×103	55×103	0,25	0,06
	6,0×10–3	0,16	0,15	0,24	155×103	60×103	0,30	0,06

Общие теоретические сведения

Оборудование для транспортирования и укладки бетонной смеси разделяют на следующие группы: для подачи смеси от бетоносмесительных установок (БСУ) к зонам раздачи и формовочным постам; раздачи смеси на формовочных постах; раздачи и распределения смеси на формовочных постах; раздачи, распределения
и разравнивания смеси на формовочных постах; раздачи, распределения, разравнивания и уплотнения смеси на формовочных постах. В каждой группе различают две подгруппы в зависимости от пластичности смеси, которая оказывает существенное влияние на выбор рабочих органов применяемого оборудования.

Применение жестких бетонных смесей связано с высокой трудоемкостью формования и использованием интенсивных средств уплотнения. Развитие химизации, совершенствование технологии формования, создание новых универсальных добавок-пластифика-торов наметило тенденцию расширения использования пластичных смесей, трудоемкость формования которых значительно ниже.

Наиболее универсальным средством подачи бетонной смеси от БСУ является адресная подача, применяемая как для жестких, так и для пластичных смесей.

Оборудование, выполняющее только функции приема и раздачи бетонной смеси на формовочных постах, получило название бетонораздатчиков; оборудование, выполняющее наряду с приемом и раздачей распределение, – бетоноукладчиков. Последние могут выполнять в ряде случаев также разравнивание, заглаживание и уплотнение бетонной смеси.

Классифицируют бетоноукладчики и бетонораздатчики по следующим признакам:

· по назначению – на специальные и универсальные;

· принципу действия – на механические и пневматические;

· принципу установки – на стационарные и передвижные;

· способу установки – на наземные и подвесные;

· способу транспортирования смеси – с порционным и непрерывным транспортированием;

· способу дозирования – с объемным, весовым и объемно-весовым дозированием;

· направлению движения относительно расположения форм – с продольным, поперечным и круговым движением;

· наличию привода передвижения – на самоходные, прицепные и передвижные;

· способу управления – с ручным, дистанционным, автоматическим и смешанным управлением;

· виду привода передвижения и рабочих органов – с механическим, гидравлическим, пневматическим, электрическим, электромагнитным приводом;

· типу установки бункера – с неподвижным, подвижным, поворотным, опрокидным и съемным бункером;

· числу бункеров – на одно- и многобункерные;

· типу затвора бункера – с шиберным, секторным, челюстным, ленточным, клапанным затвором;

· типу питателя – с ленточным, барабанным, винтовым, вибролотковым, ложковым, виброконусным питателем;

· типу распределительного рабочего органа – с шнековым, плужковым, вибролотковым, виброконусным с поворотной воронкой, гребеночным рабочим органом;

· типу распределяющего, уплотняющего и разравнивающего рабочего органа – с вибронасадком, виброшаблоном, ленточно-роликовым, поперечно-роликовым, центробежным, вибропротяжным рабочим органом, с калибрующим роликом, с виброворонкой, с виброрешеткой, с виброворонкой с глубинными вибраторами;
с вибробрусом, подвижной рейкой, подвижной лентой;

· типу подвески рабочего органа – с нормальной и консольной подвеской;

· положению рабочих органов – с регулируемым, нерегулируемым, стационарным и подъемно-опускным положением рабочих органов.

Обязательными элементами любого бетоноукладчика являются расходный бункер и рабочие органы, монтируемые на рамной конструкции. Бетоноукладчики разделяют на универсальные, которые могут обслуживать формы разных размеров и конструкций,
и специальные – для конкретной номенклатуры изделий с ограниченными размерами.

Наиболее широко применяют бетоноукладчики, работающие на механическом принципе действия, однако существуют конструкции, в которых выдача смеси осуществляется под действием давления сжатого воздуха. Массовое распространение получила порционная раздача и укладка бетонной смеси. На конвейерах непрерывного действия (например, прокатный стан инженера Козлова и т. п.) используют бетоноукладчики также непрерывного действия.

Наряду с конвейерами, имеющими продольное расположение форм, применяются конвейерные линии, где формы установлены поперек движения конвейера, что отражается на конструкции бетоноукладчиков. Расширяется применение подвесных бетоноукладчиков, использование которых повышает доступность обслуживания формовочных постов.

Эффективная работа бетоноукладчиков и бетонораздатчиков зависит от правильного выбора рабочих органов. На рис. 9.1, 9.2 показаны схемы рабочих органов, используемых при раздаче бетонной и растворной смеси, ее распределении и разравнивании
в формах, а также при комплексном осуществлении процесса формования с уплотнением без применения виброплощадок. Раздача бетонной и растворной смеси выполняется, как правило, при относительном перемещении рабочих органов и форм в горизонтальной плоскости.

Обычно эти рабочие органы монтируют на передвижных машинах. Однако при наличии питающей системы непосредственно на формовочном посту с конвейерным транспортированием форм их можно монтировать и на стационарном оборудовании.

При использовании пластичной смеси требуется плавная ее подача, исключающая расслоение и разбрызгивание, которая обеспечивается тонким регулированием поворота бункера, открытия челюстного или секторного затвора, разжатия зажима резинового насадка. Для исключения зависания смеси на стенках бункеров используют вибропобудители.

Широкое распространение получили бетонораздатчики с ленточными, барабанными и вибролотковыми питателями. Ленточный питатель позволяет наиболее точно дозировать бетонную смесь. Бункер такого бетонораздатчика снабжен копильником с заслонкой, образующей с лентой щель, размер которой регулируется механизмом открывания заслонки. Копильник создает запас бетонной смеси перед заслонкой. Заслонкой можно не только регулировать толщину слоя смеси, но и профилировать этот слой в поперечном направлении, т. е. подавать по ширине формы разное количество смеси, если толщина изделия (например, ребристых панелей) неодинакова.

При производстве железобетонных изделий типа труб в вертикальном положении применяют бетонораздатчики с винтовым
питателем. Для изготовления железобетонных труб методом центрифугирования необходимо подавать смесь сравнительно равномерно по длине внутрь горизонтальной формы. В этих случаях применяют ленточные или лотковые раздатчики.

Необходимость изготавливать изделия сложной конфигурации с заполнением как широких, так и узких полостей различного направления привела к созданию универсального распределительного средства в виде поворотной воронки с прямоугольным узким
и длинным выпускным отверстием.

к)

и)

з)

ж)

е)

д)

г)

в)

б)

а)

Рис. 9.1. Схемы рабочих органов для раздачи бетонной смеси: