Строительные машины и оборудование 4 страница

При приближенных расчетах можно определять производительность грохота как производительность желоба с определенной пропускной способностью

(5.2)

где b – ширина сита, м; h – толщина слоя сортируемого материала, м (принимается равной размеру поступающих на сито кусков);
= 0,05…0,25 м/с – скорость движения материала вдоль желоба;
k_p = 0,4…0,5 – коэффициент разрыхления материала.

Рис. 5.3. Схема вибрационного грохота

Порядок выполнения расчета

Для расчета параметров вибрационного грохота необходимо определить:

– ширину поверхности качения, м,

, (5.3)

где Q – производительность, м³/ч; q = 12…82 м³/(м²×ч) – удельная производительность грохота;

– длину поверхности грохочения, м,

; (5.4)

– размер отверстий, м,

, (5.5)

где р – коэффициент, учитывающий форму отверстий (для прямоугольных р = 0,8…0,1, для круглых р = 1,15…1,25); – граница разделения фракций (размер отверстий), м (для наклонных сит выбирается по наиболее нагруженному ситу);

– площадь грохочения

; (5.6)

– производительность грохота

, (5.7)

где – коэффициент, зависящий от угла наклона грохота, состава и формы материала, неравномерности питания;

– амплитуду виброперемещений:

наклонный грохот ;

горизонтальный грохот ;

где a – угол наклона грохота, a = 0…30°;

– угловую частоту колебаний, рад/с,

(5.8)

где s = 2,8 – для наклонных, s = 4,88 – для горизонтальных грохотов;

– усилия, действующие в конструкции, и жесткость упругих опор:

а) центробежная сила вибровозбудителя

, (5.9)

где p = 0,4…0,8 – коэффициент массы; n – число сит;

б) масса вибрирующих частей грохота, Н,

, (5.10)

где p = 0,4…0,8 – коэффициент массы; n – число сит;

в) жесткость упругих опор, Н/м,

. (5.11)

В резонансном режиме

– мощность двигателя, кВт,

(5.12)

где m – коэффициент трения качения (m = 0,0001…0,0005); d – диаметр дебалансного вала, d = 0,05…0,08 м; u – коэффициент направленности вибрации (u = 1 – для наклонных с круговыми колебаниями; u = 2 – для горизонтальных с направленными колебаниями); h – КПД привода (h = 0,8…0,9); a – амплитуда виброперемещений.

Контрольные вопросы для защиты лабораторной работы

1. Классификация вибрационного грохота.

2. Принцип работы вибрационного грохота.

3. Схемы вибрационного грохота.

4. Достоинства и недостатки вибрационного грохота.

Лабораторная работа № 6. Гравитационные смесители циклического действия

Цель работы. Определение: 1) основных проектных размеров гравитационных смесителей циклического действия: L – длина смесителя, м; D – диаметр смесителя, м; d – наибольший боковой диаметр, м; 2) рациональных режимов работы: ω – угловая частота вращения, рад/с; 3) усилий, действующих в конструкции: F – усилия, действующие на опорные ролики, Н; 4) мощности привода: P – мощность электродвигателя, Вт.

Исходные данные для лабораторной работы № 6

Последняя цифра шифра зачетной книжки	Q, м3/2	t, с	dр, м	dц, м
			0,11	0,02
			0,23	0,04
			0,35	0,06
			0,42	0,09
			0,51	0,1
			0,63	0,13
			0,74	0,15
			0,85	0,18
			0,95
				0,22

f – коэффициент трения качения бандажа барабана по роликам, f = 0,0008.

Общие теоретические сведения

Гравитационные смесители циклического действия применяют для приготовления бетонной смеси. Любая смесительная машина состоит из смесительной емкости, рабочих органов с их приводом, загрузочных и выгрузочных устройств. Смесительные машины классифицируют по следующим основным признакам: условиям эксплуатации, режиму работы и способу смешивания.

По условиям эксплуатации смесительные машины бывают передвижными и стационарными. Первые применяют на рассредоточенных объектах при выполнении небольших объемов работ и при ремонтных работах, вторые – в условиях бетонных и растворных заводов и в установках средней и большой производительности.

По режиму работы смесительные машины бывают циклического и непрерывного действия. В смесительных машинах циклического действия приготовление смеси заключается в загрузке компонентов смеси, перемешивании их и выгрузке готового замеса. Эти операции выполняются последовательно одна за другой и за время, равное полному циклу на замес. Каждая последующая порция компонентов смеси подается в смесительную емкость только после выгрузки готового замеса. Главным параметром смеси­тельных машин циклического действия является объем готового замеса в литрах, выданный за один цикл работы. В смесительных машинах непрерывного действия компоненты бетонной смеси или раствора загружаются непрерывным потоком с помощью ленточных питателей или ленточных конвейеров. Все сыпучие компоненты подаются одновременно, образуя на ленте слой материалов, например песка, цемента, щебня различных фракций. Одновременно непрерывной струей непосредственно в смесительную емкость подается вода. При перемешивании смесь перемещается к выгрузочному отверстию. Готовая смесь непрерывно поступает в транспортные сре­дства. Главным параметром смесителей непрерывного действия является производительность, м³/ч. Смесители непрерывного действия широко используют для приготовления бетонов или растворов одинакового состава, когда нет необходимости часто переналаживать дозаторы.

По способу смешивания различают бетоносмесители гравитационные и принудительного смешивания, а растворосмесители – только принудительного смешивания.

В гравитационных бетоносмесителях рабочими органами являются вращающиеся барабаны, на внутренних поверхностях которых закреплены лопасти. При вращении барабана компоненты бетонной смеси подхватываются лопастями и поднимаются вверх, откуда они свободно падают, перемешиваясь с нижними слоями,
а последние увлекаются вверх. Такие бетоносмесители хорошо смешивают умеренно подвижные и подвижные бетонные смеси, но не обеспечивают достаточной однородности жестких и малоподвижных смесей.

В смесителях принудительного действия загруженные материалы смешиваются посредством вращающихся лопастей. Смесительная емкость может быть корытообразной формы с горизонтальным расположением лопастных валов, чашеобразной с вертикальным лопастным валом и в виде бака с вертикальным быстровращающимся ротором. В таких смесителях можно приготовлять малоподвижные и жесткие бетонные смеси и растворы на плотных и пористых заполнителях, получая хорошо перемешанную однородную смесь. Однако такой способ требует приложения значительных усилий и вызывает сравнительно большое абразивное изнашивание рабочих органов. Затрачиваемая мощность для привода смесителей принудительного действия намного превышает мощность, необходимую для привода гравитационных смесителей одинаковой вместимости или производительности. Недостаток смесителей принудительного смешивания заключается также в ограничении максимальных размеров зерен крупного заполнителя
по сравнению с гравитационными смесителями.

Стандартом предусмотрено девять типоразмеров бетоносмесителей периодического действия с объемом готового замеса:
65, 165, 330, 500, 800, 1000, 1600, 2000 и 3000 л. Они выполняются с опрокидным барабаном грушевидной формы, с наклоняющимся двухконусным барабаном и с цилиндрическим неопрокидным барабаном. Бетоносмесители с объемом готового замеса 65...330 л выпускаются передвижными, а свыше – стационарными.

Передвижные гравитационные бетоносмесители используют для приготовления бетонной смеси с крупностью заполнителя до 70 мм при выполнении небольших объемов работ. На рис. 6.1 дана кинематическая схема передвижного бетоносмесителя с опрокидывающимся барабаном и дозатором воды. От электродвигателя 1 через многорядную клиноременную передачу 2, вал 3 и зубчатую передачу 4 приводится в движение вал 5, который конической шестерней соединен с зубчатым венцом 6 и вращает барабан 7 относительно вертикальной оси 10. Цепной передачей 12 передается движение на барабаны 15 механизма подъема ковша 19. При включении конусного фрикциона 16 посредством рычага 14 канат 17, навиваясь на барабаны, поднимает ковш. В верхнем положении ковш 19 опрокидывается и его содержимое выгружается в барабан.

Одновременно ковш своим упором ударяет по выключателю 13, который при повороте отключает фрикцион и включает ленточный тормоз 18, удерживающий барабан в положении разгрузки. Ковш опускается на тормозе 18, управляемом рычагом 14. Наклон барабана в момент разгрузки и опрокидывания при разгрузке осуществляется поворотом штурвала 9, шестерня которого имеет внутреннее зацепление с зубчатым сектором 8. При повороте сектор наклоняет траверсу и барабан опрокидывается. В наклонном положении барабан удерживается тормозом или храповиком.

Двухконусный барабан стационарных бетономесителей состоит из двух усеченных конусов: короткого (загрузочного) и удлиненного (разгрузочного), соединенных между собой цилиндрической вставкой. Барабан монтируют на поворачивающейся траверсе, цапфы которой опираются на стойки рамы. В процессе работы смесителя барабан непрерывно вращается вокруг своей продольной оси и может быть наклонен относительно поперечной оси для выгрузки готовой смеси. К внутренней поверхности конических частей барабана на кронштейнах крепятся стальные лопасти, имеющие кромки повышенной износостойкости. Процесс перемешивания компонентов смеси протекает таким образом, что лопасти создают в центральной части вращающегося барабана перекрестные потоки поднимаемых и сбрасываемых компонентов смеси, направленные вдоль его оси и повышающие интенсивность перемешивания
и производительность бетоносмесителя при одновременном улучшении однородности смеси. Наклон смесительных барабанов может производиться с помощью механического, гидравлического
и пневматического приводов.

Рис. 6.1.Кинематическая схема бетоносмесителя

В бетоносмесителях с наклоняемыми барабанами происходит более эффективное перемешивание компонентов, чем в цилиндрических барабанах с горизонтальной осью вращения. Выгрузка готовой смеси из смесительных барабанов такого типа производится в короткий срок струей большого сечения (укрупненным объемом), что способствует сохранению достигнутой однородности смеси. Такие смесители, получившие преимущественное распространение, сложнее по конструкции, но отличаются большей степенью наполнения барабана, а также более быстрой и полной выгрузкой готовой смеси, чем гравитационные смесители с ненаклоняемыми барабанами.

На рис. 6.2 показан гравитационный бетоносмеситель, который предназначен для приготовления бетонной смеси с заполнителями крупностью до 120 мм.

б)

а)

Рис. 6.2.Общий вид (а) и кинематическая схема (б) бетоносмесителя

Этот бетоносмеситель является комплектующим изделием для бетонных заводов и установок товарных бетонных смесей и технологических линий заводов железобетонных изделий.

Основными сборочными единицами бетоносмесителя (рис. 6.2, а)являются опорные стойки 5,смесительный барабан 2 с располагаемыми на его внутренней поверхности лопастями, электродвигатель 3,пневмоцилиндр опрокидывания барабана 4 и цилиндрическая обечайка 1, внутренняя поверхность которой облицовывается набором сменных листов из износостойкой стали. От электродвигателя через втулочно-пальцевую муфту 14 (рис. 6.2, б), тихоходный вал-шестерню 15,зубчатые колеса 16, 17, 18 крутящий момент передается тихоходному валу редуктора и через шестерню 13, насаженную на вал, – зубчатому венцу 11 смесительного барабана. Для опрокидывания смесительного барабана в положение выгрузки и возвращения его в исходное положение применен пневматический привод, включающий в себя пневмоцилиндр 9, воздухораспределитель 8, маслораспылитель 7, вентиль 6 и запорное устройство 19. Барабан при вращении опирается на опорные и поддерживающие ролики, вращающиеся на подшипниках 10 и 12.

Мощность приводав гравитационных смесителях затрачивается в основном на подъем смеси в барабане при его вращении.
В общем виде работа, затрачиваемая на один цикл циркуляции смеси, Дж, равна

(6.1)

где – сила тяжести смеси, Н; h – высота подъема смеси в барабане, м; r – плотность смеси, кг/м³; V – полезный объем смесителя (по выходу), м³; g – ускорение свободного падения, м/с².

При вращении барабана в каждый момент времени одна часть смеси поднимается лопастями, другая – под действием сил трения. Мощность, расходуемая на подъем смеси, кВт, определяется
по формуле

(6.2)

где G₁ – сила тяжести смеси, поднимаемой под действием сил трения (G₁ = 0,85G_см), Н; G₂– сила тяжести смеси, поднимаемая лопастями (G₂ = 0,15G_см), Н; h₁ и h₂ – высота подъема смеси под действием сил трения и в лопастях соответственно, м; z₁ и z₂ – число циркуляции смеси за один оборот барабана соответственно за счет сил трения и в лопастях; n – частота вращения барабана, об/с.

Согласно схеме, показанной на рис. 6.3,

(6.3)

где R – внутренний радиус барабана.

Угол b практически может быть принят равным углу трения смеси о лопасти, т. е. b = 45°. Тогда h₂ = 1,7R.

С учетом влияния лопастей и подпора нижних слоев смеси угол подъема ее частиц под действием сил трения φ₂ будет больше угла трения φ₁ и практически может быть принят равным 90°. Тогда h₁ = R. Радиус R без больших погрешностей может быть принят по цилиндрической части барабана, так как основная масса смеси находится в его цилиндрической части.

Рис. 6.3. Схема к расчету гравитационных бетоносмесителей

Число циркуляции смеси, поднимаемой под действием сил тре­ния, в течение одного оборота барабана (приняв время сползания смеси равным времени подъема) равно

. (6.4)

Время подъема смеси в лопастях, с,

. (6.5)

Время падения смеси с высоты h₂

. (6.6)

Число циркуляции смеси, поднимаемой лопастями,

, (6.7)

где – время одного оборота барабана, с.

Расчеты показывают, что для смесителей вместимостью 500…1500 л z₂ = 2.

Тогда мощность, расходуемая на подъем смеси, кВт,

. (6.8)

Подставив в формулу рекомендуемые значения G₁, G₂, h₁ и h₂, получаем

. (6.9)

Кроме работы по подъему смеси, мощность расходуется
на преодоление сил трения в опорных частях барабана. Для смесителей, барабан которых установлен на роликах, мощность, кВт,

, (6.10)

где G_б – сила тяжести барабана, Н; R_б – радиус бандажа, м; r – радиус опорного ролика, м; k_f – плечо трения качения (k_f = 0,001 м);
ω – угловая скорость барабана, рад/с; γ – угол установки роликов.

Для смесителей, барабан которых установлен на центральной оси,

(6.11)

где r₀ – радиус оси, м; m – коэффициент трения в подшипниках барабана.

Мощность двигателя привода вращения барабана

(6.12)

где h – КПД привода.

Производительность, м³/ч, смесителей циклического действия

(6.13)

где V_з – вместимость смесителя (по загрузке), л; z – число замесов в час; k_в – коэффициент выхода смеси (k_в = 0,65); k_и – коэффициент использования машины по времени (k_и = 0,8…0,85).

Число замесов

(6.14)

где – время загрузки смесителя, = 15…20 с; – время выгрузки смеси, = 12...18 с; – время перемешивания, = 50...120 с.

Смешение компонентов в гравитационных смесителях происходит в барабанах, к внутренним стенкам которых прикреплены лопасти. При вращении барабана смесь лопастями, а также силами трения поднимается на некоторую высоту и затем сбрасывается вниз. Достоинства: простота конструкции, простота регулировок, высокая однородность готовой смеси. Недостатки: большая металлоемкость, большие габаритные размеры, низкий коэффициент использования барабана, цикличность работы.

Порядок выполнения расчета

Для расчета параметров гравитационного смесителя циклического действия (рис. 6.4) необходимо определить:

– диаметр смесителя, м,

, (6.15)

где Q – производительность смесителя, м³/ч; t = 100…250 – время перемешивания, с; K₃ = 0,3…0,35 – коэффициент загрузки смеси; K_в = 0,6…0,8 – коэффициент выхода смеси;

– длину смесителя, м,

; (6.16)

– наибольший боковой диаметр смесителя, м,

; (6.17)

– угловую частоту вращения, рад/с,

; (6.18)

– усилия, действующие на опорные ролики, Н,

; (6.19)

– мощность привода (мощность электродвигателя), кВт,

(6.20)

где η = 0,8…0,85 – КПД передачи привода; f = 0,0008 – коэффициент трения качения бандажа барабана по роликам; d_ц – диаметр цапфы ролика; d_p – диаметр ролика роликоопоры.

Рис. 6.4. Схема гравитационного смесителя циклического действия

Контрольные вопросы для защиты лабораторной работы

1. Классификация гравитационных смесителей циклического действия.

2. Принцип работы гравитационных смесителей циклического действия.

3. Схемы гравитационных смесителей циклического действия.

4. Достоинства и недостатки гравитационных смесителей циклического действия.

Лабораторная работа № 7. Гравитационные смесители непрерывного действия

Цель работы. Определение: 1) основных проектных размеров гравитационных смесителей непрерывного действия: R – радиус барабана, м; L – длина барабана, м; 2) рациональных режимов работы: ω – угловая скорость барабана, рад/с; 3) усилий, действующих в конструкции: F – усилия, действующие на опорные ролики, Н; 4) мощности привода: P – мощность электродвигателя, кВт.

Исходные данные для лабораторной работы № 7

Последняя цифра шифра зачетной книжки	Q, м3/ч	t, c	r, кг/м

h – КПД передачи привода, .

Общие теоретические сведения

Смесители непрерывного действия предназначены для комплектования бетоно- и растворосмесительных установок производительностью 5, 10 и 30 м³/ч. Отечественной промышленностью выпускаются горизонтальные двухвальные смесители (рис. 7.1).

Компоненты смеси непрерывным потоком подаются соответствующими дозаторами в корыто 8, в котором вращаются в разные стороны два вала 6 с закрепленными на них лопастями 7. Лопасти устанавливают под углом 40…45° по отношению к оси вала, с тем чтобы смесь интенсивно перемещалась как в радиальном, так и в осевом направлении к разгрузочному затвору 5. Валы приводятся во вращение двигателем 1 через ременную передачу 2, редуктор 3
и зубчатые колеса 4.

б)

а)

Рис. 7.1. Схема двухвального смесителя непрерывного действия:

а – общий вид; б – схема привода

Рис. 7.2. Схемарастворосмесителя объемом 325 л

На рис. 7.2 показан циклический растворосмеситель вместимостью 325 л. Это корытообразный барабан 7, смонтированный на раме 1. Компоненты перемешиваются двумя винтовыми лопастями 12, закрепленными на валу 11, установленном в подшипниках 13. Вал приводится во вращение двигателем 6 через ременную передачу 5, шкив 4 и редуктор 3, установленный на кронштейне 2. Смесительный барабан закрыт крышкой 8. Готовая смесь выгружается через люк, закрываемый затвором 10 с помощью пневмоцилиндра 9.

Для приготовления строительных растворов применяются быстроходные турбулентные смесители (рис. 7.3), в которых перемешивание материалов производится при интенсивном движении смеси по сложной траектории. При вращении лопастного ротора 14, закрепленного на валу 2, который установлен в подшипниках 1, смесь под действием центробежных сил отбрасывается к конусной части корпуса 5, движется по ней вверх и затем под действием сил тяжести стекает в центральную часть ротора. Кроме того, смесь циркулирует и по окружности. Характер воздействия на материал такого быстроходного (до 500 об/мин) смешивающего аппарата аналогичен рабочему процессу центробежного насоса. Компоненты подаются в смеситель по патрубку 6 в крышке 7, а готовая смесь разгружается через затвор 3, управляемый пневмоцилиндром 4. После того как основная часть смеси выйдет из барабана, оставшаяся ее часть I отбрасывается ротором и прилипает к стен-
кам. Очистка стенок производится лопастями 13, подвешенными
на шарнирах 12 к рычагам 10. Во время смешивания эти лопасти поднимаются и плавают по поверхности, а по мере выхода смеси они опускаются и очищают стенки. Очистные лопасти приводятся во вращение через валик 11, муфту 8 и редуктор 9. Вал ротора вращается двигателем 15, установленным на раме 16, через ременную передачу 17.

Рис. 7.3.Схема турбулентного смесителя

Смешение компонентов в гравитационных смесителях (рис. 7.4) непрерывного действия происходит в барабанах, к внутренним стенкам которых прикреплены лопасти. При вращении барабана смесь лопастями, а также силами трения поднимается на некоторую высоту и затем сбрасывается вниз. Достоинства этих смесителей: простота конструкции, простота регулировок, высокая однородность готовой смеси, непрерывность работы, высокая надежность. Недостатки: большая металлоемкость, большие габаритные размеры, низкий коэффициент использования барабана.