Строительные машины и оборудование 6 страница

а – с опрокидным бункером; б – с челюстным затвором; в – с гибким резиновым насадком, снабженным зажимом; г – с секторным затвором; д – с ленточным питателем; е – с барабанным питателем; ж – с вибролотковым питателем; з – с лотково-кареточным питателем; и – с винтовым питателем; к – с ложковым питателем;
1 – гидропривод; 2 – бункер; 3 – бетонная смесь; 4 – плоская форма; 5 – челюстной затвор; 6 – зажим; 7 – резиновый насадок; 8 – вибропобудитель; 9 – секторный затвор; 10 – копильник; 11 – ленточный питатель; 12 – барабанный питатель;
13 – вибропривод; 14 – вибролотковый питатель; 15 – пружинная подвеска;
16 – шибер; 17 – кривошипно-шатунный привод; 18 – лотковый питатель;
19 – винтовой питатель; 20 – ложковый питатель; 21 – форма трубы

л)

к)

и)

з)

д)

ж)

е)

г)

б)

в)

а)

Рис. 9.2. Схемы рабочих органов для раздачи и распределения бетонной смеси:

а – плужкового типа; б – с винтовым распределителем; в – с поворотной воронкой; г – с ящичным питателем; д – с вибронасадком; е – с виброящичным питателем, снабженным виброрешеткой; ж – с виброящичным питателем с внутренними подъемно-опускными глубинными вибраторами; з – с вибропрокатным роликовым устройством; о – с поперечно-роликовым ящичным распределителем; к –
с центробежным метателем; л – с виброконусным питателем; 1 – односторонний плуг; 2 – двусторонний плуг; 3 – двусторонний винт; 4 – односторонний винт;
5 – воронка; в – ящик; 7 – вибронасадок; 8 – вибропривод; 9 – виброрешетка;
10 – глубинный вибратор; 11 – прокатные ролики; 12 – роликовый уплотнитель; 13 – ротор; 14 – ковш; 15 – головка; 16 – конус

Хороший эффект распределения и уплотнения жесткой бетонной смеси может быть получен при использовании ящичного питателя с установленными в нем неприводными роликами, совершающего возвратно-поступательное движение в направлении, поперечном к движению формы.

Безвибрационное распределение и уплотнение жестких растворных смесей может обеспечиваться при использовании центробежного метателя, представляющего собой быстровращающуюся лопасть, на которую ленточным питателем интенсивно подается смесь. Для равномерного распределения бетонной смеси по сечению формуемой вертикально железобетонной трубы используют виброконусный питатель. Подаваемая на вершину конуса смесь под действием направленной вибрации распределяется по всей поверхности конуса и стекает в форму.

Производительность, т/ч, ленточного бетоноукладчика

, (9.1)

где В – наибольшая ширина выходного сечения копильника вибронасадка при изготовлении изделий максимальной ширины, м;
h₂ – наибольшая рабочая высота щели копильника, м; J – скорость ленты питателя, м/с; r – объемная масса неуплотненной бетонной смеси, принимаемая равной 2 т/м³.

Мощность, кВт, электродвигателя ленточного питателя

, (9.2)

где k_з = 1,1…1,5 – коэффициент запаса; – потребная суммарная мощность на ведущем барабане, кВт; – мощность на валу приводного барабана, расходуемая на преодоление всех сопротивлений, кроме сопротивлений, на преодоление которых расходуются мощности N₂ и N₃, – сила давления на ленту бетона, находящегося в бункере или копильнике; L – длина питателя, мм; q – давление на ленту бетона; – гидравлический радиус прямоугольного отверстия бункера (со сторонами a и b); F – площадь действия активного давления бетона на ленту; f – коэффициент внутреннего трения бетона; – коэффициент подвижного материала; φ – угол внутреннего трения бетона; обычно принимают φ = 45°, tg φ = 1; – мощность, расходуемая на преодоление сопротивлений трения бортов о движущийся бетон; h₁ – высота щели бункера, м; l – длина бортов, м; f₁ – коэффициент трения бетона о стенки бункера во время движения; – коэффициент бокового давления; – мощность, расходуемая на преодоление трения
в зоне активного давления бетона на ленту; – коэффициент трения ленты о поддерживающий лист; G – сила активного давления бетона на ленту; η – общий КПД передач.

Мощность, кВт, двигателя механизма передвижения

, (9.3)

где W₁ – сопротивление перекатыванию, Н; W₂ – сопротивление вибронасадка перемещению, Н; – скорость передвижения, м/с.

Сопротивление перекатыванию бетоноукладчика

, (9.4)

где Q₁ – сила тяжести бетона, Н; G – сила тяжести укладчика, Н;
f₃ – плечо трения качения колес по рельсам (обычно не превышает 0,1 см); μ – коэффициент трения в подшипниках колес; d – диаметр осей или цапф валов (для подшипников качения – внутренний диаметр подшипников), см; D_к – диаметр колеса, см; β – коэффициент, учитывающий потери на трение колес о рельсы.

Сопротивление, Н, вибронасадка пе­ремещению

, (9.5)

где Q₂ – сила тяжести вибронасадка с бетоном, Н; f₄ – коэффициент трения бетонной смеси о стальную поверхность.

Рис. 9.3. Схема бетоноукладчика с ленточным питателем

Порядок выполнения расчетов

Для выполнения расчета параметров бетоноукладчика с ленточным питателем (рис. 9.3) необходимо определить:

– внутренний диаметр, м,

,(9.6)

где – объемная производительность бетоноукладчика, м³/ч; h – толщина слоя бетона на ленте питателя, м; – скорость передвижения бетоноукладчика, м/с;

– длину ленты питателя, м,

;(9.7)

– ширину бункера, м,

;(9.8)

– длину бункера, м,

;

– высоту бункера, м,

;(9.9)

– гидравлический радиус, м,

; (9.10)

– скорость течения смеси, м/с,

; (9.11)

– пропускную способность бункера, м³/с,

. (9.12)

– мощность привода:

а) мощность, расходуемая на трение ленты транспортера
о поддерживающий лист, Вт,

; (9.13)

б) мощность, расходуемая на трение бетонной смеси о стальные борта транспортера, Вт,

; (9.14)

в) мощность, расходуемая на трение в порах транспортера при транспортировании бетонной смеси, Вт,

; (9.15)

г) мощность электродвигателя, Вт,

; (9.16)

д) мощность привода передвижения бетоноукладчика, Вт,

, (9.17)

где = 0,2…0,4 м/с – скорость передвижения бетоноукладчика; – вес бетонной смеси в бункере; = 0,0008 – коэффициент трения качения ходовых колес.

Контрольные вопросы для защиты лабораторной работы

1. Классификация бетоноукладчиков.

2. Принцип работы бетоноукладчиков.

3. Схемы ленточного бетоноукладчика.

4. Производительность ленточного бетоноукладчика.

Лабораторная работа № 10. Вибрационные площадки

Цель работы. Определение: 1) инерционных и конструктивных характеристик вибрационных площадок: m_б, m – соответственно масса изделия и масса вибрирующих частей, кг; Q – грузоподъемность, Н; 2) усилий, действующих в конструкции: F – общая вынуждающая сила вибровозбудителей, Н; m₀, r₀ – статический момент массы одного дебаланса, кг×м; С – жесткость одного комплекта упругих опор (сумма жесткостей верхней и нижней опоры), Н/м; 3) мощности привода: P – мощность электродвигателей привода, Вт.

Исходные данные для лабораторной работы № 10

Последняя цифра шифра зачетной книжки	l, м	b, м	h, м	w, рад/с	X0, м
		4,0	0,15		0,3×10–3
		2,0	0,20		0,4×10–3
		3,0	0,10		0,5×10–3
		4,0	0,15		0,4×10–3
		3,0	0,12		0,7×10–3
		1,5	0,10		0,75×10–3
		2,0	0,15		0,8×10–3
		5,0	0,20		0,7×10–3
		5,0	0,12		0,8×10–3
		1,5	0,10		0,6×10–3

n = 60, r = 2200 кг/м³, u = 0,45×10^–3, a = 1, S = 1,2, h = 0,9.

Общие теоретические сведения

При формовании железобетонных изделий и конструкций применяют различные способы уплотнения бетонной смеси: прессование – воздействие на бетонную смесь значительных давлений; центрифугирование – воздействие на бетонную смесь центробежной силы при производстве трубчатых изделий; вакуумирование – отсос из бетонной смеси избыточной воды и воздуха; вибрирование – воздействие на бетонную смесь колебательных движений. Наиболее распространен последний способ уплотнения. Сочетание вибрации с другими способами значительно повышает эффективность процесса уплотнения бетонной смеси. Так, сочетание
вибрации с прессованием – виброштампование – используется
в производстве сборного железобетона, сочетание вибрации с вакуумированием – вибровакуумирование – широко используется при возведении монолитных конструкций, а также при производстве отдельных типов железобетонных изделий.

Рассмотрим воздействие вибрации на процесс уплотнения бетонной смеси. До воздействия вибрации на бетонную смесь умеренной жидкости она представляет собой аморфную рыхлую массу. При воздействии вибрации частицы заполнителей приводятся
в интенсивное движение, в результате которого происходит их взаимное перемещение, проскальзывание одних частей относительно других в объеме системы. При этом достигается значительная скорость движения каждой частицы относительно ее центра массы. При некоторой скорости сдвига частиц заполнителей наступает проявление вязких свойств (текучесть) бетонной смеси, и она переходит в состояние «тяжелой жидкости», приобретая заданную геометрию изделия. Такого рода вязкость называют структурной вязкостью. Текучесть бетонной смеси может наступить только при условии, если будут разрушены структурные связи между частицами заполнителя, т. е. структурная вязкость достигнет определенного предела, который будет зависеть от скорости деформации сдвига частиц. Эти изменения в структуре бетонной смеси называют тиксотропными превращениями. Структурная вязкость и тиксотропия бетонной смеси непосредственно связаны с понижением действительного и видимого коэффициентов трения.

Бетонная смесь представляет собой трехфазную грубодисперсную систему (твердая фаза – фракции щебня или гравия и песка, жидкая – цементный раствор, газообразная – находящийся в массе смеси воздух – 10…15% от объема смеси). В процессе уплотнения смесь разрушается и в конце его переходит в двухфазную систему (твердая + жидкая фазы), в которой содержание воздуха
не более 2…3%. В результате процесса виброуплотнения тело бетона (железобетона) получает однородную плотную структуру, что обеспечивает готовым железобетонным изделиям заданные физико-механические показатели.

Получение такой структуры уплотненного тела бетона может быть только при правильной оценке динамического состояния системы в условиях вибрационного и других механических воздействий.

Структура бетона в основном определяется ее реологическими свойствами: вязкостью цементного раствора, силами трения и сцепления между частицами заполнителя, наличием тиксотропных превращений смеси, сохранением целостности упруговязких каналов цементного раствора. Для обеспечения управления данными реологическими свойствами необходимо правильно назначить вибрационный режим работы уплотняющей машины (устройства). Под вибрационным режимом понимают вид и характер колебаний, их направление относительно сечения уплотняемого тела бетона,
а также колебательные параметры (угловая частота и амплитуда колебаний) и динамический режим работы машины.

Рис. 10.1. Схема передачи колебаний от вибровозбудителя внутрь бетонной смеси

Бетонная смесь при уплотнении представляется в виде крупного заполнителя, окруженного раствором из мелких зерен, объединенных между собой поверхностными силами сцепления. Такая смесь будет обладать упруговязкими свойствами и при небольших деформациях передача колебаний будет происходить по каналам, уподобляющимся пружинам с упруговязкой характеристикой.

При этом (рис. 10.1) частицы заполнителей, как правило, контактируют между собой через упруговязкие каналы и в отдельных случаях непосредственным контактом. Тогда колебания перегородки 1 передадутся частице А₁, в свою очередь частица А₁ передаст колебания частице А₂ непосредственным контактом и частицам А₃ и А₄ – через упруговязкие каналы и т. д. Такая взаимосвязь частиц А заполнителей исключает возможность их изолированного колебания. Возбужденные частицы А заполнителей колеблются вынужденной частотой вибровозбудителя, но с различными амплитудами колебаний в зависимости от их масс и жесткости упруговязких каналов раствора. Несмотря на определенную условность представленной схемы, на ее основе можно сделать следующие выводы:

§ выбранный динамический режим работы виброуплотняющей машины должен обеспечить сохранность упруговязких каналов цементного раствора, иначе возникнут турбулентные перемещения частиц заполнителя смеси, которые вызовут ее расслоение, сопровождаемое выбросом частиц заполнителя А на поверхность изделия и значительным подсосом атмосферного воздуха;

§ вид и направление колебания рабочего органа машины должны приниматься с учетом его конструкции, типа формуемого изделия и способа формования. Конструкция рабочего органа при правильно принятом виде и направлении колебаний должна обеспечить передачу последних сечению изделия в направлении наибольшей свободы перемещения частиц заполнителя А, эффективное удаление включенного воздуха, получение однородной плотной структуры уплотненного бетона;

§ характер колебаний рабочего органа машины должен выбираться с учетом требований, предъявляемых к формуемому изделию (прочность, водонепроницаемость, морозостойкость, долговечность);

§ выбранный вибрационный режим уплотнения бетонной смеси должен обеспечить возбуждение наибольшего числа единиц А, входящих в состав смеси фракций крупного заполнителя, и эффективное использование порожденных сил инерции для разрушения начального структурного состояния частиц заполнителя системы с последующим сближением.

Эффективность вибрации при уплотнении бетонной смеси состоит в том, что приводятся в движение частицы относительно друг друга в объеме системы и, кроме того, возбужденные частицы развивают значительные скорости относительно своих центров масс. Эффективность вибрирования характеризуется отношением полуразмаха скорости зерен заполнителя относительно окружающей среды к амплитуде скорости приведенной вибрации.
На рис. 10.2 приведены кривые зависимости параметра эффективности вибрации η от угловой частоты (ω) при постоянной амплитуде скорости ( ) для пяти значений размера зерен заполнителей, причем . Проведя прямую, параллельную оси ω на уровне требуемой эффективности η (пунктирная линия), находим на пересечении с кривыми частоты, необходимые для поддержания колебаний частицы разных размеров скорости возбуждения при одинаковой амплитуде. Если какая-то частота обеспечивает нужные относительные колебания частиц данного размера, она заведомо обеспечивает эффективные колебания частиц больших размеров.

Рис. 10.2. График зависимости эффективности вибраций от угловой частоты

Рационально выбранный вибрационный режим процесса уплотнения бетонной смеси должен оптимизировать динамическую систему, т. е. обеспечить ей такое состояние, при котором наблюдается наименьший уровень реологических сопротивлений. Этим создается условие снижения энергоемкости процесса виброуплотнения бетонной смеси при формовании. Степень уплотнения бетонной смеси оценивается коэффициентом уплотнения K_упл – отношением фактической плотности бетона к теоретической массе – плотности ( ). Плотность бетона повышается с уменьшением водоцементного отношения смеси, что обосновывает широкое применение жест­ких бетонных смесей.

Уплотнение бетонной смеси

При формовании бетонных и железобетонных изделий и конструкций уплотнение смеси – наиболее важная и ответственная операция.

Существует много способов уплотнения бетонных смесей. Их можно разделить на вибрационные и безвибрационные. В отдельных случаях эффективно их совмещать.

Вибрационное уплотнение получило наибольшее распространение, так как позволяет уплотнять не только малоподвижные,
но и жесткие бетонные смеси. Под воздействием вибрации смесь изменяет реологические характеристики и разжижается настолько, что способна свободно растекаться в форме под воздействием гидростатического давления, вызываемого гравитационными силами. В процессе движения частицы смеси занимают более устойчивые положения, в результате компактность их размещения в единице объема увеличивается и повышается плотность. Вибрирование смеси способствует удалению вовлеченного и защемленного воздуха, а также возможному частичному вытеснению воды более тяжелыми уплотняющимися компонентами на поверхность смеси.
В зависимости от вида формуемых изделий, габаритов, массы, толщины и принятой технологии их производства различают несколько приемов передачи колебаний от источника (вибратора)
к смеси.

Импульсы колебательных движений могут передаваться смеси через форму, установленную на виброплощадке; относительно гибкие стенки днища или перегородки форм с прикрепленными
на них вибраторами, а также виброштампами, вибропригрузами, виброщитами и тому подобным открытым поверхностям формуемых изделий. В отдельных случаях смесь подвергается одновременному воздействию вибрации от разных источников колебаний, например, от виброплощадки и вибропригруза.

Эффективность уплотнения смеси зависит главным образом от интенсивности вибрации, см²/с³, которая представляет собой произведение скорости колебаний частиц Aω на их ускорение Aω²

,(10.1)

где А – амплитуда, см; ω – угловая скорость, равная 2πƒ; ƒ – частота колебаний, Гц.

Интенсивность колебаний выражает мощность потока энергии, затрачиваемой на колебание бетонной смеси. Каждому составу бетонной смеси соответствует оптимальное значение интенсивности вибрации. Чрезмерное ее увеличение не приводит к улучшению уплотнения, более того, в отдельных случаях может вызвать разрыхление смеси и снижение достигнутой плотности. Недостаток интенсивности вибрации в определенных пределах может быть компенсирован увеличением продолжительности виброуплотнения. Из вышеприведенной формулы видно, что интенсивность вибрации зависит от амплитуды во второй степени и частоты колебаний в третьей. На стандартных виброплощадках, на которых определяется жесткость смесей, частота принимается 50 Гц, амплитуда 0,35 мм.

Для уплотнения бетонных смесей со средним по крупности
заполнителем оптимальные значения амплитуд составляют 0,3…0,6 мм, мелкозернистых смесей – 0,17…0,4 мм. Интенсивность колебаний можно также повысить увеличением ее частоты. Особенно эффективен этот прием при уплотнении мелкозернистых смесей. Частота колебаний для обычных смесей с крупным заполнителем, как правило, составляет 25…100 Гц. Дальнейшее повышение частоты нецелесообразно, так как возрастает уровень шума и вибрации на рабочих местах, а также снижается срок эксплуатации вибраторов. Однако отдельные виды глубинных вибраторов имеют частоту колебаний до 300 Гц.

На качество уплотнения смесей существенное влияние оказывают режимы уплотнения: продолжительность процесса, величина амплитуды и частота колебаний (интенсивность вибрации). Они зависят от вида и удобоукладываемости смеси, а также технических параметров используемого оборудования и подбираются опытным путем.

С увеличением интенсивности вибрирования время, необходимое для уплотнения смеси, сокращается и, наоборот, при снижении интенсивности – увеличивается. Режим уплотнения может быть одностадийным и двухстадийным. Одностадийный проводится при одной частоте вибрирования, например, 50 Гц, двухстадийный – вначале при частоте 10…20 Гц, затем при 50…75 Гц. Такой режим эффективен при уплотнении жестких смесей. Режим уплотнения должен обеспечивать коэффициент уплотнения смесей (отношение их фактической плотности к расчетной теоретической) для тяжелого бетона не менее 0,98, а для мелкозернистого бетона 0,96. В отдельных случаях там, где это технически осуществимо, целесообразно использовать повторное вибрирование (например,
в стационарных формах с навесными вибраторами). Виброуплотнение может повторяться 2–3 раза и более – до тех пор, пока смесь способна к тиксотропному разжижению. Ввиду снижения пластической вязкости свежеуложенного бетона во времени, повторное вибрирование должно быть более интенсивным. Прочность изделий увеличивается на 15…20 %.

При уплотнении бетонных смесей распределение амплитуд по площади формы или по поверхности рабочих органов вибраторов, погружаемых в смесь, должно быть равномерным, а отклонения значений амплитуд в разных точках допускается не более 20 % их среднего значения.

Способы виброуплотнения и удобоукладываемость смесей для различных видов бетонных и железобетонных изделий следует назначать исходя из конкретных условий и в соответствии с требованиями СНиП 3.09.01–85.

Указанными нормами и правилами не допускается для облегчения обслуживания, повышения производительности и т. п. применять смеси большей подвижности или меньшей жесткости, чем установлено для заданного формовочного оборудования, так как это приводит к ухудшению физико-механических свойств бетона.

Вибрационные способы уплотнения бетонной смеси осуществляются станковым (объемным), поверхностным, наружным и внутренним вибрированием. Возможно также их сочетание. Наиболее распространенным является первый способ.

Вибрационные площадки

Станковое уплотнение смесей производят на виброплощадках. Этот способ применяют при формовании плоских изделий в горизонтальном положении – плит перекрытий и покрытий, многопустотных настилов, наружных стеновых панелей и пр. В настоящее время выпускают виброплощадки грузоподъемностью 1,5…24 т. Характерной особенностью конструкций современных виброплощадок является отсутствие верхней рамы (стола). Такие установки состоят из отдельных, работающих синхронно виброблоков, соединенных между собой валами. При этом уменьшаются расход металла на их изготовление, затраты электроэнергии на создание колебаний той же интенсивности и увеличивается срок службы.
В зависимости от конструктивных решений виброплощадки могут создавать колебания: гармонические круговые, гармонические направленные (вертикально или горизонтально), негармонические вибрационно-ударные и негармонические ударные.

Гармонические круговые колебания применяются довольно редко, так как при воздействии на смесь они вызывают ее одностороннее смещение в форме, не обеспечивают однородности распределения амплитуд колебаний и повышают подсос воздуха. Вертикально или горизонтально направленные колебания практически лишены указанных недостатков. Использование вибрационно-ударных и ударных колебаний более эффективно по сравнению
с гармоническими колебаниями той же интенсивности. Причина этого: переход от простых, синусоидальных, колебаний к более сложным, несинусоидальным, периодическим колебаниям. Несинусоидальные колебания также можно получить, применяя двух-
и поличастотное вибрирование и используя два или несколько источников колебаний с разными частотами. Однако эти колебания
в 1,5…2 раза менее эффективны, чем ударные.