Строительные машины и оборудование 1 страница
Учебное пособие
Братск
Издательство Братского государственного университета
УДК 69.62.1
Строительные машины и оборудование : учеб. пособие / Л.А. Мамаев, С.Н. Герасимов, Г.Н. Плеханов, В.С. Фёдоров. – Братск : Изд-во БрГУ, 2011. – 138 с.
Учебное пособие содержит теоретические сведения о строительных машинах и оборудовании и указания к выполнению лабораторных работ
по дисциплинам «Теория наземных транспортно-технологических машин», «Конструкция наземных транспортно-технологических машин».
Предназначено для подготовки бакалавров по направлению 190100 «Наземные транспортно-технологические комплексы», профиль «Строительные, дорожные машины» всех форм обучения.
Рецензент В.Л. Лапшин, д-р техн. наук, профессор
(ИрГТУ, г. Иркутск)
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Ó ФГБОУ ВПО «БрГУ», 2011
Ó Мамаев Л.А., Герасимов С.Н., Плеханов Г.Н., Федоров В.С., 2011
| | |||
| |
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ_ 4
Лабораторная работа № 1. Щековые дробилки_ 5
Лабораторная работа № 2. Конусные дробилки_ 14
Лабораторная работа № 3. Дробилки ударного действия 25
Лабораторная работа № 4. Барабанные мельницы_ 33
Лабораторная работа № 5. Вибрационные грохоты_ 43
Лабораторная работа № 6. Гравитационные смесители циклического действия 50
Лабораторная работа № 7. Гравитационные смесители непрерывного действия 61
Лабораторная работа № 8. Роторный бетоносмеситель 65
Лабораторная работа № 9. Бетоноукладчики с ленточным питателем_ 74
Лабораторная работа № 10. Вибрационные площадки_ 84
Лабораторная работа № 11. Цилиндрические глубинные вибраторы_ 99
Лабораторная работа № 12. Плоскостные глубинные вибромашины_ 106
Лабораторная работа № 13. Роликовые центрифуги_ 117
Лабораторная работа № 14. Изучение рабочего процесса вибропогружения свай 125
ЗАКЛЮЧЕНИЕ_ 135
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ_ 136
Введение
В настоящее время в Российской Федерации выпускается более двух тысяч наименований машин и оборудования, в том числе высокопроизводительные щековые, конусные, молотковые и роторные дробилки, мощные сборно-разборные автоматизированные дробильные линии, принудительные смесители роторного и планетарно-роторного типов, гравитационные и автобетоносмесители, поршневые бетононасосы с гидравлическим приводом, быстроходные свайные дизель-молоты, гидромолоты простого и двойного действия, штукатурные станции и агрегаты с одновинтовыми насосами, ручные машины многоцелевого применения с электронным регулированием скорости и др.
В этой связи специалисту важно знать область использования, основную классификацию строительных и дорожных машин, их конструкцию. Задача настоящего лабораторного практикума – углубление знаний, полученных при изучении дисциплин «Теория наземных транспортно-технологических машин», «Конструкция наземных транспортно-технологических машин» и приобретение практических навыков.
В процессе выполнения лабораторных работ студенты изучают конкретные конструкции и кинематические схемы машин
и оборудования, взаимодействующие отдельные узлы и механизмы, выполняют необходимые измерения и расчеты.
Пособие содержит описание 14 лабораторных работ: основные теоретические сведения, исходные данные для расчета, методические указания к выполнению лабораторной работы, контрольные вопросы. По окончании выполнения работы студенты представляют отчет, в котором необходимо указать: название, номер работы; цель работы; ход работы; конструктивную или кинематическую схему изучаемой машины или оборудования; таблицу измерений, если они выполняются в данной работе; графики результатов измерений и их краткое объяснение. Все элементы схем должны быть выполнены в соответствии с требованиями ЕСКД.
Лабораторная работа № 1. ЩЕКОВЫЕ ДРОБИЛКИ
Цель работы. Определение: 1) основных проектных размеров щековых дробилок: L – длина; B – ширина; H – высота камеры дробления, м; 2) рациональных режимов работы: S – ход подвижной щеки, м; ω – угловая скорость эксцентрикового вала, рад/с;
3) усилий, действующих в конструкции: F – сила, действующая
на подвижную щеку, Н; 4) мощности привода: P – мощность электродвигателя, Вт.
Исходные данные для лабораторной работы № 1
| Предпоследняя цифра шифра зачетной книжки | Последняя цифра шифра зачетной книжки | ||||||||||||||
| 1; 2 | 3; 4 | 5; 6 | 7; 8 | 9; 0 | |||||||||||
| Q, м3/ч | D, м | d, м | Q, м3/ч | D, м | d, м | Q, м3/ч | D, м | d, м | Q, м3/ч | D, м | d, м | Q, м3/ч | D, м | d, м | |
| 1; 2 | 0,1 | 0,03 | 0,26 | 0,08 | 0,4 | 0,15 | 0,53 | 0,21 | 0,64 | 0,237 | |||||
| 3; 4 | 0,13 | 0,04 | 0,29 | 0,09 | 0,43 | 0,17 | 0,55 | 0,22 | 0,66 | 0,24 | |||||
| 5; 6 | 0,17 | 0,06 | 0,32 | 0,095 | 0,46 | 0,18 | 0,57 | 0,225 | 0,69 | 0,245 | |||||
| 7; 8 | 0,2 | 0,065 | 0,35 | 0,98 | 0,5 | 0,19 | 0,6 | 0,23 | 0,71 | 0,247 | |||||
| 9; 0 | 0,23 | 0,7 | 0,38 | 0,1 | 0,52 | 0,2 | 0,62 | 0,235 | 0,71 | 0,25 |
k = 1; Ða = 18°; КПД = 0,85.
Общие теоретические сведения
В строительстве ежегодно потребляется большое количество каменных материалов: щебня, гравия и песка. Большая часть этих материалов используется на приготовление бетона. Добыча песка
и гравия производится в естественных отложениях механическим или гидравлическим способом, а щебень получают из естественного камня путем дробления взорванных скальных пород. Добываемые каменные материалы перерабатываются на камнедробильных и промывочно-сортировочных заводах, а затем в виде готового продукта стандартного качества доставляются потребителю.
Качество щебня характеризуется зерновым составом, формой зерен, механической прочностью и содержанием вредных примесей.
В зависимости от крупности зерен щебень разделяют на фракции 5...10; 10...20; 20...40 и 40...70 мм. Кроме того, для дорожного строительства допускаются фракции 3...10; 10...15; 15...20 мм и для балластного слоя железнодорожного пути 25...50 мм. Для массивных бетонных сооружений верхний предел крупности может достигать 120...150 мм. По форме зерна классифицируют на лещадные, у которых ширина в три раза и более меньше длины, и кубообразные. Действующие ГОСТы не допускают содержание в щебне
и гравии зерен лещадной формы более 15 %. Щебень из гравия
получают дроблением гравия и валунов. Требования к щебню, полученному из гравия, в основном такие же, как к щебню, полученному из взорванных каменных пород. Механическая прочность щебня определяется прочностью горных пород, из которых он получен. Различают породы малой прочности 30...80 МПа, средней – 80...150 МПа и высокой – более 150 МПа.
Пески по степени крупности разделяют по модулю крупности и другим показателям на крупные, средние и мелкие. В процессе переработки нерудных материалов для освобождения песка и в отдельных случаях щебня от глинистых и других вредных частиц применяют промывку и обезвоживание. Обезвоживание производят для снижения влажности до уровня, допускающего его транспортирование, и предотвращения смерзания в зимнее время.
Дробление каменных материалов осуществляется приложением статических и динамических нагрузок. Материалы измельчают раздавливанием, разрушением ударом, истиранием, раскалыванием, а также разрушением взрывом. Во многих случаях дробление происходит при одновременном действии раздавливания и истирания.
Степенью дробления называют отношение размера наиболее крупных, загружаемых в дробилку камней к размеру максимальных зерен в продукте дробления
. (1.1)
Дробление разделяют на крупное ( 
= 1200...1500 мм, 
= 100...300 мм), среднее ( = 100...300 мм, = 30... 100 мм), мелкое ( = 30...100 мм, = = 5...30 мм) и тонкое (помол). Дробление пород высокой и средней прочности осуществляют раздавливанием, раскалыванием и ударом; помол – истиранием и ударом.
В зависимости от степени измельчения материалов дробильные машины разделяют на дробилки и мельницы. Некоторые машины могут работать как дробилки и как мельницы (например, валковые дробилки, бегуны). По принципу действия и конструктивным признакам дробилки делят на щековые, конусные, валковые, молотковые и роторные; мельницы – на барабанные, шаровые, бегунковые и вибрационные. Различные типы дробилок позволяют получить определенную, присущую данной конструкции степень дробления: щековые – 2...8; валковые – 1,5...10; конусные – 3...8; молотковые – 5...30; мельницы – 10...20.
Выбор типа дробильного оборудования осуществляют в зависимости от максимальной крупности кусков исходного материала, его прочности, необходимой степени дробления и требуемой производительности.
Дробление материалов ведут в одну или несколько стадий. Преимущественное распространение получило стадийное дробление, при котором материал дробят в 2...3 приема на дробилках разных типов. Уже на каждой стадии дробления получают материал
с требуемыми размерами кусков. Такие куски отсеиваются на грохоте, установленном перед дробилками разных стадий. Дробилки последних стадий работают, как правило, в замкнутом цикле с виброгрохотом, при этом материал крупнее заданного размера возвращается в ту же дробилку для повторного дробления (рис. 1.1).
При одностадийном дроблении получаемые мелкие зерна заполняют промежутки между крупными и защищают их от непосредственного воздействия дробящих органов машины, что сопровождается дополнительным измельчением материала и расходом энергии.
Рис. 1.1. Типовая схема дробильно-сортировочной установки:
1 – вагонетка; 2 – пластинчатый конвейер; 3 – колосниковый грохот; 4 – щековая дробилка; 5, 7 – виброгрохоты; 6 – валковая дробилка; 8 – бункер для песка и пыли; 9 – расходный бункер; 10 – склады товарного щебня
Основными показателями работы дробилок являются: максимальная крупность дробления, степень измельчения, удельный расход энергии (кВт×ч/м3), производительность (м3/ч или т/ч).
Щековые дробилки применяют для крупного и среднего дробления прочных и средней прочности пород на первичной и вторичной стадии дробления. По характеру движения подвижной щеки щековые дробилки разделяют на дробилки с простым и сложным качанием щеки.
Дробилка с простым качанием щеки (рис. 1.2, а, б) состоит
из сварного корпуса 1, в котором в подшипниках установлен эксцентриковый вал 7 с подвешенным к нему шатуном 8. Нижний конец шатуна имеет специальные гнезда, в которых свободно вставлены концы распорных плит 12 и 13. Противоположный конец распорной плиты 13 вставлен в гнездо подвижной щеки 3, подвешенной на оси 5. Конец плиты 12 упирается в клиновой упор регулировочного устройства 9. Тяга 11 и пружина 10 обеспечивают обратное движение подвижной щеки и удерживают от выпадания распорные плиты. К неподвижной 2 и подвижной щекам крепятся дробящие плиты 4 с вертикальным рифлением, являющиеся основными рабочими органами щековых дробилок. Рабочие поверхности дробящих плит и боковые стенки корпуса дробилки образуют камеру дробления. Дробящие плиты устанавливают так, чтобы выступы одной располагались против впадин другой (рис. 1.2, в). Привод дробилки состоит из электродвигателя и многорядной клиноременной передачи с массивным шкивом-маховиком 6.
Для обеспечения пуска дробилок, а также пуска дробилок под завалом в последних конструкциях дробилок применен вспомогательный привод (рис. 1.3). Он состоит из электродвигателя меньшей мощности 4, зубчатого редуктора 3 с большим передаточным числом, обгонной муфты 2, соединенной с валом главного электродвигателя. Трогание с места осуществляется вспомогательным приводом. После этого включается главный двигатель, а вспомогательный привод автоматически отключается.
Режим работы дробилки изменяется регулировкой выходной щели с помощью клинового или иной конструкции регулировочного устройства. Выходную щель замеряют между вершиной и впадиной дробящих плит в момент наибольшего удаления подвижной щеки. Ширина разгрузочной щели составляет 40...120 мм для дробилок среднего дробления и 100...250 мм для крупного дробления. При вращении эксцентрикового вала подвижная щека проводится
в качательное, подобно маятнику, движение. За один оборот эксцентрикового вала подвижная щека, приближаясь к неподвижной, совершает рабочий ход (дробление) и холостой ход, при котором продукт дробления выпадает через разгрузочную щель. Для щековых дробилок с простым качанием щеки наиболее характерным видом разрушения материала является раздавливание, раскалывание и излом. Поэтому их применяют для крупного и среднего дробления высокопрочных пород на первичной стадии дробления.
Дробилка со сложным качанием щеки (рис. 1.4) по конструкции проще, чем с простым качанием, и имеет меньшую массу.
В ней отсутствует шатун, а подвижная щека 1 подвешена непосредственно к эксцентриковому валу 2, в результате чего точки подвижной щеки движутся по эллиптическим траекториям с минимальной разностью осей эллипса вверху и максимальной внизу. Дробление материала происходит в результате раздавливания, раскалывания, излома и истирания материала. Дробилки со сложным качанием щеки применяют для среднего и мелкого дробления пород средней крепости (рис. 1.5). Сложное движение подвижной щеки приводит к более интенсивному износу дробящих плит и более частой их замене.
 |
Рис. 1.2. Схемы щековой дробилки с простым качанием щеки:
а – конструктивная схема; б – кинематическая схема; в – схема прохождения
материала через разгрузочную щель; г – схема для определения производительности щековой дробилки
|
| ||||
Рис. 1.3. Схема вспомогательного привода
Недостатками щековых дробилок являются цикличный характер их работы и высокая энергоемкость процесса разрушения. Удельная мощность [кВт/(м3/ч)] при минимальной ширине разгрузочной щели достигает у дробилок с простым качанием 1,2...4,6
и со сложным качанием щеки – 0,9...4,6.
Типоразмер щековой дробилки определяется размером ширины В и длины L загрузочного зева дробилки. Величина В характеризует максимальную крупность кусков, загружаемых в дробилку ( 
= 0,85 В), а величина L определяет в основном ее производительность. Щековые дробилки выпускаются следующих типоразмеров: 400×600; 600×900; 900×1200; 1200×1500; 1500×2100; 2100×2500 мм, производительностью до 800 м3/ч.
Техническая производительность щековых дробилок (м3/ч) определяется по формуле
, (1.2)
где V – объем материала, выпадающий из зева дробилки за один оборот эксцентрикового вала, м3 (рис. 1.2, г), 
;
n – число качаний подвижной щеки в минуту; 
= 0,3...0,7 – коэффициент, учитывающий разрыхление дробимого материала.
Рис. 1.4. Кинематическая схема (а) и конструктивная схема (б) щековой дробилки со сложным качанием щеки
Рис. 1.5. Схемы щековых дробилок:
а – со сложным движением щеки; б – с простым движением щеки
Необходимо, чтобы раздробленный материал за один двойной ход щеки успел высыпаться из разгрузочной щели, т. е. 
, откуда число качаний щеки 
. Так как свободного падения не происходит, то 
, где l – ход подвижной щеки, м; α – угол захвата, он зависит от коэффициента трения материала о щеки и составляет 19...23°; 
– ширина разгрузочной щели, м
(см. рис. 1.2, г.); а – размер при сближенном положении щек, м;
l – длина загрузочного зева дробилки, м.
Порядок выполнения расчета
Чтобы рассчитать основные параметры щековой дробилки, необходимо определить:
– длину камеры дробления, м,
, (1.3)
где K – коэффициент трудности дробления (K = 1…1,5); q – удельная объемная производительность, отнесенная к единице площади разгрузочного отверстия (q = 340 м/ч); d – размер готового щебня, м;
– ширину камеры дробления, м,
, (1.4)
где D – диаметр кусков исходного сырья;
– высоту камеры дробления, м,
; (1.5)
– ход подвижной щеки, м,
; (1.6)
– угловую скорость эксцентрикового вала, рад/с,
, (1.7)
где α – угол захвата (α = 16…20°);
– усилия, действующие на подвижную щеку, Н,
; (1.8)
– мощность привода, Вт,
(1.9)
где η – КПД привода (η = 0,8…0,9).
Контрольные вопросы для защиты лабораторной работы
1. Что называют степенью дробления?
2. Принцип работы щековых дробилок. Схемы дробилок.
3. Основные показатели работы щековых дробилок.
4. Виды щековых дробилок.
Лабораторная работа № 2. Конусные дробилки
Цель работы. Определение производительности и мощности конусной дробилки.
Исходные данные для лабораторной работы № 2
| Последняя цифра шифра зачетной книжки | Максимальный размер куска дробимого материала D, мм | Минимальная ширина разгрузочной щели e, мм |
| 1; 2 | ||
| 3; 4 | ||
| 5; 6 | ||
| 7; 8 | ||
| 9; 10 |
Общие теоретические сведения
Конусные дробилки применяются для всех видов дробления пород высокой и средней прочности и устанавливаются как на стационарных дробильных предприятиях, так и на передвижных дробильно-сортировочных установках. Камера дробления конусных дробилок образуется двумя усеченными коническими поверхностями, одна из которых (внешняя) неподвижная, а другая (внутренняя) подвижная, причем расположена эксцентрично по отношению к неподвижной. Измельчение материала в конусных дробилках происходит при сближении конических поверхностей, а выгрузка готового продукта – при удалении их друг от друга, и эти процессы совершаются непрерывно в разных зонах камеры дробления. Разрушение материала происходит под действием сжимающих, истирающих и изгибающих нагрузок, последние весьма велики из-за круговой поверхности камеры дробления.
Являясь машинами непрерывного действия, конусные дробилки обеспечивают высокую уравновешенность подвижных частей.
К их достоинствам относятся также возможность запуска машин под завалом, высокая степень измельчения материала, надежность в работе и др., что обусловливает их широкое распространение.
В зависимости от назначения и кинематической схемы конусные дробилки бывают крупного (ККД), среднего (КСД) и мелкого (КМД) дробления.
В дробилках для крупного дробления (рис. 2.1, а) образующие дробящих конусов направлены в противоположные стороны, что обеспечивает им высокую степень измельчения. Подвижный конус 2 жестко крепится на валу 3, нижний конец которого вставлен
в эксцентриковую втулку 4. Верхний конец вала конуса 2 шарнирно крепится к траверсе 1. Втулка 4 получает вращение от электродвигателя через коническую передачу.
Рис. 2.1. Кинематические схемы конусных дробилок
В дробилках для среднего и мелкого дробления (рис. 2.1, б) подвижный конус 2 опирается на сферический подпятник 5. Вал 3 подвижного конуса не имеет верхнего крепления, поэтому их называют дробилками с консольным валом. Дробящее пространство КСД и КМД находится между коническими поверхностями, образующие которых направлены в одну сторону, что уменьшает степень измельчения материала, но одновременно создает благоприятные условия для получения оптимальной (кубообразной) формы кусков готового продукта.
Основным параметром ККД является ширина приемного отверстия, а КСД и КМД – диаметр основания подвижного конуса. Отечественные конусные дробилки крупного дробления имеют следующий ряд типоразмеров: 500, 900, 1200 и 1500 мм; среднего
и мелкого дробления – 600, 900 мм.
Конструкция конусных дробилок крупного дробления
Конусная дробилка крупного дробления (рис. 2.2) состоит
из корпуса, неподвижного наружного конуса, подвижного внутреннего конуса с верхним подвесом вала, привода и вспомогательных устройств. Корпус является ограждающим элементом машины, воспринимающим рабочие усилия и обеспечивающим необходимую жесткость конструкции. Нижняя часть корпуса – станина 1, на нее устанавливаются три кольца – нижнее 2, среднее 6 и верхнее 15, которые соединены между собой болтами 16 и 5. К фланцу верхнего кольца прикреплена траверса 8. Внутренние поверхности корпуса футерованы пятью рядами сменных плит из высокомарганцовистой стали, образующими дробящую поверхность неподвижного конуса. Второй (снизу) ряд 4 плит имеет переход наклона образующей конуса, а нижний ряд 3 имеет наклон, близкий к вертикали, что улучшает условия измельчения и выхода материала. Лапы траверсы защищены от износа плитами 9. В средней части траверсы расположен узел подвески вала подвижного конуса, защищенный сверху колпаком 10. На главный вал 17 жестко насажен подвижный конус, футерованный дробящими плитами на цинковой заливке. Верхний конец вала 17 помещен в подвеске, а нижний – свободно вставлен в эксцентриковую втулку 19. Верхний подвес вала включает опорную втулку 13, обойму 12 и гайку 11. Смазка
к подвесу подводится маслопроводом 7.
Рис. 2.2.Схемаконусной дробилки крупного дробления
На рис. 2.3 показана схема узла подвески. В центральной части траверсы под колпаком 1 имеется цилиндрическое гнездо, в котором установлены неподвижная втулка 6 и плоская опорная шайба 5. На опорную шайбу опирается конусная втулка 4. Положение втулки фиксируется обоймой 3 и разрезной гайкой 2. Последней можно регулировать высоту установки подвижного конуса и, следовательно, изменять ширину выходной щели дробилки. При работе дробилки конусная втулка 4 торцом обкатывается по шайбе 5, а конической поверхностью – по втулке 6, а так как вал подвижного конуса обкатывается также и вокруг своей оси, то втулка 4 одновременно проскальзывает по шайбе 5 и втулке 6. Эксцентриковая втулка 19 (см. рис. 2.2) вставлена в стакан эксцентрика 20, расположенный в центре станины. К эксцентриковой втулке прикреплена коническая шестерня 21, находящаяся в зацеплении с конической шестерней приводного вала 22, соединенного через муфту с приводным шкивом 23.
Рис. 2.3. Схема узла подвески подвижного конуса
Эксцентриковый узел является наиболее нагруженным элементом дробилки. Для обеспечения нормальных условий работы наружную и внутреннюю поверхности втулки 19 заливают баббитом или устанавливают баббитовые или биметаллические вкладыши. Смазка трущихся поверхностей узла осуществляется от насосной станции по маслопроводу. Эксцентриковый узел защищает
от попадания пыли (установка под подвижным конусом трех колец 18). Приводной вал устанавливается в разъемном корпусе, который может монтироваться без разборки других узлов машины. Втулка приводного вала и ступица приводного шкива соединены болтами, выполняющими роль предохранительного звена. При попадании
в машину недробимых предметов болты срезаются, предохраняя поломку ответственных деталей машины. Наиболее крупные дробилки ККД оснащены двухдвигательным приводом. При этом один из двигателей предназначен для пуска дробилки под завалом (камера дробления заполнена материалом).