Определение производительности цикличных бетоносмесителей

Техническая производительность цикличных бетоносмесителей определяется по формуле:

,

где – объем готового замеса в л; ;

– вместимость барабана по загрузке сухих компонентов, л;

– коэффициент выхода бетонной смеси, 0,65...0,70;

– продолжительность одного рабочего цикла, с.

, c

где – продолжительность загрузки барабана, принимается при ручной загрузке = 40…50 с, при загрузке скиповым подъемником = 15…25 с, при загрузке из грузоподъемных ковшей дозатора = 10…15 с;

– продолжительность перемешивания (табл. 8.1);

– продолжительность выгрузки готовой бетонной смеси, для бетоносмесителей с опрокидным и грушевидным барабаном и с двухконусным наклоняющимся барабаном = 10…20 с причем большие значения принимаются для бетоносмесителей с большей вместимостью барабана;

– продолжительность поворота барабана в положение загрузки составляющих смеси, принимается = 3…5 с.

Основными способами транспортирования бетонных смесей и строительных растворов являются перевозка их автотранспортом от места приготовления к строительным площадкам, перекачивание по трубопроводам, подача на место укладки в бадьях или других емкостях с помощью кранов.

Определенные требования к конструкции бетонотранспортных средств накладывают такие свойства бетонных смесей и растворов, как схватывание в течение ограниченного времени, расслаивание при перевозках без побуждения, испарение затворителей, подверженность воздействию атмосферных осадков, отрицательных и повышенных температур и т. п. С учетом этих требований, а также неизбежных потерь при транспортировании, сопровождающихся загрязнением окружающей среды, неспециализированные транспортные средства – самосвалы, бадьи, бункера и т. п. – повсеместно вытесняются специализированными бетонотранспортными машинами-автобетоносмесителями, автобетоновозами, растворовозами, бетононасосами, растворонасосами, установками для набрызга бетонной смеси.

Наибольшая экономическая эффективность использования бетонотранспортной техники достигается при сосредоточении ее в едином бетоноукладочном комплексе в составе бетононасоса (растворонасоса) и нескольких автотранспортных средств (3 – 10 автобетоносмесителей), число которых рассчитывают исходя из условия непрерывного подвоза бетонной смеси и в зависимости от расстояния между бетонным заводом и строительной площадкой. С усовершенствованием организации бетонных работ в состав комплекса могут быть также включены бетоносмесительные установки, а персонал комплекса дополнен бригадой бетонщиков.

Автобетоносмесители предназначены для доставки отдозированных компонентов бетонной смеси, приготовления ее в пути следования или по прибытии на строительный объект, а также доставки готовой смеси потребителю.

Автобетоносмесители представляют собой гравитационные смесители грушевидной формы, установленные на шасси автомобиля (табл. 8.2). В качестве приводного двигателя используется двигатель шасси либо автономный дизель-мотор. Смесительный барабан приводится во вращение либо через механическую передачу, включающую редуктор, цепь и зубчатый венец, закрепленный на барабане, либо через гидромеханическую передачу, включающую гидронасос, гидромотор, и планетарный редуктор.

Смесительные барабаны имеют внутри винтовые лопасти, обеспечивающие перемешивание бетонной смеси при вращении барабана в одну сторону и разгрузку – при вращении в обратном направлении.

Автобетоносмесители снабжены лоточными загрузочно-разгрузочными устройствами, баками для воды затворения и промывки, аппаратурой для подачи воды под давлением и ее дозирования.

Для обеспечения эксплуатации, в зимний период водяной бак, водяные трубы и другую водяную арматуру утепляют.

Таблица 8.2

Техническая характеристика автобетоносмесителей

Показатели	СБ-159А	АБС-5	АБС-6	СБ-92В-1
Базовое шасси	КамАЗ-5511		КрАЗ-250	КамАЗ-5511
Привод смесительного барабана	Гидромеханический от дизеля шасси			Механический от автономного дизеля
Максимальный объем перевозимой бетонной смеси, м3, в зависимости от плотности , т/м3: 1,8 2,2	5,0 4,0	5,0 4,1	6,0 5,0	5,0 4,0
Продолжение таблицы 8.2
Время перемешивания, мин	15…20
Частота вращения смесительного барабана, мин-1	0…20	0…18	0…12	6…14
Темп выгрузки, м3/мин, при подвижности бетонной смеси: 2…5 см 7…8 см	1 2
Наибольшая скорость автобетосмесителя при полной загрузке на горизонтальном участке дороги с твердым покрытием, км/ч	60
Габаритные размеры автобетоносмесителя, мм, не более: длина ширина высота	8000 2500 3500	7350 2500 3420	9540 2500 3640	7350 2500 3460
Масса автобетоносмесителя, т, не более: снаряженного (порожнего) загруженного	9,75 19,15	9,85 19,425	12,75 24	10,15 19,15

Общий вид автобетоносмесителя показан на рисунке 8.3. Рама 8 технологического оборудования прикреплена и раме шасси 1 автомобиля КамАЗ-5511 с помощью болтов и кронштейнов и представляет собой сварной узел, состоящий из продольной рамы, задней стойки и передней стойки, которая является опорой для редуктора, и бака для воды. На задней стойке установлена роликовая опора барабана из двух роликов 4.

Рис. 8.3. Общий вид автобетоносмесителя:

1 – шасси автомобиля; 2 – водяной бак; 3 – смесительный барабан; 4 – ролик;

5 – загрузочно-разгрузочное устройство; 6 – гидромотор; 7 – гидронасос;

8 – рама; 9 – карданный вал

Смесительный барабан 3 выполнен в виде двух усеченных конусов, повернутых друг к другу основаниями и соединенных цилиндрической вставкой. Ось барабана имеет наклон 15°. Лопасти смесительного барабана винтовые двухзаходные. В переднем конусе барабана имеются два смотровых люка, через которые можно осуществлять аварийную разгрузку. Передней частью смесительный барабан прикреплен к редуктору; бандажом, установленным на заднем конусе, барабан опирается на роликовую опору.

Загрузочно-разгрузочное устройство 5 состоит из приемного бункера и системы лотков, которые могут поворачиваться относительно друг друга и изменять наклон, обеспечивая выгрузку бетонной смеси в нужном направлении.

Водяной бак 2 выпускается в двух модификациях (вместимостью 400 и 800 л), снабжен указателем уровня и водомером. Наполнение бака производится по рукаву. Дозируемая вода подается сжатым воздухом в смесительный барабан через разбрызгиватель; расход воды контролируется по указателю уровня и водомеру. Вода для промывки подается в обход водомера. Для подогрева воды в бак помещен теплообменник гидросистемы.

Для подачи воды используется избыточный сжатый воздух тормозной системы шасси, который через систему вентилей и предохранительный клапан, настроенный на 0,4 МПа, поступает в водяной бак и выдавливает из него воду.

Привод смесительного барабана осуществляется следующим образом. Крутящий момент от двигателя шасси передается через коробку отбора мощности и карданный вал 9 главному гидронасосу 7. От гидронасоса рабочая жидкость поступает в реверсивный гидромотор 6. Рабочее давление в системе составляет 16...20 МПа. Гидромотор соединен с трехступенчатым планетарным редуктором, выходной вал которого вращает смесительный барабан.

Гидросистема автобетоносмесителя включает также подпиточный насос, восполняющий утечки в системе главного гидронасоса и гидромотора, систему клапанов, рукавов высокого давления, бак и теплообменник.

Изменение подачи и направления потока масла (реверсирования подачи насоса) осуществляется изменением угла наклона поворотного корпуса главного насоса, выполненного по аксиально-поршневой схеме. При изменении угла от нуля до максимума в ту или иную сторону гидромотор вращает смесительный барабан по часовой стрелке или против нее.

Процессом загрузки и выгрузки управляют с выносного пульта 6, расположенного на задней стойке рамы; процессом побуждения в пути следования можно управлять из кабины водителя.

На рисунке 8.4 представлена кинематическая схема автобетоносмесителя. Объем перевозимой бетонной смеси и геометрическая вместимость смесительного барабана автобетоносмесителей связаны зависимостью

,

где – коэффициент загрузки.

Рис. 8.4. Кинематическая схема автобетоносмесителя:

1 – насос; 2 –клиноременная передача; 3 – двигатель;

4 – карданный вал; 5 – редуктор; 6 – цепная передача;

7 – центральная цапфа; 8 – ведомая звездочка; 9 – барабан;

10 – гладкий бандаж; 11 – две спиральные лопасти; 12 – опорные ролики

При перевозке готовых бетонных смесей принимают . Нижнее значение соответствует условиям транспортирования сухих компонентов с последующим приготовлением бетонной смеси в автобетоносмесителе. Верхнее значение соответствует условиям перевозки готовой бетонной смеси.

Мощность привода смесительного барабана рассчитывают по формуле

где – момент на валу смесительного барабана, соответствующий режиму загрузки и перемешивания, определяется экспериментально (для автобетоносмесителей с объемом перевозимой смеси 5 м³ );

– частота вращения смесительного барабана в режиме загрузки и перемешивания;

– КПД механической передачи;

– КПД гидравлической передачи.

Бетононасосы (табл. 8.3) предназначены для перекачивания по трубам (бетоноводам) бетонных смесей, принимаемых из автотранспортных средств, и подачи смесей к месту укладки. Их применяют во всех областях гражданского, промышленного и сельского строительства Дополнительные возможности создает использование бетононасосов в комплекте с автономными бетонораспределительными стрелами-манипуляторами.

Использование бетононасосов требует высокой степени организации работ на строительной площадке; экономическая эффективность применения бетононасосов резко возрастает с увеличением объемов сменной выработки. Это определяется как факторами, общими для всех строительных машин, так и необходимостью выполнения специфических трудоемких вспомогательных работ – подачи пускового раствора для смазывания бетоноводов, промывки и очистки рабочих органов и бетоноводов при перерывах в работе, а также перекладывания и фиксации стационарных бетоноводов.

Бетононасосы классифицируются по принципу действия, способу передвижения и установки, типу приводного двигателя.

По принципу действия конструкции серийно выпускаемых бетононасосов разделяются на поршневые и роторно-шланговые (перистальтические).

По способу передвижения и установки различают автобетононасосы на базе автомобильных шасси (рис. 8.5), прицепные на колесном ходу и стационарные на рамах.

Источником энергии в автобетононасосах является дизель шасси или автономный дизель. Прицепные и стационарные бетононасосы могут быть оборудованы как дизелями, так и электродвигателями.

Таблица 8.3

Техническая характеристика бетононасосов

Показатели	СБ-126Б	СБ- 126Б-1	БН- 80-20М	СБ-161
Тип	Автобетононасос			Стационарный
Базовое шасси	КамАЗ-53213		КрАЗ-250	–
Производительность максимальная, м3/ч	65			60
Давление (максимальное) на бетонную смесь, МПа	6
Подвижность перекачиваемой бетонной смеси (осадка конуса), см	6…12		4…12	6…12
Наибольшая крупность заполнителя, мм	50		40	40
Высота подачи бетонной смеси стрелой (максимальная), м	21		20	–
Вылет стрелы, м	18		17	–
Объем приемной воронки, м3	0,6		0,4	0,6
Высота загрузки, мм	1400
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота	10000 2500 3800		9887 2500 3700	5500 1850 1500
Масса конструктивная, кг	17000	19100	19750	5400
Рабочая температура окружающего воздуха, оС	+40…-5	+40…-40	+40…-30	+40…-5

В бетононасосах всех типов можно выделить следующие основные узлы, смонтированные на общей раме (рис. 8.5): загрузочную воронку 6, привод, качающий узел 4, нагнетательный бетоновод 7, вспомогательные механизмы. Автобетононасосы, как правило, снабжены также бетонораспределительной стрелой-манипулятором 2. Привод всех современных бетононасосов является гидравлическим с большим разнообразием принципиальных схем.

Рис. 8.5. Автобетононасос:

1, 5 – выдвижная опора; 2 – бетонораспределительная стрела-манипулятор;

3 – водяной бак; 4 – качающий узел; 6 – загрузочная воронка;

7 – нагнетательный бетоновод

Качающий узел поршневого бетононасоса состоит из цилиндропоршневой группы 5 и бетонораспределителя 3, поочередно направляющего нагнетаемую бетонную смесь в бетоновод 2 (рис. 8.6, а), при этом процесс нагнетания имеет циклический характер.

Рис. 8.6, а. Качающий узел поршневого бетононасоса:

1 – загрузочная воронка; 2 – бетоновод; 3 – бетонораспределитель;

4 –гидроцилиндр перемещения; 5 – бетонотранспортный цилиндр;

6 – промывочная воронка; 7 – главный цилиндр гидропривода

Качающий узел роторно-шланговых бетононасосов (рис. 8.6, б) выполнен в виде ротора, несущего 2-3 прижимных ролика и вращающегося внутри барабана, при этом ролики обкатываются по шлангу, уложенному по внутренней поверхности барабана, и выдавливают бетонную смесь из шланга в бетоновод. Благодаря образующемуся в шланге разрежению в него всасываются новые порции бетонной смеси из приемной воронки. Таким образом, процессы всасывания и нагнетания осуществляются практически непрерывно.

Рис. 8.6, б. Качающий узел роторно-шлангового бетононасоса

Поршневые бетононасосы развивают давление на бетонную смесь 6 МПа и более, но при этом отличаются сложностью гидросхем привода. Роторные бетононасосы развивают давление не более 3 МПа, но благодаря простоте конструкции отличаются большей надежностью и простотой обслуживания.

Бетоноводы бетононасосов собирают из отрезков труб с внутренним диаметром 100–125 мм, соединяемых между собой быстросъемными замками с резиновыми манжетными уплотнениями. Назначение бетоноводов – подача бетонной смеси от качающего узла к месту укладки. В автобетононасосах бетоноводы прикрепляют к раме и бетонораспределительной стреле-манипулятору.

Стационарные и прицепные бетононасосы нагнетают бетонную смесь в бетоноводы, проложенные по строительной площадке и ее сооружениям.

Бетонораспределительные стрелы автобетононасосов состоят из трех и более шарнирно-сочлененных секций, раскладывающихся с помощью гидроцилиндров.

Вспомогательные механизмы компрессор и водяной насос – обеспечивают промывку и очистку рабочих органов бетононасоса после работы. Бетоновод очищается шарами из губчатой резины, продавливаемыми под давлением, создаваемым компрессором, Прочие узлы технологического оборудования отмываются от бетонной смеси струей из шланга, присоединенного к водяному насосу.

Автобетононасосы, предназначенные для работы при отрицательных температурах, оборудованы кабинами операторов и снабжены системами обогрева технологического оборудования.

Автобетононасос СБ-126Б имеет качающий узел, состоящий из цилиндропоршневой группы и бетонораспределителя (рис. 8.6).

В цилиндропоршневую группу входят два бетонотранспортных цилиндра 5 диаметром по 180 мм, поршни которых приводятся в движение штоками главных цилиндров 7 гидропривода диаметром по 100 мм. Между цилиндрами гидропривода и бетонотранспортными цилиндрами расположена промывочная воронка 6, в которую перед работой бетононасоса заливается вода с целью смазывания рабочих поверхностей бетонотранспортных цилиндров и их обрезиненных поршней.

Поршни бетонотранспортных цилиндров работают в противофазном режиме: когда один из них обеспечивает всасывание бетонной смеси, другой синхронно осуществляет такт нагнетания, после завершения, которого этот поршень, в свою очередь, становится всасывающим, а первый нагнетающим и т. д. Выходные отверстия нагнетающих цилиндров попеременно соединяются с бетоноводом 2 с помощью поворотного бетонораспределителя 3, помещенного в загрузочную воронку 1 и выполненного в виде трубчатого тройника. Перемещения бетонораспределителя осуществляются с помощью двух плунжерных гидроцилиндров 4.

Согласованная работа всех гидроцилиндров в автоматическом режиме обеспечивается принципиальной гидросхемой (открытого типа), включающей три насоса и ряд гидрораспределителей с гидравлическим управлением. Привод всех насосов осуществляется от дизеля шасси КамАЗ-53213 через коробку отбора мощности.

Бетонораспределительная стрела 2 (рис. 8.5) с вылетом 18 м состоит из трех секций коробчатого сечения; первая (корневая) секция поднимается спаренными гидроцилиндрами диаметром 100 мм, вторая – цилиндром диаметром 125 мм и третья – цилиндром диаметром также 100 мм.

Корневая секция стрелы шарнирно закреплена на стойке, установленной на поворотном круге. Поворот стрелы на 360о осуществляется гидромотором через зубчатое зацепление, венец которого входит в конструкцию поворотного круга.

Бетоновод 7, проложенный вдоль всех секций стрелы, заканчивается резинотканевым шлангом длиной 5 м. В местах шарнирного соединения секций стрелы секции бетоновода также имеют поворотные уплотненные соединения.

В рабочем положении автобетононасос устанавливают на выдвижные опоры 1 и 5.

Вспомогательные механизмы – компрессор и водяной насос имеют гидравлический привод, каждый из них развивает давление до 0,7 МПа. Вода в водяной насос поступает из бака 3 вместимостью 400 л.

Управление работой качающего узла 4 и бетонораспределительной стрелы 2 осуществляется с помощью выносного пульта, снабженного кабелем длиной 18 м. Вспомогательные механизмы и выдвижные опоры управляются со стационарного пульта.

Основными показателями технической характеристики бетононасоса являются производительность и давление на бетонную смесь . Произведение этих величин дает в общем виде формулу затрачиваемой мощности

,

где – механический КПД привода;

– КПД гидропривода.

Как видно из выражения, при ограниченной мощности приводного гидронасоса максимальные значения и не могут быть достигнуты одновременно.

Различают теоретическое и техническое значения производительности.

Теоретическая производительность (м³/ч)

где – диаметр бетонотранспортного цилиндра, м;

– ход бетонотранспортного поршня, м;

– суммарное число ходов бетонотранспортных поршней в минуту. Техническая производительность

,

где – объемный КПД бетонотранспортного цилиндра.

Значения , характеризующие заполнение бетонотранспортного цилиндра при всасывании, обусловлены реологическими свойствами бетонных смесей. Для наиболее распространенных марок .

Давление на бетонную смесь , развиваемое бетонотранспортным поршнем, определяется по формуле

,

где – давление в гидросистеме, максимальное значение которого задается настройкой предохранительного клапана;

– диаметр главного гидроцилиндра;

– потери в гидросистеме, составляющие около .