5.3. Расчет бетоносмесителей цикличного действия с принудительным перемешивание

Основные конструктивные параметры бетоносмесителей цикличного действия с принудительным перемешиванием.

Основные размеры смесительной чаши (рис.7а):

рабочий объем смеси, м³

V_р= Vз/К_В ,

где V_З - объем готового замеса, м³; К_В - коэффициент выхо­да смеси (табл.2);

внутренний диаметр смесительной чаши, м

;

где hсм - высота слоя смеси в смесительной чаше, м (рис.8);

наружный диаметр внутреннего "стакана"

d_о = 0,33 Dо;

Высота смесительной чаши, м

Hо = (0,3...0,32) Dо;

высота внутреннего "стакана", м

h_ст =(0,56...0,58)d_о;

Диаметр вертикального вала (ротора), м

d_в = (0.104...0,106)V_p^1\3

Дополнительные размеры, необходимые для расчета амортиза­ционного устройства лопасти (рис.7 б):

С₁ = (0,05...0,06) Dо; С₂= (0,135...0,140) Dо;

С₃= (0,21...0,22) Dо.

а)

б) в)

г)

Рис.7. Схемы к расчету лопастных смесителей

Рис.8 Зависимость высоты смеси hсм в смесительной чаше от объема готового замеса Vз (для лопастных смесителей)

Основные кинематические параметры лопастных бетоносмесителей.

Критическая угловая скорость, с^-1 и частота вращения вала, мин ^-1

; ,

где g = 9,81 м/с;

f- коэффициент трения бетонной смеси о лопасть; f = 0,4...0,5 (большие значения f рекомендуется принимать для малоподвижных и жёстких смесей);

Rо - наибольший радиус вращения частиц смеси, м,

Rо = Dо/2.

Номинальная угловая скорость вращения, с^-1

ω_ном = (0,9…0,95)·ωкр;

Номинальная частота вращения, мин^-1

n_ном = (30·ω_ном)/π.

Выбор лопастного аппарата

Лопастной аппарат должен обеспечивать интенсивную циркуля­цию перемешиваемой смеси, что может быть достигнуто изменением радиусов вращения и углов атаки лопастей (угол атаки - угол по­ворота и наклона лопасти относительно нормали проходящей через центр вращения лопастей; положительный угол атаки - смесь отбрасывается к центру вращения, отрицательный - к периферии). Поло­жительные углы атаки лопастей должны чередоваться с отрицатель­ными.

На рис. 9 и 10 приведены 4 схемы лопастных аппаратов роторных смесителей. Выбор схемы рекомендуется осущес­твлять с учётом заданного объёма готового замеса V_3. Выбранная схема должна быть приведена в "Пояснительной записке".

Рис. 9. Схемы лопастных аппаратов тарельчатых смесителей:

1 – объем готового замеса Vз = 165 л (z=4)

2 - объем готового замеса Vз = 1000 л (z=9)

Рис. 10. Схемы лопастных аппаратов тарельчатых смесителей:

3 – объем готового замеса Vз = 375 л (z=7)

4 – объем готового замеса Vз = 500 л (z=8)

Определение размеров лопастей (рис.7 в,г)

Средняя условная скорость вращения лопастей, м/с

vусл = 2/3·ω_ном ·Rср,

где Rср - средний радиус вращения лопастей, м; Rср ≈d_о.

Суммарная активная площадь поверхности лопастей, м

;

где V₃ – в м³;

[λ] – нормальный критерий эффективности ро­торных (тарельчатых) смесителей, определяющий число полных цир­куляций перемешиваемой смеси за единицу времени, с^-1; для та­рельчатых смесителей;

[λ] = 0,5....0,7 с ^-1.

Суммарная активная площадь поверхности перемешивающих (∑S^паi) и очистных (∑S^оаi) лопастей, м²

^{; ,}

где К₃ - коэффициент соотношений активных площадей поверх­ности очистных и перемешивающих лопастей,

К₃= 1,0...О,5 (при К₃ =1,0 площади активных поверхностей очистных и перемеши­вающих лопастей равны);

z, z_n, z_о - соответственно общее число лопастей, число перемешивающих и очистных лопастей (опре­деляются по выбранной схеме лопастного аппарата; обычно z_о =Ι...3).

Натуральная (истинная) площадь поверхности перемешивающей ( S_n ) и очистной ( S_о) лопастей, м²:

; ;

α^п_ср = (α₁^п + α₂^п +… α_i^п)/z_п; α^о_ср = (α₁^о + α₂^о +… α_i^о)/z_о;

где α_i^п и α_i^о - углы атаки (поворота) соответственно перемешиваю­щей и очистной i -той лопасти, град;

β - угол атаки (наклона) лопастей в вертикальной плоскости, град.

Значения α_i^п, α_i^о и β определяются по выбранной схеме лопастного аппарата ( допускается принимать β =0...8°).

Учитывая полное погружение лопастей в перемешиваемую смесь и пренебрегая зазором между нижней кромкой лопасти и днищем смеси­тельной чаши ( δ =Ι...6 мм), можно принять активную высоту i -той лопасти равной высоте слоя смеси: H_аi≈h_см

Натуральная (истинная) высота ί -той лопасти, м

h_п =h_о =H_ai /cosβ,

где h_п и h_о - соответственно высота перемешивающей и очистной i-той лопасти; м ;

H_ai - активная высота i -той лопасти, м.

Натуральная (истинная) ширина перемешивающих (b_п) и очист­ных ( b_о) лопастей, м

b_п =S_п /h_п; b_о =S_о /h_о

Определение радиусов вращения лопастей (рис7, в).

Радиусы вращения лопастей определяются с учетом следующего условия: суммарная площадь проекции вращения лопастей должна быть больше площади перемешивания, т.е. наружный радиус вращения предыдущей (от центра вращения) лопасти должен быть больше внут­реннего радиуса r_вi+1 последующей лопасти:

< (1)

Значения наружного r_нi и внутреннего r_вi радиусов вращения и активная ширина i-той лопасти определяется из следующего ус­ловия, м:

где a_i - величина перекрытия радиусов вращения лопастей, м (наз­начается конструктивно для каждой пары лопастей,

a_i =0,03. ..0,08 м.

Примечание. При определении радиусов вращения крайних лопастей зазорами между внутренней стенкой смесительной чаши и лопастью, а также между стенкой внутреннего стакана и лопастью, можно пре­небречь. Таким образом, наружный радиус вращения наиболее удале­нной от центра вращения лопасти будет равен внутреннему радиусу смесительной чаши, а внутренний радиус наиболее близкий к центру вращения лопасти - равен наружному радиусу внутреннего стакана.

После определения радиусов вращения лопастей проверяется условие (1); при его невыполнении значения r_нi и r_вi до­лжны быть изменены.

Средняя окружная скорость i -той лопасти, м/с

v_оi = ω_ном [(r_нi + r_вi )/2].

Полученные результаты сводятся в таблицу:

№ лопасти (i)	Угол атаки αi, град	Активная ширина лопасти bai , м	Радиус вращения		Средняя окружная скорость vоi , м/с
			Наружный rнi	Внутренний rвi

Усредненная окружная скорость движения лопастей, м/с

v_о.ср = (v_о1 + v_о2 + … v_оi)/z,

где z - общее число лопастей.

Расчет потребляемой мощности.

Суммарный вращающий момент, требуемый для преодоления сопротивления смеси, Нм:

z

М_в = 0,5·q·h_а ∑( r_нi² - r_вi²);

i=1

где q- удельное сопротивление смеси движению лопасти, Пa (рис.11); для проектного расчета рекомендуется принимать наиболь­шие значения q в зависимости от значения v_о.ср); z - число лопастей; r_нi и r_вi соответственно наружный и внутренний радиус вращения лопастей; h_а - активная высота лопастей.

а)

1- раствор; 2 – керамзитобетон; 3 – бетон с известковым заполнителем;

4 – бетон с гранитным заполнителем

б)

1 - В/Ц = 0,2; 2 - В/Ц = 0,3; 3 - В/Ц = 0,4; 4 - В/Ц = 0,7; 5 - В/Ц = 0,8;

Рис. 11. Зависимость удельного сопротивления смеси движению лопасти q от вида смеси и В/Ц отношения (а) и скорости движения лопасти и В/Ц отношения (б)

Мощность, затрачиваемая на перемешивание, Вт:

N₁= М_в·ω_ном

Мощность, затрачиваемая на перемещение смеси (на трение между смесью и внутренней поверхностью смесительной чаши), Вт:

N₂ = π/12 · ρ_см · g·f· hсм·( Dо³ - d_о³)· ωном,

где g =9,81 м/с ; ρ_см, -плотность смеси, кг/м³; h_см -высота смеси в смесительной чаше, м; Dо и d_о - соответственно, диаметры смеси­тельной чаши и внутреннего стакана, м; f - коэффициент трения бетонной смеси о лопасть, f = 0,4...0,5 (большие значения f рекомендуется принимать для малоподвижных и жёстких смесей).

Полная потребляемая мощность, Вт:

Ν=N₁+N₂

5.4. Кинематический расчет привода

Определение общего к.п.д. привода

Общий к.п.д. привода смесителя будет зависеть от выбранной (или приведенной в задании) кинематической схемы смесителя и осо­бенностей его привода: того или иного типа редуктора, наличия от­крытой губчатой или клиноременной передачи наличия зубчатого синх­ронизатора и соединительных муфт

η_пр= η_ред ·η_пер· η_с ·η^х_м ·η^у_подш

где η_ред -к.п.д. редуктора; η_пер -к.п.д. открытой передачи; η_с -к.п.д. синхронизатора; η_м -к.п.д. муфты; η_подш -к.п.д. пары под­шипников (если имеются отдельно установленные подшипники); x -число муфт; y -число отдельно установленных пар подшипников.

Значения к.п.д. стандартных деталей и механизмов приведены в (табл.14).

Таблица 14

КПД некоторых механических передач

Вид передачи (механизма)
Открытая зубчатая цилиндрическая Открытая клиноременная Для двух подшипников качения Компенсирующие муфты (МУВП, МЗ и т.д.) Редуктор цилиндрический одноступенчатый Редуктор цилиндрический двухступенчатый Редуктор планетарный одноступенчатый Редуктор планетарный двухступенчатый Редуктор цилиндро- планетарный двухступенчатый	0,93…0,95 0,94…0,97 0,99…0,995 0,98…0,99 0,96…0,98 0,93…0,97 0,97…0,99 0,93…0,97 0,93…0,97

Выбор электродвигателя (и мотор-редуктора)

В курсовом проектировании для смесителей цикличного действия с гравитационным перемешиванием и периферийным приводом, рекомендуется использовать электродвигатели асинхронные переменного тока (например, серии 4А, АО и т.п.) с синхронной частотой вращения вала двигателя η_с = 1000...1500 мин. Исполнение двигателя (вертикальное или горизонтальное) определяется кинематической схемой проектируемого смесите­ля.

Для смесителей цикличного действия с центральным приводом ре­комендуются мотор-редукторы (обычно вертикального исполнения) с одноступенчатым планетарным или двухступенчатым цилиндро-планетарным (или цилиндрическим) передаточным механизмом.

Требуемая мощность на валу электродвигателя (мотор-редуктора),

N_тр=N/(10³ η_пр)

где N - полная потребляемая мощность, Вт.

Условие выбора электродвигателя:

Условие выбора мотор-редуктора:

-при отсутствии открытой передачи :

-при наличии открытой передачи:

где N_ДВ- мощность электродвигателя, кВт; n_ном - номинальная частота вращения рабочего органа смесителя (вала или барабана), мин^-1; n_т - частота вращения выходного (тихоходного) вала передаточно­го механизма мотор-редуктора, мин^-1 ; n_Б - частота вращения быстро­ходного вала открытой передачи ,мин ; u_пер -передаточное отношение открытой передачи; для зубчатых цилиндрических передач тарель­чатых смесителей u_пер = 3.5...4,5; для клиноременных передач тарельчатых смесителей u_пер =1,2...3.

После выбора электродвигателя (или мотор-редуктора) выписы­вается его техническая характеристике в виде таблицы:

- для электродвигателей: марка, мощность (N_ДВ , кВт), частота вращения вала (n_дв , мин ) и диаметр выходного конца вала ( d_дв, мм);

- для мотор-редуктора: марка, мощность двигателя (N_ДВ, кВт), частота вращения вала двигателя (n_дв , мин^-1 ), частота вращения (n_т , мин^-1) и диаметр выходного конца (d_мр, им) тихоходного вала, передаточное число мотор-редуктора (u_мр).

Выбор передаточного механизма

Выбор типа передаточного механизма (редуктора) и его испол­нения обусловлен кинематической схемой проектируемого смесителя. При проектном расчете рекомендуется использовать следующие се­рийно выпускаемые редукторы: одноступенчатые цилиндрические в планетарные, двухступенчатые цилиндрические и цилиндро-планетарные. Исключение составляют бетоносмесители с гравитационный пе­ремешиванием цикличного действия с периферийным приводом - двух­ступенчатый цилиндрический редуктор является нестандартным и проектируется специально для подобного типа смесителей.

Общее передаточное отношение привода

u_пр = n_дв/ n_ном

где n_дв и n_ном - соответственно, частоты вращения вала двига­теля и рабочего органа (вала или барабана), мин^-1

Для смесителей с устанавливаемым мотор-редуктором

- при наличии открытой передачи уточняется ее фактическое пе­редаточное отношение

u_пер = n_т / n_ном

- при отсутствии открытой передачи уточняется фактическая номи­нальная частота вращения рабочего органа:

n_{ном (факт)} = n_т≤n_кр

где n_кр - критическая частота вращения рабочего органа, мин ^-1.

Для смесителей, с отдельно устанавливаемым электродвигате­лем, расчетное передаточное число редуктора

u_расч= u_пр / u_пер

где u_пер - передаточное отношение открытой передачи (ври ее на­личии): для зубчатых венцов гравитационных бетоносмесителей о периферийным приводом u_пер =7.. .8; для зубчатых цилиндрических передач тарельчатых смесителей u_пер =3,5.. .4,5; для клиноременных передач тарельчатых

u_пер = 1,2...3.

где u_ред - фактическое передаточное число редуктора; Ν_подв - подво­димая мощность к редуктору, кВт (при соответствующих синхронной частоте вращения быстроходного вала и режиме работы редуктора). После выбора редуктора выписывается его техническая характерис­тика в виде таблицы: марка, исполнение, передаточное число (u_ред). режим работы (ПВ), синхронная частота вращения быстроходного ва­ла (n_t , мин^-1), подводимая мощность (Ν_подв, кВт), диаметры выходных концов быстроходного (d_Б , мм) и тихоходного (d_T, мм) валов.

Фактическое передаточное отношение открытой передачи (при ее наличии)

n_{ном (факт)} = u_пр / u_ред

Фактическая номинальная частота вращения рабочего органа, мин^-1 (при отсутствии открытых передач)

n_факт = n_дв/u_ред<n_кр

где u_ред - передаточное число выбранного редуктора; n_кр - крити­ческая частота вращения рабочего органа. мин^-1.

Выбор соединительных муфт

Наличие и количество соединительных муфт определяется ки­нематической схемой привода.

Для соединения валов между собой рекомендуется муфты упру­гие втулочно-кольцевое (МУВП), зубчатые (МЗ) и другие аналогич­ных типов.

Выбор муфт осуществляется по расчетному вращающему моменту (M_{расч i}), передаваемому муфтой, с учетом диаметров соединяемых валов.

М_{расч i} =K_З·М_i

где K_З - коэффициент запаса, K_З = 1,2...1,3; Μ_i - вращающий мо­мент на соединяемых валах, кНм.

где ω_i - угловая скорость соединяемых валов, с^-1; η_i - общий к.п.д. деталей и узлов, расположенных между двигателем и устанав­ливаемой муфтой.

Условие выбора муфт

где М_Hi - номинальный передаваемый вращающий момент выбираемой i-той муфты, кНм; d_i и d_j - диаметры соединяемых валов, мм; d_раст - интервал диаметров расточки под вал у выбираемой муфты, мм.

После выбора соединительных муфт выписывается их техническая ха­рактеристика в виде таблицы: марка, кол-во, номинальный передавае­мый момент (М_Hi, кНм), интервал диаметров расточки под вал (d_раст, мм).

19,680

Рис. 5. Бетоносмесительная установка (БСУ) башенного типа: 1-каркас; 2-поворотная воронка; 3-конвейер; 4-шнек; 5-элеватор; 6-дозатор цемента; 7-дозатор заполнителей; 8-переходный патрубок; 9-расходные бункеры; 10-сборная воронка заполнителей; 11-бетоно-смеситель; 12-раздаточный бункер; 13-дозатор воды

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. ГОСТ 16349. Смесители цикличные для строительных материалов. Технические условия..

2.Бауман В.А., Клушанцев Б.В., Мартынов В.Д. Механическое оборудова­ние предприятий строительных материалов, изделий и конструкций М.: Машиностроение, 1981.

3. Борщевский А.А., Ильин А.С. Механическое оборудование для произ­водства строительных материалов.- М.: Высшая школа, 1987.

4. Дроздов Н.Е., Журавлев М.И. Механическое оборудование заводов ЖБИ.- М.: Стройиздат, 1975.

5. Сергеев В.П. Строительные машины и оборудование.- М.: Высшая школа, 1987.

6. Строительные машины: Справочник. В 2-х томах. Том I: Машины

для строительства промышленных, гражданских сооружений и до­рог /А.В.Раннев и др.; под общ. ред. Э.Н.Кузина.- М.: Маши­ностроение, 1991.

7. Воронцов-Вельяминов Н.П., Шагинов Д.Л., Петров Н.М. Строительные машины. Альбом чертежей.- М.: Госстройиздат, I960.

8. Механическое оборудование предприятий строительных материалов Атлас конструкций. Под ред. М.Сапожникова.- М.: Машиноотроение, 1978.

9. Сапожников М.Я. Машины промышленности строительных материалов. Атлас конструкций,- М.: Машиностроение, 1961.

10. Волынец Н.П. и др. Справочник инженера-технолога предприятия сборного железобетона.- Киев: Будивельник, 1983.

11. Гогия К.К. Формование железобетонных изделий.- М.: Стройиздат, 1989.

12. Константопуло Г.С. Механическое оборудование заводов железобе­тонных изделий и теплоизоляционных материалов.- М.: Высшая школа, 1988.

13. Королев К.М. Механизация приготовления и укладки бетонной смеси.- М.: Стройиздат, 1986.

14. Михайлов К.В., Фоломеев А.А. Справочник по производству сбор­ных железобетонных изделий.- М.: Стройиздат, 1982.

15. Производство сборных железобетонных изделий. Справочник. Под ред. К.В.Михайлова и К.М.Королева.- М.: Стройиздат, 1989.

16. Анфимов М.И. Редукторы. Конструкция и расчет.- М.: Машиностро­ение, 1972; 1993-

17. Вайнсон А.А. Транспортирующие машины. Атлас конструкций.- М.: Машиностроение, 1976.

18. Гузенков П.Г. Детали машин.- М.: Высшая школа, 1986.

19. Кузьмин А.В. и др. Расчет деталей машин. Справочное пособие Минск: Высшая школа, 1986.

20. Привода машин. Справочник. Под ред. В.В. Длоугого.- М.: Машино­строение, 1982.

21. Проектирование механических передач/ С. А. Чертовский; Г. А. Снесарвёв, Б. С. Козинцев и др. -М.: Машиностроение, 1984.

22. Добронравов С.С., Дронов В.Г. Строительные машины и основы автоматизации.–М.: Высш. шк., 2001.–575 с.