Расчет гравитационного бетоносмесителя периодического действия

    Введение. 

    Получение бетона и раствора, заданных марок  и свойств, отвечающих соответствующим требованиям, обеспечивается совокупностью многих факторов, из которых первостепенное значение имеют качество исходных компонентов и эффективность работы смесительного оборудования. Для приготовления бетонов и растворов применяются смесители различной конструкции.

    Смесители классифицируются по следующим признакам:

    1) по технологическому назначению — для приготовления бетонов разных видов (тяжелого, ячеистого, силикатного, керамзитобетона, полимербетона и т. п.), для приготовления строительных растворов;

    2) по характеру работы — цикличные и непрерывного действия;

    3)по способу смешения — гравитационные (барабанные) и принудительного действия (лопастные);

    4) по конструкции рабочих органов—   с цилиндрическим и грушевидным барабаном, с двухконусным барабаном, с вертикально расположенными смесительными валами (тарельчатого типа) и с горизонтально расположенными смесительными валами (лоткового типа);

    5)по способу перебазирования— передвижные и стационарные. 

    В смесителях цикличного действия исходные материалы смешиваются отдельными порциями. Такой способ приготовления позволяет регулировать продолжительность смешения в зависимости от состава смеси и вместимости смесителя, т. е. приготовлять смеси различных марок.

    В смесителях непрерывного действия исходные компоненты загружаются, смешиваются и разгружаются непрерывно. Их используют при массовом производстве одномарочных смесей, как правило, в установках или линиях непрерывного действия. 

    Наибольшее  распространение получили цикличные  смесители гравитационные с грушевидным  барабаном, принудительного действия с вертикально расположенными смесительными валами (роторные и турбулентные) и других конструкций. Основными параметрами цикличных смесителей являются объем готового замеса и вместимость смесителя по загрузке. Смесители непрерывного действия характеризуются производительностью, зависящей от конструкции и режима работы смесителя и характеристик составляющих компонентов смеси.

    Гравитационные  бетоносмесители. 

    В гравитационных смесителях исходные компоненты смеси поднимаются во вращающемся барабане, на внутренней поверхности которого жестко закреплены лопасти, и затем под действием силы тяжести падают вниз. Процесс повторяется несколько раз, благодаря чему получается смесь, однородная по составу. Загрузка исходных компонентов смеси производится через загрузочное отверстие в барабане, а разгрузка или через разгрузочное отверстие, или путем опрокидывания барабана.

    К преимуществам гравитационных смесителей относятся простота конструкции и кинематической схемы, возможность работы на смесях с наибольшей крупностью заполнителей (до 120 ... 150 мм), незначительное изнашивание рабочих органов, малая энергоемкость, простота в обслуживании и эксплуатации и низкая себестоимость приготовления смеси. Оптимальное время смешения в таких смесителях составляет 60 ... 90 с, а полный цикл, включая загрузку, смешение, выгрузку и возврат барабана в исходное положение, — 90 … 150 с.

    Бетоносмеситель СБ-103 входит в комплект оборудования бетонных заводов и установок и бетоносмесительных цехов заводов железобетонных изделий. Бетоносмеситель состоит из рамы, опорных стоек, смесительного барабана, траверсы, привода вращения

3

барабана и пневмоцилиндра для опрокидывания барабана.

    Смесительный  барабан  представляет собой металлическую емкость в виде двух конусов; соединенных цилиндрической обечайкой, внутренняя поверхность которой снабжена футеровкой из сменных листов из износостойкой стали. В барабане на кронштейнах закреплены три передние и три задние лопасти. К цилиндрической обечайке барабана с внешней стороны на прокладках приварен зубчатый венец и к торцу переднего конуса — фланец.

    Траверса  представляет собой сварную конструкцию коробчатого сечения, выполненную в виде полукольца с цапфами на концах. Цапфы с подшипниками закреплены на стойках и служат для поворота смесительного барабана. На траверсе смонтированы опорные и поддерживающие ролики, обеспечивающие вращение и удержание барабана при разгрузке. На наружной стенке левой стойки   установлен пневмопривод. На правой стойке находится    выводная коробка  и два конечных выключателя крайних положений барабана. Опорный    ролик, вращающийся в подшипниках, установлен на эксцентриковой оси, позволяющей   регулировать положение роликов для нормального зацепления шестерни и зубчатого венца при монтаже и   изнашивании роликов.   Оси   установлены на двух опорах и крепятся к стойке траверсы болтами. Поддерживающие ролики также смонтированы в подшипниках на эксцентриковых осях, позволяющих регулировать зазор между коническими поверхностями зубчатого венца и ролика. Для смещения ролика в осевом направлении предусмотрены регулировочные шайбы.

    Двухступенчатый редуктор закреплен на вертикальной стенке траверсы. Движение от электродвигателя через муфту и редуктор передается шестерне и зубчатому венцу барабана. Пневмопривод служит для опрокидывания барабана при разгрузке готовой смеси, возврата и фиксации его в рабочем положении и заключает в себя пневмоцилиндр, воздухораспределитель, масло распределитель, запорный вентиль, резинотканевые рукава и трубы. Пневмоцилиндр выполнен с тормозным устройством, позволяющим изменять скорость движения поршня в конце опрокидывания и подъема барабана. 
 

    Техническая характеристика проектируемого бетоносмесителя:

    обьём готового замеса V_г = 0,2 м³;

    число замесов в час z_с = 30 ч^-1;

    вместимость смесителя по нагрузке V_з = 0,3 м³;

    производительность  смесителя П =4,2 м³/ч  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    4

    Номер варианта – 0

    Номер задания – 2

    Исходные  данные для проектирования:

обьём готового замеса V_г = 0,2 м³;

плотность бетонной смеси ρ = 2000 кг/м³;

число замесов  в час z_с = 30 ч^-1;

коэффициент использования  рабочего времени k_н = 0,7 

    Расчет.

    1. Вместимость смесителя по нагрузке:

    

м³,

    здесь k_в – коэффициент выхода смеси, для бетона k_в = 0,65 ÷ 0,7. Для нашего случая принимаем k_в = 0,67.

    2. Внутренний диаметр цилиндрической части барабана: 

    D = (1,65 ÷ 1,75)

м. 

    3. Оптимальная частота вращения  барабана: 

    

 об/с ≈ 20,2 об/мин.

где:

R – радиус внутренней части барабана, м.

    Угловая скорость барабана:

    ω_б = 2π ·n_б = 2 · 3,14 · 0,336 = 2,11

.

    4. Сила тяжести бетонной смеси: 

    G_см = V_г · ρ · g = 0,2 · 2000 · 9,81 = 3924 Н;

где:

ρ = 2000 кг/м³ - плотность бетонной смеси;

g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения. 

    5. Мощность двигателя привода смесителя.

        а) мощность на перемешивание  бетонной смеси: 

    

 кВт. 

       б) мощность на перекатывание  барабана по роликам: 

    

;

    где:

G_б – приблизительный вес барабана, G_б = (15 ÷ 16) · V_з = 15,5 · 0,298 = 4,62 кН;

β – угол установки опорных роликов, β = 30°;

k – коэффициент трения-качения бандажа барабана (0,0008 ÷ 0,001), принимаем k = 0,0009;

5

f – коэффициент трения в опоре ролика (0,01 ÷ 0,015), принимаем f  = 0,012;

R_б – радиус бандажа барабана, R_б = (1,05 ÷ 1,1) · R = 1,07 · 0,57 = 0,61;

D_р – диаметр опорного ролика, D_р = (0,15 ÷ 0,20) · D_б = 0,17 · 2 · R_б = 0,17 · 2 · 0,61 = 0,21 м;

d_ц – диаметр цапфы ролика, м;

ω_б – угловая скорость барабана. 

    

 кВт.

      

       в) расчетная мощность электродвигателя: 

    

;

    где:

    η – КПД привода смесительного барабана. Найдем как произведение КПД всех ступеней передачи:

    

;

    здесь:

    η_м – КПД муфты, η_м = 0,98;

    η_п – КПД пары подшипников качения, η_п = 0,99;

    η_зз – КПД пары зубчатых колес закрытой передачи (0,96 ÷ 0,98), η_зз = 0,97;

    η_г – КПД гидравлических потерь на смазку одной пары зубчатых колес, η_г = 0,99;

    η_зо – КПД открытой зубчатой пары (0,93 ÷ 0,95), η_п = 0,94. 

    

 кВт; 

      г) Также вычислим КПД для всех зубчатых колес передачи, начиная с первого и заканчивая пятым (КПД для шестого колеса равен КПД всего привода). Вычисления нужны для подсчета мощностей и крутящих моментов на всех колесах зубчатой передачи. Заметим, что две пары колес (2-е и 3-е, а также 4-е и 5-е) попарно сидят на одних валах, поэтому можно принять, что КПД, мощности, а также скорости вращения для каждой пары этих колес одинаковы. 

    Таблица 1.

    КПД колес привода. 

 
 

    6

    6. Подбор электродвигателя.

    Электродвигатель  подбирают по расчетной мощности N_Д и частоте вращения n с допускаемой перегрузкой по мощности не более 5 %. Для машин, работающих при незначительно меняющейся нагрузке (отношение максимальной нагрузки к средней 1,1 - 1,3), с числом включений 20 ÷ 30 в час рекомендуются трехфазные асинхронные короткозамкнутые двигатели переменного тока единой серии 4А общего назначения закрытые обдуваемые. К таким машинам относится гравитационный бетоносмеситель.