Расчет гравитационных смесителей

   В настоящее время находят ограниченное применение турбулентные (тарельчатые) смесители для приготовления бетонных смесей на пористых заполнителях. При этом приводятся данные о благоприятном воздействии на качество смесей этого процесса, обусловленное избирательным дроблением слабых зерен пористых заполнителей при  больших частотах  вращения  рабочего органа.

   Сравнительные испытания и обследования заводов, приведенные ВНИИжелезобетоном, показали, что конструкционно-теплоизоляционный бетон на пористых заполнителях, приготовленный в турбулентных смесителях, обладает низкой однородностью, имеет плотность, равную или большую, чем такой же бетон, приготовленный по традиционной технологии с применением керамзитового песка. Однородность конструктивного керамзитобетона марок 150—200, приготовленного в турбулентных смесителях, выше, однако расходы цемента не отличаются от средних нормативных для бетонов тех же марок, приготовленных по обычной технологии. Продолжительность смешивания должна составлять 1,5—2 мин.

Технология  приготовления бетонов на пористых заполнителях с применением турбулентных смесителей не получила значительного распространения в связи с конструктивными недостатками турбулентного смесителя (его нельзя использовать в качестве измельчителя-дробилки, требуется коренная переработка конструкции); сложностью эксплуатации, связанной с частой наплавкой или заменой быстроизнашивающихся узлов и деталей, в частности ротора; повышенной энергоемкостью приготовления, обусловленной, во-первых, большой частотой вращения ротора и, во-вторых, увеличенной продолжительностью процесса (вместо рекомендуемых авторами 30 с, необходимо 90—120 с); невозможностью приготовления смесей с удобоукладываемостью ниже 7 см осадки конуса по ГОСТ 6508-81.

ВНИИжелезобетон не рекомендует включать турбулентные смесители в проекты заводов КПД и ЖБИ по выпуску ограждающих конструкций из конструкционно-теплоизоляционного керамзитобетона.

   Опыт эксплуатации лотковых одновальных смесителей (растворосмесителей СМ-290) показал, что на них с успехом можно приготовлять легкобетонные смеси различной плотности за нормируемый отрезок времени.

В зарубежной практике для приготовления  бетонных смесей на пористых заполнителях используются лотковые одновальные и  двухвальные смесители.

Имевшееся ранее представление о том, что в лотковых смесителях из-за заклинивания крупных зерен заполнителей между вращающимися жесткопосаженными лопастями и корпусом нельзя приготовлять смеси с крупностью заполнителей более 40 мм, не верно. По данным фирмы "Arbau" (ФРГ), если в тарельчатых смесителях с объемом готового замеса 250—300 л допускается наибольшая крупность заполнителя 70 мм, 500 л — 80 мм, 750— 1200 л - 85 мм и 1000-1500 л - 100 мм, то в лотковых двух-вальных с объемом готового замеса 1000-1500 л допускается наибольшая крупность заполнителя 120 мм, 2000—3000 л -150 мм и 3500 л - 180 мм.

Для приготовления черных дорожных и цементно-бетонных смесей для строительства дорог  используют только лотковые двухвальные смесители.[2] 
 
 
 

1.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. [1]

1.1.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 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. Пневмокинематическая  схема бетоносмесителя СБ-103: 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, маслораспределитель, запорный вентиль, резинотканевые рукава и трубы. Пневмоцилиндр выполнен с тормозным устройством, позволяющим изменять скорость движения поршня в конце опрокидывания и подъема барабана.[1]

   Технические характеристики бетоносмесителя  СБ-103 представлены в виде таблицы  1. 
 

 
 

Таблица 1. Технические характеристики бетоносмесителя  СБ-103.[1] 
 
 

 
 
 
 
 
 
 

2. Расчётная часть

2.1.Определение  производительности

   Определение производительности бетоносмесителя периодического действия производится по формуле 1:

   (1)

где:   V- паспортная вместимость смесителя, л., по готовому замесу;

  - продолжительность цикла, с., которая слагается из длительности загрузки t₁=30с, перемешивания t₂=90с, разгрузки t₃=30с и возврата смесителя в исходное положение t₄=30с.[3]

2.2.Определение  координат центра  тяжести

2.2.1.Определение координат центра тяжести отдельных частей и всего барабана (без бетонной смеси).

Начало  координат принимается в точке О (рис.2) по оси вращения барабана.

Координаты центров тяжести конусных и цилиндрической частей барабана лежат  на его оси вращения (координата y₁ = 0). Абсцисса общего центра тяжести, м., всего барабана определятся по уравнению статических моментов сил тяжести отдельных его частей:

(2)

Рис 2. Схема к расчёту координат центра тяжести

           барабана двухконусного бетоносмесителя. 
 
 

где: G_1-1, G_1-2, G_1-3- вес, Н., соответственно короткого конуса, цилиндрической части и длинного корпуса барабана. Координаты этих частей:

  ,  ,    (3,4,5)

   Расстояния центров тяжести усечённых  конусов от их оснований:

(6) ,   (7)

   где:  - высота соответствующих частей барабана, м.;

          - радиусы оснований соответствующих усеченных конусов, м..

   Положение центра тяжести цилиндрической части барабана определяется величиной       (8)

   (9)

   Вес всего барабана (без бетонной  смеси), Н.:

  (10) [3]

2.2.2.Определение координат центров тяжести отдельных частей и всей бетонной смеси в барабане.

      Расположение порции смеси для одного замеса (рис. 3) характеризуется размером h, от оси барабана до поверхности смеси. Начало координат принимают в точке О.

      Объем смеси в цилиндрической части барабана характеризуется радиусом R_1-2, центральным углом и толщиной l_1-2 . Угол , град, находится аналитически по формуле 11:

   (11) 

Рис 3. Схема к расчёту координат центра тяжести бетонной смеси

   Площадь сегментной части смеси, м², определяется по формуле 12:

(12)

   Объём смеси цилиндрической части  барабана, м³.:

  (13)

   Координаты центра тяжести смеси  в цилиндрической части барабана  находятся по следующим формулам:

(14)

  (15)

     Объемы и центры тяжести бетонной смеси соответственно в коротком  конусе барабана (V_2-1,x_2-1,y_2-1) находятся графоаналитическим методом. Для этого конусная часть барабана вычерчивается в масштабе (рис. 4) и делится на произвольно взятые одинаковой длины 5 частей, а коническая поверхность полученных элементарных объемов заменяется усредненной цилиндрической.

   Радиусы  элементарных цилиндрических сегментов находятся графически по чертежу (рис. 4):  

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Рис 4.Схема к расчёту координат центра тяжести бетонной смеси в конических частях

 барабана  смесителя.

   Центральные углы соответствующих  цилиндрических сегментов находятся аналитически из соотношения 16:

  (16)

   (17)

   Площадь элементарного цилиндрического сегмента, м².,определяется по формуле 18:

  (18)