Расчет бетоносмесительной установки башенного типа

Вязкостью обладают лишь вязкие жидкости (битум), а бетонные смеси истинной вязкостью не обладают.

Однако, характер сопротивления, оказываемый этими смесями, позволяет  говорить о "кажущейся" вязкости, под которой понимают коэффициент сопротивления смеси, условно выраженной в единицах абсолютной вязкости и характеризующий внутренние сопротивления сдвигу одних слоев смеси относительно других.

Смесь, полученная в результате перемешивания, должна быть однородной, обладать наибольшей плотностью. При схватывании вяжущего материала смесь превращается в монолит, обладающий физико-механическими свойствами, отличными от исходных материалов.

Для перемешивания различных  материалов находят применения следующие  виды смесителей:

• ножевые;
• фрезерные;
• барабанные;
• лопастные;
• планетарные.

Первые два типа применяются  для перемешивания грунта с различными добавками (в дорожном строительстве). Барабанные, лопастные и планетарные  используются для приготовления  бетонных и растворных смесей.

Барабанные мешалки представляют собой барабан, внутри которого укреплены лопасти для перемешивания. При вращении барабана лопасти захватывают материал, поднимают на определённую высоту, после чего он свободно падает под действием силы тяжести, при падении частицы материала сталкиваются между собой, и происходит их перемешивание. Барабаны могут иметь вертикальную и горизонтальную оси вращения.

Барабаны с вертикальной осью вращения имеют грушевидную  форму с тремя лопастями, расположенными под углом 120⁰. Такие машины опрокидываются после изготовления смеси и тем самым выпускают готовую продукцию.

Барабаны с горизонтальной осью вращения могут иметь форму  цилиндра и комбинацию цилиндра с  усеченным конусом, причем последние  имеют возможность наклонять  барабан. Скорость вращения барабанов 10-12 об/мин. Для бетонных смесей длительность перемешивания в зависимости от емкости составляет 1-3 минуты.

Достоинства таких смесителей простота конструкции, небольшая энергоемкость, возможность перемешивания как  мелких, так и крупных (до 100 мм) частиц материала.

Недостатком является неудовлетворительная однородность смешивания. Бетономешалки  барабанного типа могут быть периодического и непрерывного действия, у которых  поступление перемешиваемого материала  и выход смеси происходит непрерывно.

Лопастные мешалки принудительного перемешивания представляют собой корытообразный корпус, внутри которого со скоростью 60-80 об/мин вращается вал с лопастями, образующие винтовую линию. Одновальные смесители применяются для приготовления растворимых смесей. При вращении  вала винтообразные полости захватывают материал и перемешивают его как по окружности, так и вдоль мешалки, благодаря чему и трению материала о стенки мешалки частицы материала перемешиваются.

У мешалок непрерывного действия одна торцевая (задняя) сторона открыта, через которую происходит непрерывная разгрузка готовой смеси. Смесь приготовляется в период прохождения материала через мешалку, поэтому их длина больше чем у барабанных.

Жесткие бетонные смеси  с водосцеплентном отношении  до 0,3 могут быть перемешаны лишь в бетономешалках принудительного смешивания. Применение жестких смесей позволяет, снизит расход цемента и ускоряет сроки распалубки бетонных изделий.

Приготовление еще более  жестких смесей возможно только в  вибробетоносмесителях. За счет наложения вибрации снижаются силы трения, что ведет к повышению подвижности бетона (как бы повышается их подвижность), снижению энергоемкости, повышению производительности  и способствует получению более однородной смеси, ускоряет процесс выгрузки и уменьшает износ внутренней полости барабана и лопастей.

Для приготовления подвижных  смесей весьма эффективны циклично турбулентные смесители. Они состоят из неподвижного барабана – чаши и быстровращающегося ротора. Загрузка ведется отдельными порциями при вращающемся роторе. Время перемешивания 10-13 с. Максимальная крупность заполнителя 40 мм. Перемешивающиеся лопасти выполнены в форме ковшей.

У мешалок планетарного типа, у которых с внутренней стороны  вертикального цилиндра по окружности укреплен ряд полостей, наклоненных к центру. Материал загружается сверху, а далее самотеком перемешивается под действием собственного веса.

 

4. Цели и задачи курсового проекта

В данном курсовом проекте  требуется определить основные параметры  БСУ на примере бетоносмесительной установки БСУ-30МБ-и с целью получения практических навыков в определении их, а также оценить эксплутационные качества бетоносмесителей и возможность их применения.

Рассчитать рабочие  органы бетоносмесителя с целью  определения оптимальной частоты  вращения приводного вала и основных параметров маховика. Сделать прочностной расчёт смесителя с целью определения максимальных усилий, которые развиваются в нем, как и при нормальной работе, так и при аварийном режиме.

Сделать статический  расчёт на изгиб основных элементов, как балки на двух опорах с целью определения максимальных усилий работающих на сжатие, продольный изгиб и поперечный изгиб, и выявление опасного сечения в элементах смесителя.

 

2. Конструкторский раздел

 

2.1 Область применения бетоносмесителей

Предназначены для приготовления подвижных смесей. Приготавливать малоподвижные и жёсткие смеси этими машинами затруднительно из-за интенсивного налипания смеси на лопасти и внутренние поверхности барабана. ГОСТом предусмотрен выпуск девяти типоразмеров смесителей с объёмом готовой продукции от 65 до 3000 л.

Бетоносмеситель СБ – 27 объёмом замеса 65 л выполнен передвижным на колёсном ходу. Загрузка вручную.

Бетоносмеситель состоит из смесительного  барабана, редуктора, электродвигателя, механизма поворота и фиксации барабана, рамы и ходовой части.

Привод барабана выполнен от электродвигателя через клиноремённую передачу и  цилиндроконический редуктор, на выходном конце вала которого закреплен барабан.

Барабан штампово-сварной конструкции  состоит из конуса, цилиндрического колеса и днища, в которое вварена втулка для вала барабана. Разгрузке производится путём опрокидывания барабана.

Бетоносмеситель С- 30 предназначен для  использования как стационарной установки и имеет скиновый (ковшовый) подъёмник, обеспечивающий подачу дозированных компонентов в барабан. Механизм привода барабана помещён в сварной траверсе. Механизм опрокидывания барабана для выгрузки готовой смеси состоит из штурвала, одноступенчатого редуктора, и фиксатора.

Привод ковша скина  осуществляется от электродвигателя через  самотормозящий червячный редуктор. Предусмотрены два конечных выключателя, отключающих двигатель в крайних  положениях ковша. Счётчик-водомер  контролирует дозировку воды в барабан.

 

2.2 Бетоносмесители принудительного действия

Они обеспечивают высококачественное перемешивание бетонных смесей любой  консистенции, а также строительных растворов. ГОСТом предусмотрен выпуск восьми типоразмеров также от 65 до 3000 л.

До 1000 л применяют роторные, а свыше планетарно-роторные бетономешалки.

У роторных смесителей перемешивание  происходит в чаше, в центре которой  помещён стакан так, что образует кольцевое смесительное пространство. Рабочие поверхности лопастей образуют различные углы с направлением движения ротора, поэтому создают продольные и поперечные потоки смешиваемой массы специальные скребки полностью очищают внутреннюю поверхность смесителя от налипающей смеси.

Бетоносмеситель СБ-164

Лотковый двухвальный  бетоносмеситель СБ-163 (рис. 6.11) с  объемом готового замеса 1000 л (для смесей с крупным заполнителем) и 1200 л (для цементно-песчаной смеси) применяется на заводах сборного и товарного бетона и железобетона. Смеситель состоит из рамы, корпуса, корытообразного сечения, двух лопастных смесительных валов и привода. Корпус составлен из двух шарнирно соединенных корпусов лоткового типа, в которых помещены лопастные валы. Внутренняя поверхность корпусов футерована броневыми листами.

Привод обеспечивает вращение лопастных валов навстречу  друг другу с частотой 35,8 мин^-1 и включает электродвигатель, клиноременную передачу и редуктор. Лопасти на лопастных валах размещены равномерно по винтовой линии таким образом, что лопасти одного вала входят в промежутки между лопастями другого вала. Компоненты смеси поступают в работающий смеситель через загрузочное отверстие, перемешиваются лопастными валами и перемещаются ими к разгрузочному отверстию, которое перекрывается разгрузочным затвором и управляется пневмоцилиндром. При загрузке смесителя затвор закрыт. Техническая характеристика смесителя СБ-163 приведена ниже:

Вместимость по загрузке, л	1500
Объем готового замеса, л:
-по смеси с крупным  заполнителем	1000
- по цементно-песчаной  смеси	1200
Электродвигатель:
мощность, кВт	30
частота вращения, мин-1	735
Частота вращения лопастных валов, мин-1	35,8
Наибольшая крупность  заполнителя, мм	150
Габаритные размеры, мм	3450×2000×1650
Масса, кг	4800

 

3. Расчет основных параметров установки

 

3.1  Выбор и расчёт основных параметров бетоносмесителя

Мощность двигателя расходуется:

На вращении барабана, т.е. на преодоление сил трения;

На подъем перемешиваемого материала.

а)       б)

 

в)       г)

 

 

Введем следующие обозначения (рис. а, б, в, г)

где G₁ – собственный вес барабана, равный весу обечайки, лопастей, двух бандажей и зубчатого венца;

G₂ – вес материала внутри барабана, кг;

d₁ – диаметр опорного ролика, см;

d₂ – диаметр цапфы ролика, см;

R – радиус барабана;

α – угол  наклона  и вертикали радиуса, проходящего  через центр ролика.

Собственный вес барабана:

можно определить:

где D, D' и D" – соответственно средние диаметры обечайки, бандажей и венца, м;

δ – толщина стенки, м;

L – длина барабана, м;

l_л – общая сумма длин лопастей;

a и h – ширина и высота бандажей;

γ – удельный вес материала  обечайки, бандажей и венца, кг/м³;

q – вес 1 погонного метра лопасти, кг.

Вес материала находящегося внутри барабана:

 

где β – коэффициент заполнения смесительного барабана, β=0,25…0,30;

γ – объёмный вес материала,кг/м³.

Сила давления G₁+G₂ приходится на два бандажа. На каждый бандаж составит:

 

 

Вертикальная сила на один ролик:

 

Горизонтальное усилие на один ролик:

 

Сила давления на один ролик, нормальная и его поверхности:

 

При вращении барабана возникают  следующие сопротивления:

W₁ – сопротивление трения, приложенное в точках касания роликов (4x4)

 

k – коэффициент трения качения, k=0,002…0,005;

 W₂ – сопротивление трения скольжения в опорах роликов:

 

 

где F – сила трения, F=Pf;

f – коэффициент трения скольжения, f=0,1;

 W₃ – сопротивление, возникающее при подъёме материала в барабане: