Расчет бетоносмесительной установки башенного типа

 

b – плечо силы веса материала, момент этой силы G₂·b будет препятствовать вращению барабана, стремясь повернуть его по часовой стрелке (из рис. б):

OC₁=OC=X_c – расстояние от центра тяжести сегмента материала:

 

 

 

где β – угол в радианах, то:

 

 

Принимаем:

 

 

тогда:

 

 

Общая мощность двигателя

 

где V – окружная скорость барабана;

η – КПД трансмиссии.

 

Сопротивления W₁ и W₂ обычно незначительны. Заменим их коэффициентом 1,05…1,1.

Для определения мощности N₃, расходуемой на подъём материала определим по формуле Кушеля:

 

где γ – объёмный вес, м/м³;

l – лопасти, м;

n – число оборотов барабана;

m – число полостей;

r – радиус барабана, м.

Суммарная мощность будет:

 

Принимаем стандартный  двигатель с мощностью 30000Вт – 30 кВт.

 

3.2     Расчет производительности бетоносмесителя

Теоретическая производительность мешалки цикличного действия:

где n – число замесов в час;

G – масса одного замеса, т.

Число замесов можно  найти:

 

где t_з, t_пер, t_в соответственно продолжительность загрузки, перемешивания и выгрузки.

Продолжительность загрузки выгрузки материала зависит от конструкции  машины, а время перемешивания  от вида смеси. Время на 1 замес можно брать из таблицы № 1.

Таблица № 1.

Ёмкость барабана, л.	250	425	1200	2400
Время (tз+tпер+tв), с.	100	100	145	130

Формула производительности действительна и для других видов  смесителей.

Производительность мешалки  непрерывного действия можно найти  по формуле:

 

где G – весовая ёмкость мешалки, кг;

t – время замеса, t=2…2,5 мин.

Между объёмом готового замеса и производительной скоростью  имеется зависимость:

V_з=k_в·V_б=0,86 м³

где k_в – коэффициент выхода для бетона k_в=0,65…0,70, для раствора k_в=0,85…0,95.

3.3  Прочностной расчет

На прочность рассчитываются следующие части лопастных мешалок: валы, рычаги лопастей, приводные зубчатые колеса. Корпус мешалки обычно не рассчитывается. Однако в случае, если подшипники валов установлены в торцовой стенке (а не на кронштейнах вне мешалки), необходимо проверить места опирания подшипников на смятие.

Валы мешалки рассчитываются на совместное действие изгибающего и крутящего моментов. Наибольший изгибающий момент определяется для случая, когда вал изгибается в результате упора лопасти, находящейся посередине его, в какое-либо препятствие.

Величина силы Р, изгибающей вал,

где М_{кр max} – наибольший крутящий момент на валу;

R_max – радиус наиболее удаленной от оси точки лопасти.

Наибольший изгибающий момент, действующий посередине вала, рассматриваемого как балка, свободно лежащая на двух опорах, равен

,

где l – пролет вала в см.

Наибольший крутящий момент, действующий на вал,

M_{кр max} = 71620

,

где N – мощность, передаваемая на вал от двигателя;

п – число оборотов вала в минуту.

Рычаги лопастей рассчитываются не на величину силы сопротивления, действующую на лопасть при перемешивании и дающую небольшой момент, а на величину силы, действующей на рычаг в том случае, когда лопасть встречает какое-либо препятствие, и 0,75 - 0,80 величины крутящего момента, действующего на вал, передается на одну лопасть.

Величина силы Р₁ , действующей на рычаг,

где Р – сила, найденная нами выше.

Лопасти мешалки на прочность не рассчитываются. Болты, которыми лопасти крепятся к рычагам, и болты, которыми лопасти крепятся на валу, рассчитываются на действие силы Р₁.

Приводные зубчатые колеса валов рассчитываются в обычном порядке, причем, учитывая неблагоприятные условия работы зубчатых колес, рекомендуется снизить допускаемое напряжение на 10-15%.

 

3.4  Определение фонда рабочего времени

, ч

где Д_Р – число рабочих дней в году,

t_см – число часов работы в смену,

k_и –коэффициент использования оборудования.

 

3.5 Определение числа смесителей

По заданию производительность установки 60 (м³/ч), тогда:

где П_час – часовая производительность,

П – производительность одного смесителя.

 

3.6 Определение сменной производительности

 

3.7 Определение расхода материалов на выполнение программы установки

Расход материала на 1 куб. м. смеси принимается по нормам СН 220-62. Для приготовления 1 куб.м. бетонной смеси марки 600, без осадки требуется:

-цемента марки 500 –  500кг;

-щебня - 0,85(м³);

-песка – 0,85(м³);

-воды - ≈ 150(л).

Зная производительность установки, составляем таблицу расхода  материалов на выполнение программы.

Таблица 1. – Расход материала

Материал	Единицы измерения	Расход материала
		В час	В сутки	В год
Щебень	м3	81,6	1100	241340,5
Песок	м3	81,6	1100	241340,5
Цемент	т	48	653	141965
Вода	м3	14,25	228	57684

Емкость расходных бункеров принимаем из условия бесперебойной  работы установки и обычно составляет для песка и щебня - 3-4 ч, для цемента – 2-3 ч.

Емкость расходного бункера:

для щебня -

для песка -

для цемента -

 

 

4. Транспортирующие устройства

 

 4.1 Расчет основных размеров элементов установки

Ширина транспортной ленты, ленточного конвейера определяется из условия  производительности и  крупности перемещаемого материала.

Площадь поперечного  сечения материала при желобчатой ленте:

F=0,11 B², м²

Где В – ширина ленты (м).

Из условия крупности перемещаемого материала:

В ≥ 3,3a _max +0,2    (м),

Где а_max – max крупность перемещаемого материала, (а_max=0,12 м).

Производительность конвейера:

П=3600×F×v×γ,  т/ч

Где v – скорость  движения ленты (1,5 м/с),

 γ – объемный  вес транспортируемого материала  (т/м³), γ_щ=1,3, γ_п=1,6.

Подставив численные  значения в формулы, получим:

В = 0,4(м),

F = 0,0176 (м²),

П_щ = 124 (т/ч),

П_п = 152 (т/ч).

 

2. Определение размеров барабанов конвейеров с прорезиненной лентой

Диаметр барабана D_б = (120÷150)I, мм

где i- число прокладок в ленте (i = 3);

Подставив в формулу, получим: D_б = 360 (мм).

Длина барабана: L_б = В+100 (мм);

где ширина ленты по ГОСТ 220-62, В = 400 (мм).

Подставив в формулу, получим: L_б = 360 (мм).

Диаметр натяжного барабана:  D₀ = 100×i (мм).

Подставив в формулу, получим: D₀ = 300 (мм).

Диаметр отклоняющего барабана при натяжении устройства на холостой ветви: D_б = (40÷50)i, (мм).

Подставив в формулу, получим: D_б = 120 (мм).

 

5 Устройство транспортировки цемента

 

Для транспортировки  цемента в пределах установки, широкое применение получили различного вида пневмотранспортеры. При этом для горизонтального перемещения применяются аэрожелоба.

Для подъема цемента  на небольшую высоту, а так же на большие расстояния по горизонтали (до 200 м), используют специальный пневмотранспорт.

В смесительной камере цемент смешивается с воздухом, который  подается под давлением 0,2÷0,4 МПа, цементно-воздушная  смесь, затем следует к месту  разгрузки по трубам. Воздух из этой системы выходит через специальные  фильтры, где и очищается от цемента. Диаметр винта шнека ,падающего цемент определяется по производительности:

П=3600×F×v×γ,  т/ч

где F – площадь поперечного сечения потока материала:

F = (( π×D² )/4) × k_H,  м²

где D – диаметр винта, м (по ГОСТ 2097-65 , D = 400(мм)) ,

       k_Н – коэффициент наполнения желоба материалом, примем равным 0,4.

Скорость движения материала  вдоль желоба (м/сек):

V=S×n×(1/60);

где S – шаг винта принимаем равным 0,4 м,

      n – число оборотов винта принимаем равным 100 об/мин.

Подставив принятые значения в формулы, получим:

V = 0,67(м/сек); F = 0,05 м² ; П = 48т/ч.

 

6  Расчет  механизмов наклона барабана

 

Наклон барабана производится пневматическим цилиндром. Для расчетов параметры расположения центров масс барабана и траверсы примем равными:

h – параметр расположения центра масс барабана 0,25R;

l – параметр расположения центра масс траверсы 0,5R

R – внутренний радиус барабана (R= 700мм);

α – угол наклона барабана (α=70˚);

а – плечо действия силы тяжести траверсы (а = 0,5R×sinα );

b - плечо действия силы тяжести барабана (b = 0,25R×sinα );

r – плечо действия силы Q (r = 0,44 м );

Q – нагрузка  на шток цилиндра, Н;

Q = (0,5×G_m×R×sinα – G_б×sinα )/r, H

где G_m – вес траверсы равный 0,32×G_см Н;

G_б – вес барабана равный 0,38× G_см Н;

G_см - общий вес смесителя со смесью равный 5400кг;

G_смеси - вес смеси равный 2400 Н.

Подставив численные  значения в расчетные формулы, получим:

Q = 5149,3 (Н)

Диаметр поршня пневмоцилиндра при заданном давление среды (р = 6×10⁹ Н/м²):

Подставив численные значения, получим: D = 0,105 (м).

 

7 Выбор дозатора

 

Автоматические  весовые дозаторы цикличного действия предназначены для установки на бетонных заводах, оборудованных бетоносмесителями цикличного действия. Весовые дозаторы выпускают для цемента, заполнителей и жидкости.

Рассмотрим  устройство автоматического весового дозатора на примере дозатора АВДИ- 425 (рис. 1), к раме которого прикреплена рычажная система на призменных опорах, связанных с циферблатным указателем. К рычажной системе подвешен весовой бункер с выгрузочным затвором. Загрузка бункеров дозаторов заполнителей и дозаторов жидкости производится через установленные на раме впускные затворы. Дозаторы цемента загружаются аэропитателями или шнеками. Внутри циферблатного указателя установлены элементы автоматики, позволяющие дистанционно с пульта управления или вручную устанавливать требуемую дозу материала. Без переналадки можно отвешивать пять различных доз. Две секции аэропитателя (или два шнека) на дозаторах цемента подсоединены к двум расходным бункерам, что позволяет работать на цементе двух сортов.

При помощи дозаторов  жидкости последовательно взвешивают воду и жидкие добавки (например, сульфитно-спиртовую барду), поступающие через самостоятельные впускные затворы. Дозаторы заполнителей также имеют два впускных затвора, что позволяет последовательно взвешивать две фракции материалов.

Вначале на пульте управления один из переключателей дозатора цемента устанавливают в позицию, соответствующую определенной марке цемента, а для заполнителей и жидкости — в позицию, обеспечивающую взвешивание одного или последовательно двух компонентов.

С помощью  переключателей устанавливается необходимая доза, при этом система автоматически подготавливается к включению соответствующего бесконтактного датчика БК в циферблатном указателе. После включения дозатора происходит подача воздуха через электровоздушный клапан в пневмоцилиндр привода впускного затвора. В дозаторе для взвешивания цемента воздух начинает поступать в соответствующую кассету аэропитателя. Одновременно с открытием впускных затворов ток подается к ранее выбранному бесконтактному датчику отсечки. При поступлении материалов в бункер дозатора стрелка циферблатного указателя начинает перемещаться от нулевого положения в сторону бесконтактного датчика отсечки подачи. Когда стрелка циферблатного указателя дойдет до включенного датчика, последний отдает команду закрыть выпускной затвор. В дозаторе цемента на этом процессе взвешивание заканчивается. В дозаторах заполнителей и жидкости одновременно с закрытием впускного затвора первого компонента (например, песка) открывается затвор второго компонента (например, гравия) и дозирование повторяется. После получения сигнала о готовности бетоносмесителя к приему компонентов дозированные материалы выгружаются через выпускной затвор.