Проектирование блочной виброплощадки с вертикально направленными гармоническими колебаниями

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство  по образованию

 

Государственное общеобразовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Ивановский государственный  архитектурно-строительный

университет»

 

Инженерно-строительный факультет

Кафедра строительного  материаловедения и специальных  технологий

Пояснительная записка  к курсовому проекту по курсу

«Механическое оборудование предприятий строительной индустрии»

на тему:

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЛОЧНОЙ ВИБРОПЛОЩАДКИ С ВЕРТИКАЛЬНО  НАПРАВЛЕННЫМИ ГАРМОНИЧЕСКИМИ КОЛЕБАНИЯМИ»

 

 

 

 

 

Выполнил: студентка группы ПСК-41 Степанова Е.А.

Руководитель проекта: Карпов Д.А.

 

 

 

Иваново, 2013 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ.

 

ВВЕДЕНИЕ          4

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ      6

РАСЧЕТ РАБОЧИХ ПАРАМЕТРОВ ВИБРОПЛОЩАДКИ   7

1. Определение массы вибрирующих  частей              7

2. Расчет дебалансов виброгенератора               7

3. Расчет подшипников  качения в виброгенераторах на динамическую грузоподъемность                                 8

4. Расчет и проектирование  упругих опор              9

5. Расчет привода                           12

6. Расчет устройства для  крепления форм             14

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНА ТРУДА    16

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК      18

 

ВВЕДЕНИЕ.

Формование один из важнейших  технологических процессов при  изготовлении изделий сборного железобетона, во многом определяющий свойства будущего изделия (прочность, морозостойкость, качество поверхности и др.).

В заводских условиях наибольшее распространение получил метод  объемного виброформования изделий с помощью виброплощадок, предназначенных для установки форм с бетоном и передачи формам колебаний для уплотнения бетонной смеси. Существует множество разновидностей виброплощадок.

Широко применяются виброплощадки с гармоническими колебаниями и снабженными центробетонными дискобалансными вибровозбудителями. Одним из характерных признаков в классификации виброплощадок служит направленность колебаний. Блочные безрамные виброплощадки с гармоническими вертикально направленными колебаниями считаются основным типом машин для уплотнения бетона (СМЖ-1876, СМЖ-2006, СМЖ-199А, СМЖ-164).

В данном курсовом проекте  рассчитывается такая виброплощадка. Виброплощадка состоит из отдельных виброблоков, связанных между собой карданными валами, вращение которых осуществляется от двигателя через синхронизатор. Двигатель соединен с синхронизаторами и смонтирован на отдельной платформе, закрепленной на фундаменте. Виброблок состоит из соединенных между собой с помощью болтов, электромагнита, вибровозбудителя и двух кронштейнов, которые через опорные пружины опираются на раму.

Пружинная опора состоит  из основной и вспомогательной пружины, соединяемых с помощью болта, гайки, шайб и втулок с опорной  рамой. Электромагнит служит для  крепления формы к виброблоку, представляет собой корпус, в котором размещена катушка, причем в пространство между катушкой и корпусом залит специальный эпоксидный раствор (состав) или битумная масса. Синхронизатор служит для обеспечения синхронного вращения двух или четырех дебалансных валов.

В данном курсовом проекте  производиться расчет виброплощадки, состоящей из двух виброблоков. Так как ширина вибрируемого изделия составляет 1500 мм, а длина 3000 мм, то конструктивно принимаем виброплощадку с одной линией (два виброблока в один ряд). В виброблоках каждый виброгенератор  снабжен четырьмя дебалансами. Для работы виброплощадки используется один двигатель.

 

ЗАДАНИЕ.

Спроектировать блочную  виброплощадку с вертикально направленными гармоническими колебаниями, если имеем массу изделия m_изд = 1560 кг, амплитуду колебаний , частоту колебаний , количество виброгенераторов расстояние между виброплощадками .

Формуемое изделие

Плиты дорожные  ПДП 3х1,5 (2П30-15-30), предназначенные для устройства сборочных покрытий постоянных и временных городских дорог под автомобильную нагрузку H-30 . Плиты дорожные ПДП  
(2П30-15-30) железобетонные предварительно напряженные и плиты с ненапрягаемой арматурой изготовляются 
из тяжелого бетона. Плиты дорожные ПДП (2П30-15-30) применяют для дорог в районах с расчетной температурой наружного 
воздуха до минус 40°С включительно.

Плиты дорожные  ПДП (2П30-15-30)    (описание)
класс бетона по прочности  на сжатие	В22.5
марка бетона по морозостойкости	F200
плотность	2400 кг/м3
прочность бетона	294,5кг/см2
марка бетона по  водонепроницаемости	W4

 

Технические характеристики железобетонных дорожных плит  ПДП  3х1,5 (2П30-15-30)
Тип	Плита дорожная ПДП  железобетонная для временных дорог
Размеры	длина 3000 мм, ширина 1500 мм; высота 160 мм

 

 
Условное обозначение плиты для временных дорог, прямоугольной, длиной 3000 и шириной 1500 мм, рассчитанной под автомобиль 
массой 30 т, с ненапрягаемой арматурой: 2П30-15-30

№	Марка, тип изделия	Длина	Ширина	Высота	Нагрузка	Вес
1	2П30-15-30	3000	1500	160	30т\ось	1 560

 

Виброблок = 2 виброгенератора

Общее количество виброблоков

Количество дебалансов у одного виброблока ;

Общее количество дебалансов: .

 

РАСЧЕТ  РАБОЧИХ ПАРАМЕТРОВ ВИБРОПЛОЩАДКИ.

Исходные данные: масса вибрируемой бетонной смеси:

Амплитуда колебаний  , частота колебаний , количество виброблоков .

 

1. Определение массы вибрирующих  частей.

Масса формы:

Масса колеблющихся частей:

Приведенную массу формуемого изделия находим по формуле:

Массу вибрирующих частей определим по формуле:

 

2. Расчет дебалансов виброгенератора.

Вычислим необходимый  статический момент массы дебалансов, который определим по формуле:

Необходимый статический  момент одного дебаланса рассчитываем по формуле:

Внутренняя сила одного дебаланса находится по формуле:

Находим ориентировочный  внутренний диаметр подшипников  вала виброгенератора по формуле:

Определяем радиус и ширину дебаланса по следующим соотношениям:

RЦ = 80(мм) rД = 35(мм) dВ = 40(мм) RД = 120(мм)

Рис. 1. Схема цилиндрического дебаланса со смещенной осью

 

Исходя из приложения [8, с.27] и учитывая ранее найденный диаметр  дебалансного вала, подшипник подбираем по таблице 2П [8, с.30] подшипников качения, габаритные размеры роликового радиального подшипника: N3608, , , , .

 

3. Расчет подшипников качения в  виброгенераторах на динамическую грузоподъемность.

При расчете эквивалентной  динамической нагрузки используют следующую зависимость:

Требуемую динамическую грузоподъемность определяют по формуле:

где - находим по таблице 1П [8, с.29] при частоте вращения вала:

,

и долговечности  =4000 часов.

Сравнение значений и показывает, что предварительно выбранный подшипник N3618 не имеет достаточный запас по динамической грузоподъемности:

 

Следовательно, выбираем роликовый  радиальный подшипник N3614, , , ,

Далее рассчитаем требуемый  статический момент дебаланса толщиной , то есть

По полученным значениям  и в таблице 1 [8, с.16] находим ближайшее значение внешнего радиуса дебаланса , тогда радиус окружности, описываемый крайней точкой дебаланса при его вращении, примет следующее значение:

Расстояние между осями  дебалансных валов двухвального виброгенератора определим по формуле:

 

4. Расчет и проектирование упругих  опор.

Требуемую жесткость всех опор определяют по формуле:

В последней формуле имеем: - максимальная деформация упругих опор под нагрузкой, ; - минимальное из рекомендуемых соотношений собственной частоты вибросистемы и частоты вынуждающей силы.

Принимаем значение суммарной  жесткости опор , тогда фактическая максимальная деформация упругих опор принимает следующее значение:

Рис. 2. Виброблок:

1 – электромагнит; 2 –  виброгенератор; 3 – кронштейн; 4 – болт; 5 – основная пружина; 6 – вспомогательная пружина; 7 – болт; 8 – гайка.

 

В качестве упругих опор, в основном, используются винтовые цилиндрические пружины сжатия, собираемые в пакеты. Жесткость всех основных (нижних) пружин определяется как:

Определяем жесткость  одной нижней (основной) пружины:

где - количество нижних (основных) пружин.

При жесткость одной верхней (вспомогательной) пружины выразиться:

Максимальная деформация основных пружин выразиться:

где - амплитуда колебаний при переходе через резонанс, - возможная деформация пружин в период монтажа для установки всех опор в одной плоскости, обычно в одной плоскости, обычно .

Определяем максимальную деформацию верхней (вспомогательной) пружине по формуле:

С другой стороны, деформация вспомогательной пружины в процессе монтажа может составить величину:

Из двух значений наибольшим является второе, поэтому принимаем .

Размеры пружин определяются по таблице 2 [8, с.16]. При этом необходимо вычислить для обеих пружин параметр , характеризующий напряжение в них при единичной нагрузке:

Здесь - предел прочности для материала пружины.

Любое значение среднего диаметра пружины  и диаметра прутка пружины , для которых в таблице 2 [8, с.16] равно найденным значения величин или несколько меньше их, обеспечить достаточную прочность пружины, при этом, количество витков пружине должно находиться в рамках .

В качестве основной пружины  используем пружины следующих параметров: , , , , количество витков определим:

Как вспомогательную пружину  выбираем пружину с  , , , , тогда количество витков :

Определяем диаметр стяжного болта, из расчета на растяжение максимальным усилием, действующим на болт при  ненагруженной виброплощадке, в случае регулировки высоты опоры при монтаже:

где - усилие растяжения болта:

а - допустимое напряжение для болтов из стали Ст45.

По конструктивным соображениям принимаем диаметр стяжного болта Æ12.

Максимальная нагрузка на фундамент определиться по формуле:

 

 

5. Расчет привода.

Мощность  , расходуемая на преодоление сил трения в подшипниках дебалансов валов, рассчитаем как:

где - коэффициент трения в подшипниках.

Мощность  , расходуется на преодоление сопротивления в вибрируемой бетонной смеси, опорах и конструктивных элементах, рассчитаем по формуле:

где - угол сдвига фаз, принимаем .

Дополнительные затраты  мощности , расходуемые на преодоление сил трения в синхронизаторах, муфтах, карданных валах и др., определяем по формуле:

Суммарная мощность определяется:

Принимаем схему привода  виброплощадки с одним синхронизатором и двумя виброблоками.

Рис. 3. Схема привода рассчитываемой виброплощадки:

1 – двигатель; 2 – синхронизатор; 3 – блок; 4 – вал карданный; 5 – дебаланс.

Определяем мощность электродвигателя с учетом коэффициента устойчивости работы привода ( ):

Выбираем двигатель асинхронный  обдуваемый типа 4А160М2У3 мощностью 18,5 (кВт) и синхронной частотой вращения или .

Крутящий момент , зубчатой передачи синхронизатора определим:

По крутящему  моменту и передаваемой мощности подбираются синхронизаторы, карданные  валы.

 

6. Расчет устройства для крепления форм.

Усилие  , крепления формы в процессе вибрирования бетонной смеси рассчитаем по формуле:

В качестве устройства для  крепления формы обычно используют электромагниты, устанавливаемые на каждом виброблоке. Усилие одного электромагнита определяется:

Используем серийно  выпускаемый магнит с усилием  крепления .

Рис. 4. Виброгенератор:

1 – корпус; 2 – дебаланс; 3 – вал; 4 – роликоподшипник; 5 – дополнительный съемный груз; 6 – болт; 7 – выступ кольцевой; 8 – шайба; 9 – пробка.

 

Рис. 5. Блочная виброплощадка:

1 – виброблок; 2 – вал карданный; 3 – электродвигатель; 4 - синхронизатор; 5 – рамка; 6 – опорная рама; 7 – кожух звукоизолирующий.

 

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНА ТРУДА.

Заводы сборного железобетона относятся к числу предприятий, на которых санитарно-гигиенические  нормы и техника безопасности должны широко соблюдаться.

Вопросы обеспечения нормальных гигиенических и санитарных норм, а так же техника безопасности закладываются при проектировании завода. В цехах, где используются виброплощадки, должны быть приняты меры по снижению шума, т.к. это оказывает отрицательное воздействие на здоровье человека.

При работе вибрационных машин  шум характеризуется уровнем  шумового давления в децибелах, а  вибрация виброскоростью. Звуковое давление измеряется шумомером на расстоянии 1 метра от источника шума и 1,5 метра от пола: