Расчет бетоносмесительной установки башенного типа

Введение

Преимуществом конструкции  БСУ башенного типа является расположение расходного склада заполнителей непосредственно  над смесительно-дозаторным блоком. Это повышает надёжность работы установки, т.к. все инертные заполнители лишь один раз поднимаются вверх, на всех последующих технологических этапах перемещаясь под действием силы тяжести.

 Кроме того, использование  БСУ башенного типа позволяет  значительно сэкономить площадь,  что особо важно при размещении  бетоносмесительной установки на  стройплощадке в условиях городского строительства.

 Цены на представленные  бетоносмесительные установки оптимизированы. Все БСУ производятся исходя  из конкретных потребностей и  запросов заказчика с использованием  отечественного и импортного  оборудования - выбирая оптимальное сочетание цены и качества.

1. Научно-исследовательский раздел

1.1 Аналитический обзор

Проведя анализ существующих современных моделей, видов и  прототипов можно выделить характерные  классификационные признаки построения типологических рядов бетономешалок.

По характеру исполнения:

стационарные;

передвижные.

По назначению:

строительные;

дорожные;

автобетоносмесители, служат для, транспортирования дозированной сухой смеси на значительное расстояние и для перемешивания её с водой  по пути следования. При движении машины с бетонной смесью, барабан вращается с небольшим числом оборотов, что предотвращает расслоение бетонной смеси.

По расположению оси  барабана в пространстве:

бетоносмесители с горизонтальной, вертикальной и наклонной неподвижной  осью;

бетоносмесители с наклоняющейся  осью вращения, в этом случае наклон барабана производится для загрузки компонентов и выгрузки бетонной смеси.

По типу перемешивания  смеси:

со свободным (гравитационным) смешиванием;

с принудительным смешиванием (лопастные, планетарные, турбулентные);

вибросмесители.

По характеру загрузки и выгрузки готовой смеси:

цикличного действия;

непрерывного действия.

По назначению:

бетоносмесители;

растворосмесители.

Бетоносмесительной установкой называют комплекс технологического и вспомогательного оборудования, обеспечивающего выполнение операций по приготовлению смесей:

прием компонентов из склада или транспортных средств  в расходные емкости;

подачу их к дозировочным устройствам;

дозирование;

подачу в смесители;

смешивание и

выдачу готовой смеси.

          В зависимости от характера  технологического процесса бетоносмесительные  установки разделяют на цикличные  и непрерывного действия.

           В зависимости от компоновки  технологического оборудования  различают  башенные  и  партерные  (ступенчатые) установки.

          Технологическое оборудование башенных  установок располагается вертикально,  в связи с чем производится  однократный подъем всех компонентов.  Дальнейшее передвижение материалов  по технологическому процессу  от расходных бункеров до транспортных средств готовой продукции осуществляется гравитационным способом.

          В партеных установках - неоднократный подъем материалов.

           Различают стационарные и передвижные бетоносмесительные установки. Цикличные установки башенного типа  лучше приспособления для обстройки и утепления и позволяют иметь более высокую производительность благодаря сокращению времени промежуточных транспортировок.

Бывают установки 5 типов  с производительностью от 15 до 240 м3/ч. Установка  (завод)  СБ-6  15 м3/ч. рис. представляет собой сооружение башенного типа с металлическим каркасом, имеющим в плане форму прямоугольника с примыкающей к нему наклонной галереей.

         Заполнители подаются на 4-й этаж в надбункерное отделение ленточным конвейером и распределяются по отсекам бункера поворотной воронкой.

Цемент подается в  надбункерное отделение шнеком  и элеватором и направляется в  два отсека бункера (две марки  цемента). Каждый отсек бункера засчитан на 2 часа работы. Всеми механизмами  надбункерного отделения управляет оператор с индивидуальных пусковых пультов.

Механизмы, связанные  между собой в технологическом  процессе, электрически сблокированы.

На 3-ем этаже расположено  дозировочное отделение, в котором  установлена аппаратура с пневматическим управлением - два зазора заполнителей, дозатор цемента и два вододозировочных бачка. Из дозаторов компоненты через воронку направляются в бетоносмесители, расположенные на 2-ом этаже.

Из бункера бетонная смесь выдается в подвижной состав для транспортировки к месту укладки. Раздаточный бункер расположен на 1-ом этаже.

Основным элементом  управления бетонного завода является пневмопривод, состоящий из пневмоцилиндра и 4-х ходового клапана. Давление в  системе - до 6кГс/см².

Разработаны типовые  проекты автоматизированных  инвентарных заводов производительностью  120 и 240 м³/ч.

Чтобы ускорить транспортировку; монтаж и демонтаж таких заводов  их технологическое оборудование выпускают  в виде нескольких блоков.

Цикличные установки  (заводы)  партерного типа предназначены для использования на строительных объектах.

Бетоносмесительная установка  типа СБ-51 со смесителем принудительного  смешивания n=165 л. предназначена для  изготовления низкомарочного бетона.

Установка имеет линию  подачи песка и щебня, скреперное загрузочное устройство и транспортер - дозатор заполнителей, линию подачи цемента бункер - вертикальный винтовой конвейер - дозатор; и механизм управления дозатором;

линию изготовления бетона - бетоносмеситель, скиповый подъемник  и дозатор воды.

Заполнители в зону загрузки подаются стреловым скрепером.  Управление установкой и заводом автоматизировано.

1.2.  Машины для производства бетонных работ

Бетон состоит из вяжущего (цемента), воды и заполнителей (песок, щебень, гравий). При затворении цемента  водой образуется цементный клей, склеивающий зёрна заполнителей.

Количество и состояние  цементного клея, играющего до затвердения  роль смазки, определяет консистенцию бетонной смеси и её способность  заполнять форму при бетонировании. Консистенция бетонных смесей определяется с помощью полого усечённого конуса из листовой стали D=200 мм, d=100 мм, h=300мм. Конус заполняют бетонной пробой с уплотнением штыкованием металлическим стержнем, после чего конус поднимается и бетонная смесь оседает. Величина осадки смеси в см служит мерой её подвижности.

Малоподвижные  1…5 см осадки.

Подвижные   6…15 см осадки.

Литьё    свыше 15 см.

Бетонные смеси с  нулевой осадкой называется жёсткими. Жёсткость смеси определяется временем протекания вибрируемой смеси через  специальную кольцевую щель и выражается в секундах.

Важнейшим свойством  бетона как строительного материала  является его прочность, которая  в основном определяется маркой и  количеством цемента.

При проектировании бетонных конструкций в качестве расчётной  прочности, принимается вероятная наименьшая прочность бетона данного состава.

Так например, для приготовления 1 м³ бетонной смеси марки М350 с осадкой 4…5 см требуется: цемента – 340 кг, Щебня и песка – 0,9 м³, воды – 200 л.

Прочность бетона определяется временным сопротивлением при, сжатии образцов бетона кубической формы с размером ребра 15 или 20 см в зависимости от крупности заполнителей.

В комплекс бетонных работ  входят процессы приготовления, транспортирования, укладке и уплотнение бетонных смесей.

Машины для приготовления бетонных смесей.

Процесс приготовления  бетонной смеси состоит из операций дозирования компонентов и их смешивания.

Как правило, приготовление  бетона вне завода на строительных площадках ведётся из сухих бетонных смесей (цемент + заполнители), которые  лишь дополняются водой.

Дозаторы – это  устройства, служащие для взвешивания  исходных компонентов бетонной смеси. В соответствии с ГОСТ 7473 допускается  только весовое дозирование, причём погрешность не должна превышать + 3% для заполнителей. Различают дозаторы циклического и непрерывного действия. Цикличные дозаторы отвешивают заданные порции компонентов на один замес бетоносмесителя. Дозаторы непрерывного действия подают материал непрерывным потоком с заданной  производительностью.

Цикличные дозаторы выпускаются комплектно. В комплект входят дозаторы для цемента, наполнителей и воды. Комплекты выпускаются двух исполнения – для бетонных установок горизонтального (партерного) типа и для башенных (вертикальных) установок и заводов.

Для партерных установок  выпускаются два унифицированных комплекта дозаторов – ВДБ-250 (ёмкостью смесителя 250 л) и ВДБ-500 для смесителей 500 и 700 л. Комплекты состоят из дозаторов для цемента – ДЦ-100 и ДЦ-200, для заполнителей – ДЦ-500 и ДЦ-1200 и дозаторов жидкости ДЖ-100, а так же аппаратуры для автоматического управления ими.

Всякий цикличный дозатор  состоит из грузоприёмного ковша, весовой  системы и питателя, подающего  материал из расходных бункеров в  грузоприёмный ковш.

Дозаторы цикличного действия

Дозаторы для заполнителей типа АВДЦ-1200 предназначены для последовательного взвешивания двух фракций заполнителя. Грузоподъемный ковш цилиндроконической формы (II) подвешен на Y-х тягах и рычажной системе. Роль питателей играют впускные воронки с секторными затворами, которые управляются пневмоцилиндрами. Выпускное отверстие закрывает затвор от пневмоцилиндра. Весовая рычажная система содержит циферблатный указатель массы.

Дозаторы для цемента  типа АВДЦ предназначены для взвешивания  цемента 2-х марок. Грузоподъемный ковш и рычажная система с циферблатным указателем такого же типа, как и выше. Для уменьшения загрязнения грузоподъемный ковш сверху закрыт и имеет центральное входное отверстие. Подача цемента в грузоподъемный ковш из двух расходных бункеров осуществляется двумя шнековыми питателями, пред питателями и перед грузоподъемным ковшом установлены впускные затворы, управляемые пневмоцилиндрами.

Дозаторы для жидкости типа АВДЖ-1200 предназначены для последовательного  взвешивания жидких составляющих –  воды и различных добавок. По конструкции дозаторы аналогичны предыдущим. Они отличаются типом впускных клапанов и наличием сливной воронки.

По окончании цикла  дозирования жидкость через выпускной  затвор большого сечения быстро выливается в воронку, соединенную трубопроводом  со смесителем, и дозатор освобождается для повторного цикла.

Помимо двух-фракционных  дозаторов заполнителей разработаны  одно-фракционные дозаторы (песок, щебень), а также объемно-весовой дозатор  керамзита.

Дозаторы непрерывного действия, включает в себя питатель, подающий материал из расходного бункера, измерительное устройство, определяющее массу материала и систему автоматического регулирования величины и скорости потока.

Смесительные  машины

Процесс перемешивания  имеет целью получить из нескольких материалов (минеральных и вяжущих) однородную смесь, обладающую новыми по сравнению с другими свойствами.

Процесс перемешивания  широко применяется в строительстве  как при изготовлении бетонных и  растворных смесей, так и при дорожном строительстве при изготовлении асфальтобетонных покрытий.

При изготовлении бетонов  и растворов применяется способ заводского получения смесей, а также  приготовление сухих смесей из цемента  и заполнителей, которые далее  используются для приготовления  бетонов и растворов на пути следования к объектам строительства или непосредственно на месте строительства.

1.3.  Рабочие органы смесительных машин

Для создания рабочих  органов смесительных машин, обладающих наилучшим воздействием на смешиваемые  материалы, необходимо знать физико-механические свойства, исходных материалов и смесей. К ним относятся:

• гранулометрический состав;
• коэффициент внутреннего трения, т.е. трения частиц материала между собой;
• коэффициент внешнего трения – т.е. трение частиц материала о поверхности рабочих органов;
• прочность, характеризуемая пределом прочности при сжатии и сопротивлением при истирании;
• вязкость и удельный вес.

Большое влияние на процесс  перемешивания оказывает способность  вяжущего компонента быстро обволакивать частицы заполнителей и делать устойчивую пленку на их поверхности (цементный клей).

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:

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: