Выбор гравитационного смесителя производительностью 71 тыс. т в год

Введение 

    Целью данного проекта является подбор и расчет смесителя гравитационного  действия производительностью 71 тыс. м³ в год.

    Гравитационные  бетоносмесители - строительная машина, в которой перемешивание бетонной смеси осуществляется за счёт действия на неё силы тяжести. Смесь подхватывается лопастями, установленными внутри барабана, и сбрасывается вниз. Барабан вращается на сравнительно низкой скорости, что позволяет избежать возникновения значительных центробежных сил, затрудняющих получение однородной смеси. В гравитационном бетоносмесителе лопасти для смешивания раствора (бетона) установлены в положении, позволяющем добиваться однородного состава смеси и облегчающем очистку бака и самих лопастей с одновременной гарантией от налипания бетона. 

    Основным преимуществом бетоно-растворосмесителей гравитационного действия является возможность перемешивания как строительных растворов, так и бетонных смесей.

    Производство  современных строительных материалов предъявляет особые требования к  используемому смесительному оборудованию. Без получения однородной бетонной смеси невозможно приготовление качественного бетона или строительного раствора. Качество получаемого бетона напрямую зависит от типа применяемого бетоносмесителя. Однородность бетонной смеси тесно связанна с основными физико-механическими свойствами бетона. Особенно важное значение приобретает смешивание материалов разной насыпной плотности, например: песок, цемент и пенополистирол или песок, цемент и древесные опилки.

    Без качественного смесительного оборудования невозможно получение высокопрочных бетонов с добавлением фибрового волокна.

    Расход  цемента необходимого для получения  определенной марки бетона также  напрямую связан с качеством перемешивания  компонентов. Также в последнее  время наметилась тенденция к расширению видов выпускаемой продукции на предприятиях, эксплуатирующих бетоносмесительное оборудование. При модернизации смесительных узлов особое внимание уделяется универсальности бетоносмесителя, возможности получения не только товарного бетона, но и бетона малоподвижного, жесткого, а также бетона с большим количеством различных добавок.

    На  сегодняшний день наибольшее распространение  получили бетоносмесители цикличного действия. В бетоносмесителях цикличного действия загрузка компонентов производится после выгрузки готового бетона. Поэтому в отличие от смесителей непрерывного действия, работу цикличных смесителей можно разбить на три этапа (цикла):

• Загрузка компонентов смеси;
• Смешивание;
• Выгрузка готового материала.

    В свою очередь бетоносмесители цикличного действия делятся на гравитационные смесители и смесители принудительные. В гравитационных смесителях перемешивание осуществляется за счет свободного падения материала, а в принудительных смесителях имеются механические органы смешивания, взаимодействующие с компонентами смеси.

 

     1 Обоснование и  выбор бетоносмесителя 

    Бетоносмеситель – машина для приготовления однородной бетонной смеси механическим смешением  ее составляющих (цемент, песок, щебень или гравий, вода).

    Для обеспечения свободного перемешивания смеси в барабане, его объем в 2,5-3 раза должен превышать объем смеси. Скорость вращения барабана должна быть невысокая, так как в противном случае центробежные силы инерции будут препятствовать свободному перемещению смеси. Бетоносмесители изготавливают с наклоняющимися и стационарными барабанами. Эти барабаны выполняют грушевидной, конусной и циклической формы.

    Бетонные  и растворные смеси приготовляют путем механического перемешивания  их компонентов в смесительных машинах - бетоно и растворосмесителях. Качество смеси определяется точностью дозировки компонентов и равномерностью их распределения между собой по всему объему смеси. Для равномерного распределения компонентов смеси между собой в общем объеме замеса частицам материала сообщаются траектории движения с наибольшей возможностью их пересечения. Смешивание компонентов в однородную смесь является достаточно сложным технологическим процессом, который зависит от состава смеси, ее физико-механических свойств, времени смешивания и конструкции смешивающего устройства.

    Технологический процесс приготовления смесей включает последовательно выполняемые операции: загрузку отдозированных компонентов (вяжущих, заполнителей и воды) в  смесительную машину, перемешивание  компонентов и выгрузку готовой  смеси.

    Смесители классифицируют по трем основным признакам: характеру работы, принципу смешивания, способу установки.

    По  характеру работы различают смесительные машины периодического (цикличного) и непрерывного действия. В смесителях цикличного действия (рис. 1) перемешивание компонентов и выдача готовой смеси осуществляется отдельными порциями. Каждая новая порция компонентов бетона или раствора может быть загружена в смеситель лишь после того, как из него будет выгружен готовый замес. Смесители цикличного действия обычно применяют при частой смене марок бетонных смесей или растворов. В них можно регулировать продолжительность смешивания.

    В смесителях непрерывного действия (рис. 2) загрузка компонентов, их перемешивание  и выдача готовой смеси осуществляются одновременно и непрерывно, вследствие чего, их производительность превышает производительность смесителей циклического действия.. Отдозированые компоненты непрерывным потоком поступают в смеситель и смешиваются лопастями при продвижении от загрузочного отверстия к разгрузочному. Готовая смесь непрерывно поступает в транспортные средства. Смесители непрерывного действия наиболее целесообразно применять для приготовления больших объемов бетонной или растворной смеси одной марки.

    Основным  параметром смесителей непрерывного действия является производительность. Перемешивание компонентов в гравитационных смесителях происходит в барабанах и внутренних стенках, к которым прикреплены лопасти. При вращении барабана смесь поднимается на некоторую высоту лопастями, а также силами трения, а затем сбрасывается вниз. Для обеспечения однородности смеси необходимо произвести 30-40 циклов подъема и сброса смеси в барабан. Загрузка исходных компонентов смеси  производится через  загрузочное отверстие в барабане, а разгрузка  или через  разгрузочное отверстие, или путем опрокидывания барабана.                        

Рис. 1. Принципиальные схемы смесителей цикличного действия (стрелками указано направление движения материалов): а - гравитационных (барабанных); б - принудительного действия с вертикально расположенными смесительными валами (тарельчатых); в - принудительного действия с горизонтально расположенными смесительными валами (лотковых) - вверху одновальные, внизу двухвальные; l - положение смешивания; ll - положение разгрузки; 1 - барабан (корпус); 2 - лопасти; 3 - смесь; 4,6- разгрузочное и загрузочное отверстия; 5 – центральный стакан

Рис. 2. Принципиальные схемы смесителей непрерывного действия: а - гравитационные; б - принудительного  действия; 1 - загрузочное отверстие; 2 - барабан; 3 - лопасти; 4 - разгрузочное отверстие; 5 - опорные ролики; 6 - лопастной вал; 7 - корпус; «---» - направление вращения барабана или смесительного механизма; «---» - направление движения материалов

    Главным параметром смесительных машин цикличного действия является объем готового замеса (л), выданный за один цикл работы, смесителей непрерывного действия - объем готовой продукции (м³), выдаваемой машиной за 1 ч работы.

    По  принципу смешивания компонентов различают машины со смешиванием при свободном падении материалов (гравитационные с принудительным смешиванием (принудительного действия). В смесите принудительного действия орбиты составляющих имеют вынужденный характер, в гравитационных - свободный. Гравитационный смеситель вращается относительно горизонтальной или наклонной (под углом до 15°) оси барабана с лопастями на внутренней поверхности (рис. 1, а; 2, а). Лопасти непрерывно подхватывают и поднимают компоненты смеси на определенную высоту, при достижении которой они свободно падают потоком с лопастей под действием силы тяжести; смешивание происходит в результате столкновения падающих потоков компонентов. Во избежание возникновения центробежных сил, препятствующих свободной циркуляции смеси внутри барабана, частота его вращения обычно не превышает 0,3...0,4 с^-1. В смесителях с принудительным смешиванием компоненты смеси принудительно перемешиваются в неподвижном барабане или чаше горизонтальными, наклонными или вертикальными лопастными валами или лопастным ротором, вращающимися внутри смеситель емкости. Смесители с горизонтальными смесительными валами называют лотковыми (рис. 1, в), с вертикальными валами - тарельчатыми (рис. 1, б).

    По  способу установки смесители подразделяются на передвижные и стационарные. Передвижные смесители используются при небольших объемах строительных и ремонтно-строительных работ на рассредоточенных объектах, а стационарные входят в состав технологических линий бетонорастворосмесительных установок средней и большой производительности бетонных и растворных заводов.

    Также по технологическому назначению в зависимости  от физического состояния перемешиваемых веществ смесительные машины подразделяются на:

    1.Машины для перемешивания жидких смесей (шлама, шликера, глазури и т.п.); эти машины бывают циклического и непрерывного действия; к ним относятся крановые, шламовые, пропеллерные, турбинные, планетарные и др.

    2.Машины  для перемешивания сухих порошковых  и зернистых материалов (возможно  с последующим увлажнением); к  этим машинам относятся в основном  механические смесители принудительного  действия (лопастные, бегунковые, планетарные  и др.).

    3.Машины для приготовления грубодисперсных суспензий (бетонных смесей, строительных растворов, керамических и других масс). [4]

    Принципы  выбора бетоносмесителей:

    1. Для приготовления растворов или лёгких бетонов применяются смесители принудительного действия.

    2. При крупности заполнителя до 40 мм не применяются гравитационные

смесители т.к. получается неудовлетворительная структура бетонной смеси.

    3. При крупности заполнителя от 40-120 мм можно применять смесители

гравитационного действие.

    4. Смесители принудительного действия применяются при крупности заполнителя

до 70 мм.

    5. При большой производительности 300-320 тыс. м3/год следует применять

мешалки непрерывного действия , или самые  большие циклического действия .

    6. Если плотность смеси меньше 1600 кг/м3 (лёгкий заполнитель) то применяют

смесители принудительного действия.

    7. При крупности заполнителя до 40мм для очень подвижных смесей  могут

применяется турбинные смесители. 

    Сравнение гравитационных и принудительных цикличных бетоносмесителей, плюсы и минусы.

    Итак, к несомненным плюсам смесителей принудительного типа с неподвижной емкостью следует отнести:

• высокую универсальность. Возможность выпускать как подвижные, так и жесткие бетоны;
• приемлемое качество смешивания, вполне достаточное для выпуска традиционных цементосодержащих строительных материалов;
• достаточно высокую надежность оборудования этого типа.
• сокращенную продолжительность цикла смешивания.

 

 Минусами смесителей принудительного типа с неподвижной  емкостью являются:

• неоптимальное отношение общей массы смесителя к полезному объему емкости;
• повышенная установленная мощность привода;
• мощная и сложная трансмиссия смесительного активатора, необходимость частого и качественного обслуживания приводной части;
• затрудненная выгрузка из смесителя готового материала;
• значительные трудности получения материала на основе компонентов, имеющих разную насыпную плотность;
• трудности в равномерном распределении в приготавливаемой массе добавок, пигментов и других включений;
• уменьшенный, по сравнению с гравитационными смесителями, размер применяемого наполнителя (обычно не более 70мм);
• трудности в работе с вязкими, сверхпластичными материалами, налипающими на смесительной части установки.

 

 Гравитационные смесители имеют следующие положительные стороны:

• простота и надежность оборудования;
• возможность работы с крупным заполнителем (до 150мм);
• отличное отношение собственной массы смесителя к полезному объему емкости;
• невысокая установленная мощность оборудования, даже большого рабочего объема;
• быстрая и качественная выгрузка приготовленного материала;
• незначительное  изнашивание рабочих  органов;
• малая  энергоемкость;
• низкая  себестоимость  приготовления смеси.

 

 Существенные  недостатки гравитащионных смесителей это:

• возможность приготовления только подвижного строительного раствора и бетона;
• невысокое качество смешивания и, как следствие, повышенный расход цемента при производстве бетона заданной марки;
• трудности в работе с вязкими, пластичными материалами, налипающими на стенках емкости. [6]

 
 

Таблица 1. Производственная программа цеха

 

V = 12000л/25 = 480 л

    Для данного объема производства подходит гравитационный смеситель СБ-91. Его  характеристики:

• объем готового замеса – 500 л;
• вместимость при загрузке – 750 л;
• число циклов приготовления бетонной смеси – 25 цикл/ч;
• наибольшая крупность заполнителя – 120 мм;
• частота вращения барабана – 0,3 с^-1;
• мощность двигателя вращения барабана – 4 кВт;
• механизм опрокидывания барабана – гидравлический;
• угол наклона барабана при загрузке и смешивании - 13⁰, при выгрузке – 65⁰;
• размеры: длина – 1750 мм, ширина – 2000 мм, высота – 1800 мм;
• масса – 1250 кг. [1]

 
 

 

     2 Описание конструкции  и работы бетоносмесителя 

    Основными узлами бетоносмесителя гравитационного типа являются:

• смесительный барабан;
• рама сварной конструкции;
• траверса;
• ходовая часть;
• механизм поворота;
• опора траверсы;
• мотор-редуктор.

    Смесительный  барабан сварной конструкции установлен на траверсе, которая пальцами опирается на стойки, прикрепленные к раме. Вращение барабану передается двигателем через редуктор, размещенный в траверсе. Готовая смесь выгружается при наклоне барабана в результате поворота траверсы гидроцилиндром, зубчатым сектором и шестерней, насаженный на палец траверсы. Смеситель оборудован гидроприводом, состоящим из двигателя, гидронасоса и распределительной арматуры.

    Зубчатый  венец представляет собой сборную  конструкцию из зубчатых секторов и  крепится к смесительному барабану болтами. Для транспортировки бетоносмесителя по стройке на раме предусмотрено съемное дышло трубчатой конструкции.

    Для устойчивой работы бетоносмесителя  могут быть установлены выдвигающиеся  опоры. Поворот и изменение положения  смесительного барабана осуществляется вручную механизмом поворота. Необходимое положение барабана устанавливается посредством маховика через зубчатую передачу и фиксируется.

    Принятый  порядок работы: убедившись в исправности  смесителя, следует опробовать его  на холостом ходу, и только после  этого можно приступить к работе под нагрузкой. Установить смесительный барабан в положение загрузки и смешивания. Включив кнопку "Пуск" автоматического выключателя, во вращающийся барабан загружаются последовательно отдозированные вода, цемент, щебень и песок. По окончании смешивания барабан наклонятся горловиной вниз и выгружается готовая бетонная смесь. [5] 
3 Расчет мощности и производительности 

    Расчет  мощности

    Мощность  двигателя привода гравитационных смесителей затрачивается в основном на подъем смеси в барабане при его вращении.

    Мощность  двигателя привода вращения барабана (кВт): 

     ,      (1)

где    N₁ - мощность, затрачиваемая на подъем смеси, кВт;

    N₂ - мощность, затрачиваемая на энергию преодоления сил трения в опорных частях барабана, кВт.

    Мощность, затрачиваемая на подъем смеси (кВт): 

     ,      (2)

где      2,2 – приводной коэффициент от упращений исходных выражений;

     G_см – сила тежести бетонной смеси в барабане, Н;

     R – внутренний радиус цилиндрической части барабана, м;

     n – частота вращения барабана, с^-1.

    Мощность, затрачиваемая на энергию преодоления  сил трения в опорных частях барабана (кВт): 

,       (3)

где      G_б – сила тяжести барабана, Н;

     ω – угловая скорость барабана, рад/с;

     r₀ – радиус цапфы опорного вала, r₀ = 0,07R;

     μ- коэффициент трения, приведенный  к валу подшипника опорного устройства, μ= 0,0125;

     η- КПД, 0,9.

    Сила  тяжести смеси в барабане (Н): 

     ,       (4)

где    V – полезный объем смесителя (по выходу), м³;

     ρ – объемная масса бетонной смеси, кг/м³;

     g – ускорение свободного падения, м/с².

    Внутренний  радиус барабана (м):

     

    

,

где V₃ – вместимость смесителя по загрузке, м³. 

      кВт, 

     Н , 
 

      м, 

      кВт, 

      Н,

      Н, 

      кВт. [1]

    Расчет  производительности 

     м³/ч,         (5)

где    V₃ – объем готового замеса, л;

     п_ц – число циклов приготовления бетонной смеси . [2]

 

    4 Расчет механизма наклона барабана  

    Наклон  барабана производится гидравлическим цилиндром. Наибольшая нагрузка на шток цилиндра будет при крайнем нижнем положении барабана. Для быстрого и беспрепятственного истечения смеси максимальный угол наклона принимается 60⁰. В этом положении барабан свободен от смеси и нагрузка Q на шток цилиндра определяется из условия равновесия сил тяжести барабана G_б, траверсы G_т и силы Q относительно оси поворота траверсы: 

     ,     (6)

где r, b и a – плечи действия соответственно сил Q, G_{б и} G_т.

    Для расчетов параметры расположения центров  масс барабана и траверсы приняты  равными: h = 0,25R = 0,25∙0,75 = 0,188 м, l = 0,5R = 0,5∙= 0,38 м (здесь R – внутренний радиус барабана).

    Тогда при повороте барабана плечи действия соответствующих сил будут: 

    a = l∙sinα = 0,38∙sin60⁰ = 0,329 м; b = h∙sinα = 0,188∙sin60⁰ = 0,1628 м.

    G_т = 0,32G_см = 0,32∙1250 = 4000 Н,

    G_б = 0,38G_см = 0,38∙1250 = 4750Н (здесь G_см – общий вес смесителя).

      Нагрузка на шток цилиндра (Н): 

    

    Диаметр поршня гидроцилиндра при рабочем  давлении 0,5 Н/м²:

    

     м [2] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 3. Схема к расчету механизма наклона барабана 
5 Расчет кинематической схемы привода  

     Выбор передаточного механизма (редуктора)

     Выбор типа передаточного механизма и  его исполнение обусловлен кинематической схемой проектируемого смесителя.

     Общее передаточное отношение привода: 

об/мин,

где n_дв и n_б соответственно, частоты вращения вала двигателя и рабочего органа (барабана), об/мин.

     Техническая характеристика мотор-редуктора.

     Марка МПО2-18. Режим работы продолжительный [3]

       
 
 
 
 
 
 

Рис. 4. Мотор  редуктор типа МПО2

Таблица 3. Основные размеры редуктора (в мм)

 

6 Техническое обслуживание 

     Для обеспечения постоянной исправности  и готовности бетоносмесителя к  эксплуатации необходимо строго соблюдать  и выполнять все указания и требования настоящего паспорта. По видам техническое обслуживание подразделяется на ежедневное и плановое техническое обслуживание бетоносмесителя. Ежедневное техническое обслуживание бетоносмесителя осуществляется обслуживающим и персоналом перед началом работы и в процессе ее. Плановое техническое обслуживание бетоносмесителя осуществляется специальной бригадой с привлечением обслуживающего персонала в сроки, предусмотренные графиком планово предупредительного обслуживания. [7]

     Порядок технического обслуживания. [7]

       Указания по ежедневному техническому осмотру и проверки и работоспособности бетоносмесителя. 

 

     Указания  по плановому техническому осмотру и проверке работоспособности бетоносмесителя. 

 
 

     Возможные неисправности и  способы их устранения.