Расчет роторного бетоносмесителя

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

    1

 Содержание:

1. Введение
2. Теоретические ведомости
3. Расчет основных параметров:

- Мощность двигателя привода смесителей принудительного действия

- Расчет геометрических  и кинематических параметров  роторных

смесителей

- Подбор состава бетонной смеси и расчет материалов на замес бетономешалки

- Определение подвижности  бетонной смеси

- Расчет на статическую  прочность

     4. Описание способа закрепления машины на фундаменте

     5. Правила Эксплуатации  машин.

     6. Список использованных источников

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

2

Введение

Для приготовления строительных растворов применяется передвижной  и стационарный бетоносмеситель  СБ. Перемешиванием называют процесс  механического перемещения частиц одних компонентов по отношению  к частицам других веществ, осуществляемый с целью получения масс, однородных по минералогическому, зерновому составу  и влажности, а также для поддержания  достигнутой однородности. Однородность исходных многокомпонентных масс способствует быстрому течению химических реакций, повышению качества изделий благодаря  более плотной укладке частиц и т. п. Для получения бетонов  и растворов, обладающих заданными  свойствами, необходимо не только правильно  подобрать материалы и точно  их дозировать, но и тщательно перемешать, чтобы частицы вяжущего вещества (цемента, извести, гипса) были равномерно увлажнены и обволакивали частицы  заполнителя (песка, щебня, гравия), а  мелкие частицы заполняли промежутки между крупными и обеспечивали наибольшую плотность массы. Перемешивание  производят специальными машинами и  установками, от эффективной работы которых во многом зависит качество готовых изделий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теоретические ведомости

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

3

Бетоносмеситель СБ-93 периодического действия с принудительным перемешиванием материала состоит из корпуса-чаши, ротора с лопастями, привода, крышки с загрузочными отверстиями и  разгрузочного устройства. Корпус-чаша представляет собой кольцевой желоб, днище которого и внутренний цилиндр  опираются на раму, а наружный цилиндр  швеллерным фланцем  соединен с крышкой. Для большей жесткости она  выполнена конусной, а по контуру, так же как и корпус, имеет швеллерное кольцо. В ней сделаны люки для  загрузки заполнителей через патрубок, подачи воды к перфорированным трубопроводам, цемента - через патрубок  и для  подключения аспирационных устройств  через патрубок.

Бетоносмеситель СБ-93:

1 - корпус-чаша    7 - сливная труба    13 - пружина

2 - крышка    8 - разгрузочный затвор  15 - верхняя лопасть

3 - вытяжной патрубок     9 - загрузочный люк для заполнителей

4 - мотор-редуктор   10 - наружный очистной скребок

5 - пульт управления          11 - ротор

6 - центральный стакан    12 – пневмоцилиндр

14 - загрузочный  патрубок для цемента   16 - донная лопасть

17 - внутренний очистной скребок

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

4

На опорном кольце центрального отверстия крышки смонтирован редуктор с фланцевым электродвигателем, включаемым с пульта управления. Выходной вал редуктора ступицей  вращает  ротор с перемешивающими лопастями  и зачистными скребками. Подпружиненные кулачки бетоносмесителя СБ воздействуют на установленные во втулках оси  держателей так, что каждая из четырех  донных перемешивающих лопастей при  вращении ротора двигается над днищем корпуса на расстоянии 3... 5 мм, интенсивно перемешивая материал, а при попадании  между днищем и лопастью заполнителей, грозящих заклиниванием и поломкой лопасти, она свободно приподнимается над днищем, поворачиваясь вместе с пластиной, криволинейным держателем и кулачком, сжимая пружину. Скребок, зачищающий борт чаши, также подпружинен  устройством. Предварительное сжатие пружин производят регулировочными  гайками через люки корпуса ротора.

Внутренний пластинчатый очистной скребок  и две верхние  смешивающие лопасти и жестко закреплены держателями на роторе, так как отстоят от днища и  внутреннего цилиндра корпуса бетоносмесителя  СБ на расстоянии, превышающем размер наиболее крупных кусков заполнителя. Чтобы в него случайно не попали куски, превышающие 70 мм в поперечнике, загрузочный люк в крышке имеет  предохранительную решетку. Подшипниками  ротор опирается на центральную  ось, а его корпус, крышки  люков  обслуживания и специальные герметизирующие  диски и кожухи изолируют ответственные  детали от воздействия частиц компонентов  бетонной смеси при их загрузке и  перемешивании. Зачистное устройство в виде резиновой ленты препятствует налипанию состава на части ротора, которые также зачищаются струйками  воды, подаваемой через перфорированные  трубки с очередной загрузкой  материала в начале каждого цикла.

Материал загружают  при вращающемся роторе так же, как и при выгрузке порции готовой  смеси. Разгрузочное устройство состоит  из Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

5

пневмоцилиндра, рычага, оси  и секторного затвора.

Для защиты вертикальных стенок корпуса-чаши и его днища от износа и для облегчения ремонта применена  сменная футеровка  из листовой износостойкой  стали. Вместимость чаши бетоносмесителя  СБ по загрузке 1500 л, объем готового замеса 1000 л, максимальная крупность  заполнителей 70 мм, частота вращения ротора составляет 20 минут.

Чтобы в смеситель не попадал  материал крупнее 70 мм, в загрузочном  люке для заполнителей предусмотрена  предохранительная решетка.

Смесительное устройство состоит из шести смешивающих  лопастей и двух скребков для очистки  поверхностен центрального стакана и чаши.

Привод смесителя представляет собой вертикально расположенный  мотор-редуктор, состоящий из электродвигателя и встроенного редуктора. Такая конструкции помогает уменьшить габаринтые размеры бетоносмесителя. Что бы уменшить динамическую нагрузку, двигатель устанавлвивают на гибких прокладках.

На выходном валу редуктора  закреплен ротор смесителя.

Для получения требуемой  однородности бетонной смеси перемешивание  компонентов длится 45 минут, а для  приготовления растворной смеси  перемешивание продолжается 70... 80 с. Мощность электродвигателя привода  ротора составляет 40 кВт. Масса бетоносмесителя  СБ 5 тонн.

Применяют также планетарно-роторные установки периодического действия с принудительным перемешиванием компонентов  смеси в кольцевом рабочем  пространстве четырьмя лопастями, вертикальные держатели которых попарно укреплены  на поперечинах, совершающих вращательное движение и обеспечивающих планетарное вращение лопастей и интенсивное перемешивание материала в корпусе оборудования.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

6

 Расчет основных параметров

 Техническая характеристика:

Обьем загрузки, л       1500

Колличество замесов, в час       40

Максимальный размер наполнителя,мм    70

Частота вращения ротора, мин      20

Электродвигатель:

Мощность,кВт      40

Габаритные размеры, мм: 

длина       2880

высота      2850

ширина      2690

Масса, кг       4900

 

Мощность двигателя привода смесителей принудительного действия. Бетонные и растворные смеси в зависимости от их состояния имеют одновременно свойства связно-сыпучих тел и вязких жидкостей. Их реологическое состояние может характеризоваться преобразованным уравнением Ньютона:

+ ;

где — напряжение сил трения между слоями смеси;—  предельное напряжение сдвига, характеризующее структурные связи; — динамическая вязкость смеси; — градиент скорости движения слоев жидкости.

При предельно разрушенной  структуре такие смеси с известным приближением можно рассматривать как псевдожидкости, обладающие некоторой эффективной вязкостью.

Для выбора редуктора находится  крутящий момент на его тихоходном валу, с которым соединен рабочий  орган (ротор с лопастями)

          =

где Р - мощность электродвигателя, кВт; ηред - К.П.Д редуктора. η = 0.90; ωр.о. – угловая скорость рабочего органа, ;

Число оборотов рабочего органа в минуту:

= 20 об\мин;

= = об\сек;

= = ;

= = 0,33 = 2,08 рад\с;

= =   

n= = 17,2;

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

7

Ввиду сложного движения струй  смеси в смесителях и непостоянства некоторых свойств смеси во времени уравнения движения их решаются в критериальной форме на основе теории подобия. Преобладающее значение при перемешивании имеют лобовое давление, силы трения и тяжести. Выражая эти силы в критериальной форме, т. е. в их отношении к силам инерции, можно описать этот процесс в виде степенных функций определяющих критериев:

Eu = ()(Fr),

где Eu — критерий Эйлера, выражающий отношение лобового давления к силам инерции; Re— критерий Рейнольдса, выражающий отношение сил внутреннего трения к силам инерции; Fr— критерий Фруда, выражающий отношение сил тяжести к силам инерции.

На основе теории подобия  и экспериментальных исследований ВНИИстройдормаш предложил рассчитывать мощность (кВт) двухвальных горизонтальных бетоносмесителей по формуле

N = (28 30)

где L—длина смесителя, м; d—диаметр лопастей; n — частота вращения вала, об/мин; — степень заполнения смесителя.

В общем случае момент (Н-м), необходимый для вращения лопасти:

М = krbdr=kb()/2,

где k—коэффициент сопротивления движению лопасти, Н/м²;b—проекция ширины лопасти на плоскость, перпендикулярную направлению вращения, м; — радиусы наружной и внутренней кромок лопасти, м.

Для роторных смесителей, у  которых лопасти размещаются  на разных радиусах и под разными  углами, мощность двигателя (кВт)

N =

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

8

где Ь_1, b₂,.. b_n — проекции ширины соответствующих лопастей, м; r_1в; r_2в.. rпн — радиусы наружных кромок лопастей, м, r_1В, r_2В, r_2В — радиусы внутренних кромок лопастей, м.

В этих смесителях лопасти  полностью погружены в смесь, поэтому здесь  = 1. Коэффициент сопротивления движению лопасти в смеси зависит от состава смеси, содержания в ней воды и скорости движения лопасти.

Исследованиями К. М. Королева установлено, что с увеличением содержания воды коэффициент сопротивления сначала возрастает, а затем уменьшается. Наибольшие сопротивления перемешиванию имеют место при отношении массы воды к массе цемента в интервале В/Ц = 0,3-0,4.

При расчетах мощности следует принимать  значения коэффициентов сопротивления для наиболее тяжелых условий работы смесителя соответствующего типа.

 

Зависимость коэффициента сопротивления от водоцементного фактора:

1 — раствор; 2 — керамзитобетон; 3 — бетон с известняковым заполнителем; 4 — бетон с гранитным заполнителем

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

9

Коэффициент сопротивления  движению бетонов и растворов

Смесь	Крупный заполнитель	Водоцементное отношение  В\Ц	Жесткость, с	Коэфициент сопротивления движения k, Па
Раствор	-	0,3 0,4 0,5 0,6	- 18 8	30000 25000 27000 15000
Легкий бетон	Керамзит	0,3 0,4 0,5 0,6	-	20000 25000 18000 15000
Тяжелый бетон	Известняк	0,3 0,4 0,5 0,6	- - 15 10	55000 57000 48000 30000
Тяжелый бетон	Гранит	0,3 0,4 0,5 0,6	- - 13 7	70000 75000 65000 60000

Расчет геометрических и кинематических параметров роторных смесителей. Эффективность работы (с^-1) роторного смесителя К. М. Королевым предложено оценивать критерием

= (v_cр F_a)/V,

где v_cр — условная средняя скорость движения лопастей, м/с; F_a — активная площадь лопастей, равная сумме проекций поверхностей лопастей на плоскость, перпендикулярную направлению движения, м²; V— объем готового замеса, м³; - современных смесителей К = 0,5т- 0,6 с"¹.

П = Z

где – обьем загрузки смесителя, л; Z – колличество замесов за  час;  = 0,65 – коэфициент выхода раствора; = 0,80…0,85 – коэфициент испоьзования машини по времени.

П = 1500 40

Для обеспечения качественного  перемешивания условная средняя скорость лопастей не должна превышать критическую скорость, при которой центробежные силы, действующие на частицу, могут превышать силы трения, вследствие чего произойдет сегрегация компонентов смеси.

Из схемы видно, что  частица не будет отбрасываться  к периферии при условии равенства суммы сил трения fG и fQ силе инерции Р_и:

fG + fQ = Р_я.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

10

Сила Q, действующая на частицу со стороны лопасти для обеспечения ее перемещения по днищу, Q = fG.

 

Схемы к расчету роторных смесителей

Учитывая, что Р_и = , получаем

fG +f²G = GP/g.

Откуда критическая угловая  скорость (с^-1)

кр < ,

где f — коэффициент трения смеси о лопасти [по данным научно-исследовательского института бетона и железобетона (НИИЖБ)  f = 0,40,5]; g— ускорение, м/с²; R — радиус, наиболее удаленный от оси вращения лопасти, м.

Условная средняя скорость движения (м/с) по рекомендациям К. М. Королева может приниматься:

 ср = .

Оптимальные геометрические параметры  смесителя определяются в следующем порядке. Внутренний диаметр чаши (м)

D =

где h — высота слоя смеси в чаше принимается в зависимости от объема смесителя, м.

Средний радиус вращения лопастей и  диаметр стакана d (м):

R_cp d = 0,33D.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

11

Суммарная активная площадь лопастей (м²).

Fак = Fi cos cos= V/v_cр

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

12

где Fi — натуральная поверхность отдельной лопасти, м²; a и  — угол установки лопасти в соответственно горизонтальной плоскости и вертикальной.

D =

Для смесителей емкостью 500…2000 h 0,13…0,2 м.

Лопастной аппарат должен быть спроектирован  так, чтобы обеспечивалась интенсивная  циркуляция смеси, что достигается  изменением радиусов и углов а  и Р Положительные углы атаки должны чередоваться с отрицательными. Кромки предыдущих лопастей должны перекрывать кромки последующих.

Смесь удержится на лопасти горизонтального смесителя при условии:

Р_и < F + G sin а

Выразив в этой формуле центробежную силу Р_и силу трения F через силу тяжести частицы G, угловую скорость и радиус R получим:

 

Расчетными параметрами  роторных смесителей являються продуктивность бетоносмесителя П; геометрические размеры – внутрений диаметр  чаши D, средний радиус оборота лопастей ; колличество лопастей n; угловая скорость ротора

Максимальный диаметр  чаши D зависит и высоты слоя смесителя в чаше

 

Подбор состава  бетонной смеси и расчет материалов на замес бетономешалки

Прочность и долговечность  монолитных бетонных конструкций фундаментов  напрямую зависят не только от качества применяемых материалов, способа  уплотнения бетонной смеси и условий  выдерживания бетона, но, главным образом, и от рационального подбора состава  бетонной смеси, ее подвижности (жесткости) и дозировки материалов на замес  бетономешалки.

Если объем строительства  находится недалеко от бетонного  завода (бетонного узла), то лучше  заказать доставку бетона нужной марки  с определенной подвижностью и крупностью щебня. Транспортирование бетонной смеси необходимо осуществлять автобетоносмесителями, которые не допускают потерю цементного молока, исключают попадание атмосферных осадков и прямое воздействие солнечных лучей, расслоение и нарушение однородности смеси.

В большинстве случаев при «самострое» с помощью наемных рабочих или небольших строительных фирм, не имеющих опытного специалиста или договора со строительной лабораторией, подбор состава бетона и дозировка материалов производятся «на глазок» лопатами. Подвижность бетонной смеси не контролируется, а для облегчения укладки в смесь добавляют излишнее количество воды, что приводит к нарушению водоцементного (В/Ц) отношения и потере прочности бетона.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

13

Схема определения  подвижности (величины осадки конуса) бетонной смеси

 

Конечно, в условиях строительной площадки невозможно выполнить весь комплекс работ по определению качественных характеристик применяемых материалов: песка (удельный вес, объемная масса, пустотность, влажность, зерновой состав и модуль крупности, содержание глинистых частиц и органических примесей и др.); щебня (объемная масса, прочность, влажность, объем пустот, загрязненность, содержание пластинчатых и игловатых зерен и др.); цемента (удельный вес и удельная поверхность, сроки начала и окончания схватывания, активность и др.); бетонной смеси (подвижность, прочность, объемная масса, водоотделение, водонепроницаемость и др.).

 

Однако и в построечных  условиях можно с достаточной  точностью оценить некоторые  свойства материалов и с помощью  справочных данных выполнить подбор составов бетонных смесей различных  марок.

Исходные данные для расчета  состава товарного бетона:

При приготовлении бетонных смесей на цементе и песке без  крупного заполнителя (щебня) значения В/Ц для получения мелкозернистого бетона требуемых марок уменьшают на 0,1 против указанных в табл. 20.

Приведенные в  табл. 20 значения В/Ц предусматривают получение соответствующих марок бетона при твердении его в нормальных условиях, т.е. Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

14

при относительной влажности  воздуха 90-100% и температуре 15-20°С. Указанные в таблице значения В/Ц являются ориентировочными. Однако, как показал опыт, они обеспечивают получение бетона заданной марки лишь с незначительными отклонениями.

 

 

 

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

15

Значение водоцементного отношения (В/Ц)

Проектная марка  бетона          Марка цемента

400   500

100        1,03   -

150        0,85   -

200        0,69   0,79

250        0,57   0,65

300        0,53   0,61

Примечание. Значения В/Ц приведены для бетона, приготовленного на щебне и песке с модулем крупности до 2,5.

 

При использовании таблицы  надо иметь в виду, что в ней  приведены данные, полученные на основе изучения бетонов, приготовленных из смесей на природном песке с модулем  крупности Мк = 2,7, при В/Ц = 0,57 и подвижностью бетонной смеси, соответствующей 5 см осадки стандартного конуса. Для бетонов, приготовленных на песке с другим модулем крупности (табл.), а также имеющих иные подвижность и В/Ц, данные табл. следует принимать с поправками.

Расход воды и  содержание песка в смеси заполнителей для пробных замесов товарного  бетона

Наибольший размер зерен  щебня, мм	Содержание песка, % от общего количества заполнителей по абсолютному  объему	Расход воды на 1 м3 бетона, л
10-12	56	23056
15	52	220
20	49	200
25	46	195
40	41	185
50	39	177
70	35	167

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

16

 

Примечание. Если в составе щебня имеется песок, его количество надо уменьшить. Расход воды приведен с учетом условного  водопоглощения щебня до 1,5%

 

Определение расхода  материалов на 1 м3 бетона:

 

-  Требуемая прочность  бетона М200

-  Подвижность бетонной  смеси - ОК = 5 см

-  Наибольший размер  щебня - 40 мм

-  Водоцементное отношение  В/Ц = 0,57

-  Плотность цемента  для портландцемента принята  Yц = 3,1 г/см3

-  Плотность песка Yп = 2,63 г/см3, объемная масса щебня Yоб.м = 2,6 кг/л

Расход цемента Ц, кг, на 1 м3 бетона подсчитывают по формулам Ц = В : (В/Ц) или Ц = В (Ц/В), где В - расход воды, л, на 1 м3 бетона.

По табл находим расход воды - 185 л при применении щебня размером 40 мм и содержание песка - 41% общего количества заполнителей.

 

Ц = 185 : 0,57 = 325 кг.

 

Далее определяем абсолютный объем смеси песка и щебня  Асм, л. Для этого из 1 м3 бетона вычитают сумму абсолютных объемов цемента и воды, т.е. абсолютный объем, занимаемый в бетоне цементным тестом:

 

Асм = 1000 - ((Ц/Yц)+В),

 

Асм = 1000 ((325/3,1)+185) = 1000 - 290 = 710 л.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

17

 

Группы песка

Группы песка	Модуль крупности Мк
Крупный	3,5 - 2,4
Средний	2,5 - 1,9
Мелкий	2,0 - 1,5
Очень мелкий	1,6 - 1,1
Тонкий	Менее 1,2

 

Минимальный расход цемента для бетонов на портландцементе, твердеющих в естественных условиях.

Проектная марка бетона	Удобоукладываемость бетонной смеси		Расход цемента, кг/м3, марки
	осадка конуса, см	жесткость, с	400	500
М150	5-9	-	225	-
	1-4	-	210	-
	-	5-10	200	-
М200	5-9	-	265	235
	1-4	-	245	210
	-	5-10	235	200
	-	11-20	220	-
М250	5-9	-	310	275
	1-4	-	325	290
	-	5-10	270	235
	-	11-20	285	250
М250	5-9	-	310	275
	1-4	-	285	250
	-	5-10	270	235
	-	11-20	255	220
М300	5-9	-	355	315
	-	325	-	290
	-	5-10	305	270
	-	11-20	285	250
М350	5-9	-	400	360
	1-4	-	365	325
	-	5-10	345	310
	-	11-20	320	290
М400	5-9	-	-	405
	1-4	-	-	365
	-	5-10	-	340
	-	11-20	-	320