Расчет гравитационного бетоносмесителя периодического действия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию.

государственный архитектурно - строительный университет.

Курсовой проект по дисциплине

«Механическое оборудование предприятий строительной индустрии»

Расчет гравитационного бетоносмесителя переодического действия

Волгоград 2014 г

Содержание

Введение

Классификация смесительных маши

Принцип работы и назначения бетоносмесителя

Устройство бетоносмесителя

Техническая характеристика проектируемого бетоносмесителя

Список используемой литературы

Введение

Приготовление бетонной смеси сводится в основном к дозированию и перемешиванию составляющих материалов. На современных бетонных заводах дозирование составляющих производят по массе с помощью дозаторов автоматического или полуавтоматического действия. Перемешивание бетонной смеси производят в бетономешалках (бетоносмесителях) периодического или непрерывного действия с различными способами перемешивания компонентов: при свободном падении составляющих материалов (подвижные смеси), с принудительным перемещением материалов по сложным траекториям (жесткие малоподвижные смеси) и виброперемешивание, при котором составляющие материалы подвергаются вибрированию в смесительном барабане (смеси повышенной жесткости).

При изготовлении бетонной смеси в бетономешалках периодического действия (со свободным падением или принудительным перемешиванием компонентов) составляющие материалы загружают в смеситель, перемешивают и выгружают в виде готовой бетонной смеси периодически, т. е. определенными порциями-замесами.

Оптимальное время перемешивания зависит от емкости смесительного барабана и подвижности бетонной смеси. Чем меньше подвижность бетонной смеси и чем больше емкость смесительного барабана, тем больше оптимальное время перемешивания. Например, для бетоносмесителей емкостью до 500 л оно составляет 1--1,5 мин, а для смесителей емкостью 2400 л и более -- 3 мин. Перемешивание в бетоносмесителях периодического принудительного действия осуществляют при помощи вращающихся лопаток и кулачков, насаженных на приводные валы. Наиболее распространены противоточные бетоносмесители, пригодные для перемешивания почти всех типов бетонных смесей. В таком смесителе благодаря одновременному вращению внецентренно расположенных лопаток и встречному вращению горизонтальной смесительной чаши с частотой вращения 7 об/мин, а также благодаря наличию гребков, отодвигающих смесь от боковых вертикальных стенок чаши, частицы перемещаются по сложным пересекающимся траекториям. Вследствие сложного перемещения и перетирания частиц обеспечивается тщательное перемешивание даже весьма жестких бетонных смесей с малым водосодержанием. Продолжительность перемешивания крупнозернистых смесей 3 мин, мелкозернистых от 3 до 5 мин. Загрузочная емкость смесителей принудительного действия от 500 до 1500 л.

Классификация смесительных машин

Смесители классифицируются по следующим признакам:

1) по технологическому назначению -- для приготовления бетонов разных видов (тяжелого, ячеистого, силикатного, керамзитобетона, полимербетона и т. п.) для приготовления строительных растворов;

2) по характеру работы -- цикличные и непрерывного действия;

3) по способу смешения -- гравитационные (барабанные) и принудительного действия (лопастные);

4) по конструкции рабочих органов-- с цилиндрическим и грушевидным барабаном, с двухконусным барабаном, с вертикально расположенными смесительными валами (тарельчатого типа) и с горизонтально расположенными смесительными валами (лоткового типа);

5) по способу перебазирования-- передвижные и стационарные. В смесителях цикличного действия исходные материалы смешиваются отдельными порциями. Такой способ приготовления позволяет регулировать продолжительность смешения в зависимости от состава смеси и вместимости смесителя, т. е. приготовлять смеси различных марок.

В смесителях непрерывного действия исходные компоненты загружаются, смешиваются и разгружаются непрерывно. Их используют при массовом производстве одномарочных смесей, как правило, в установках или линиях непрерывного действия.

Наибольшее распространение получили цикличные смесители гравитационные с грушевидным барабаном, принудительного действия с вертикально расположенными смесительными валами (роторные и турбулентные) и других конструкций. Основными параметрами цикличных смесителей являются объем готового замеса и вместимость смесителя по загрузке. Смесители непрерывного действия характеризуются производительностью, зависящей от конструкции и режима работы смесителя и характеристик составляющих компонентов смеси.

Гравитационные бетоносмесители.

В гравитационных смесителях исходные компоненты смеси поднимаются во вращающемся барабане, на внутренней поверхности которого жестко закреплены лопасти, и затем под действием силы тяжести падают вниз. Процесс повторяется несколько раз, благодаря чему получается смесь, однородная по составу. Загрузка исходных компонентов смеси производится через загрузочное отверстие в барабане, а разгрузка или через разгрузочное отверстие, или путем опрокидывания барабана.

К преимуществам гравитационных смесителей относятся простота конструкции и кинематической схемы, возможность работы на смесях с наибольшей крупностью заполнителей (до 120 ... 150 мм), незначительное изнашивание рабочих органов, малая энергоемкость, простота в обслуживании и эксплуатации и низкая себестоимость приготовления смеси. Оптимальное время смешения в таких смесителях составляет 60 ... 90 с, а полный цикл, включая загрузку, смешение, выгрузку и возврат барабана в исходное положение, -- 90 ... 150 с.

Бетоносмеситель СБ-103 входит в комплект оборудования бетонных заводов и установок и бетоносмесительных цехов заводов железобетонных изделий. Бетоносмеситель состоит из рамы, опорных стоек, смесительного барабана, траверсы, привода вращения

Принцип работы и назначения бетоносмесителей

Бетоносмесители принудительного действия

Бетоносмесители принудительного действия используются для приготовления растворов и бетонов при строительстве, подземном и железнодорожном строительстве, в стекольной и металлургической промышленности.

Их главное преимущество - совершенное перемешивание отдельных составляющих смеси за очень короткое время (скорость перемешивания в 4-5 раз большая, чем у классической барабанной мешалки), в результате чего достигается высокое качество конечной смеси.

Бетоносмесители принудительного действия часто используются для перемешивания смесей огнеупорного бетона, которые предназначены для футеровки доменных печей, теплофикационных котлов, коксовых батарей, труб и аппаратов в химической промышленности.

Бетоносмеситель принудительного действия функционирует на принципе мешальных лопастей, которые на большой скорости вращаются вокруг внутренней оси статического смесительного барабана. Метальные лопасти регулируются как по высоте, так и по ширине, и оснащены резиновыми скребками. В базовом исполнении одну из лопастей составляет трезубая вилка, сопротивление мешаемой смеси приводит ее в круговое движение. У тяжелых смесей огнеупорного бетона для безупречного перемешивания смеси используются специально модифицированные гребные лопатки. Для некоторых материалов (напр. цементного молока) необходимо использовать вилку с постоянным приводом.

Гравитационные бетоносмесители

Гравитационные бетоносмесители со свободным падением материалов предназначены, главным образом, для приготовления литых и подвижных бетонных смесей с крупным заполнителем. В таких смесителях при перемешивании малоподвижных и жестких смесей, обладающих большой вязкостью, очень трудно добиться однородности даже при значительном увеличении продолжительности перемешивания.

Перемешивание компонентов в гравитационных смесителях происходит в барабанах, к внутренним стенкам которых прикреплены лопасти. При вращении барабана смесь лопастями, а также силами трения поднимается на некоторую, высоту и затем сбрасывается вниз. Для обеспечения однородности смеси необходимо произвести 30 -- 40 циклов подъема и сброса смеси в барабане.

Для обеспечения свободного перемешивания смеси в барабане его объем в 2,5 - 3 раза должен превышать объем смеси. Скорость вращения барабана должна быть невысокой (15-20 об/мин ), чтобы центробежные силы не препятствовали свободному падению смеси.

Техническая характеристика бетоносмесителя СБ-103

Объём готового замеса бетонной смеси, л………………………….1200

Объем по загрузке сухими составляющими, л……………………..1700

Число циклов в час, не менее ………………………………………..25

Крупность заполнителя, в мм, не более ……………………………..20

Частота вращения барабана, об/мин………………………………….16,5

Угол наклона смесительного барабана, град:

при перемешивании ……………………………………………15

при выгрузке ……………………………………………………55

Габаритные размеры, мм

длина……………………………………………………………..2500

ширина …………………………………………………………..4 050

высота ……………………………………………………………3300

Устройство бетоносмесителя

Бетоносмесители входят в комплект оборудования бетонных заводов или бетоносмесительных цехов заводов ЖБИ. Бетоносмеситель (рис.1) состоит из рамы, опорных стоек, смесительного барабана, траверсы, привода вращения барабана и пневмо- или гидроцилиндра для опрокидывания барабана.



Рис.1

1 - щиток; 2 - кожух; 3 - барабан; 4 -пневмосистема; 5 - выводная коробка; 6 - траверса; 7 - стойки; 8,10 - опорный и поддерживающие ролики; 9 - подшипник; 10 - поддерживающий ролик;11-конечные выключатели; 12 -электродвигатель ;13 - рама;14- фланец.

Смесительный барабан (рис.1) представляет собой емкость в виде двух конусов, соединенных цилиндрической обечайкой, внутренняя поверхность которых снабжена футеровкой из сменных листов износостойкой стали. В барабане на кронштейнах закреплены три передние и три задние лопасти. К цилиндрической обечайке барабана с внешней стороны на прокладках приварен зубчатый венец, а к торцу переднего конуса - фланец.



l-крышка; 2 - задняя лопасти; 3- передняя лопасть; 4 - футеровка; 5 - зубчатый венец; 6 - кронштейн.

Траверса представляют собой сварную конструкцию коробчатого сечения, выполненную в виде полукольца с цапфами на концах. Цапфы с подшипниками закреплены на стойках и служат для поворота смесительного барабана. На траверсе смонтированы опорные и поддерживающие ролики, обеспечивающие вращение и удержание от осевых перемещений барабана при разгрузке. На наружной стенке левой стойки установлен пневмопривод. На правой стойке находится выводная коробка и два конечных выключателя в крайних положениях барабана при его наклоне. Опорный ролик, вращающийся в подшипниках, установлен на эксцентриковой оси, позволяющей регулировать положение роликов для нормального зацепления шестерни и зубчатого венца при монтаже и изнашивание роликов.

Техническая характеристика проектируемого бетоносмесителя

Номер варианта - 2. Номер задания - 6

Исходные данные для проектирования:

объём готового замеса V_г = 0,6 м³;

плотность бетонной смеси с = 2400 кг/м³;

число замесов в час z_с = 30 ч^-1;

коэффициент использования рабочего времени k_н = 0,7

Расчетная часть.

1. Вместимость смесителя по нагрузке:

м³, где

V_з - объем по загрузки;

V_г - объем готового замеса;

К_в - постоянная (0,667), коэффициент выхода бетонной смеси 0,65-0,7.

2. Внутренний диаметр цилиндрической части барабана:

D = (1,65 ч 1,75) м.

3. Оптимальная частота вращения барабана:

об/сек ? 17,58 об/мин.

R - радиус внутренней части барабана, м.

Угловая скорость барабана:

щ_б = 2р ·n_б = 6,28 · 0,293 = 1,84 рад./сек. ; .

4. Сила тяжести бетонной смеси:

G_см = V_г · с · g = 0,6 · 2400 · 9,81 = 14126,4 Н;

где:

с = 2400 кг/м³ - плотность бетонной смеси;

g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения.

5. Мощность двигателя привода смесителя.

а) мощность на перемешивание бетонной смеси:

кВт.

б) мощность на перекатывание барабана по роликам:

=0,149 кВт.

где:

G_б - приблизительный вес барабана, G_б = (15 ч 16) · V_з = 15 · 0,9 = 13,5 кН;

в - угол установки опорных роликов, в = 30° (0,866);

k - коэффициент трения-качения бандажа барабана (0,0008 ч 0,001), принимаем k = 0,0008;

f - коэффициент трения в опоре ролика (0,01 ч 0,015), принимаем f = 0,015;

R_б - радиус бандажа барабана, R_б = (1,05 ч 1,1) · R = 1,07 · 0,8205 = 0,88 м;

D_р - диаметр опорного ролика, D_р = (0,15 ч 0,2) · D_б = 0,17 · 1,76= 0,3 м;

d_ц - диаметр цапфы ролика, м;

щ_б - угловая скорость барабана.

в) расчетная мощность электродвигателя:

;

где:

з - КПД привода смесительного барабана. Найдем как произведение КПД всех ступеней передачи:

;

здесь:

з_м - КПД муфты, з_м = 0,98;

з_п - КПД пары подшипников качения, з_п = 0,99;

з_зз - КПД пары зубчатых колес закрытой передачи (0,96 ч 0,98), з_зз = 0,97;

з_г - КПД гидравлических потерь на смазку одной пары зубчатых колес, з_г = 0,93;

з_зо - КПД открытой зубчатой пары (0,93 ч 0,95), з_п = 0,95.

кВт;

г) Также вычислим КПД для всех зубчатых колес передачи, начиная с первого и заканчивая пятым (КПД для шестого колеса равен КПД всего привода). Вычисления нужны для подсчета мощностей и крутящих моментов на всех колесах зубчатой передачи. Заметим, что две пары колес (2-е и 3-е, а также 4-е и 5-е) попарно сидят на одних валах, поэтому можно принять, что КПД, мощности, а также скорости вращения для каждой пары этих колес одинаковы.

КПД зубчатых колес привода барабана

Номер зубчатого колеса	КПД
1
2
3
4
5
6

6. Подбор электродвигателя.

Электродвигатель подбирают по расчетной мощности N_Д . Выбираем асинхронный трехфазный электродвигатель переменного тока типа 4А160S4УЗ мощностью 11 кВт с синхронной частотой вращения n_c = 1000 об/мин. и относительным скольжением при номинальной нагрузке S = 2,7 %.

Определяем фактическую частоту вращения двигателя:

об/мин.

7. Предварительные передаточные числа привода.

;

здесь n_Д - фактическая частота вращения вала двигателя;

n_б - оптимальная частота вращения барабана.

Передаточное число 3- ступени передачи выбираем (зубчатое колесо z₅ и венец z₆): u₃ = 9.

Тогда передаточное число закрытого двухступенчатого редуктора определится из выражения:

,

передаточное число тихоходной ступени редуктора

передаточное число быстроходной ступени привода и редуктора:

Найденые передаточные числа являются предварительными и будут уточняться в дальнейших расчетах.

8. Мощности обороты и крутящие моменты на волах и приводах

Вычисляем мощности, числа оборотов, угловые скорости, крутящие моменты на всех зубчатых колесах привода.

а) быстроходный вал редуктора (первое зубчатое колесо):

кВт;

n₁ = n_Д =976 об/мин;

с^-1;

кНм.

б) промежуточный вал закрытого редуктора (второе зубчатое колесо):

кВт;

об/мин;

с^-1;

кНм.

Так как второе и третье зубчатые колеса посажены на один вал, то рассчитываемые параметры для них будут одинаковы N₂ = N₃ =8,33 кВт; n₂ = n₃= 345 об/мин;

щ₂ = щ₃ = 36,11 с^-1; М₂ = М₃ = 0,2306 кНм.

в) тихоходный вал редуктора (четвёртое зубчатое колесо):

смесительный бетоносмеситель барабан привод

кВт;

об/мин;

с^-1;

кНм.

Так как четвертое и пятое зубчатые колеса посажены на один вал, то рассчитываемые параметры для них будут одинаковы N₄ = N₅ = 8,01 кВт; n₄ = n₅= 158 об/мин;

щ₄ = щ₅ = 16,5 с^-1; М₄ = М₅ =0,485 кНм.

г) открытая передача (шестое зубчатое колесо)

кВт;

об/мин;

с^-1;

кНм.

Предварительные силовые и геометрические параметры привода.

i	Ni , кВт	ni , об/мин	щi , 1/с	Mi , кНм	ui	ai , мм	Ца
1	8,67	976	102,1	0,0849	2,83	121,64	0,315
2	8,33	345	36,11	0,2306
3	8,33	345	36,11	0,2306	2,19	142,27	0,4
4	2,14	158	17,8	0,485
5	2,14	158	17,8	0,485	9	674,36	0,075
6	7,61	17,5	1,83	1,45

9. Материалы и допускаемые напряжения зубчатых колес.

Величину допускаемого контактного напряжения для каждой пары зубчатых колес закрытого редуктора равняется:

а) допускаемые контактные напряжения для каждой пары зубчатых колес закрытого редуктора:

МПа;

МПа;

где:

НВ_ср - средняя твердость по Бринеллю для материала колеса, МПа.

б) допускаемые напряжения изгиба для каждой шестерни и каждого колеса зубчатых пар закрытого редуктора:

_ш =310ч370 МПа.

МПа.

где, HВср.= 262 МПа - средняя твердость колеса закрытого редуктора.

Для третьей (открытой ) пары, которая включает колеса Z₅ и Z₆:

[G_н]=1,8*НВ_ср.+67=1,8*249+67=515 МПа

[G_f]_ш=1,03*286=295 МПа

[G_f]_к=1,03*249=256 МПа

10. Межосевое расстояние зубчатых колес.

В приводе барабана бетоносмесителя рекомендуется употреблять прямозубые зубчатые колеса. Для каждой пары колес межосевое расстояние вычисляется по условию контактной прочности или по контактным напряжениям.

межосевое расстояние быстроходного вала редуктора: (для первой пары зубчатых колес _а=0,315)

мм;

межосевое расстояние тихоходного вала редуктора:

(для второй пары _а=0,4)

мм;

межосевое расстояние открытой передачи: (для третьей пары _а=0,075)

мм.

Так как R больше чем a3 для расчета a3 задавшись числом зубьев .Тогда

Модуль зацепления зубчатого венца.

Расчетное значение модуля округляем до ближайшего стандартного,

мм.

Делительный диаметр зубчатого венца

11. Уточненные геометрические параметры зубчатой передачи.

а) Зададимся числом зубьев ведущего колеса первой пары z₁ = 22 и ведущего колеса второй пары z₃ = 21, тогда число зубьев ведомых колес тех же пар соответственно равны:

.

z₄ = z₃ · u₂= 21 · 2.19 = 45.9946

б) Уточняем передаточное число ступени, с учетом полученного числа зубьев:

мм;

Межосевое расстояние а_J берем из таб. 8 (методические указания).

Округляя оба модуля до ближайших стандартных значений:

m₁=m₂= 3 мм.

m₃=m₄=4.5 мм.

г) Зная модуль числа зубьев, вычислим делительные диаметры зубчатых колес:

мм;

мм;

д) Уточним межосевое расстояние:

мм.

е) Длины зубьев найдем из нового межосевого расстояния, с учетом выбранных значений ц_а для колеса и шестерни быстроходный зубчатой пары:

Уточненные геометрические и силовые параметры привода.

i	zi	m, мм	di	u	а , мм	P, H	Yf,i	bi, мм
1	22	3	66	2.91	126	2479.5	4	40.2
2	62		186				3,62	36.6
3	21	4.5	94.5	2,24	150.75	4685.9	4,04	66.3
4	207		207				3,7	60.3
5	17	9	204	9	1038	1549.1	4,27	84.1
6	153		1872				3,6	76.5

12. Проверка прочности зубчатых колес.

После расчета геометрических параметров передачи, которые округлялись в ту или иную сторону, необходимо произвести проверку прочности зубьев по контактным напряжениям и напряжениям изгиба .

Действующие контактные напряжения найдем по формуле:

Находим усилия:

Действующие напряжения изгиба:

y_f1=4; y_f2=3,62; y_f3=4,04; y_f4=4.04; y_f5=4,27; y_f6=3,6

;

;

Допускаемые и действующие напряжения зубьев колес передачи.

Номер колеса	Контактные напряжения	Напряжения изгиба
	Допускаемые	Действительные	Допускаемые	Действительные
i	[Gн],МПа	[Gf.], МПа
1	582	578.7	370	115
2			295	114.3
3	582	525.8	370	88.8
4			295	89.4
5	515	162.3	295	9.17
6			256	8.5

Сравнивая расчетные и действующие напряжения, можно сделать заключение, что отклонения в сторону превышения не более 5 %. Так же достаточно велик запас прочности по напряжениям изгиба, но контактные напряжения являются определяющими.

13. Расчет валов.

На ведущем валу редуктора, диаметр под муфту:

мм;

Диаметр под подшипник:

мм;

здесь:

t =2,8 - высота буртика, выбирается в зависимости от диаметра посадочной поверхности вала.

Диаметр под шестерню:

мм;

На промежуточном валу редуктора, диаметр под колесо:

мм;

Диаметр под шестерню:

мм; принимаем 41 мм.

Диаметр под подшипники:

мм; принимаем 35мм.

На тихоходном валу, диаметр под колесо:

мм;

Диаметр под первый подшипник:

мм;

Диаметр под второй подшипник:

мм; принимаем 55 мм.

Диаметр под шестерню:

мм;

Наибольшее расстояние между внешними поверхностями вращающихся деталей редуктора:

мм.

Найдем зазор между вращающимися деталями и внутренними стенками корпуса редуктора:

мм.

Расстояние между торцовыми поверхностями колес редуктора:

мм.

14. Производительность смесителя.

м³/час;

здесь:

V_з =0.9- вместимость смесителя по загрузке, м³;

k_в =0.667- коэффициент выхода бетонной смеси;

z_с =30- число замесов, ч^-1;

k_и =0.7- коэффициент использования рабочего времени.

Список используемой литературы

1. Методические указания «Расчет гравитационного бетоносмесителя периодического действия»

2. Борщевский А. А., Ильин А. С. «Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий».

3. Атлас конструкций «Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций» под редакцией Сапожникова М. Я.

4. Дунаев П. В. «Конструирование узлов и деталей машин».

5. Атлас конструкций «Детали машин».

Размещено на Allbest.ru