Размещено на http://www.allbest.ru/

Двохвальний лопатевий змішувач для технології виробництва бетону

1. Лопатеві змішувачі з горизонтальними валами

Для виробництва бетону, а також для підготовки шихти в скляному, силікатному й іншому виробництвах, широко використовують двухвальні лопатеві змішувачі безперервної і циклічної дії. Зволоження може вироблятися водою або парою низького тиску. В останньому випадку досягається більш висока якість виробів, тому що, пара прогріває масу і потім, конденсуючи, воложить неї. Головним параметром лопатевих змішувачів прийняте їхнє виробництво. Промисловість України випускає змішувачі продуктивністю (по глині): 3, 5, 7, 18 і 35 м⁸/год з діаметром лопат 1<1 «відповідно 350, 600 і 750 мм.

При готуванні суміші її перемішують у двох розташованих полідовно змішувачах. У першому роблять сухе перемішування компонентів, у другому - з зволоженням і паропрогрівом. Недостатньо перемішана суміш неоднорідна по активності і вологості, погано пресується, сформована цегла-сирець розщеплюється і його важко зняти зі столу преса.

Компоненти сировинного суміші змішують в одно- і двухвальних лопатевих змішувачах безупинної дії. Привод змішувача містить у собі електродвигун і редуктор. Продуктивність змішувача регулюють, змінюючи кут повороту лопат. Для зволоження суміші вода надходить у змішувач через установлений над ним трубопровід. Подачу регулюють вентилем.

Мал. 2 Кінематична схема змішувача

На схемі 2. на ведучому 2 і відомому 3 валах під кутом 65⁰ до осі встановлені по 1 лопаті, що утворять переривчасту гвинтову лінію. Кут установки лопат може бути змінений у залежності від кутової роботи і необхідної продуктивності.

Вали приводяться в дію від електродвигуна 8 через фрикційну муфту 7, редуктор 6 і зрівняльну муфту 5. Вони з'єднані між собою парою шестірень 4 і обертаються в протилежні сторони. Електродвигун і редуктор установлені на окремій звареній рамі.

У конструкції змішувача СМК - 18 не враховані з особливості переробки силікатної суміші: необхідність рівномірно розподіляти в суміші три різних по фізико-хімічних

властивостях компонента: пісок, тонкомолоте чи вапно в'язке і воду;

наявність висока абразивного середовища і підвищеної температури силікатної суміші в зв'язку з гасінням вапна;

інтенсивне тепло і паротворення;

- здатність суміші до злежування, налипанню і природному твердінню.

Схема двохвального змішувача СМС-95

Двохвальний змішувач безперервної дії, призначається як для сухого перемішування силікатної суміші при виробництві силікатної цегли.

Двохвальний змішувач являє собою металевий коробчатий корпус /, у якому встановлені два обертових назустріч один одному вала 2 із закріпленими на них по гвинтовій лінії лопатами 3. Обертання валам передається від електродвигуна 4 через фрикційну муфту 5, редуктор би зубчасту передачу 7. Лопати, як показано, установлені по гвинтовій лінії під кутом до площини, перпендикулярній осі вала. Кріплення лопат на валові здійснено так, що можна змінювати кут установки них. При збільшенні кута нахилу збільшується крок гвинтової лінії і внаслідок цього швидкість просування маси підвищується. Очевидно, що при цьому збільшується продуктивність змішувача, однак якість перемішування знижується.

Зменшення кута нахилу приводить до зворотних результатів: подовжується термін перебування маси в змішувачі, зменшується продуктивність, але поліпшується якість перемішування. Оптимальний кут установки лопат у кожнім конкретному випадку повинний підбиратися для забезпечення щодо високої продуктивності при високій якості перемішування.

Для зволоження порошкової маси над змішувачем установлюють водопровідні труби з дрібними отворами в них, через які подається вода у виді тонких струменів.

Найбільш ефективним методом зволоження є, так називане, парозволоження мас, здійснюване як при сухому, так і при пластичному способах виробництва. При парозволоження відбувається прогрів маси, чим забезпечується підвищення якості виробів при наступній обробці. Глина воложиться насиченою парою низького тиску, що прогріває масу і потім, конденсуючи, воложить неї.

У змішувачах з паро прогрівом днище корпуса складається зі сталевих аркушів 8, лускате розташування яких забезпечує прохід пари до маси. У нижній частині корпуса приварені конденсаційні циліндри 9. Пара підводиться по трубі 10. Для зменшення втрат тепла нижня частина корпуса захищена термоізольованим кожухом // , заповненим мінеральною ватою. Верх корпуса закривається кришкою 12. У разі потреби додаткового зволоження водою вона може подаватися по трубі 13. Подача маси здійснюється через завантажувальний люк 14, а відвід - через розвантажувальний люк 15.

Щоб уникнути швидкого зносу рекомендується внутрішню поверхню корпуса футерувати змінними накладками.

Далі наведено декілька бетонозмішувачів різного типу:

Наприклад бетонозмішувач гравітаційного типу ємністю 1500 л.

Все обладнання поставлено на причеп PK-24N

Далі представлено ще декілька різновидностей причепів:

Побідний причеп нашому, але дещо відрізняючийся розміром

Вихідні дані:

Загальна довжина корита - 3 м,

Зовнішній діаметр лопат - 700 мм,

Крок лопат - 560 мм,

Зазор між лопатами і внутрішньою поверхнею корита 12 мм,

Матеріал для виробництва силікатної цегли силікатна суміш (вологість W = 68%).

Частота обертання валів змішувача - 40 про/хв.

Ціль роботи:

Розрахувати елементи приводу і сконструювати привід;

Визначити зусилля, що діють на вал, і сконструювати вал;

Вибрати підшипники валу,

Розрахувати і вибрати шпонку приводного валу.

Визначити продуктивність змішувача, м³/год;

Розрахувати потужність приводу, квт;

Починаємо розрахунок:

Починаємо з знаходження продуктивності.

Продуктивність двохвального лопатевого змішувача, визначається як продуктивність переривчастого шнека:

, м³/год, (1)

де D - діаметр окружності, описуваної кінцем лопати, м;

d - діаметр вала, м;

b - середня ширина лопати, м;

- кут нахилу лопати, у межах 1215⁰;

- коефіцієнт заповнення корпуса змішувача, його рекомендується приймати 0,6;

n - число оборотів вала змішувача, об/сек;

k - коефіцієнт, нерівномірності подачі сировини в змішувач і розпушення матеріалу, k 0,6;

- коефіцієнт, часткового повернення маси при її перемішуванні; рекомендується приймати рівним 0,750,8.

D =700 мм (із завдання);

d =110 мм (із графічної частини);

b =140 мм (із графічної частини);

n = 40 об/хв = 0,66 об/с.

Нам відомо, що продуктивність змішувача регулюється. Змінюючи швидкість обертання валів змішувача, кут нахилу лопат, ступінь заповнення корита, ми змінюємо продуктивність змішувача.

= 18,6 м³/ч.

Потужність привода змішувача:

, кВт. (2).

де N₁ потужність на подолання опору тертя маси, що змішується, об стінки корита

, кВт, (3)

V - продуктивність змішувача, м³/год,

- обсяг маси, кг/м³, 1300 кг/м³;

L - довжина корпуса, м,

w - коефіцієнт опору, загальний (4).

А N₂ - потужність двухвального змішувача, що витрачається на різання маси, дорівнює:

кВт. (4)

1,7 - коефіцієнт, що враховує кількість валів;

b - середня ширина лопати, м;

k - питомий опір різанню, для силікатної суміші k = 110⁵ Н/м²;

i - кількість лопат на одному валу;

R - радіус окружності, описуваної кінцем лопати, м;

r - відстань від центра обертання до початку лопати, м.

R =350 мм (із завдання);

r =65 мм (із креслення);

b =140 мм (із креслення);

i = 18 (із креслення).

= 1185 Вт 1,2 кВт.

= 20599 Вт 20,6кВт

Сумарна потужність:

кВт.

З стандартного ряду вибираємо в більшу сторону 30 кВт.

2. Проектування приводу

Вали змішувача приводяться в дію від електродвигуна 8 через фрикційну муфту 7, редуктор 6 і втулочно-пальцеву муфту 5. Вали з'єднані між собою парою шестірень 4 і обертаються в протилежні сторони. Електродвигун і редуктор установлені на окремій звареній рамі.

Необхідна частота обертання валів 40 об/хв (за завданням). Вибираємо двигун з частотою обертання 1000 об/хв потужність 30 кВт, Вибираемо електродвигун марки - АМУ225М6; де d - діаметр валу 60 мм; та маса - 310 кг.



Кінематична схема змішувача: 1 - підшипник, 2, 3 - вали, 4, 7 - муфти, 5 - шестірня, 6 - редуктор, 8 - електродвигун.

Редуктор вибирається виходячи з необхідного передатного відношення, та крутному моменту на тихохідному валі:

Для визначення орієнтованого передатного відношення виконуємо кінематичний розрахунок.

п_{двигуна} 1000 об/хв, а необхідна п_роб._орг 40 об/хв, те необхідне передаточне число редуктора:

(5).

Необхідний крутний момент, на тихохідному валу редуктора визначаємо, знаючи споживану змішувачем потужність (27 кВт), чи потужність двигуна привода (30кВт), а також кутову швидкість вала 2 (рис. 1) - вона задана у вихідних даних (_{роб.орг} 4 рад/с, оскільки п_роб._орг 40 об/хв).

N_дв. M_{роб.органуроб.органу}

 (6).

Вибираємо редуктор двоступінчастий циліндричний Ц2У-315з передаточним числом 25 ([2] табл. 12,13 стор. 490, другий тім).

М_{тих. вал} =7.5 кНм,

Консольне навантаження, що допускається, на швидкохідному валу кн,

на тихохідному валу -7.5 кН. Маса - 510 кг.

Таблиця 1. (розміри на рис. 4).

типорозмір	межосіва відстань	L	L1	L2	L3	L4	l	l1	l2
редуктора	a т	а шв
Ц2У-315	315	200	1040	300	420	197	365	1040	740	365

Визначення величин сил, моментів, побудова епюр моментів, визначення еквівалентних моментів.

На вал 2 (рис. 1) діє момент, що крутить, від муфти, осьове зусилля від лопат, що транспортують суміш в осьовому напрямку і радіальному навантаженні від лопат, що врізаються в суміш при обертанні вала в заповненому кориті.

Визначаємо зусилля, що діють на лопату 3, стор. 33.

Осьове зусилля на лопату, Н:

змішувач двохвальний лопатевий привод

P₁= q₁(R² - r²)=H(7)

де тиск суміші на лопату в осьовому напрямку, Па:

q₁ = C= Па. (8)

тут - швидкість руху матеріалу уздовж осі змішувача, м/с:

= = м/с (9)

Для визначення осьового зусилля, що діє на лопатевої вал, силу P₁ множимо на число лопат одного вала (п=18) і коефіцієнт .

P_ocь = P₁п = H (10)

Окружне зусилля на лопату, Н:

P₂ = q₂S(R - r)= H (11)

де тиск суміші на лопату, по колу руху лопати, Па:

q₂ = C=Па (12)

тут - середня колова швидкість лопати, м/с:

= =м/с: (13)

Для визначення радіального зусилля, що діє на лопатевої вал, силу P₂ множимо на число лопат одного вала (п=18) і коефіцієнт і поділяємо на «2», оскільки лише половина лопат, занурених у суміш, переборюють радіальні зусилля, врізаючись у суміш (інша половина, що рухаються нагору радіальних зусиль практично не випробують).

P_кол = P₂п / 2=H (14)

Осьове зусилля, що діє на лопатевої вал, P_ocь = 2,8 кН,

радіальне зусилля, що діє на лопатевої вал, P_кол = 1.75Н.

(15).

Для спрощення представимо радіальне зусилля на кожен вал як розподілене навантаження, інтенсивність якого: f = P_кол/l = 873 кН/2,38 м= 366,8 Н/м, (16).

Тут l - довжина зони вала, на якій розташовані лопати, l=2,38 м (із креслення).

Момент, що крутить

Розрахунок діаметра вала в небеспечному перерізі будемо робити виходячи з еквівалентного моменту (викликаного що крутить і згинає моментами) і осьової сили, що стискає вал.

Зубчастою передачею передається момент, що крутить, приблизно вдвічі менший:

М_{зубч.передачі} = (17).

Зусилля, що діє на вал з боку зубчастого колеса синхронізатора:

15 кН. (18).

Знаходимо реакції опор R_B і R_A.

X: - F_зубч+ R_B - P_kол+ R_A = 0 (19).

M_B: F_зубчBE - P_kол BQ + R_AВА = 0 (20).

Примітка: згинальний момент, викликувана силоміць Р_ось, що прикладена умовно до середини лопати, не враховуємо; його значення мале.

150,16 - 1,751,73 +R_A2,89 = 0 (21).

R_B = F_зубч+ P_kол - R_A = 15 + 1,75 - 0,187 = 16,56 кН. (22).

Будуємо епюри згинальних моментів.

Ліворуч:

M_B = 150,16 = 2,4 кНм

M_L = F_зубчLE - R_BLB = 15 кН(0,16+0,68) м - 16,56кН0,68 м = 1,339 кНм (23)

Епюра моменту від розподіленої сили криволинейна, тому ставимо крапки Т и С, що поділяють відрізок LO на чверті. Знаходимо значення згинальних моментів також і в цих крапках:

M_T = F_зубчTE - R_BTB + (P_кол /4)TN = 15 кН(0,16+0,68+0,5) м - 16,56кН(0,68+0,5) м + 1,75/4кН0,25 м = 0,669 кНм (24).

M_Q = F_зубч QE - R_B BQ + (P_кол /2)TQ = 15 кН(0,16+0,68+1) - 16,56кН(0,68+1) м + 1,75/2кН0,5 м = 0,217 кНм (25).

M_О = F_зубч ОE - R_B У + P_кол ОQ = 15 кН(0,16+0,68+2) - 16,56кН(0,68+2) м + 1,75кН1 м = - 0,031 кНм (26).

M_A = F_зубч EA - R_B BA + P_кол AQ = 15 кН(0,16+0,68+2+0,2) - 16,56кН(0,68+2+0,2) м + 1,75кН(1+0,2) м = 0,007 кНм (27).

Рівність нулю згинаючого моменту в крапці А (M_A = 0,0072 кНм 0) доводить правильність розрахунків.

Як видно з епюр моментів, максимальний згинальний момент досягається в крапці В, а максимальний момент, що крутить - у точці О.

Розрахуємо еквівалентні моменти для перетинів у крапці А и в крапці ПРО:

M_Bэкв. =MM_B = = = 4,452 кНм. (28).

M_Оэкв. =MM_O = = = 7,5 кНм. (29).

У подальших розрахунках оперуємо великим з них MM_O = 7,5 кНм.

З огляду на, що на вал діють крім еквівалентного моменту ще й осьові сили, фактична напруга в перетині вала визначається по формулі:

 [], (30)

де d - діаметр вала, W - момент опору перетину вала,

Р_ось - сумарна сила, що впливає на вал в осьовому напрямку.

Перевірочний розрахунок вала

Визначимо фактична напругу в перетині вала в крапці О по формулі:

[],

де d - діаметр вала (з урахуванням ослаблення вала шпонковими пазами, отворами для кріплення та ін.), d = 80 мм,

Тоді момент опору перетину: W = 0,1 d³ = 0,1 0,080³ = 0,0000512м³.

F_осев= 2,8 кН (розрахована в розділі 3.1).

чи 147 МПа [] = 200 МПа

[] = 200 МПа - для сталі 45 загартованої до HRC 42 [2].

Як видно з розрахунку, вплив осьової сили на напругу в перетині вала дуже мало.

З урахуванням ослаблення вала шпонковими пазами, приймаємо фактичний діаметр d = 90 мм мінімальним діаметром вала; конструюємо вал.

Розрахунок підшипника кочення.

Розрахунок підшипників опор А и В.

Кутова швидкість обертання вала 4 рад/с;

Механізм працює з помірними биттям (до 150% від номінального, розрахункового навантаження, К_б = 1,3;

На підшипник А діють сили: радіальна R_А = 0,187 кН, осьова Рось = 2,8кН; на підшипник В - радіальна сила R_В = 16,56 кН.

Оскільки 16,56 кН2,8 кН, розрахунок радіально-завзятих підшипників ведемо так, начебто осьової сили немає (з огляду на, те що радіальні підшипники здатні витримувати осьове навантаження, що досягає 25% від радіального).

Робота підшипника при температурі навколишнього середовища, К_Т = 1,0;

Необхідна довговічність підшипника L_h =200 000 годин.

Обертається внутрішнє кільце підшипника, V = 1, Х = 1.

Приймаємо для опор В и А підшипники радіальні сферичні упорні №3526. Для нього динамічна вантажопідйомність С = 281000Н.

Еквівалентне динамічне навантаження на підшипнику:

Р_Экв = VХ R_ВК_бК_Т, (31).

тут Х, V, К_б, К_Т - коефіцієнти.

Р_Экв = 1116,5610³1,31= 21528 (Н),

Довговічність підшипника:

200000 годин.

тут С = 281000 Н - динамічна вантажопідйомність підшипника.

Размещено на Allbest.ru