Проект модернизации противоточного бетоносмесителя

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

Белорусский Государственный Университет Транспорта

Кафедра "Детали машин, путевые и строительные машины"

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине

"Строительные машины и монтажное оборудование ”

ПРОЕКТ МОДЕРНИЗАЦИИ ПРОТИВОТОЧНОГО БЕТОНОСМЕСИТЕЛЯ

Содержание

Введение

1. Анализ технической литературы

2. Патентный обзор

3. Описание конструкции

4. Определение основных параметров

4.1 Расчет частоты вращения вала

4.2 Расчет мощности двигателя

4.3 Энергокинематический расчет

5. Расчеты на прочность

5.1 Расчет на прочность втулочно-пальцевой муфты

5.2 Расчет на прочность входного вала редуктора

6. Определение производительности бетоносмесителя

7. Охрана труда

Список использованных источников

Введение

Увеличивающиеся из года в год объемы промышленного, гидротехнического, жилищного, дорожного и других видов строительства требуют огромного количества нерудных строительных материалов (щебня, гравия, песка), идущих на изготовление железобетонных конструкций и асфальтобетонных покрытий, а также балластных слоев при транспортном строительстве.

Добыча и переработка нерудных строительных материалов - древнейшая область производственной деятельности человека. На протяжении всей истории человечества камень неизбежно служил основным материалом при создании сооружений. Длительное время производство нерудных строительных материалов было примитивным и основывалось на ручном труде. В дореволюционной России эта отрасль промышленности была на низком уровне. В стране действовало не более 360 карьеров, на которых добывали всего 2 миллионов м³ в год каменных материалов. Более половины этого количества составлял бутовый камень, а остальное - гравий и песок. В связи с индустриализацией строительства, переходом на высокие скорости железнодорожного транспорта, высокой интенсивностью движения на автомагистралях предъявляются новые требования к камню, используемому в строительстве. Конструкции из сборного железобетона с каждым годом совершенствуется в направлении их облегчения.

В общей массе сооружаемых объектов в настоящее время объем материалов и конструкций, получаемых на основе минерального сырья, составляет в среднем 70 %, а для некоторых объектов - 90 %. Из общего количества камня около 75 % его потребляют непосредственно на строительстве для изготовления бетонных конструкций, остальные 25 % - для производства цемента и других целей.

противоточный лопастной смеситель бетоносмеситель

Превращение промышленности нерудных строительных материалов в крупную высокоразвитую отрасль строительной индустрии невозможно без подготовки квалифицированных инженерно-технических кадров.

Целью курсового проекта является - смеситель лопастной, для которого необходимо в первую очередь уметь рассчитать основные технологические и конструктивные параметры заданной машины. Это позволяет приобрести практические навыки и целесообразно реализовать и закрепить теоретические знания, полученные в лекционном курсе.

1. Анализ технической литературы

Смесители классифицируют по ряду признаков (рисунок 1). Смесители бывают стационарными и передвижными. Передвижные смесители применяют на объектах с небольшими объемами работ, стационарные - на заводах. По способу смешивания различают смесители принудительного действия и гравитационные. Принудительное смешивание осуществляется при вращении лопастей или других элементов в неподвижной емкости - барабане (рисунок 2), а в гравитационных смесителях - в результате подъема и сбрасывания смеси внутри вращающегося барабана (рисунок 3). Гравитационные смесители проще по конструкции и способны перемешивать бетоны с более крупным заполнителем. По режиму работы смесители бывают цикличного и непрерывного действия. Смесители цикличного действия работают последовательными циклами.

Рисунок 1 - Классификация машин и оборудования для приготовления цементобетонных смесей

Каждый цикл состоит из операций загрузки, перемешивания и выгрузки готовой смеси. В смесителях непрерывного действия поступление компонентов и выход готовой смеси происходит непрерывно. Эти машины отличаются большой производительностью. Главным параметром смесителей непрерывного действия является их производительность.

Гравитационные бетоносмесители обеспечивают перемешивание компонентов в барабанах, к внутренним стенкам которых прикреплены лопасти. При вращении барабана смесь поднимается лопастями на некоторую высоту и затем падает вниз. При этом образуются определенные радиальные и осевые потоки движения смеси, благодаря чему различные частицы материала равномерно перераспределяются по объему замеса.

Гравитационные бетоносмесители непрерывного действия обычно имеют цилиндрический барабан с горизонтальной осью.

Такие смесители непрерывно загружают сверху через загрузочную воронку, готовая смесь также непрерывно выгружается с противоположного конца. Производительность регулируют, менял производительность дозаторов. Такие бетоносмесители хорошо зарекомендовали себя при приготовлении смеси одной марки. При переналадке на: смесь новой марки они уступают смесителям циклического действия. Бетоносмесители изготовляют с наклоняющимися и ненаклоняющимися барабанами. Смесительные барабаны могут быть грушевидной, конусной и цилиндрической формы.

Рисунок 2 - Двухвальный смеситель с горизонтальными валами непрерывного действия: а - схема смесителя; 1 - двигатель; 2 - клиноременная передача; 3 - редуктор; 4 - зубчатая передача; 5 - разгрузочный затвор; 6 - лопастные валы; 7 - лопасть; 8 - корыто смесителя. Схема движения смеси в корпусе смесителя: б - противоточная; в - поточно-контурная

Рисунок 3 - Бетоносмеситель с двухконусным барабаном

а - общий вид; б - схема устройства смесительного барабана; 1 - станина; 2 - стойка; 3 - пневмоцилиндр; 4 - кронштейн; 5 - шип траверсы; 6 - барабан; 7, 15 - обод; 8 - зубчатый венец; 9 - электродвигатель; 10 - опорные ролики; 11 - упорный ролик; 12 - траверса; 13, 14 - лопасти

Рисунок 4 - Схемы неопрокидных бетоносмесителей

а - реверсивного; б - с выгрузочным лотком

По способу выгрузки гравитационные смесители бывают: опрокидными, в которых выгрузка замеса осуществляется наклоном барабана в сторону выгрузочного отверстия; реверсивными, выгружаемыми в результате обратного вращения, что о6еспечивает движение материала в сторону выгрузочного отверстия; с вводным лотком, по которому смесь выгружается из барабана (рисунок 4).

Цикличные бетоносмесители с принудительным смешиванием материалов разделяют на чаше - и корытообразные (лотковые). В чашеобразных корпус выполнен в виде чаши цилиндрической формы с одним или несколькими перемешивающими валами. В корытообразных бетоносмесителях корпус оснащен одним или двумя перемешивающими лопастными валами. Бетоносмесители принудительного смешивания более производительны, они обеспечивают приготовление смесей высокой жесткости, чего нельзя достичь; в гравитационных бетоносмесителях.

Бетоносмесители с эксцентрично расположенными валами разделяют на прямоточные и противоточные с вращающейся или неподвижной чашей. Прямоточные имеют направление вращения лопастного вала, которое совпадает с направлением движения смешиваемых материалов, обеспечиваемого вращающейся чашей или лопастями, которые закреплены на траверсе. В противоточных бетоносмесителях вращающаяся чаша или траверса со скребками направляет смешиваемые материалы к лопастным валам, вращение которых противоположно вращению чаши или траверсы.

Для перемешивания различных порошковых масс, например при производстве керамических изделий по методу сухого прессования, при производстве силикатных изделий, при подготовке шихты в стекольных производствах и т.д., нашли широкое применение одновальные и двухвальные лопастные смесители непрерывного действия.

Рисунок 5 - Одновальный винтовой смеситель

Одновальный смеситель, представленный на рисунке 5, применяется для перемешивания сухих, предварительно измельченных компонентов с последующим транспортированием их в другой смеситель, где однородная по составу смесь увлажняется. Данного типа смесители находят применение в случаях, когда различные материалы из нескольких бункеров и дозирующих аппаратов требуется тщательно перемешивать и подавать для дальнейшей обработки (например, в установке для приготовления капсюльной массы в производстве облицовочных плиток).

Рисунок 6 - Одновальный смеситель непрерывного действия

Смеситель состоит из металлического корыта 1, в котором установлен вал 2 с винтовыми лопастями 3. Смесь размолотой глины и каолина перемешивается с мелким и крупным шамотом, поступающим из отдельных бункеров. Вал смесителя приводится во вращение от электродвигателя через ременную или цепную передачу 4 и далее через зубчатую передачу 5.

Одновальный смеситель непрерывного действия, показанный на рисунке 6, предназначается для перемешивания сухих порошков, при этом в мешалки этого типа может быть добавлена вода. В этом случае сначала перемешивание производится всухую, а затем смесь увлажняется водой. Смеситель состоит из корыта 1 с размещенным в нем валом 2, на котором по винтовой линии закреплены лопасти 3, установленные под определенным углом. Привод мешалки осуществляется от электродвигателя через ременную и зубчатую передачи. В последних моделях привод осуществляется непосредственно от электродвигателя через редуктор. Рассматриваемый одновальный смеситель используется также и для перемешивания пластичных материалов. Одновальные смесители этого типа вытесняются двухвальными смесителями.

Двухвальный смеситель непрерывного действия предназначается как для сухого перемешивания глины при полусухом производстве керамических изделий, так и при пластичном формовании изделий.

Двухвальный смеситель (рисунок 7) представляет собой металлический корытообразный корпус 7, в котором установлены два вращающихся навстречу друг другу вала 2 с закрепленными на них по винтовой линии лопастями 3. Вращение валам передается от электродвигателя 4 через фрикционную муфту 5, редуктор 6 и зубчатую передачу 7. Лопасти, как показано, установлены по винтовой линии под углом к плоскости, перпендикулярной оси вала. Крепление лопастей на валу осуществлено так, что можно менять угол установки их. При увеличении угла наклона увеличивается шаг винтовой линии и вследствие этого скорость продвижения массы повышается. Очевидно, что при этом увеличивается производительность смесителя, однако качество перемешивания снижается.

Уменьшение угла наклона приводит к обратным результатам: удлиняется срок пребывания массы в смесителе, уменьшается производительность, но улучшается качество перемешивания. Оптимальный угол установки лопастей в каждом конкретном случае должен подбираться для обеспечения относительно высокой производительности при высоком качестве перемешивания.

Для увлажнения порошковой массы над смесителем устанавливают водопроводные трубы с мелкими отверстиями в них, через которые подается вода в виде тонких струй.

Наиболее эффективным методом увлажнения является так называемое переувлажнение масс, осуществляемое как при сухом, так и при пластичном способах производства. При пароувлажнении происходит прогрев массы, чем обеспечивается повышение качества изделий при последующей обработке. Глина увлажняется насыщенным паром низкого давления, который прогревает массу и затем, конденсируясь, увлажняет ее.

В смесителях с парообогревом днище корпуса состоит из стальных листов 8, чешуйчатое расположение которых обеспечивает проход пара к массе. В нижней части корпуса приварены конденсационные цилиндры 9. Пар подводится по трубе 10. Для уменьшения потерь тепла нижняя часть корпуса защищена термоизоляционным кожухом II, заполненным минеральной ватой. Верх корпуса закрывается крышкой 12. В случае необходимости дополнительного увлажнения водой она может подаваться по трубе 13. Подача массы осуществляется через загрузочный люк 14, а отвод - через разгрузочный люк 15.

Во избежание быстрого износа рекомендуется внутреннюю поверхность корпуса футеровать сменными накладками.

Рисунок 7 - Двухвальный смеситель непрерывного действия

Двухвальный противоточный смеситель непрерывного действия, представленный на рисунок 8, применяется в случаях, когда требуется особо тщательное перемешивание массы. Лопасти 1 на валу 2 этих смесителей устанавливают с таким расчетом, чтобы они, перемешивая, продвигали массу по направлению к разгрузочному люку 3, а лопасти 4 на валу 5 продвигали бы массы в обратном направлении. Вследствие того, что вал 2 вращается с более высоким числом оборотов, чем вал 5, смешиваемая масса движется возвратно-поступательно, при этом обеспечивается высокое качество перемешивания.

Привод смесителя осуществляется от электродвигателя через ременную передачу или редуктор, при этом вращение быстроходному валу 2 передается от тихоходного 5 через зубчатую передачу 6.

2. Патентный обзор

Известна конструкция - смеситель (рисунок 9).

Рисунок 9 - Смеситель

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для приготовления битумных, полимерных и битумно-полимерных эмульсионных паст, мастик, а также полимерно-цементных растворов.

Целью является повышение качества приготавливаемой смеси.

Смеситель содержит корпус 1 с конусным днищем, на внутренней поверхности которого и вертикальном приводном валу 2 расположены лопатки 3 и 4. На нижнем конце вала на фланце 5 конусного днища закреплены лопасти 6 с щелевидными отверстиями 7, большие оси которых расположены в горизонтальной плоскости и со скосами 8. Отверстия каждой последующей лопасти смещены относительно отверстий предыдущей на величину половины шага отверстий (рисунок 2.5). В нижней части корпуса 1 на фланце 5 установлена гильза 9, на внутренней поверхности которой выполнены чередующиеся между собой пазы 10 и отверстия 11 в виде щелей с вертикально расположенной большей осью. Гильза 9 в своей верхней части крепится к корпусу тягами 12. Гильза 9 имеет крышку 13 в виде усеченного конуса, меньшее основание которого обращено к днищу корпуса 1. Крышка 13 имеет отверстие 14. Ширина пазов и отверстий на гильзе и лопастях зависит от дисперсности загружаемых твердых материалов. Лопасти 6 сверху соединены кольцами 15. В средней части корпуса на валу 2 лопатки 4 смонтированы посредством коромысла 16 с возможностью вертикального перемещения. Фиксирование коромысла 16 на валу производится хомутом 17 посредством болтового соединения. Устройство имеет приспособление для воздухоизвлечения, которое выполнено в виде примыкающего к верхней части корпуса кожуха 18 и расположенной в нем и закрепленной на валу крыльчатки 19. Днище кожуха 18 расположено в полости корпуса 1 и выполнено в виде конусам 20 с отверстиями 21. В верхней части корпуса имеется загрузочный люк 22, в нижней части люк 23 для выгрузки готового материала.

Рисунок 10 - Лопасти, закрепленные на нижнем конце вала

Смеситель работает следующим образом.

Через загрузочный люк 22 в корпусе подают составные строительного раствора. При этом отверстия 21 закрыты. После 3-5 мин перемешивания открывают отверстия 21 на конусном днище кожуха 18 и за счет вращения крыльчатки 19 в корпусе 1 смесителя создается разрежение, способствующее извлечению воздуха из материала и образованию гомогенной его структуры За счет насосного эффекта в нижней части корпуса происходит всасывание материалов в отверстия крышки 13 гильзы 9. Материал попадает на лопасти 6 и в зависимости от степени измельчения отбрасывается за счет центробежных сил к гильзе 9, или проходит через отверстия на последующие лопасти, уменьшая свои размеры. Происходит интенсивное перемешивание в горизонтальной плоскости. Приобретая определенную скорость от соударения с лопастями, частицы отбрасываются к гильзе 9 с чередующимися пазами и щелевидными отверстиями, через которые частицы вдавливаются в корпус в измельченном виде.

Наиболее крупные и тяжелые частицы смеси, прошедшие через отверстия гильзы 9, выходящие в корпус с наименьшей скоростью, попадают на неподвижные лопатки 3, закрепленные в нижней части корпуса 1 смесителя, и сойдя с них, повторно попадают через отверстие 14 крышки 13 в гильзу 9 для дальнейшего измельчения. Частицы, имеющие на выходе из гильзы большую скорость (малый размер и вес), поднимаются вверх в среднюю зону смесителя, где лопатками 4, установленными на коромысле 16, отбрасываются в нижнюю активную зону смешения.

Возможность вертикального перемещения лопаток на коромысле позволяет убирать застойные зоны для различных видов строительных материалов на основе органических и неорганических вяжущих. Отбор готовой смеси ведется через люк 23.

Рисунок 11 - Лопасти, закрепленные на нижнем конце вала, вид сверху

Рисунок 12 - Лопасть верхняя

Рисунок 13 - Соединение коромысла с приводным валом

Известна конструкция - лопастной смеситель (рисунок 14).

Рисунок 14 - Смеситель, общий вид

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к устройствам для приготовления асфальтобетонных, цементрбетонных и подобных смесей.

Цель изобретения - повышение производительности и снижение энергоемкости.

Лопастной смеситель включает корпус 1 с загрузочным 2 и выгрузочным, закрытым заслонкой 3, отверстиями, и привод в виде редуктора 4 и электродвигателя 5. При помощи подшипниковых опор 6 внутри корпуса 1 установлен вал 7 с лопастями, выполненными в виде центральных 8 и периферийных 9 лопаток. Центральные лопатки 8 жестко закреплены на валу 7 и их рабочая поверхность расположена под углом β₁=30-35° к плоскости, перпендикулярной оси вала. Периферийные лопатки 9 жестко закреплены на торцовой части центральных лопаток и их рабочая поверхность расположена под углом β₂= 120-125° к плоскости, перпендикулярной оси вала. При этом высота периферийных лопаток 9 равна 0,15-0,2 радиуса рабочей поверхности корпуса. Ширина центральных лопаток 8 равна 0,25-0,3 этого радиуса и отношение ширины периферийных лопаток 9 к ширине центральных лопаток 8 составляет 1,4-1,7. Электродвигатель 5, редуктор 4 и вал 7 последовательно соединены муфтами 10 и 11.

Лопастной смеситель работает следующим образом.

Включается привод смесителя и через загрузочное отверстие 2 во внутрь корпуса 1 подают предварительно отдозированные материалы и битум. При вращении вала по часовой стрелке лопасти интенсивно перемешивают смесь, одновременно перемещая ее по двум противоположно направленным потокам в центральной части и по периферии. Под действием центральных лопаток 8 смесь переводится во взвешенное состояние и образует центральный поток, который перемещается в продольном направлении в сторону, противоположную зоне выгрузке, и одновременно закручивается вокруг продольной оси. Под действием периферийных лопаток 9 образуется кольцевой периферийный поток, который вращается вокруг продольной оси и одновременно перемещается в продольном направлении к зоне выгрузки. При этом каждая частица испытывает вихревые движения и периодически перемещается из одной зоны в другую, что обеспечивает интенсивный-. массообмен и ускоряет процесс обволакивания минеральных частиц битумом.

При предлагаемом диапазоне соотношения основных параметров достигается наиболее эффективная работа лопастного смесителя. Закрепление центральных лопаток под углом β₁= 30-35° к направлению вращения является наиболее рациональным, так как при этих значениях угла обеспечиваются перевод. смеси во взвешенное состояние и завихрение минеральных частиц, что способствует интенсивному перемешиванию, и создается необходимая скорость транспортирования центрального потока.

При угле β₁<30° уменьшается, объем смеси, возбуждаемый каждой лопастью, и для нормальной работы смесителя, необходимо уменьшить шаг между лопастями, т.е. увеличить их количество, что приводит к усложнению конструкции смесителя.

При угле β₁>35° смесь не переводится во взвешенное состояние, что замедляет процесс перемешивания. Закрепление периферийных лопаток на центральных под углом β₂< 120-125° к плоскости, перпендикулярной оси вала, обеспечивает необходимую скорость транспортирования, перемешивание кольцевого периферийного потока смеси и минимальные затраты энергии на перемешивание.

При угле β₂<120° уменьшается скорость транспортирования кольцевого периферийного потока смеси и возрастает расход энергии на перемешивание. При угле β₂>125° увеличивается скорость транспортирования периферийного потока, и смесь неравномерно распределяется по смесителю, скапливаясь у торцовой стенки в зоне выгрузки, что также замедляет процесс перемешивания.

Высота периферийных лопаток, равная 0,15-0,2 радиуса рабочей поверхности корпуса, является рациональной, так как при больших значениях возрастают затраты энергии на перемешивание, при меньших значениях уменьшается массообмен между периферийным кольцевым потоком и центральным потоком смеси, что замедляет процесс перемешивания.

При ширине центральных лопаток, равной 0,25-0,3 радиуса рабочей поверхности корпуса, обеспечиваются необходимое возбуждение и перевод смеси во взвешенное состояние. При меньших значениях ширины возбуждается меньший объем смеси и лопасти необходимо ставить ближе одна к другой, что увеличивает их количество и усложняет конструкцию смесителя. При больших значениях ширины центральных лопаток увеличиваются затраты энергии на перемешивание и возрастает металлоемкость смесителя.

При отношении ширины периферийных лопаток к ширине центральных лопаток, равном 1,4-1,7, обеспечивается равномерное распределение смеси по всей зоне перемешивания. При открывании заслонки 3 смесь выгружается.

Коэффициент заполнения смесителя составляет 0,6-0,65 от всего объема смесителя, что позволяет на 20-30% увеличить объем одного замеса. В 1,5 - 2 раза сокращается продолжительность перемешивания, а следовательно, увеличивается производительность.

Рисунок 15 - Смеситель, вид сверху

Рисунок 16 - Расположение лопастей

Так же известна следующая конструкция.

Изобретение относится к лопасти смесителя и может быть использовано в строительной, химической и других областях промышленности, где используется переработка зернистых или абразивных материалов. Лопасть (6) смесителя состоит из закрепляемой на валу основы (15) и съемного изнашивающегося элемента (12). Изнашивающийся элемент (12) и основа (15) перекрываются в продольном направлении основы на участке, составляющем, по меньшей мере, 30% длины основы, и образуют на этом участке различные зоны поперечного сечения лопасти (6) смесителя. Технический результат: возможность замены изнашивающихся элементов, которые действительно подвержены интенсивному износу: наконечник, концевая часть лопасти, передняя кромка лопасти.8 з. п. ф-лы, 10 ил.

 <#"604820.files/image018.gif">20307420.3 и соответствующей публикации ЕР 1477218 А. У известной лопасти смесителя концевая часть лопасти выполнена как заменяемый элемент и имеет поперечное сечение (перпендикулярное продольному направлению лопасти), соответствующее поперечному сечению примыкающего участка лопасти смесителя.

Подобные лопасти предусмотрены для использования в смесителях, в которых перерабатываются зернистые, абразивные материалы.

Известны смесители (мешалки), имеющие один или несколько валов, установленных перпендикулярно к днищу смесительного резервуара, которые снабжены расположенными в нескольких плоскостях радиальными лопастями. Лопасти смесителя обычно имеют по существу прямоугольное поперечное сечение, причем эта форма поперечного сечения иногда также сужается к передней кромке, так что лопасти смесителя имеют форму плоской, прямоугольной с одной стороны трапеции. При этом передняя кромка лопасти смесителя - это кромка, расположенная впереди по направлению вращения соответствующего ротора и при вращающемся роторе входящая в соприкосновение с перемешиваемым материалом раньше остальных частей лопасти смесителя. Для достижения оптимальных результатов смешивания передняя кромка часто скошена по типу ножа, чтобы при прохождении через приготавливаемый продукт придавать его движению осевую составляющую. Основа лопасти смесителя обычно выполнена как единое целое из сравнительно мягкого материала, например конструкционной стали. Для защиты от износа расположенные спереди внешние кромки и внешний конец лопасти смесителя, а также непосредственно примыкающие к ним зоны защищены износостойкой сталью, напаянным твердосплавным покрытием или твердой поверхностной наплавкой. Твердая поверхностная наплавка может представлять собой, например, износостойкое покрытие, в частности из сплава, содержащего карбид вольфрама. При этом толщина твердой поверхностной наплавки зависит от различных местных факторов износа, воздействующих на лопасть смесителя.

Недостатком известных лопастей смесителей считается то, что их часто можно заменять только целиком. Замена износостойкого покрытия или твердой поверхностной наплавки, как правило, весьма трудоемка и не может производиться в смонтированном состоянии. Поэтому для восстановления лопастей смесителя их необходимо полностью демонтировать.

Из упомянутой выше немецкой полезной модели уже известна лопасть смесителя, у которой можно заменять только концевую часть лопасти отдельно от остальной части лопасти, причем необходимо учитывать, что именно концевые части таких лопастей смесителя относятся к наиболее сильно подверженным износу деталям из-за их более высокой окружной скорости.

Съемные детали рабочих органов смесителей известны также из различных других документов. В публикации DE 20004488 описана лопасть смесителя, закрепленная на консоли, радиально отходящей от вала смесителя, в частности донная лопасть бетономешалки со съемной передней частью.

Как уже упоминалось, лопасти смесителя в процессе эксплуатации подвергаются абразивным воздействиям от обтекающих их с различной скоростью потоков материала. При этом износ весьма различается по длине лопасти и проявляется преимущественно на ее внешнем конце, так как здесь имеет место наиболее высокая окружная скорость. Однако при скошенном вперед по типу ножа прямоугольном поперечном сечении наряду с внешним концом лопасти особенно высокому износу подвергается также и передняя кромка. Это, в частности, относится к тем случаям, когда в смеси содержатся крупнозернистые материалы, например дробленая горная порода. При соударении передней кромки рабочего органа смесителя с такими крупнозернистыми компонентами на эту кромку воздействуют тем более высокие нагрузки, чем более узкую форму она имеет, чем больше масса отдельных крупнозернистых компонентов и чем больше их твердость.

Примыкающая к кромке скошенная плоскость лопасти отклоняет перемешиваемый материал соответственно вверх или вниз. Зона сечения, граничащая со скосом, значительно меньше подвержена износу, чем передняя кромка, включая плоскости скоса.

Как только твердая поверхностная наплавка на передней кромке лопасти смесителя износится или сотрется, находящийся под ней мягкий материал основы станет изнашиваться еще интенсивнее и будет подвергаться очень сильному истиранию, которое распространится частично и на области позади еще сохранившейся наплавки. Это может привести к выкрашиванию целых частей защитного покрытия и основы лопасти, что станет причиной повреждений или даже простоев оборудования, находящегося в технологической цепочке позади смесителя.

Поэтому в процессе эксплуатации лопасти смесителя, которые, как правило, разъемным образом крепятся на центральном валу смесителя, необходимо регулярно заменять целиком, даже если до материала основы стерты лишь небольшие части лопасти, а в других местах износостойкое покрытие еще имеет достаточную толщину.

Патентный анализ

В результате проведенного патентного обзора наиболее интересной и применимой к лопастным смесителям, является конструкция лопасти предложенной в последнем патенте, т.е. лопасть, состоящая из закрепляемой на валу основы и съемного изнашивающегося элемента.

3. Описание конструкции

В качестве прототипа выбираем бетоносмеситель СБ-146АМ.

Смесительное устройство - ротор со смесительными лопастями и скребками - установлено на опорном стакане внутри корпуса. Внутренний скребок и две лопасти для перемешивания верхних слоев закреплены болтами на роторе жестко. Держатели донных лопастей и наружного очистного скребка снабжены амортизаторами, предотвращающими поломки в случае заклинивания.

Рисунок 17 - Бетоносмеситель СБ-146АМ:

- корпус (чаша), 2 - ротор, 3 - крышка, 4 - привод, 5 - пульт управления, б - затвор, 7 - лопасть, 8 - скребок.

Все амортизаторы с регулировочными устройствами заключены в кожух, предохраняющий их от соприкосновения с бетонной смесью. В защитном кожухе предусмотрены люки, используя которые, можно регулировать натяжение пружин амортизаторов, смазывать опоры и заливать масло в стакан через пробки.

Ротор вращается вокруг вертикального неподвижного полого: вала на двух роликоподшипниках. Крышка корпуса служит основанием для привода. В крышке установлены загрузочный двух-канальный патрубок для раздельной подачи в смеситель заполнителей и цемента; вытяжной патрубок, подсоединенный к аспирационной системе; проемы со створками, благодаря которым возможен доступ к рабочим органам смесителя, и смотровой люк.

Рисунок18 - Кинематическая схема бетоносмесителя СБ-146АМ:

- редуктор, 2 - глушитель шума, 3 - воздухораспределитель, 4 - вентиль, 5 - пневмоцилиндр, 6 - ротор, 7 - муфта

Для безопасной работы на корпусе установлены конечные выключатели блокировки, отключающие электродвигатель привода при открывании створок крышки во время работы смесителя.

Привод смесителя состоит из электродвигателя и редуктора. Вращение ротору передается через втулочно-пальцевую муфту, насаженную на выходной вал редуктора.

Кинематическая схема бетоносмесителя и схема пневмопривода затвора приведены на рис.18. Пульт управления можно размещать в шкафу, устанавливаемом на крышке корпуса, или рядом с бетоносмесителем в удобном месте.

Вместимость чаши бетоносмесителя СБ по загрузке 1125 л, объем готового замеса 750 л, максимальная крупность заполнителей 70 мм. Для получения требуемой однородности бетонной смеси перемешивание компонентов длится 45 секунд, а для приготовления растворной смеси перемешивание продолжается 70.80 с. Мощность электродвигателя привода ротора составляет 30 кВт. Масса бетоносмесителя СБ 3,1 тонны.

4. Определение основных параметров

4.1 Расчет частоты вращения вала

Критическая угловая скорость (с^-1)

 (1)

где - коэффициент трения смеси о лопасти;

g,  - ускорение, радиус, наиболее удаленный от оси вращения лопасти, м.

 (2)

Принимаем Vср=1,9 м/с.

Оптимальные геометрические параметры смесителя определяются в следующем порядке.

Внутренний диаметр чаши (м)

 (3)

где - высота слоя смеси в чаше принимается в зависимости от объема смесителя, м. Принимаем диаметр 2,36 м.

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

. (4)

Суммарная активная площадь лопастей (м²)

 (5)

где - натуральная поверхность отдельной лопасти, м²;

и  - угол установки лопасти в соответственно горизонтальной плоскости и вертикальной.

Рисунок 19 - Схемы к расчету роторных смесителей

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

4.2 Расчет мощности двигателя

Мощность электродвигателя определим по формуле

 (6)

где - момент, необходимый для вращения лопасти.

Момент, необходимый для вращения лопасти, определяется по формуле:

где р - удельное сопротивление бетонной смеси на 1 м² площади лопасти, Н/м²;

F - площадь лопасти, м²;

 - расстояние от центра лопасти до центра вращения ротора, м;

 - угол наклона лопасти в горизонтальной плоскости, град;

 - угол наклона лопасти в вертикальной плоскости, град.

В таблице 1 приводятся параметры бетоносмесителя

Таблица 1 - Результаты расчета момента необходимого для вращения лопасти

Мощность электродвигателя составит

 (7)

где - к. п. д. привода, =0,8.

Принимаем двигатель асинхронный ЗВ200L6У2380В,50Гц, IM1001, мощность 30 кВт и частотой вращения 1000 мин^-1.

4.3 Энергокинематический расчет

Крутящий момент на валу электродвигателя

 (8)

где - мощность двигателя, =30000 Вт;

 - угловая скорость,

 рад/с. (9)

Рисунок 20 - Привод смесителя

Крутящий момент на входном валу редуктора

 (10)

где=0,98 - КПД зубчатой муфты;

=0,995 - КПД пары подшипников.

Крутящий момент на промежуточном валу редуктора

 (11)

где - передаточное число зубчатой передачи;

=0,995 - КПД пары подшипников.

Крутящий момент на выходном валу редуктора

 (12)

где - передаточное число зубчатой передачи;

=0,995 - КПД пары подшипников.

5. Расчеты на прочность

5.1 Расчет на прочность втулочно-пальцевой муфты

Муфта выбирается по расчетному моменту. Проверку осуществляем для резиновых втулок по напряжениям смятия, а пальцев - по изгибу, как консольных балок, закрепленных в полумуфте. Для втулок

 (13)

где - диаметр пальца под втулкой, =0,03 м;

 - длина резиновой втулки, =0,052 м;

 - число пальцев, =12;

 - диаметр окружности расположения пальцев, =0,42 м;

 - допускаемые напряжения для резиновых втулок, =20 МПа.

Рисунок 21 - Расчетная схема

Для пальцев

где  - допускаемые напряжения на изгиб, =60,0…80,0 МПа.

5.2 Расчет на прочность входного вала редуктора

Принимаем материал вала - Сталь 20, улучшенная, предел прочности =260 МПа.

По формуле 15.1 /3/ оцениваем средний диаметр вала:

 (14)

По конструктивным соображениям принимаем вал диаметром 110 мм.

Разрабатываем конструкцию вала и по чертежу (рисунок 4.1).

Рисунок 22 - Конструкция вала

Определим допускаемую радиальную нагрузку на входном конце вала

 (15)

Определим силы в зацеплении зубчатой муфты

 (16)

где - делительный диаметр шестерни, =125 мм.

Строим эпюры изгибающих и крутящих моментов (рисунок 23).

Рассмотрим силы в вертикальной плоскости

 (17)

 (18)

Рисунок 23 - Расчетная схема

Рассмотрим силы в горизонтальной плоскости

 (19)

 (20)

Анализируя эпюры приходим к выводу, что опасным является сечение в по середине шестерни.

Изгибающий момент

 (21)

Крутящий момент Т=279 Н·м.

Напряжения изгиба:

 (22)

Напряжения кручения:

 (23)

По формулам 15.7 [3] определяем пределы выносливости:

 (25)

Следовательно, прочность вала обеспечена.

6. Определение производительности бетоносмесителя

Производительность бетоносмесителей в основном определяется продолжительностью перемешивания бетонных смесей. От величины этого параметра зависят также удельные показатели работы смесителей.

В ГОСТ 7473-85 Смеси бетонные. Технические условия приведена наименьшая продолжительность перемешивания бетонной смеси, которая определена для смесителей принудительного действия в 50 с, для гравитационных смесителей в зависимости от объема замеса и подвижности бетонных смесей от 60 до 120 с. При этом не приводится зависимость времени перемешивания от качества исходных материалов и от интенсивности перемешивания смесей различными бетоносмесителями.

Как показали результаты обследования бетоносмесительного оборудования в эксплуатационных условиях, время перемешивания бетонных смесей увеличивается из-за применения некачественных заполнителей и несоответствия требованиям ГОСТа гранулометрического состава заполнителей, повышенным содержанием глинистых и прочих примесей, а также широким диапазоном активности применяемых цементов, что отрицательно влияет на однородность и прочность бетона. Кроме того, устоявшееся мнение о том, что увеличение времени перемешивания улучшает качество смеси, справедливо до определенных пределов.

В НПО ВНИИстройдормаш были проведены исследования влияния продолжительности перемешивания на качество бетонных смесей. Бетонную смесь приготавливали из рядовых исходных материалов: цемента марки 400, кварцевого песка средней крупности, щебня фракции 5.40 мм в бетоносмесителе принудительного действия СБ-138А с объемом замеса 1500 л.

Время перемешивания бетонной смеси составило 30 с. Результаты испытаний образцов показали, что однородность бетона по прочности после пропаривания и через 28 суток нормального твердения, равная 7.8%, соответствует требованиям ГОСТа.

Так же были проведены исследования влияния интенсивности перемешивания на физико-механические характеристики цементных, растворных и бетонных смесей.

Приготовление смесей производилось в модели смесителя принудительного действия роторного типа с частотой вращения ротора смесительного механизма 600 об/мин. Время приготовления смесей составляло от 5 до 20 с. Однородность прочности цементных и растворных образцов находилась в пределах 2.4%. Известно, что цемент при гидратации растворяется неполностью, образуя микробетон, т.е. непрогидратированные зерна цемента служат скорее заполнителем, чем вяжущим веществом. Это приводит к тому, что свойства цемента используются недостаточно. Повышение интенсивности перемешивания приводит к разрушению флокул, увеличивая тем самым удельную поверхность вяжущего, что способствует более эффективному использованию вяжущих свойств цемента и повышению прочности бетона. Интенсивные воздействия на цементные зерна способствуют ускорению их гидратации. Под микроскопом были рассмотрены цементные суспензии, полученные обычным перемешиванием и при интенсивных режимах. Увеличение интенсивности перемешивания бетонных смесей в смесителе СБ-138А повысило однородность и прочность бетона на 10%. [<#"604820.files/image078.gif"> (26)

где Т - время, затрачиваемое на загрузку, перемешивание и выгрузку,

Т=40 с. [1, стр.356], t - время перемешивания, t=30 с.

Часовая производительность

  (27)

Где Q - ёмкость смесительного барабана по загрузке, Q=1150л;

f - коэффициент выхода готовой смеси, f=0,7 согласно [1, стр.356]

Согласно технической характеристике производительность бетоносмесителя СБ-146АМ при аналогичных условиях составляет 35 . Следовательно в результате модернизации производительность повысилась на 13%.

7. Охрана труда

Современный бетонный завод крупного строительства представляет собой сложное предприятие, располагающее разнообразным оборудованием для механизации работ по приготовлению бетонной смеси. Поэтому лица, допускаемые к управлению машинами и механизмами бетонного завода, должны иметь удостоверение о сдаче испытаний по техминимуму и правилам техники безопасности.

Основные правила техники безопасности, которые необходимо соблюдать для обеспечения нормальных и безопасных условий труда на бетонном заводе, следующие.

Площадки в пределах рабочей зоны бетоносмесителей, включая подъезды и склады материалов, следует содержать в чистоте и не загромождать. Все работающие механизмы должны быть освещены.

Элеваторы, подъемники, бункера, лотки и другие устройства для подачи материалов, необходимых для приготовления бетонной смеси, должны быть ограждены, а все корпуса электродвигателей заземлены.

При установке бетоносмесителя на эстакаде вокруг него должны быть устроены площадки с перилами.

Закрытые помещения, в которых работают с пылящими материалами и добавками, должны быть оборудованы вентиляцией или устройствами, предупреждающими распыление материалов. Пылеобразование в основном возникает при транспортировании и перегрузке цемента, поэтому во время таких работ рабочие должны пользоваться противопылевой спецодеждой, защитными очками с плотной оправой, а для защиты дыхательных путей - респираторами.

Перед чисткой, смазыванием и ремонтом машины и механизмы должны быть остановлены. Перед пуском машины оператор обязан дать сигнал. До пуска в эксплуатацию каждая установленная или отремонтированная машина должна быть осмотрена и испытана.

Осмотр, чистка и ремонт бетоносмесителя разрешаются только после удаления из цепи электродвигателей плавких вставок предохранителей и вывешивания на пусковых устройствах (кнопках магнитных пускателей, рубильниках) плакатов "Не включать - работают люди!".

При выгрузке бетонной смеси из бетоносмесителя запрещается ускорять опорожнение вращающегося барабана лопатой или каким-либо другим приспособлением.

Очищать приямок ковша скипового подъемника можно только после дополнительного закрепления поднятого ковша. Пребывание рабочих под поднятым и незакрепленным ковшом не допускается.

Лента и торцы барабанов конвейера на участках натяжной и приводной станций должны быть ограждены. Проходы и проезды, над которыми находятся конвейеры, должны быть защищены навесами, проложенными за габариты конвейера не менее чем на 1 м.

Запрещается во время работы конвейера очищать барабан, ролики и ленту от грязи и прилипшего материала; не следует проходить под неогражденной конвейерной лентой. Нельзя также проверять крепление ковшей к ленте на работающем элеваторе, становиться на крышку желоба работающего винтового конвейера или снимать ее.

Не следует проверять, смазывать и ремонтировать электропневматические узлы дозаторов во время их работы.

Силосы и бункера для хранения цемента должны иметь специальные устройства для обрушения сводов (зависаний) цемента. При необходимости спуск рабочих в бункера и силосы может осуществляться в специальной люльке с помощью лебедки. Для выполнения работ внутри силосов и бункеров назначаются не менее трех рабочих, двое из которых, находясь на перекрытии силоса или бункера, должны следить за безопасностью работающих в бункере и в случае необходимости оказывать помощь пострадавшим.

Рабочие, находящиеся внутри силоса или бункера, должны быть обеспечены респираторами.

Загрузочные отверстия емкостей для хранения пылевидных материалов должны быть закрыты защитными решетками, люки в защитных решетках - заперты на замок.

Список использованных источников

1.      Строительные машины: Справочник в 2 т. Под ред. Кузина Э.Н. - М.: Машиностроение, 1991. - 496 с.

2.      Шарипов Л.Х. Технологические схемы и оборудование дробильно-сортировочных предприятий: выбор, расчет: Учебное пособие. - Воронеж: Издательство Воронежского государственного университета, 1997. - 184 с.

.        Дорожно-строительные машины и комплексы: Учебник для вузов/ В.И. Баловнев, А.Б. Ермилов, А.Н. Новиков и др. - М. Машиностроение, 1988. - 384 с.

.        А. с.1380777, МКИ В02С 4/32. Смеситель / Н.Т. Белик, П.Ф. Валуйский. - № 4023343/29-33; Заявлено 04.02.86; Опубл. 15.03.88, Бюл. № 10. - 2с.

.        А. с.1209282 А1 СССР, МКИ В02С 4/28. Смеситель лопастной / В.П. Нерадов, В.Д. Герасимов (СССР). - № 3798455/29-33; Заявлено 03.08.84; Опубл. 07.02.86, Бюл. № 5. - 3с.

.        Иванов, М.Н. Детали машин: Учеб. для студентов высшего техн. учеб. заведений / М.Н. Иванов. - 5-е изд. перераб. - М.: Высш. шк., 1991. - 383 с.: ил.