Гравитационный бетоносмеситель
Министерство
образования и науки Российской Федерации
Новосибирский
Государственный Архитектурно-строительный
Университет.
Кафедра
строительных машин
Курсовая работа
По дисциплине
«транспортное оборудование»
Тема:
«Гравитационный
бетоносмеситель»
Выполнил: студент гр
461-з
Гончаров И.М.
Проверил: Дедов А.С.
Новосибирск 2010
1.
Описание проектируемого оборудования
Бетоносмеситель
– машина для приготовления однородной бетонной смеси механическим смешением ее
составляющих (цемент, песок, щебень или гравий, вода). По характеру работы
различают бетоносмесители цикличные и непрерывного действия. При приготовлении
смеси в цикличном бетоносмесителе материалы загружаются порциями, причем каждая
очередная порция поступает после того, как готовая смесь выгружена из корпуса
бетоносмесителя.
В
бетоносмесителе непрерывного действия загрузка
материалов, их смешение и выгрузка готовой смеси происходят непрерывно, вследствие
чего, их производительность превышает производительность смесителей
циклического действия.
Основным параметром
смесителей непрерывного действия является производительность. Перемешивание
компонентов в гравитационных смесителях происходит в барабанах и внутренних
стенках, к которым прикреплены лопасти. При вращении барабана смесь поднимается
на некоторую высоту лопастями, а также силами трения, а затем сбрасывается
вниз. Для обеспечения однородности смеси необходимо произвести 30-40 циклов
подъема и сброса смеси в барабан.
Для обеспечения
свободного перемешивания смеси в барабане, его объем в 2,5-3 раза должен
превышать объем смеси. Скорость вращения барабана должна быть невысокая, так
как в противном случае центробежные силы инерции будут препятствовать свободному
перемещению смеси. Бетоносмесители изготавливают с наклоняющимися и
стационарными барабанами. Эти барабаны выполняют грушевидной, конусной и
циклической формы.
На заводах большой
производительности (свыше 100 м/ч) применяют смесители непрерывного действия.
Компоненты перемешиваются в циклическом барабане 1, Внутри которого по винтовой
линии устанавливаются лопасти 3 при вращении барабана компоненты смеси,
поступающие непрерывным потоком по загрузочной воронке 9, перемешиваются
лопастями в окружном и осевом направлении. В результате чего они перемешиваются
и непрерывно продвигаются к разгрузочному торцу барабана.
Бода подается в барабан
по трубе 6, через распылитель 4. Барабан вращается двигателем 10. Через муфту
11, редуктор 12, зубчатое колесо 13, зубчатый венец 5, прикрепленный к
барабану. Барабан свободно опирается бандажами 2 на ролики 7, установленные на
раме 14. Осевым перемещениям барабана препятствуют опорные ролики.
Определение
конструктивно-кинематических параметров.
Объем смеси,
одновременно находящейся в барабане, м3
Vз
= (Псм * t) / 3600
Vз
= (100 * 120) / 3600 = 3,3
Где П –
производительность смесителя (заданная), м3/ч; t
– время перемешивания смеси, t
= 120 сек. (Vз
– более 500 л.).
Рабочий объем смеси в
барабане, м3
VP
= VЗ
/ KB
VP
=3,3 / 0,67 = 4,925
Где KB
– коэффициент выхода смеси (KB
= 0,67)
Основные размеры
барабана
Внутренний диаметр (м):
D0
= (0,78…0,83)*VP0,33
D0
= 0,83*4,9250,33 = 1,4
Толщина стенки барабана
(м):
δ = (0,015…0,020)*D0
δ = 0,020*1,4 =
0,028
наружный диаметр (м):
DH
= D0
+ 2δ
DH
= 1,4 + 2*0,028 = 1,456
LБ
= (2,5…2,6)*D0
= 2,6*1,4 = 3,64
А = (1,75…1,78)*D0
= 1,78*1,4 = 2,492
С = (0,12…0,13)*D0
= 0,13*1,4 = 0,182
В = LБ
– А – С = 3,64 – 2,492 – 0,182 = 0,966
Фактический
геометрический объем барабана, м3
VГ
= (π/4)* D02
*
LБ
VГ
=(3,14/4)* 1,42 * 3,64 = 5,6
Фактический коэффициент
заполнения:
Ψфакт = VP
/ VГ
= 4,925/5,6 = 0,88
(Ψ = 0,33…0,40)
При расхождении
значений Ψфакт и Ψ рекомендуется изменить размеры
барабана.
Изменяем внутренний
диаметр барабана D0
D0
= 1,13 * VP0,33
= 1,13 * 4,9250,33 =1,9124
Толщина стенки барабана
(м):
δ = (0,015…0,020)*D0
δ = 0,020*1,9124=
0,0384
наружный диаметр (м):
DH
= D0
+ 2δ
DH
= 1,9124 + 2*0,0383= 1,989
LБ
= (2,5…2,6)*D0
= 2,6*1,9124= 4,97
А = (1,75…1,78)*D0
= 1,78*1,9124= 3,41
С = (0,12…0,13)*D0
= 0,13*1,9124= 0,249
В = LБ
– А – С = 4,97– 3,41– 0,249= 1,311
С’=
(0,18…0,19)*D0
= 0,18*1,9124= 0,349
А’ =
(1,75…1,78)*D0
= 1,78*1,9124= 3,31
В’ = LБ
– А – С = 4,97– 3,31– 0,349= 1,311
Фактический
геометрический объем барабана, м3
VГ
= (π/4)* D02
*
LБ
VГ
=(3,14/4)* 1,91242 * 4,97= 14,27
Ψфакт =
VP / VГ
= 4,925 = 0,345
Размеры опорного
бандажа и опорных роликов (каждый размер после его определения округляется до
нормального линейного значения), м:
·
Диаметр
опорного ролика
·
Ширина
опорного ролика
bp
= (0,32…0,36)*dp
=0,36*0,421 = 0,151 м
·
Диаметр
оси опорного ролика
d0
= (0,20…0,25)* dp
= 0,25*0,421 = 0,105 м
·
Угол
установки опорных роликов
β = 32…360
= 360
·
Толщина
опорного бандажа
hБ
= (0,024…0,026)*D0
= 0,026*1,9124 = 0,0497 м
Величина зазора между
бандажом и барабаном
∆ = (0,005…0,01)
= 0,01 м
·
Ширина
опорного бандажа
bБ
= bp + (0,04…0,05) = 0,151 +
0,05 = 0,2 м
·
диаметр
опорного бандажа
DБ
= D0
+ 2*(δ + ∆ + hБ)
DБ
=1,9124 + 2*(0,384 + 0,01 + 0,0497) = 2,1086 м
2.
Дополнительные размеры узлов и деталей
После определения
каждый размер округляется до нормального линейного значения. Бетоносмесители с
периферийным приводом.
·
Диаметр
зубчатого венца
Dзв
= DБ
+ (0,005…0,015)
Dзв
= 2,109 + 0,015 = 2,124 (2,0) м
·
Ширина
зубчатого венца
bзв
= (0,085…0,095)* Dзв
bзв
=2,124*0,095 = 0,2 м
Основные кинематические
параметры бетоносмесителей
Критическая угловая
скорость (с-1) и частота вращения барабана (мин-1)
ωкр
= √g*(sinγ0
– f*cosγ0)
/R0
nкр
=
30ωкр/π
где g
– 9,81(м/с2); f
– коэффициент трения бетонной смеси о лопасть; f
= 0,4…0,5 (большие значения f
рекомендуется принимать для малоподвижных и жёстких смесей); γ0
– угол внутреннего трения бетонной смеси; γ0 = 43…450;
R0
– наибольший внутренний радиус барабана, м; R0
= D0/2
R0
=1,9124/2 = 0,9562
ωкр =√9,81*(0,7
– 0,5*0,7) / 0,9562 = √3,6266 = 1,9043с-1
nкр
=
30*1,9043/3,14 = 18,19 мин-1
Номинальная угловая
скорость вращения, с-1
ωном =
(0,9…0,95)*ωкр =
ωном
=0,95*1,9043 = 1,809с-1
номинальная частота
вращения, мин-1
nном
=
30ωном/π
nном
=(30*1,809)/3,14
= 17,28 об/мин
3.
расчёт потребляемой мощности
3.1.
определение рабочих нагрузок
Сила тяжести бетонной
смеси Н:
Полная:
Gсм
= Vз*ρсм*g
Gсм
=3,3*9,81*2500 = 80932,5 Н
Поднимаемая за счёт сил
трения:
G1
= 0,85 Gсм
G1
= 0,85*80932,5 = 68792,6 Н
Поднимаемая в лопастях:
G2
= 0,15 Gсм
= Gсм
– G1
G2
= 80932,5 - 68792,6 = 12139,9 Н
Где Vз
– объём готового замеса, м3; ρсм
– плотность смеси кг/м3;
g
= 9,81 м/с2
сила тяжести барабана,
Н; для смесителей непрерывного действия:
GБ
= KБ*
ρст*L*g*(DН2
– D02)*(π/4)
GБ
=1,23*7850*4,9722*9,81*(1,98882 – 1,91242)*3,14*4 =
=110192,895 Н
Где KБ
– коэффициент, учитывающий массу бандажа лопастей, фланцев и т.п.; KБ
= 1,15…1,23; g = 9,81 м/с2;
ρст
– плотность стали, 7850 кг/м3
3.2
расчёт мощности, затрачиваемой на перемешивание
Средняя высота подъема
перемешиваемых компонентов за счет сил трения (h1)
и в лопастях (h2)
м:
h1
≈R0
h1
≈ 0,9562 м
h2
= (I + sinγ0)*
R0
h2
=1 + 0,7)*0,9562 = 1,6323
время одного оборота
барабана, с:
tоб
= 60/nном
tоб
= 60/17,28 = 3,47 с
время подъема смеси в
лопастях t1
и падения компонентов смеси с высоты h2(t2),
с:
t1
= (90 + γ0)/(60*nном)
t1
=(90 + 45)/(60*17,28) = 0,130 с
t2
=(2* h2/g)0,5
t2
=(2* 1,6323/9,81)0,5 = 0,58 с
g
= 9,81 м/с2;
число циркуляций смеси
за 1 оборот барабана за счет сил трения (Z1)
и в лопастях (Z2),
об-1
Z1
= 360/2*γ1
Z1
= 360/2*90 = 2 об-1
Z2
= t/( t1
+ t2)
Z2
= 3,47/(0,130 + 0,58) =4,887 об-1
Где γ1
– угол перемещения смеси, γ1 = 2* γ0
Мощность, затрачиваемая
на перемешивания, Вт:
N1
= (G1
h1
Z1
+ G2
h2
Z2)*
nном
/ 60
N1
= (68792,6*0,9562*2 + 12139,9*1,6323*4,887)*(17,28/60) = =65779,07 Вт
3.3
Расчет мощности, затрачиваемой на преодоления сил трения в опорах
бетоносмесителей
Мощность, затрачиваемая
на преодоление сил трения в опорах, определяется в зависимости от конструкции
бетоносмесителя, Вт:
·
Для
смесителей цикличного и непрерывного действия с периферийным приводом.
N2
= (Gсм
+ Gб)/cosβ
* (Dб
+ dр)/dр
* (μ1 + μ2 d0/2)*ωном
где ωном
– номинальная угловая скоость вращения барабана, с-1;
μ1 –
коэффициент трения качения, приведенный к валу или оси подшипника опорного
устройства; μ1 = 0,01…0,015; μ2 – коэффициент
(плечо) трения качения бандажа по опорным роликам; μ2 =
0,0008…0,001 м; d0
– диаметр оси опорного ролика, м; Dб
– диаметр опорного бандажа, м; dр
– диаметр опорного ролика, м; β – угол установки опорных роликов, град.
N2
= ((80932,5 + 110192,89)/0,809)*((2,1086 + 0,4207)/0,4207)*
*(0,001 +
((0,015*0,1052)/2))*1,809 = 4596,7 Вт
Полная потребляемая
мощность, Вт
Nпол
= N1
+ N2
Nпол
= 65779,07 + 4596,7 = 70375,77 Вт
4.
Кинематический расчет привода
4.1.
определение общего КПД привода
Общий КПД привода
смесителя будет зависеть от выбранной (или приведенной в
задании) кинематической схемы смесителя и особенностей его привода: того или
иного типа редуктора, наличия открытой зубчатой или клиноременной передачи,
наличия зубчатого синхронизатора и соединительных муфт
ηпр =
ηред * ηпер * ηмх
где ηред
– к.п.д. редуктора; ηпер – к.п.д. открытой передачи; ηм
– к.п.д. муфты; х – число муфт
ηпр =
0,97*0,95*0,99 = 0,912285
4.2
выбор электродвигателя
Для смесителей
непрерывного действия с гравитационным перемешиванием и периферийным приводом
рекомендуется использовать асинхронные электродвигатели переменного тока (4А,
АО и т.д.) с синхронной частотой вращения nс
= 1000…1500 мин-1
Требуемая мощность на
валу электродвигателя, кВт:
Nтр
= Nпол
/ 103 *ηпр
Nтр
= 70375,77/912,285 = 73,1423 кВт
Где Nпол
– полная потребляемая мощность, Вт;
Условие выбора
электродвигателя NДВ
≥ Nтр
Техническая характеристика
электродвигателя.
Марка 4А280S6УЗ
Мощность (NДВ
кВт) = 75 кВт (101,97 л.с.)
Частота вращения (nДВ,
мин-1) = 985 мин-1
Типо-
размер
двига-
теля
|
Число
Полю-
сов
|
Габаритные размеры,мм
|
Установочные и присоединительные
размеры, мм
|
Масса в кг
|
L3
|
h2
|
d1
|
b2
|
l1
|
L3
|
l2
|
d3
|
d2
|
b1
|
h1
|
4F280
S6УЗ
|
6
|
1170
|
700
|
660
|
535
|
170
|
190
|
80
|
24
|
457
|
280
|
785
|
4.3
выбор передаточного механизма (редуктора)
Выбор типа
передаточного механизма и его исполнение обусловлен кинематической схемой
проектируемого смесителя.
Общее передаточное
отношение привода
Uпр
=
nДВ
/ nном
Uпр
=985/17,28
= 57,00
где nДВ
и nном
соответственно, частоты вращения вала двигателя и рабочего органа (вала или
барабана), мин-1
для смесителей с
отдельно установленным электродвигателем расчетное передаточное число
редуктора:
Uрасч.
= Uпр
/ Uпер
Где Uпер
– передаточное отношение открытой передачи (при её наличии): для зубчатых венцовых
гравитационных бетоносмесителей с периферийным приводом Uпер
= 7…8
Uрасч
= 57/8 = 7,12
Условие выбора
редуктора:
Uред
≈ Uрасч
Nподв
≥ Nдв
Где Uред
– фактическое передаточное число редуктора; Nподв
– подводимая мощность к редуктору (при соответствующей синхронной частоте
вращения вала и режиме работы редуктора), кВт.
Техническая
характеристика редуктора.
Марка Ц2У – 315. Режим
работы непрерывный
типоразмер
|
Aw т
|
Aw б
|
B
|
B 1
|
B 2
|
H
|
H 1
|
h
|
L
|
L 1
|
L 2
|
L 3
|
L 4
|
L 5
|
d
|
Ц2У-315
|
315
|
200
|
395
|
260
|
318
|
685
|
335
|
35
|
1030
|
370
|
215
|
360
|
300
|
420
|
28
|
ПРИСОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ
РАЗМЕРЫ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ВАЛОВ РЕДУКТОРОВ 1Ц2У, 1Ц2Н
Редуктор
|
быстроходный вал
|
тихоходный вал
|
d
|
l
|
b
|
t
|
d
|
l
|
b
|
t
|
1Ц2У-315
|
50k6
|
14
|
53,5
|
110m6
|
210
|
28
|
116
|
ПРИСОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ
РАЗМЕРЫ ТИХОХОДНОГО ВАЛА В ВИДЕ ЗУБЧАТОЙ ПОЛУМУФТЫ
Редуктор
|
b
|
d
|
d 1
|
d 2
|
d 3
|
L
|
l
|
l 1
|
Зацепление
|
m
|
z
|
1Ц2У-315
|
30
|
252
|
130
|
110F8
|
140
|
275
|
10
|
60
|
6
|
40
|
Передаточное число (Uред)
– 8,0
Nподв
кВт подводимая мощность 75 кВт
Максимальная частота
вращения nδ мин-1
для u = 8,0 – 1500
На быстроходном валу
Рδ для передаточного числа u
= 8,0 – 400
Коэффициент полезного
действия n = 0,97
Габаритные размеры
1030*720*685
Масса 520 кг
4.4
Выбор соединительной муфты
Для соединения валов
между собой используются втулочно-пальцевые (МУВП), зубчатые(МЗ) и другие
аналогичные муфты.
Выбор муфт
осуществляется по расчетному вращающему моменту (Мрасч),
передаваемому муфтой, с учетом диаметров соединительных валов
Мрасч i
= к3 * Мi
где к3 –
коэффициент запаса, к3 = 1,2…1,3; Мi
вращающий момент на соединяемых валах, кН*м
Мi
= Nдв
* ni / ωi
Где ωi
– угловая скорость вращения соединительных валов, с-1; ni
– общий КПД деталей и узлов, расположенных между двигателем и устанавливаемой
муфтой
ω = π*n/30
= 3,14*985/30 = 103,0967 рад/сек
Мi
= 75*1/103,0967 = 0,7274 кН*м
Мрасч i
= 1,3*0,7274 = 0,9457 кН*м
Условие выбора муфт
Мн i
≥
Мрасч i
d
расточки = (di
; dу)
где Мн i
– номинальный передаваемый вращающий момент выбираемой муфты, кН*м; di
и dу
– диаметр соединительных валов, мм; d
расточки – интервал диаметров расточки под вал у выбираемого типоразмера муфты,
мм.
Принимаем
втулочно-пальцевую муфту (МУВП).
Техническая
характеристика муфты
Марка МУВП
Количество 1
1 - полумуфта; 2 -
палец; 3 - втулка распорная; 4 - втулка упругая.
5.
Расчет деталей и узлов
Производится по
следующей схеме.
Составление расчетной
схемы, нагружение с указанием необходимых конструктивных размеров и действующих
нагрузок;
Определение действующих
нагрузок с построением требуемых по расчету эпюр и диаграмм;
Проверочный расчет.
5.1
расчет бандажей и опорных роликов бетоносмесителей с гравитационным
перемешиванием и периферийным приводом
Проверочный расчет
бандажей и опорных роликов производится по контактным напряжениям (Па) из
условия:
σн =
0,418 √Fk
E /bi
p ≤
[σн]
где [σн]
– допускаемое контактное напряжение, Па; для стали - [σн] =
800*106Па; Fk
усилие по линии контакта бандажа барабана и опорного ролика, Н; E
– модуль упругости; Па; для стали - E
= 2*1011Па; bi
ширина бандажа барабана (опорного ролика), м; принимается меньшее из двух
значений; р – приведенный радиус кривизны, м усилие по линии контакта бандажа
барабана и опорного ролика Н
6.
Техника
безопасности при эксплуатации и обслуживании
Рассматриваемое
смесительное оборудование отличается большими габаритными размерами и тяжелыми
условиями работы.
При его проектировании
и монтаже следует особое внимание обратить на выполнение рабочих постов
ремонтных площадок трапов, чтобы полностью исключалась возможность падения
персонала с высоты и в движущиеся шламовые бассейны и контакта с движущимися
частями машин.
Состояние
электрооборудования и линий заземления должно проверяться перед началом каждой
смены.
При
неудовлетворительном уходе за машиной, в частности, при плохой очистке ее
барабана в ощутимых пределах уменьшается полезный объем барабана, что снижает
производительность, а также повышает расход энергии, так как приходится вращать
дополнительные массы. Поэтому в процессе работы через каждые 2 ч и в конце
смены нужно промывать барабаны смесителей водой, а гравитационные
бетоносмесители водой со щебнем. В конце смены необходимо промывать машины в
целом водой из шланга. При мойке машин их электродвигатели должны быть
отключены от сети.
Список
литературы
1.
Бауман
В.А. механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и
конструкций (В.А. Бауман, Б.В. Клушанцев, В.Д. Мартынов . – М: Машиностроение,
1981).
2.
Борщевский
А.А. Механическое оборудование для производства строительных материалов (А.А.
Борщевский, А.С. Ильин . – М: Высшая школа, 1987).
3.
Вайсон
А.А. транспортирующие машины: Атлас конструкций (А.А. Вайсон – М:
Машиностроение 1986.)
4.
М.У.
«Расчет бетоносмесителей» Надеин А.А. Богаченков А.Г. Абраменков Э.А.