Проектирование блочной виброплощадки с вертикально направленными гармоническими колебаниями
Расчетно-пояснительная
записка к курсовому проекту
Проектирование блочной виброплощадки с вертикально направленными
гармоническими колебаниями
Введение
Формование - один из важнейших
технологических процессов при изготовление изделий сборного железобетона, во
многом определяющий свойства будущего изделия (прочность, морозостойкость,
качество поверхности и др.).
В заводских условиях наибольшее
распространение получил метод объемного виброформования изделий с помощью
виброплощадок, предназначенных для установки форм с бетоном и передачи формам
колебаний для уплотнения бетонной смеси. Существует множество разновидностей
виброплощадок.
Широко применяются виброплощадки с
гармоническими колебаниями и снабженными ценробетонными дискобалансными вибровозбудителями.
Одним из характерных признаков в классификации виброплощадок служит
направленность колебаний. Блочные безрамные виброплощадки с гармоническими
вертикально направленными колебаниями считаются основным типом машин для
уплотнения бетона (СМЖ-1876, СМЖ-2006, СМЖ-199А, СМЖ-164).
В данном курсовом проекте
рассчитывается такая виброплощадка. Виброплощадка состоит из отдельных
виброблоков, связанных между собой карданными валами, вращение которых
осуществляется от двигателя через синхронизатор. Двигатель соединен с
синхронизаторами и смонтирован на отдельной платформе, закрепленной на
фундаменте. Виброблок состоит из соединенных между собой с помощью болтов,
электромагнита, вибровозбудителя и двух кронштейнов, которые через опорные
пружины опираются на раму.
Пружинная опора состоит из основной
и вспомогательной пружины, соединяемых с помощью болта, гайки, шайб и втулок с
опорной рамой. Электромагнит служит для крепления формы к виброблоку,
представляет собой корпус, в котором размещена катушка, причем в пространство
между катушкой и корпусом залит специальный эпоксидный раствор (состав) или
битумная масса. Синхронизатор служит для обеспечения синхронного вращения двух
или четырех дебалансных валов.
В данном курсовом проекте
производится расчет виброплощадки, состоящей из трех виброблоков. Так как
ширина вибрируемого изделия составляет 3000 мм, а длинна 12000 мм, то
конструктивно принимаем виброплощадку с одной линией (три блока в один ряд). В
виброблоках каждый виброгенератор снабжен четырьмя дебалансами. Для работы
виброплощадки используется один двигатель.
1. Расчет рабочих
параметров виброплощадки [8, с. 7]
Масса вибрируемой бетонной смеси:
,
Амплитуда колебаний ,
частота колебаний ω=310 рад/с, количество виброгенераторов z=
6.
.
Определение массы вибрирующих частей
Масса формы:
,
Масса колеблющихся
частей:
,
Приведенную массу
формуемого изделия находим по формуле:
,
Массу вибрирующих частей
определим по формуле:
.
3.
Расчет дебалансов виброгенератора [8, с. 19]
Вычислим необходимый статистический
момент массы дебалансов, который определим по формуле:
,
Необходимый
статистический момент одного дебаланса рассчитываем по формуле:
,
где z - число виброгенераторов:
- количество дебалансов
у каждого виброгенератора.
,
Внутренняя сила одного
дебаланса находится по формуле:
,
Находим ориентировочный
внутренний диаметр подшипников вала виброгенератора по формуле:
,
Определим радиус rд
и ширину дебалансов в́
по следующим соотношениям:
,
,
Исходя из приложения [8,
с. 27] и учитывая ранее найденный диаметр dв
= 56 мм дебалансного вала, подшипник подбираем по таблице 2П [8,
с. 30] подшипников качения, габаритные размеры роликового радиального
подшипника: №3612, dв=
60 мм, D= 130 мм, В1= 46 мм, С= 130 кН.
виброгенератор дебаланс подшипник
4. Расчет подшипников
качения в виброгенераторах на динамическую грузоподъёмность [8, с. 27]
При расчете эквивалентной
динамической нагрузки Р используют следующую зависимость:
,
Где -
коэффициент, учитывающий циркуляцию наружного кольца в подшипниках
виброгенератора (1,2).
- коэффициент
безопасности (1,1).
- коэффициент
температуры (1),
Требуемую динамическую
грузоподъемность Сn
определяют по формуле:
,
где Кn - находим по таблице 1П [8, с. 29]
при частоте вращения вала:
об/мин,
и долговечности Ln=
4000 часов.\
Сравним требуемую
динамическую нагрузку и динамическую грузоподъёмность подшипника №3612:
,
Это недопустимо, поэтому
требуется подбор другого подшипника.
Возьмём подшипник №3614
с параметрами dв= 70 мм, D=
150 мм,
В1= 51 мм и
С= .
В связи с изменением
подшипника пересчитаем радиус rд
и ширину bI
дебаланса:
,
,
Рассчитываем
статистический момент дебаланса толщиной bI=
1 мм:
.
По полученным значениям rд= 59,5 мм и М1= 0,00491 в таблице 1 [8, с. 16]
находим ближайшее значение внешнего радиуса дебаланса
Rц= 80 мм, тогда радиус
окружности, описываемый крайней точкой дебаланса при его вращении, примет
следующее значение:
,
Расстояние между осями
дебалансных валов двухвального виброгенератора определим по формуле:
,
Принимаем Ав=
215 мм.
Схема цилиндрического дебаланса со
смещенной осью
Значения величин:
Rц= 80 мм;
rд= 59,5 мм;
dв= 70 мм.
5.
Расчёт и проектирование упругих опор [8, с. 13]
Требуемую жесткость всех опор С
определяют по формуле:
, т.е.
,
.
В последней формуле
имеем: максимальная
деформация упругих опор под нагрузкой, ; -
минимальное из рекомендуемых соотношений собственной частоты вибросистемы и
частоты вынуждающей силы. Принимаем значение суммарной жесткости опор С= ,
тогда фактическая максимальная деформация упругих опор принимает следующее
значение:
Виброблок
В качестве упругих опор,
в основном, используются винтовые цилиндрические пружины сжатия, собираемые в
пакеты. Жесткость всех основных (нижних) пружин определяется как:
,
Определяем жесткость
одной нижней пружины (основной) пружины:
,
где -
количество нижних (основных) пружин.
При z0 = zв жесткость одной верхней
(вспомогательной) пружины выразится:
,
Максимальная деформация
основных пружин выразится:
,
где -
амплитуда колебаний при переходе через резонанс, - возможная деформация
пружин в период монтажа для установки всех опор в одной плоскости, обычно в
одной плоскости, обычно
Определяем максимальную
деформацию верхней (вспомогательной) пружины по формуле:
,
С другой стороны,
деформация вспомогательной пружины в процессе монтажа может составить величину:
Из двух значений наибольшим
является второе, поэтому принимаем
Размеры пружин
определяются по таблице 2 [8, с. 16]. При этом необходимо вычислить для обеих
пружин параметр Апр, характеризующий напряжение в них при единичной
нагрузке:
где [τ]
= 365 МПа - предел прочности для материала пружины.
Любое значение среднего
диаметра пружины Dп
и диаметра прутка пружины dп,
для которых А в таблице 2 [8, с. 16] равно найденным значениям величин Апр
или несколько меньше их, обеспечить достаточную прочность пружины, при этом,
количество витков пружины должно находится в рамках zп =
5÷12.
В качестве основной
пружины используем пружины следующих параметров: Dп
= 60 мм, dп = 14, А0 = 7,64, В0 = 1670, количество
витков zп.о. определим:
витков,
Как вспомогательную
пружину выбираем пружину с Dп
= 30 мм,
dп
= 8 мм, А0 = 21,5, В0 = 1420, тогда количество витков zп.в. определится:
витков.
Определяем диаметр
стяжного болта, из расчёта на растяжение максимальным усилием, действующим на
болт при ненагруженной виброплощадке, в случае регулировки высоты опоры при
монтаже:
,
где Рб -
усилие растяжения болта,
,
[σ] = 40 МПа - допустимое напряжение для болтов из стали Ст45.
По конструктивным
соображениям принимаем диаметр стяжного болта ø12.
Максимальная нагрузка на
фундамент определится по формуле:
Где -
жесткость всех опор
- амплитуда колебаний
.
Расчёт привода [8, с. 17]
Мощность N1, расходуемая на преодоление сил трения в подшипниках дебалансов
валов, рассчитывается так:
где f - коэффициент трения в подшипниках (f
= 0,008).
- амплитуда колебаний
- внутренний диаметр
подшипника вала
Мощность N2, расходуемая на преодоление сопротивления в вибрируемой бетонной
смеси, опорах и конструктивных элементов, рассчитываем по формуле:
где α
- угол сдвига фаз, принимаем α = 200
Дополнительные затраты мощности N3, расходуемые на преодоление сил трения в синхронизаторах, муфтах,
карданных валах и др., определяем по формуле:
Суммарная мощность N определяется:
N
= N1+N2+N3 = 9,14+22,86+0,688 = 32,68 кВт.
Принимаем схему привода
виброплощадки с одним синхронизатором и тремя виброблоками.
Схема привода
рассчитываемой виброплощадки
1 - двигатель; 2 -
синхронизатор; 3 - блок; 4 - карданный вал;
- дебаланс.
Определяем мощность
электродвигателя с учетом коэффициента устойчивости работы привода (Ку
= 1,25):
Выбираем двигатель
асинхронный обдуваемый типа 4А200М4У3 мощностью 45 кВт и синхронной частотой
вращения nдв= 3000 об/мин по таблице 3П [8, с. 31].
Крутящий момент Мн,
зубчатой передачи синхронизатора определим:
По крутящему моменту и
передаваемой мощности подбираются синхронизаторы, карданные валы и муфты.
Усилие Fк, крепления формы в процессе вибрирования бетонной смеси
рассчитываем по формуле:
где g - ускорение силы тяжести, м/с2;
К3 - коэффициент запаса прочности крепления, К3 = 1,45.
- масса вибрирующих
частей; -
масса колеблющихся частей
В качестве устройства
для крепления формы обычно используются электромагниты, устанавливаемые на
каждом виброблоке. Усилие одного электромагнита определяется:
Используем серийно
выпускаемый магнит с усилием крепления
Fк1
= 60 кН.
Виброгенератор
1 - корпус; 2 -
дебаланс; 3 - вал; 4 - подшипник; 5 - дополнительный съемный груз; 6 - болт; 7
- выступ кольцевой; 8 - шайба; 9 - пробка.
Блочная виброплощадка
1 - виброблок; 2 - карданный
вал; 3 - электродвигатель; 4 - синхронизатор; 5 - рамка; 6 - опорная рама; 7 -
кожух
8. Техника безопасности
и охрана труда
Заводы сборного
железобетона относятся к числу предприятий, на которых санитарно-гигиенические
нормы и техника безопасности должны широко соблюдаться.
Хорошие
санитарно-гигиенические условия труда и техника безопасности позволяют повысить
производительность труда и сохраняют здоровье рабочих и служащих предприятий.
Вопросы обеспечения
нормальных гигиенических и санитарных норм, а так же техника безопасности
закладываются при проектировании завода. В цехах, где используются
виброплощадки, должны быть приняты меры по снижению шума, т.к. это оказывает
отрицательное воздействие на здоровье человека.
При работе вибрационных
машин шум характеризуется уровнем шумового давления в децибелах, а вибрация
виброскоростью. Звуковое давление измеряется шумомером на расстоянии 1 метра от
источника шума и 1,5 метра от пола:
Виброскорость
определяется по формуле: ;
Допустимый уровень шумового давления в производственных помещениях приведен в
таблице 1, а допустимые виброскорости в таблице 2.
Уровень шума и вибрации
на рабочих местах не должен превышать допустимые пределы, в противном случае
необходимо установить звуковую и вибрационную изоляцию.
Виброплощадки
устанавливают на массивные фундаменты, изолированные от пола упругими
прокладками или резиновыми изоляторами. Формы обязательно крепятся к
виброплощадкам акустическими кожухами.
Своевременный
профилактический осмотр, ремонт и наладка виброоборудования избавляет от
возможности аварийной ситуации. Рабочие
должны использовать
обувь на резиновой подошве из губчатой резины, противошумные наушники, рукавицы
с прокладкой из пенопласта.
Таблица 1
Место нахождения рабочих
|
Уровень шумового давления (ДБ), при частоте активных полос, Гц
|
|
125
|
250
|
500
|
1000
|
2000
|
4000
|
В производственных помещениях и на открытых виброплощадках
|
96
|
91
|
88
|
85
|
83
|
81
|
В помещении кабин пультов и управления
|
74
|
68
|
63
|
60
|
58
|
55
|
Таблица 2
Частота, Гц
|
Виброскорость, м/с
|
|
При местной вибрации на поверхности конт.
|
При общей вибрации свободных мест
|
11-22
|
5
|
0,35
|
22-45
|
3,5
|
0,35
|
45-90
|
2,5
|
0,35
|
90-180
|
1,8
|
0,27
|
180-335
|
1,2
|
0,22
|
Библиографический список
1. Федоров Г.д., Иванов А.Н., Савченко А.Г. Механическое
оборудование предприятий вяжущих веществ и изделий из них. - Курсовое
проектирование. Харьков: Высшая школа, 1986. 200 с.
. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т. 5-е
изд., перераб. и доп. М: Машиностроение, 1978. Т.2. 559 с.
. Вибрационные машины в строительстве строительных материалов:
Справочник/ Под ред. В.А. Баумана. М: Машиностроение, 1976. 548 с.
. Журавлев М.Н., Фоломеев А.А. Механическое оборудование
предприятий вяжущих материалов и изделий на базе их. М: Высшая школа, 1983. 232
с.
. Силенок С.Г. и др. Механическое оборудование предприятий
строительных материалов, изделий и конструкций. М: Машино строение, 1990. 416
с.
. Борщевский А.А., Ильин А.С. Механическое оборудование для
производства строительных материалов и изделий. М: Высшая школа, 1987. 368 с.
. Оборудование для формование бетонных, железобетонных конструкций
и изделий / Виброплощадки/: Методические указания к курсовому и дипломному
проектированию по дисциплине «Механическое оборудование предприятий
строительной индустрии» /Иванов. гос. архитек.-строит. академия; сост. В.И.
Колобердин. Иваново, 1998. 33 с.