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 = (П_см * t) / 3600

Vз = (100 * 120) / 3600 = 3,3

Где П – производительность смесителя (заданная), м³/ч; t – время перемешивания смеси, t = 120 сек. (V_з – более 500 л.).

Рабочий объем смеси в барабане, м³

V_P = V_З / K_B

V_P =3,3 / 0,67 = 4,925

Где K_B – коэффициент выхода смеси (K_B = 0,67)

Основные размеры барабана

Внутренний диаметр (м):

D₀ = (0,78…0,83)*V_P^0,33

D₀ = 0,83*4,925^0,33 = 1,4

Толщина стенки барабана (м):

δ = (0,015…0,020)*D₀

δ = 0,020*1,4 = 0,028

наружный диаметр (м):

D_H = D₀ + 2δ

D_H = 1,4 + 2*0,028 = 1,456

L_Б = (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 = L_Б – А – С = 3,64 – 2,492 – 0,182 = 0,966

Фактический геометрический объем барабана, м³

V_Г = (π/4)* D₀² * L_Б

V_Г =(3,14/4)* 1,4² * 3,64 = 5,6

Фактический коэффициент заполнения:

Ψ_факт = V_P / V_Г = 4,925/5,6 = 0,88

(Ψ = 0,33…0,40)

При расхождении значений Ψ_факт и Ψ рекомендуется изменить размеры барабана.

Изменяем внутренний диаметр барабана D₀

D₀ = 1,13 * V_P^0,33 = 1,13 * 4,925^0,33 =1,9124

Толщина стенки барабана (м):

δ = (0,015…0,020)*D₀

δ = 0,020*1,9124= 0,0384

наружный диаметр (м):

D_H = D₀ + 2δ

D_H = 1,9124 + 2*0,0383= 1,989

L_Б = (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 = L_Б – 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^’ = L_Б – А – С = 4,97– 3,31– 0,349= 1,311

Фактический геометрический объем барабана, м³

V_Г = (π/4)* D₀² * L_Б

V_Г =(3,14/4)* 1,9124² * 4,97= 14,27

Ψ_факт = V_P / V_Г = 4,925 = 0,345

Размеры опорного бандажа и опорных роликов (каждый размер после его определения округляется до нормального линейного значения), м:

· Диаметр опорного ролика

d_p = (0,18…0,22)* D₀ =0,22*1,9124 = 0,421 м

· Ширина опорного ролика

b_p = (0,32…0,36)*d_p =0,36*0,421 = 0,151 м

· Диаметр оси опорного ролика

d₀ = (0,20…0,25)* d_p = 0,25*0,421 = 0,105 м

· Угол установки опорных роликов

β = 32…36⁰ = 36⁰

· Толщина опорного бандажа

h_Б = (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

b_Б = b_p+ (0,04…0,05) = 0,151 + 0,05 = 0,2 м

· диаметр опорного бандажа

D_Б = D₀ + 2*(δ + ∆ + h_Б)

D_Б =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

D_зв = D_Б + (0,005…0,015)

D_зв = 2,109 + 0,015 = 2,124 (2,0) м

· Ширина зубчатого венца

b_зв = (0,085…0,095)* D_зв

b_зв =2,124*0,095 = 0,2 м

Основные кинематические параметры бетоносмесителей

Критическая угловая скорость (с^-1) и частота вращения барабана (мин^-1)

ω_кр = √g*(sinγ₀ – f*cosγ₀) /R₀

n_кр = 30ω_кр/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

ω_кр =√9,81*(0,7 – 0,5*0,7) / 0,9562 = √3,6266 = 1,9043с^-1

n_кр = 30*1,9043/3,14 = 18,19 мин^-1

Номинальная угловая скорость вращения, с^-1

ω_ном = (0,9…0,95)*ω_кр =

ω_ном =0,95*1,9043 = 1,809с^-1

номинальная частота вращения, мин^-1

n_ном = 30ω_ном/π

n_ном =(30*1,809)/3,14 = 17,28 об/мин

3. расчёт потребляемой мощности

3.1. определение рабочих нагрузок

Сила тяжести бетонной смеси Н:

Полная:

G_см = V_з*ρ_см*g

G_см =3,3*9,81*2500 = 80932,5 Н

Поднимаемая за счёт сил трения:

G₁ = 0,85 G_см

G₁ = 0,85*80932,5 = 68792,6 Н

Поднимаемая в лопастях:

G₂ = 0,15 G_см = G_см – G₁

G₂ = 80932,5 - 68792,6 = 12139,9 Н

Где V_з – объём готового замеса, м³; ρ_см – плотность смеси кг/м³;

g = 9,81 м/с²

сила тяжести барабана, Н; для смесителей непрерывного действия:

G_Б = K_Б* ρ_ст*L*g*(D_Н² – D₀²)*(π/4)

G_Б =1,23*7850*4,9722*9,81*(1,9888² – 1,9124²)*3,14*4 = =110192,895 Н

Где K_Б – коэффициент, учитывающий массу бандажа лопастей, фланцев и т.п.; K_Б = 1,15…1,23; g = 9,81 м/с²; ρ_ст – 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:

t_об = 60/n_ном

t_об = 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*n_ном)

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

где n_ном – номинальная частота вращения барабана, мин^-1;

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 = (G₁h₁Z₁ + G₂h₂Z₂)* n_ном / 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 = (G_см + G_б)/cosβ * (D_б + d_р)/d_р * (μ₁ + μ₂d₀/2)*ω_ном

где ω_ном – 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; D_б – диаметр опорного бандажа, м; d_р – 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

N_пол = N₁ + N₂

N_пол = 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

η_пр = η_ред * η_пер * η_м^х

где η_ред – к.п.д. редуктора; η_пер – к.п.д. открытой передачи; η_м – к.п.д. муфты; х – число муфт

η_пр = 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 n_с = 1000…1500 мин^-1

Требуемая мощность на валу электродвигателя, кВт:

N_тр = N_пол / 10³ *η_пр

N_тр = 70375,77/912,285 = 73,1423 кВт

Где N_пол – полная потребляемая мощность, Вт;

Условие выбора электродвигателя N_ДВ ≥ N_тр

Техническая характеристика электродвигателя.

Марка 4А280S6УЗ

Мощность (N_ДВ кВт) = 75 кВт (101,97 л.с.)

Частота вращения (n_ДВ, мин^-1) = 985 мин^-1

4.3 выбор передаточного механизма (редуктора)

Выбор типа передаточного механизма и его исполнение обусловлен кинематической схемой проектируемого смесителя.

Общее передаточное отношение привода

U_пр = n_ДВ / n_ном

U_пр =985/17,28 = 57,00

где n_ДВ и n_ном соответственно, частоты вращения вала двигателя и рабочего органа (вала или барабана), мин^-1

для смесителей с отдельно установленным электродвигателем расчетное передаточное число редуктора:

U_расч. = U_пр / U_пер

Где U_пер – передаточное отношение открытой передачи (при её наличии): для зубчатых венцовых гравитационных бетоносмесителей с периферийным приводом U_пер = 7…8

U_расч = 57/8 = 7,12

Условие выбора редуктора:

U_ред ≈ U_расч

N_подв ≥ N_дв

Где U_ред – фактическое передаточное число редуктора; N_подв – подводимая мощность к редуктору (при соответствующей синхронной частоте вращения вала и режиме работы редуктора), кВт.

Техническая характеристика редуктора.

Марка Ц2У – 315. Режим работы непрерывный

ПРИСОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ РАЗМЕРЫ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ВАЛОВ РЕДУКТОРОВ 1Ц2У, 1Ц2Н

ПРИСОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ РАЗМЕРЫ ТИХОХОДНОГО ВАЛА В ВИДЕ ЗУБЧАТОЙ ПОЛУМУФТЫ

Передаточное число (U_ред) – 8,0

N_подв 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 (М_расч), передаваемому муфтой, с учетом диаметров соединительных валов

М_{расч i} = к₃ * М_i

где к₃ – коэффициент запаса, к₃ = 1,2…1,3; М_i вращающий момент на соединяемых валах, кН*м

М_i = N_дв * n_i / ω_i

Где ω_i – угловая скорость вращения соединительных валов, с^-1; n_i – общий КПД деталей и узлов, расположенных между двигателем и устанавливаемой муфтой

ω = π*n/30 = 3,14*985/30 = 103,0967 рад/сек

М_i = 75*1/103,0967 = 0,7274 кН*м

М_{расч i} = 1,3*0,7274 = 0,9457 кН*м

Условие выбора муфт

М_{н i} ≥ М_{расч i}

d расточки = (d_i ; d_у)

где М_{н i} – номинальный передаваемый вращающий момент выбираемой муфты, кН*м; d_i и d_у – 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:

σ_н = 0,418 √F_kE /b_ip ≤ [σ_н]

где [σ_н] – допускаемое контактное напряжение, Па; для стали - [σ_н] = 800*10⁶Па; F_k усилие по линии контакта бандажа барабана и опорного ролика, Н; E – модуль упругости; Па; для стали - E = 2*10¹¹Па; b_i 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.

Особое внимание необходимо уделять состоянию электрических цепей и аппаратуры, так как они работают во влажной среде. Рабочие посты должны быть установлены на электроизоляторах.

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.