Смешивающие бегуны

Нормальные смешивающие бегуны системы Симпсона (рис. 1.3.1.1) имеют неподвижную чашу и два гладких катка, которые катятся по слою смешиваемого материала, загруженного в чашу, описывая круги вокруг центрального вертикального вала и в то же время вращаясь вокруг собственной оси. При помощи плужков смешиваемый материал направляется под катки.

Рис. 1.3.1.1. Кинематическая схема нормальных смешивающих бегунов:

1 – электродвигатель; 2 – редуктор; 3 – конические шестерни; 4 – катки;

5 и 6 – плужки; 7 – кривошип; 8 – кронштейн кривошипа;

9 – регулирующий винт; 10 – разгрузочные дверки днища чаши

Катки смешивающих бегунов смонтированы на кривошипах, что дает им возможность приподниматься при попадании под них случайных твердых комьев и пропускать их. Кривошипы катков имеют кронштейны с упорными регулирующими винтами, упирающимися в траверсу. Эти винты ограничивают перемещение катков вниз и тем самым устанавливают величину минимального зазора а между катками и дном чаши, что предотвращает дробление зерен песка.

Нормальные смешивающие бегуны являются смесителями периодического действия. В непрерывной смесеприготовительной системе перед ними устанавливают бункера с дозаторами для загрузки составных частей замеса. После перемешивания замес выдается из бегунов через открываемые для этого в днище чаши разгрузочные отверстия. Загрузку составных частей замеса и выдачу готового замеса производят, не останавливая вращения бегунов.

Продолжительность смешивания одного замеса в нормальных бегунах, включая время загрузки дозаторами и разгрузки замеса, составляет для единой формовочной смеси 3 – 5 мин, для облицовочной смеси 6 – 9 мин и для стержневых смесей 6 – 12 мин.

Нормальные смешивающие бегуны дают высокое качество перемешивания составных частей формовочных и стержневых смесей. Они равномерно распределяют составные части в массе смеси и обеспечивают хорошее обволакивание песчаных зерен оболочками влажной глины или другого связующего. Смешивающее действие бегунов сводится к давлению катков на смесь, скольжению катков относительно днища чаши и к дополнительному перемешиванию смеси плужками.

Наезжая на смесь, находящуюся на дне чаши бегунов, катки своим весом давят на нее; смесь деформируется и частично выжимается из-под катков вперед и в стороны. При этом происходит взаимное перемещение зерен, и распределение составных частей в смеси становится более равномерным.

Для увеличения силы воздействия катков на смесь в чаше часто применяют конструкции с дополнительной нагрузкой их с помощью пружины. Сами катки при этом могут быть сделаны более легкими. Известна также конструкция бегунов с автоматически регулируемой силой воздействия на смесь в процессе перемешивания замеса, например с увеличенной силой в начале цикла или же с поддерживанием постоянной силы прижима в течение всего цикла.

Скольжение катков бегунов относительно днища чаши происходит вследствие разности переносной скорости движения точек на поверхности катка () и относительной скорости () (рис. 1.1.3.1.2). Как видно из схем а, б и в на рисунке, для точек, лежащих на образующей катка, соприкасающейся с дном чаши (или слоем материала в чаше), скорости и имеют противоположные направления. Поэтому абсолютные скорости указанных точек катка (относительно неподвижной чаши) будут равны геометрическим суммам или, в данном случае, арифметическим разностям, скоростей и .

Скорость и представляет собой скорость скольжения катка относительно чаши. Как показано на рисунке, без скольжения по чаше будет катиться только одна какая-то окружность 2 катка. Наибольшее скольжение будет наблюдаться на крайних окружностях катка. Из них окружность 1 будет иметь скольжение, направленное назад (буксование), а окружность 3 – скольжение, направленное вперед.

Рис. 1.3.1.2. Кинематика катка бегунов:

а, б и в – скорости на окружностях 1 – 1, 2 – 2 и 3 – 3 катка

Скольжение катков бегунов относительно чаши может быть весьма полезным при смешивании формовочных и стержневых смесей, в особенности глинистых. При скольжении каток оказывает растирающее действие на смешиваемый материал, если только он имеет достаточное сцепление с этим материалом.

Высокое качество смешивания возможно только в том случае, если материалы, загруженные в чашу смесителя, неоднократно подвергаются действию плужков и катков, распределяющих, уплотняющих и разрыхляющих смесь. Такое действие станет возможным, если под катки будет затягиваться определенный по высоте слой смеси. Чтобы частицы смеси захватывались катками, угол захвата между касательной Т – Т. (рис. 1.3.1.3) и горизонтальной осью не должен превышать некоторой величины, соответствующей конструктивным параметрам смесителя.

Для определения условий захвата смеси катками рассмотрим усилия, действующие в смесителе при перемещении катка по слою смеси. Давление на смесь направлено перпендикулярно к касательной, проведенной через точку , и при движении катка вызывает в этой точке силу трения , направленную по касательной.

Рис. 1.3.1.3. К расчету смешивающих литейных бегунов

Частицы смеси будут затягиваться под катки при условии

где – коэффициент трения смеси о поверхность катка. Отсюда

Обычно коэффициент трения принимают равным 0,7, тогда , а .

Общая высота слоя смеси на дне чаши

где – высота слоя смеси, лежащего в зазоре между крайней нижней точкой катка и днищем чаши;

– высота слоя смеси, затягиваемого под каток.

Зазор у большинства смешивающих бегунов находится в пределах 20 – 25 мм.

Высота слоя может быть определена из геометрического построения .

Таким образом, между диаметром катка и высотой слоя может быть принято соотношение

При диаметр катка может быть принят .

Ширина катка выбирается из условия обеспечения необходимого качества смешивания, зависящего и от уплотняющей способности катков смесителя.

Нажатие на смесь в этих смесителях может быть создано соответствующим подбором массы катков. Иногда оно усиливается действием специальных пружин.

Нажатие катка на смесь

где – нагрузка на единицу ширины катка, Н/м;

– ширина катка, м.

Нагрузка (кН/м) зависит от объема замеса:

	0,4	0,6	1,0	1,25	1,6

Ширина катка у большинства смесителей находится в следующей зависимости от диаметра катка .

В некоторых смесителях катки монтируются на разном расстоянии от оси центрального вала, что увеличивает обслуживаемую ими площадь днища чаши. В этом случае должно соблюдаться следующее соотношение между силой тяжести катков: , где , , , – соответственно силы тяжести и радиусы вращения внутреннего и наружного катков.

Диаметр чаши смесителя можно определить исходя из заданной емкости одного замеса и проверить по выбранным размерам катков.

Емкость одного замеса , откуда диаметр чаши

где – производительность смесителя, м³/с;

– время перемешивания, с;

– общая высота слоя смеси в чаше, м.

Учитывая, что под катки смесителя в каждый данный момент попадает лишь часть смеси, загруженной в чашу, а остальная масса поднимается плужками-отвалами выше слоя , диаметр чаши можно принять несколько меньшим расчетного

Проверяется принятый диаметр чаши по размерам катков.

Высота бортов чаши в открытых смесителях принимается равной 0,7 – 0,8, в закрытых – 0,4 – 0,5 м.

Мощность привода смесеприготовительных машин зависит от массы замеса, свойств приготовляемой смеси, площади чащи, расположения и числа плужков, размеров катков и места их установки, частоты вращения вертикального вала и других факторов. Мощность привода катковых смесителей (бегунов) обычно выражается зависимостью

где – мощность холостого хода, определяемая КПД электродвигателя и потерями на трение в механизмах машины; для серийно выпускаемых бегунов кВт;

– мощность, необходимая для перемещения плужков, кВт, кВт;

– мощность, необходимая для качения катков по смеси, кВт;

– мощность, необходимая для преодоления трения скольжения катков по смеси, кВт;

– коэффициент относительной мощности дополнительных потерь, пропорциональных нагрузке, рекомендуется принимать .

Сдвоенные бегуны (восьмерка). Для облегчения включения в непрерывно действующую смесеприготовительную систему предложен ряд конструкций бегунов непрерывного действия.

Так, например, в бегунах на пластинчатом конвейере смесь проходит под катковым агрегатом, смонтированным сверху и перемешивающим ее на ходу. В бегунах с вращающейся чашей смесь, направляясь неподвижно установленными плужками, проходит путь на дне чаши по спирали. Передвигаясь постепенно от бортов чаши к разгрузочному отверстию в центре, она перемешивается при этом установленными над чашей тремя двухкатковыми агрегатами. Однако ввиду недостаточного времени обработки качество перемешивания в бегунах непрерывного действия этих типов было неудовлетворительным.

Рассмотрим нашедший широкое применение в современных автоматизированных литейных цехах смеситель, представляющий собой сдвоенные бегуны, имеющие две пары катков нормальных смешивающих бегунов и две чаши, соединяющиеся между собой бортами так, что в плане они образуют фигуру восьмерки (рис. 1.3.1.4). Такие смесители могут быть как смесители непрерывного, так и периодического действия.

На рис. 1.3.1.5 показаны схемы взаимного расположения катковых агрегатов при последовательных фазах их вращения в случае работы бегунов как смесителя непрерывного действия. Загрузка составных частей смеси при этом производится непрерывно в чашу 1, а выдача готовой смеси непрерывно из чаши 2 через окно в ее борту.

Рис. 1.3.1.4. Сдвоенные бегуны-восьмерка:

1 – чаша первая; 2 – чаша вторая; 3 и 4 – катковые агрегаты;

5 и 7 – наружные скребки; 6 и 8 – внутренние скребки; 9 – непрерывная загрузка материалов; 10 – место загрузки; 11 – непрерывная выдача смеси;

12 – электродвигатель для привода обоих агрегатов

Рис. 1.3.1.5. Взаимное расположение при работе бегунов как смесителя непрерывного действия:

а, б, в – последовательные фазы работы (остальные обозначения см. на рис. 1.3.1.4)

Рис. 1.3.1.6. Взаимное расположение агрегатов при работе бегунов как смесителя периодического действия:

13 – места загрузки материалов; 14 – разгрузочные дверцы (остальные обозначения см. на рис. 1.3.1.4)

При вращении агрегата чаши 1 ее наружный скребок 5 гребет внутренней поверхностью смесь перед собой и направляет ее постепенно под следующий за ним каток. При прохождении этим скребком 5 проема между бортами чаш 1 и 2 (от положения а до положения в) часть передвигаемой этим скребком смеси под действием центробежной силы передается в чашу 2. Когда же при вращении агрегата чаши 2 этот проем между бортами чаш проходит наружный скребок 7 агрегата чаши 2, то он передает обратно в чашу 1 на рециркуляцию уже гораздо меньшее количество смеси. Происходит это потому, что теперь проем между бортами чаши частично загораживает скребок 5 чаши 1, только что прошедший этот проем (см. положение б и в). Таким образом, все время из чаши 1 в чашу 2 передается больше смеси, чем из чаши 2 в чашу 1. Смесь после неоднократной рециркуляции, описывая в смесителе траектории в виде восьмерок, смешиваясь вновь непрерывно поступающими материалами, непрерывно выдается из смесителя.

Если сдвоенные бегуны используют в качестве смесителя периодического действия, то взаимное расположение катковых агрегатов чаш 1 и 2 устанавливают по схеме на рис. 1.3.1.6. В этом случае при прохождении наружными скребками чаш 1 и 2 проем загораживается и остается одинаково свободным, так что количество материала, передаваемого из чаши 1 в чашу 2 и обратно, будет также одинаково. Замес описывает в машине траектории в виде восьмерок до тех пор, пока он не будет выпущен через открывающиеся разгрузочные дверцы 14.

Сдвоенные бегуны выпускаются, швейцарской фирмой «Fischer» двух моделей – мод. SKM 2×12 с чашами диаметром 2 м и мод. SKM 2×24 с чашами диаметром 2,5 м. Они имеют производительность на непрерывном режиме 100 и 200 м³/ч при времени пребывания смеси в бегунах 1,5 мин или соответственно 40 – 50 и 60 – 100 м³/ч при времени пребывания смеси в машине 4 мин. Кроме того, эта фирма выпускает строенные бегуны-триплекс мод. SKM 3×24, имеющие три чаши с тремя катковыми агрегатами, которые при непрерывном режиме работы дают производительность приблизительно в 1,4 – 1,5 раза большую, чем большая модель сдвоенных бегунов.