Исходные данные 2 страница

Лопастной аппарат может быть расположен непосредственно на внутренней стороне корпуса барабана (жестко прикрепленного к корпусу) - гравитационное смесительное оборудование либо внутри барабана (с креплением к корпусу барабана с помощью подшипников) - смесительное оборудование принудительного типа. В последнем случае он может приводиться в движение как при вращающемся, так и при неподвижном барабане. Барабаны в этом случае оснащают скребковыми (для очистки их внутренней поверхности) и направляющими лопастями. Барабаны смесителей вместе с загрузочными затворами отделаны броней, изготиовленной из стали, полимеров, керамики, базальта. В конструкции барабанов предусмотрена лёгкосъёмная система крепления брони.

Главным параметром смесителей является их производственная ёмкость (объем по загрузке) - суммарный объём загружаемых сухих компонентов:

где Q – геометрическая емкость барабана, л; K_ОБ - объёмный коэффициент его заполнения.

К числу наиболее важных технологических параметров относят крупность заполнителя бетона а_max и объем готового замеса.

где K_ВЫХ - коэффициент выхода готовой продукции; К_ВЫХ < 1,0.

Указанные параметры наряду со временем цикла Т_Ц, с, позволяют определить производительность П, м³/ч, барабанного смесителя цикличного действия при наличии в нем Z барабанов:

Расчёт производительности смесителей непрерывного действия производится по аналогии с машинами непрерывного транспорта. Классификация бетоносмесителей дана на рис. 7.21.

Рис. 7.21. Классификация бетоносмесителей

Рассмотрим два основных вида смесительного оборудования: гравитационного и принудительного действия.

Смесительное оборудование гравитационного типа используют для приготовления подвижных и умеренно подвижных бетонных смесей, в том числе с крупным заполнителем: размеры зёрен а_mах до 150÷180 мм. Гравитационное смесительное оборудование бывает цикличного и непрерывного действия. В первом случае оно имеет наклоняемый барабан, а во втором - стационарный.

В смесителях непрерывного действия загрузка компонентов и выгрузка готового состава производится соответственно через загрузочный патрубок и разгрузочный затвор, расположенные в разных частях барабана. В смесителях цикличного действия процессы загрузки компонентов и выгрузки готового состава могут производиться через одно и то же отверстие. Наиболее часто в них используется двухконусный барабан с реверсивным гидроприводом (рис 7.22).

Рис. 7.22 Бетоносмеситель самоходный с задней загрузкой-разгрузкой

Режимы работы смесительного оборудования определяются частотой вращения барабана. Существенное значение на выбор скоростного режима движения потока компонентов оказывает геометрия лопастного аппарата и смесительного барабана. Так, в бетоносмесителях гравитационного типа поток компонентов имеет значительную радиальную составляющую. Это приводит к развитию центробежных сил, отбрасывающих поток к стенкам барабана, которые препятствуют его движению, меняя направление потока. При определенной частоте вращения барабана, называемой критической происходит процесс «стопорения» потока. Указанное явление требует ограничения частоты вращения лопастного барабана. Величина рациональной частоты вращения барабана смесителя обычно не превращает 20 мин^-1 и определяет как

Смесительное оборудование принудительного действия используют для приготовления активных вязкопластичных строительных сред типа бетонных и растворных смесей, окрасочных составов. Для бетонных смесей крупность заполнителя, определяемая размером куска а_max, ограничена до 70 мм. Различают смесители с вращающимся и неподвижным барабаном, в первых вращение барабана происходит навстречу лопастному валу, что приводит к образованию двух потоков компонентов смеси, движущихся навстречу друг другу. Поэтому их называют противоточными. Вторые, с неподвижным барабаном, называют турбинными. Они имеют более простой привод. По расположению лопастного вала, определяющего форму барабана, их разделяют на тарельчатые - с вертикальным валом, и лотковые - с горизонтальным.

В тарельчатых смесителях, являющихся машинами цикличного типа, лопасти могут быть расположены непосредственно на вращающемся роторе (роторные) или соединены с ним планетарной передачей (планетарно-роторные). В роторных смесителях перемешивание компонентов смеси осуществляется в кольцевом пространстве неподвижного барабана тарельчатой формы, а в планетарно - роторных организовано перемешивание компонентов в пересекающихся потоках. В указанных смесителях создают высокооборотное движение лопастей.

Лотковые смесители используют для приготовления любых смесей, в том числе бетонных на пористых заполнителях плотностью 1000÷1200 кг/м³. Лотковые смесители выполняют как непрерывного, так и цикличного типов. По числу валов различают одновальные и двухвальные лотковые смесители. Одновальный лопастной аппарат выполнен двухзаходным - в виде двух лопастей, расположенных на одной ступице по винтовой линии и смещённых одна относительно другой па угол к радиан. В двухвальных лотковых смесителях (рис. 7.23) лопасти выполнены раздельными, расположенными по винтовой линии валов, вращающихся в противоположных направлениях. При этом создаются перекрёстные потоки перемешивающихся компонентов смеси при минимальном пути их движения, что снижает энергоёмкость рабочего процесса.

Рис. 7 23 Двухвальный литковый смеситель циклического действия:

а – привод лопастных валов (электродвигатель – ременная передача –

редуктор – лопастные валы); б, в – схемы движения потоков

смешиваемых материалов; М – двигатель; Р – редуктор

На рис. 7.24 показана принципиальная схема вибросмесителя непрерывного действия. В неподвижном барабане вибросмесителя на приводном валу-ступице имеется винтовая лопасть. Вал-ступица вместе с винтовой лопастью представляют собой рабочий орган - шнек. От привода машины (на рис. 7.24 полностью не указан) шнеку сообщаются два вида движений: непрерывное вращение через ведущую звёздочку ступицы и вибрационное через ведущую звёздочку эксцентрикового водила, проходящего внутри ступицы и закреплённого в подшипниках рамы. В левой и правой частях водила имеются дебалансы, расположенные в разных поперечных плоскостях.

Рис. 7.24 Схема вибросмесителя: 1 – опоры, 2 – приводная звездочка

водила, 3 – водило, 4 – приводная звездочка шнека,

5 – шнек, 6 – загрузочное окно, 7 – дебалансы водила,

8 –разгрузочное окно

Таким образом, от водила шнеку передаются кинематическое (от эксцентриситета) и силовое (от дебалансов) воздействия одинаковой чатсоты. Вибрируя и медленно вращаясь вокруг неподвижной оси, шнек перемешивает смесь и перемещает её от места загрузки к раз­грузочному окну. Процесс перемещения материала усиливается за счет эффекта вибротранспортировки.

Важными геометрическими параметрами шнека являются диаметр ступицы d, диаметр шнека D (D/d = 2÷2,5), угол наклонаλ, шаг лопастей t и длина шнека L. Значение угла наклонаλ принимают близким углу трения материала о витки шнека с целью затруднения проскальзывания материала. Это способствует эффективному перемешиванию. Могут использоваться одно-, двух-, трёх- и четырёхзаходные шнеки. На винтовой поверхности последних выполняют разгрузочные окна. Интенсивность перемешивания пропорциональна интенсивности вибрирования, оцениваемой величиной перегрузки. Так, при среднем ускорении по длине шпека 80÷100м/с² величина перегрузки составит (80÷100)/g, где g - ускорение свободного падения.

Рациональный выбор параметров вибрационных воздействий - частоты ω и амплитуды А производят таким образом, чтобы их сочетание в виде одного из критериев интенсивности вибрирования составляло: для амплитудного значения ускорения колебании Аω²≈100÷250 м/с²; для коэффициента удельной мощности колебаний А²ω³≈50÷150 м/с³. Это обеспечивает значительное снижение вязкости бетонной смеси.

Развитие технологии приготовления строительных составов, в первую очередь бетонных смесей, привело к необходимости использования двукамерных смесителей с активаторами (рис. 7.25). В предварительной камере происходит процесс активации сухих компонентов смеси, включая химические добавки, а в основной - процесс перемешивания с водой и заполнителем. В таких смесителях регулируемый гидропривод используется ввиду того, что скоростные режимы перемешивания в камерах различны. Процессы двухстадийного перемешивания могут быть реализованы смесителями как цикличного, так и непрерывного типов. Использование регулируемого привода позволяет в одном смесителе готовить смеси с разными реологическими характеристиками.

Рис. 7.25 Двухкамерные смесители с активаторами:

а, б - турбулентного типа; в – волнового типа; г регулируемый гидропривод

турбулентного смесителя (стрелками указаны места загрузки компонентов смеси):

1- бетоносмеситель; 2 – двигатель привода активатора; 3 – подача воды;

4 – подача цемента; 5 – активатор; 6 – двигатель привода бетоносмесителя;

7 – подача заполнителей

Большое значение на качество получаемой бетонной смеси оказывают применяемые методы активации, очередность загрузки и способы подачи компонентов в барабан. В бетоносмесителях используют эффект обогрева заполнителей горячим воздухом, паром, в результате чего их поверхность очищается и они активнее реагируют с вяжущим, повышая прочность бетона и сокращая сроки его подготовки. Используются полностью автоматизированные установки с возможной выдачей нескольких десятков рецептур, заложенных в памяти микроЭВМ.

Смесительное оборудование является основным видом оборудования смесительных машин (бетоно-, растворосмесителей и т.п.). Кроме того, в составе машин-смесителей может присутствовать рабочее оборудование для загрузки компонентов, в том числе дозированной, а также для подачи воды.

Основные виды конструктивного исполнения машин-смесителей: стационарное, передвижное, самоходное, на базе самоходных шасси. Бетоносмесителями оснащаются мобильные и инвентарные бетоносмесительные установки и заводы (рис. 7.26).

Рис. 7.26 Модульный бетонорастворосмесительный завод

Объём готового замеса у различных бетоносмесителей находится в пределах от 33 до 3000 л. Производительность различных смесителей составляет от 0,2 до 135÷240 м³/ч. Классификация бетоносмесителей приведена па рис. 7.21.

Смесительное оборудование малярных составов является оборудованием принудительного действия. Передвижные малогабаритные (вместимостью бункера порядка 60 л) смесители лоткового типа с двумя Z-образными горизонтально расположенными валами предназначены для приготовления замазок, шпаклевок, окрасочных паст подвижностью не менее 5 см по конусу СтройЦНИЛ. Вращение валов происходит в разные стороны с различными частотами в пределах 9-11с^-1, что способствует интенсивному перемешиванию. Выгрузка готового состава производится с помощью горизонтально расположенного винтового конвейера, установленного в нижней части бункера. Электропривод смесителя оборудован токовой и тепловой защитой, а также ЗОУ - защитно-отключающим устройством. Производительность смесителей зависит от характеристик материала и для указанных выше параметров составляет: 145 кг/ч - для замазок, 170 кг/ч - для шпаклевки, 190 кг/ч - для окрасочных паст.

Передвижные малогабаритные смесители с вертикально расположенным лопастным органом и сменными смесительными емкостями объемом до 100 л используются для приготовления невзрывоопаспых малярных составов водных, масляных, клеевых шпаклевок вязкостью до 200 с по ВЗ-4. Электропривод - вращатель реверсивного типа, установлен на консоли каретки, перемещается по вертикальной стойке. Режим вращения составляет 47 с^-1. Лопасти смесителя устанавливают таким образом, чтобы поток материала при перемешивании был направлен вниз. Разгрузка готового состава осуществляется реверсированием направления вращения лопастей смесителя, предварительно опущенного вблизи дна емкости. Готовый состав через разгрузочный патрубок, установленный в крышке, подается потребителю. Производительность смесителя составляет: по водной краске 2000 л/ч, по масляной – 500 л/ч при мощности электродвигателя - 2,2 кВч.

Диспергаторы - устройства для интенсивного перемешивания и получения составов вязкостью до 120 с по 133-4 с требуемыми раз­мерами включении.

Максимальный размер включений диспергируемого состава определяется размером калиброванных отверстий, через которые продавливается обрабатываемый материал. Размеры калиброванных отверстий различны; производительность составляет 800-2000 кг/ч. Вязкость отрабатываемых составов ограничены 120 с по ВЗ-4 (процесс диспергирования позволяет снижать вязкость материала).

7.10. Основные теории рабочих процессов

Перемешивание является важнейшей операцией, определяющей свойства готового строительного состава. Сущность этой операции состоит в формировании потоков движения компонентов, при которых будет происходить процесс. Направление движения и скорость формируемого потока определяют эффективность реализации рабочего процесса, характеризуемого погребным временем перемешивания и затрачиваемой мощностью. Процесс перемешивания, являясь комбинированным процессом, включает два простых процесса: смешения - принудительного распределения компонентов смеси по объему с целью получения однородной смеси; сепарации - принудительного распределения материала по крупности частиц и их плотности.

Указанные простые процессы происходят с различной степенью интенсивности, определяемой скоростью и ускорением воздействия лопастей на компоненты смеси, формой лопастей и порядком их установки. Длительность перемешивания характеризуется интенсивностью протекания процессов смешивания и сепарации и помимо конструктивных параметров смесителей зависит от состава и свойств смеси, оцениваемых ее структурной вязкостью. Распределение исходных компонентов смеси в каждом ее элементарном объеме определяет ее качество. Требуемое качество бетонной смеси оценивают коэффициентом вариации прочности образцов-кубиков С_v, который уменьшается с улучшением качества перемешивания.

Совокупный процесс смесеобразования по времени t характеризуют соотношением:

где К - коэффициенты, зависящие от технологии приготовления смеси и времени перемешивания t, "1" и "'2" - индексы, соответствующие процессам смешивания и сепарации.

Решение (7.33) относительно C_v выявило экспоненциальный закон C_v от t. Минимальное время перемешивания t_min определяют из условия C_v ≤ 20%, максимальное t_max из условия dC_v /dt→0. Для бетоносмесителей циклического действия реальное время перемешивания составляет 2,5÷3,0 мин.

Сложная картина движения потоков смеси и непостоянство их отдельных характеристик обусловили использование нескольких различных приближенных экспериментально-теоретических моделей для оценки мощности перемешивания. По одной из них

где MZ - момент, требуемый для вращения лопастным аппаратом, имеющим z лопастей;

КОБ - коэффициент заполнения барабана смесью;

ω- угловая скорость вращения лопастного аппарата.

Оценку величины МZ проводят на основании экспериментально установленных обобщенных энергетических характеристик. Наиболее простой является модель перемешивания бетонных смесей и растворов построения по аналогии с силовой моделью копания грунтов проф. Н.Г. Домбровского с использованием (в данном случае) удельных коэффициентов сопротивления движению лопасти в смеси К, Н/м2 или Дж/м3. Для единичной лопасти она имеет вид:

где M₁ - величина активного момента вращения;

B_h = Sa₁ - активная площадь единичной лопасти;

В = r_Н –r_В - длина лопасти;

r_Н, r_В - соответственно наружный и внутренний радиусы;

W₁ - сопротивление перемешиванию бетонной смеси.

Схема взаимодействия единичной лопасти с бетонной

смесью при перемешивании:

α– угол установки лопасти к горизонтальной поверхности

Экспериментально установленные значения К, Н/м2, в соответствии с рассматриваемой моделью рассчитывают по геометрическим размерам лопасти при экспериментально замеренном значении крутящего момента:

Значения К зависят от частоты вращения, плотности смеси и ее удобоукладываемости.

Для ориентировочной оценки обычно используют К = 3∙10⁴ Н/м²- для пластичных и К = 5,5∙10⁴ Н/м²- для жестких бетонных смесей.

Для реальных конструкций смесителей, имеющих лопастной ап­парат, включающий z лопастей

Выбор скоростного режима работы смесителей с регулируемым приводом производят на основании установленных критериев эффективности. Гак, для роторных смесителей используется критерий К.М. Королева, характеризующий частоту «перелопачивания» смеси в барабане, Гц;

где V_ср - скорость движения лопастей на среднем радиусе чаши, м/с;

Q_Г.З - объем готового замеса, м³;

S_аΣ - суммарная активная площадь лопастей, м².

При этом значение S_аΣ рассчитывают по формуле:

где S_i - площадь отдельной лопасти, м²;

α_i и β_i - углы установки ее в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Оптимальный режим работы может быть установлен из условия минимальной энергоемкости рабочего процесса N/П_т → min. Критерий энергоемкости с учетом (7.34-7.36) может быть представлен в следующем виде:

где ω∙r_ср=V_ср - средняя линейная скорость движения лопастей, составляющая для роторных смесителей 1,7÷2,0 м/с;

Z_зам - число замесов в час.

Исследования и опыт эксплуатации смесителей выявили статистические зависимости удельного коэффициента сопротивления движению лопасти К и числа замесов Z_зам от V_cp. Это позволяет, используя их с учетом минимизации критерия (7.38), выбирать оптимальные значения скоростных режимов перемешивания. Они соответствуют оптимальным значениям λ, равным 0,5÷0,65. Тогда из (7.36) при оптимальном значении для выбранного смесителя определяют оптимальный скоростной режим.

7.11. Машины для распределения, укладки и нанесения строительных составов.

Для реализации указанных рабочих процессов на строительных объектах используются краны с бадьей, конвейеры, а также насосы. Последние перемещают строительные составы по трубам, что обеспечивает возможность их укладки или нанесения на обрабатываемые поверхности, расположенные на разных уровнях. Расходные и напорные характеристики насосов обеспечивают подачу строительных составов на расстояние свыше 100 м по вертикали или нескольких сотен метров по горизонтали. В этом случае для удержания трубопровода используются стреловые манипуляторы, управляемые гидроприводом, выполняемые в стационарном исполнении пли устанавливаемые на самоходные шасси различных видов, а также башенные краны. Такие машины, в случае укладки бетонной смеси, называют бетоноукладчиками. По виду исполнения различают стреловые, башенно-стреловые, и пролетно-стреловые манипуляторы. Стреловые манипуляторы (бетонораздаточные стрелы) представляют собой телескопические или шарнирно сочлененные (из нескольких секций) стрелы вдоль которых уложен бетоновод. Их характеризуют радиусом действия и зоной охвата (рабочий). С целью обеспечения значительной рабочей зоны они устанавливаются на вращающейся колонне автомобильного шасси, оснащенного бетононасосом.

Башенно-стреловые бетонораздаточные манипуляторы используют в высотном строительстве, они представляют собой сборную башню, смонтированную из решетчатых или сплошных секций, в верхней части которой имеются площадка для оператора и бетонораздаточная стрела.

Башня устанавливается на опорную площадку, закрепленную на фундаменте здания, и крепится к перекрытиям здания по мере его возведения. Подача бетонной смеси осуществляется стационарными бетононососами. Такие манипуляторы не только имеют значительный радиус действия (до 50 м), но и хорошие высотные характеристики. Пролетно-стреловые бетонораздаточные манипуляторы используются в дорожном строительстве, представляют собой пролетную металлоконструкцию, соответствующую ширине дорожного полотна, с бетонораздаточной стрелой.

Ряд технологий предусматривает процесс нанесения строительных составов на обрабатываемые поверхности методом торкретирования. Процесс нанесения реализуется при скоростях, превышающих скорость их транспортировки. Машины для торкретирования эффективно применяют при бетонировании подземных сооружений, а также при малых объемах работ, в том числе производимых в труднодоступных условиях, и др (рис. 7.27)

Рис. 7.27. Бетоноукладчики, автобетононасосы, распределительные

стрелы со стационарным бетононасосом

Для осуществления операций нанесения строительных составов на обрабатываемую поверхность используют различные насадки, которые в зависимости от их формы (сужающая, расширяющая), длины и выходного диаметра называют соплом, форсункой, диффузором, а также роторные устройства. Сам процесс нанесения состоит в распаде непрерывного потока материала, перемещении его частей с повышенной скоростью к поверхности нанесения, растекании и уплотнении его на обрабатываемой поверхности. Различные строительные составы требуют разных скоростей нанесения, в связи с чем используются те или иные распылители, выбираются соответствующее расстояние от них до обрабатываемой поверхности и скорость перемещения этих устройств.

Для выполнения операции торкретирования используют торкрет-установки, обеспечивающие мокрое и сухое торкретирование.

Строительные специализированные насосы - силовое оборудование с собственным приводом, предназначенные для транспортирования различных составов: бетонных смесей, раствора, битума, красочных составов.

В приводе насосов используется асинхронный электрический двигатели и двигатели внутреннего сгорания с механической или гидравлической передачей.

Конструкции наносного модуля - шестеренная, поршневая, плунжерная, роторная, диафрагмовая, винтовая и т.д. Трубопровод, единый или сборный, состоящий из отдельных секции, соединяемых с помощью быстросъемных устройств крепления. Название насоса определяется видом транспортируемого состава: бетононасос, растворонасос, битумонасос и т.п.

7.11.1. Бетононасосы

Бетононасосы применяют для транспортирования, укладки и набрызг-бетоинрования бетонных смесей с П = 6÷12 см с содержанием цемента 250÷300 кг/м³ при В/Ц не менее 0,65, а также легкого бетона, в процессе приготовления которого зерна пористого заполнителя обрабатывают цементной суспензией с целью образования оболочки, снижающей водопоглощение заполнителя. В зависимости от максимального куска заполнителя бетонной смеси а_max используют следующие диаметры бетоноотвода D до 200 мм (D ≤ 3а_max). В конструкциях бетононасосов используют поршневые и роторные насосные модули. Поршневые насосы с целью более равномерной подачи смеси и увеличения производительности оснащают пневмо-гидроаккумулирующим устройством и часто двумя рабочими камерами, поочередно соединяющимися с транспортным бетоноотводом с помощью распределительных устройств. Конструкции распределительных устройств различны и во многом определяют копструкцию всего насоса. Еще одной особенностью поршневых бетонона­сосов является принудительная система управления клапанами. Номинальное давление, создаваемое поршневыми бетононасосами, составляет обычно 3÷12 МПа, иногда до 35МПа. Это обеспечивает возможность подачи бетонной смеси по высоте до 300 м (эквивалентная дальность подачи до нескольких км).

Схема двухпоршневого бетононасоса с гидроприводом представлена на рис. 7.28. Привод машины включает первичную силовую установку в виде асинхронного электродвигателя переменного тока и двух гидравлических цепей с исполнительными (приводными) гидроцилиндрами, рабочую камеру с поршнями насосного модуля, распределительное устройство (в виде S-образного шибера) и напорную трубу. Изменение направления движения поршней исполнительных гидроцилиндров осуществляется распределительными клапанами с электромагнитным устройством. Для сглаживания пульсации в гидросистеме использован гидроаккумулятор.