5. Расчет бетоносмесителей

(все геометрические соотношения в данном разделе получены методом подобия при статистической обработке размеров серийно выпускаемых бетоносмесителей).

5.1. Определение производительности смесителей цикличного действия

Время рабочего цикла смесителя, с:

Τ = t₁ + t₂ + t₃ + [t];

где t₁ и t₂ соответственно время загрузки и выгрузки смеси; t₁=10...20 с , t₂ =15…25 с (для больших объёмов – большие значения); t₃ - время возврата барабана в исходное положение (для смесителей с наклоняющимся барабаном t₃ = 10...20 с ); [t]- время перемешивания компонентов, с; (табл. 6 и 7 ).

Расчётное число замесов в час:

z₃ = 3600/T ≤ [z₃];

где [z₃] - нормативное число замесов в час для данной марки смеси и объёма готового замеса (табл. 2)

При невыполнении условия следует дать рекомендации по снижению времени рабочего цикла смесителя.

Эксплуатационная производительность, м³/ч:

П_Э = К_Н ·V₃ ·z₃

где К_Н - часовой коэффициент неравномерности выдачи товарной смеси (табл. 2);

Vз - объем готового замеса, м³.

5.2. Расчет бетоносмесителей цикличного действия с гравитационным перемешивание

Основные конструктивные параметры бетоносмесителей цикличного действия с гравитационным перемешиванием:

Рабочий объём барабана (объём смеси по загрузке), м³

V_p =V₃/K_В,

где V₃ - объём готового замеса, м^э;

K_В - коэффициент выхода смеси (табл.2).

Наибольший внутренний диаметр цилиндрической части D₀ и основные размеры барабана (рис.5), м

Pис. 5. Cxeмы смесительных барабанов: с периферийным (а, б) и с центральным приводом (в)

а) D_o= [(I,6...I,7)V_p]¹/³, в) D_o =[(I,6...I,7) V_p ]¹/³ ;

D₁ = (0,8...0,8I) D₀, D₁ = (0,64...0,65) D_{0 ;}

D₂= (0,24...0.25) D₀; D₂ = (0,36...0,37) D₀;

D₃= (0,32...0,40) D₀ ; D₃ = (0.42...0.43) D₀;

L₁ = (0,12...0,125)D₀; D₄= (0,25...0.26) D_{0 ;}

L₂= (0,085... 0,09) D₀; L₁= (O,I7...O,I8)D₀;

L₃= (0,20...0,23) D₀; L₂= (0.20...0,22) D_{0 ;}

L₄=(0,45...0,5O) D₀. L₃= (O,34...O,35)D₀ ;

L₄= (0,23...0,24) D_0.

б) D₀= [(I,6...I,7)V_p]¹/³; L₁= (0,21...0,22) D₀;

D₁= (0,4.. .O,4I)D₀; L₂= (0,39...0,4I) D_0;

Толщина стенки барабана: δ = (0,01...0,015) D₀

Фактический геометрический объём барабана Vг. может быть под­считан как сумма (разница) соответствующих объёмов цилиндров и усечённых конусов ( рис2.):

объём цилиндра Vц = (π·D₀² ·L)/4;

объём усеченного конуса Vук = π/12·(D1² + D2² + D3²)·L;

фактический коэффициент заполнения ψф = Vр / Vг =[ψ],

где [ψ] – рекомендуемый коэффициент заполнения смесью бараба­на;

Для обеспечения нормальной циркуляции компонентов смеси внутри барабана [ψ] = 0,33...0,40. При расхождении значений ψф и [ψ] рекомендуется изменить размеры барабана.

Дополнительные размеры узлов и деталей (после определения каж­дый размер округляется до нормального линейного значения, см. табл. 13).

I). Бетоносмесители с периферийным приводом (через зубчатый венец, рис.5. а, б)

опорные и поддерживающие ролики:

- диаметр опорного ролика d_p = (0,18...0,22) D₀;

- ширина опорного ролика b_p = (0,32. ..0,36) d_p;

- диаметр оси опорного ролика d₀ = (0,20...0,25) d_p;

- угол установки опорного ролика β = 32..36°;

- диаметр поддерживающих роликов d_пр = (0,I0...0,I5) D₀;

- ширина поддерживающих роликов b_пр = (0,2.. .0,3) d_пр;

- диаметр оси поддерживающих роликов d_оп = (0,25...0,30) d_пр.

опорный бандаж и зубчатый венец:

- толщина опорного бандажа h_б = (0,024...0,026) D₀;

- величина зазора между бандажом и барабаном Δ = (0,005..0,0I)m;

- ширина опорного бандажа b_б= b_р + (0,04...0,05) м;

- диаметр опорного бандажа D_б = D₀+2(δ+ Δ + h_б);

- делительный диаметр зубчатого венца Dзв = D_б + (0,005... 0,015) м;

- ширина зубчатого венца bзв = (0,085...0,095) Dзв,

траверса, (рис.6):

-расстояние между опорами L_б = (1,2.. .1,6) D₀;

-высота от опоры до оси поворота траверсы H = (0,7.,.0,75) D₀;

-высоте от опоры до оси вращения барабана H₁ = (0,8.,.0,9) D₀;

-угол поворота траверсы α_т = 60, ..65°; L₆= D₀+(100…150)мм

-внутренний радиус траверсы R_тр = (0,63...0,66) D₀ .

Рис.6. Расчётная схема траверсы смесителя c периферийным приводом

2) Бетоносмесители с центральным приводом (рис.5,в):

–– диаметр вала под подшипником опорного устройства

dв = (0,066...0,076) D₀;

–– расстояние между осями подшипников опорного вала

L= (0,125...0,135) D₀.

Таблица 13

Нормальные линейные размеры ГОСТ 6636 (мм)

0,100; 0,105; 0,115; 0,120; 0,130; 0,140; 0,150; 0,160; 0,170; 0,180; 0,190; 0,200; 0,210; 0,220; 0,240; 0,250; 0,260; 0,280; 0,300; 0,320; 0,340; 0,360; 0,380; 0,400; 0,420; 0,450; 0,480; 0,500; 0,530; 0,560; 0,600; 0,630; 0,670; 0,720; 0,750; 0,800; 0,850; 0,900; 0,950

1,0; 1,05; 1,1; 1,15; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9; 2,0; 2,1; 2,2; 2,4; 2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 3,0; 3,2; 3,4; 3,5; 3,6; 3,8; 4,0; 4,2; 4,5; 4,8; 5,0; 5,3; 5,6; 6,0; 6,3; 6,7; 7,1; 7,5; 8,0; 8,5; 9,0; 9,5

10; 10,5; 11; 11,5; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 20; 21; 22; 24; 25; 26; 28; 30; 32; 34; 36; 38; 40; 42; 45; 48; 50; 53; 56; 60; 63; 67; 71; 75; 80; 85; 90; 95

100; 105; 110; 120; 130; 140; 150; 160; 170; 180; 190; 200; 210; 220; 240; 250; 260; 280; 300; 320; 340; 360; 380; 400; 420; 450; 480; 500; 530; 560; 600; 630; 670; 710; 750; 800; 850; 900; 950

1000; 1060; 1120; 1180; 1250; 1320; 1400; 1500; 1600; 1700; 1800; 1900; 2000; 2240; 2360; 2500

Основные кинематические параметры бетоносмесителей с гравитационным перемешиванием.

Критические угловая скорость (с ­^-1 ) и частота вращения:

; ,

где g = 9,81 м/с ;

f – коэффициент трения бетонной смеси о лопасть; f = 0,4...0,5 (большие значения f рекомендуется принимать для малоподвижных и жёстких смесей);

φ₀ – угол внутрен­него трения бетонной смеси; φ₀= 43...45°;

R₀- наибольший вну­тренний радиус барабана, м;

Номинальная угловая скорость вращения, c^-1

ωном = (0,9…0,05) ωкр,

Номинальная частота вращения, мин^-1

nном =(30·ωном)/π.

Расчёт мощности

Определение рабочих нагрузок:

сила тяжести бетонной смеси, Η

- полная

G_см = V₃ ρ_см g;

- поднимаемая за счёт сил трения

G₁ = 0,85 G_см;

- поднимаемая в лопастях

G₂ = 0,15 G_см = G_см – G₁,

где V₃- объём готового замеса, м³;

ρ_см - плотность смеси, кг/м;

g= 9,81 м/с²,

сила тяжести барабана, Η

G_б= (0,6...0,65) G_см,

сила тяжести траверсы

G_тр = (0,9...1,05) G_б

Расчёт мощности, затрачиваемой на перемешивание:

средняя высота подъёма перемешиваемых компонентов за счёт сил трения

(h₁) и лопастях (h₂) , м

h₁ ≈ R₀; h₂ = (1+sinφ₀)·R₀,

время одного оборота барабана, с

t_об =60/n_ном,

время подъёма смеси в лопастях (t₁) и падения компонентов смеси с высоты h₂ (t₂ ), с

; ;

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

g= 9,81 м/с²,

число циркуляции смеси за 1 оборот барабана за счёт сил трения (z₁) и в лопастях (z₂), об ^-1

z₁ = 360/2·φ₁; z₂ = t_об /( t₁+ t₂),

где φ₁ – угол перемещения смеси, φ₁ ≈ 2φ_0.

Мощность, затрачиваемая на перемешивание, Вт:

Расчёт мощности, затрачиваемой на преодолевание сил трения в опорах бетоносмесителей.

В зависимости от конструкции бетоносмесителя мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения в опорах, определяется следующим образом, Вт

– для смесителей цикличного действия с центральным привода (рис. 5. в):

;

– для смесителей с периферийным приводом (опирание на опорные ролики, рис. 5 а, б):

;

где ω_ном - номинальная угловая скорость 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;

dв - диаметр вала опорного подшипника, м;

d_о - диаметр оси опорного ролика, м;

β -угол установки опорных ро­ликов, град.

Полная потребляемая мощность, Вт:

N = N₁ + N₂.