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 = (Псм
* t) / 3600

Vз = (100 * 120) / 3600 = 3,3

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

Рабочий объем смеси в барабане, м3

VP
= VЗ
/ KB

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

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

Основные размеры барабана

Внутренний диаметр (м):

D0
= (0,78…0,83)*VP
0,33

D0
= 0,83*4,9250,33
= 1,4

Толщина стенки барабана (м):

δ = (0,015…0,020)*D0

δ = 0,020*1,4 = 0,028

наружный диаметр (м):

DH
= D0
+ 2δ

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

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

Фактический геометрический объем барабана, м3

VГ
= (π/4)* D0
2
* LБ

VГ
=(3,14/4)* 1,42
* 3,64 = 5,6

Фактический коэффициент заполнения:

Ψфакт
= VP
/ VГ
= 4,925/5,6 = 0,88

(Ψ = 0,33…0,40)

При расхождении значений Ψфакт
и Ψ рекомендуется изменить размеры барабана.

Изменяем внутренний диаметр барабана
D
0

D0
= 1,13 * VP
0,33
= 1,13 * 4,9250,33
=1,9124

Толщина стенки барабана (м):

δ = (0,015…0,020)*D0

δ = 0,020*1,9124= 0,0384

наружный диаметр (м):

DH
= D0
+ 2δ

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

LБ
= (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 = LБ
– А – С = 4,97– 3,41– 0,249= 1,311

С’
= (0,18…0,19)*

D

0

= 0,18*1,9124= 0,349

А’
= (1,75…1,78)*

D

0

= 1,78*1,9124= 3,31

В’
=

L

Б

– А – С = 4,97– 3,31– 0,349= 1,311

Фактический геометрический объем барабана, м3

VГ
= (π/4)* D0
2
* LБ

VГ
=(3,14/4)* 1,91242
* 4,97= 14,27

Ψфакт
= VP
/ VГ
= 4,925 = 0,345

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

· Диаметр опорного ролика

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

· Ширина опорного ролика

bp
= (0,32…0,36)*dp
=0,36*0,421 = 0,151 м

· Диаметр оси опорного ролика

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

· Угол установки опорных роликов

β = 32…360
= 360

· Толщина опорного бандажа

hБ
= (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

bБ
= bp
+ (0,04…0,05) = 0,151 + 0,05 = 0,2 м

· диаметр опорного бандажа

DБ
= D0
+ 2*(δ + ∆ + hБ
)

DБ
=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

Dзв
= DБ
+ (0,005…0,015)

Dзв
= 2,109 + 0,015 = 2,124 (2,0) м

· Ширина зубчатого венца

bзв
= (0,085…0,095)* Dзв

bзв
=2,124*0,095 = 0,2 м

Основные кинематические параметры бетоносмесителей

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

ωкр
= √g*(sinγ0
– f*cosγ0
) /R0

nкр
= 30ωкр
/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

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

nкр
= 30*1,9043/3,14 = 18,19 мин-1

Номинальная угловая скорость вращения, с-1

ωном
= (0,9…0,95)*ωкр
=

ωном
=0,95*1,9043 = 1,809с-1

номинальная частота вращения, мин-1

nном
= 30ωном
/π

nном
=(30*1,809)/3,14 = 17,28 об/мин

3. расчёт потребляемой мощности

3.1. определение рабочих нагрузок

Сила тяжести бетонной смеси Н:

Полная:

Gсм
= Vз
*ρсм
*g

Gсм
=3,3*9,81*2500 = 80932,5 Н

Поднимаемая за счёт сил трения:

G1
= 0,85 Gсм

G1
= 0,85*80932,5 = 68792,6 Н

Поднимаемая в лопастях:

G2
= 0,15 Gсм
= Gсм
– G1

G2
= 80932,5 - 68792,6 = 12139,9 Н

Где Vз
– объём готового замеса, м3
; ρсм
– плотность смеси кг/м3
;

g = 9,81 м/с2

сила тяжести барабана, Н; для смесителей непрерывного действия:

GБ
= KБ
* ρст
*L*g*(DН
2
– D0
2
)*(π/4)

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

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

tоб
= 60/nном

tоб
= 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*nном
)

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 nном
– 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
= (G1
h1
Z1
+ G2
h2
Z2
)* nном
/ 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
= (Gсм
+ Gб
)/cosβ * (Dб