148141 (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 = (G₁ h₁ Z₁ + G₂ h₂ Z₂)* 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 + μ₂ d₀/2)*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