§2.Гравитационные бетоносмесители.

Перемешивание компонентов в гравитационных смесителях про­исходит в барабанах, к внутренним стенкам которых прикреплены лопасти. При вращении барабана смесь лопастями, а также си­лами трения поднимается на некоторую высоту и затем сбрасы­вается вниз. Для обеспечения однородности смеси необходимо произвести 30—40 циклов подъема и сброса смеси в барабане.

Для обеспечения свободного перемещения смеси в барабане его объем в 2,5—3 раза должен превышать объем смеси. Скорость вращения барабана невысокая, так как в противном случае центро­бежные силы инерции будут препятствовать свободному переме­щению смеси.

Бетоносмесители изготовляют с наклоняющимися и стацио­нарными барабанами. Эти барабаны выполняют грушевидной, конусной и цилиндрической формы.

На рис. 186 показан гравитационный бетоносмеситель объемом 500 л (по загрузке) с грушевидным барабаном. Отдозированные сы­пучие материалы поступают в загрузочный ковш 4, который перемещается по направляющим 6. Ковш поднимается канатом 5, проходящим по отклоняющему блоку 7 на полиспаст, состоя­щий из неподвижной обоймы блоков 1 и подвижной обоймы 3, которая перемещается гидро­цилиндром 2. При взаимодей­ствии нижних роликов ковша с упором, установленным в на­правляющих, днище ковша от­крывается и образуется лоток, по которому материалы посту­пают в смесительный барабан 8.

Смесительный барабан установлен на траверсе 11, которая пальцами опирается на стойки 16, прикрепленные к раме 17 Вращение барабану передается двигателем 13 через редуктор 12, размещенный в траверсе. Готовая смесь выгружается при наклоне барабана в результате поворота траверсы гидроцилиндром 14, зубчатым сектором 10 и шестерней 9, насаженной на палец тра­версы. Смеситель оборудован гидроприводом 15, состоящим из двигателя, гидронасоса и распределительной арматуры.

Бетоносмеситель с конусным наклоняющимся барабаном (рис. 187) состоит из рамы 9, на которой в специальных подшип­никах, встроенных в стойки 7, установлена траверса 8, несущая смесительный барабан 4. Последний свободно опирается на ро­лики 5 и 10 и фиксируется от осевых смещений поддерживающими роликами 6. Барабан приводится во вращение от электродвига­теля через редуктор и зубчатый венец 3, прикрепленный к бара­бану. Компоненты загружаются в барабан через воронку 2. Готовая смесь выгружается при наклоне барабана в результате поворота траверсы пневмоцилиндром 1.

На цилиндрической части барабана прикреплен бандаж 11, опирающийся на опорные ролики и зубчатый венец 3, входящий в зацепление с зубчатым колесом выходного вала редуктора.

В настоящее время выпускаются стационарные бетоносмеси­тели объемом 750 и 1200 л (по загрузке), выполненные по более прогрессивной схеме — с центральным приводом.

Показанный на рис. 188 смеситель имеет компактный барабан 1 в котором установлено шесть быстросъемных лопастей 2. Барабан насажен ступицей на выходной вал редуктора 3, встроенного в траверсу 10 и вращающегося от двигателя 4. Траверса уста­новлена в подшипниках на стойках рамы 9 и при помощи гидро­цилиндра 6 и рычага 5 может занимать разные положения, в ре­зультате чего барабан будет иметь соответствующие позиции: на загрузку, перемешивание и выгрузку. Смеситель имеет индиви­дуальный гидропривод, состоящий из насосной станции 8 и

распределителя 7 с электроуправлением. Преимущество этого смесителя заключается не только в хороших конструктивных решениях привода (исключены открытые зубчатые колеса), но и в форме барабана и лопастного аппарата, что позволяет обеспечивать качество смеси за время, не превышающее 60 с. В результате ком­пактного размещения узлоз уменьшены также и габаритные размеры машины.

На заводах большой производительности (свыше 100 м³/ч) применяют смесители непрерывного действия (рис. 189). Ком­поненты перемешиваются в цилиндрическом барабане 1, внутри которого по винтовой линии установлены лопасти 3. При враще­нии барабана компоненты смеси, поступающие непрерывным по­током по загрузочной воронке 7, перемещаются лопастями в окруж­ном и осевом направлении, в результате чего они перемешиваются и непрерывно продвигаются к разгрузочному торцу барабана. Вода подается в барабан по трубе 6 через распылитель 4. Барабан вращается двигателем 8 через муфту 10, редуктор 11, зубчатое

колесо 12 и зубчатый венец 5, прикрепленный к барабану. Ба­рабан свободно опирается бан­дажами 2 на ролики 13, уста­новленные на раме 9. Осевым перемещениям барабана препят­ствуют упорные ролики 14.

Основы расчета гравитационных бетоносмесителей. Мощ­ность двигателя привода гра­витационных смесителей затра­чивается в основном на подъем смеси в барабане при его вращении.

В общем виде работа, затрачиваемая на один цикл циркуля­ции смеси (Дж):

где G_см— сила тяжести смеси, Н; h— высота подъема смеси в барабане, м. Сила тяжести смеси в барабане (Н):

где V— полезный объем смесителя (по выходу), м³; ρ— объемная масса бетон­ной смеси, кг/м³; g— ускорение свободного падения, м/с².

Траектория движения смеси в барабане достаточно сложная. Одна часть смеси поднимается лопастями, другая ее часть — под­нимается под действием сил трения.

В бетоносмесителях с двухконусными барабанами в каждый момент времени лопасти поднимают около 15% смеси.

Мощность, расходуемая на подъем смеси (кВт):

где G₁ — сила тяжести смеси, поднимаемой под действием сил трения (G₁ = 0,85G_см),Н; G₂ — сила тяжести смеси, поднимаемая лопастями (G₂ = 0,15G_см),Н; h₂— высота подъема смеси в лопастях, м; h_lпр— высота подъема смеси под действием сил трения, м; z₁ и z₂— число циркуляций смеси за один оборот ба­рабана соответственно силами трения и в лопастях; п— частота вращения ба­рабана, об/с.

Согласно схеме, показанной на рис. 190:

где R — внутренний радиус барабана.

Угол β практически может быть принят равным углу тре­ния, т. е. 45°

Тогда h₂ = 1,7R.

Движение смеси под действием сил трения более сложное. Если рассматривать изолированную частицу, находящуюся на стенке барабана в точке A, то при вращении она поднялась бы в точку В, определяемую углом трения φ₁. Но под влиянием ло­пастей и подпора других частиц действительный угол подъема φ₂ будет больше (около 90°), после чего частицы начнут соскальзы­вать вниз по поверхности смеси.

Приняв угол перемещения смеси φ₂ = 90° из точки А в точку B₁ высота подъема смеси под действием сил трения будет:

Число циркуляций смеси, поднимаемой под действием сил трения, в течение одного оборота барабана (приняв время спол­зания смеси равным времени подъема):

Время подъема смеси в лопастях (с)

Время падения смеси с высоты h₂ :

Число циклов смеси, поднимаемой в лопастях:

где t_об= 1/n — время одного оборота барабана, с; п — частота вращения бара­бана, об/с; R — радиус барабана, м.

Расчеты, произведенные по формуле (70), показывают, что для смесителей объемом 330, 880 и 1600 л число циркуляций смеси в лопастях z₂ = 2.

Таким образом, число циркуляций смеси за один оборот барабана для обоих случаев может быть принято одинаковым, т. е. z₁= z₂ = 2.

Тогда мощность, затрачиваемая на подъем смеси (кВт):

Подставляя в формулу (71) значения G₁,G₂,h_1пр,h₂ получаем:

Радиус барабана без больших погрешностей может быть при­нят по его цилиндрической части, так как основная масса смеси находится в его цилиндрической части.

Кроме работы по подъему смеси двигатель затрачивает энергию на преодоление сил трения в опорных частях барабана. Эти со­ставляющие мощности (кВт) могут быть рассчитаны по формулам:

для смесителей, барабан которых установлен на роликах:

для смесителей, барабан которых установлен центрально на оси:

где G_б— сила тяжести барабана, Н; R_б — радиус бандажа, м; r_р— радиус опорного ролика, м; r₀—радиус оси, м; ω—угло­вая скорость барабана, рад/с; k_f— плечо трения качения (k_f = 0,001 м); μ— коэффициент трения в подшипнике барабана, установленного на оси; γ— угол установки опорных роликов.

Мощность двигателя привода вращения барабана будет равна:

где η— КПД трансмиссии.

Расчет механизма наклона барабана. Наклон барабана в совре­менных бетоносмесителях производится пневматическим или ги­дравлическим цилиндром. Наибольшая нагрузка на шток цилиндра будет при крайнем нижнем положении барабана (рис. 191). Для быстрого и беспрепятственного истечения смеси максимальный угол наклона барабана принимается α= 60°÷65°. В этом поло­жении барабан свободен от смеси и нагрузка Q на шток цилиндра определяется из условия равновесия сил тяжести барабана G_б, траверсы G_т и силы Q относительно оси поворота траверсы:

Qr + G_бb — G_тa = 0,

где г, b и а— плечи действия соответственно сил Q, G_б и G_т.

Для предварительных расчетов параметры расположения цен­тров масс барабана и траверсы могут быть приняты равными: h = 0,25R, I = 0,5R (здесь R — внутренний радиус барабана).

Тогда при повороте барабана плечи действия соответствующих сил будут:

Нагрузка на шток цилиндра (Н):

Ha первоначальной стадии расчетов можно принимать G_т= 0,32G_см и G_б =0,38G_см (здесь G_см — общий вес смесителя).Диаметр поршня (м) пневмоцилиндра (гидроцилиндра) при заданном давлении рабочей среды р (Н/м²):

Производительность (м³/ч) смесителей циклического действия:

где V₃— объем смесителей (по загрузке), л; z— число циклов (замесов) в час; k_в— коэффициент выхода смеси (k_в = 0,65); k_н— коэффициент использования машины (k_н= 0,82÷0,85).

Число циклов:

где t₁= 15÷20— время загрузки смесителя, с; t₂ =12÷18— время разгрузки смесителя, с; t₃ — время перемешивания, с.

Время перемешивания может изменяться в широких пределах (40—120 с) в зависимости от состава смеси и конструкции ба­рабана смесителя.