6.3. Вибраторы для уплотнения бетонной смеси

Для уплотнения бетонной смеси вибрированием применяют воз­будители механических колебаний - вибраторы, принцип действия которых основан на использовании сил инерции движущихся неурав­новешенных масс.

Рабочим органом вибраторов является вибрационный меха­низм. В таком механизме колебания создаются двумя способами: 1) вращением закрепленной на валу неуравновешенной массы (де­баланса); 2) возвратно-поступательным направленным перемеще­нием массы. Вибрационные механизмы с вращающимся дебалан-сом приводятся в действие электрическими двигателями (электро­механические вибраторы) или пневматическими двигателями (пневматические вибраторы). Привод вибраторов с возвратно-по­ступательным движением массы - электромагнитный (электромаг­нитные вибраторы).

Одновальные дебалансные вибраторы создают круговые коле­бания; двухвальные (дебалансные) и электромагнитные - на­правленные.

При уплотнении смеси в конструкциях наиболее часто применя­ют переносные электромеханические вибраторы с круговыми коле­баниями.

Дебаланс (или дебалансы) переносного вибратора укрепляют не­посредственно на валу двигателя или соединяют с ним при помощи гибкого вала. При вращении дебаланса вследствие его неуравнове­шенности возникает центробежная сила Р, называемая возмущающей силой, которая всегда направлена по радиусу окружности, описыва­емой центром тяжести дебаланса:

Р = mew²,

где m - масса дебаланса, кг; е — эксцентриситет, т.е. расстояние от центра тяжести дебаланса до оси его вращения; w - угловая скорость вращения дебаланса, 1/с.

Произведение массы дебаланса на его эксцентриситет называют кинетическим моментом вибратора, а отношение кинетического мо­мента к массе вибратора - амплитудой колебаний.

По способу передачи колебаний уплотняемой смеси различают поверхностные, наружные (опалубочные) и глубинные переносные вибраторы.

Поверхностные вибраторы (рис. 6.25, а) передают колебания уплот­няемой массе бетона непосредственно через его поверхность. Эти

234

Рис. 6.25. Переносные вибраторы: а — поверхностный; б — наружный; в — глубинный

вибраторы применяют для уплотнения слоя бетонной смеси толщи­ной до 0,25-0,4 м.

По форме опорной поверхности различают площадочные вибра­торы, у которых вибромеханизм прикреплен к корытообразному ос­нованию (площадке), имеющему в плане форму прямоугольника, и виброрейки, у которых вибромеханизм крепится на удлиненной бал­ке. Перемещение поверхностного вибратора в процессе работы по бетонируемой поверхности производится вручную с помощью троси­ков или крючков.

Наружные вибраторы (рис. 6.25, б) передают колебания смеси че­рез опалубку или форму, к которым прикрепляются снаружи с помо­щью специальных крепежных устройств.

Поверхностные и наружные вибраторы имеют аналогичную кон­струкцию вибрационного механизма, состоящего из трехфазного асинхронного электродвигателя 2 (рис. 6.26) с короткозамкнутым ро­тором 3 и двух одинаковых дебалансов б, закрепленных на консоль­ных концах вала ротора (мотор-вибратор). Электродвигатель с деба-лансами встроен в корпус / вибратора. Дебалансы закрыты крышка­ми 7. Вал ротора опирается на два ролико- или шарикоподшипника 5, установленных в подшипниковых щитах 4. Корпус вибратора снаб­жен четырьмя лапами 8 с отверстиями под болты крепления к осно­ванию, передающему колебания уплотняемой смеси. Каждый деба-ланс состоит из двух скрепляемых между собой частей - поворотной и неподвижной относительно вала ротора. При изменении взаимного положения частей дебаланса соответственно изменяется величина развиваемой им возмущающей силы. В зависимости от конструкции Дебалансов величина возмущающей силы регулируется ступенчато или бесступенчато.

Частота вращения вала ротора электродвигателя, равная частоте колебаний корпуса вибратора, составляет: 2500 об/мин — у вибраторов

235

Рис. 6.26. Мотор-вибратор

нормальной частоты, 1000-1400 об/мин - у низкочастотных и 5700 об/мин - у высокочастотных. Мотор-вибраторы выпускаются с элек­тродвигателями мощностью 0,27-3 кВт на напряжение 220/380 и 36 В. Последние подключаются к сети переменного тока напряжением 220/380 В, частотой 50 Гц через понижающий трансформатор.

Мотор-вибраторы нормальной частоты развивают возмущающую силу 200-3000 юге (2-30 кН), низкочастотные - 500-3400 кгс (5-34 кН), высокочастотные - 350-1200 кгс (3,5-12 кН).

Для уплотнения бетонной смеси в армированных и слабоармиро-ванных конструкциях (фундаментах, стенах, массивных плитах, ды­мовых трубах, колоннах, сваях и др.) используют переносные глубин­ные вибраторы, рабочий орган которых выполнен в виде вибрирую­щего наконечника (стержня), погружаемого в уплотняемую смесь (рис. 6.25, в).

Наружный диаметр вибрирующих наконечников отечественных глубинных вибраторов составляет 28-110 мм, длина - 360-525 мм. Продолжительность вибрирования с одной позиции у глубинных вибраторов 30-50 с.

По устройству привода глубинные вибраторы подразделяют на вибраторы с гибким валом и со встроенным высокочастотным элек­тродвигателем или пневматическим двигателем.

Глубинный вибратор со встроенным высокочастотным электро­двигателем (рис. 6.27) состоит из вибронаконечника и резинотканого шланга с торцовой рукоятью. Вибронаконечник представляет собой герметически закрытый цилиндрический стальной корпус /, внутри которого установлены высокочастотный трехфазный асинхронный электродвигатель 4 с короткозамкнутым ротором и полый дебалан-сный вал, вращающийся в двух подшипниках качения 3. В средней

236

Рис. 6.27. Глубинный вибратор со встроенным высокочастотным

электродвигателем

части вала между подшипниками 3 жестко укреплен дебаланс 2. Ча­стота вращения вала ротора и частота колебаний корпуса вибронако­нечника одинаковы. К верхней части корпуса вибронаконечника прикреплен резинотканый шланг 5, обеспечивающий виброизоля­цию рукояти 6 для перемещения и переноса вибратора в процессе работы. Внутри шланга проходит кабель, подводящий ток к электро­двигателю во время работы вибратора.

Глубинные вибраторы со встроенными электроприводами выпол­нены по единой конструктивной схеме, имеют наружный диаметр корпуса 50-100 мм, способны развивать возмущающую силу 250-1200 кгс (2,5—12 кН) при частоте колебаний 11000 в минуту и мощ­ности электродвигателя 0,27-1,5 кВт.

Уплотнение бетонной смеси в крупных массивных малоармиро-ванных конструкциях и при большом потоке бетона производят па­кетами вибраторов, подвешенных на раме. Перестановку пакетов вибраторов производят монтажными кранами.

Глубинные вибраторы с гибким валом имеют планетарный меха­низм возбуждения колебаний. Планетарный вибрационный меха­низм (рис. 6.28) состоит из втулки 2 и пальца / и выполняется в двух вариантах: в первом бегунком-дебалансом является втулка 2, соверша­ющая планетарную обкатку по наружной поверхности неподвижного конического пальца / («внутренняя» обкатка бегунка-дебаланса); во втором бегунком-дебалансом является палец /, планетарно-обкаты-вающийся по внутренней поверхности неподвижной конической втулки 2 («внешняя» обкатка дебаланса).

Вибратор (рис. 6.29, а) состоит из следующих основных узлов: пе­реносного привода / с выключателем, смонтированного на отдельной

корытообразной подставке, гибкого вала 2 и сменного вибронаконеч­ника 3.

Планетарный вибрационный механизм смонтирован в стальном Цилиндрическом корпусе 6 (рис. 6.29, б) вибронаконечника с

237

Р ис. 6.28.

Планетарный

вибрационный

механизм:

а — с «внутренней» обкаткой бегунка-де­баланса; б — с «внеш­ней» обкаткой бегун­ка-дебаланса

Рис. 6.29. Переносной глубинный вибратор с гибким валом:

а — общий вид; бив — вибронаконечники с «внутренней» и «внешней» обкат­кой бегунка-дебаланса

238

массивным дном. Бегунок-дебаланс 5 составляет одно целое с валом-штангой 7, соединенным со шпинделем /Супругой муфтой 8. Шпин­дель вращается в подшипниках 9. К хвостовику шпинделя подсоеди­нен с помощью наконечника стальной гибкий вал, получающий вра­щение от переносного электродвигателя. Гибкий вал правого вращения (во избежание его размотки) диаметром 8—12 мм и длиной 3-3,3 м заключен в защитный резинометаллический шланг. В каче­стве привода вибраторов применяют асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором мощностью 0,8-1,2 кВт, работающие на токе нормальной частоты (50 Гц) при напряжении 36 В.

В начальный момент после пуска вибратора бегунок-дебаланс вра­щается в воздухе, а затем под действием центробежной силы начи­нает отклоняться от геометрический оси вибронаконечника (на угол до 5°) и наносить удары по центральному пальцу 4 (при «внутренней» обкатке) или по втулке (при «внешней» обкатке), возбуждая колеба­ния корпуса наконечника.

Частота колебаний вибронаконечника в минуту N зависит от ча­стоты вращения вала приводного электродвигателя п (об/мин), со­отношения диаметров бегунка-дебаланса d и беговой дорожки D и подсчитывается по формулам:

при «внутренней» обкатке

N=n/(D/d-1)

при «внешней» обкатке

N=n/(D/d-1)

Глубинные вибраторы с гибким валом комплектуются сменными вибронаконечниками диаметром 28—75 мм и длиной 360-440 мм, развивающими возмущающую силу 80-400 кгс (0,8-4 кН) при частоте колебаний 10000-20000 в минуту.

Промышленностью выпускаются различные виды поверхностных и глубинных электрических вибраторов и подвесных виброустано­вок, состоящих из нескольких вибраторов (вибропакетов). Из глу­бинных, часто применяемых в строительстве, следует упомянуть руч­ные фрикционно-планетарнЫе с гибким валом И Б-113, И В-112, ИС-47Б, ИВ-108, навесной ИВ-114 и дебалансные ручные ИВ-102 и ИВ-103, навесные ИВ-95.

239

Рис. 6.30. Вибратор И В-102 (ИВ-103):

1 — вал; 2 —- подшипник; 3 — де-баланс; 4 — статор; 5 — ротор; б — корпус; 7 — щит, 8 — рези-нотканый рукав; 9 — выключа­тель; 10 — рукоятка

На рис. 6.30 показан вибратор ИВ-102 (ИВ-103). Эти вибраторы предназначены для уплотнения бетон­ных смесей с осадкой конуса 1—5 см при укладке в малоармированные конструкции. Они состоят из вибро­наконечника и рукоятки с выключа­телем, соединенных резинотканый рукавом (ИВ-102) или металличес­кой штангой (ИВ-103). При работе конус вибратора следует полностью погружать в бетонную смесь. Набота вибратора вне уплотняемой смеси приводит к быстрому разрушению изоляции обмоток, так как электро­двигатель рассчитан на интенсивное его охлаждение бетонной смесью.

Подвесные виброустановки (вибро­пакеты) (рис. 6.31) применяются при крановом механизированном способе вибрирования бетонной смеси. Для вибропакетов применяются верти­кальные вибраторы с цилиндрической рабочей частью. На рис. 6.31 представ­лено несколько конструктивных схем вибропакетов.

Вибраторы В1-612 и В1-631 в ос­новном применяются в гидротехни­ческом строительстве. Применение кранового способа механизированно­го уплотнения бетона позволяет ре­шать такие вопросы, как регулировка и контроль качества уплотнения бе­тонной смеси с помощью датчиков плотности бетонной смеси, тепловой защиты вибраторов от перегрузки. Эти приборы могут быть установлены на вибропакете.

В промышленном и гражданском строительстве могут найти также при­менение пакеты-гребешки, где вибра-

240

Рис. 6.31. Конструктивные схемы вибропакетов:

а — пакет из 4 вибраторов ИВ-34; б — пакет из 3 вибраторов ИВ-60; в — пакет из 4 вибраторов ИВ-60; 1 — рама пакетов; 2 — вибратор; 3 —- крепление вибра­тора к раме; 4 —- кронштейн для подвески пакета к крану

торы устанавливаются в один ряд. Исследования, проведенные рядом научных и проектных организаций, показали, что при работе вибра­торов в пакете происходит сложение их колебаний. При необходимо­сти уплотнения больших и сосредоточенных объемов бетона приме­няют плоскостные виброуплотнители. Рабочей частью его служит вертикально расположенная жесткая плита, к которой крепятся два центробежных возбудителя, вращающихся в противоположные сто­роны. Дальность действия плоскостного виброуплотнителя в бетон­ной смеси с осадкой конуса 3-5 см достигает 1,5—2,5 м.

241