Введение.
Получение бетона и раствора, заданных марок и свойств, отве­чающих соответствующим требованиям, обеспечивается совокуп­ностью многих факторов, из которых первостепенное значение имеют качество исходных компонентов и эффективность работы смесительного оборудования. Для приготовления бетонов и рас­творов применяются смесители различной конструкции.

Смесители классифицируются по следующим признакам:

1) по технологическому назначению — для приготовления бетонов раз­ных видов (тяжелого, ячеистого, силикатного, керамзитобетона, полимербетона и т. п.), для приготовления строительных раство­ров;

2) по характеру работы — цикличные и непрерывного действия;

3)по способу смешения — гравитационные (барабанные) и прину­дительного действия (лопастные);

4) по конструкции рабочих орга­нов—   с цилиндрическим и грушевидным барабаном, с двухконусным барабаном, с вертикально расположенными смесительными валами (тарельчатого типа) и с горизонтально расположенными смесительными валами (лоткового типа);

5)по способу перебазиро­вания— передвижные и стационарные.
В смесителях цикличного действия исходные материалы сме­шиваются отдельными порциями. Такой способ приготовления по­зволяет регулировать продолжительность смешения в зависимо­сти от состава смеси и вместимости смесителя, т. е. приготовлять смеси различных марок.

В смесителях непрерывного действия исходные компоненты за­гружаются, смешиваются и разгружаются непрерывно. Их используют при массовом производстве одномарочных смесей, как правило, в установках или линиях непрерывного действия.
Наибольшее распространение получили цикличные смесители гравитационные с грушевидным барабаном, принудительного дей­ствия с вертикально расположенными смесительными валами (ро­торные и турбулентные) и других конструкций. Основными пара­метрами цикличных смесителей являются объем готового замеса и вместимость смесителя по загрузке. Смесители непрерывного действия характеризуются произво­дительностью, зависящей от конструкции и режима работы сме­сителя и характеристик составляющих компонентов смеси.

Гравитационные бетоносмесители.
В гравитационных смесителях исходные компоненты смеси под­нимаются во вращающемся барабане, на внутренней поверхности которого жестко закреплены лопасти, и затем под действием силы тяжести падают вниз. Процесс повторяется несколько раз, бла­годаря чему получается смесь, однородная по составу. Загрузка исходных компонентов смеси производится через загрузочное от­верстие в барабане, а разгрузка или через разгрузочное отвер­стие, или путем опрокидывания барабана.

К преимуществам гравитационных смесителей относятся про­стота конструкции и кинематической схемы, возможность работы на смесях с наибольшей крупностью заполнителей (до 120 ... 150 мм), незначительное изнашивание рабочих органов, ма­лая энергоемкость, простота в обслуживании и эксплуатации и низкая себестоимость приготовления смеси. Оптимальное время смешения в таких смесителях составляет 60 ... 90 с, а полный цикл, включая загрузку, смешение, выгрузку и возврат барабана в исходное положение, — 90 … 150 с.

Бетоносмеситель СБ-103 входит в комплект оборудования бе­тонных заводов и установок и бетоносмесительных цехов заводов железобетонных изделий. Бетоносмеситель состоит из рамы, опорных стоек, смесительного барабана, траверсы, приво­да вращения

3

барабана и пневмоцилиндра для опрокидывания ба­рабана.

Смесительный барабан  представляет собой метал­лическую емкость в виде двух конусов; соединенных цилиндри­ческой обечайкой, внутренняя поверхность которой снабжена фу­теровкой из сменных листов из износостойкой стали. В барабане на кронштейнах закреплены три передние и три задние лопасти. К цилиндрической обечайке барабана с внешней стороны на про­кладках приварен зубчатый венец и к торцу переднего конуса — фланец.

Траверса представляет собой сварную конструкцию коробчатого сечения, выполненную в виде полукольца с цапфами на концах. Цапфы с подшипниками закреплены на стойках и служат для поворота смесительного барабана. На траверсе смонтирова­ны опорные и поддерживающие ролики, обеспечивающие враще­ние и удержание барабана при разгрузке. На наружной стен­ке левой стойки   установлен пневмопривод. На правой стойке находится    выводная коробка  и два конечных вы­ключателя крайних положений барабана. Опорный    ролик, вращающийся в подшипниках, установлен на эксцентриковой оси, позволяющей   регулиро­вать положение роликов для нормального зацепления шес­терни и зубчатого венца при монтаже и   изнашивании ро­ликов.   Оси   установлены на двух опорах и крепятся к стой­ке траверсы болтами. Поддерживающие ролики также смонтированы в подшипниках на эксцентриковых осях, по­зволяющих регулировать зазор между коническими по­верхностями зубчатого вен­ца и ролика. Для смещения ролика в осевом направле­нии предусмотрены регули­ровочные шайбы.

Двухступенчатый ре­дуктор закреплен на верти­кальной стенке траверсы. Движение от электродвига­теля через муфту и редуктор передается шестерне и зуб­чатому венцу барабана. Пневмопривод служит для опрокидывания барабана при разгрузке готовой сме­си, возврата и фиксации его в рабочем положении и заключает в себя пневмоцилиндр, воздухораспредели­тель, масло распределитель, запорный вентиль, резино­тканевые рукава и трубы. Пневмоцилиндр выполнен с тормозным устройством, по­зволяющим изменять ско­рость движения поршня в конце опрокидывания и подъема барабана.
Техническая характеристика проектируемого бетоносмесителя:

обьём готового замеса
V
_г = 0,2 м³;

число замесов в час
z
_с = 30 ч^-1;

вместимость смесителя по нагрузке V
_з = 0,3 м³;

производительность смесителя П =4,2 м³/ч
4

Номер варианта – 0

Номер задания – 2

Исходные данные для проектирования:

обьём готового замеса
V
_г = 0,2 м³;

плотность бетонной смеси
ρ = 2000 кг/м³;

число замесов в час
z
_с = 30 ч^-1;

коэффициент использования рабочего времени k
_н = 0,7
Расчет.

1. Вместимость смесителя по нагрузке:

м³,

здесь k
_в – коэффициент выхода смеси, для бетона k
_в = 0,65 ÷ 0,7. Для нашего случая принимаем  k
_в = 0,67.

2. Внутренний диаметр цилиндрической части барабана:
D = (1,65 ÷ 1,75) м.
3. Оптимальная частота вращения барабана:
 об/с ≈ 20,2 об/мин.

где:

R – радиус внутренней части барабана,  м.

Угловая скорость барабана:

ω
_б = 2π ·
n
_б = 2 · 3,14 · 0,336 = 2,11 .

4. Сила тяжести бетонной смеси:
G
_см =
V
_г
· ρ ·
g
= 0,2 · 2000 · 9,81 = 3924 Н;

где:

ρ = 2000 кг/м³ - плотность бетонной смеси;

g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения.
5. Мощность двигателя привода смесителя.

    а) мощность на перемешивание бетонной смеси:
 кВт.
   б) мощность на перекатывание барабана по роликам:
;

где:

G
_б – приблизительный вес барабана, G
_б = (15 ÷ 16) · V
_з = 15,5 · 0,298 = 4,62 кН;

β – угол установки опорных роликов, β = 30°;

k – коэффициент трения-качения бандажа барабана (0,0008 ÷ 0,001), принимаем k = 0,0009;

5

f – коэффициент трения в опоре ролика (0,01 ÷ 0,015), принимаем f  = 0,012;

R
_б – радиус бандажа барабана, R
_б = (1,05 ÷ 1,1) ·
R = 1,07 · 0,57 = 0,61;

D
_р – диаметр опорного ролика, D
_р = (0,15 ÷ 0,20) · D
_б = 0,17 · 2 · R
_б = 0,17 · 2 · 0,61 = 0,21 м;

d
_ц – диаметр цапфы ролика, м;

ω
_б – угловая скорость барабана.
 кВт.

  

   в) расчетная мощность электродвигателя:
;

где:

η – КПД привода смесительного барабана. Найдем как произведение КПД всех ступеней передачи:

;

здесь:

η
_м – КПД муфты, η
_м = 0,98;

η
_п – КПД пары подшипников качения, η
_п = 0,99;

η
_зз – КПД пары зубчатых колес закрытой передачи (0,96 ÷ 0,98), η
_зз = 0,97;

η
_г – КПД гидравлических потерь на смазку одной пары зубчатых колес, η
_г = 0,99;

η
_зо – КПД открытой зубчатой пары (0,93 ÷ 0,95), η
_п = 0,94.
 кВт;
  г) Также вычислим КПД для всех зубчатых колес передачи, начиная с первого и заканчивая пятым (КПД для шес­того колеса равен КПД всего приво­да). Вычисления нужны для подсчета мощностей и крутящих мо­ментов на всех колесах зубчатой передачи. Заметим, что две пары колес (2-е и 3-е, а также 4-е и 5-е) попарно сидят на одних валах, поэтому можно при­нять, что КПД, мощности, а также скорости вращения для каждой пары этих колес одинаковы.
Таблица 1.

КПД колес привода.

Номер зубчатого колеса	КПД
1
2
3
4
5
6

6

6. Подбор электродвигателя.

Электродвигатель подбирают по расчетной мощности N
_Д и частоте вращения n с до­пускаемой перегрузкой по мощности не более 5 %. Для машин, работающих при незначи­тельно меняющейся нагрузке (отношение максимальной нагрузки к средней 1,1 - 1,3), с числом включений 20 ÷ 30 в час рекомендуются трехфазные асинхронные короткозамкнутые двигатели переменного тока единой серии 4А общего назначения закрытые обдувае­мые. К таким машинам относится гравитационный бетоносмеситель.

Для других машин, работающих в специфических условиях, могут быть подобраны двигатели иных типов. Например, для кранов, где при подъеме грузов необходим высокий пусковой момент и число включений более 100 в час, или для дробилок, у которых более высокое отношение максимальной нагрузки к средней. Частота вращения двигателя для каждого вида машин оговаривается специально.
Выбираем асинхронный трехфазный электродвигатель переменного тока типа 4А100L6УЗ мощностью 2,2 кВт с синхронной частотой вращения n
_c = 1000 об/c и относительным скольжением  при номинальной нагрузке S = 5,1 %. Отношение пускового момента к номинальному .
   Определяем фактическую частоту вращения двигателя:
об/мин.
7. Предварительные передаточные числа привода.
   Определяем общее передаточное число привода:
;
здесь n_Д – фактическая частота вращения вала двигателя;

n_б  - оптимальная частота вращения барабана.
  Примем передаточное число открытой передачи (зубчатое колесо z₅ и венец z₆) u
_оп = 9.

Тогда передаточное число закрытого двухступенчатого редуктора определится из выражения:

,
передаточное число тихоходной ступени редуктора

передаточное число быстроходной передачи редуктора

7

8. Кинематика привода.
  Вычисляем мощности, числа оборотов, угловые скорости, крутящие моменты на всех зубчатых колесах привода. Для этого воспользуемся следующими формулами:
для расчета мощности - ;

для подсчета числа оборотов -

для определения угловой скорости -

для определения крутящего момента -

здесь: N
_i;  
η
_i; 
n
_i;
u
_i;
ω
_i;
M
_i;  - соответственно мощность, КПД, передаточное число, угловая скорость и крутящий момент соответствующего звена привода.
а) быстроходный вал редуктора:
 кВт;
n₁ =
n_Д =949  об/мин;
 с^-1;
 кНм.
б) промежуточный вал закрытого редуктора (второе зубчатое колесо):
 кВт;
об/мин;
 с^-1;
 кНм.
Так как второе и третье зубчатые колеса посажены на один вал, то рассчитываемые параметры для них будут одинаковы N₂ =
N₃ = 2,046 кВт;  n₂ =
n₃= 363,6 об/мин;

ω₂ = ω₃ = 38,05 с^-1; М₂ = М₃ = 0,0537 кНм.
в) тихоходный вал редуктора:
 кВт;

8

об/мин;
 с^-1;
 кНм.
Так как четвертое и пятое зубчатые колеса посажены на один вал, то рассчитываемые параметры для них будут одинаковы N₄ =
N₅ = 1,945 кВт;  n₄ =
n₅= 181,8 об/мин;

ω₄ = ω₅ = 19,03 с^-1; М₄ = М₅ = 0,102 кНм.
г) открытая передача (параметры всего механизма)
 кВт;
об/мин;
 с^-1;
 кНм.
Таблица 2.
Предварительные силовые параметры привода.

i	N i , кВт	n i , об/мин	ω i , с-1	M i , кНм
1	2,134	949	99,33	0,022
2	2,046	363,6	38,05	0,0537
3	2,046	363,6	38,05	0,0537
4	1,945	181,8	19,03	0,102
5	1,945	181,8	19,03	0,102
6	1,813	20,2	2,12	0,855

9. Материалы и допускаемые напряжения зубчатых колес.
Решающее влияние на работоспособность зуба оказы­вают два напряжения, возникающие под действием двух сил: окружной Р и радиальной Я, контактное (G
_н) и напряже­ние изгиба (G
_f), которые изменяются во времени по прерывистому (пульсирующему) цик­лу и являются причиной усталостного разрушения зубьев. Напряжение G
_н приводит к кон­тактному выкашиванию поверхности зубьев, а