СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ 8 страница
= 30 м/с, 
= 0,55, 
= 0,055, 
= 0,008, 
= 0,07×10–3 м.
Общие теоретические сведения
Плоскостные глубинные вибромашины широко применяются для уплотнения бетонных смесей при сооружении монолитных железобетонных конструкций, а также при изготовлении крупногабаритных изделий сборного железобетона. Независимо от типа привода глубинные вибровозбудители делятся на дебалансные и планетарные, генерирующие круговую вынуждающую силу. Двигатель может быть встроенным или вынесенным. В зависимости от вида привода глубинные вибровозбудители бывают электрические с приводом от трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором и пневматические.
По использованию глубинные вибровозбудители можно разделить на ручные и подвесные. Ручные вибровозбудители применяются для уплотнения бетонной смеси в стесненных условиях,
а также в насыщенных арматурой и тонкостенных конструкциях. Однако ручные вибровозбудители не всегда могут обеспечить необходимые темпы и объемы бетонирования, а также качество уплотнения бетонной смеси. Кроме того, работа с ручным вибровозбудителем требует значительных затрат физического труда. Поэтому при возведении гидротехнических и других крупных сооружений применяются мощные вибровозбудители, подвешенные
на самоходные краны или тракторы в виде вибропакетов. Крановый способ уплотнения бетонной смеси широко применяют в промышленном и гражданском строительстве, так как он позволяет вести укладку бетонной смеси толщиной 1…1,5 м и повышает производительность труда более чем в три раза.
Ручные электрические глубинные вибровозбудители по расположению двигателя делят на три вида:
1) с внешним вынесенным двигателем, передающим вращение через гибкий вал;
2) с двигателем, пристроенным в верхней части корпуса вибровозбудителя;
3) со встроенным в корпус двигателем.
Подвесные вибровозбудители выполняются с выносным электродвигателем, соединенным с рабочим вибронаконечником жестким валом. Вибровозбудители с вынесенным двигателем и гибким валом применяют для уплотнения бетона в небольших массивах монолитных густоармированных конструкций. Вибровозбуди-
тели чаще всего выполняются фрикционно-планетарного типа
(рис. 12.1, а). Вибровозбудители 1 имеют гибкий вал 3 и электродвигатель 2. Работают они при напряжении 36 В. Мощность привода 1…1,5 кВт и частота колебаний 166…332 Гц. К недостаткам относятся ограниченная длина гибкого вала (не более 5 м), что не позволяет использовать их в конструкциях большой высоты.
Ручные вибровозбудители со встроенным двигателем (рис. 12.1, б) представляют собой закрытый цилиндрический корпус 1, внутрь которого встроены электродвигатель 4 и дебалансный вибровозбудитель 2. Колебания создаются в результате быстрого вращения неуравновешенного элемента (дебаланса), укрепленного на дебалансном валу 5 между подшипниками качения 3. Ротор электродвигателя находится на консольном продолжении дебалансного вала, вследствие чего вибраторы этого типа часто называют консольными. Статор электродвигателя 4 запрессован непосредственно в рабочую часть корпуса вибратора. К верхней части корпуса приварена штанга с рукояткой 6. Штанга состоит из двух частей, соединенных между собой резиновым амортизатором 7, благодаря которому осуществляется гашение колебаний в рукоятке.
Жидкое масло, заливаемое в вибратор, находится в нижней части корпуса вибратора. При вращении дебалансного вала масло засасывается через коническую насадку и подается вверх по центральному сверлению в дебалансном валу. Подающееся вверх
по каналу масло поступает в подшипники через радиальные отверстия в дебалансном валу. Смазывая и равномерно охлаждая подшипники, масло сливается в нижнюю часть корпуса. Применение жидкой циркуляционной смазки устраняет недостатки, создаваемые использованием консистентной смазки, и значительно увеличивает срок службы подшипников, обеспечивая надежную и долговечную работу вибратора.
Возбудители со встроенным электродвигателем отличаются высокой надежностью и вибробезопасностью. Они работают при напряжении 36 В, мощности привода 0,8…1,5 кВт. Для их комплектации необходимы преобразователи частоты тока, что ограничивает их применение. Такие вибровозбудители выпускаются обычно дебалансного типа, поэтому частота их колебаний ограничена пределами 95…183 Гц. Высокая частота колебаний и возможность ее регулирования достигаются в планетарных пневматических возбудителях, где колебания создаются тяжелым элементом – бегунком, планетарно обкатывающимся по беговой дорожке, закрепленной в корпусе вибратора. На рис. 12.1, в показана конструкция планетарного вибронаконечника с внешней обкаткой бегунка 1. На рис. 12.1, г представлена конструкция планетарного вибронаконечника 1 с внутренней обкаткой бегунка. В обеих конструкциях вибронаконечников крутящий момент от электродвигателя передается шпинделю 5 через гибкий вал 3 с помощью кулачковой муфты, допускающей только правое вращение, что предохраняет гибкий вал от раскручивания. Далее от шпинделя крутящий момент передается через резинометаллическую муфту 4 бегунку 2.
Разновидностью глубинных вибровозбудителей являются ротационные (рис. 12.1, д), приводимые в действие ротационным пневмодвигателем 5, составляющим одно целое с бегунком, которые перемещаются в цилиндрическом корпусе 1. По внутреннему шлангу 3 подводится сжатый воздух, а по наружному 2 отводится отработанный воздух. Сжатый воздух попадает в рабочую камеру 11 и выбрасывается через выхлопную камеру 10. Пуск и остановка машины осуществляются краном 4. Статор в виде полой оси 8
с одной лопаткой 9 стоит неподвижно, а ротор (бегунок) 7 планетарно обкатывается вокруг статора. С торцов пневмодвигатель закрыт крышками 6 с отверстиями для выпуска воздуха.
|
Рис. 12.1. Конструкции глубинных вибровозбудителей
В планетарных пневмовибраторах конструкция двигателя органично увязана с конструкцией вибровозбудителя. Они отличаются компактностью, малой массой, простой конструкцией обслуживания, высокой надежностью в работе, взрыво- и электробезопасностью.
Вибровозбудители работают под давлением сжатого воздуха 0,4…0,6 МПа, имеют двойную частоту: низкую 25…60 Гц и высокую 130…300 Гц. Планетарные вибровозбудители применяются для уплотнения бетонных смесей при укладке ее в монолитные железобетонные и бетонные конструкции с различной степенью армирования.
С целью исключения непосредственного контакта оператора
с вибратором применяются подвесные глубинные вибраторы.
На рис. 12.2, а приведена схема подвесного вибратора планетарного типа с внутренней обкаткой бегунка 3. Этот вибратор имеет вынесенный электродвигатель 1, прифланцованный к верхней части корпуса через эластичный амортизатор 2. Вибратор может шарнирно подвешиваться на специальные подвижные кран-балки или на траверсу самоходных электровиброукладочных машин.
Наибольший эффект в повышении производительности труда, осуществлении комплексной механизации процессов и улучшении качества работ при уплотнении бетона в крупногабаритных сооружениях дает пакетирование подвесных вибраторов (до 15 вибраторов в пакете). Конструктивные схемы подвесных вибраторов приведены на рис. 12.2, б (из четырех вибраторов) и на рис. 12.2, в (из трех вибраторов). Пакет вибраторов состоит из рамы, вибраторов 2 и кронштейна для подвески пакета 3. На раме пакета помещена распределительная коробка, к которой подключаются отдельные вибраторы и защитное устройство, предохраняющее оператора от поражения током.
Тип и размеры пакета зависят от габаритов бетонируемой конструкции и применяемого способа механизации. В промышленном и гражданском строительстве применяют пакеты-гребенки, в которых вибровозбудители устанавливаются в один ряд. При работе вибровозбудителей в пакете происходит сложение их колебаний с периодическим ростом и уменьшением слагаемых амплитуд колебаний, т. е. проявлением биения. Это обстоятельство позволяет увеличивать расстояние между вибровозбудителями в пакете или уменьшить время уплотнения бетонной смеси, что в обоих случаях повышает производительность процесса уплотнения.
|
|
|
Рис. 12.2.Схемы подвесных вибраторов
При строительстве объектов с большим объемом бетонных работ в труднодоступных местах применяются плоскостные виброуплотнители (рис. 12.3). Этот тип глубинного вибратора отличается большим радиусом действия. Рабочей частью плоскостного виброуплотнителя служит вертикально расположенная плита 1. На ней смонтировано два дебалансных вибровозбудителя 2, вращающиеся в противоположные стороны и генерирующие направленные к плите колебания, передаваемые от плиты в бетонную смесь. Интенсивность колебаний плоскостных вибраторов выше, чем у вибровозбудителей с цилиндрической рабочей частью, так как практически исключено обтекание рабочей части бетонной смесью, а ширина плиты больше длины упругой волны в бетонной смеси. Дальность действия плоскостного виброуплотнителя достигает 1,5…2,5 м для бетонной смеси с осадкой конуса 3…5 см.
Применение таких виброуплотнителей позволяет сократить трудоемкость и стоимость выполняемых работ.
Основными параметрами глубинных виброуплотнителей
являются их частота колебаний, амплитуда, мощность привода и производительность. Частота колебаний дебалансных вибровозбудителей равна частоте вращения дебалансного вала. Частота колебаний планетарных вибровозбудителей принимается в зависимости от диаметра корпуса вибровозбудителя.
Амплитуда колебаний корпуса вибровозбудителя в точке приложения вынуждающей силы принимается в зависимости от принятой частоты колебаний. Для ручных вибровозбудителей она
составляет не менее 0,0003…0,0005 м при частоте более 250 Гц
и не менее 0,0005…0,0007 м при частоте 200 Гц и ниже.
Рис. 12.3. Схема плоскостного виброуплотнителя
Во избежание расслоения бетонной смеси амплитуда
не должна превышать 0,0012…0,0013 м. Для подвесных виброуплотнителей амплитуда колебаний принимается 0,0007…0,0010 м при частоте 200…150 Гц и не менее 0,002…0,004 м при частоте ниже 150 Гц.
Мощность, расходуемая на поддержание колебаний вибровозбудителя в бетонной смеси, Вт, определяется по формуле
(12.1)
где 
– масса дебаланса, кг; r – эксцентриситет дебаланса, м; а – амплитуда колебаний корпуса в точке приложения вынуждающей силы, м; ω – угловая скорость обкатки бегунка, с–1; φ– угол сдвига фазы между вынуждающей силой и перемещением корпуса.
Максимальное значение мощности будет в случае, когда диссипативные сопротивления среды достигнут значения, при которых угол сдвига фаз 
. Следовательно, рассеиваемая вибровозбудителем мощность в бетонной смеси
. (12.2)
Необходимо иметь в виду, что с увеличением силы сопротивления амплитуда колебаний корпуса вибровозбудителя уменьшается в соответствии с зависимостью
, (12.3)
и при сдвиге фаз амплитуда колебаний корпуса
. (12.4)
Техническая производительность виброуплотнителей, м3/ч,
(12.5)
где K – коэффициент использования виброуплотнителя (K = 0,85); R – радиус действия виброуплотнителя, м (обычно R = (4…6)Dн, где Dн – наружный диаметр корпуса); Н – толщина вибрируемого слоя, м [H=L – (0,05…0,15), где L – длина рабочей части вибровозбудителя, м; (0,05…0,15) – глубина проникновения виброуплотнителя в предыдущий слой при проработке очередного слоя бетонной смеси]; 
– оптимальное время вибрирования бетонной смеси
в каждом месте погружения виброуплотнителя ( = 15…40 с); 
– время перемещения вибратора с одной позиции на другую ( = 5…15 с).
Плоскостные глубинные вибромашины (рис. 12.4) предназначены для уплотнения бетонных смесей на больших глубинах при проведении строительных работ (заливке больших количеств бетона, раствора). При погружении в бетонную смесь вынуждающие колебания машины разжижают бетон в трех направлениях (тем самым облегчают выход воздуха из раствора), интенсифицируют заполнение полостей опалубки (формы). Достоинства плоскостных глубинных вибромашин: простота конструкции, надежность в работе. Недостатки: большой вес, большое потребление электроэнергии, шумность в работе, необходимость в постоянном контроле рабочих параметров машины, сложность в извлечении устройства из раствора и его заглублении.
Рис. 12.4. Схема плоскостной глубинной вибромашины
Порядок выполнения расчета
Чтобы рассчитать основные параметры плоскостной глубинной вибромашины, необходимо определить:
– массу вибромашины, приведенную к плоскости действия вынуждающей силы, кг,
, (12.6)
где 
– масса вибромашины, кг.
– вынуждающую силу вибровозбудителя, Н,
(12.7)
где 
– амплитуда виброперемещений, м; w – угловая частота вибрирования, рад/с;
– амплитуду виброперемещений рабочего органа в бетонной смеси, м,
(12.8)
где h – высота рабочего органа, м; 
– плотность бетонной смеси, 
; 
– скорость упругих волн в бетонной смеси 
;
– мощность электродвигателя привода, кВт,
(12.9)
где 
– внутренний диаметр подшипника вибровозбудителя, м; – коэффициент трения в подшипнике; 
– коэффициент диссипативных потерь, м/с;
– дальность действия вибромашины, м,
. (12.10)
Контрольные вопросы для защиты лабораторной работы
1. Классификация плоскостных глубинных вибромашин.
2. Принцип работы плоскостных глубинных вибромашин.
3. Схемы плоскостных глубинных вибромашин.
Лабораторная работа № 13. Роликовые центрифуги
Цель работы. Определение: 1) инерционных характеристик роликовых центрифуг: m – масса формы с изделием, кг; 2) рациональных режимов работы: 
– угловая скорость при распределении бетонной смеси, рад/с; 
– угловая скорость при уплотнении бетонной смеси, рад/с; 3) усилий, действующих в конструкции: F – усилие, действующее на опорные ролики, Н; М – момент сопротивления вращательному движению формы, Н×м; 4) мощности привода: P – мощность электродвигателя, кВт.
Исходные данные для лабораторной работы № 13
| Последняя цифра шифра зачетной книжки | r, м | R, м | l, м | Dр, м | dц, м | Rб, м | S, м | 
|
| 0,20 | 0,24 | 0,20 | 0,03 | 0,35 | 2,5 | |||
| 0,23 | 0,27 | 0,22 | 0,04 | 0,37 | 3,0 | |||
| 0,25 | 0,30 | 0,25 | 0,05 | 0,40 | 3,5 | |||
| 0,30 | 0,36 | 0,30 | 0,06 | 0,45 | 4,0 | |||
| 0,36 | 0,43 | 0,35 | 0,07 | 0,50 | 4,5 | |||
| 0,38 | 0,45 | 0,40 | 0,08 | 0,55 | 5,0 | |||
| 0,40 | 0,48 | 0,45 | 0,09 | 0,60 | 5,5 | |||
| 0.42 | 0,50 | 0,50 | 0,10 | 0,65 | 6,0 | |||
| 0,44 | 0,52 | 0,60 | 0,12 | 0,75 | 6,5 | |||
| 0,45 | 0,54 | 0,65 | 0,13 | 0,80 | 7,0 |
Общие теоретические сведения
Роликовые центрифуги предназначены для уплотнения бетонной смеси в форме. Преимущества: простота конструкции, простота управления процессом, высокое качество готовой продукции. Недостатки: сложность извлечения формы с изделием из центрифуги, цикличность работы, большая металлоемкость, габариты.
Центрифугирование является одним из способов безвибрационного уплотнения бетонных смесей. Оно применяется при изготовлении труб, стоек опор ЛЭП, несущих колонн и других изделий цилиндрической формы длиной 15 м и более и диаметром до 2,5 м. Суть этого способа заключается в том, что не полностью загруженная смесью форма с большой скоростью вращается вокруг своей продольной оси. При вращении на смесь воздействуют центробежные силы, в результате она равномерно распределяется по стенкам формы и уплотняется, а внутри остается пустота в виде цилиндра. Наружная конфигурация поперечного сечения формуемого изделия может быть круглой, квадратной, многоугольной и др. Центробежные силы, действующие на частицы твердой фазы и воду затворения, пропорциональны их массе, квадрату угловой скорости и расстоянию центра массы от оси вращения. Более тяжелые зерна заполнителя и цемента при вращении с большей силой прижимаются к стенкам формы, вытесняя подвижный и более легкий компонент – воду затворения. Количество воды в смеси уменьшается, и она приобретает высокую степень плотности.
Процесс формования способом центрифугирования протекает в два этапа: на первом этапе происходит равномерное распределение смеси по внутреннему периметру формы и образование цилиндрической полости, на втором – интенсивное прессование смеси под действием центробежных сил и «скрытой вибрации», вызываемой сотрясением формы при вращении. Следует учитывать, что при вращении формы на смесь помимо центробежных сил, направленных от оси вращения к стенкам формы, действуют гравитационные силы (земного тяготения), направленные вниз, равные произведению массы на ускорение свободного падения. Для распределения смеси необходимо создать такие условия, при которых частицы смеси, поднимаясь при вращении формы вверх, удерживались бы на стенках центробежными силами и не отрывались от них под действием сил тяжести. На данном этапе центробежные силы должны быть равны или несколько превышать гравитационные силы, т. е.
(13.1)
где m – масса частицы, г; w – угловая скорость, рад/с; r – радиус окружности движения частицы, м-2; g – ускорение свободного падения, м/с2.
Из выражения видно, что частицы могут удерживаться в верхнем положении только при определенной скорости вращения формы 
. Выражая угловую скорость вращения формы через 
, найдем, что минимальная теоретическая скорость вращения, обеспечивающая распределение, равна, мин–1,
(13.2)
где r – внутренний радиус формы, м. На практике полученную скорость увеличивают в 1,5…2 раза с учетом возможных динамических воздействий (ударов, толчков), приводящих к отрыву массы от стенки формы. Для средних диаметров труб распределительная скорость вращения составляет 60…150 мин–1.
Для уплотнения смеси на втором этапе необходимо, чтобы центробежные силы оказывали на бетон прессующее давление 0,07…0,15 МПа. Исходя из необходимого прессующего давления, скорость вращения формы, мин–1, можно определить по формуле
(13.3)
где р – центробежное давление, МПа; А – коэффициент, равный 235 
R и r – наружный и внутренний радиусы формуемого трубчатого изделия, м.
Для создания прессующего давления в вышеуказанных пределах необходимо значительное увеличение скорости вращения центрифуги (400…900 мин–1). При этом, чем меньше диаметр формуемого изделия, тем больше должна быть скорость вращения для создания одинакового прессующего усилия. Общий цикл формования трубы длится 25…50 мин. Для получения центрифугированных изделий высокого качества необходимо строго соблюдать оптимальный режим формования, который должен контролироваться автоматически.
С целью ускорения формования увеличивают частоту вращения центрифуг, применяют одновременное воздействие вибрации и укатку свежеуложенного бетона. Установка предусматривает
уплотнение центрифугированием одновременно с вибрированием
и последующим прессованием внутренней поверхности трубы
(рис. 13.1). Железобетонная труба формуется на роликовой центрифуге с дополнительной вибрацией, создаваемой вибробалкой, расположенной внизу по длине формы и соприкасающейся с формой через ролики. Затем при медленном вращении формы производится укатка бетона тяжелым катком. При таком уплотнении улучшается структура бетона и повышается водонепроницаемость.
Центробежное формование осуществляется на центрифугах.
В зависимости от конструктивных особенностей различают четыре типа центрифуг (рис. 13.2).
Рис. 13.1. Схема установки для одновременного центрифугирования, вибрирования и прессования труб:
1 – привод ведущих роликов; 2 – пневматические опорные ролики; 3 – прессующий каток; 4 – форма; 5 – прижимные ролики; 6 – ролик вибробалки; 7 – вибробалка
|
|
|
Рис. 13.2. Схемацентрифуг:
а – роликовая; б – барабанная; в – гидроскопическая; г – осевая; 1 – форма; 2 – приводной ролик; 3 – опорный ролик; 4 – привод; 5 – барабан; 6 – план-шайба;
7 – опорный подшипник
В роликовой центрифуге форма с бандажами устанавливается на ролики (могут быть сразу две формы на три ряда роликов). Один ряд роликов, соединенных единым валом, – приводной. Форма вращается за счет фрикционных сил сцепления бандажей с роликами. Форму загружают смесью на станке со стороны открытых торцов формы с помощью лотковых или консольных бетоноукладчиков.
В осевой центрифуге заранее загруженная смесью форма устанавливается на станке между двумя планшайбами и вращается вместе с ними. Осевые центрифуги позволяют развивать большую скорость вращения, чем роликовые, работают менее шумно, но усложнен процесс загрузки форм смесью.
Гидроскопическая центрифуга состоит из четырех валов со шкивами, соединенными двадцатью–тридцатью текстропными ремнями, охватывающими по три шкива. Один вал со шкивами – приводной. Форма опускается сверху на текстропные ремни. Загрузка формы бетонной смесью производится так же, как на роликовой центрифуге, со стороны открытых торцов формы. Гидроскопические станки работают бесшумно и способны развивать большие скорости вращения. Их недостаток – необходимо относительно часто заменять износившиеся ремни.
В барабанной центрифуге форма устанавливается и закрепляется внутри стационарных барабанов – шкивов, приводимых
в движение ременной передачей. Эти центрифуги используют для изготовления длинноразмерных железобетонных изделий, таких как конических опор, цилиндрических свай и т.п. Благодаря повышенной жесткости барабана формы делают облегченными.
Центрифуга СМЖ-169Б (рис. 13.3) предназначена для формования стоек опор освещения и контактных сетей длиной до 15,5 м. Она состоит из опорной рамы 5, приводных роликов 1, поддерживающих роликов 4, электропривода 3 и ограждения 6.
Опорная рама служит для установки роликов. Ролики с осями вращаются на подшипниках, установленных в разъемных корпусах, что позволяет проводить их ремонт без нарушения регулирования роликоопор. База поддерживающих роликов может изменяться, что позволяет работать с формами, имеющими диаметр бандажей 490…800 мм. Приводные ролики всех опор связаны между собой зубчатыми муфтами и валами. Конструкция зубчатых муфт допускает несоосность валов, которая должна быть минимальной из условия сохранения форм, уменьшения шума и обеспечения нормальной работы зубчатого зацепления.
Для обеспечения безопасности работы центрифуги и предохранения раскачивания формы по вертикали все опоры снабжены предохранительными рычагами с роликами (рис. 13.4).