РУЧНЫЕ ГЛУБИННЫЕ ВИБРАТОРЫ С ГИБКИМ ВАЛОМ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА С УСТАНОВЛЕННЫМ НА НЁМ ВИБРАТОРОМ

Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе

ЯГТУ 190205.65 КР

Работу выполнил:

студент гр. АСДМ-47

_________ А.В.Зимин

Содержание

Введение_______________________________________________________3

1.Обзор существующих конструкций_______________________________4

1.1 Классификация и принципы устройства глубинных вибраторов______4

1.2. Расчёт глубинных вибраторов__________________________________33

2. Патентный обзор______________________________________________40

2.1. Патентный обзор глубинных вибраторов________________________40

3. Расчет основных элементов стенда_______________________________42

3.1. Выбор каната____________________________________________ 42

3.2. Подбор двигателя_________________________________________45

4.Заключение___________________________________________________46

5.Список использованной литературы_____________________________________________________47

Введение

Глубинные вибраторы предназначены для уплотнения бетонных смесей при укладке их в монолитные конструкции. Также используются при изготовлении бетонных и железобетонных изделий для сборного строительства.

Основным преимуществом глубинного вибрирования является возможность уплотнять бетонную смесь с меньшим содержанием воды, что увеличивает прочность бетона, повышает его водонепроницаемость, морозостойкость, износостойкость и снижает время затвердевания. Такое вибрирование улучшает сцепление бетона со стальной арматурой и в швах между свежими и затвердевшими слоями бетона.

Данная работа предназначена для получения теоретических знаний и практических навыков по исследованию стенда глубинных вибраторов и разработки его наилучшей конструкции.

1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

1.1 КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИНЦИПЫ УСТРОЙСТВА ГЛУБИННЫХ ВИБРАТОРОВ

На рис.1 приведена классификация существующих глубин­ных вибраторов для уплотнения бетона.

По характеру выполняемой работы глубинные вибраторы могут быть подразделены на ручные и подвесные.

В массовом масштабе выпускаются ручные вибраторы, рассчи­танные по весу на обслуживание одним и гораздо реже двумя бе­тонщиками.

Подвесные вибраторы применяются в одиночном исполнении или в виде пакетов от 3—4 до 15 шт. в каждом.

Подвесные вибраторы выпускаются исключительно с приводом от электродвигателя, который либо выносится в верхнюю часть вибратора, либо встраивается непосредственно в его корпус.

В зависимости от вида привода ручные глубинные вибраторы можно подразделить на электромеханические с приводом от электродвигателя (в большинстве случаев трехфазного асинхронного короткозамкнутым ротором), пневматические, с приводом от двигателя внутреннего сгорания и гидравлические.

Электромеханические ручные вибраторы в зависимости от расположения электродвигателя изготовляются с выне­сенным электродвигателем и гибким валом, соединяющим дви­гатель с рабочим вибронаконечником, или с электродвигателем, встроенным непосредственно в рабочую часть корпуса вибра­тора.

Самым распространенным типом глубинных вибраторов ос­таются вибраторы с гибким валом. Их важными преимуществами являются:

а) облегчение работы благодаря тому, что при­ходится удерживать на весу не весь вибратор, а только виброна­конечник небольшого веса;

Рисунок 1. Классификация глубинных вибраторов

б) высокая маневренность;

в) возможность использования планетарных вибровозбуди­телей, позволяющих получать сложные колебания высокой ча­стоты без использования дорогих и сложных по конструкции преоб­разователей частоты или мультипликаторов.

Вибраторы с гибким валом выпускаются, как правило, диа­метром не более 75—80 мм, ибо при дальнейшем увеличении диа­метра и мощности вибронаконечника гибкий вал становится столь громоздким и тяжелым, что работать вибратором оказывается затруднительно.

Значительная часть ручных глубинных вибраторов изготавли­вается со встроенным в корпус вибратора высокочастотным элек­тродвигателем. У этих вибраторов отсутствует гибкий вал, яв­ляющийся одним из наиболее уязвимых узлов существующих глубинных вибраторов. Работая таким вибра­тором, рабочий удерживает его за гасящий вибрацию наружный резиновый шланг, внутри которого проходит питающий электро­двигатель кабель, или за амортизированную рукоятку, благодаря чему на руки рабочего передается значительно меньшая вибра­ция, чем при работе вибратором с гибким валом. Вибраторы со встроенным электродвигателем компактны, в них отсутствуют ка­кие-либо механические передачи между электродвигателем и воз­будителем колебаний, что значительно снижает внутренние вред­ные потери энергии.

Основным недостатком вибраторов со встроенным высокочас­тотным электродвигателем является необходимость их комплек­тации специальным преобразователем частоты на 200 или 150 гц, по весу и стоимости в несколько раз превосходящим сами вибро­механизмы.

Преимуществом вибраторов с двигателем внутреннего сгора­ния (бензиновым или дизельным) является автономность питания. Они применяются на объектах, где нет электроэнергии. В России вибраторы с приводом от двигателя внутреннего сгорания не по­лучили применения, но за рубежом этот тип вибратора распро­странен довольно широко.

В последнее время все шире применяют пневматические пла­нетарные вибраторы, отличающиеся компактностью, малым весом, простотой конструкции и обслуживания, высокой маневрен­ностью, большой надежностью и долговечностью работы, возмож­ностью получения высокой частоты колебаний и ее регулирования, взрыво- и электробезопасностью. Пневматические вибраторы не­заменимы в шахтах, рудниках, метро, химическом производстве и тому подобных условиях, в которых возможны взрывы и велика опасность поражения обслуживающего персонала электрическим током.

Недостатками этих вибраторов являются высокая энергоем­кость, необходимость иметь для питания сеть сжатого воздуха или передвижные компрессорные установки, неустойчивость работы при отрицательных температурах и повышенный шум.

Перспективным оборудованием являются гидравлические вибраторы. Обладая всеми преимуществами пневматических ин­струментов, они гораздо менее энергоемки, так как к. п. д. у них значительно выше. В связи с общим быстрым развитием гидропри­вода сейчас создаются возможности для использования его и в глу­бинных вибраторах.

По принципу действия все глубинные вибраторы, независимо от привода, делятся на дебалансные с вибровозбудителем в виде дебаланса, вращающегося в подшипниках качения, и планетар­ные, в которых колебания создаются тяжелым элементом — бе­гунком, планетарно обкатывающимся по беговой дорожке, за­крепленной в корпусе вибратора.

К достоинствам дебалансных вибраторов относятся простота изготовления и эксплуатации, удобство обслуживания и ремонта. Однако с ростом частоты колебаний для получения требуемых па­раметров в высокочастотных вибраторах пришлось применять зуб­чатые мультипликаторы или же электродвигатели повышенной частоты, питаемые от специальных преобразователей, что обус­ловило удорожание вибратора и усложнило его эксплуатацию.

Главная же проблема заключалась в том, что с увеличением частоты колебаний и скоростей вращения резко снизилась долго­вечность подшипников. В этих условиях подшипники качения обычного исполнения, смазываемые обычной консистентной смаз­кой, оказались недостаточно работоспособными, причем в первую очередь под воздействием больших инерционных нагрузок выхо­дили из строя сепараторы подшипников.

Для решения данной проблемы могут быть использованы раз­личные пути. Самым простым из них является спаривание подшип­ников на каждом конце дебалансного вала. Однако при этом оба подшипника никогда не работают в одинаковых условиях. Основ­ную нагрузку воспринимает на себя один из подшипников пары, который быстрее изнашивается, после чего всю нагрузку воспри­нимает второй подшипник.

Другое решение заключается в том, что дебаланс делят на не­сколько элементов, каждый из которых опирается на свои под­шипники. Дебалансный вал выполняется разрезным с эластичными соединительными муфтами. Подшипники в этом случае оказы­ваются достаточно долговечными, но конструкция вибратора ус­ложняется, повышаются и требования к точности его изготовле­ния.

Применение специальных высокооборотных виброустойчивых подшипников с повышенным радиальным зазором и монолитным, сепаратором из цветного металла, смазываемых жидкой или содержащей антифрик­ционные добавки специаль­ной консистентной смазкой, обеспечивает достаточную долговечность подшипнико­вых узлов современных вибраторов при частоте до 9000—12000 кол/мин. Даль­нейшее повышение частоты колебаний на базе дебалансного вибровозбудителя ока­зывается нерациональным.

Другим недостатком дебалансных вибраторов является невозможность практически получать с их помощью слож­ные поличастотные колеба­ния.

В отличие от дебалансных систем, планетарные вибраторы поз­воляют исключительно просто получать сложные высокочастотные колебания.

1- бегунок; 2 — приводной вал; 3 — корпус вибратора;

4 — сердечник

На рис. 2 приведены принципиальные схемы планетарного-вибрационного механизма с наружной и внутренней обкаткой бегунка. В первом случае число колебаний в минуту определяется зависимостью

(1)

во втором

(2)

где n- число оборотов приводного вала в минуту;

d,D- диаметры поверхностей обкатки.

Из приведенных формул видно, что планетарные вибраторы позволяют получать высокие частоты колебаний без применения преобразователей частоты или мультипликаторов, причем полу­чаемая частота колебаний зависит от числа оборотов двигателя и соотношения диаметров бегунка и беговой дорожки.

Получение сложных двухчастотных колебаний в планетарных вибраторах достигается путем применения в их конструкции не­уравновешенных относительно своей геометрической оси (разбалансированных) бегунков. Высокая частота получается от плане­тарного обкатывания бегунка, вторая низкая частота возникает от вращения разбалансированной части бегунка вокруг его оси.

1 — бегунок; 2 — беговая дорожка (корпус вибратора);

3 — поводок (приводной вал)

Рисунок 3. Схема бегункового вибратора IRFЕМ 1у/42 поводкового типа (ФРГ, фирма «Вакер»).

Неуравновешенная масса легко может быть расположена так, что ее центр тяжести будет совпадать по высоте с точкой прило­жения равнодействующей центробежных сил бегунка, вследствие чего вибратор будет иметь нулевую точку, что позволяет обеспе­чить надлежащую виброизоляцию рукояток.

Планетарные системы дают возможность создавать виброудар­ный режим, в ряде случаев повышающий эффективность работы. Для получения частых ударных импульсов беговая дорожка или бегунок выполняются в виде многогранника, благодаря чему плавное движение бегунка перемежается с возникающими уда­рами. Вибраторы с многогранными беговой дорожкой или бегун­ком более трудоемки в изготовлении. Кроме того, такая планетар­ная пара менее долговечна. Виброударные планетарные системы пока не нашли промышленного применения.

В ФРГ фирмой Вакер разработана и практически осуществлена конструкция электромеханического глубинного вибратора с по­водковым бегунком (рис. 3). Преимущество такого вибратора заключается в том, что обкатка здесь совершается не по кониче­ским, а по цилиндрическим поверхностям. Это позволяет создать на базе механизма с поводковым бегунком вибратор со встроен­ным в его корпус высокочастотным электродвигателем. В существующих же конструкциях бегунковых вибраторов планетар­ного типа обкатка совершается по коническим поверхностям, что делает неизбежным наличие в них бегунковой штанги, препят­ствующей встраиванию электродвигателя в корпус вибратора.

В бегунковых вибраторах поводкового типа, как и в планетар­ных системах, отсутствуют высоконагруженные подшипники, а возникающая при обкатке вынуждающая сила воспринимается непосредственно поверхностями обкатки.

РУЧНЫЕ ГЛУБИННЫЕ ВИБРАТОРЫ С ГИБКИМ ВАЛОМ

Глубинные вибраторы с гибким валом (рис. 4) предназначены для уплотнения бетонных смесей при укладке их в небольшие массивы, монолитные конструкции с различной степенью армиро­вания, а также при изготовлении бетонных и железобетонных из­делий для сборного строительства.

Рисунок 4. Глубинный вибратор ИВ-47 (С-922) с гибким валом.

В России Ярославский завод «Красный Маяк» серийно выпускает планетарные вибраторы с гибким валом моделей ИВ-75, ИВ-113 , ИВ-117 и ИВ-116А комплектуемые вибронаконечниками диаметром соответ­ственно 28,36, 51 и 76 мм.

Вибраторы меньшего диаметра моделей ИВ-75 и ИВ-113 имеют бегунки с наружной обкаткой (рис. 5), а вибратор ИВ-117 — бе­гунок с внутренней обкаткой (рис. 6).

В вибраторе ИВ-117 обкатка бегунка начинается немедленно после запуска, а в вибраторах ИВ-75 и ИВ-113 — после одного-двух легких ударов нижней частью корпуса о землю или опалубку.

Вращение бегунку передается от приводного шпинделя с по­мощью упругой резино-металлической муфты. Последняя позво­ляет бегунку отклоняться на расчетный угол и совершать плане­тарное обкатывание по конусной поверхности втулки или цен­трального пальца. Резино-металлический шарнир конструкции завода «Красный маяк» устойчив в работе и надежно защищает планетарный механизм вибраторов от попадания в него смазки из шарнирного соединения. Попадание смазки на поверхности обкатки планетарного механизма недопустимо, так как при этом вибронаконечник перестает вибрировать.

Детали планетарной пары подвергаются при работе виброна­конечников воздействию больших знакопеременных нагрузок и контактных напряжений. Для обеспечения долговечной работы этих деталей они изготовляются из термически упрочненных спе­циальных легированных сталей .

Планетарные системы нашли широкое применение в вибрато­рах с гибким валом не только отечественного, но и зарубежного производства.

На рис. 7 представлена конструкция планетарного виброна­конечника вибратора с гибким валом модели 95ЖФ-ПЕ фирмы «ПТК» (Франция). Его основное конструктивное отличие заклю­чается в том, что шарнирное соединение приводного шпинделя с бегунком выполнено при помощи радиального сферического двух­рядного шарикоподшипника. В планетарных вибраторах с гибким валом производства ГДР (рис. 8) это соединение осуществляется шарнирной муфтой со стальной спиральной пружиной. Недо­статком обеих указанных конструкций является сложность защиты планетарного механизма вибратора от попадания в него смазки из шарнирного соединения. Этот недостаток устранен в планетар­ных вибраторах шведской фирмы «Тремикс» (рис. 9), в которых отклонение бегунка на расчетный угол обеспечивается за счет изгиба эластичной штанги.

Все зарубежные глубинные вибраторы планетарного типа вы­полнены с наружной обкаткой бегунка. Такой тип вибровозбуди­теля характеризуется большей технологической простотой и мень­шей трудоемкостью изготовления его деталей по сравнению с пла­нетарным вибромеханизмом, в котором бегунок обкатывается вок­руг центрального пальца. Однако вибровозбудители с наружной обкаткой имеют ряд недостатков:

а) для начала обкатки необходимо произвести удар нижней частью корпуса вибронаконечника о какой-либо твердый предмет;

1— конусная втулка; 2 — бегунок; 3 — корпус вибронаконечника; 4 — резино-металлическая муфта; 5 — шпиндель

	Рисунок 5. Планетарный вибронаконечник с наружной обкаткой бегунка (ИВ-113).

1— сердечник; 2 — бегунок; 3 — корпус вибронаконечника; 4 — резино-металлическая муфта; 5 — шпиндель

		Рисунок 6. Планетарный вибронаконечник свнутренней обкаткой бегунка (вибра­тор ИВ-117).

1— корпус; 2 — бегунок; 3 — маслозащитное уплотнение; 4 — радиальный сфе­рический двухрядный шарикоподшипник; 5 — крестовая муфта; 6 — шпиндель

1— конусная втулка; 2 — бегунок; 3 — корпус вибронаконечника; 4 — шар­нирное соединение со стальной спиральной пружиной; 5 — приводной шпиндель

Рисунок 8. Планетарный вибронаконечник глубинного вибратора IV А3000 с гибким валом (ГДР, народное предприятие «Рави» в Радеберге).

б) при наружной обкатке по коническим поверхностям могут
возникать значительные растягивающие осевые усилия, плохо
воспринимаемые некоторыми типами шарнирного соединения (на-
пример, резино-металлической шарнирной муфтой, муфтой со
стальной спиральной пружиной и т. п.), которые в этом случае
довольно быстро выходят из строя;

в) даже небольшое количество смазки, проникшей из шарнирного соединения или через уплотнение подшипников шпинделя
в корпус вибратора, сразу же попадает на поверхности обкатки,
и вибронаконечник перестает вибрировать.

Вибровозбудители с внутренней обкаткой бегунка не имеют указанных недостатков.

1— беговая дорожка; 2 — бегунок; 3 — эластичная штанга;4 — корпус вибронаконечннка

Рисунок 9. Планетарный вибронаконечник глубинного вибратора с гиб­ким валом фирмы «Тремикс» (Швеция).

В то же время при наружной обкатке возможна реализация большей вынуждающей силы и мощности, чем в вибраторах того же диаметра с внутренней обкаткой, что играет решающую роль в пла­нетарных вибронаконечниках малого диаметра. Чем больше раз­меры вибратора, тем меньше сказываются преимущества и силь­нее проявляются недостатки, присущие планетарному вибровозбу­дителю с наружной обкаткой. Поэтому его целесообразно приме­нять лишь в вибронаконечниках сравнительно небольшого диа­метра. В крупных вибраторах лучше использовать планетарный механизм с внутренней обкаткой бегунка, как это имеет место в отечественных конструкциях.

Многие зарубежные фирмы продолжают выпускать глубинные вибраторы с гибким валом, выполненные на базе дебалансного вибровозбудителя. Недостаточная долговечность подшипников ограничивает частоту колебаний этих вибраторов величиною 9000—12000 кол/мин, не обеспечивающей оптимальную эффектив­ность работы вибронаконечников небольшого диаметра порядка 25—50 мм .

Другой недостаток дебалансных вибраторов с гибким валом заключается в необходимости использования зубчатого мульти­пликатора для получения повышенной частоты колебаний вибро­наконечника. Обычно указанный мультипликатор встраивается в корпус приводного двигателя, в результате чего гибкий вал вра­щается с высокой скоростью, равной частоте колебаний вибратора. Это приводит к повышенному износу и, что особенно недо­пустимо, к повышенной вибрации гибкого вала, передающейся на руки бетонщика. Иногда применяется иное решение, при кото­ром планетарный мультипликатор встраивается непосредственно в корпус вибронаконечника (рис. 10). В этом случае гибкий вал, как и в планетарных вибраторах, вращается с низкой скоростью, однако конструкция такого вибронаконечника более сложна.

Техническая характеристика выпускаемых в России глубинных вибраторов с гибким валом представлена в табл. 1.

1- планетарный мультипликатор; 2 — дебаланс;3 — корпус вибронаконечника; 4 — винтовой насос для подъема жидкой смазки

Рисунок 10. Дебалансный вибронаконечник глубинного вибратора Хамдингер с гиб­ким валом фирмы «Файнмашинери» (Англия).

В табл. 2 приведены основные параметры некоторых моделей глубинных вибраторов с гибким валом, выпускаемых ведущими зарубежными фирмами.

Некоторые зарубежные фирмы выпускают вибраторы с гибким валом, работающие при высоком напряжении 380/220 в. Защита обслуживающего персонала от поражения электрическим током обеспечивается в этом случае за счет подключения электродвига­телей вибраторов к сети через специальный разделительный транс­форматор (ГДР, фирма «Рави») или путем применения электродви­гателей с двойной изоляцией и одновременным изолированием от двигателя гибкого вала вибратора (Швеция, фирма «Тремикс»). Последнее решение является более надежным и безопасным.

В России разработано несколько типов специальных защитно-отключающих устройств, обеспечивающих отключение электро­двигателя от сети высокого напряжения 220/380 в при пробое его изоляции (замыкании на корпус). ГОСТ 10825—64, а также дей­ствующие в России правила эксплуатации электроустановок допускают при наличии указанных защитно-отключающих устройств работу ручными вибраторами при напряжении 220/380 в. Серий­ное производство защитно-отключающих устройств налажено на Выборгском заводе «Электроинструмент».

Таблица 1. Техническая характеристика глубинных вибраторов с гибким валом Ярославского завода «Красный Маяк»

12
3
Далее ⇒