Министерство Общего и Профессионального Образования Российской Федерации

Ростовский государственный строительный университет

Курсовой проект по дисциплине

Производственные предприятия транспортных сооружений

АБЗ

Расчетно-пояснительная записка

111774 РПЗ

Выполнил студент группы Д-327

Стрижачук А. В.

Руководитель:

Литвинова Л. А.

Заведующий кафедры:

Илиополов С. К.

Ростов-на-Дону

1999 г.

Исходные данные.

Длина участка строительства 10

Ширина проезжей части 7

Толщина асфальтобетона 0,1

Тип асфальтобетона В

Плотность асфальтобетона 2

Число смен 1

Продолжительность работ 4

Длина транспортировки 11

Удельное сопротивление стали 0,12∙10^-4 Ом∙м

Содержание:

Климатическая характеристика района.

Кемеровская область расположена в III-ей дорожно-климатической зоне — зоне со значительным увлажнением грунтов в отдельные периоды годы. Для района проложения автомобильной дороги характерен климат с холодной зимой и теплым летом, что видно из дорожно-климатического графика (рис 1.1).

Лето теплое: среднесуточная температура наиболее жаркого месяца (июля) составляет +18,4˚С; зимы холодные со среднесуточной температурой наиболее холодного месяца (января) –19,2˚С. Отрицательные температуры воздуха бывают с ноября по март, а расчетная длительность периода отрицательных температур Т=179 сут.

Абсолютный максимум температуры воздуха в году достигает +38˚С, минимум -55˚С. Следовательно, амплитуда температуры составляет 93˚С. Годовая средняя суточная амплитуда температуры воздуха бывает в июне (13,2˚С), а максимальная в феврале (30,2˚С).

За год выпадает 476 мм осадков; количество осадков в жидком и смешанном виде 362 мм за год; суточный максимум 46 мм. Средняя за зиму высота снежного покрова составляет 51 см, а число дней со снежным покровом до 162 сут (период 03.11 — 13.04).

Для рассматриваемого района зимой преобладают ветры южного, юго-восточного и юго-западного направлений. Летом преобладают ветры южного и северного направлений (рис 1.2). Средняя скорость ветра за январь равна 3,41 м/с. Максимум из средних скоростей по румбам за январь — 6,8 м/с. Средняя скорость ветра за июль равна 3,55 м/с. Максимум из средних скоростей по румбам за июль — 4,4 м/с.

1. Обоснование размещения АБЗ.

Завод будет размещен вблизи железнодорожных путей, так как все дорожно-строительные материалы будут доставляться по ним.

1.1. Сравнение времени остывания асфальтобетонной смеси со временем ее доставки к месту укладки.

Н
еобходимо сравнить время остывания смеси t₁, ч, со временем ее доставки к месту укладки t₂, ч (t₁≥t₂).

г
де G — количество смеси в кузове самосвала, для самосвала ЗИЛ-ММЗ-555, G=4500 кг;

С_СМ — теплоемкость горячей смеси, С_СМ=1,1 кДж/(кг∙˚С);

F — площадь стенок кузова самосвала, для самосвала ЗИЛ-ММЗ-555 F=11 м²;

h — коэффициент теплопередачи, h=168 кДж/(м²∙ч∙˚С);

Т_АБЗ — температура смеси при отправке с АБЗ, ˚С;

Т_СМ — температура смеси при ее укладке, ˚С;

Т_В — температура воздуха, ˚С.

г
де L — дальность транспортировки, км;

v — скорость движения самосвала, v=40…60 км/ч.

1.2. Источники обеспечения АБЗ водой и электроэнергией. Нормативные требования.

Обеспечение АБЗ водой происходит путем водозабора из водопроводной сети. Электроэнергия поступает из городской сети. АБЗ размещают с подветренной стороны к населенному пункту, на расстоянии не ближе 500 м от него. Площадка АБЗ должна быть достаточно ровной, с уклоном 25-30‰, обеспечивающим отвод поверхностных вод. Коэффициент использования площади должен быть не менее 0,6, а коэффициент застройки — не менее 0,4. Уровень грунтовых вод — не выше 4 м.

При размещении зданий и сооружений на территории завода следует учитывать следующее:

1. Здания и сооружения с повышенной пожарной опасностью следует размещать с подветренной стороны по отношению к другим зданиям;

2. Здания и сооружения вспомогательного производства должны располагаться в зоне цехов основного производства;

3. Складские сооружения нужно располагать с учетом максимального использования железнодорожных и других подъездных путей для погрузочных, разгрузочных операций и обеспечения подачи материала к основным цехам кратчайшим путем;

4. Энергетические объекты нужно располагать по отношению к основным потребителям с наименьшей протяженностью трубопровода и ЛЭП;

5. При устройстве тупиковых дорог необходимо в конце тупика предусматривать петлевые объезды или площадки размером не менее 12х12 м для разворота автомобилей.

2. Режим работы завода и его производительность.

2
.1. Часовая производительность АБЗ, Q_Ч, т/ч.

где П — необходимое количество асфальтобетонной смеси, т;

Ф — плановый фонд времени.

г
де 8 ч — продолжительность смены;

n — количество смен;

22,3 — число рабочих дней в месяце;

m — количество месяцев укладки смеси;

0,9 — коэффициент использования оборудования в течение смены;

0,9 — коэффициент использования оборудования в течении m месяцев.

г
де k — коэффициент, учитывающий неравномерный расход смеси, k=1,1…1,5;

F — площадь укладки асфальтобетонной смеси, м², F=10000∙7=70000 м²;

h — толщина укладки асфальтобетонной смеси, м;

ρ — плотность смеси, ρ=2,0…2,4 т/м³.

Полученное значение округляем до целого числа и принимаем смеситель типа ДС-617.

Расчет расхода материалов.

Требования к материалам.

Д
ля приготовления горячей смеси применяются вязкие нефтяные битумы марок БНД 60/90, БНД 90/130. Щебень следует применять из естественного камня. Не допускается применение щебня из глинистых, известковых, глинисто-песчаных и глинистых сланцев. Пески применяются природные или дробленные. Минеральный порошок применяется активизированный и не активизированный. Допускается использовать в качестве минерального порошка измельченные металлургические шлаки и пылевые отходы промышленности. Активизированный минеральный порошок получают в результате помолки каменных материалов в присутствии активизирующих добавок, в качестве которых используются смеси состоящие из битума и ПАВ в принятом соотношении 1:1

С
уточная потребность материалов:

где 8 ч — продолжительность смены;

n — число смен;

Q_Ч — часовая производительность завода, т/ч (м³/ч);

N_ki — потребность в K_i компоненте на 100 т асфальтобетонной смеси.

У
читывая естественную убыль (2% для щебня, песка, битума и 0,5% для минерального порошка) получаем:

Таблица 1. Потребность АБЗ в минеральных материалах.

3. Определение длины железнодорожного пути для прирельсовых АБЗ.

Количество транспортных единиц N, прибывающих в сутки.

где Q_i — суточная потребность, т (m=V∙ρ);

k — коэффициент неравномерности подачи груза, k=1,2;

q — грузоподъемность вагона, т;

ρ_щ — плотность щебня, ρ_щ=1,58 т/м³.

3.2. Длина фронта разгрузки L, м.

где l — длина вагона, l=15 м;

n — число подач в сутки, n=1…3.

4. Склады минеральных материалов.

Расчет щебеночных штабелей.

Обычно для АБЗ проектируются склады щебня и песка открытого штабельного типа небольшой емкости с погрузочно-разгрузочными механизмами (конвейеры, фронтальные погрузчики). При проектировании необходимо предусмотреть бетонное основание или основание из уплотненного грунта, водоотвод от штабелей, распределительные стенки между штабелями, подачу материалов в штабеля и в агрегат питания ленточными транспортерами.

4.2. Выбор и расчет ленточных конвейеров.

Н
а АБЗ для непрерывной подачи минерального материала используют ленточные и винтовые конвейеры. Ленточными конвейерами можно перемещать песок и щебень в горизонтальном направлении и под углом не превышающим 22˚. Выполняют ленточные конвейеры из нескольких слоев прорезиненной хлопчатобумажной ткани. Ширина ленты В, м, определяется по часовой производительности:

где Q — часовая производительность, т/ч;

v — скорость движения ленты, м/с;

ρ — плотность материала, т/м³.

Выбираем конвейер типа С-382А (Т-44).

4.3. Выбор типа бульдозера.

Таблица 2. Марка бульдозера и его характеристики.

Производительность П_Э, т/ч выбранного бульдозера:

где V — объем призмы волочения, V=0,5BH²=0,5∙3,64∙(1,48)²=3,987 м³, здесь В — ширина отвала, м; Н — высота отвала, м;

k_Р — коэффициент разрыхления, k_Р = 1,05…1,35.

k_ПР — поправочный коэффициент к объему призмы волочения, зависящий от соотношения ширины В и высоты Н отвала Н/В=0,41, а также физико-механических свойств разрабатываемого грунта, k_ПР=0,77;

k_В — коэффициент использования машин по времени, k_В=0,8;

Т_Ц — продолжительность цикла, с;

Т_Ц=t_Н+t_РХ+t_ХХ+t_ВСП,

з
десь t_Н — время набора материала,

где L_Н — длина пути набора, L_Н=6…10 м;

v₁ — скорость на первой передаче, v₁=5…10 км/ч;

t_РХ — время перемещения грунта, с,

где L — дальность транспортировки, м, L=20 м;

v₂ — скорость на второй передаче, v₂=6…12 км/ч;

t
_ХХ — время холостого хода, с,

где v₃ — скорость на третьей передаче, v₃=7…15 км/ч;

t
_ВСП = 20 с;→ Т_Ц = 3,84 + 7,2 + 9,16 + 20 = 40,2 с;

5. Битумохранилище.

5.1. Расчет размеров битумохранилища.

Для приема и хранения вяжущих устраивают ямные постоянные и временные битумохранилища только закрытого типа. Битумохранилища устраивают на прирельсовых АБЗ с битумоплавильными установками. Современные закрытые битумохранилища ямного типа должны быть защищены от доступа влаги как наружной, так и подземной путем устройства специальных зданий, дренажей или навесов. Глубина ямного хранилища допускается в пределах 1,5-4 м в зависимости от уровня грунтовых вод. Для достижения рабочей температуры применяют электронагреватели. Наиболее перспективный способ нагрева битума — разогрев в подвижных слоях с использованием закрытых нагревателей. Для забора битума из хранилища устраивают приемники с боку или в центре хранилища. Таким образом, битумохранилище состоит из собственно хранилища, приямка и оборудования для подогрева и передачи битума.

З
начение запаса единовременного хранения битума округляем до 500, тогда средняя площадь F, м² битумохранилища:

где Е — емкость битумохранилища, м³;

h — высота слоя битума, h = 1,5…4 м.

З
атем, исходя из значения строительного модуля, равного трем, и отношения длины L к ширине В битумохранилища, равного L/B = 1,5, назначаем средние значения длин L_ср и В_ср.

В
виду того что стенки битумохранилища устраивают с откосом:

5.2. Количество тепла, необходимое для нагрева битума в хранилище и приямке Q, кДж/ч.

где Q₁ — количество тепла, затрачиваемое на плавление битума, кДж/ч.

где μ — скрытая теплота плавления битума, μ=126 кДж/кг;

G — количество подогреваемого битума, кг/ч, G = 0,1∙Q_см, где Q_см — производительность выбранного смесителя, кг/ч.

Q₂ — количество тепла, затрачиваемое на подогрев битума, кДж/ч:

где K — коэффициент, учитывающий потери тепла через стенки хранилища и зеркало битума, K = 1,1;

С_б — теплоемкость битума, С_б =1,47…1,66 кДж/(кг∙єС);

W — содержание воды в битуме, W = 2…5%;

t₁ и t₂ —

для хранилища t₁ = 10єС; t₂ = 60єС;

для приемника t₁ = 60єС; t₂ = 90єС.

Битумоплавильные агрегаты предназначены для плавления, обезвоживания и нагрева битума до рабочей температуры. Разогрев битума в битумохранилище производится в два этапа:

I этап: Разогрев битума донными нагревателями, уложенными на дне хранилища до температуры текучести (60єС), дно имеет уклон, битум стекает в приямок в котором установлен змеевик.

II этап: Разогрев битума в приямке до температуры 90єС. Нагретый битум с помощью насоса перекачивается по трубопроводам в битумоплавильные котлы.

5.3. Расчет электрической системы подогрева.

Потребляемая мощность Р, кВт:

В каждом блоке по шесть нагревателей. Мощность одного блока:

где n

— количество блоков нагревателей, n = 3…4 шт.

Принимаем материал в спирали нагревателя полосовую сталь с ρ=0,12∙10^-6 Ом∙м. Сечение спирали S=10∙10^-6 м².

Мощность фазы, кВт:

Сопротивление фазы, Ом:

где U=380 В.

Длина спирали, м:

Величина тока, А:

Плотность тока, А/мм²:

6. Определение количества битумоплавильных установок.

Часовая производительность котла П_К, м³/ч.

где n — количество смен;

k_В — 0,75…0,8;

V_К — геометрическая емкость котла для выбранного типа агрегата, м³;

k_Н — коэффициент наполнения котла, k_Н=0,75…0,8;

t_З — время заполнения котла, мин:

где П_Н — производительность насоса (см. таблицу 3).

Таблица 3. Тип насоса и его характеристики.

t_Н=270 мин — время выпаривания и нагрев битума до рабочей температуры;

t_В — время выгрузки битума, мин:

где ρ — объемная масса битума, ρ=1т/м³;

Q — часовая производительность смесителя, т/ч;

ψ — процентное содержание битума в смеси.

Расчет количества котлов.

где П_Б — суточная потребность в битуме, т/сутки;

k_П — коэффициент неравномерности потребления битума, k_П=1,2.

Выбираем тип агрегата:

Таблица 4. Тип агрегата и его характеристики.

Расчет склада и оборудования для подачи минерального порошка.

Для подачи минерального порошка используют два вида подачи: механическую и пневмотранспортную. Для механической подачи минерального порошка до расходной емкости применяют шнеко-элеваторную подачу. Применение пневмотранспорта позволяет значительно увеличить производительность труда, сохранность материала, дает возможность подавать минеральный порошок, как по горизонтали, так и по вертикали. Недостаток — большая энергоемкость. Пневматическое транспортирование заключается в непосредственном воздействии сжатого воздуха на перемещаемый материал. По способу работы пневмотранспортное оборудование делится на всасывающее, нагнетательное и всасывающе-нагнетательное. В общем случае пневмотранспортная установка включает компрессор с масло- и влагоотделителем, воздухопроводы, контрольно-измерительные приборы, загрузочные устройства подающие материал к установке, разгрузочные устройства и системы фильтров. Для транспортирования минерального порошка пневмоспособом используют пневмовинтовые и пневмокамерные насосы. Пневмовинтовые насосы используют для транспортирования минерального порошка на расстояние до 400 м. Недостаток — низкий срок службы быстроходных напорных шнеков. Камерные насосы перемещают минеральный порошок на расстояние до 1000 м. Могут применяться в комплекте с силосными складами. Включают в себя несколько герметично закрытых камер, в верхней части которой имеется загрузочное отверстие с устройством для его герметизации. В состав линии подачи входит склад, оборудование, обеспечивающее перемещение минерального порошка от склада до расходной емкости и расходная емкость.

Расчет вместимости силоса в склад.

Р
екомендуется хранить минеральный порошок в складах силосного типа с целью избежания дополнительного увлажнения, которое приводит к комкованию и снижению его качества, а также к затруднению транспортирования. Потребная суммарная вместимость силосов склада ∑Vс, м³ составляет:

где G_П — масса минерального порошка;

ρ_П — плотность минерального порошка, ρ_П=1,8 т/м³;

k_П — коэффициент учета геометрической емкости, k_П=1,1…1,15.

К
оличество силосов рассчитывается по формуле:

г
де V_C — вместимость одного силоса, м³; V=20, 30, 60, 120.

Расчет пневмотранспортной системы.

Для транспортирования минерального порошка до расходной емкости принимается механическая или пневматическая система.

Для транспортирования минерального порошка можно использовать пневмовинтовые или пневмокамерные насосы. Подача в пневмотранспортную установку сжатого воздуха осуществляется компрессором. Потребная производительность компрессора Q_К, м³/мин, составляет:

где Q_В — расход, необходимый для обеспечения требуемой производительности пневмосистемы, м³/мин.

где Q_М — производительность пневмосистемы, Q_М = 0,21·Q_Ч = 0,21·34,6 = 7,3, т/ч, Q_Ч — часовая производительность АБЗ;

µ — коэффициент концентрации минерального порошка, µ=20…50;

ρ_В — плотность воздуха равная 1,2 кг/м³.

Мощность на привод компрессора N_К, кВт:

где η=0,8 — КПД привода;

Р₀ — начальное давление воздуха, Р₀=1 атм;

Р_К — давление, которое должен создавать компрессор, атм.

где α=1,15…1,25;

Р_В=0,3 атм;

Р_Р=Н_ПОЛ+1 — рабочее давление в смесительной камере подающего агрегата, атм, Н_ПОЛ — полное сопротивление пневмотранспортной системы, атм;

где Н_П — путевые потери давления в атм;

Н_ПОД — потери давления на подъем, атм;

Н_ВХ — потери давления на ввод минерального порошка в трубопровод, атм.

Путевые потери давления:

где k — опытный коэффициент сопротивления:

где v_В — скорость воздуха зависит от µ; при µ=20…50 соответственно v_В=12…20 м/с;

d_ТР — диаметр трубопровода, м:

λ — коэффициент трения чистого воздуха о стенки трубы:

где ν — коэффициент кинематической вязкости воздуха, м²/с, ν=14,9·10^-6.

L_ПР — приведенная длина трубопроводов, м:

где ∑l_Г — сумма длин горизонтальных участков пневмотрассы, м, ∑l_Г=3+3+4+4+20+20=54;

∑l_ПОВ — длина, эквивалентная сумме поворотов (колен), м, ∑l_ПОВ=8·4=32 (каждое колено принимаем равным 8 м);

∑l_КР — длина, эквивалентная сумме кранов, переключателей. Для каждого крана принимают 8 м, ∑l_КР=8·2=16;

Потери давления на подъем:

г
де ρ΄_В — 1,8 кг/м³ — средняя плотность воздуха на вертикальном участке;

h — высота подъема материала, м. Принимается 12…15 м, в зависимости от типа асфальто-смесительной установки.

Потери давления при вводе минерального порошка в трубопровод:

где χ — коэффициент, зависящий от типа загрузочного устройства. Для винтовых насосов следует принимать χ = 1, для пневмокамерных χ = 2;

v_ВХ — скорость воздуха при вводе минерального порошка в трубопровод, м/с:

ρ_ВХ — плотность воздуха при вводе минерального порошка, кг/м³:

Тогда:

П
о формуле (29) находим N_К:

Н
а основании проведенного расчета производится подбор подающего агрегата по табл. 11 [4].

Таблица 5. Тип подающего агрегата и его характеристики.

Расчет механической системы подачи минерального порошка. Механическая система представлена в виде шнеко-элеваторной подачи. Подающий агрегат — шнек.

Производительность шнека Q_Ш, т/ч составляет:

г
де φ — коэффициент заполнения сечения желоба, φ=0,3;

ρ_М — плотность минерального порошка в насыпном виде, ρ_М=1,1 т/м³;

D_Ш — диаметр шнека, принимаем 0,2 м;

t — шаг винта, t=0,5D_Ш=0,1 м;

n — частота вращения шнека, об/мин ;

k_Н — коэффициент, учитывающий угол наклона конвейера, k_Н=1.

Мощность привода шнека N, кВт определяется по формуле:

где L —длина шнека, м L=4 м;

ω — коэффициент, характеризующий абразивность материала, для минерального порошка принимается ω=3,2;

k₃ — коэффициент, характеризующий трансмиссию, k₃=0,15;

V_М=t·n/60= 0,1 — скорость перемещения материала, м/с;

ω_В — коэффициент трения, принимаемый для подшипников качения равным 0,08;

q_М=80·D_Ш=16 кг/м — погонная масса винта.

Производительность элеватора Q_Э, т/ч определяется из выражения:

где i — вместимость ковша, составляет 1,3 л;

ε — коэффициент наполнения ковшей материалом, ε=0,8;

t — шаг ковшей, м (0,16; 0,2; 0,25; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,63);

v_П=1,0 м/с — скорость подъема ковшей.

Необходимая мощность привода элеватора:

где h — высота подъема материала, м, принимается 14 м;

k_К — коэффициент, учитывающий массу движущихся элементов, k_К=0,6;

А=1,1 — коэффициент, учитывающий форму ковша;

С=0,65 — коэффициент, учитывающий потери на зачерпывание.

Таблица 6. Тип элеватора и его характеристики.

8. Расчет потребности предприятия в электрической энергии и воде.

Расчет потребного количества электроэнергии.

Потребное количество электроэнергии N_Э, кВт определяется:

где k_С — коэффициент, учитывающий потери мощности, k_С=1,25…1,60;

∑Р_С — суммарная мощность силовых установок, кВт;

∑Р_В — то же, внутреннего освещения, кВт, ∑Р_В=5∙269,89+15∙318+9∙132+20∙72=8,75;

∑Р_Н — то же, наружного освещения, кВт, ∑Р_Н=1∙644+3∙837+5∙50=3,41;

Примечание: нормы расхода электроэнергии на 1м² берем по табл. 12 методических указаний.

cosφ=0,75.

Определение общего расхода воды.

О
бщий расход воды определяется по формуле, м³:

где К_У=1,2;

К_Т=1,1…1,6;

В_П — расход воды на производственные нужды, м³/ч, В_П=10…30;

В_Б — расход воды на бытовые нужды, потребление, м³/ч, В_Б=0,15…0,45.

8.3. Определение расхода воды на восстановление запаса в пожарном резервуаре, В_ПОЖ, м³/ч.

Расход В_ПОЖ определяем по формуле:

где q_ПОЖ=5…10 л/с;

Т — время заполнения резервуара, Т=24 ч.

8.4. Определение диаметра трубы водопроводной сети, d_ТР, м.

где V — скорость движения воды, V=1,0…1,5 м/с.

Принимаем диаметр трубы водопроводной сети равный 0,10 м.

9. Технологическая схема приготовления модифицированного битума.

Сама схема приводится в конце РПЗ. Модифицированный битум — органическое вяжущее, полученное путем смешивания битума с сыпучим модификатором и маслом. Его приготавливаю с целью получения органического вяжущего с наиболее лучшими характеристиками (прочность, морозостойкость, пластичность и др.) по сравнению с обычным битумом.

Назначение масла — понизить эластичность битума, что повышает его сопротивление воздействию отрицательных температур. Сыпучий модификатор повышает прочностные характеристики битума и его сдвигоустойчивость.

В технологическую схему приготовления модифицированного битума входят такие элементы как емкости для хранения материалов (масла, битума); емкость для хранения готового модифицированного битума; дозатор масла; четыре насоса; ленточный конвейер; диспергатор; дозатор.

Масло из емкости подается в дозатор при помощи насоса. Из дозатора масло поступает в диспергатор. В него же по ленточному конвейеру подается сыпучий модификатор и из емкости битум. Для того чтобы все это качественно перемешать, необходимо затратить 6-8 часов. Поэтому для ускорения процесса перемешивания в технологическую схему включен дезинтегратор. С помощью насоса из диспергатора в дезинтегратор подается смесь битума с маслом и сыпучим модификатором. Потом эта смесь, прошедшая обработку в дезинтеграторе, снова подается в диспергатор, где опять подвергается перемешиванию. И так этот цикл повторяется в течение часа, после чего мы получаем модифицированный битум. Его мы можем по битумопроводам подавать на разлив в битумовозы, а при их отсутствии в емкость.

Литература.

1. Проектирование производственных предприятий дорожного строительства: уч. пособие для ВУЗов: Высшая школа, 1975. –351 с.

2. Асфальтобетонные и цементобетонные заводы: Справочник/ В. И. Колышев, П. П. Костин. – М.: Транспорт, 1982. –207 с.

3. Вейцман М. И., Соловьев Б. Н. Битумные базы и цехи. – М.: Транспорт, 1977. –104 с.

4. Проектирование АБЗ: Методические указания/ М. Аннабердиев. – Ростов-на-Дону, 1972. –17 с.