Министерствообразования и науки Российской Федерации
НовосибирскийГосударственный Архитектурно-строительный
Университет.
Кафедрастроительных машин
Курсовая работа
По дисциплине«транспортное оборудование»
Тема:
«Гравитационныйбетоносмеситель»
Выполнил: студент гр461-з
Гончаров И.М.
Проверил: Дедов А.С.
Новосибирск 2010
1.Описание проектируемого оборудования
Бетоносмеситель– машина для приготовления однородной бетонной смеси механическим смешением еесоставляющих (цемент, песок, щебень или гравий, вода). По характеру работыразличают бетоносмесители цикличные и непрерывного действия. При приготовлениисмеси в цикличном бетоносмесителе материалы загружаются порциями, причем каждаяочередная порция поступает после того, как готовая смесь выгружена из корпусабетоносмесителя.
Вбетоносмесителе непрерывного действия загрузкаматериалов, их смешение и выгрузка готовой смеси происходят непрерывно, вследствиечего, их производительность превышает производительность смесителейциклического действия.
Основным параметромсмесителей непрерывного действия является производительность. Перемешиваниекомпонентов в гравитационных смесителях происходит в барабанах и внутреннихстенках, к которым прикреплены лопасти. При вращении барабана смесь поднимаетсяна некоторую высоту лопастями, а также силами трения, а затем сбрасываетсявниз. Для обеспечения однородности смеси необходимо произвести 30-40 цикловподъема и сброса смеси в барабан.
Для обеспечениясвободного перемешивания смеси в барабане, его объем в 2,5-3 раза долженпревышать объем смеси. Скорость вращения барабана должна быть невысокая, таккак в противном случае центробежные силы инерции будут препятствовать свободномуперемещению смеси. Бетоносмесители изготавливают с наклоняющимися истационарными барабанами. Эти барабаны выполняют грушевидной, конусной ициклической формы.
На заводах большойпроизводительности (свыше 100 м/ч) применяют смесители непрерывного действия.Компоненты перемешиваются в циклическом барабане 1, Внутри которого по винтовойлинии устанавливаются лопасти 3 при вращении барабана компоненты смеси,поступающие непрерывным потоком по загрузочной воронке 9, перемешиваютсялопастями в окружном и осевом направлении. В результате чего они перемешиваютсяи непрерывно продвигаются к разгрузочному торцу барабана.
Бода подается в барабанпо трубе 6, через распылитель 4. Барабан вращается двигателем 10. Через муфту11, редуктор 12, зубчатое колесо 13, зубчатый венец 5, прикрепленный кбарабану. Барабан свободно опирается бандажами 2 на ролики 7, установленные нараме 14. Осевым перемещениям барабана препятствуют опорные ролики.
Определениеконструктивно-кинематических параметров.
Объем смеси,одновременно находящейся в барабане, м3
Vз= (Псм * t) / 3600
Vз= (100 * 120) / 3600 = 3,3
Где П –производительность смесителя (заданная), м3/ч; t– время перемешивания смеси, t= 120 сек. (Vз– более 500 л.).
Рабочий объем смеси вбарабане, м3
VP= VЗ/ KB
VP=3,3 / 0,67 = 4,925
Где KB– коэффициент выхода смеси (KB= 0,67)
Основные размерыбарабана
Внутренний диаметр (м):
D0= (0,78…0,83)*VP0,33
D0= 0,83*4,9250,33 = 1,4
Толщина стенки барабана(м):
δ = (0,015…0,020)*D0
δ = 0,020*1,4 =0,028
наружный диаметр (м):
DH= D0+ 2δ
DH= 1,4 + 2*0,028 = 1,456
LБ= (2,5…2,6)*D0= 2,6*1,4 = 3,64
А = (1,75…1,78)*D0= 1,78*1,4 = 2,492
С = (0,12…0,13)*D0= 0,13*1,4 = 0,182
В = LБ– А – С = 3,64 – 2,492 – 0,182 = 0,966
Фактическийгеометрический объем барабана, м3
VГ= (π/4)* D02*LБ
VГ=(3,14/4)* 1,42 * 3,64 = 5,6
Фактический коэффициентзаполнения:
Ψфакт = VP/ VГ= 4,925/5,6 = 0,88
(Ψ = 0,33…0,40)
При расхождениизначений Ψфакт и Ψ рекомендуется изменить размерыбарабана.
Изменяем внутреннийдиаметр барабана D
D0= 1,13 * VP0,33= 1,13 * 4,9250,33 =1,9124
Толщина стенки барабана(м):
δ = (0,015…0,020)*D0
δ = 0,020*1,9124=0,0384
наружный диаметр (м):
DH= D0+ 2δ
DH= 1,9124 + 2*0,0383= 1,989
LБ= (2,5…2,6)*D0= 2,6*1,9124= 4,97
А = (1,75…1,78)*D0= 1,78*1,9124= 3,41
С = (0,12…0,13)*D0= 0,13*1,9124= 0,249
В = LБ– А – С = 4,97– 3,41– 0,249= 1,311
С’=(0,18…0,19)*D= 0,18*1,9124= 0,349
А’ =(1,75…1,78)*D= 1,78*1,9124= 3,31
В’ = LБ– А – С = 4,97– 3,31– 0,349= 1,311
Фактическийгеометрический объем барабана, м3
VГ= (π/4)* D02*LБ
VГ=(3,14/4)* 1,91242 * 4,97= 14,27
Ψфакт =VP / VГ= 4,925 = 0,345
Размеры опорногобандажа и опорных роликов (каждый размер после его определения округляется донормального линейного значения), м:
· Диаметропорного ролика
dp= (0,18…0,22)*D0=0,22*1,9124 = 0,421 м
· Ширинаопорного ролика
bp= (0,32…0,36)*dp=0,36*0,421 = 0,151 м
· Диаметроси опорного ролика
d0= (0,20…0,25)* dp= 0,25*0,421 = 0,105 м
· Уголустановки опорных роликов
β = 32…360= 360
· Толщинаопорного бандажа
hБ= (0,024…0,026)*D0= 0,026*1,9124 = 0,0497 м
Величина зазора междубандажом и барабаном
∆ = (0,005…0,01)= 0,01 м
· Ширинаопорного бандажа
bБ= bp + (0,04…0,05) = 0,151 +0,05 = 0,2 м
· диаметропорного бандажа
DБ= D0+ 2*(δ + ∆ + hБ)
DБ=1,9124 + 2*(0,384 + 0,01 + 0,0497) = 2,1086 м
2.Дополнительные размеры узлов и деталей
После определениякаждый размер округляется до нормального линейного значения. Бетоносмесители спериферийным приводом.
· Диаметрзубчатого венца
Dзв= DБ+ (0,005…0,015)
Dзв= 2,109 + 0,015 = 2,124 (2,0) м
· Шириназубчатого венца
bзв= (0,085…0,095)* Dзв
bзв=2,124*0,095 = 0,2 м
Основные кинематическиепараметры бетоносмесителей
Критическая угловаяскорость (с-1) и частота вращения барабана (мин-1)
ωкр= √g*(sinγ0– f*cosγ0)/R0
nкр=30ωкр/π
где g– 9,81(м/с2); f– коэффициент трения бетонной смеси о лопасть; f= 0,4…0,5 (большие значения fрекомендуется принимать для малоподвижных и жёстких смесей); γ0– угол внутреннего трения бетонной смеси; γ0= 43…450;R0– наибольший внутренний радиус барабана, м; R0= D0/2
R0=1,9124/2 = 0,9562
ωкр =√9,81*(0,7– 0,5*0,7) / 0,9562 = √3,6266 = 1,9043с-1
nкр=30*1,9043/3,14 = 18,19 мин-1
Номинальная угловаяскорость вращения, с-1
ωном =(0,9…0,95)*ωкр =
ωном=0,95*1,9043 = 1,809с-1
номинальная частотавращения, мин-1
nном=30ωном/π
nном=(30*1,809)/3,14= 17,28 об/мин
3.расчёт потребляемой мощности
3.1.определение рабочих нагрузок
Сила тяжести бетоннойсмеси Н:
Полная:
Gсм= Vз*ρсм*g
Gсм=3,3*9,81*2500 = 80932,5 Н
Поднимаемая за счёт силтрения:
G1= 0,85 Gсм
G1= 0,85*80932,5 = 68792,6 Н
Поднимаемая в лопастях:
G2= 0,15 Gсм= Gсм– G1
G2= 80932,5 — 68792,6 = 12139,9 Н
Где Vз– объём готового замеса, м3; ρсм– плотность смеси кг/м3;
g= 9,81 м/с2
сила тяжести барабана,Н; для смесителей непрерывного действия:
GБ= KБ*ρст*L*g*(DН2– D02)*(π/4)
GБ=1,23*7850*4,9722*9,81*(1,98882 – 1,91242)*3,14*4 ==110192,895 Н
Где KБ– коэффициент, учитывающий массу бандажа лопастей, фланцев и т.п.; KБ= 1,15…1,23; g = 9,81 м/с2;ρст– плотность стали, 7850 кг/м3
3.2расчёт мощности, затрачиваемой на перемешивание
Средняя высота подъемаперемешиваемых компонентов за счет сил трения (h1)и в лопастях (h2)м:
h1≈R0
h1≈ 0,9562 м
h2= (I + sinγ0)*R0
h2=1 + 0,7)*0,9562 = 1,6323
время одного оборотабарабана, с:
tоб= 60/nном
tоб= 60/17,28 = 3,47 с
время подъема смеси влопастях t1и падения компонентов смеси с высоты h2(t2),с:
t1= (90 + γ0)/(60*nном)
t1=(90 + 45)/(60*17,28) = 0,130 с
t2=(2* h2/g)0,5
t2=(2* 1,6323/9,81)0,5 = 0,58 с
где nном– номинальная частота вращения барабана, мин-1;
g= 9,81 м/с2;
число циркуляций смесиза 1 оборот барабана за счет сил трения (Z1)и в лопастях (Z2),об-1
Z1= 360/2*γ1
Z1= 360/2*90 = 2 об-1
Z2= t/( t1+ t2)
Z2= 3,47/(0,130 + 0,58) =4,887 об-1
Где γ1– угол перемещения смеси, γ1 = 2* γ0
Мощность, затрачиваемаяна перемешивания, Вт:
N1= (G1h1Z1+ G2h2Z2)*nном/ 60
N1= (68792,6*0,9562*2 + 12139,9*1,6323*4,887)*(17,28/60) = =65779,07 Вт
3.3Расчет мощности, затрачиваемой на преодоления сил трения в опорахбетоносмесителей
Мощность, затрачиваемаяна преодоление сил трения в опорах, определяется в зависимости от конструкциибетоносмесителя, Вт:
· Длясмесителей цикличного и непрерывного действия с периферийным приводом.
N2= (Gсм+ Gб)/cosβ* (Dб+ dр)/dр* (μ1 + μ2 d0/2)*ωном
где ωном– номинальная угловая скоость вращения барабана, с-1;
μ1 –коэффициент трения качения, приведенный к валу или оси подшипника опорногоустройства; μ1 = 0,01…0,015; μ2 – коэффициент(плечо) трения качения бандажа по опорным роликам; μ2 =0,0008…0,001 м; d0– диаметр оси опорного ролика, м; Dб– диаметр опорного бандажа, м; dр– диаметр опорного ролика, м; β – угол установки опорных роликов, град.
N2= ((80932,5 + 110192,89)/0,809)*((2,1086 + 0,4207)/0,4207)*
*(0,001 +((0,015*0,1052)/2))*1,809 = 4596,7 Вт
Полная потребляемаямощность, Вт
Nпол= N1+ N2
Nпол= 65779,07 + 4596,7 = 70375,77 Вт
4.Кинематический расчет привода
4.1.определение общего КПД привода
Общий КПД приводасмесителя будет зависеть от выбранной (или приведенной взадании) кинематической схемы смесителя и особенностей его привода: того илииного типа редуктора, наличия открытой зубчатой или клиноременной передачи,наличия зубчатого синхронизатора и соединительных муфт
ηпр =ηред * ηпер * ηмх
где ηред– к.п.д. редуктора; ηпер – к.п.д. открытой передачи; ηм– к.п.д. муфты; х – число муфт
ηпр =0,97*0,95*0,99 = 0,912285
4.2выбор электродвигателя
Для смесителейнепрерывного действия с гравитационным перемешиванием и периферийным приводомрекомендуется использовать асинхронные электродвигатели переменного тока (4А,АО и т.д.) с синхронной частотой вращения nс= 1000…1500 мин-1
Требуемая мощность навалу электродвигателя, кВт:
Nтр= Nпол/ 103 *ηпр
Nтр= 70375,77/912,285 = 73,1423 кВт
Где Nпол– полная потребляемая мощность, Вт;
Условие выбораэлектродвигателя NДВ≥ Nтр
Техническая характеристикаэлектродвигателя.
Марка 4А280S6УЗ
Мощность (NДВкВт) = 75 кВт (101,97 л.с.)
Частота вращения (nДВ,мин-1) = 985 мин-1
/>
Типо-
размер
двига-
теля
Число
Полю-
сов Габаритные размеры, мм Установочные и присоединительные размеры, мм Масса в кг
L3
h2
d1
b2
l1
L3
l2
d3
d2
b1 h1
4F280
S6УЗ 6 1170 700 660 535 170 368 190 80 24 457 280 785
4.3выбор передаточного механизма (редуктора)
Выбор типапередаточного механизма и его исполнение обусловлен кинематической схемойпроектируемого смесителя.
Общее передаточноеотношение привода
Uпр=nДВ/ nном
Uпр=985/17,28= 57,00
где nДВи nномсоответственно, частоты вращения вала двигателя и рабочего органа (вала илибарабана), мин-1
для смесителей сотдельно установленным электродвигателем расчетное передаточное числоредуктора:
Uрасч.= Uпр/ Uпер
Где Uпер– передаточное отношение открытой передачи (при её наличии): для зубчатых венцовыхгравитационных бетоносмесителей с периферийным приводом Uпер= 7…8
Uрасч= 57/8 = 7,12
Условие выбораредуктора:
Uред≈ Uрасч
Nподв≥ Nдв
Где Uред– фактическое передаточное число редуктора; Nподв– подводимая мощность к редуктору (при соответствующей синхронной частотевращения вала и режиме работы редуктора), кВт.
Техническаяхарактеристика редуктора.
Марка Ц2У – 315. Режимработы непрерывный
/>типоразмер Aw т Aw б B B 1 B 2 H H 1 h L L 1 L 2 L 3 L 4 L 5 d Ц2У-315 315 200 395 260 318 685 335 35 1030 370 215 360 300 420 28
/>
ПРИСОЕДИНИТЕЛЬНЫЕРАЗМЕРЫ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ВАЛОВ РЕДУКТОРОВ 1Ц2У, 1Ц2НРедуктор быстроходный вал тихоходный вал d l b t d l b t 1Ц2У-315 50k6 110 14 53,5 110m6 210 28 116
/>
ПРИСОЕДИНИТЕЛЬНЫЕРАЗМЕРЫ ТИХОХОДНОГО ВАЛА В ВИДЕ ЗУБЧАТОЙ ПОЛУМУФТЫРедуктор b d d 1 d 2 d 3 L l l 1 Зацепление m z 1Ц2У-315 30 252 130 110F8 140 275 10 60 6 40
Передаточное число (Uред)– 8,0
NподвкВт подводимая мощность 75 кВт
Максимальная частотавращения nδ мин-1для u = 8,0 – 1500
На быстроходном валуРδ для передаточного числа u= 8,0 – 400
Коэффициент полезногодействия n = 0,97
Габаритные размеры1030*720*685
Масса 520 кг
4.4Выбор соединительной муфты
Для соединения валовмежду собой используются втулочно-пальцевые (МУВП), зубчатые(МЗ) и другиеаналогичные муфты.
Выбор муфтосуществляется по расчетному вращающему моменту (Мрасч),передаваемому муфтой, с учетом диаметров соединительных валов
Мрасч i= к3 * Мi
где к3 –коэффициент запаса, к3 = 1,2…1,3; Мiвращающий момент на соединяемых валах, кН*м
Мi= Nдв* ni / ωi
Где ωi– угловая скорость вращения соединительных валов, с-1; ni– общий КПД деталей и узлов, расположенных между двигателем и устанавливаемоймуфтой
ω = π*n/30= 3,14*985/30 = 103,0967 рад/сек
Мi= 75*1/103,0967 = 0,7274 кН*м
Мрасч i= 1,3*0,7274 = 0,9457 кН*м
Условие выбора муфт
Мн i≥Мрасч i
dрасточки = (di; dу)
где Мн i– номинальный передаваемый вращающий момент выбираемой муфты, кН*м; diи dу– диаметр соединительных валов, мм; dрасточки – интервал диаметров расточки под вал у выбираемого типоразмера муфты,мм.
Принимаемвтулочно-пальцевую муфту (МУВП).
Техническаяхарактеристика муфты
Марка МУВП
Количество 1
/>
1 — полумуфта; 2 — палец; 3 — втулка распорная; 4 — втулка упругая.
5.Расчет деталей и узлов
Производится последующей схеме.
Составление расчетнойсхемы, нагружение с указанием необходимых конструктивных размеров и действующихнагрузок;
Определение действующихнагрузок с построением требуемых по расчету эпюр и диаграмм;
Проверочный расчет.
5.1расчет бандажей и опорных роликов бетоносмесителей с гравитационнымперемешиванием и периферийным приводом
Проверочный расчетбандажей и опорных роликов производится по контактным напряжениям (Па) изусловия:
σн =0,418 √FkE /bip ≤[σн]
где [σн]– допускаемое контактное напряжение, Па; для стали — [σн] =800*106Па; Fkусилие по линии контакта бандажа барабана и опорного ролика, Н; E– модуль упругости; Па; для стали — E= 2*1011Па; biширина бандажа барабана (опорного ролика), м; принимается меньшее из двухзначений; р – приведенный радиус кривизны, м усилие по линии контакта бандажабарабана и опорного ролика Н
6.Техникабезопасности при эксплуатации и обслуживании
Рассматриваемоесмесительное оборудование отличается большими габаритными размерами и тяжелымиусловиями работы.
При его проектированиии монтаже следует особое внимание обратить на выполнение рабочих постов ремонтныхплощадок трапов, чтобы полностью исключалась возможность падения персонала свысоты и в движущиеся шламовые бассейны и контакта с движущимися частями машин.
Особое вниманиенеобходимо уделять состоянию электрических цепей и аппаратуры, так как они работаютво влажной среде. Рабочие посты должны быть установлены на электроизоляторах.
Состояниеэлектрооборудования и линий заземления должно проверяться перед началом каждойсмены.
Принеудовлетворительном уходе за машиной, в частности, при плохой очистке еебарабана в ощутимых пределах уменьшается полезный объем барабана, что снижаетпроизводительность, а также повышает расход энергии, так как приходится вращатьдополнительные массы. Поэтому в процессе работы через каждые 2 ч и в концесмены нужно промывать барабаны смесителей водой, а гравитационныебетоносмесители водой со щебнем. В конце смены необходимо промывать машины вцелом водой из шланга. При мойке машин их электродвигатели должны бытьотключены от сети.
Списоклитературы
1. БауманВ.А. механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий иконструкций (В.А. Бауман, Б.В. Клушанцев, В.Д. Мартынов. – М: Машиностроение,1981).
2. БорщевскийА.А. Механическое оборудование для производства строительных материалов (А.А.Борщевский, А.С. Ильин. – М: Высшая школа, 1987).
3. ВайсонА.А. транспортирующие машины: Атлас конструкций (А.А. Вайсон – М:Машиностроение 1986.)
4. М.У.«Расчет бетоносмесителей» Надеин А.А. Богаченков А.Г. Абраменков Э.А.