CC BY
166
4/2010 М1 ВЕСТНИК
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ УКЛАДКИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ ПРИ ФОРМОВАНИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
ИЗДЕЛИЙ
THE EQUIPMENT FOR CONCRETE PLACEMENT AND DISTRIBUTION DURING CASTING OF REINFORCED CONCRETE
PRODUCTS
E.C. Романова, П.Д. Капырин E.S. Romanova, P.D. Kapyrin
МГСУ
В статье рассматривается оборудование для укладки и распределения бетонной смеси при формовании ЖБИ. Значительное внимание уделено сравнению двух бетоноукладчиков: индивидуально выпускаемому и серийному СМЖ-528, обозначаются преимущества и недостатки.
The current article was dedicated to the equipment for concrete placement and distribution during casting of reinforced concrete products. Great attention was paid to the comparison of two concrete-laying machines: individually produced and serial "SMJ-528". Advantages and disadvantages were emphasized.
Формование железобетонных изделий, укладка бетонной смеси в формы и ее уплотнение, является одним из главнейших технологических процессов заводов, и в тоже время наиболее трудоемким и ответственным.
От производительности формовочного оборудования, уровня механизации и автоматизации формовочных работ, степени точности изготовления продукции и ее заводской готовности, расхода цемента в применяемой смеси, принятых режимов работы оборудования существенным образом зависят себестоимость сборного железобетона, его качество и, в конечном счете, стоимость возводимого сооружения.
Предприятия страны оснащены серийно выпускаемыми бетоноукладчиками, бето-нораздатчиками, виброплощадками, кассетными установками, специализированными установками с вибровкладышами, вибропротяжными устройствами и т.д. Таким образом, можно говорить о наличии большого парка разнообразного оборудования, обслуживающего пост формования изделий. Тем не менее, сроки эксплуатации значительной его части составляют 20 и более лет. Высокая степень износа элементов машин и оборудования на предприятиях по производству ЖБИ негативно влияет на работу машин и уровень загрузки производственных мощностей.
В настоящее время на заводах по производству ЖБИ в основном эксплуатируются устаревшие физически и морально серийные бетоноукладчики, спроектированные в 70-80-е года, например, СМЖ-528 (рис. 1). [2].
В состав бетоноукладчика (рис. 2) входят: самоходная рама портального типа, бункер с ленточным питателем, воронка, заглаживающее устройство, пневмооборудо-вание и электрооборудование. Бункер установлен на тележку, которая может перемещаться в поперечном направлении относительно рельсового пути бетоноукладчика.
Воронка имеет привод подъема и опускания, а также привод поворота вокруг вертикальной оси. Бетоноукладчик передвигается с помощью двух приводов, расположенных с боковых сторон портала.
Рис.1. Общий вид бетоноукладчика СМЖ-528
Рис. 2. Общий вид бетоноукладчика СМЖ-528 1 - подвеска кабеля; 2 - питатель; 4 - бункер; 5 - пульт управления; 6 - кресло машиниста; 6, 10 - приводы передвижения; 7 - воронка; 8 - заглаживающее устройство; 9 -рама-портал.
4/2010 ВЕСТНИК _4/2010_МГСУ
Заглаживающее устройство предназначено для предварительного заглаживания верхней поверхности формуемого изделия. Оно представляет собой заглаживающий брус, совершающий возвратно-поступательные перемещения с помощью привода с кривошипно-шатунным механизмом. Брус также имеет привод подъема. [8]
Техническая характеристика
1. Тип бетоноукладчика - однобункерный, с заглаживающим брусом
2. Емкость бункера, куб.м - 2
3. Размер по осям рельсов бетоноукладчика, мм - 4500
4. Общая установленная мощность, кВт - 20,16
5. Габаритные размеры, мм
Длина, мм - 4100
Ширина, мм - 6300
Высота, мм - 3190
6. Масса, кг - 8100 Изготовитель ООО «Строммашина-Щит», г. Самара.
Бетоноукладчику СМЖ-528 необходима модернизация, направленная на упрощение кинематики механизмов, повышение эксплуатационной надежности машины, уменьшение металлоемкости и энергопотребления.
Формовочное оборудование на заводах ЖБИ эксплуатируется при больших динамических нагрузках, в условиях повышенной влажности, запыленности воздуха и абразивности бетонной смеси, что снижает долговечность и надежность его работы.
Дальнейший прогресс в совершенствовании формовочного оборудования, создании новых его видов должен опираться на научные достижения в области технологии формования. При этом следует соответствовать мировым стандартам и требованиям к современному оборудованию, использовать передовые энергосберегающие, экологически безопасные технологии производства, а также учитывать постепенный переход к постиндустриальному обществу, где главное внимание уделяется человеку, а доля физического труда сокращается.
Требованиям, предъявляемым к оборудованию для укладки и распределения бетонной смеси, в большей степени соответствует предлагаемый индивидуально выпускаемый бетоноукладчик.
Рассмотрим конструкцию Г-портального бетоноукладчика (рис. 3), предназначенного для поста формования железобетонных изделий шириной до 3600мм. [1]
Техническая характеристика:
1. Тип бетоноукладчика - однобункерный, с заглаживающим роликом,
с Г-образным порталом
2. Емкость бункера, куб.м - 2
3. Размер по осям рельсов бетоноукладчика, мм - 5300
4. Общая установленная мощность, кВт - 15,55
5. Габаритные размеры, мм
Длина, мм - 5900
Ширина, мм - 4245
Высота, мм - 3850
6. Масса, кг - 7100
Рис.3 Общий вид Г-портального бетоноукладчика с заглаживающим роликом
Бетоноукладчик состоит из рамы (портала), которая выполнена из отдельных сборочных единиц. На раме смонтированы все узлы машины. В торцевых балках рамы смонтированы ведущие и ведомые колеса. Вращение приводным колесам передается через цепную передачу от мотор-редуктора, которые установлены на консольных валах ведущих колес. Площадки рамы имеют перила. На путях рамы установлена каретка с приводом хода. На каретке смонтирован бункер, который имеет секторный затвор, управляемый гидроцилиндром. С помощью секторного затвора происходит выгрузка смеси.
Каретка с бункером перемещается вдоль площадки рамы. После выгрузки бетонной смеси происходит ее разравнивание с помощью ролика заглаживающего, смонтированного на двух кронштейнах, которые приварены к площадке рамы. Подъем и опускание ролика производится гидроцилиндром, который шарнирно соединен с кронштейнами. Упор поддерживает гидроцилиндр, когда ролик опущен на формуемое изделие.
Для уменьшения нагрузки от ролика на борта формы на бетоноукладчике имеется противовес, который через рычаги, отклоняющие звездочки и цепи позволяют регулировать нагрузку на борта. Противовесы закрыты кожухом. Щитки, установленные на торцевых балках рамы, предназначены для защиты от попадания под колеса посторонних предметов. Для предупреждения наезда бетоноукладчика на обслуживающий персонал, на нем имеются узлы аварийного останова, которые при помощи кронштейнов смонтированы на раме бетоноукладчика. Узлы аварийного останова имеют штанги, которые при наезде бетоноукладчика на препятствия отклоняются и воздействуют на конечный выключатель аварийного останова. Узел конечного выключателя смонтирован на раме бетоноукладчика, он отключает привода хода бетоноукладчика при движении или крайних положениях. Управление работой бетоноукладчика осуществляется оператором с пульта управления, расположенного у поста формования.
Новизной в предлагаемом бетоноукладчике является использование современных приводов работы механизмов, кинематические схемы которых представлены ниже (рис. 4).
Передвижения портала
Передвижения каретки с бункером
Заглаживающего ролика
Рис. 4 Кинематические схемы механизмов бетоноукладчика 1 - мотор-редуктор; 2 - звездочка; 3 - цепь; 4 - подшипники; 5 - колеса каретки, портала; 6 - ременная передача; 7 - заглаживающий ролик.
Для обеспечения заданного числа оборотов исполнительного механизма портала и каретки рекомендуется использовать самотормозящийся червячный одноступенча-
тый мотор-редуктор и цепную передачу, а для заглаживающего ролика тот же мотор-редуктор и ременную передачу.
Выбор мотор-редуктора состоит в определении его типоразмера по таблицам технических характеристик каталога производителя.
Мотор-редукторы эксплуатируются в различных условиях и режимах, что необходимо учитывать при их выборе, поэтому исходными данными для выбора мотор-редуктора являются:
- расчётный крутящий момент М2р, воспринимаемый выходным валом мотор-редуктора и соответствующий нормально протекающему (установившемуся) процессу работы механизма, Нм;
- расчётная частота вращения выходного вала, п2Р, мин-1;
- расчетная радиальная консольная нагрузка РКаР на выходном валу мотор-редуктора, Н;
- характер внешней нагрузки;
- продолжительность суточной работы, час;
- частота пусков в час;
- тип применяемого смазочного материала;
- наличие упругих элементов (муфты, ремни и др.) на выходном валу мотор-редуктора;
- наличие реверсивного режима работы;
- температура окружающей среды, С;
Также следует учесть требуемые конструктивные особенности мотор-редуктора: -вариант расположения мотор-редуктора в пространстве; -конструктивное исполнение по способу монтажа:
а) на лапах;
б) на фланце.
-особенности исполнения электродвигателя:
- вид электродвигателя (асинхронный, синхронный, постоянного тока);
- напряжение питания, В;
- степень защиты (ГОСТ 17494-87);
- количество скоростей (одно_, двух_, трех_ или четырехскоростной);
- наличие встроенного тормоза;
- вариант исполнения (общепромышленный, взрывозащищенный). [4]
Рис. 5. Пример червячного одноступенчатый мотор-редуктор МЦ-110-80-18 итальянского производства, габаритные и посадочные размеры.
4/2010 ВЕСТНИК
Поскольку скорость передвижения каретки в большинстве случаев находится в пределах 0,8...0,16 м/с, а скорость передвижения портала в пределах 0,12...0,2 м/с,
. ^двтах /■, ч г
общее передаточное число г0бщ=- (1) получается довольно большим, и реализо-
(О
ктах
вать его установкой мотор-редуктора не удастся, в данном случае рационально использовать привод с цепной передачей, соответственно /цеп'= ¿общ/гДв (2).
Ременная передача привода заглаживающего ролика позволяет получить требуемое число оборотов рабочего органа и обеспечить плавность хода.
Мощность (Вт), необходимую для перемещения каретки, определяем по формуле:
N=■^/3, Вт (3) + акар)(2м1+мд)в/Б, Н (4) где ■ - сопротивление перекатыванию, Н;
V - скорость передвижения каретки, м/с; з - КПД привода;
Gбeт - вес бетонной смеси в бункере, Н; Gкap - вес каретки с бункером, Н; Б - диаметр колеса каретки, м; ё - диаметр цапфы подшипника, м;
м - приведенный коэффициент трения в подшипниках качения; м1 - коэффициент трения перекатывания колес по рельсам; в - коэффициент, учитывающий трение реборд о рельсы.
Определяя мощность, необходимую для перемещения портала, следует рассчитывать возникающие нагрузки на ходовые колеса при пуске груженого бетоноукладчика (рис.6), при пуске порожнего бетоноукладчика (рис.7).
Г 01 GI+Gc |
■Т Тк/2 х \
_Ьк
Г*т1 G' 0' 1
■Т Тк/2. х 4
_Ьк
Рис. 6
Рис.7
1. Пуск груженого бетоноукладчика рис. 6
Gт, Gc, Gб , Н - вес тележки (каретки), смеси, бетоноукладчика; Ьк-длина колеи, мм,
тогда
0,5Ьк0б + (Ьк -х)(0Т + )
Я
В тах
и
,Н (5)
2. Пуск порожнего бетоноукладчика рис.7
Gт, Gc, Gб , Н - вес тележки (каретки), смеси, бетоноукладчика; Ьк-длина колеи, мм,
тогда
0,5Ьк0б + (Ьк - х)Бт
Я
и
н
(6)
тах
0,5LKG, + xGT
R A max = K L-L , H (7)
LK
Диаметр одноребордных ходовых колес D (мм) и тип рельса выбирают, исходя из нагрузки на колесо РКМах и скорости передвижения бетоноукладчика по каталогу производителя.
R
Р _ вmax н (8)
"кмах--^-, И (8)
Определим мощность при отсутствии пробуксовки. Максимально допустимый крутящий момент на приводном колесе Ммах (Нм), при котором не будет пробуксовки, определим из уравнения
Л/Г Z7 D i RA min fd rcw
Mmax = J + —T, (9)
где Fc - сила сцепления, H; D - диаметр колеса, м;
f — коэффициент трения в подшипниках колеса; d — диаметр подшипника, м. Сила сцепления приводного колеса с рельсом на опоре А для рассматриваемой схемы нагружения:
R
F-^rn p,H, (10)
где ц — коэффициент сцепления колеса с рельсом.
Определяем максимально допустимый номинальный момент
МНmax - ^ , НМ (И)
ср.п
Мощность двигателя определим по формуле
N = M H max^K max gT (12)
Лы ' '
где щк мах — угловая скорость колеса,
Щк Max_2Vmax/D, С-1, (13)
зм — КПД механизма передвижения. При расчете механизма передвижения портала бетоноукладчика следует учитывать такие его особенности: наличие двух раздельных приводов и смещение тележки с бункером от средней линии колеи бетоноукладчика.
Поверхность свежеуложенной бетонной смеси заглаживается роликом, который вращается навстречу затираемой поверхности при движении бетоноукладчика. Сила сопротивления вращения ролика:
Р_0/сичл , Н, (14)
где Gp- вес ролика, Н;
fcn.ep - коэффициент сопротивления вращению ролика. При диаметре ролика D мм, крутящий момент:
M_P(D/2), Нм (15)
Мощность, требуемая для вращения ролика:
К1_Мщвр.р./1000-з, кВт, (16)
где щ вр.р. - угловая скорость вращения ролика, щвр.р.:
ЯП.
30
з - КПД привода;
пр - частота вращения ролика, об/с.
Мощность, требуемая для перемещения рабочего органа бетоноукладчика при его поступательном движении:
N2=Pv/1000■з2, кВт (17)
где V - рабочая скорость передвижения бетоноукладчика, м/с, з2 - КПД привода.
К6щ= N1+ N2 (18)
Успешно конкурировать с электроприводами могут гидроприводы. С учетом условий работы предлагаемого бетоноукладчика использование гидропривода для работы секторного затвора и заглаживающего ролика является наиболее рациональным решением. На рисунке 8 приведена гидравлическая схема механизмов.
Привода подъема заглаживающего ролика
Привода секторного затвора бетоноукладчика
Рис. 8. Гидравлическая схема работы секторного затвора и заглаживающего ролика 1 - насосная станция; 2- распределитель; 3 - распределитель; 4 - распределитель; 5 -
гидроцилиндр;6 - гидроцилиндр
с
Основные параметры гидродвигателей (гидромоторов и гидроцилиндров) определяют на основании заданных нагрузок и скоростей на рабочих органах. [6]
Гидропривод секторного затвора (рис.9) позволяет порционно выкладывать смесь, регулируя ширину разгрузочной щели, повышая тем самым точность формования и не допуская перерасход бетонной смеси.
С помощью гидроцилиндров удается получить прямолинейное движение без кинематических преобразований.
При выборе бетоноукладчика следует учитывать то, что полезный объем бункера при периодическом заполнении должен составлять не менее 1,2 объема изделия:
Уп.о6. = 1,2 Уи
(19)
Рис. 9. Схема секторного затвора
Производительность бетоноукладчика при заполнении формы смесью определяется по формуле:
G6=60■VИзД..zИзД.■Kp■Kв / 1Ц , м3/ч, (20)
где Уизд.- объем изделия, м3,
zИзд - количество одновременно формуемых изделий, шт.;
Кр - коэффициент разрыхления смеси;
Кв - коэффициент использования машины по времени, Кв =0,85.0,95; 1ц - продолжительность цикла укладки смеси форму, мин. [3]
Эксплуатация рассмотренного бетоноукладчика (рис. 10) имеет ряд особенностей. Негативные факторы, влияющие на его работу это, прежде всего абразивность бетонной смеси и ее способность схватываться. При загрузке бункера бетоноукладчика необходимо следить, чтобы бункер был расположен точно под загрузочной течкой, а его затвор плотно перекрывал разгрузочное отверстие. Бетонную смесь, случайно попавшую на металлоконструкции и механизмы, следует, немедленно удалять. В процессе эксплуатации необходимо регулярно проводить по инструкции ежесменное обслуживание.
Рис. 10. Общий вид бетоноукладчика
3
4/2010 М1 ВЕСТНИК
Бетоноукладчик должен изготавливаться по рабочим чертежам, утвержденным в установленном порядке.
Конструкция бетоноукладчика должна обеспечивать:
- регулирование ширины укладки бетонной смеси в меньшую сторону не менее чем на 25%;
- распределение и разравнивание бетонной смеси в форме;
- возможность изготовления изделий разной толщины;
- бесперебойную работу механизма при выдаче бетонной смеси, как легкой, так и тяжелой.
Сравнивая конструкции рассмотренных бетоноукладчиков можно сделать вывод, что при фактически одинаковом наборе механизмов и выполнении одних и тех же функций, современный агрегат имеет массу преимуществ. Использование рекомендуемых приводов рабочих органов, позволяет сократить общую установленную мощность, упростить кинематику механизмов, повысить надежность элементов, уменьшить металлоемкость конструкции.
Говоря о преимуществах гидропривода, следует отметить простоту автоматизации работы гидрофицированных механизмов, возможность автоматического изменения их режимов работы по заданной программе. Серьезным достоинством гидропривода является самосмазывание, так как при техническом обслуживании на смазку уходит до 50% всего времени обслуживания машины.
Окончательный выбор типа привода устанавливается при проектировании бетоноукладчика по результатам технико-экономических расчетов с учетом условий работы машины.
Перспективы развития оборудования для укладки бетонной смеси сводятся к решениям таких задач, как уменьшение энергопотребления и металлоемкости, использование в конструкции бетоноукладчиков механизмов способных повысить заводскую готовность изделий, максимальная автоматизация процесса работы формовочного поста, повышение технологической гибкости использования бетоноукладчиков на линиях по производству различных видов ЖБИ.
Литература
1. http://www.l7-7l.com/ Энергосберегающие технологии и оборудование для строительной индустрии.
2. http://www.strommash.ru/ г. Самара; Производство оборудования и технологических линий для дорожной, строительной, угольной, горнорудной, химической и нефтедобывающей отрасли. Комплексные линии переработки строительных горных пород.
3. A.A. Борщевский, A.C. Ильин; Механическое оборудование для
производства строительных материалов и изделий. Учебник для вузов по спец. «Пр-во строит. изд. и конструкций».- М: Издательский дом Альянс, 2009. - 368с.: ил.
4. Г.Д. Федоров, А.Н. Иванов, А.Г. Савченко; Механическое оборудование предприятий вяжущих материалов и изделий из них, курс. проект. - X.: Высш. шк. Изд-во при Харьк. ун-те 1986, 240 е.: ил.
5. Л.А. Андриенко, Б.А. Байков, и др. Детали машин. Учебник для вузов-М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002, 544с.: ил.
6. М.А. Степанов, Д.Ю. Густов; Проектирование объемного гидропривода строительных машин и механического оборудования: Учебное пособие - М.: МГСУ, 2009.-72 с.
7. НТЦ «Редуктор», Каталоги продукции, http://www.reduktorntc.ru/
8. Отраслевой каталог. Машины и оборудование для производства сборного железобетона. 1988.
Spisok ШетаШгу:
1. http://www.17-71.com/
2. http://www.strommash.ru/
3. А.А. Borshevskii, Л.Б. Шп; Mehanicheskoe oborudovanie Шуа proizvodstva stroitelnih materialov i izdelii. Uchebnik dlya vuzov po spec. "Pr-vo stroit. izd. i konstrukcii". - М.: Izd. dom А^ш, 2009 - 368 s.: П.
4. G.D. Fedorov, A.N. Ivanov, A.G. Savchenko; Mehanicheskoe oborudovanie predpriyatii vyagushih materialov i izdelii iz nih, kurs. proekt. - Н.: Уissh. Sh. Izd. pri ША. un-te 1986, 240 s.: И.
5. Ь.А. Andrienko, В.А. Baikov i dr. Detali mashin. . Uchebnik dlya vuzov - М.: Izd. MGTU im. Baumana, 2002, 544 а: il.
6. М.А. Stepanov, D.U. Gustov; Proektirovanie obemnogo gidroprivoda stroitelnih mashin i mehanicheskogo oborudovania: Uchebnoe posobie - М.: MGSU, 2009 - 72 s.
7. http://www.reduktorntc.ru/
8. Otraslevoi katalog. Mashini i oborudovanie dlya proizvodstva sbornogo jelezobetona. 1988
Рецензент: к.т.н., профессор Степанов М.А.
