CC BY
57
УДК 666.983
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЙ ТРЕХВАЛЬНОГО
СМЕСИТЕЛЯ
И.А. Емельянова, профессор, д. т. н., В.В. Блажко, аспирант,
ХГТУСА
Аннотация. Показан путь определения технической производительности и мощности нового трехвального бетоносмесителя на основании анализа работы машины и специфики ее конструктивных особенностей.
Ключевые слова: бетоносмеситель бетонная смесь, шнек, лопатка.
Введение
Использование бетоносмесителей принудительного действия для приготовления строительных смесей наиболее эффективно, так как такие машины позволяют готовить смеси различной подвижности, включая малоподвижные. Интенсифицировать процесс приготовления бетонных смесей можно путем применения трехвального смесителя.
Цель и постановка задачи
Разработка методики определения основных показателей работы трехвального бетоносмесителя.
Решение задачи
Трехвальный бетоносмеситель характеризуется наличием трех валов, которые размещены в двух зонах [1]. В первой зоне перемешиванию подлежат загруженные сухие компоненты смеси, а во второй - сухая бетонная смесь, поступившая из первой зоны, взаимодействует с подаваемой водой и через выгрузочное отверстие направляется потребителю. В корпусе с наклонным днищем расположены три горизонтальных вала, из которых центральный приводной вал выполнен в виде шнека, переходящего в лопастной вал, а два других лопастных вала расположены по бокам приводного вала и установлены под углом в = 15-20° относительно горизонтальной плоскости (рис. 1).
Рис. 1 . Конструктивная схема трехвального смесителя: 1 - двигатель; 2 - клиноре-менная передача; 3 - редуктор; 4 - открытая зубчатая передача; 5 - загрузочный бункер; 6 - шнековий вал; 7, 7' -верхний и нижний лопастные валы;8. корпус бетоносмесителя; 9 - разгрузочный патрубок; 10 - рама; I - зона перемешивания сухих компонентов бетонной смеси; II - зона приготовления бетонной смеси с заданным водоце-ментным отношением
Определение технической производительности бетоносмесителя
В трехвального бетоносмесителя производительность зависит во многом от угла установки лопастей на верхнем и нижнем лопастных валах. Если бетоносмеситель использовать в комплекте оборудования для торкрет-работ под производительность двухпоршневого растворобетононасоса с горизонтальным расположением поршней [2]
лопасти на верхнем и нижнем валах следует устанавливать по противоточной схеме таким образом, чтобы при вращении последних смесь перемещалась от торца к торцу и, при этом, центральным валом направлялась на выгрузку.
Производительность трехвального бетоносмесителя определяется объемом бетонной смеси, который за единицу времени перемещается в осевом направлении к выгрузочному отверстию корпуса машины. В данной машине эти функции выполняет средний вал как в первой, так и во второй зонах. Верхний и нижний валы осуществляют перенос компонентов смеси в противоположную сторону, создается противоток, но при этом улучшается процесс перемешивания. Таким образом техническая производительность смесителя определяется с учетом возврата тех объемов смеси, которые обеспечивают верхний и нижний лопастные валы.
Возврат компонентов бетонной смеси учитывается коэффициентами возврата в обеих зонах бетоносмесителя. Коэффициент возврата - это отношение массы компонентов бетонной смеси, транспортируемых к месту их выгрузки, к массе компонентов, транспортируемых в противоположную сторону
где В - диаметр, описываемый лопастью, м, й - диаметр вала, м; 1з - длина первой зоны, м, р - плотность смеси в первой зоне, кг/м3; кзв - коэффициент загрузки смесителя относительно верхнего вала: кзв = 0,5.
Масса бетонной смеси в области нижнего лопастного тн также определяется по формуле (3) при коэффициенте загрузки смесителя кзн = 1. С помощью шнекового вала в единицу времени из первой зоны во вторую, зону транспортируется определенное количество смеси, которое определяется по следующей зависимости:
Пш в =
л£>2
8пкс3к\, м3/ч (4)
к1=-
т„ + т„
(1)
где - шаг винтовой линии шнека, м; п -частота вращения среднего вала, с-1.
В целом производительность бетоносмесителя определяется выходом смеси, который обеспечивает лопастная часть среднего вала второй зоны. Определение коэффициента возврата второй зоны Кв2 осуществляется аналогично первой зоне согласно формулы (4) с учетом рабочих параметров смесителя: 411 - длины второй зоны, м; р11 - средней плотности бетонной смеси, кг/м3. В конечном итоге, техническая производительность бетоносмесителя может быть определена как
где тс - масса компонентов, находящихся в зоне действия среднего вала; тв - масса компонентов, находящихся в зоне верхнего вала; тн - масса компонентов, находящихся в зоне нижнего вала;
В таком случае, для первой зоны бетоносмесителя
т,
Ы-^-с
4
/31 Р К"..
кг
(2)
где В - диаметр винта шнека, м ; й - диаметр вала, м; 1з - длина первой зоны, м; р - плотность смеси в первой зоне, кг/м3; кз - коэффициент загрузки смесителя относительно среднего вала: кз = 0,75.
Масса бетонной смеси в области верхнего вала первой зоны определяется как
т\=- В2-с12 /3 рк:
В ^ 3] г ,
кг
(3)
^технп -3600 - Ф2~С12)ЬП X
технд ^ /
х г эта к,ср /сТТ,
Л 3П в '
где Ь - ширина лопасти, м; zл - количество лопастей среднего вала, а - угол установки лопастей, град.
Определение мощности привода бетоносмесителя
Приготовление смеси в трехвальном бетоносмесителе осуществляется в два этапа: I -перемешивание сухих компонентов смеси в первой зоне; II - приготовление и выгрузка бетонной смеси во второй зоне.
Общие затраты привода составят:
дв 1000 л
кВт
(6)
4
где N - мощность, затрачиваемая на перемешивание компонентов бетонной смеси верхним валом; N2 - мощность, затрачиваемая на перемешивание компонентов бетонной смеси и ее транспортирование к выгрузочному отверстию средним валом, верхним валом; N3 - мощность, затрачиваемая на перемешивание компонентов бетонной смеси нижним валом; п - КПД привода смесителя
N^m^WnRn,
(12)
N^Nl+N", кВт
(7)
где - мощность затрачиваемая в первой зоне, Л'," - затраты мощности во второй зоне.
К = пРаС1/ (Я2-г2) к3 Р1, кВт (8)
где ю - угловая скорость вала, с-1; - площадь лопасти, м2 ;С1 - коэффициент сопротивления сухой бетонной смеси, движению лопастей в первой зоне, С\ = 9; / - коэфи-циент трения сухой смеси по поверхности лопастей, / = 0,4; Я - наружный радиус вращения лопасти, м; г - внутренний радиус вращения лопасти, м; ZIл - количество лопастей на верхнем валу в первой зоне; кз - коэффициент загрузки бетоносмесителя относительно верхнего вала; р - плотность смеси, кг/м3
где тс - масса компонентов бетонной смеси находящихся в зоне действия шнека, кг; Ж -экспериментальный коэффициент сопротивления движению (при движении тела в абразивных средах Ж = 4); ю - угловая скорость вала, с; Я - радиус шнешнека, м; g - ускорение свободного падения
К = С2/' (Я2-г2)^к^ р2 (13)
где 2л - количество лопастей на среднем валу во второй зоне
N3 =Щ+ N", кВт
(14)
где N3 - мощность затрачиваемая в первой зоне, Л^з - мощность затрачиваемая во второй зоне смесителя; N и N - определяются по аналогии с верхним валом.
Выводы
1. Выполнен анализ работы нового трехваль-ного бетоносмесителя.
2. Получены зависимости для определения технической производительности и мощности двигателя привода смесителя.
/' (R -Г1)
2 ч II
Р2 (9)
где С2 - коэффициент сопротивления во второй зоне, С2 = 7; /' - коэффициент трения бетонной смеси по поверхности лопастей, /'= 0,1-0,2; ZIIЛ - количество лопастей на верхнем валу в первой зоне.
После преобразований получим зависимость для определения мощностных затрат верхним валом смесителя.
Nl =
со F р R2 г2 к3
cjz^c.rz;-
N2 =N'2+ N", кВт
(10)
(11)
Литература
1. Емельянова И.А., Баранов А.Н., Блажко
В.В., Тугай В.В. Смеситель для приготовления строительной смеси. Патент Украины №74444 В28С5/14, от 15.12.05 г.
2. Емельянова И.А., Баранов А.Н., Задорож-
ный А.О., Непорожнев А.С. Двухпорш-невой растворобетононасос с кулачковым приводом и возвратной кулисой Декларационный патент Укр №520335А E04F21/06 от 6.12.02 г.
3. Назаренко I.I. Машини для виробництва
будiвельних матерiалiв. - К.: КНУБА, 1999. - 485 с.
Рецензент: В.В. Ничке, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
где N'2 - мощность затрачиваемая в первой зоне, N'1 - мощность затрачиваемая во второй зоне смесителя
Статья поступила в редакцию 13 июля 2007 г.
