Практическая работа по дисциплине «Строительные машины» для ТГАСУ, пример оформления

Практическая работа №10 Расчет и проектирование роторного бетоносмесителя Вариант 6 Бетоносмесители принудительного действия, к которым относятся роторные бетоносмесители с вертикальным валами применяются для приготовления бетонных и растворных смесей любой подвижности и жесткости с крупностью заполнителя не более 70 мм. Роторные смесители с вертикальными валами работают с повышенными скоростями движения рабочих органов. В таких смесителях компоненты перемешиваются в кольцевом пространстве неподвижного корпуса (чаши) системой лопастей, установленных на разных радиусах и под различными углами. Рациональной областью их применения является приготовление жестких смесей. Исходные данные: Вместимость смесителя по загрузке — 250л Число смесительных лопастей — 5 Вид смеси — бетон Вид крупного заполнителя — известняк В/Ц — 0,35 Осадка конуса — 4 см Расчет геометрических параметров бетоносмесителя Объем готового замеса:   VГ   где VЗ — вместимость по загрузке, м3 = VЗ × КВ     КВ – коэффициент выхода готовой смеси (для бетонной смеси КВ =   0,65…0,69, для растворной смеси КВ = 0,70…0,80).     VГ = 0,25× 0,65 = 0,1625м3 Высота смеси в чаше при загрузке, м, рассчитывается по формуле А.С. Ильина:   hсм = 0.058 + 0.121×Vз — 0.014 ×V ² = 0,114м     Высота смеси в чаше после смешивания: см = hсм × КВ = 0,114 × 0,65 = 0,0878м Диаметр чаши смесителя, м, Dч = где К_d — коэффициент отношения диаметра стакана d_с к диаметру чаши D_ч, принимается К_d = 0,28…0,36. Dч = = 1,524м Радиус чаши смесителя, м, Rч   = 0,5 × Dч   = 0,793м Диаметр стакана, м, dc = Dч × Kd = 1,524 × 0.3 = 0,502м Высота стакана, м, hc  = hсм  × Кс  = 0,114 × 2 = 0,228м где K_с – коэффициент отношения высоты стакана к высоте смеси, принимается K_с = 1,5…3,0. Высота (длина) держателей лопастей, м, hД = hc + (0,03…0,05) = 0,26м Высота чаши: Нч = hc × Kч = 0,228 ×1,5 = 0,341м где K_ч – коэффициент отношения высоты чаши к высоте стакана, принимается K_ч = 1,3…1,5. Средняя высота (ширина) смесительной лопасти, м, b = hсм × Кл = 0,114 × 0,5 = 0,055м где K_л – коэффициент отношения высоты (ширины) лопасти к высоте смеси, принимается K_л = 0,40…0,65. Средняя длина смесительной лопасти, м, a = b Ka = 0.055 = 0.15м 0.3 где K_а – коэффициент отношения высоты (ширины) лопасти к ее длине, принимается K_а = 0,3…0,5. Толщина смесительной лопасти, м, s = a × Ks = 0,15 × 0,1 = 0,015м   где K_s – коэффициент отношения толщины лопасти к ее длине, принимается K_s = 0,06…0,012. Длина очистной лопасти, м, ao = (0,6…0,8)a = 0.7 × 0.15 = 0.12м Высота очистной лопасти, м, bo = (1,1…1,2)hсм = 1,1× 0,114 = 0,123м Толщину очистной лопасти можно принять равной толщине смесительной лопасти. Количество смесительных лопастей Z_см составляет у роторных смесителей 5…9. Количество очистных лопастей Z_о = 2. Общее количество лопастей Zл = Zсм + Zo = 5 + 2 = 7 Радиус вращения i-ой лопасти, м, Ri = Rч × K ⁱ     где    i – коэффициент отношения радиуса i-ой лопасти к радиусу чаши, определяется путем конструктивной проработки схемы рационального расположения смесительных и очистных лопастей в смесительной чаше бетоносмесителя. R1   = 1.242 × 0.69 = 0.853 R2   = 1.242 × 0.54 = 0.670 R3  = 1.242 × 0.72 = 0.894 R4 = 1.242 × 0.83 = 1.03 R5 = 1.242 × 0.70 = 0.869 R6 = 1.242 × 0.94 = 1.16 R7 = 1.242 × 0.46 = 0.571 Кинематический расчет бетоносмесителя. Средний радиус вращения лопастей, м:   R    = å Ri = 0.853 + 0,67 + 0,894 + 1,03 + 0,869 + 1,16 + 0,571 = 4,916 = 0,64   лcp   np = = 0,4 0,89 = 0,42 где K_n – опытный коэффициент частоты вращения ротора, принимается K_n = 0,3…0,6; Угловая скорость вращения ротора, рад/с, w p = 2 × p × np = 2.26 Скорость вращения i-ой лопасти, м/с vi = w p × Ri v1 = 2.26 × 0.853 = 1.928 v2  = 2.26 × 0.67 = 1.524 v3  = 2.26 × 0.894 = 2.02 v4 = 2.26 ×1.03 = 2.32 v5 = 2.26 × 0.869 = 1.963 v6 = 2.26 ×1,16 = 2,62 v7 = 2.26 × 0.571 = 1.29 Средняя скорость вращения лопастей, м/с   vср = w p × Rcp = 0,64 × 2,26 = 1,428     Площадь проекции i-ой лопасти на плоскость, перпендикулярную направлению вращения, м 2 , Fi = ai × cosai × bi × cos bi F1     = 0.0247 F2    = 0.0254 F3   = 0.0239   F4    = 0.0263 F5    = 0.0272 F6    = 0.0156 F7    = 0.0156 Критерий эффективности смесителя, с –1     l = vcp × F VГ = 1,878 × 0,2019 = 0,388 0,975 Расчет привода бетоносмесителя. Мощность, требуемая на преодоление сопротивления при вращении лопастей, кВт:   N = p × w p × å Fi × Ri h = 10,73кВт Мощность электродвигателя привода, кВт, N Д = N × K ЗП = 10,73 ×1,1 = 11,878кВт     где K_зп – коэффициент запаса, принимается K_зп = 1,1…1,2. По каталогу подбирается электродвигатель с мощностью: N ДВ ³ N Д   где N_дв – мощность двигателя, указанного в каталоге, кВт. Электродвигатель 40П2-62-4У3 с мощностью 12кВт и частотой вращения 1440 об/мин Момент на валу ротора с лопастями, кНм М    =  N ДВ w р = 12 = 7,524кН 2,26     Передаточное отношение привода   p = 1440 = 66,66 21.6     Расчет производительности смесителя.   Продолжительность цикла приготовления смеси, с,   ТЦ = tз + tп + t p + tв   где tз – время загрузки сырьевых компонентов в смеситель, принимается tз = 10…15 с; tп – время перемешивания, tп = 40…70 с; время разгрузки смеси tр = 10…50 с; tв – время возврата затвора в исходное положение (время закрытия разгрузочного затвора), tв = 5…15 с.   ТЦ = 10 + 60 + 10 + 10 = 90с   Число циклов (замесов) в час:   Z = 3600 = 40 ц             Т Ц   Производительность смесителя, м3 /ч     Q = VГ × Zц × КИ = 0.325 × 40 × 0.9 = 35.1     где K_И – коэффициент использования K_И = 0,85…0,95. Сила, действующая на лопасть со стороны смеси,   P = р × F = 0,321 Л ЗП где p – удельное сопротивление движению лопастей в смеси, кПа; K_зп – коэффициент запаса, учитывающий допущения и упрощения, принятые в расчетах; K_зп = 1,15…1,25; Момент сопротивления (крутящий момент) при вращении лопасти, погруженной в смесь, кН М    = p × F × R = 0,321

K

л ЗП м,×Изгибающий момент, действующий на держатель, кН Мизг = Рл × hд = 0,321× 0,4 = 0,1284 Условный диаметр держателя,   d Д = = 0,017м   Сила, действующая на пружину предохранительного устройства при повороте держателя       Рпр = Р hД пр = 0,3210,4 = 1,284 0,1 Диаметр прутка пружиныгде h_пр – плечо приложения силы на пружину предохранительного устройства, в зависимости от типоразмера бетоносмесителя ориентировочно можно принять h_пр = 0,080…0,120 м.       dпр = 1.6 = 1,6 = 0.0266     где k – коэффициент влияния кривизны витков на напряжение; c – индекс пружины определяется как отношение диаметра пружины Dпр к диаметру прутка пружины d, ориентировочно можно принять с = 5…6; [τ]кр – допускаемое напряжение материала прутка на кручение, для стали 60С2А [τ]кр = 300 МПа Коэффициент влияния кривизны витков на напряжение   k = 4c + 2 = 4 × 5 + 2 = 1.294   4c — 3     4 × 5 — 3   Конструктивные параметры аспирационного патрубка для подачи цемента (расстояние от оси чаши и его радиус), м: Ra = (0.75…0.8)Rч = 1,073м ra = (0.11…0.13)Rч = 0,126м где Rа и rа – соответственно, расстояние до оси аспирационного патрубка от оси чаши и его радиус; Угол смещения оси аспирационного патрубка относительно поперечной оси симметрии чаши бетоносмесителя можно принять: αа = 25°…35°. Размеры загрузочного отверстия для подачи заполнителей, м: aз = (0,21…0,23)Rч = 0,26м bз = (0,51…0,53)Rч = 0,633м   где a_з и b_з – соответственно, ширина и длина загрузочного отверстия заполнителей в крышке бетоносмесителя. Конструктивные параметры патрубка (штуцера) для подачи воды, м: Rв = (0,85…0,9)Rч = 1,1178м rв = (0,14…0,16)Rч = 0,173м где R_в и r_в – соответственно, расстояние от оси чаши до оси штуцера подачи воды и его радиус. Угол смещения оси штуцера относительно продольной оси симметрии чаши бетоносмесителя можно принять αв = 30°…40°. Конструктивные параметры смотрового люка, м: Rл = (0,77…0,83)Rч = 0,916м rл = (0,14…0,16)Rч = 0,173м где R_л и r_л – соответственно, расстояние от оси чаши до оси смотрового люка и его радиус. Угол смещения оси смотрового люка относительно поперечной оси симметрии чаши можно принять: αа = 25…35°. Радиус затвора, м Rз = Кз × Rч = 0,660м где K_з – опытный коэффициент при расчете затвора, K_з = 0,4…0,6. Ширина затвора, м Вз = Rз — lз = 0,54м где l_з – расстояние от края чаши до оси вращения затвора, принимается l_з = 0,07…0,12 м. Сила давления смеси на днище чаши в области затвора, Н     Gсм = Fз ‘ см           см   где V_о – объем готовой смеси в области затвора, м3 ; ρ_см – плотность смеси, кг/м3 (особо тяжелые бетоны – ρсм более 2500 кг/м3 , тяжелые бетоны – ρсм = 2200…2500 кг/м3 , облегченные бетоны – ρсм = 1800…2200 кг/м3 , легкие   бетоны – ρсм = 500…1800 кг/м3 , особо легкие – ρсм менее 500 кг/м3 ), значения плотностей некоторых бетонных и растворных смесей приведены в табл. 10.6, 10.7; F_з – площадь отверстия в чаше под затвор, м 2 . Площадь отверстия в чаше под затвор (площадь затвора), м 2 : Fз = Fз1 + Fз 2 где Fз1 – площадь сегмента радиусом Rч, м 2 ; Fз2 – площадь сегмента радиусом Rз.   3 F   » 2 h a + h1 = 0.052 з1          3  1             2a   2           h3 F       h a + 2 = 0.242 з 2 3  2             2a   где a, h₁, h₂ – принимаются при выполнении расчетной схемы разгрузочного затвора в масштабе. Можно ориентировочно принять: a = (0,91…0,93)Rч; h₁ = (0,10…0,12)Rч; h₂ = (0,31…0,33)Rч. Fз = 0,052 + 0,242 = 0,294 Gсм = 878Н Сила сопротивления при открытии затвора, Н: Рз = Gсм × f з × Кзап = 793Н где f_з – коэффициент трения при перемещении затвора, принимается f_з = 0,5…0,7; K_зап – опытный коэффициент запаса, принимается K_зап = 1,15…1,30. Расстояние от центра поворота затвора до силы Pз, м: rpз = lз + h1 ± Xc = 0.317м   Усилие на штоке пневмоцилиндра открытия затвора, Н:     Р     = Рз × rрз = 524   штш   где r_шт – радиус кривошипа, принимается r_шт = (0,4…0,6)R_з. Диаметр пневмоцилиндра:     Dшт = = 38,4мм   где p_см – давление сжатого воздуха в пневмоцилиндре, принимается p_см = 0,40…0,63 МПа. Пневматический цилиндр подбирается по ГОСТ 15608–81. принимается пневмоцилиндр диаметром 40мм.