Проектирование блочной виброплощадки с вертикально направленными гармоническими колебаниями

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

Проектирование блочной виброплощадки с вертикально направленными гармоническими колебаниями

Формование — один из важнейших технологических процессов при изготовление изделий сборного железобетона, во многом определяющий свойства будущего изделия (прочность, морозостойкость, качество поверхности и др.).

В заводских условиях наибольшее распространение получил метод объемного виброформования изделий с помощью виброплощадок, предназначенных для установки форм с бетоном и передачи формам колебаний для уплотнения бетонной смеси. Существует множество разновидностей виброплощадок.

Широко применяются виброплощадки с гармоническими колебаниями и снабженными ценробетонными дискобалансными вибровозбудителями. Одним из характерных признаков в классификации виброплощадок служит направленность колебаний. Блочные безрамные виброплощадки с гармоническими вертикально направленными колебаниями считаются основным типом машин для уплотнения бетона (СМЖ-1876, СМЖ-2006, СМЖ-199А, СМЖ-164).

В данном курсовом проекте рассчитывается такая виброплощадка. Виброплощадка состоит из отдельных виброблоков, связанных между собой карданными валами, вращение которых осуществляется от двигателя через синхронизатор. Двигатель соединен с синхронизаторами и смонтирован на отдельной платформе, закрепленной на фундаменте. Виброблок состоит из соединенных между собой с помощью болтов, электромагнита, вибровозбудителя и двух кронштейнов, которые через опорные пружины опираются на раму.

Пружинная опора состоит из основной и вспомогательной пружины, соединяемых с помощью болта, гайки, шайб и втулок с опорной рамой. Электромагнит служит для крепления формы к виброблоку, представляет собой корпус, в котором размещена катушка, причем в пространство между катушкой и корпусом залит специальный эпоксидный раствор (состав) или битумная масса. Синхронизатор служит для обеспечения синхронного вращения двух или четырех дебалансных валов.

В данном курсовом проекте производится расчет виброплощадки, состоящей из трех виброблоков. Так как ширина вибрируемого изделия составляет 3000 мм, а длинна 12 000 мм, то конструктивно принимаем виброплощадку с одной линией (три блока в один ряд). В виброблоках каждый виброгенератор снабжен четырьмя дебалансами. Для работы виброплощадки используется один двигатель.

1. Расчет рабочих параметров виброплощадки [8, с. 7]

Масса вибрируемой бетонной смеси:

Амплитуда колебаний, частота колебаний щ=310 рад/с, количество виброгенераторов z= 6.

2. Определение массы вибрирующих частей

Масса формы:

Масса колеблющихся частей:

Приведенную массу формуемого изделия находим по формуле:

Массу вибрирующих частей определим по формуле:

.

3. Расчет дебалансов виброгенератора [8, с. 19]

Вычислим необходимый статистический момент массы дебалансов, который определим по формуле:

Необходимый статистический момент одного дебаланса рассчитываем по формуле:

где z — число виброгенераторов:

— количество дебалансов у каждого виброгенератора.

Внутренняя сила одного дебаланса находится по формуле:

Находим ориентировочный внутренний диаметр подшипников вала виброгенератора по формуле:

Определим радиус r_{д и ширину дебалансов вм по следующим соотношениям:}

Исходя из приложения [8, с. 27] и учитывая ранее найденный диаметр d_{в = 56 мм дебалансного вала, подшипник подбираем по таблице 2П [8, с. 30] подшипников качения, габаритные размеры роликового радиального подшипника: № 3612, dв= 60 мм, D= 130 мм, В1= 46 мм, С= 130 кН.}

виброгенератор дебаланс подшипник

4. Расчет подшипников качения в виброгенераторах на динамическую грузоподъёмность [8, с. 27]

При расчете эквивалентной динамической нагрузки Р используют следующую зависимость:

Где — коэффициент, учитывающий циркуляцию наружного кольца в подшипниках виброгенератора (1,2).

— коэффициент безопасности (1,1).

— коэффициент температуры (1),

Требуемую динамическую грузоподъемность С_{n определяют по формуле:}

где К_{n — находим по таблице 1П [8, с. 29] при частоте вращения вала:}

об/мин, и долговечности L_{n= 4000 часов.}

Сравним требуемую динамическую нагрузку и динамическую грузоподъёмность подшипника № 3612:

Это недопустимо, поэтому требуется подбор другого подшипника.

Возьмём подшипник № 3614 с параметрами d_в= 70 мм, D= 150 мм, В₁= 51 мм и С= .

В связи с изменением подшипника пересчитаем радиус r_д и ширину b^I дебаланса:

Рассчитываем статистический момент дебаланса толщиной b^I= 1 мм:

.

По полученным значениям r_д= 59,5 мм и М₁= 0,491 в таблице 1 [8, с. 16] находим ближайшее значение внешнего радиуса дебаланса

R_ц= 80 мм, тогда радиус окружности, описываемый крайней точкой дебаланса при его вращении, примет следующее значение:

Расстояние между осями дебалансных валов двухвального виброгенератора определим по формуле:

Принимаем А_в= 215 мм.

Схема цилиндрического дебаланса со смещенной осью

Значения величин:

R_ц= 80 мм;

R_д= 0,121 м;

r_д= 59,5 мм;

d_в= 70 мм.

5. Расчёт и проектирование упругих опор [8, с. 13]

Требуемую жесткость всех опор С определяют по формуле:

т. е.

.

В последней формуле имеем: максимальная деформация упругих опор под нагрузкой,; - минимальное из рекомендуемых соотношений собственной частоты вибросистемы и частоты вынуждающей силы. Принимаем значение суммарной жесткости опор С=, тогда фактическая максимальная деформация упругих опор принимает следующее значение:

Виброблок

В качестве упругих опор, в основном, используются винтовые цилиндрические пружины сжатия, собираемые в пакеты. Жесткость всех основных (нижних) пружин определяется как:

Определяем жесткость одной нижней пружины (основной) пружины:

где — количество нижних (основных) пружин.

При z₀ = z_в жесткость одной верхней (вспомогательной) пружины выразится:

Максимальная деформация основных пружин выразится:

где — амплитуда колебаний при переходе через резонанс, — возможная деформация пружин в период монтажа для установки всех опор в одной плоскости, обычно в одной плоскости, обычно

Определяем максимальную деформацию верхней (вспомогательной) пружины по формуле:

С другой стороны, деформация вспомогательной пружины в процессе монтажа может составить величину:

Из двух значений наибольшим является второе, поэтому принимаем

Размеры пружин определяются по таблице 2 [8, с. 16]. При этом необходимо вычислить для обеих пружин параметр А_пр, характеризующий напряжение в них при единичной нагрузке:

где [ф] = 365 МПа — предел прочности для материала пружины.

Любое значение среднего диаметра пружины D_п и диаметра прутка пружины d_п, для которых, А в таблице 2 [8, с. 16] равно найденным значениям величин А_пр или несколько меньше их, обеспечить достаточную прочность пружины, при этом, количество витков пружины должно находится в рамках z_п = 5?12.

В качестве основной пружины используем пружины следующих параметров: D_п = 60 мм, d_п = 14, А₀ = 7,64, В₀ = 1670, количество витков z_п.о. определим:

витков, Как вспомогательную пружину выбираем пружину с D_п = 30 мм,

d_п = 8 мм, А₀ = 21,5, В₀ = 1420, тогда количество витков z_п.в. определится:

витков.

Определяем диаметр стяжного болта, из расчёта на растяжение максимальным усилием, действующим на болт при ненагруженной виброплощадке, в случае регулировки высоты опоры при монтаже:

где Р_б — усилие растяжения болта,

[у] = 40 МПа — допустимое напряжение для болтов из стали Ст45.

По конструктивным соображениям принимаем диаметр стяжного болта o12.

Максимальная нагрузка на фундамент определится по формуле:

Где — жесткость всех опор

— амплитуда колебаний

6. Расчёт привода [8, с. 17]

Мощность N₁, расходуемая на преодоление сил трения в подшипниках дебалансов валов, рассчитывается так:

где f — коэффициент трения в подшипниках (f = 0,008).

— амплитуда колебаний

— внутренний диаметр подшипника вала Мощность N₂, расходуемая на преодоление сопротивления в вибрируемой бетонной смеси, опорах и конструктивных элементов, рассчитываем по формуле:

где б — угол сдвига фаз, принимаем б = 20⁰

Дополнительные затраты мощности N₃, расходуемые на преодоление сил трения в синхронизаторах, муфтах, карданных валах и др., определяем по формуле:

Суммарная мощность N определяется:

N = N₁+N₂+N₃ = 9,14+22,86+0,688 = 32,68 кВт.

Принимаем схему привода виброплощадки с одним синхронизатором и тремя виброблоками.

Схема привода рассчитываемой виброплощадки

1 — двигатель; 2 — синхронизатор; 3 — блок; 4 — карданный вал;

5 — дебаланс.

Определяем мощность электродвигателя с учетом коэффициента устойчивости работы привода (К_у = 1,25):

Выбираем двигатель асинхронный обдуваемый типа 4А200М4У3 мощностью 45 кВт и синхронной частотой вращения n_дв= 3000 об/мин по таблице 3П [8, с. 31].

Крутящий момент М_н, зубчатой передачи синхронизатора определим:

По крутящему моменту и передаваемой мощности подбираются синхронизаторы, карданные валы и муфты.

7. Расчет устройства для крепления форм [8, с, 18]

Усилие F_к, крепления формы в процессе вибрирования бетонной смеси рассчитываем по формуле:

где g — ускорение силы тяжести, м/с²; К₃ — коэффициент запаса прочности крепления, К₃ = 1,45.

— масса вибрирующих частей; - масса колеблющихся частей В качестве устройства для крепления формы обычно используются электромагниты, устанавливаемые на каждом виброблоке. Усилие одного электромагнита определяется:

Используем серийно выпускаемый магнит с усилием крепления

F_к1 = 60 кН.

Виброгенератор

1 — корпус; 2 — дебаланс; 3 — вал; 4 — подшипник; 5 — дополнительный съемный груз; 6 — болт; 7 — выступ кольцевой; 8 — шайба; 9 — пробка.

Блочная виброплощадка

1 — виброблок; 2 — карданный вал; 3 — электродвигатель; 4 — синхронизатор; 5 — рамка; 6 — опорная рама; 7 — кожух

8. Техника безопасности и охрана труда

Заводы сборного железобетона относятся к числу предприятий, на которых санитарно-гигиенические нормы и техника безопасности должны широко соблюдаться.

Хорошие санитарно-гигиенические условия труда и техника безопасности позволяют повысить производительность труда и сохраняют здоровье рабочих и служащих предприятий.

Вопросы обеспечения нормальных гигиенических и санитарных норм, а так же техника безопасности закладываются при проектировании завода. В цехах, где используются виброплощадки, должны быть приняты меры по снижению шума, т.к. это оказывает отрицательное воздействие на здоровье человека.

При работе вибрационных машин шум характеризуется уровнем шумового давления в децибелах, а вибрация виброскоростью. Звуковое давление измеряется шумомером на расстоянии 1 метра от источника шума и 1,5 метра от пола:

Виброскорость определяется по формуле: ;

Допустимый уровень шумового давления в производственных помещениях приведен в таблице 1, а допустимые виброскорости в таблице 2.

Уровень шума и вибрации на рабочих местах не должен превышать допустимые пределы, в противном случае необходимо установить звуковую и вибрационную изоляцию.

Виброплощадки устанавливают на массивные фундаменты, изолированные от пола упругими прокладками или резиновыми изоляторами. Формы обязательно крепятся к виброплощадкам акустическими кожухами.

Своевременный профилактический осмотр, ремонт и наладка виброоборудования избавляет от возможности аварийной ситуации. Рабочие должны использовать обувь на резиновой подошве из губчатой резины, противошумные наушники, рукавицы с прокладкой из пенопласта.

Таблица 1

Таблица 2

Библиографический список

1. Федоров Г. д., Иванов А. Н., Савченко А. Г. Механическое оборудование предприятий вяжущих веществ и изделий из них. — Курсовое проектирование. Харьков: Высшая школа, 1986. 200 с.

2. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т. 5-е изд., перераб. и доп. М: Машиностроение, 1978. Т.2. 559 с.

З. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т. 5-е изд., перераб. и доп. М: Машиностроение, 1978. Т.З. 557 с.

4. Вибрационные машины в строительстве строительных материалов: Справочник/ Под ред. В. А. Баумана. М: Машиностроение, 1976. 548 с.

5. Журавлев М. Н., Фоломеев А. А. Механическое оборудование предприятий вяжущих материалов и изделий на базе их. М: Высшая школа, 1983. 232 с.

6. Силенок С. Г. и др. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. М: Машино строение, 1990. 416 с.

7. Борщевский А. А., Ильин А. С. Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий. М: Высшая школа, 1987. 368 с.

8. Оборудование для формование бетонных, железобетонных конструкций и изделий / Виброплощадки/: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию по дисциплине «Механическое оборудование предприятий строительной индустрии» /Иванов. гос. архитек.-строит. академия; сост. В. И. Колобердин. Иваново, 1998. 33 с.