Смесители принудительного действия с вертикально расположенными валами применяют для приготовления бетонных и растворных смесей практически любой подвижности и жесткости. Перемешивание компонентов происходит принудительно при круговом движении лопастей в кольцевом пространстве смесительной камеры (неподвижной чаши). Они подразделяются на роторные, планетарно-роторные и турбулентные.
Преимущество – высокое качество смеси при небольшой продолжительности смешения, высокая производительность, предотвращение комкования. Оптимальное время смешения 30 …60 с, а полный цикл – 75…120 с.
Недостатки – ограничение крупности заполнителей (до 70 мм); значительное изнашивание рабочих органов (лопастей и футеровки корпуса), обусловленное более высокой скоростью их воздействия на материал; более высокая энергоемкость и себестоимость приготовления смеси.
Из смесителей принудительного действия с вертикально расположенными смесительными валами наиболее распространены цикличные роторные смесители ввиду несложности конструкции и удобства обслуживания в эксплуатации.
Роторные смесители особенно эффективны при приготовлении жестких бетонных смесей. Смесительная камера корпус – чаша, установлена на раме, перемешивание компонентов происходит при круговом движении лопастей в кольцевом пространстве чаши (рис. 5.2.1.
Рис. 5.2.1 Схема рабочего органа Рис. 5.2.2 Схема к расчету усилий роторного смесителя действующих на лопатки смесителя
В планетарно-роторном смесителе (рис. 5.2.3) применен планетарный привод с дополнительными смешивающими лопастями, вращающимися в направлении, противоположном вращению ротора (круговому движению лопастей). В них создается высокая интенсивность протекания процесса перемешивания. Они особенно эффективны при смешивании многорецептурных смесей.
Рис. 5.2.3 Схема работы роторного Рис. 5.2.4 Схема к расчету силы трения
Бетоносмесителя с планетарным смеси о днище смесителя движением лопаток
К параметрам, характеризующим рабочий процесс смесителей и эффективность их работы, относятся: оптимальная частота вращения приводного вала, скорость движения лопастей, которая должна быть такой, чтобы осуществлялось интенсивное смешение без проявления сегретации компонентов, вызываемой излишне высокой скоростью, производительность и мощность привода машины.
Задача №1
Произвести расчет основных параметров и показателей роторного бетоносмесителя по исходным данным таблицы 5.2.1.
Таблица 5.2.1
Исходные данные
№№ вариантов | |||||||||||||||
Вместимость по загрузке Vо,102, л | 1,5 | 2,5 | 3,5 | 4,5 | 5,5 | 6,5 | 7,5 | ||||||||
Высота слоя смеси в чаше h с 10-2, м | |||||||||||||||
Полное время цикла t ц, с | 1 110 |
Решение:
Расчеты начинают с определения геометрических размеров и кинематических факторов смесителя.
1. Определяем максимальный диаметр чаши (м)
__________
Dч = √ 4Vо/ (πhс),
где Vо – вместимость по загрузке, м3;
hс – высота слоя смеси в чаше, м (табл. 5.2.1).
2. Определяем средний радиус кольцевого пространства чаши Rср.ч и диаметр внутреннего стакана d (м)
Rср ≈ d ≈ 0,33 Dч.
3. Определяем частоту вращения ротора (с-1)
____
nр = (0,35 … 0,65)√ Rч,
где Rч – радиус чаши, м.
4. Определяем среднюю окружную скорость движения лопастей, м / с
υср = 2/3 (ω Rср),
где ω – угловая скорость лопастей, с-1, (ω = π nр). Для роторных смесителей рациональный диапазон скоростей движения лопастей находится в интервале 2,2 … 2,6 м/с.
5. Определяем необходимую активную площадь (м2) лопастей смесительного аппарата
Sа = λVс / υср, = λVо kв / υср
где υср – средняя окружная скорость движения лопастей (на среднем радиусе чаши Rср), м/с;
λ – критерий эффективности смешивающего аппарата. По физическому смыслу этот критерий показывает, сколько раз объем смеси, находящейся в барабане, перелопачивается за 1 с. Для роторных смесителей λ = 0,5 … 0,6 с-1;
Vс – объем готового замеса, м3;
kв – коэффициент выхода смеси, для бетонной смеси kв = 0,65 … 0,70, для раствора kв = 0,75 … 0,85;
k и – коэффициент использования смесителя по времени k и = 0,85 … 0,9.
6. Определяем производительность (м3/ч) роторных смесителей цикличного действия
П = Vз z 3 k в k и / 1000,
где Vз – вместимость смесителя по загрузке л (табл. 5.2.1);
z 3 – число замесов в час; z 3 = 3600 / tц, Здесь tц = (t1+ t2+ t3+ t4) – полное время цикла, с (табл.5.2.1);
t1, t2, t3 , t4 – продолжительность. соответственно, загрузки, смешения, выгрузки и закрытия затвора, с. Оптимальное время смешения t2, = 30 … 60 с, а полный цикл – tц = 75…120 с;
kв – коэффициент выхода смеси, для бетонной смеси kв = 0,65 … 0,70, для раствора kв = 0,75 … 0,85;
k и – коэффициент использования смесителя по времени k и = 0,85 … 0,9.
7. Мощность (кВт) электродвигателя привода ротора смесителя
N = р Sа Rсрω / (1000 η),
где р – удельное сопротивление вращению лопастей, Па. При приготовлении строительного раствора р = 25000…30000; легких бетонов р = 20000…25000; тяжелых бетонов р = 70000…75000Па.
Контрольные вопросы:
1. Для приготовления, каких смесей применяют смесители принудительного действия?
2. Укажите основные преимущества и недостатки смесителей принудительного действия.
3. Объясните физическую сущность критерия эффективности смешивающего аппарата.
4. В чем отличие объема готового замеса и объема по загрузке смесителя?
5. Укажите рациональный диапазон скоростей движения лопастей роторных смесителей.
Список литературы:
1. Волков Д.П. Строительные машины и средства малой механизации. – М.: «Академ», 2006. – 416 с.
2. Волков Д.П., Крикун В.Я. Строительные машины. - М.: «Изд. АСВ», 2002. - 376 с.
3. Дорожно-строительные машины и комплексы. Под общ. ред. В.И. Баловнева. – Омск.: «Изд. СибАДИ», 2001. – 528 с. 4.Кудрявцев Е.М. Комплексная механизация строительства. – М.: «Изд. АСВ», 2005.–416 с. 5. Крикун В.Я. Строительные машины. – М.: «Изд. АСВ», 2005. – 314 с. 6. Домбровский Н.Г. и др. Строительные машины. – М.: «Изд. АСВ», 2002.– 528 с. 7. «Современная техника в строительстве». Журнал. – № 1– 12, 2006, 2007 гг.