Строительные машины и оборудование (сергеев)



Скачать книгу бесплатно!

0  

...подождите пожалуйста, добавляется отзыв...


--------------- page: ; remove-txt -----------

--------------- page: 1 -----------
£CG
№K-3fr6=5-
C32
У^К 60' -62raJ--
Рецензенты:
кафедра строительных и дорожных машин Саратовского

политехнического института (зав. кафедрой канд. техн. наук, доц. Ю. М. Трушин);
д-р техн. наук, проф. М. Ф. Страмоус (кафедра строительных и дорожных машин и оборудования Московского

института инженеров железнодорожного транспорта).
■в' чнал

мая
Шёсш o ajiiw ш а Р6ФСТ
Сергеев В. П.
С32
для вузов по спец. «Строит, машины и оборудование».— М.: Высш. шк., 1987. — 376 с.: ил.
В учебнике приводятся основные типы строительных машин

общего назначения, конструктивные схемы и расчет дробильных,

сортировочных, смесительных машнн, оборудование для изготовления железобетонных изделий, свайных работ; вибрационные, отделочные машины, а также ручной механизированный инструмент.
3204000000—057 _
001(01)—87 235—87
© Издательство «Высшая школа», 1987
--------------- page: 2 -----------
ПРЕДИСЛОВИЕ
Одним из основных путей совершенствования капитального строительства является комплексная механизация строительных и монтажных работ. Освоение производства комплексов машин, механизмов, инструмента и другой продукции, необходимых для

комплексной механизации строительных процессов, во многом

зависит от уровня подготовки приходящих на производство выпускников высших учебных заведений. Материал учебника призван помочь студентам получить сведения о конструкциях, теории

рабочих процессов, методах расчета технологических и конструктивных параметров, нагрузок, действующих в элементах машин

для измельчения и сортировки строительных материалов; для

приготовления, транспортирования, укладки и уплотнения бетонных и растворных смесей; машин и оборудования для свайных и

отделочных работ; ручных машин; изучить вопросы автоматизации

производственных процессов на дробильно-сортировочных и бетонорастворосмесительных заводах и установках, а также вопросы

охраны труда и защиты окружающей среды.
Разделы I, II, IV, V и VI написаны канд. техн. наук, доц.

В. П. Сергеевым; раздел III—канд. техн. наук, доц. В. Д. Мартыновым; гл. 18 раздела IV — канд. техн. наук, ДОЦ. П. И. Новосельским.
Автор выражает глубокую благодарность проф., д-ру техн.

наук М. Ф. Страмоусу и коллективу кафедры строительных и

дорожных машин Саратовского политехнического института (зав.

кафедрой доц., канд. техн. наук Ю. М. Трушин) за полезные замечания, сделанные при рецензировании рукописи.
Отзывы и замечания о книге направлять в адрес издательства

«Высшая школа».
Автор
--------------- page: 3 -----------
ВВЕДЕНИЕ
В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года, принятых на XXVII съезде КПСС, указано на необходимость

в строительном, дорожном и коммунальном машиностроении

создать и освоить выпуск высокопроизводительных машин для

комплексной механизации основных работ на всех стадиях строительного производства. Это требует ускоренного развития строительного машиностроения — освоения выпуска новой техники и

обновления производства на основе его технического перевооружения. Основными направлениями совершенствования строительных машин и оборудования в современных условиях являются:

создание систем и комплексов машин и оборудования с учетом

перспективной технологии строительства; комплексной механизации и автоматизации производственных процессов; создание и

освоение высокопроизводительных машин повышенной единичной

мощности для работы в районах с низкими отрицательными температурами; расширение применения гидропривода и управления

с применением гидрооборудования высокого давления; повышение

универсальности машин за счет перехода на специальные шасси;

расширение номенклатуры сменных рабочих органов; широкое

использование при создании новой техники модульного конструирования на основе унифицированных узлов и агрегатов общего

применения; создание автоматизированных и роботизированных

машин, комплексов и комплектов оборудования на базе электронной, микропроцессорной и лазерной техники; обеспечение комфортных условий для операторов путем повышения безопасности

и улучшения показателей эргономики.
В настоящее время в нашей стране выпускается более двух

тысяч наименований машин и оборудования, в том числе высокопроизводительные щековые, конусные, молотковые и роторные

дробилки, мощные сборно-разборные автоматизированные дробильные линии, принудительные смесители роторного и планетарно-роторного типов, гравитационные и автобетоносмесители, поршневые бетононасосы с гидравлическйм приводом, быстроходные

свайные дизель-молоты, гидромолоты простого и двойного действия, штукатурные станции и агрегаты с одновинтовыми насосами, окрасочные агрегаты гидродинамического (безвоздушного)

распыления, ручные машины многоцелевого применения с электронным регулированием скорости и др.
4
--------------- page: 4 -----------
От инженера-механика, как создателя современных строительных машин, механизмов, инструмента и другой продукции, позволяющих значительно повысить технический уровень строительного

производства, требуется знание рабочих процессов, конструкций и:

методов расчета машин и оборудования, что обеспечит существенное улучшение комплексной механизации строительных и монтажных работ.
Общие сведения о строительных машинах.
Классификация машин
Применяемое в строительстве машины и механизмы классифицируются по следующим признакам:
по роду выполняемой работы — для измельчения и сортировки

нерудных материалов; приготовления и транспортирования бетонных и растворных смесей; производства железобетонных изделий

и конструкций; уплотнения бетонных смесей; для свайных работ;

отделочных работ; ручные для монтажно-сборочных работ. Каждая

группа строительных машин разделяется на подгруппы, объединяющие машины в пределах более узкого объема выполняемых ими

работ (например, машины для измельчения нерудных материалов

делятся на дробилки и мельницы). Подгруппа объединяет машины отдельных типов, различающихся между собой (например, дробилки делятся на щековые, конусные, валковые и ударного действия. Тип машин имеет несколько моделей, сходных по конструкции,

но различающихся вместимостью рабочего органа, габаритами и

массой, производительностью, мощностью силовой установки и другими данными;
по режиму работы — машины периодического (цикличного) и

непрерывного действия. К первым относятся, например, щековые

дробилки, ко вторым — конусные, валковые и ударного действия;

по роду используемой энергии и виду силового- оборудования —

с приводом от двигателей внутреннего сгорания, электрических, гидравлических, пневматических, а также паровых двигателей. Существуют также строительные машины со смешанными системами

привода: дизель-электрической, дизель-гидравлической, электро-

пневматической и т. д.; по степени подвижности — стационарные,

переносные и передвижные (прицепные и самоходные); по степени

универсальности — универсальные, снабжаемые несколькими видами сменного рабочего оборудования для выполнения различных

технологических операций, и специализированные, предназначенные для выполнения только одного вида работ.
Технико-экономические показатели машин

и эффективность их применения
Производительность машины является основным технико-эксплуатационным показателем, определяемым; количеством продукции,

вырабатываемой машиной в единицу времени (обычно за I ч).
5
--------------- page: 5 -----------
Различают три категории производительности машин: конструктивную (теоретическую), техническую и эксплуатационную.
Конструктивная производительность машины Пк — максимально возможная производительность при условии, что все

факторы, связанные с потерей времени или материала в течение

рабочего цикла, отсутствуют.
Производительность машины периодического действия (м3/ч

или т/ч)
Пк—qti, или Пк=7«1р,

где q — расчетное количество продукции, выдаваемой машиной за

один цикл работы, м3 или т; п — число циклов работы машины в

час (п=3600/?ц, где —продолжительность цикла, с); р — плотность продукции (материала), т/м3.
Производительность машин непрерывного действия (м3/ч или

т/ч)
Пк=3600/7^ или Пк=360077Ур,

где F — расчетное поперечное сечение потока продукции, м2; v —

расчетная скорость движения потока, м/с.
Техническая производительность Пт — максимально возможная производительность, которая может быть достигнута в

данных конкретных производственных условиях при непрерывной

работе машины:
Пт=ПкКт,
где Кт — коэффициент, учитывающий конкретные условия работы

(неполное использование вместимости рабочего органа из-за потерь или разрыхленности материала и т. д.).
Эксплуатационная производительность Пэ определяется

с учетом потерь времени из-за перерывов в работе, связанных с механическим обслуживанием машины, с подготовкой ее к работе

и т. п.:
Пз=Пт/Св,
где Кв — коэффициент использования машины по времени (Кв=

= (Гс—Б^п)/Гс, где Тс — полное время работы машины за смену, ч;

tn — время перерывов в работе машины за смену, ч).
Удельные материалоемкость и энергоемкость машины представляют собой соответственно отношение массы машины и мощности ее силовой установки к единице часовой технической производительности или к ее главному параметру (вместимость рабочего

органа, грузоподъемность и т. п.).
Трудоемкость механизированного процесса представляет собой

отношение затрат труда на управление, техническое обслуживание

и другие операции, необходимые для бесперебойной работы машин,

к годовому объему работ, выполняемых машиной или комплектом

машин.
Эффективность применения строительных машин и оборудования оценивается системой показателей, которые подразделяются
6
--------------- page: 6 -----------
на основные и дополнительные. Основными показателями для

оценки экономической эффективности применения строительных

м,ашин являются: себестоимость механизированных работ или продукции механизированного процесса; капитальные вложения в

средства механизации; трудоемкость механизированных работ;

продолжительность выполнения механизированных работ. Дополнительные показатели подразделяют на общие и частные. Общие дополнительные показатели используют при оценке эффективности любых строительных машин, независимо от их конструкции

и назначения. К ним относятся: расход электроэнергии, топлива и

металла на единицу продукции или работ, выполняемых машиной

или комплектом машин; удельные показатели массы, металлоемкости, определяемые на единицу часовой производительности; годовая производительность машины (комплекта машин) и их выработка на одного оператора за смену; срок службы и возраст машин

и др. К этим показателям относят также степень улучшения условий труда оператора, степень универсальности и мобильности машин и др.
Перечень и характер частных показателей определяются конструкцией рассматриваемой машины, принципом ее действия, типом

силового оборудования, областью применения машины и т. п.
Основные требования, предъявляемые к машинам
Каждая машина должна отвечать комплексу требований, важнейшими из которых являются: высокая производительность при необходимом качестве выполняемых операций; надежность и долговечность сборочных единиц и агрегатов; высокий уровень унификации и стандартизации; безопасность и комфортность работы оператора; техническая эстетика.
Степень совершенства строительных машин и оборудования определяется техническим уровнем и качеством изделий.

Под техническим уровнем; подразумевается изменение основных

параметров или технических показателей машины по сравнению

с теми же параметрами машины, принятыми за эталон. Основным

критерием технического уровня машины является ее способность

обеспечить высокое качество и необходимую производительность

выполняемых работ при сравнительно небольшой их стоимости.

При оценке качества строительных машин рассматривается совокупность их свойств, обусловливающих пригодность удовлетворить

определенные потребности в соответствии с назначением. Эти свойства характеризуются техническими, эконом,ическими, эксплуатационными, эргономическими и художественно-эстетическими показателями. Некоторые из этих показателей замеряются непосредственно на машинах, а отдельные (удобство управления, безопасность, комфорт, конструктивно-художественное решение элементов

машины) — с помощью экспертных опросов и балльных оценок.
7
--------------- page: 7 -----------
Под надежностью изделий понимают их свойство

выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных техническими условиями пределах. Надежность изделий является комплексным показателем, и характеризуется работоспособностью, безотказностью, долговечностью и др.
Работоспособность — это состояние изделия, при котором оно может выполнять заданные функции при установленных

параметрах функционирования. Свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния называется долговечностью. Последняя измеряется календарной продолжительностью (ч) эксплуатации изделия, установленной техническими условиями. Фактическое время работы изделия до предельного состояния определяется ресурсом. Понятие, обратное работоспособности, — отказ. Он определяет неспособность изделия выполнять в

заданных пределах свои функции в результате поломки, нарушения

системы управления и т. д. По степени тяжести отказы могут быть

частичными, когда эксплуатационные характеристики выходят за

пределы, установленные техническими условиями, но изделие еще

может выполнять свои функции, и полными, когда функционирование изделия оказывается невозможным. Основные причины, вызывающие отказ, следующие: несовершенство проектно-конструктор-

ских решений (недостаточная прочность машины, повышенный износ, несоответствие уровня шумов и вибраций установленным нормам); производственные дефекты (низкое качество изготовления

машины, ошибки в монтаже электрической схемы, некачественная

сварка и т. д.); неправильная эксплуатация (нагрузка машины

выше допустимых пределов, работа на режимах, не предусмотренных техническими условиями).
Основными комплексными показателями надежности являются

коэффициент технического использования, равный отношению времени наработки изделия на некоторый период эксплуатации к суммарному времени наработки, включающему простои в ремонте и на

техническом обслуживании за тот же период эксплуатации; коэффициент готовности, определяющий вероятность того, что машина

будет работоспособной в произвольно выбранный момент в промежутках между выполнением плановых технических обслуживаний.
Многие показатели теории надежности машин выражаются

терминами математической вероятности, так как нельзя точно рассчитать срок службы машины или момент наступления отказов из-за

случайного характера событий, вызывающих их. Однако на основании опытов можно определить вероятность безотказной работы

машины или вероятное число отказов в течение определенного отрезка времени. Вероятность безотказной работы машины в целом

зависит от вероятностей безотказной работы ее отдельных элементов:
Р{Ц=Р^).Р2{Ц ...Pn(t).
8
--------------- page: 8 -----------
Повышение надежности машины находится в зависимости от

экономической целесообразности мероприятий, направленных на

достижение этой цели. Устанавливая уровень надежности и способы его обеспечения, следует исходить из назначения и стоимости

машины, условий ее работы, экономдчески оправданного срока

службы.
Большое значение для улучшения качества машин и удешевления их производства имеют стандартизация и унификация. Основной целью стандартизации является установка уровня норм и требований при проектировании, изготовлении и эксплуатации машин

и оборудования. Существующие стандарты регламентируют: терминологию, обозначение и правила выполнения рабочих чертежей;

методы расчета; габаритные и присоединительные размеры деталей; состав и свойства применяемых материалов; содержание технологических процессов, параметры оборудования и контрольноизмерительного инструмента; методы испытаний и оценки основных

показателей мдшины; правила и нормы эксплуатации машин.
Унификация позволяет рационально сокращать многообразие

типов конструкций, материалов, технологических процессов изготовления, размеров и других параметров машин одинакового функционального назначения. На стадии . проектирования унификация

позволяет использовать уже готовые чертежи отдельных деталей

или сборочных единиц, что значительно сокращает сроки проектирования и изготовления машин. Уровни стандартизации и унификации машин определяются отношением числа стандартизованных

или унифицированных деталей к общему числу деталей в данной

машине и должны быть достаточно высокими.
На базе унификации развивается процесс агрегатирования —

компоновки машин из унифицированных деталей, сборочных единиц и агрегатов различных типоразмеров. Разработанные на основе одной базовой машины остальные м,ашины данного ряда (модификации базовой машины) отличаются от нее лишь значениями

главного параметра (размер или объем рабочего органа, мощность

двигателя и др.) и незначительными конструктивными изменениями отдельных частей".
Тяжелые режимы работы строительных машин, повышенные

скорости и резко возросшие нагрузки, действующие на их рабочие

органы, требуют обеспечения безопасности работы операторов.

С этой целью добиваются снижения уровня шумов и вибраций в кабинах и на рабочих местах обслуживающего персонала путем применения шум,опоглощающих материалов, повышения точности и

чистоты обработки соприкасающихся деталей, устранения люфтов

и свободного хода в механизмах, амортизации колеблющихся элементов машин, заменой механических элементов системы управления гидравлическими и т. п. Защита операторов от вредных влияний окружающей среды и возможного травматизма в аварийных

ситуациях обеспечивается также конструктивными решениями ра9
--------------- page: 9 -----------
бочих органов и расположением органов управления в кабине машины, окраской машины, освещенностью и обзорностью из кабины

оператора и т. д.
Основы проектирования машин
Развитие техники в целом и строительных машин и оборудования

в частности подчиняется строгим закономерностям. Вначале, в течение длительного времени (15 ... 30 лет) происходит количественное изменение параметров машины — увеличиваются объем и размеры рабочего органа, повышается мощность двигателя, возрастают точность и качество обработки применяемых материалов и т. п.

При исчерпывании возможностей количественного изменения параметров м,ашины происходит качественный скачок — появляются

принципиально новые конструкции машин и оборудования, отличающиеся и принципом действия, и новой схемой выполняемого ими

технологического процесса.
Длительный период эволюционного развития машин позволяет

делать достаточно достоверные прогнозы развития техники. Как

правило, зависимости между параметрами машин носят вероятностный характер. Это объясняется, с одной стороны, сложностью

современных технических систем и невозможностью из-за этого

учесть действие многих переменных факторов, а с другой — тем,

что некоторые из этих факторов носят случайный характер.
Существуют разные м,етоды и приемы вероятностной оценки будущей техники (экспертиза, экстраполяция, математическое моделирование). Математическими моделями обычно служат корреляционные или регрессионные уравнения, получаемые на основе статистического анализа исходных данных (технические характеристики машины отечественного и зарубежного производства, заявки на

изобретения, публикации и другие источники). На основании обработки исходных данных строятся математические модели, устанавливающие статистические связи между отдельными параметрами машин и позволяющие найти числовые значения основных параметров будущих м,оделей машин по одному из ее главных (основных) параметров (размер или объем рабочего органа, мощность

привода, масса).
Разработка высокоэффективных машин, структурное и функциональное усложнение технических систем, повышающиеся требования к надежности и качеству проектируемых строительных машин,

необходимость сокращения сроков разработки требуют широкого

использования методов и средств автоматизации исследовательских

и проектно-конструкторских работ. Применение ЭВМ, микропроцессоров, терминальных устройств для ввода — вывода чертежнографической информации, специального математического обеспечения, объединенных в системы автоматического проектирования,

позволяет повысить производительность труда конструктора.
Система автоматического проектирования (САПР) представ10
--------------- page: 10 -----------
ляет собой организационно-техническую систему, состоящую из

комплекса средств автоматизации, проектирования, взаимосвязанного с проектными подразделениями организации — функциональными подсистемами, и выполняющая автоматизированное проектирование с участием проектировщика. Структура САПР содержит

функциональную и обеспечивающую части. Функциональная часть

САПР состоит из набора подсистем, удовлетворяющих поставленным, целям проектирования (техническая подготовка производства,

моделирование, информационный поиск, инженерные расчеты, машинная графика и др.). Перечень подсистем функциональной части

может изменяться в процессе развития системы.
Обеспечивающая часть САПР состоит из стабильного набора

подсистем, к которым относятся: 1) методическое обеспечение, которое включает документы, обеспечивающие методологию проектирования изделий машиностроения в соответствующих подсистемах САПР (методические основы, теории, методы, способы, терминология, нормативы и др.); 2) информационное и лингвистическое

обеспечение. Его компонентами являются информационно-поисковые языки и документы, содержащие описание стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов

комплектующих изделий, материалов, чертежей и т. п., а также массивы и базы данных на машинных носителях; 3) математическое и

программное обеспечение, в которое входят средства для описания

программ проектирования, математические м,одели, алгоритмические языки для описания объектов автоматизации, алгоритмы, тексты программ, программы на машинных носителях. Математическое обеспечение может быть системным (операционные системы,

алгоритмические языки, трансляторы и др.), проблемно-ориентированным, (расчеты, оптимизация, обработка данных эксперимента

и др.); 4) техническое обеспечение, компонентами которого являются устройства вычислительной и организационной техники, средства

-передачи данных, измерительные и другие устройства, обеспечивающие функционирование подсистем САПР; 5) организационное

обеспечение, т. е. положения, инструкции, приказы, штатные расписания, графики работ, квалификационные требования, методические, руководящие и другие документы, обеспечивающие взаимодействие подразделений и подсистем при создании, эксплуатации и

развития САПР. Таким образом, из рассмотренного следует, что

вести проектирование в САПР специалист должен, во-первых, базируясь на системном подходе, и, во-вторых, используя автоматизированный режим, где присутствие человека-проектировщика

обязательно.
Эффективное использование современных методов расчета, вычислительной техники и средств автоматизированного проектирования позволяет более полно оценить все факторы, влияющие на рабочий процесс м,ашины, и спроектировать в кратчайшие сроки оптимальный вариант ее конструкции.
11
--------------- page: 11 -----------
Раздел первый
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

НЕРУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
1.1.
Измельчением называется процесс последовательного сокращения

размеров кусков твердых тел под действием внешних сил от первоначальной (исходной) крупности до требуемой. Процесс измельчения материалов может иметь как самостоятельное значение (получение щебня, порошковых материалов), так и подготовительный характер (производство полуфабрикатов при получении цемента). Основным сырьем для получения нерудных строительных материалов являются горные породы (рис. 1.11). Эффективность процесса измельчения во многом определяется физикомеханическими свойствами разрушаемых горных пород (прочностью, хрупкостью, абразивностью и Др.).
Прочность горной породы — это способность ее сопротивляться разрушению при воздействии внешних нагрузок. Количественными показателями прочности являются пределы сопротивления

разрушению породы при сжатии — осж и растяжении — 0Р> определяемые экспериментально путем разрушения на прессах образцов диаметром 40 ... 50 мм: аСЖ(р)=Р/S, где сгСж(р) — предел

прочности породы при сжатии (растяжении), МПа; Р — разрушающее усилие, МН; 5 — площадь поперечного сечения образца, м2.

Для получения точных данных о пределе прочности испытанию

подвергаются не менее пяти образцов и по результатам испытания берется среднеарифметическое значение результатов. По

прочности горные породы подразделяют на особо прочные (более 250 МПа), прочные (150 ... 250 МПа)', средней прочности

(80 ... 150 МПа) и малой прочности (до 80 МПа).
Хрупкость горной породы — способность разрушаться без заметных пластических деформаций. Количественным показателем

хрупкости является число ударов, выдерживаемых образцом до

разрушения. Испытание породы на хрупкость производится на

специальном стенде (копре) путем сбрасывания на образец гири

массой 2 кг, падающей каждый раз с высоты, превышающей на

1 см предыдущую. По хрупкости горные породы разделяются на

очень хрупкие (до 20 ударов), хрупкие (2 ... 5), вязкие (5 ... 10),

очень вязкие (свыше 10 ударов).
12
--------------- page: 12 -----------
Рис. 1.1. Классификация горных пород
Абразивность горной породы — способность изнашивать рабочие органы машин в результате режущего и царапающего действия. Количественным показателем абразивности является износ

(в граммах) рабочих органов специального прибора, на котором

производится испытание, отнесенный к 1 т измельченного материала горной породы. По абразивности горные породы разделяют

на высокоабразивные (65 ... 100 г/т), абразивные (8 ... 65 г/т),

малоабразивные (1 ... 8 г/т) и неабразивные (<1 г/т).
1.2.
Процесс измельчения характеризуется крупностью исходного материала, поступающего на измельчение, крупностью и зерновым

составом продукта измельчения и степенью измельчения. Крупность каждого куска смеси характеризуется его линейными размерами: длиной I, шириной b и толщиной с, а также диаметром d.

Он может равняться среднеарифметическому значению длины,

ширины и толщины куска, т. е. d— (а-\-Ь + с) /3, среднегеометрическому значению этих величин, т. e.d=\^abc, или диаметру окружности, описанной вокруг ширины и толщины куска
--------------- page: 13 -----------
Крупность масеы горной шзроды, поступающей на измельчение, зависит от процентного содержания в ней кусков различного размера, т. е. от ее зерцового состава.

Зерновой состав массы может определяться по ее поверхности путем использования

планограмм и фотопланбграмм, по кото-

Рис. 1.2. График зер- рым определяется суммарная площадь, за-

нового состава гото- нимаемая кусками различной крупности,

вого продукта
занимаемая кусками определенного размера, принимается равной относительному содержанию кусков той

же крупности в горной массе. Тогда крупность исходной массы

будет характеризоваться средневзвешенным размером (м)
£*св—(Д?1у1~{-й?2'У2-{- ••• -\-dnYn)/НОО,
где du d2, dn — крупность кусков, м; 71, у2, уп — содержание

этих кусков в горной массе, %.
Зерновой состав продукта измельчения определяется рассевом

материала на наборе сит с круглыми отверстиями, шаг которых

равен 5 мм при £>шах=40 мм и 10 мм при DmaK=l00 мм. Масса

материала (кг), подвергаемого рассеву, связана с наибольшим

размером кусков а?тах зависимостью Map=0,02d2max-{-0,5dmax.

В результате рассева материал разделяется на классы, каждый

из которых взвешивается, после чего определяется его процентное содержание в общей массе продукта. Для получения более

точных результатов рассев производят несколько раз и затем

определяют среднеарифметические значения одномерных классов.

По полученным выражениям строят кривую зернового состава

(рис. 1.2). По оси абсцисс откладывают размер отверстий сит, по

оси ординат — содержание материала, крупнее данного диаметра.
По крупности исходного материала D и продукта измельчения

d различают следующие виды измельчения:
Дробление:
D, мм
d, мм
крупное . . . .

среднее ....

мелкое ....
1200..
300..
100..
.1500
.100
.30
100...300
30...100

5...30
Помол:
грубый ....

тонкий ....

сверхтонкий . .
30...5

5...0,1

менее 0,1
5...0,1

0,1...0,05

менее 0,05
Степень измельчения материала i представляет собой отношение размера кусков исходного материала к размеру кусков продукта измельчения:
i=D/d,
--------------- page: 14 -----------
причем величинами Dad могут быть как максимальные размеры куско^, так и средневзвешенные размеры исходного материала и продукта измельчения — DCB и dCB. В последнем случае

значения i поручаются наиболее точными. Степень измельчения

изменяется в Широких пределах: при дроблении — от 3 до 20, а

при помоле достигает 1000.
1.3.
Горные породы, подвергаемые измельчению, представляют собой

сложные полиминеральные среды, в которых зерна отдельных минералов связаны между собой силами сцепления. Различают два

вида сил сцепления — силы, действующие внутри зерен (внутря-

кристаллические), и силы, действующие между зернами (меж-

кристаллические). Наибольшее влияние на эффективность измельчения оказывает вторая группа сил, так как разрушение отдельных кусков происходит по наиболее слабым местам — плоскостям

спайности. Значение этих сил определяется разнообразными факторами и не поддается точному определению. Кроме того, энергоемкость процесса измельчения в дробильных машинах зависит

от размеров, формы и однородности кусков, их физико-механических свойств, влажности и т. д. Поэтому конечной целью теоретических исследований процессов измельчения является получение

(в общем виде) зависимостей между расходуемой энергией и отдельными характеристиками измельчаемого материала.
Наиболее известными гипотезами, устанавливающими такие зависимости, являются теории дробления Риттингера и Кирпичева —

Кика. Теория Риттингера (1867) устанавливает взаимосвязь между работой, затраченной на измельчение материала, и вновь образованной при этом поверхностью кусков, т. е.
A=kAS,
где А — работа, затраченная на измельчение, Н-м, & —коэффициент пропорциональности, Н/м; AS— величина вновь образованной поверхности, м2.
Экспериментального подтверждения данной гипотезы Риттин-

гер не привел, но предложил методику определения величины

вновь образованной поверхности. С этой целью измельчению подвергались куски кубической формы, разрушение которых происходило по взаимно перпендикулярным плоскостям. Обозначив

длину ребра исходного куска через D и степень измельчения через 1, получим: при ц = 2 (рис. 1.3,а) кусок разделяется тремя

взаимно перпендикулярными плоскостями. В результате деления

получится 23=8 кубиков. Следовательно, вновь образованная поверхность AS=8-6(D/2)2—6D2=6D2 и может быть записана в

виде AS=6D2(и—1). Работа измельчения Ai—k&D2(ii—11) =

=k\{i\—I), при t=3 (рис. 1.3,6) кусок разделяется шестью взаимно перпендикулярными плоскостями. В результате деления по15
--------------- page: 15 -----------
лучается 33=27 кубиков. Следовательно, вновь образованная поверхность A5=6(D/3)2-27—6D2= 12D2 и может быть записана

в виде AS=6D2 (3— 1) =GD2 (i2—1). Работа измельйения А2 =

= k6D2(i2—l)=ki(i2—1). Следовательно, при степенях измельчения in и im An=ki(in—\)\ Am—ki(im—И). Отсюда
An/Am=={in—l)/(bn !)•
а)
! К
1
1
1
--Ч—
—V.
N
V—■
—I
s* —!
41
- V-
—V

Рис. 1.3. Схема разрушения куска по теории

Риттингера:

а — при (=2; б — при I—3
Прй больших степенях Измельчения (i>l)

получим An/Am^in/im-

При измельчении объема

материала V (м3) в кусках, средневзвешенный

размер которых DCB, число таких кусков равно

V/D3св. Учитывая, что на

разрушение одного куска

затрачивается работа
A = 6kD2cB(i—1), на измельчение V (м3) материала потребуется

работа A=6kD2CB(i— \)/V1) V/DCB. Приняв плотность материала равной р (кг/м3)', на разрушение материала массой т (кг) затратится работа
6k I — 1
А =-
Dc
т.
Обозначив 6k/p через получим зависимость, выражающую

гипотезу Риттингера:
A=kR(i—l)m/DCB.
В этой зависимости затруднено определение лишь коэффициента

пропорциональности kR, что снижает ее практическое значение.
Теория Кирпичева— Кика устанавливает зависимость между

расходуемой на измельчение работой А и объемом V (массой т)

разрушаемых тел.
В 1874 г. проф. В. JI. Кирпичев впервые сформулировал закон

подобия для тел, находящихся в упругом состоянии, согласно которому
А х/А 2 = Vj/ V2=m,/m2.
В 11885 г. проф. Кик опубликовал работу, в которой закон подобия В. JI. Кирпичева был распространен на область пластических деформаций хрупких материалов, что вполне допустимо. Согласно ей работа, затрачиваемая на измельчение, A=a2V/(2E),

где а — напряжение, возникающее при разрушении материала,

Н/м2; V — объем измельчаемого куска, м3; Е — модуль упругости, Н/м2.
Учитывая, что физико-механические свойства конкретного материала являются величиной постоянной, закон^Кирпичева — Кика

16 /
--------------- page: 16 -----------
может быть записан в следующем виде:
A=kV.
Согласно1этому закону работа измельчения одного куска кубической фо^мы с длиной ребра D равна A = kD3. При измельчении материала массой т и плотностью р в кусках крупностью

£>св методика определения работы разрушения аналогична рассмотренной ранее в теории Риттингера. Следовательно, А =

= kD2CBm/(pD3CB)y=km/p=kV.
Ввиду того что k/p для данного материала является величиной постоянной,
A=k\tn.
Общим недостатком рассмотренных теорий является то, что

каждая из них учитывает лишь часть затрачиваемой в процессе

измельчения энергии: первая — на непосредственное образование

новых поверхностей, возникающих за пределом упругости (пластичности); вторая —на упругую деформацию измельчаемого материала. Поэтому в последующем было распространено мнение,

что каждая из гипотез справедлива для различных стадий измельчения: теория Риттингера не учитывает затрат энергии нз

упругую деформацию материала и поэтому справедлива для процесса помола, где происходит интенсивное образование новых поверхностей; наоборот, теория . Кирпичева — Кика предполагает,

что основная часть работы измельчения затрачивается на упругую

деформацию материала, происходящую при дроблении.
Эти теории дополняют друг друга, так как в реальном процессе измельчения горных пород одновременно происходят процессы деформации материала и образования новых поверхностей,

В 1940 г. П. А. Ребиндер предложил формулу расхода энергии

при измельчении материала, которая объединяет рассмотренные

выше теории:
A—kiAV-\-k2hS,
где k\ и k-г — коэффициенты пропорциональности; ДУ — объем де формированного материала; А5 — вновь образованная поверхность. Недостатком данной формулы является отсутствие методики определения коэффициентов k\ и fe2.
В 1951 г. Ф. Бонд выдвинул гипотезу процесса измельчения,

в которой математически объединил теорию Риттингера и Кирпичева — Кика. Согласно Ф. Бонду, работа, необходимая для

измельчения т (кг) материала со средней крупностью Dcp до

средней крупности готового продукта dcр, выражается формулой
A=kb{\fVd^—\[\fD^)m,
где kb — коэффициент пропорциональности.
В последующем зависимость Ф. Бонда была преобразована
А.
A=kpin~lm/Dcpn~l.
2—5258 г-=
Государственная
ная
яяешесш бибакитека Р6ФСР

--------------- page: 17 -----------
Подставляя в эту зависимость значения я, равные 2; 1,5 и 1.

можно получить выражения законов Риттингера, Бойда и Кир-

пичева — Кика соответственно.
Анализируя рассмотренные гипотезы, следует обметить, что

ни одна из них не является универсальной: одни учитывают расход энергии на преодоление упругих деформаций в материале

(гипотеза Кирпичева— Кика), другие увязывают расход энергии

с конечными результатами процесса — степенью измельчения (гипотезы Риттингера и Бонда). Условностью рассмотренных гипотез

является исследование процесса разрушения тел правильной геометрической формы под действием равномерно распределенных

сжимающих нагрузок. Однако, как показывают многочисленные

исследования процесса измельчения, в дробильно-помольных машинах разрушение материала происходит под действием сосредоточенных нагрузок, что значительно меняет ход процесса. В связи с этим непосредственное использование гипотез измельчения

для технико-экономического и конструктивного расчета дробильно-помольных машин весьма затруднено и требует введения поправочных коэффициентов, получаемых, как правило, экспериментально.
1.4. Классификация машин и оборудования

для измельчения материалов
Из'мельчение горных пород может производиться механическим,

физическим и химическим способами. Наиболее распространен

механический способ, при котором материал разрушается в машине под воздействием кажущегося рабочего органа. На материал могут действовать нагрузки от раздавливания, излома

удара, раскалывания и истирания. При раздавливании происходит сжатие материала между двумя плоскими дробящими органами (рис. 11.4,а); при ударе — столкновение материала с дробящим органом (рис. 1.4,6); при раскалывании — сжатие материала

между расположенными напротив друг друга острыми гранями

дробящих органов (рис. 1.4,в); при разламывании — сжатие материала между расположенными в шахматном порядке острыми

гранями дробящих органов (рис. 1.4,г); при истирании — трение

разрушаемого материала о дробящий орган (рис. 1.4,5). В реаль-

<0

t
ч
(#=■
тмт
а)
Рис. 1.4. Схемы воздействия внешних нагрузок на измельчаемый материал
18
--------------- page: 18 -----------
г
\
tt)
Рис. 1.5. Схемы дробилок

ty
г)
'иклон
£
?—ч
г—1

|р,
Щ
Рис. 1.6. Схемы мельниц:
а — барабанная, вращающаяся с мелющими телами; б —то же, вибрационная; в —

барабанная, вращающаяся с самоизмельчением частнц о стенки барабана; г — роликомаятниковая
ных условиях эти нагрузки действуют на материал в различных

сочетаниях.
Измельчение механическим способом производится в дробилках и мельницах в зависимости от крупности исходного' материала. Дробилки классифицируются по конструкции и принципу действия на следующие типы: щековые (рис. 1.5,а), в которых дробление материала происходит между двумя щеками под действием

раздавливающих, раскалывающих и истирающих нагрузок; конусные (рис. 1.5,6), в которых материал дробится между двумя

коническими поверхностями, одна из которых совершает круговые колебательные движения эксцентрично по отношению к другой под действием раздавливающих, изламывающих и истирающих нагрузок; валковые (рис. 1.5,в), в которых материал дробится между вращающимися навстречу друг другу валками под

действием раздавливающих и истирающих нагрузок; ударного

действия, которые подразделяются иа две группы: молотковые

(рис. 1.5,г) и роторные (рис. 1.5,5)'. В первых материал дробится

под ударами шарнирно подвешенных молотков, а также истира-
2*
--------------- page: 19 -----------
нием о стенки корпуса и колосниковую решетку. В роторных дробилках материал дробится под ударами билов, жестко закрепленных на роторе, при ударе кусков об отбойные плитб, а также

при соударении кусков.
Помольиое оборудование (мельницы) по конструкции и принципу действия классифицируются на следующие виды: барабанные (рис. 1.6, а... в), в которых материал измельчается внутри

вращающегося или вибрирующего барабана с помощью мелющих

тел (шары, стержни, ролики) или при соударении частиц материала между собой под действием ударных и истирающих нагрузок, с повышенной скоростью движения рабочих органов

(рис. II.6,г) —среднеходовые шаровые, валковые и роликомаятниковые, в которых измельчение материала происходит между

рабочим органом мельницы и каким-либо основанием путем раздавливания и частичного истирания.
Мельницы для тонкого и сверхтонкого помола (вибрационные,

струйные и др.) в строительстве применения не имеют.
ГЛАВА 2. ЩЕКОВЫЕ ДРОБИЛКИ
2.1.
Щековые дробилки применяются для крупного и среднего дроб- ^

ления пород высокой и средней прочности (ов^250 МПа). Рабочий процесс щековых дробилок происходит в камере дробления—

замкнутом пространстве, образованном подвижной и неподвижной щеками. Разрушение кусков материала осуществляется при

сближении подвижной и неподвижной щек (рабочий ход); продвижение кусков по высоте камеры дробления и выход раздробленного материала из нее происходят при отходе подвижной щеки

от неподвижной (холостой ход). Следовательно, щековые дробилки являются машинами циклического действия, у которых цикл

соответствует одному обороту приводного вала..
В зависимости от кинематической схемы щековые дробилки

подразделяются на две основные группы: с простым (рис. 2.1,а)

и сложным (рис. 2.1,6) движением подвижной щеки. У дробилок

с простым качанием щеки вращательное движение эксцентрикового приводного вала преобразуется с помощью шатуна и распорных плит в качательное движение подвижной щеки, подвешенной на неподвижной оси; при этом траектории точек подвижной

щеки представляют собой дуги окружностей с центром в точке

подвеса. У дробилок со сложным качанием щеки последняя подвешена непосредственно на эксцентриковом приводном валу, а в

нижней части шарнирно соединена с распорной плитой, что обеспечивает точкам ее поверхности движение по замкнутым траекториям. В верхней части камеры дробления траектории представляют собой эллипсы, близкие по форме к окружности; в нижней

20
--------------- page: 20 -----------
Рис. 2.1.
Кинематические схемы

дробилок
щековых
части — вытянутые эллипсы. Для сравнения кинематических особенностей обоих типов щековых дробилок

рассмотрим составляющие

хода подвижных щек в горизонтальном и вертикальном направлениях. За базу

отсчета принята величина

проекции хода нижней части

подвижной щеки в направлении, перпендикулярном

неподвижной щеке — х.
У дробилок с простым

качанием щеки вертикальные составляющие хода подвижной

щеки весьма малы и составляют (0,3 ... 0,15) х, что обеспечивает

ее малый износ и длительный срок эксплуатации. В то же время

горизонтальная составляющая хода подвижной щеки в верхней

части невелика (0,5 х), что ухудшает условия разрушения крупных

кусков материала и снижает производительность дробилки.

В дробилках со сложным качанием вертикальное перемещение

щеки велико (2,5 ... 3) х, что приводит к быстрому износу рабочих

органов и невозможности дробления абразивных и высокопрочных

материалов. В то же время наличие большого хода сжатия в верхней части камеры дробления позволяет разрушать в этих машинах крупные куски материала.
К достоинствам дробилок с простым качанием щеки следует

отнести также значительный выигрыш в силе при дроблении кусков больших размеров и высокой прочности и рациональное распределение действующих усилий в элементах машины. Недостатками этого типа дробилок являются значительные металлоемкость, энергоемкость, габариты машины, отсутствие побуждающего

действия при разгрузке материала, громоздкость конструкции.

Дробилки со сложным качанием щеки более компактны, обладают меньшей массой и мощностью приводного двигателя, высокой уравновешенностью подвижных частей, большей производительностью, однако узел эксцентрикового вала работает в тяжелых условиях и требует сложного конструктивного решения.

У этих машин наблюдается повышенный износ дробящей плиты.
Общим недостатком щековых дробилок является их цикличность работы, что вызывает пульсирующие нагрузки на двигатель

и требует установки уравновешивающих устройств (маховиков).

Кроме того, качательные движения деталей машин, обладающих

значительной массой, вызывают динамические нагрузки в узлах

машины и в фундаменте.
Основным параметром щековых дробилок являются размеры

приемного отверстия (горизонтальное сечение камеры дробления
21
--------------- page: 21 -----------
. в самой широкой верхней части): ширина В и длина L. Другим

важным параметром этих дробилок является ширина выходного

отверстия Ь, определяемая как наименьшее расстояние между

дробящими плитами в камере дробления при максимальном отходе подвижной щеки. Этот параметр — переменный: значение b

можно регулировать специальным устройством для изменения

крупности продукта или в случае износа дробящих плит.
2.2.
Дробилка с простым качанием щеки (рис. 2.2) состоит из станины 1, подвижной щеки 4, распорных плит 16 и 15, шатуна 7,

приводного эксцентрикового вала 5, шкива 6, привода 10 (основного и вспомогательного), узлов жидкой и густой смазки. Станина является ограждающим элементом дробилки, воспринимающим

возникающие при работе усилия и обеспечивающим жесткость

конструкции. Станина образуется передней, задней и двумя боковыми стенками. Передняя и задняя стенки имеют коробчатую

форму, боковые — ребристую. Станины выполняются цельными и

составными. Цельные станины изготовляются в виде отливки или

цельносварной конструкции. Составные станины состоят из двухтрех частей, имеющих горизонтальный разъем и соединяющихся

болтами. Такие станины более удобны при транспортировке и

монтаже. На станине монтируются основные узлы дробилки. Камера дробления образуется неподвижной и подвижной щеками и

боковыми стенками станины, которые футеруются сменными износоустойчивыми плитами 2. Форма камеры дробления оказывает

существенное влияние на процесс измельчения. При криволинейной форме нижней части камеры производительность машины

увеличивается за счет более равномерного прохождения материала от приемного отверстия до выходной щели; одновременно повышается срок службы дробящих плит.
Основной рабочий орган дробилки — подвижная щека — представляет собой отливку коробчатой формы. В верхней части щека

подвешена на оси 3, а в нижней — имеются паз для установки

передней распорной плиты 16 и прилив для крепления тяги 14

замыкающего устройства. Щека футеруется сменными дробящими

плитами 17 с рифленой рабочей поверхностью. В крупных дробилках плиты — составные и крепятся к щекам болтами с потайной головкой. Дробящие плиты изготовляются из высокомарганцовистой стали, способной к упрочнению в холодном состоянии

в результате наклепа. Такими же дробящими плитами 18 футеруется неподвижная щека. Движение подвижной щеки осуществляется от приводного вала через шатун 7 и распорные плиты.

Приводной вал размещен в коренных подшипниках, закрепленных в выемках боковых стенок станины. На центральной (эксцентриковой) части вала подвешен шатун, преобразующий вра-

22
--------------- page: 22 -----------
23
Рис. 2.2. Дробилка с простым качанием щеки
--------------- page: 23 -----------
щательное движение вала в возвратно-поступательное. В крупных дробилках шатун состоит из головки и корпуса, стягиваемых

болтами при сборке с главным валом. В нижней части шатуна

размещены пазы с вкладышами для установки передней 16 и

задней 15 распорных плит. Приводной вал и шатун установлены

в специальных подшипниках качения, выдерживающих значительные динамические нагрузки. Распорные плиты соединяют шатун

с подвижной щекой и задней стенкой станины. При движении

шатуна концы распорных плит совершают колебательное движение: при движении шатуна вверх угол между плитами увеличивается и они раздвигаются, перемещая подвижную щеку к неподвижной— происходит рабочий ход; при движении вниз расстояние между концами плит уменьшается и подвижная щека отходит

от неподвижной — совершается холостой ход. Отходу подвижной

щеки способствуют пружины 12, надетые на тягу 14.
Цикличность работы щековой дробилки (наличие рабочего и

холостого ходов) вызывает неравномерную нагрузку на двигатель

и неравномерную частоту вращения приводного вала. Для выравнивания этих параметров на концах вала установлены массивные детали вращения — маховики, один из которых одновременно выполняет функцию ведомого шкива в ременной передаче

привода. Маховики установлены на подшипниках скольжения и
10
,3 8
Рис. 2.3. Схема привода крупной щековой дробилки
Рис. 2.4. Дробилка со сложным качанием

щеки
24
--------------- page: 24 -----------
аккумулируют энергию во время холостого хода щеки, отдавая

ее при рабочем ходе. С эксцентриковым валом маховики связаны

фрикционными муфтами, играющими роль предохранительных

устройств. Ширина выходной щели дробилки регулируется путем

изменения расстояния между задней стенкой станины и упором 9

с помощью прокладок 8. Отжим упора производится гидродомкратом 13, смонтированным в задней стенке дробилки и работающим от передвижной насосной станции 11.
Крупные дробилки с простым качанием щеки имеют два привода—главный и вспомогательный. Главный привод, состоящий

из электродвигателя 2 (рис. 2.3), упругой муфты и ведущего

шкива 3 клиноременной передачи, используется для запуска дробилки на холостом ходу и при ее длительной работе. Вспомогательный привод, состоящий из электродвигателя 6 малой мощности (7 ... 14 кВт), редуктора 5 с большим передаточным числом

и обгонной муфты 4, обеспечивает пуск дробилки 1 под завалом.

Вспомогательный привод «трогает с места» механизм дробилки.

Когда частота вращения вала главного электродвигателя превысит частоту вращения ведомого вала редуктора, вспомогательный

привод с помощью муфты 4 автоматически отключается. Наличие вспомогательного привода позволяет значительно снизить

мощность главного электродвигателя, что улучшает технико-эксплуатационные показатели машины.
На дробилках устанавливаются две станции смазки: жидкой—

для непрерывной смазки коренных и шатунных подшипников эксцентрикового вала и густой —для периодической смазки втулки

оси подвижной щеки и опор распорных плит.
Дробилки с простым качанием щеки предназначены для первичного дробления прочных и особо прочных пород при большой

крупности исходного материала и применяются на стационарных

дробильно-сортировочных предприятиях большой мощности.
2.3.
Дробилка со сложным качанием щеки (рис. 2.4) имеет цельносварную станину, ее боковые стенки выполнены из стального листа и сварены с передней стенкой 1 коробчатого сечения и задней

стенкой 6. Подвижная щека 3, выполненная в виде стальной отливки, установлена в двухрядных сферических подшипниках на

эксцентриковом приводном валу 4, от которого получает движение. Вращение вала 4 осуществляется шкивом-маховиком 5 от

электродвигателя с помощью клиноременной передачи. В нижней

части щеки имеются паз, куда вставляется упор распорной плиты 9, и выступ для установки тяги 8 замыкающего устройства, в

состав которого входит также пружина 7. Подвижная и неподвижная щеки футеруются дробящими плитами 10 и 11. Боковые

стенки камеры дробления оснащены футеровкой 12. Для предот25
--------------- page: 25 -----------
вращения вылета кусков материала из камеры дробления под

приемным отверстием дробилки установлен защитный кожух 2.

Регулировка ширины выходной щели производится клиновым механизмом, расположенным в задней балке станины и состоящим

из ползуна 1 (рис. 2.5), двух клиньев 2, упирающихся скосами

на ползун, вала 5 с левой и правой резьбой, привода — электродвигателя 3 и червянного редуктора 4. На противоположном

конце вала закреплен храповой рычаг 6 ручного привода. При

вращении вала в одну или другую сторону клинья будут сходиться или расходиться, перемещая ползун, который упирается в распорную плиту. Соответственно размер выходной щели будет

уменьшаться или увеличиваться. Этот механизм может также использоваться для отвода щеки при попадании в машину недро-

бимого предмета.
Предохранительными элементами в дробилках со сложным качанием щеки могут быть распорная плита (разрушающийся предохранитель) или рычажно-пружинный механизм, встроенный в

шкив-маховик (неразрушающийся предохранитель). В последнем

случае шкив-маховик свободно посажен на приводной вал 9

(рис. 2.6) дробилки. На ободе маховика 4 расположен упор 5, в

паз которого входит ролик 6 рычага 7, шарнирно укрепленного

на водиле 8. Водило жестко соединено с приводным валом. В направляющих рычага размещен ползун 2, который, с одной стороны, упирается на пружину 3, ас другой — через распорное

звено 1 присоединен к водилу. При., работе дробилки без перегрузок механизм благодаря соответствующей затяжке пружины

жестко фиксирует шкив-маховик по отношению к приводному валу. При возникновении в машине перегрузок ролик выжимается

из паза упора и, преодолевая сопротивление пружины, поворачи-

26
7
Рис. 2.5. Механизм регулирования ширины выходной щели
Рис. 2.6. Предохранительное

устройство
--------------- page: 26 -----------
вает рычаг и распорное звено относительно водила на некоторый

угол, а пружина фиксирует их в этом положении. Шкив-маховик

отсоединяется от водила и свободно вращается на валу. В этот

момент срабатывает конечный выключатель, и отключается электродвигатель дробилки.
Равномерность вращения приводного вала дробилок со сложным качанием щеки обеспечивается установкой маховиков, один

из которых одновременно является шкивом. На небольших дробилках вместо двух маховиков устанавливается один с увеличенным маховым моментом. В этом случае для обеспечения динамической балансировки машины на противоположном конце

вала закреплен противовес. Дробилки со сложным качанием щеки

применяются в основном для среднего дробления горных пород

на передвижных дробильно-сортировочных установках и заводах

небольшой мощности.
2.4.
К параметрам, характеризующим рабочий процесс щековых дробилок и эффективность их работы, относятся угол захвата, ход

подвижной щеки, оптимальная частота вращения приводного вала, производительность и мощность привода машины.
Углом захвата а щековых дробилок называется угол между

неподвижной и подвижной щеками. Величина угла захвата оказывает влияние на интенсивность процесса измельчения материала: чрезмерные значения а приводят к снижению производительности дробилки, а недостаточные— к снижению степени измельчения материала. Для определения оптимального значения

а рассмотрим силы, действующие

на кусок материала в дробящем

пространстве (рис. 2.7,а): силы

Р, действующие на кусок со стороны дробящих щек, и силы трения fP. Равнодействующая усилий

сжатия Р стремится вытолкнуть

кусок из дробящего пространства,

а силы трения fP препятствуют

этому (f — коэффициент трения

сольжения между дробящей плитой и куском). Предельным значением а' является такой угол,

при котором кусок будет дробиться, не выталкиваясь (массой куска пренебрегаем из-за

ее малости по сравнению с сила27
Рис. 2.7. Схемы к расчету угла захвата (о), частоты вращения приводного вала и производительности

щековой дробилки (б)
--------------- page: 27 -----------
ми Р), т. е. F. Сила i?=2Psina/2, а 'ZF=2F=2fP cos a/2.

Следовательно, условием равновесия куска при предельном а является выражение 2Psina/2^2/P cos a/2. Преобразуя выражение, получим sin a/2^f cos a/2 или f^tga/2.
Коэффициент трения скольжения можно выразить через угол

трения ф, т. е. /=tgф, тогда tg9^tga/2, откуда 2ф^а. Следовательно, дробление куска возможно, когда угол захвата равен

или меньше двойного угла трения, т. е.
а^2ф.
Коэффициент трения скольжения камня по металлу / =

= 0,3, что соответствует углу 16°40'. Отсюда угол захвата ще-

ковых дробилок может достигать 33°, однако в реальных условия*

это значение а значительно ниже (19 ... 24°) ввиду неправильной

формы кусков материала и динамического характера приложения нагрузки, а также более высокой производительности.
Ход подвижной щеки (мм) должен быть больше значения линейной деформации куска материала, необходимой для его разрушения, т. е. S>eD, где е—аСж/Е — относительное сжатие куска; D — диаметр куска. В реальных условиях, когда куски материала имеют неправильную форму с многочисленными уступами,

для их разрушения требуется значительно больший S. Следовательно, пользуясь эмпирическими формулами, получим: для дробилок с простым качанием щеки SB=(0,01 ... 0,03)6, SH =

= 8+0,265; для дробилок со сложным качанием щеки SB =

= (0,06 ... 0,03)Б, SH=7+0,lfe, где SB и SH — ход сжатия в верхней и нижней точках камеры дробления; В и b — размеры загрузочного отверстия и выходной щели, мм.
Оптимальная частота вращения приводного вала (об/с) определяется из условия обеспечения наибольшей производительности дробилки. Если предположить, что материал выпадает из машины под действием силы тяжести при отходе подвижной щеки

от неподвижной, то частота вращения приводного вала должна

быть такой, что за время t\ отхода щеки раздробленный материал, находящийся на высоте h (рис. 2.7,6) от выходной щели,

должен выпасть из машины (высота h соответствует уровню, при

котором ширина камеры дробления равна ширине разгрузочной

щели b во время наибольшего отхода подвижной щеки SH).
При частоте вращения вала дробилки меньше оптимальной

число кусков выпадаемого материала в единицу времени уменьшится и, следовательно, снизится производительность дробилки.

То же произойдет и при чрезмерной частоте вращения, когда время выпадения материала будет уменьшено. Следовательно, при

оптимальной частоте вращения приводного вала время ti отхода

подвижной щеки должно быть равным времени выпадения материала под действием силы тяжести с высоты h, т. е. U—ti.

Время отхода щеки принимаем равным половине оборота вала,

28
--------------- page: 28 -----------
тогда при частоте вращения вала п (об/с) U=l/(2n). Из рис. 2.7,6

следует, что h=S„/tga. Это же значение h из условия свободного падения куска равно h=gt2/2, где g — ускорение свободного

падения. Приравняв значения й, получим Sn/iga=gt2/2, откуда

*2 = V"2SH/(gtga). Следовательно, из условия t\ = t2 получим
1 /(2п) = V"2SH/(gtg а), откуда оптимальная частота вращения

приводного вала
«=1/2 Kgtga/(2SH).
Производительность щековых дробилок (м3/с) рассчитывается

из предположения, что выгрузка материала из машины происходит только при отходе подвижной щеки. За это время выпадает

готовый продукт объемом V (м3), заключенный в призме трапецеидального сечения (на рис. 2.7,6 — заштрихованный участок).

Производительность дробилки П=цУп, где ц — коэффициент разрыхления материала в объеме V (ц=0,4 ... 0,75); п — частота вращения, об/с.
Площадь сечения призмы (м2) F— (е-\-Ь)к/2. Высота призмы выпадения (м) h—SH/tg a. Следовательно, объем призмы выпадения V=Fl={e+b)SnL/(2tga) и производительность щеко-

вой дробилки
n=nnLS„(e+fe)/(2tga).
Величина производительности, вычисленная по этой формуле,

имеет значительные отклонения от фактических данных, так как в

ней не учтено влияние многих факторов (форма камеры дробления, степень износа дробящих плит, интенсивность и равномерность питания машины исходным материалом и др.). Неопределенность вносит также коэффициент jn., изменяющийся в широких

пределах. Учитывая перечисленные недостатки, Б. В. Клушанцев

предложил уточненную формулу производительности щековых

дробилок (м3/с):
n = cScpLbn{B + b) j (2DCBtga),
где с — коэффициент кинематики (для дробилок с простым качанием с=0,84, для дробилок со сложным качанием с=1); Scp=

= (SB + SH)/2 — средний ход подвижной щеки; DCB — средневзвешенный размер кусков исходного материала (при Б^бОО мм

DcB=B; при В^ЭОО мм DCB=(0,3 ... 0,4)6).
Мощность приводного электродвигателя (кВт) определяется

по формулам, выведенным на основе одной из теорий дробления,

или эмпирического характера. Наиболее известной из первой

группы является формула Л. Б. Левенсона, выведенная на основании теории Кирпичева—Кика:
N=aBnL(D2—d2)/(103Я),
где (тв — предел прочности разрушаемого материала на сжатие,

Па; п — частота вращения приводного вала, об/с; D — крупность
29
--------------- page: 29 -----------
загружаемых кусков, м; d — крупность готового продукта, м;
Е — модуль упругости разрушаемого материала, Па.
На основании гипотезы Ф. Бонда предложена формула определения мощности электродвигателя дробилки (кВт)
^усг = 0,13^и-^1пР)
У DCB
где £г — показатель затрат энергии на дробление 1 м3 материала

от бесконечно большой крупности до 1 мм (кВт-ч/т); km — масштабный коэффициент; i — степень измельчения материала;

£)св — средневзвешенный размер исходного материала, м; П —

производительность дробилки, м3/с; р— плотность материала, ,

кг/м3.
Недостатком данной зависимости является необходимость экспериментального определения в зависимости от вида горной

породы и месторождения и km — по специальным таблицам.
По эмпирической формуле В. А. Олевского, который, используя данные проф. В. А. Баумана о среднем удельном усилии

дробления на поверхности дробящей плиты, равном 2,7 МПа,

мощность (кВт):
для дробилок с простым качанием щеки N=700mLHS„n,

для дробилок со сложным качанием щеки N—720LHnr,

где т — конструктивный коэффициент, равный 0,56 ... 0,60; L —

длина камеры дробления, м; SH — ход сжатия в нижней зоне, м;

Я —высота камеры дробления, м; п — частота вращения приводного вала, об/м; г — эксцентриситет приводного вала, м.
2.5.
щековых дробилок
Прочностный расчет щековых дробилок сводится к определению

действующих в деталях машины напряжений и сравнению их с

допускаемыми напряжениями для материала этих деталей.
При расчете на прочность необходимо определить действующие в элементах машины нагрузки (величину, направление и

характер действия) на основании известной мощности электродвигателя привода дробилки или известного усилия дробления (суммарной нагрузки на дробящую плиту). У большинства строительных машин (в том числе и у щековых дробилок) усилия, действующие в деталях машин, изменяются по величине, что влечет за

собой возникновение переменных во времени напряжений. Известно, что в условиях многократного действия переменных напряжений детали машин разрушаются при напряжениях, меньших не только предела прочности их материала (ав), но и часто

меньших предела текучести (ат). Свойство металлов разрушаться под действием переменных напряжений через определенный

промежуток времени называют усталостью металлов, а предель-
30
Таблица 2.1. Определение пределов выносливости для симметричного

и пульсирующего циклов нагружения
Предел выносливости для циклов
Материал
Вид деформации
симметричного
пульсирующего
Сталь углеродистая 4-2014
Изгиб
Растижеиие-сжатие
Кручение
o_j = 0,43ств
®- 1,Р = °-3sB
Tj = 0,25iB
о0 = 0,65i„

°o,p=M5iB

Vk = 0,35jb
Сталь легированная
Изгиб
Растяжение-сжатие
Кручение
e_j = 0,5eB
e-i.p = °’3lB

Х-1,К = 0,3вв
e0 - 0,85iB

во,р = 0.45°в

to,к = 0,45iB
Чугун серый
Изгиб
Растяжение-сжатие
Кручение
1_, = 0,45зв

®-1,р = 0,25ав

х_, = 0,35iB
c0 = 0,65iB
®0,СЖ“
to.k ~ 5oB
Примечание. Допускаемые напряжения [aj илн [т] определяются по формуле [а]=а /й*
Р
где а —предел! иое напряжение для различных видов нагружения: п — коэффициент запаса.
Р
ное напряжение, которое деталь выдерживает без разрушения

заданное число циклов, — пределом выносливости. Величина предела выносливости для каждой марки металла определяется путем непосредственных испытаний образцов этих металлов на выносливость или по эмпирическим зависимостям. В табл. 2.1 приведены зависимости, по которым определяют пределы выносливости

для симметричного и пульсирующего циклов.
Одним из методов определения коэффициента запаса является метод частных коэффициентов или дифференцирование. Сущность его заключается в том, что коэффициент запаса определяют как произведение ряда коэффициентов:
п=КхК2КъК,Кь,
где Ki — коэффициент, учитывающий отношение от/ав материала

детали:
вт/ов ... 0,5 0,6 0.7 0,8 0,9

Ki .... 1,12 1,2 1,28 1,36 1,4
Кг — коэффициент, учитывающий точность расчета. При высокой

точности расчета К2 = 1. Если расчет приводит к заведомо заниженным напряжениям, то /Сг>'1 и в этом случае можно рекомендовать /Сг = 1,1 ••• 1,2; Кз — коэффициент, учитывающий динамику нагрузки (табл. 2.2); Ка — коэффициент концентрации напряжений.
При переменных во времени нагружениях детали концентрация напряжений (как правило) понижает прочность деталей.
^При расчете деталей строительных машин Ка=Ка Ка" К"', где

Ка — коэффициент, учитывающий состояние поверхности детали;

--------------- page: 30 -----------
Таблица 2.2. Определение значений коэффициента динамики
Машина
Характер работы
Значение К,
Токарные станки, вентиляС наибольшими толчками малой часто1,05
торы
ты и малой вибрацией
Поршневые машины
С толчками большой частоты и вибрацией
Со значительными толчками и ударами
1,08
Компрессоры, продольно-
1,12
строгальные станки
Лесопильные рамы
С резко меняющейся, неравномерной

нагрузкой
1,17
Прокатные станы, землеройные машины, дробилки
С резкими толчками и ударами
1,25
Кл=1-\-аа~и а — показатель качества поверхности, a_i — предел

выносливости при симметричном цикле, кг/мм2.
Качество поверхности
Полированная
Шлифованная
Обработанная резцом:
чистовым
обдирочным
После ковки, проката, литья
С коррозией
К/' — коэффициент, учитывающий радиусы закругления г при

переходе одной поверхности детали в другую (при г/6=0,25

К4"= 1,3; при г/6=0,3
коэффициент, учитывающий влияние наложенных сварных швов

на расчетное сечение детали.
Расчетное сечение основного материала
Вдали от сварных швов
В точке перехода к стыковому или лобовому шву (шов обработан шлифовальным кругом)
То же (шов обработан методом строгания)
В точке перехода к стыковому шву (без механической обработки последнего)
В точке перехода к лобовому шву (без обработки, но с плавным закруглением при ручной сварке)
Кб — коэффициент, учитывающий работу деталей в условиях высоких температур; Ks = oTlau, где ап—предел ползучести материала. Ориентировочно значения коэффициента Ks принимаются

по данным табл.' 2.3. Для инженерных расчетов деталей из чугуна

и легких сплавов рекомендуется принимать п=3 ... 3,5.
Прочностной расчет деталей дробилки с простым качанием

щеки выполняется исходя из известной мощности электродвигателя привода машины. Схемы усилий, действующих в элементах

дробилки, приведены на рис. 2.8.
Расчет шатуна. При движении шатуна от точки А к точке

А' (по часовой стрелке) (рис. 2.8,а) в нем возникает растягива-

32
--------------- page: 31 -----------
Таблица 2.3. Определение значений температурного коэффициента Кь
Материал
Температура, °С
Кш
Сталь марок от Ст1 до Стб

Стальное литье
300
300...400
400...500

300
300...400
400...500
1
1,6.
2,2.
1
1,2.
1,8.
,0

. .2,2

..4,3

,0

..1,8

..2,9
со
г)
Me
е)
Рис. 2.8. Схема к прочностному расчету деталей дробилки с простым
качанием щеки:
а — общая схема; б — инерционные силы, действующие на шатун; в — силы,

действующие в распорных плитах; г — то же, в подвижной щеке; д — то же, в

станине; е — углы поворота при деформации стенок станины
3—5258
--------------- page: 32 -----------
ющее усилие Pt, изменяющееся по линейному закону от 0 до

Ртах- Исходным параметром для определения Pt является мощность приводного двигателя. При этом работа, совершаемая электродвигателем за один оборот приводного вала, должна равняться работе, совершаемой за это же время шатуном. Среднее значение усилия Pt за один оборот вала
Р ср— (0-J-Р max) /2 = РШах/2.
Следовательно,
A =N / са=Рср2г= РщахГ,
где N — мощность двигателя, Вт; ю—угловая скорость приводного вала, рад/с; г — эксцентриситет приводного вала, м ; Рщах

наибольшее усилие в шатуне за один оборот приводного вала, Н.
Учитывая возможные перегрузки и динамику процесса измельчения, вводится коэффициент превышения номинальной нагрузки, равный 1,5, т. е. РраСч= 1,5Ртах.
Напряжение в шатуне от действия растягивающих нагрузок

(МПа)
(У=Р расч/5<с[(т] р,
где S — площадь поперечного сечения шатуна, м2; [а] Р —допускаемое напряжение материала шатуна на растяжение, МПа.
Кроме растягивающих усилий при движении шатуна от его

качания возникают инерционные силы, вызывающие изгибающие

усилия. Для их определения применяется упрощенный метод расчета со следующими допущениями: 1) масса шатуна распределена равномерно по его длине; 2) наибольшее значение изгибающих нагрузок в шатуне возникает при расположении его перпендикулярно эксцентриковой части приводного вала; 3) значения ускорений точек шатуна изменяются вдоль длины по линейному закону. При этих допущениях расчет шатуна сводится к

расчету двухопорной балки, нагруженной распределенной нагрузкой (рис. 2.8,6).
Угловое ускорение точки А шатуна /а = гю2, а сила инерции в

этой точке Pi,A=mim2—Gm2/(glm), где т\ — единичная масса

шатуна, т. е. масса, приходящаяся на единицу его длины, кг/м;

G — сила тяжести шатуна, Н; 1Ш — длина шатуна, м; ю — угловая скорость шатуна в точке А, рад/с.
Равнодействующая сил инерции (Н) #<=£)<,а/ш/2=

= G/(2gm2). При инерционной нагрузке, распределенной по закону треугольника, наибольший изгибающий момент ЛГтах (Н-м)'

будет в сечении, отстоящем от точки В на расстоянии z =

= 0,577/ш:
ЛГтах=0,!128#г/ш.
' Подставляя в формулу (2.8) значение Ri, получим

Afmax=0,064' -j ra>2.
34
(2.9)
--------------- page: 33 -----------
Суммарное напряжение, возникающее в опасном сечении шатуна

(МПа),
0=Р расч/
где W — момент сопротивления поперечного сечения шатуна, м3.
Расчет распорных плит производится по наибольшему значению сжимающего усилия Ттах и изгибающему моменту М, возникающему от внецентреиного приложения этой силы (рис. 2.8,в)

при изменении положения опорных поверхностей сухарей или при

износе распорных плит и сухарей. Сила (Н), возникающая в

распорной плите при расположении шатуна в точке А'

(рис. 2.8,а),
7'max:==Pmax/i(2cOS {J),
где |3 —угол между шатуном и распорной плитой (р=80 ... 88°).
Напряжение в распорной плите (МПа)
(7= Т max lS±Tmaxa/W^[o],
где S — площадь расчетного сечения распорной плиты, м2; a —

расстояние от продольной оси распорной плиты до линии действия силы Ушах, м; W — момент сопротивления сечения плиты, м3.
При использовании распорной плиты только как кинематического элемента машины она рассчитывается на выносливость в

условиях пульсирующего цикла нагружения; если же она дополнительно играет роль предохранительного устройства, расчет

производится на предельную прочность материала. В первом случае [а]=ао/я; во втором — [ст]=ств/и (сто — предел выносливости материала плиты при пульсирующем цикле нагрузки; ств —

предел прочности на изгиб; « — коэффициент запаса прочности)'.
Расчет подвижной щеки. Усилие Tmax, передаваемое распорной плитой подвижной щеке, можно разложить на две составляющие (Н): Т1 — нормальную к поверхности щеки и Т2, действующую вдоль щеки (рис. 2.8,г) : 7\ = Tmeix cos у, Т2 = Ушах sin у,

где y=(90—б) — (90—а)=а—6. Усилие дробления Q(H) определяется из условия равновесия системы действующих на щеку сил

относительно точки С ее подвеса 'ZMc=Qh—T1L—0, где h —

расстояние от точки приложения силы Q до точки С, м; L — длина подвижной щеки от точки С до точки соединения с распорной плитой, м. Отсюда Q = TiL/li = Tmayicos (a—8)L/h.
Суммарное напряжение в щеке (МПа)
CT=AfH/№±7yS<[CT],
где Мн — изгибающий момент в опасном сечении щеки, Н-м;

W — момент сопротивления сечения щеки, м3; S — площадь поперечного сечения щеки, м2.
Расчет станины. При работе дробилки поперечные стенки

станины воспринимают нагрузки от дробящих щек, которые равны по величине и приложены сосредоточенно г(рис. 2.8,5)'. При

3*
--------------- page: 34 -----------
упрощенном расчете станина рассматривается как упругая симметрично нагруженная рама прямоугольной формы, в жестких

углах которой при изгибе возникают опорные моменты М0. Поперечные стенки станины рассматриваются как балки на двух опорах, нагруженные силой Q и статически неопределимым моментом

М0. Продольные стенки станины рассматриваются как балки, нагруженные на концах моментом М0. Благодаря жесткости соединения при изгибе стенок их углы поворотов 01 и 02 (рис. 2.8,е) будут

одинаковы, причем каждый из них равен опорной реакции от

фиктивной нагрузки стенки, площади эпюры моментов, деленной

на жесткость стенки (EJ).
Для поперечной стенки фиктивная нагрузка
р
-м0/3
-м0/,
Опорная реакция от Fа ^A = Fa/2=Q/32/16—М01 з/2.
Угол поворота (град) Q\=RA/{EJi) = Qh‘1/{\§E]i)—M0hl(2EJ1).

Для продольных стенок станины FB=M0U', RB=MoU/2; 02

—MqU/(2EJ'2). Приравняв значения 01 и

QI з2/ (16£/i) -М01г/ (2EJ1)=MoU/ (2 EJ2).
Ql*
02, получим

Откуда момент (Н-м)
8 + V 2/^1
Наибольший изгибающий момент в поперечной стенке
Мнзг.тах== Q ^3/4 Mq.
Напряжение в поперечной стенке (Па)
СТизг==-^изг.шах/^ 1 ^ [су] .
(2Л2)
(Н-м)
(2.13)
(2.14)
Напряжение в продольной стенке (Па)
а=Мо/№2+д/(2^Х[а].
(2.15)
Рис. 2.9. Схема к прочностному расчету дробилки со сложным качанием щеки
36
В приведенных формулах /3 и t4 — длины поперечной и продольной стенок станины соответственно, м; ]\ и h — моменты

инерции поперечной и продольной стенок

соответственно, м4; Wi и W2— моменты сопротивления поперечной и продольной стенок, соответственно, м3.
Расчет маховиков заключается в определении их суммарной массы т (кг) и диаметра D (м) исходя из заданных значений

неравномерности вращения маховиков б

(обычно 6 = 0,015...0,035). Во время холостого хода подвижной щеки происходит нарастание угловой скорости маховиков с

o)min до ©max и накопление их кинетической

энергии, а во время рабочего хода накоп-
--------------- page: 35 -----------
ленная энергия маховиков совместно с энергией двигателя расходуются на дробление материала, при этом угловая скорость маховиков СНИЖаеТСЯ С Ютах ДО (Omin-
Энергия (Дж), накапливаем,ая маховиками за период холостого хода, Эм=/м(й)2тах—ю2тш)/2, где /м — момент инерции масс маховиков, кг-м2. Приняв энергию, накопленную маховиками, равной

половине работы дробления, т- е. Зм=Лдр/2, можно определить

значение момента инерции масс маховиков по формуле /м=

=Лдр/(а»2тах—oa2min).. кг-м2. При известной мощности двигателя

дробилки N работа дробления (Дж) за один оборот вала A=Nr\/n,

где rj — КПД дробилки; п — частота вращения приводного вала,

об/с..Тогда
/м==Л/т]/ (сортах—CS2min)^-
Проведя преобразования в формуле (2.16) и учтя, что 6=

== (©max—tt)min)/tt>cp ^ ®ср== (Wmax^Wmin)/2, ПОЛучИМ
Jw=Mr\/ (2са2србл).
Зная, что Jw=mD2/4 и С£>ср=2пп, находим массу маховиков

(кг):
т=Nr\/ (2n2D2ti36).
Диаметром маховиков можно задаться предварительно, с тем

чтобы окружная скорость обода маховиков не превышала 25...

... 30 м/с. Значение г] для щековых дробилок равно 0,65 ... 0,85.
Прочностной расчет деталей дробилок со сложным качанием

щеки основывается на нахождении усилия дробления Q (равнодействующей сил дробления), после чего на основании схемы

действующих в машине усилий (рис. 2.9) находятся напряжения

в отдельных деталях дробилки. На основании результатов экспериментальных исследований (Б. В. Клушанцев) процесса измельчения в щековых дробилках усилие (мН)
Q=Kn2oPSw/8,
где К — коэффициент, учитывающий разрыхление и одновременность разрушения кусков за одно качание щеки (К=0,3); ар —

предел прочности измельчаемого материала на растяжение, МПа

(ар=6 ... 7 МПа); Sflp —активная площадь дробящей плиты

(участвующей в измельчении материала), м2.
Выражение Кя2ар/8 представляет собой удельную нагрузку

на дробящую плиту (МПа), и при дроблении материала с пределом прочности ав=300 МПа оно равно 2,7 МПа. Учитывая

возможность перегрузок и динамичность процесса, расчетное усилие дробления С2расч=1,5ф=л,5,2,75др=4,055др, где 5ДР определяется как произведение высоты дробящей плиты, по которой

расположены куски материала, на ее длину.
Кроме усилия Q на подвижную щеку действуют силы Р —

в точке А подвеса щеки на приводном валу и Г — в точке В соединения щеки с распорной плитой. Эти силы раскладываются на
37
--------------- page: 36 -----------
составляющие Л и Т\, нормальные к поверхности щеки, и Рг и

Т2, действующие вдоль нее. Значения Pi и Т\ определяются из

условия равновесия системы действующих на щеку сил относительно точек А я В: 2Мл = 0; TiL = Qlu откуда Ti=Qli/L,

S/WB = 0; PiL=Qlz\ P\ = Qh/L, где l\ и h — расстояние от точки

приложения силы Q до точек А и В соответственно, м. Составляющая Т2, численно равная Р2, определяется по зависимости
T»=Ti tgY=Q-|-tgY.
где у—угол между подвижной щекой и распорной плитой,

град.
Усилие, действующее в распорной плите,
T—Ti-11/cos y=Qh/(L cos у).
Усилие, действующее на приводной вал и его подшипники,
Р = ур? + P^-j- VI? + // tg2 у.
Напряжения в подвижной щеке, работающей на изгиб от действия усилия iQ, и в распорной плите, работающей на сжатие и

продольный изгиб от действия усилия Т, рассчитываются аналогично выше описанной методике для дробилок с простым качанием щеки.
Эксцентриковый вал дробилки подвергается изгибу и кручению. Нацряжения изгиба и кручения определяются на основании

построенных эпюр изгибающего (Мизг) и крутящего (Мкр) моментов и диаметра вала (d) в опасном сечении: он зг=

~МНЗг/(0,ld3) и T=AfKp/(0,2d3).
ГЛАВА 3. КОНУСНЫЕ ДРОБИЛКИ
3.1.
Конусные дробилки применяются для всех видов дробления пород высокой и средней прочности и устанавливаются как на стационарных дробильных предприятиях, так и на передвижных

дробильно-сортировочных установках. Камера дробления конусных дробилок образуется двумя усеченными коническими поверхностями, одна из которых (внешняя) неподвижная, а другая

(внутренняя)—подвижная, причем расположена эксцентрично по

отношению к неподвижной. Измельчение материала в конусных

дробилках происходит при сближении конических поверхностей,

а выгрузка готового продукта — при удалении их друг от друга,

причем эти процессы происходят непрерывно в разных зонах камеры дробления. Разрушение материала происходит под действием сжимающих, истирающих и изгибающих нагрузок; послед-

38
--------------- page: 37 -----------
ние весьма велики из-за круговой поверхности камеры дробления.
Являясь машинами непрерывного действия, конусные дробилки обеспечивают высокую уравновешенность подвижных частей.

К их достоинствам относятся также возможность запуска машин

под завалом, высокая степень измельчения материала, надежность в работе и другие, что предопределяет их широкое распространение. В зависимости от назначения и кинематической схемы

конусные дробилки бывают крупного (ККД), среднего (КСД) и

мелкого (КМД) дробления.
В дробилках для крупного ,

дробления (рис. 3.1,а) образую- '

щие дробящих конусов направлены в противоположные стороны, что обеспечивает им высокую степень измельчения. Подвижный конус 2 жестко крепится на валу 3, нижний конец которого вставлен в - эксцентриковую втулку 4. Верхний конец вала конуса 2 шарнирно крепится

к траверсе 1. Втулка 4 получает

вращение от электродвигателя

через коническую передачу.
В дробилках для среднего и мелкого дробления (рис. 3.1,6)

подвижный конус 2 опирается на сферический подпятник 5. Вал
3
называют дробилками с консольным валом. Дробящее пространство КСД и КМД находится между коническими поверхностями,

образующие которых направлены в одну сторону, что уменьшает степень измельчения материала, но одновременно создает

благоприятные условия для получения оптимальной (кубообразной) формы кусков готового продукта.
Основным параметром ККД является ширина приемного отверстия, а КСД и КМД — диаметр основания подвижного конуса. Отечественные конусные дробилки крупного дробления имеют

следующий ряд типоразмеров: 500, 900, 1200 и 1500 мм; среднего

и мелкого дробления — 600, 900 мм (КСД), 1200, 1750, 2200мм

(КСД и КМД).
Рис. 3.1. Кинематические схемы конусных дробилок
3.2.
Конусная дробилка крупного дробления (рис. 3.2) состоит из корпуса, неподвижного наружного конуса, подвижного внутреннего

конуса с верхним подвесом вала, привода и вспомогательных

устройств. Корпус является ограждающим элементом машины,

воспринимающим рабочие усилия и обеспечивающим необходи-
39
--------------- page: 38 -----------
Рис. 3.2. Конусная дробилка крупного дробления
мую жесткость конструкции. Нижняя часть корпуса — станина 1,

на которую устанавливаются три кольца — нижнее 2, среднее 6

и верхнее 15, соединены между собой болтами 16 и 5. К фланцу

верхнего кольца прикреплена траверса 8. Внутренние поверхности корпуса футерованы пятью рядами сменных плит из высоко-

марганцовистой стали, образующими дробящую поверхность неподвижного конуса. Второй (снизу) ряд 4 плит имеет переход

наклона образующей конуса, а нижний ряд 3 имеет наклон,

близкий к вертикали, что улучшает условия измельчения и выхода материала. Лапы траверсы защищены от износа плитами 9.

В средней части траверсы расположен узел подвески вала подвижного конуса, защищенный сверху колпаком 10. На главный вал 17 жестко насажен подвижный конус 14, футерованный

дробящими плитами на цинковой заливке. Верхний конец вала

17 помещен в подвеске, а нижний — свободно вставлен в эксцентриковую втулку 19. Верхний подвес вала включает опорную

втулку 13, обойму 12 и гайку 11. Смазка к подвесу подводится

маслопроводом 7.
На рис. 3.3 показан узел подвески. В центральной части траверсы под колпаком 1 имеется цилиндрическое гнездо, в кото-
40
--------------- page: 39 -----------
ром установлены неподвижная втулка 6 и плоская опорная шайба 5. На опорную шайбу опирается конусная втулка 4. Положение втулки фиксируется обоймой 3 и разрезной гайкой 2. Последней можно регулировать высоту установки подвижного

конуса и, следовательно, изменять ширину выходной щели дробилки. При работе дробилки конусная втулка 4 торцом обкатывается по шайбе 5, а конической поверхностью — по втулке 6, а

так как вал подвижного конуса обкатывается также и вокруг

своей оси, то втулка 4 одновременно проскальзывает по шайбе

5 и втулке 6. Эксцентриковая втулка 19 (см. рис. 3.2) вставлена

в стакан эксцентрика 20, расположенный в центре станины.

К эксцентриковой втулке прикреплена коническая шестерня 21,

находящаяся в зацеплении с конической шестерней приводного

вала 22, соединенного через муфту с приводным шкивом 23.
Эксцентриковый узел является наиболее нагруженным элементом дробилки. Для обеспечения нормальных условий работы

наружную и внутреннюю поверхности втулки 19 заливают баббитом или устанавливают баббитовые или биметаллические

вкладыши. Смазка трущихся поверхностей узла осуществляется

от насосной станции по маслопроводу. Эксцентриковый узел защищает от попадания пыли (установка под подвижным конусом

трех колец 18). Приводной вал

устанавливается в разъемном

корпусе, который может монтироваться без разборки других узлов машины. Втулка приводного вала и ступица приводного шкива соединены болтами, выполняющими роль предохранительного

звена. При попадании в машину недробимых предметов болты

срезаются, предохраняя поломку ответственных деталей машины.

Наиболее крупные дробилки ККД оснащены двухдвигательным

приводом. При этом один из двигателей предназначен для пуска

дробилки под завалом (камера дробления заполнена материалом).
При работе дробилки нижний конец вала 17 описывает окружность, радиус которой равен эксцентриситету втулки, а геометрическая ось этого вала — коническую поверхность с вершиной в точке подвеса. При таком движении образующие подвижного конуса поочередно приближаются к неподвижному конусу,

а затем удаляются от него, т. е. подвижный конус как бы обРис. 3.3. Узел подвески подвижного конуса
41
--------------- page: 40 -----------
Рабочее
теяо
Рис. 3.4. Гидравлическая опора подвижного конуса ККД
катывается по неподвижному (через слой материала), производя непрерывное измельчение материала.

При этом вал 17 не вращается. Однако в реальных

условиях силы трения в кинематической паре вал —

эксцентриковая втулка могут быть выше, чем в паре

вал — коническая втулка в

узле подвеса. Тогда подвижный конус начнет вращаться относительно вала

17 в том же направлении,

что и эксцентриковая втулка. В зависимости от соотношения сил трения в этих

парах частота вращения

конуса относительно вала

может меняться от 0 до п

частоты вращения эксцентриковой втулки.
Для повышения надежности работы предохранительного устройства, упрощения и облегчения регулирования ширины выходной щели и пуска машины под завалом, обеспечения

дистанционного управления машиной в некоторых моделях ККД

применяется гидроопора вала подвижного конуса. При этом нижний торец вала конуса опирается на скалку (короткий цилиндрический стержень), расположенную внутри полого поршня, и вместе

с ним перемещающуюся в ги-дроцилиндре. Конструкция такой

опоры (рис. 3.4) состоит из цилиндра 2, поршня 3, скалки 6 и контактных деталей. Цилиндр с крышкой 1 и поршнем крепят болтами

9 к станине 10. В проточках поршня и торца вала И устанавливаются опорные шайбы 4 и 8, а также кольца 5 и 7. Шайбы контактируют с торцовыми поверхностями скалки, имеющими конусность, а внутренние поверхности колец — со сферическими боковыми поверхностями скалки. Трущиеся поверхности непрерывно смазываются и охлаждаются маслом. Для подъема поршня скалки

и вала масло подается через сверления в крышке цилиндра. Изменяя положение поршня по высоте (за счет изменения давления

в гидросистеме), можно регулировать зазор между подвижным

и неподвижным конусами.
Недостатком рассмотренной конструкции является сложность

монтажа и демонтажа опоры, поэтому более широкое распространение получила система с верхним гидравлическим подвесом,

42
--------------- page: 41 -----------
при котором опорная щайба вместе с закрепленной на конусе

вала конусной втулкой может подниматься крестовиной, соединенной с плунжерами гидродилиндров.
3.3.
дробилок крупного дробления
Дробление материала в ККД во многом аналогично дроблению

в щековых дробилках, что позволяет использовать ранее изложенную методику при определении технологических параметров

режима работы конусных дробилок.
Угол захвата в конусных дробилках, равный углу между поверхностями подвижного и неподвижного конусов, не должен

превышать двойного угла трения, т. е. р = а»+аг^2ф (рис. 3.5,а).

Обычно для ККД величина р=21 ... 23°.
Частота вращения эксцентриковой втулки определяется, как

и для щековых дробилок, из условия свободного выпадения раздробленного материала за время отхода дробящих поверхностей

друг от друга, т. е. материал должен пройти путь h за время t,

равное половине оборота эксцентриковой втулки. Следовательно,
h=gty 2;
*
где п — частота вращения втулки, об/с. Из принятого условия

следует
я =0,5 У g/(2h),
Величина h определяется из схемы на рис. 3.5,а:
h= (s, + s2) / (tg cti +tga2) =2r/ (tg a\ +tg a2),

где S1+S2 — величина отхода подвижного конуса от неподвижного за одно качание, м; г — эксцентриситет качаний подвижно-
Рис. 3.5. Схема к расчету параметров режима работы ККД:

а — частоты вращения эксцентриковой втулки и производительности дробилки; б —

мощности приводного двигателя
43
--------------- page: 42 -----------
го конуса, м (расстояние между осями дробилки и подвижного

конуса); ai и 02 — углы образующих неподвижного и подвижного конусов с вертикалью соответственно. Подставляя значение

h в формулу (3.1), получим частоту вращения втулки (об/с):
/z = 0,25|/^(tga1+tga2)/r«^0,78j/'(tga1-{-tgai!)/r . (3.2)
Учитывая торможение материала о стенки конусов при измельчении, полученное значение п обычно уменьшают на 10%.
Производительность ККД определяется объемом материала V,

выпадающего из дробилки за один оборот эксцентриковой втулки, и частотой вращения втулки в рассчитываемое время. За один

оборот втулки из дробилки выпадает материал, объем которого

равен кольцу сечением ABDC (см. рис. 3.5,а):
ср 2
где Dcр — средний диаметр кольца щебня, м. Зная, что i-i+S2=2r

и /i=2r/(tgai + tga2), получим объем ABDC (м3):
У^В 2г(в + г)~.
Ч “1 + Ч “2
Производительность дробилки (м3/с): U.=\inV, где — коэффициент разрыхления материала; п — частота вращения втулки,

об/с. Подставив значение V из формулы (3.3), получим
U=2nDcpr{e+r) ц/г/ (tg a'i+tg a2).
Мощность двигателя дробилок ККД определяется на основа-

вании теории Кирпичева — Кика по методике, изложенной выше

при расчете мощности привода щековых дробилок. Согласно ей
(с учетом разработок проф. Л. Б. Левенсона) А——- (VD — Vd),
2 Е
где Vd — объем загружаемого материала, м3; Vd— объем готового

продукта, м3.
VD~ 6 D d 6 d
(рис. 3.5,6), где D и d. — наибольшие диаметры кусков исходного

материала и готового продукта соответственно, м; Dcp и dcp —

средние диаметры загрузочного и разгрузочного кольцевых отверстий, м. Принимая Dcp~dCpttDH (где Ьн — диаметр неподвижного

конуса в нижней части), получим A=os2n2D„(D2—сР)/(12Е) Дж,

где ста — предел прочности дробимого материала, Па; Е — модуль

упругости дробимого материала, Па. Отсюда мощность привода

ККД (кВт)
Л/=о-в2яю£>н (D2—d2) / (24 • Ю3£),
где со — угловая скорость эксцентриковой втулки, рад/с.

44
--------------- page: 43 -----------
Мощность привода ККД рассчитывают также по эмпирическим

формулам. Наиболее часто пользуются формулой проф.
В.
N=№Kd*2rn,
где К — коэффициент, учитывающий прочность измельчаемого материала (для прочных пород К—24); dH — диаметр основания

подвижного конуса, м; г — эксцентриситет качаний подвижного

конуса, м; п — частота вращения эксцентриковой втулки, об/с. С

учетом действия пиковых нагрузок (при пуске дробилки под завалом) значение мощности (кВт) увеличивается в 1,5 раза, т. е.
jVyCT=l,5W=216(W„2m.
Мощность приводного электродвигателя ККД можно также определить на основании действующих в ней нагрузок от усилия дробления. При этом возникающие нагрузки от неуравновешенных

масс эксцентрика и подвижного конуса не учитываются ввиду их

незначительной величины по сравнению с нагрузками от усилия

дробления.
Расчетная схема нагрузок на подвижный конус и реакций его

опор приведена на рис. 3.6,а, где Q — равнодействующая сил

дробления материала, Н; G — сила тяжести подвижного конуса,

Н; RB — вертикальная реакция в подвеске подвижного конуса, Н;

Rr — горизонтальная реакция в подвеске подвижного конуса, Н;

R3 — реакция в эксцентриковом стакане дробилки (Н), направленная, как и Q, под углом а к плоскости эксцентриситета.
Все указанные на схеме силы в каждый отдельный момент работы дробилки находятся в равновесии и поэтому должны составлять замкнутый многоугольник сил (рис. 3.6,6). Для преодоления
Рис. 3.6. Схема сил, действующих в коиусиых дробилках крупного дробления:
а — расчетная схема; б — многоугольник сил; в — силы, действующие в верхней опоре дробящего конуса; г — схема векторов скоростей движения оси конуса
45
--------------- page: 44 -----------
всех сил сопротивлений, возникающих при работе дробилки от

сил трения на опорах и от Q, на эксцентрике должен быть создан

крутящий момент, равный сумме моментов:'
1.
/э — коэффициент трения скольжения на внутренней и внешней

поверхностях эксцентрика; гъ и гя — соответственно радиусы внутренней и внешней поверхностей эксцентрика, м.
2.
сил дробления, приведенного к оси эксцентрика (Н-м) Мдр=

=Qcosq)esina, где <р — угол между Q и горизонталью, град; е —

эксцентриситет вала конуса на уровне горизонтальной составля-

щей Qcos<p, м; а' — угол между равнодействующей сил дробления

и плоскостью эксцентриситета (обычно а=20...30°).
3.
ции, приведенного к оси эксцентрика (Н-м) Mr=fnRTa'c'(i>/(i)2, где

/в — коэффициент трения скольжения рабочих поверхностей верхнего подвеса; а'с'—расстояние от мгновенной оси вращения подвижного конуса до точки приложения силы Rr, м; со — угловая

скорость вращения подвижного конуса относительно мгновенной

оси, рад/с; со2 — угловая скорость эксцентрика, рад/с.
Из схемы на рис. 3.6,в видно, что a'c'—ac=ab—cb==r cos р—

—h sin р, где г — расстояние от вертикальной оси до точки приложения Rr, м; h — расстояние от точки подвеса до опорной шайбы,

м; Р — угол между вертикальной осью дробилки и мгновенной

осью вращения подвижного конуса.
Угловая скорость движения подвижного конуса относительно

мгновенной оси определится из уравнений проекций векторов угловых скоростей на осях У и X (см. рис. 3.6,e) coi cos y=(d2+

+cocosp и coi sin y=co sin p, где у — угол между вертикальной

осью дробилки и осью подвижного конуса. Решив эту систему

уравнений, получим to=co2/(sin р ctg-y—cosp) и соответственно

со/а>2=1 /(sin рctgY—cosp). Следовательно, момент трения от горизонтальной реакции (Н-м)
II ID г cos ft h sin P
r nrMi , о .
sin p ctg y — 008 P
4.
ции, приведенного к оси эксцентрика (Н-м); по аналогии с предыдущим
Мв = fAflb ~}Л-. /с°~—г.
<о2
где /?в — вертикальная реакция в верхней подвеске, Н; аЪ—

=r cos р — расстояние от мгновенной оси вращения до точки приложения RB.
Крутящий момент на эксцентрике (Н-м), необходимый для

преодоления сил трения в опорах и усилия дробления, Мкр=

=-Мэкс+Мдр+Л1в+Мг, а крутящий момент на валу двигателя ко-

46
--------------- page: 45 -----------
нусной дробилки AfycT=AfKp/iTb где i — передаточное число привода дробилки, т] — КПД привода. Мощность двигателя (кВт)
Л/уст = Л1устЛ/1000,
где п — частота вращения вала электродвигателя, об/с.
3.4.
Конусные дробилки среднего (КСД) и мелкого (КМД) дробления

однотипны по конструкции, но отличаются формой и размерами

камер дробления, профили которых приведены на рис. 3.7. Особенностью камер дробления этих дробилок является увеличенная

(по сравнению с ККД) протяженность параллельной зоны, необходимая для получения равномерного по крупности продукта с

минимальным количеством избыточных зерен. При этом камеры

дробилок КМД (рис. 3.7,6) имеют более длинную зону параллельности, что обеспечивает выдачу продукта, размер которого

равен ширине разгрузочной щели за счет многократного обжатия кусков в этой зоне.
Дробилки среднего и мелкого

дробления состоят из станины,

опорного кольца, неподвижного

и подвижного конусов, привода и

вспомогательных устройств. Станина 3 (рис. 3.8), являющаяся

ограждающим элементом дробилки, выполнена в виде цилиндрической отливки, нижний фланец которой опирается на фундаментные плиты, а на верхний

устанавливают опорное кольцо 7.
Кольцо представляет собой отливку с внутренней трапецеидальной резьбой и прижимается к станине пружинами 6. На опорном

кольце смонтировано загрузочное устройство 11 с кожухом 9 и

приемной коробкой 12. В опорное кольцо ввинчено регулировочное кольцо 8, отлитое заодно с неподвижным конусом дробилки.

К внутренней поверхности конуса с помощью болтов крепится

футеровка 16 из марганцовистой стали. Резьбовое соединение

опорного и регулировочного колец позволяет регулировать ширину выходной щели за счет перемещения вверх или вниз неподвижного конуса. Регулировка производится вручную с помощью

специального храпового механизма; фиксация положения конуса

осуществляется колонкой 14 со стопором 15.
Нижняя часть станины отлита заодно со стаканом, в который

запрессована цилиндрическая бронзовая втулка 2, представляющая собой подшипник для эксцентрикового стакана 24. В стака-
47
Рис. 3.7. Камеры дробления конусных дробилок:

а — среднего дробления; б — мелкого

дробления
--------------- page: 46 -----------
Рис. 3.8. Конусная дробилка среднего дробления
не выполнена конусная расточка (под углом к его оси), в которую запрессована втулка 1, сопрягающаяся с хвостовиком вала 13,

жестко насаженного на подвижный конус 18. Угол наклона оси

вала конуса по отношению к оси дробилки составляет 2... 2,5°. К

эксцентриковому стакану 24 крепится коническая шестерня 20,

находящаяся в зацеплении с конической шестерней 21 приводного

вала 22. С электродвигателем приводной вал соединяется через

эластичную муфту 23. Эксцентриковый стакан опирается на подпятник 25, состоящий из стальных и бронзовых колец, вращаю-
48
--------------- page: 47 -----------
Рис. 3.9. Конусная дробилка с регулированием ширины разгрузочной щели с помощью гидродилиндров
4-5258
--------------- page: 48 -----------
щихся относительно друг друга в масляной ванне. Подвижный

конус имеет сферическую опорную поверхность, которой опирается на сферический подпятник 19, установленный на стальном

опорном корпусе 4, снабженном гидравлическим противопылевым

затвором 5. Подпятник 19 воспринимает вертикальные составляющие усилий дробления и нагрузки от узла подвижного конуса.

Подвижный конус защищен от износа футеровкой 17, которая

прикреплена к конусу или гайкой со сферической головкой, или

устройством с распределительной тарелкой 10. При круговых качаниях, подвижного конуса поступающий материал равномерно

распределяется тарелкой в дробящем пространстве и измельчается до заданного размера.
Предохранительным устройством дробилок КСД и КМД являются пружины 6, прижимающие опорное кольцо к станине, но не

препятствующие его подъему вместе с неподвижным конусом при

попадании в дробилку недробимых предметов. Количество пру-

жий в зависимости от типоразмера может быть 20...30.
Конусные дробилки среднего и мелкого дробления являются

быстроходными (215...350 кач/мин) тяжело нагруженными машинами, что требует надежного и бесперебойного смазывания

трущихся деталей. Дробилки имеют систему жидкой смазки.

Масло под давлением подается в подпятник, откуда по зазорам

между трущимися поверхностями эксцентрикового узла поднимается вверх, обильно смазывая их. Одновременно по каналам в

валу 13 ив подвижном конусе 18 масло поступает на сферический подпятник и далее на конические шестерни, откуда сливается в бак-отстойник.
Одной из наиболее трудоемких операций при эксплуатации

дробилок КСД и КМД является регулировка вручную размера

выходной щели, поэтому в последних конструкциях машин ширину выходной щели регулируют с помощью гидроцилиндров, расположенных диаметрально на неподвижном кольце. Дробилка с

таким регулированием выходной щели приведена на рис. 3.9. Корпус 4 неподвижного конуса с помощью резьбы соединяется с

опорным кольцом 2, а выступом 13 — с корпусом 5. Опорное кольцо прижато к верхнему фланцу 8 станины 1 пружинами 9. Проворачивание корпуса 4 относительно опорного кольца 2 предотвращается контргайкой 7. Фиксированное положение корпуса 5 обеспечивается собачкой 6, управляемой гидроцилиндром 11. Другая

собачка 3 установлена на станине и управляется гидроцилиндром

14. Поворот контргайки 7 производится гидроцилиндрами 10 и 12.

Для изменения ширины выходной щели с помощью последних

отпускают контргайку 7, однако при этом корпус 4 не поворачивается относительно опорного кольца, так как связан выступом 13

с корпусом 5, а тот, в свою очередь, удерживается от вращения

собачкой 3, поэтому собачку 3 выводят из зацепления гидроцилиндром 14, а собачку 6 вводят в зацепление с зубчатым венцом

50
--------------- page: 49 -----------
корпуса 5, соединяя контргайку 7 с корпусом 4. Вращаясь, контргайка поворачивает корпус 4 по резьбе кольца 2, изменяя ширину

выходной щели. По окончании регулирования собачки 3 и 6 возвращаются в первоначальное положение, а контргайка 7 затягивается гидроцилиндрами 10 и 12.
Из конструктивных разновидностей дробилок КСД и КМД
Рис. 3.10. Конусная дробилка с гидравлической амортизацией и гидравлическим регулированием ширины разгрузочной щели
4*
--------------- page: 50 -----------
наиболее часто применяют машины с гидравлическим регулированием разгрузочной щели и гидравлической амортизацией (рис.

3.10), у которых вал подвижного конуса вращается в двух опорах:

верхней и нижней и опирается снизу на гидравлический плунжер.

Цилиндр плунжера соединен с масляным резервуаром и при нагнетании или выпуске масла из гидроцилиндра подвижный конус

поднимается или опускается. Такая конструкция позволяет обеспечить плавное регулирование размера выходной щели, пуск дробилки под завалом и пропускание недробимых предметов. Кроме

того, наличие двухопорного вала подвижного конуса обеспечивает

лучшее распределение нагрузки, а следовательно, и возможность

развивать большее усилие дробления, возможность создания более

крутой (55... 60°) камеры дробления, что повышает производительность машины. В некоторых моделях дробилок зарубежных

фирм устанавливают в эксцентриковом узле подшипники качения,

что повышает работоспособность узла.
3.5.
дробилок среднего и мелкого дробления
Частота вращения эксцентриковой втулки определяется исходя из следующих допущений: 1) куски измельчаемого материала

скользят по наклонной поверхности дробящего конуса под действием силы тяжести; 2) каждый кусок измельчаемого материала за

время прохождения параллельной зоны должен быть сжат дробящими поверхностями конусов не менее одного раза.
Силы, действующие на кусок материала в камере дробления,

приведены на рис. 3.11,6. Рассмотрим скольжение тела С вниз по

наклонной плоскости АВ с углом наклона у (угол наклона поверхности дробящего конуса к горизонту). Сила трения скольжения
в
Рис. 3.11. Схема к расчету параметров режима работы КСД и КМД:

а — частоты вращения эксцентриковой втулки; б — производительности дробнлкн; е —
уснлня дробления
52
--------------- page: 51 -----------
тела F=fN=fG cos у направлена в сторону, противоположную

его движению (/ — коэффициент трения материала о поверхность

конусов). Сила продвижения тела по наклонной плоскости (Н):
Т—F=G sin у—fG cos Y=G(sin у—f cos у),
где G — сила тяжести тела; F — составляющая силы тяжести.

Значение этой силы неизменно, поэтому движение тела будет равноускоренным. Если а — ускорение тела, то ma=T—F=G(sinY—

—fcosy) или ma=mg(sinу—fcos7), a=g(sinY—fcosy).
Время, за которое тело С пройдет параллельную зону дробил-

ускоренного движения (с):
=
Время, за которое тело С пройдет параллельную зону дробилки, должно быть равно или больше времени одного оборота эксцентриковой втулки, равного tz= 1/п, где п — частота вращения,

об/с. Следовательно,
]/2//[2g-(sin у — / cos Т)]^
откуда
п^У g(sinY — fcosj)/(2/).
В дробилках КСД обычно /=1/12D, где D — диаметр основания подвижного конуса (рис. 3.11,6). Тогда
я?» 7,5]^(sinY—fcosy)/(2/).
Для дробилок КМД частота вращения эксцентриковой втулки

принимается такой же, что и для КСД, несмотря на то, что значение / у них значительно выше.
Производительность дробилок КСД и КМД определяется из

предположения, что за один оборот эксцентриковой втулки материал проходит параллельную зону камеры дробления. Следовательно, за один оборот из дробилки выйдет готовый продукт объемом

(м3) V=nDCplb (рис. 3.11,а), где Dcp — диаметр окружности, описываемой центром тяжести прямоугольника АА\В\В\ I, Ъ — длина

и ширина параллельной зоны, м. Тогда производительность дробилки (м3/с)
n=\mV=\mDcplbn,
где ц — коэффициент разрыхления материала (;л=0,45); п — частота вращения эксцентриковой втулки, об/с. Для упрощения расчетов обычно принимают Dcp—D, где D — диаметр основания подвижного конуса, м.
Величина дробящего усилия для дробилок КСД и КМД определяется исходя из усилий, создаваемых предварительной затяжкой амортизационных пружин. Величина этих усилий должна

обеспечить постоянный контакт опорного кольца с корпусом дробилки.
53
--------------- page: 52 -----------
Расчетная схема для определения равнодействующей усилия

дробления представлена на рис. 3.11,в. Условие равновесия системы соблюдается при 2Ма=0, т. е. Qh+Fh — (G+Pnm)R=0, где

Q — равнодействующая усилий дробления, Н; G — сила тяжести

верхней части дробилки (неподвижный конус с опорным кольцом),

Н; Рп — усилие предварительной затяжки одной пружины, Н;

т — число пружин; F=fQ — сила трения измельчаемого материала о неподвижный конус, Н; f — коэффициент трения породы по

металлу; h, l2, R — плечи сил относительно точки А, м. Из уравнения моментов находим силу Q -(H):
Q={G+Pntn)R/(h+fk).
Усилие дробления Q воспринимается сферическим подпятником

и эксцентриковой втулкой, в которых возникают реакции /?сф и R9.

Значения усилий ^Сф и определяются обычно графически исходя

из предположения, что при равновесии подвижного конуса линии

действия усилий Q, Rcф и #э должну пересекаться в одной точке

(рис. 3.12). Тогда, зная величину и точку приложения Q, а также

приложив R3 в середине высоты эксцентриковой втулки, находим

величину У?Сф и R3. По их найденным значениям производим прочностной расчет деталей дробилки. При работе дробилки усилия

Q, Ясф и R3 не остаются постоянными, а изменяются от минимальных до максимальных значений. Среднее значение Q (Н) можно

определить по эмпирической формуле В. А. Олевского:
Q=46S-104,
где S — площадь боковой поверхности подвижного конуса, м2.

В процессе работы дробилок возникают значительные инерционные силы от действия неуравновешенных вращающихся масс —подвижного конуса и эксцентриковой втулки.

Действие этих сил уравновешивают

противовесом, устанавливаемым обычно

на конической шестерне эксцентриковой

втулки. Противовес представляет собой

чаще всего кольцевой сектор прямоугольного сечения.
Мощность двигателя дробилок КСД и

КМД определяется по той же методике,

что и для дробилок ККД, исходя из

теории дробления Кирпичева—Кика.

При этом объем материала (м3), измельченный за один оборот эксцентриковой втулки, равен разности объемов двух

рядов кусков материала в верхней зоне

камеры дробления и материала, находящегося в зоне параллельности (см.

54
Рис. 3.12. Схема сил,

действующих на подвижный конус
--------------- page: 53 -----------
рис. 3.11,6):
ДУ = z + z2 ~ —

6 1 1 6 6
где D\, D2 и d— диаметры кусков материала в верхней зоне и

зоне параллельности, м; гь z2 и г3 — количество кусков материала, разместившихся в первом и втором рядах и в зоне параллельности. Заменяя г через отношение длин соответствующих окружностей и диаметры дробимых кусков, получим
ду
”” 6 Dx
Тогда, работа дробления
A
2 E 12£
и мощность, затраченная на дробление (Вт),
N=^-(D*Dc’-{-D2*Dc"-dlDc),
где (о — угловая скорость эксцентриковой втулки, рад/с; а и £ —

предел прочности и модуль упругости измельчаемого материала,

Па.
Установочная мощность двигателя дробилки (кВт)
WyCT=jV/(1000r]),
где т] — КПД передачи от эксцентриковой втулки до двигателя.

Мощность двигателя дробилок можно также определить на основании известных усилий Q, R3 и Rcф■ С этой целью подсчитывают

моменты этих сил относительно эксцентрикового вала, а сумма

этих моментов должна преодолеваться моментом, развиваемым

приводом дробилки. В этом случае момент от усилия дробления

(Н-м): Mq=Qb sin a cos ф, где Q — среднее усилие дробления, Н;

е — эксцентриситет (расстояние между осью подвижного конуса и

осью дробилки в плоскости действия силы Q), м; а — угол опережения силы Q, град; <р — угол между линией действия силы Q и

горизонтальной плоскостью, град.
Момент трения на опорной сферической поверхности конуса,

приведенный к эксцентриковому валу (Н-м),
-^тр.сф ^ /1^?сф^*(йм/(0э,

где fi — коэффициент трения между поверхностями конуса и подпятника (fi=0,02); Ясф — реакция сферического подпятника, Н;

г — плечо действия силы Д^сф относительно мгновенной оси конуса, м; (Ом — мгновенная угловая скорость конуса, рад/с; <аэ —

угловая скорость эксцентриковой втулки, рад/с. Момент трения в

эксцентриковом узле (Н-м) MTP.a^f3R3(rs-\-rH), где /э — коэффициент трения на поверхности эксцентриковой втулки (f3=0,05);
55
--------------- page: 54 -----------
Rb — реакция эксцентриковой втулки, Н; гв и гн — внутренний

(усредненный) и наружный радиусы эксцентриковой втулки, м.
В результате установочная мощность двигателя дробилки

(кВт)
NycT^: (Л1др-)--Л1тр.сф-|-Л^тр.э) соэ/ (1000т]),
где т} — КПД передачи от эксцентриковой втулки до электродвигателя.
Выведенные выше формулы мощности электродвигателя дробилок КСД и КМД дают лишь приближенные значения установочной мощности ввиду сложности определения отдельных параметров. Наиболее часто мощность электродвигателя дробилок

КСД и КМД определяют по эмпирической формуле В. А. Олев-

ского:
jVycT=12,6D2n,
где D—диаметр основания подвижного конуса, м; п — частота

вращения эксцентриковой втулки, об/с.
ГЛАВА 4. ВАЛКОВЫЕ ДРОБИЛКИ
4.1.
Измельчение материала в валковых дробилках происходит между

двумя цилиндрическими валками, вращающимися на горизонтальных осях навстречу друг другу под действием сжимающих и истирающих нагрузок. Валковые дробилки бывают одно-, двух- и

. четырехвалковые с гладкой, рифленой, ребристой и зубчатой поверхностью валков. Для пород средней прочности (до 150 МПа)

применяют валки с гладкими и рифлеными поверхностями; для

мягких и хрупких пород (до 80 МПа) — с зубчатой поверхностью.

Наибольшее распространение получили двухвалковые дробилки,

принципиальная схема и привод которых приведены на рис. 4.1.
Основными рабочими органами дробилки являются валки 2 и
4
приемное отверстие 3 в корпусе 5. Для предохранения машины от
а/
12 3 4 5 в
В)
Ий ИЯ
ilc. з1с
| пиши iiinif
Рис. 4.1. Принципиальная схема (а) и приводы (б...г) двухвалковых
дробилок
56
--------------- page: 55 -----------
1
разрушения при попадании недробимых предметов один из валков установлен на подшипниках, связанных с пружинами 1, и может перемещаться, отодвигаясь от другого валка.
Валковые дробилки имеют различные схемы привода валков.

На рис. 4.1,6 показан привод на один валок от электродвигателя

через шкив 6 и шестеренчатую передачу 8. Другой валок вращается от первого через шестерни 7 с удлиненными зубьями, обеспечивающими отход валков при пропуске недробимых тел. Такая

схема привода сложна и имеет невысокую надежность из-за частого разрушения шестерен 7, работающих в условиях динамических нагрузок и абразивной запыленности. В связи с этим в настоящее время широкое распространение получил индивидуальный

привод на каждый валок через шкивы 6 (рис. 4.1,в) или от одного

электродвигателя 11 через редуктор 10 и карданные валы 9 (рис.
4.1,г). В последнем случае оба валка выполняются подвижными,

что делает конструкцию динамически уравновешенной.
Конструкция валковой дробилки с двумя валками, один из которых гладкий, а другой рифленый приведена на рис. 4.2. Подшипники неподвижного валка 7 крепятся к корпусу 6 дробилки,

подшипники другого к подвижной раме 3, соединенной с корпусом шарниром 4. В верхней части корпус и рама связаны между

собой предохранительным устройством 1, состоящим из тяг и пружин, позволяющих регулировать зазор между валками, а также

обеспечивающих их отход при попадании недробимых предметов.

В этом случае валок вместе с подвижной рамой и установленным

на ней электродвигателем 2 поворачивается вокруг шарнира и

ширина разгрузочной щели увеличивается. После прохождения

недробимого предмета валок возвращается в первоначальное по-
57
--------------- page: 56 -----------
ложение. Усилие, необходимое для дробления материала, обеспечивается предварительным поджатием пружин. Каждый валок

приводится во вращение от самостоятельного электродвигателя

через клиноременную передачу. Наличие на валу каждого валка

шкива 5 способствует их более равномерному вращению за счет

сообщения дополнительного махового момента. Валки футеруются

бандажами, состоящими из отдельных секторов, что улучшает и

ускоряет процесс их замены. Бандаж изготовляется из марганцовистой стали.
Валковые дробилки имеют диаметр валка D=200...1500 мм

и длину L=0,4...1,0 диаметра (в последние годы выпускаются

дробилки, у которых L>D). Крупность исходного материала при

гладких'валках составляет 1/17... 1/20 от диаметра валка, при

рифленых или зубчатых — 1 /2 ... 1/6.
Достоинствами валковых дробилок являются простота конструкции и надежность работы, низкий удельный расход электроэнергии, небольшое содержание переизмельченного материала в

готовом продукте. К недостаткам относятся: низкая производительность, невысокая степень измельчения, низкое качество готового продукта (большое процентное содержание «лещадных» зерен), ограниченная прочность измельчаемого материала, высокая

динамичность процесса измельчения, что повышает нагрузки на

корпус и на фундамент.
В настоящее время валковые дробилки применяются преимущественно для измельчения материалов, склонных к налипанию

или содержащих липкие включения.
4.2.
валковых дробилок
Угол захвата в валковых дробилках а — это угол между плоскос-

стями, касательными к поверхности валков в точках соприкосновения с куском измельчаемого материала (рис. 4.3). Для расчета

угла захвата принимаем, что кусок имеет шарообразную форму и

массой его пренебрегаем ввиду незначительности по сравнению с

разрушающими усилиями. При вращении валков на кусок действуют силы сжатия Р от обоих валков и силы трения F—fP (f —

коэффициент трения материала о валок). На рис. 4.3 эти силы

для упрощения показаны для одного валка. Кусок втягивается в

пространство между валками, если сумма сил, направленных

вниз, больше суммы сил, направленных вверх, т. е. выполняется

неравенство 2Fcosa/2^2P sin a/2 (a — угол захвата, град). Произведя преобразование, получим f^:tga/2, а так как /=tg <р (<р —

угол трения), получим
Ф^а/2 или а^2ф.
Следовательно, угол захвата валковых дробилок, как щековых
58
--------------- page: 57 -----------
и конусных, не должен превышать двойного угла трения материала по рабочему органу машины.
Соотношение размеров валка и дробимых кусков определяется

из рис. 4.3. Приняв, что диаметр валка равен D, диаметр дробимого куска — d и ширина разгрузочного отверстия — 2е, получим (I)/2+d/2)cos a/2=D/2-\-e или (D-\-d) cos a/2=D-\-2e.

Разделив обе части уравнения на d, получим (D/e?+l)cosa/2=

=D/d-\-2e/d. Приняв в валковых дробилках степень измельчения,

равной 4, получим 2е/е?=0,25 и тогда D/d=(cos a/2—0,25)/(1—

—cos a/2). Коэффициент трения f для горных пород принимаем

равным 0,3, следовательно, а/2 будет 16°40'. Тогда
D/d=(cos 16°40'—0,25)/(1—cos 1604О') да 17.
Практически для гладких валков D/d=20, а для зубчатых и

рифленых валков D/d=2...6, так как в последнем случае захват

куска производится непосредственно поверхностью рабочего органа дробилки.
Производительность валковых

дробилок определяется из предположения, что при постоянном

питании материалом машины из

нее выходит непрерывная лента

готового продукта сечением S =
= 2 eL (L — длина валка, м).
Тогда за один оборот валка из

дробилки выпадает материал объемом V=nDL-2e (м3). Производительность дробилки (м3с) при
частоте вращения валка п (об/с) рис 4 3 Схема к расчету параметров

Yl—knDL • 2еп
где k—коэффициент, учитывающий степень использования ширины валков и разрыхленность материала (для твердых пород k=

=0,2... 0,3, для влажных и вязких £=0,4... 0,6).
При измельчении прочных материалов установленный зазор

между валками несколько увеличивается вследствие отхода валков друг от друга, поэтому для получения требуемого размера

готового продукта расстояние между валками 2е уменьшается.

Для учета этого фактора в формулу производительности вводится

поправочный коэффициент &i=l,25.
Производительность валковых дробилок зависит от частоты

вращения валков. При повышенной частоте вращения она падает

ввиду значительной вибрации валков и материала, а также влияния центробежных сил, снижающих усилия трения между материалом и валками, которые необходимы для захвата материала.

Для определения минимальной (птт) и максимальной (птаХ)

частоты вращения валков (об/с) Б. В. Клушанцев рекомендует
59
--------------- page: 58 -----------
следующие эмпирические зависимости: nmm=l/D и nmax=2/D(D—

в м). По полученным значениям птm и птах, исходя из условий

эксплуатации, определяется оптимальная частота вращения. Наиболее благоприятный режим работы валковых дробилок наступает

при окружной скорости валков 3...6 м/с.
Усилие дробления, создаваемое затяжкой предохранительных

пружин, Q=naB/7 (Н), где ц — коэффициент разрыхления материала; ов — предел прочности на сжатие, Па; S=a/(2RL)—площадь контакта валка с измельчаемым материалом, м2 (а — угол

захвата, рад; У? —радиус валка, м; L — длина валка, м). При

дроблении прочных материалов а/2=16°40', ц=0,2...0,3. При переработке глин а/2=24°20', ц-=0,4 ... 0,6.
Б. В. Клушанцев предлагает при определении Q (Н) учитывать

также одновременность раскалывания кусков материала, находящихся в зоне дробления, введением коэффициента Я^0,02. Тогда
Q^ptoJLRL.
Подставляя значения ц, % и а/2, получим: при дроблении прочных материалов Q=l,74aRL-10-3, при переработке глин Q=

=5,16a#L-10-3. По известному усилию Q производится расчет на

прочность деталей валковой дробилки.
Мощность двигателя привода валковых дробилок (Вт) определяется с учетом затрат мощности на дробление материала и на

преодоление трения в подшипниках валков:
N=(Ni+Ni)/i\,
где N1 — мощность, расходуемая на дробление материала, Вт;

N2 — мощность, расходуемая на трение в подшипниках, Вт; rj —

КПД передачи (т]=0,95); N\=2nRnfQ, где f—коэффициент трения

материала по поверхности валка (/=0,3...0,45); N<i=2nndmf\P\,

где йш — диаметр шейки вала, м; fi — коэффициент трения качения, приведенный к валу (fi=0,001); Р = J/G2 — Q2 4- нагрузка

на подшипники вала, Н (G — сила тяжести валка, Н).
Для расчета мощности валковых дробилок используются также эмпирические формулы. Для пород средней прочности рекомендуется формула Аргаля: мощность (кВт) jV=47,6.KLu, где К —

коэффициент, равный 0,6D/e?+0,15; £— длина валка, м; v —

окружная скорость поверхности валков, м/с.
ГЛАВА 5. ДРОБИЛКИ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ
5.1.
В дробилках ударного действия измельчение материала происходит при соударении кусков с рабочими органами (молотками, билами), а также с ограждающими элементами (отражательными
60
--------------- page: 59 -----------
плитами, колосниковыми решетками). Эти дробилки применяются

преимущественно для измельчения малоабразивных пород средней

прочности влажностью не более 10%. Преимуществами дробилок

ударного действия являются: высокие степень измельчения (до

50), качество готового продукта по форме зерен, удельная производительность (на единицу массы машины), а также простота

конструкции, удобство обслуживания. К недостаткам относятся

интенсивный износ рабочих органов и неравномерный (по зерновому составу) готовый продукт.
По конструктивному исполнению такие дробилки подразделяются на молотковые и роторные. Первые в качестве рабочего органа имеют молотки, шарнирно подвешенные к ротору, у вторых —

на массивном роторе жестко закреплены сменные била из износостойкой стали. Жесткое крепление бил на роторе обеспечивает

использование при дроблении материала кинетической энергии

всего ротора, что позволяет применять роторные дробилки для

первичного дробления прочных материалов. Молотковые дробилки

предназначены для дробления хрупких и мягких малоабразивных

материалов (мел, гипс, известняк и т. п.).
Рабочий процесс дробилок ударного действия происходит следующим образом. Материал, подлежащий измельчению, загружается в дробилку сверху и, падая вниз, попадает под действие

быстро вращающихся бил или молотков. В результате соударения

куски разрушаются, разлетаясь в разные стороны, попадают на

ограждающие элементы — колосники, отбойные плигы, где дополнительно измельчаются. Отражаясь от ограждающих элементов,

куски вновь попадают под действие рабочих органов. Такой процесс происходит многократно, пока измельченные куски не пройдут сквозь колосниковую решетку или разгрузочную щель. Разрушению материала способствуют также центробежные силы, возникающие при эксцентричном соударении куска с рабочим органом, благодаря чему в нем возникают растягивающие напряжения

(ар«10 МПа), превышающие предел прочности материала на

растяжение.
Роторные и молотковые дробилки имеют одинаковые принципиальные схемы (рис. 5.1). Наиболее распространены однороторные нереверсивные дробилки (рис. 5.1,а), которые применяются

для измельчения малоабразивных материалов средней и малой

прочности. Однороторные дробилки могут быть также реверсивными (рис. 5.1,6), при этом изменяющееся направление вращения ротора позволяет использовать рабочие поверхности бил и

молотков с двух сторон, не производя их перестановку, что увеличивает межремонтный срок службы машины. Двухроторные дробилки бывают одноступенчатого (рис. 5.1,в) и двухступенчатого

(рис. 5.1,г) действия. Первые применяются для получения большей производительности, когда каждый ротор работает самостоятельно и материал поступает равномерно на каждый из них, Двух-
61
--------------- page: 60 -----------
Рис. 5.1. Схемы дробилок ударного действия:
/ — роторные; // — молотковые
ступенчатые двухроторные дробилки позволяют повысить степень

измельчения материала в одной машине, где исходный материал

сначала поступает на первый ротор, затем на второй.
Основным узлом дробилки ударного действия является ротор,

который должен обладать высокими массой (до 20 т) и окружной

скоростью (20...80 м/с), что обеспечивает эффективное дробление материала. При таких показателях массы и скорости в роторе

возникают большие ударные и центробежные нагрузки, что тре-

62
--------------- page: 61 -----------
бует от конструкции

ротора, сменных бил и

молотков высокой надежности и удобства

технического обслуживания.
Главные параметры дробилок ударного

действия — диаметр

(Dp) и длина (Lp) ротора, которые входят

в ее условное обозначение.
I
5.2.
молотковых дробилок
Конструктивно разли-

, чают одно- и двухроторные молотковые

дробилки, реверсивные

и нереверсивные, с колосниковой решеткой и

^ без нее. Наличие в

дробилке колосниковой

решетки позволяет ре-

1 гулировать крупность

готового продукта по

максимальному зерну.

При отсутствии колосниковых решеток дро-
>
чать материал более

высокой влажности, но

при этом возможно пе-

реизмельчение мате-

вязких материалов с

I повышенной влажностью или значительным

содержанием липких

включений вместо отражательных плит в
>
ся пластинчатые конвейеры тяжелого типа.
63
Рис. 5.2. Молотковая дробилка
--------------- page: 62 -----------
На рис. 5.2 показана однороторная нереверсивная дробилка,

которая состоит из ротора 1, корпуса 2, отбойной плиты 6, отбойного бруса 7, двух колосниковых решёток — подвесной 8 и выдвижной 9. Вращение ротора, установленного в роликоподшипниках 5,

осуществляется от электродвигателя 4 через упругую муфту 3.

Корпус 2 сварной, имеет разъем по оси ротора в горизонтальной

плоскости. Разъемные части—станина и верхняя часть — крепятся между собой болтами. Внутренние стенки корпуса футерованы

сменными плитами из износоустойчивого материала. В верхней

части корпуса имеются два вертикальных разъема для откидывания передней и задней стенок с целью замены молотков, отбойного бруса и футеровочных плит.
Ротор (рис. 5.3) дробилки представляет собой горизонтальный

вал 1, на котором насажены диски 4. Через диски по длине ротора пропущены оси 2, на которых шарнирно рядами подвешены

молотки 3. Число рядов молотков в зависимости от крупности готового продукта равно двум, четырем или шести. Вал 1 вращается

в двух роликоподшипниках 5, укрепленных на конусных разрезных втулках. Молотки дробилок (рис. 5.4) изготовляются из износостойких сталей с двумя или четырьмя рабочими поверхностями

с целью многократного использования путем перестановок, переворачивания и т. п. На рис. 5.4,6, в, г изображены конструкции

молотков с двумя рабочими поверхностями, а на рис. 5.4,а, д —

с четырьмя. Число молотков на крупных дробилках достигает 100,

масса каждого из них 4 ... 70 кг.
Отбойная плита 6 (см. рис. 5.2) футерована износостойкими

плитами и в верхней части крепится к корпусу дробилки. Перемещение плиты относительно ротора производится с помощью

регулировочного устройства. Отбойный брус 7 используется в

крупных дробилках для регулирования размера готового продукта
Рис. 5.3. Ротор молотковой дробилки
64
--------------- page: 63 -----------
а)
гН
%
б)
&
m
6)
К?
д)
Рис. 5.4. Схемы молотков
Рис. 5.5. Выдвижная колосниковая решетка
путем перемещения в прямоугольных гнездах нижней части станины параллельно оси ротора. Рабочая сторона бруса предохраняется от износа футеровкой. Выдвижная колосниковая решетка

(рис. 5.5) смонтирована на тележке 2 с четырьмя катками 3, расположенными на рельсах. Тележка облицована сменными колосниками 1, закрепленными на ней с помощью болтов 4. Подвесная

колосниковая решетка 8 (см. рис. 5.2) шарнирно подвешена на

оси, а в нижней части опирается на зубчатую рейку, что позволяет

ей изменять положение относительно молотков ротора, увеличивая

или уменьшая зазор. Колосниковые решетки состоят из сменных

лосниками расширяются под углом 10... 20° (в сторону разгрузки), что облегчает разгрузку материала.
При работе молотковой дробилки исходный материал поступает через приемное отверстие в камеру дробления, где измельчается молотками ротора и отбрасывается на отбойные плиту и

брус. Там происходит дополнительное измельчение. Затем материал додрабливается на колосниковых решетках, и готовый продукт

выпадает через щели решеток в разгрузочный бункер.
5.3.
роторные дробилки подразделяются на крупного (ДРК), среднего

и мелкого (ДРС) дробления. Конструктивно они различаются соотношением размеров роторов и числа отражательных плит.
5—-5258
--------------- page: 64 -----------
У дробилок ДРК диаметр ротора больше длины, у дробилок

ДРС эти параметры равны, в дробилках ДРК камера дробления

образуется ротором и двумя отражательными плитами, у дробилок ДРС — ротором и тремя плитами.
Конструкция наиболее распространенных однороторных нереверсивных дробилок показана на рис. 5.6. Дробилка состоит из

корпуса, ротора 1 с закрепленными на нем билами 11, отражательных плит 5 и 9, регулировочного механизма 6. Корпус дробилки— сварной, разъемный, состоит из верхней части 3 и станины 2, крепящейся к фундаменту. В верхнюю часть корпуса

входят неподвижная и откидывающаяся части. На неподвижной

части крепятся: к приемному отверстию 4 — лоток и к стенке —

отражательная плита 5. Откидывающаяся часть перемещается с

помощью регулировочного механизма (винтового, гидравлического и т. д.). В корпусе предусмотрены люки для профилактического

осмотра дробилки. Места разъема корпуса и соединения корпуса

с люками герметизируются для предохранения от проникновения

пыли. Внутренняя часть корпуса облицована футеровкой 8.
Ротор 1 дробилки представляет собой массивную цилиндрическую отливку с продольными пазами для установки бил. Число

рядов бил колеблется от двух до шести и зависит от вида дробления: при крупном дроблении оно меньше, при среднем и мелком— больше. Билы изготовляются литыми из высокомарганцовистой стали. Вал ротора установлен в конических самоцентри-
66
--------------- page: 65 -----------
рующихся подшипниках, которые для облегчения монтажа насажены на конические разрезные втулки. Корпуса подшипникбв

устанавливаются на корпусе дробилки. Для обеспечения высокой

уравновешенности ротор при изготовлении проходит статическую

балансировку. Отражательные плиты 5 и 9 выполняются из износостойкой марганцовистой стали и в нижней части облицованы

футеровкой 7. На плитах установлены пружинные возвратно-регулировочные устройства 6 с резиновыми амортизаторами, предназначенные для пропуска через машину недробимых предметов

и регулировки размера выходной щели 10. В рассматриваемой

дробилке установлены две отражательные плиты, образующие две

камеры дробления, что характерно для ДРК- При совмещении

обеих плит образуется однокамерное дробящее пространство, при

котором дробилка имеет наибольшую производительность.
Привод дробилки осуществляется от электродвигателя через

клиноременную передачу. В некоторых роторных дробилках вместо отражательных плит устанавливают отражательные колосниковые решетки, что предотвращает переизмельчение материала,

отделяя готовый продукт от общей массы перерабатываемого материала.
5.4. Расчет дробилок ударного действия
При ударном измельчении материала энергия расходуется на разрушение кусков, на деформацию молотков (бил), отражательных

и колосниковых плит, причем количество и распределение энергии

зависят от физико-механических свойств и крупности исходного

материала, массы, формы, скорости вращения рабочих органов,

степени измельчения и особенностей конструкции дробилок.
Для разрушения материала в дробилках ударного действия

необходимо, чтобы куски получали определенное количество энергии, которое зависит от характеристики горной породы.
Исследования показали, что критерием оценки ударного воздействия на горную породу является зависимость
dvz=c,
где d — размер куска, м; v—скорость удара, м/с; г—показатель

степени (z<2); с — константа, характеризующая горную породу

(определяется опытным путем). Если dvz<ic, материал не разрушается, если dvz>c, то происходит разрушение материала. Анализ формулы (5.1) показывает, что при данной скорости удара

существует граничный размер куска dKp (м), ниже которого частицы разрушаться не будут:
dKp=230- 10-5<Гр/ (рУр1,5),
где ор — предел прочности материала на растяжение, Па; р —

плотность дробимого материала, кг/м3; ир — скорость удара, принимаемая равной окружной скорости ротора, м/с.
5*
--------------- page: 66 -----------
На основании зависимости (5.1) можно также определить критическую скорость вращения ротора (м/с) для разрушения кусков

крупностью d и имеющих определенные значения аир:
Укр= 1,75-10-2 ^[op/(pd)f.
Молотковые дробилки. Расчет ведется по эмпирическим формулам, связывающим производительность и мощность машин с

линейными размерами ротора и скоростью его вращения. Диаметр (м) ротора (диаметр окружности, описываемой молотками)

Dp=3d+0,55, где d — наибольший размер кусков исходного материала, м. Длина (м) ротора Lp— (0,8 ... 1,2)DP. Длина молотка

(от оси подвеса до бойка) принимается равной (0,2 ... 0,25)£>Р.

Длина бойка равна 0,5 длины молотка.
Ширина щели между колосниками решетки должна быть в
1,5...2 раза больше требуемого наибольшего размера готового

продукта.
Производительность (м3/ч) молотковых дробилок при DP>LP

П= (0,36... 0,54) Dp2 Lp©,
при Z)p<Lp
П= (0,36... 0,54) DpLp2(o,
где © — угловая скорость вращения ротора, рад/с.
Мощность (кВт) молотковых дробилок
iV=l,18Z)pLp©,
или
N=1,34Dp2Lpo>.
Производительность, потребляемая мощность молотковых дробилок, качество готового продукта, долговечность деталей машины во многом зависят от конструкции молотков — их размеров,

массы и окружной скорости вращения. Измельчение материала в

молотковых дробилках происходит в результате соударений молотков е отдельными кусками, причем работа, производимая одним молотком, зависит от его кинетической

энергии (Дж): E=mv2/2, где т — масса

молотка, кг; v — окружная скорость вращения молотка, м/с.
При соударении молотка .с куском материала возникает импульс удара, в результате которого молоток теряет первоначальную скорость и отклоняется назад. Отклонение молотка (угол поворота после

соударения) зависит от его массы и размеров и не может быть чрезмерным, так

как при этом нарушится работа дробилки

и повысится износ молотков. Допустимый

угол поворота молотка определяется в за68
Рис. 5.7. Схема к расчету производительности

роторной дробилки
--------------- page: 67 -----------
висимости от изменения окружной скорости молотка до и после

удара и не может превышать 80 ... 90 % максимально возможного

угла поворота молотка.
Долговечность деталей рабочего органа (подшипников ротора)

зависит от величины удара, передаваемого на вал ротора при работе дробилки. Для повышения долговечности подшипников ротора необходимо обеспечить уравновешивание молотков, при котором ударный импульс, передаваемый на ось подвеса молотка и

подшипники ротора, был бы равен нулю. Это достигается созданием определенной формы молотков, при которой момент инерции

(кг-м2) молотка относительно оси подвеса Jz-z—m(h2-\-hl2), где

li — расстояние от оси подвески до центра масс молотка, м; 1% —

расстояние от центра масс молотка до точки приложения импульса удара при соударении с куском материала, м.
Роторные дробилки. Главными параметрами дробилки являются диаметр и длина ротора. Диаметр ротора Dp (м) зависит

главным образом от крупности исходного материала d (м). £)ля

однороторных ДРК £Р=(1,5 ... 3,0)rf, для двухроторных—Dp=

= 1,2d, дробилки среднего дробления имеют Z)p==(3... 10)d, мелкого дробления — Dp^lOd. Длина ротора Lp (м) зависит от его

диаметра: Lp= (0,5 .. 1,5)DP. Производительность роторной дробилки (м3/с)
П = 480-^У^-Аэ,
где ур — окружная скорость вращения ротора, м/с; z — число рядов бил; — коэффициент, зависящий от положения отражательной плиты (&р=1,3... 5,2). Производительность роторных дробилок может быть также определена на основании расчетной схемы

(рис. 5.7), согласно которой над камерой дробления находится

плотная масса материала, опускающаяся под действием силы тяжести на ротор со скоростью vB- При вращении ротора последний

каждым билом срезает слой материала толщиной h (по вертикали). Объем срезаемого материала V=ALvh (м3), где А — горизонтальная проекция дуги КС, м. Отсюда производительность дробилки (м3/с) Il=Vnz=ALphnz, где п — частота вращения ротора,

об/с; z — число рядов бил.
Мощность привода роторной дорбилки (кВт)
#=№ДРП (i—1) / (^св'Пдр'ПпЮО),
где W„— энергетический показатель (затраты электроэнергии на

измельчение 1 м3 материала), Вт-ч/м3, №др= (2,53... 40); П —

производительность дробилки, м3/ч; i — степень измельчения;

DCB — средневзвешенный диаметр исходного материала, м; riAP —

КПД дробилки (т1дР=0,75...0,95); Лп—КПД привода (при клиноременной передаче т]п=0,92... 0,96).
69
--------------- page: 68 -----------
ГЛАВА 6. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОМОЛА
6.1.
В барабанных мельницах измельчение материала происходит

внутри полого вращающегося барабана с помощью мелющих тел

(шаров, стержней). Помещенный в мельницу материал разрушается под действием ударных и истирающих нагрузок. Барабанные

мельницы классифицируются по нескольким признакам: по режиму работы — периодического (рис. 6.1,а) и непрерывного (рис.

6.1,6 — ж) действия; по характеру работы — мельницы, работающие в открытом и замкнутом цикле; по форме барабана — цилиндрические короткие (рис. 6.1,а...г), цилиндрические длинные

или трубные (рис. 6.1,е, ж) и конусные (рис. 6.1,5); по форме

мелющих тел—шаровые, стержневые и самоизмельчения (без

мелющих тел); по способу загрузки и выгрузки материала — с загрузкой и выгрузкой через люк (рис. 6.1,а), с загрузкой и выгрузкой через полые цапфы (рис. 6.1,6, д, е), с загрузкой через

полую цапфу и выгрузкой через периферийное сито (рий. 6.1,в, г)

или днище барабана (рис. 6.1,а/с); по способу помола — сухого и

мокрого помола; по конструкции привода — с периферийным (рис.
6.1,е)
Преимуществами барабанных мельниц являются простота и
надежность конструкции, простота регулировки степени измельчения, однородность готового продукта. К недостаткам относятся

большой расход энергии (35...40 кВт ч/т), низкое использование

в рабочем процессе объема барабана (35...45%), малые скорости воздействия на материал мелющих тел, значительные габариты и масса, повышенный шум при работе. Определяющими параметрами барабанных мельниц являются диаметр (D) и длина (L)

барабана. У мельниц с относительно коротким барабаном соотношение LjD—2... 3, у трубных L/D=3... 6.
Шаровая цилиндрическая мельница периодического действия

(рис. 6.2,а) состоит из сварного цилиндрического -барабана 1 с
рывного действия с выгрузкой через периферийное сито; г — непрерывного действия с выгрузкой через торцовую
"

мельница; е— трубная

мельница с периферийным приводом; ж —

трубная мельннца с цен»

тральным приводом
70
--------------- page: 69 -----------
Рис. 6.2. Шаровые мельницы
люком, прикрытым крышкой 2, и двумя днищами 3. Днища центральными осями опираются на подшипники 4. Внутренняя поверхность барабана футеруется износостойкими плитами. Привод

мельницы состоит из электродвигателя 8, редуктора 7 и зубчатой

передачи 6. Для уменьшения пускового момента в схеме привода

предусмотрена фрикционная муфта 5. При работе мельницы исходный материал подается в барабан через люк 2, измельчается в

зависимости от требуемой тонкости помола в течение 5... 8 ч,

после чего разгружается через тот же люк. Для предотвращения

выпадения из мельницы мелющих тел при выгрузке готового продукта в люк вставляется трубка с отверстиями. Такие мельницы

имеют низкую производительность.
Более высокую производительность помола имеют шаровые

конусные мельницы непрерывного действия (рис. 6.2,6). В них
71
--------------- page: 70 -----------
Рис. 6.3. Трубная многокамерная мельница
исходный материал поступает через пустотелую цапфу 5 в барабан 6, где происходит помол с помощью мелющих тел 4. Измельченный материал проходит через отверстия 7 в приемник 8, откуда ссыпается в сепарирующие установки. Недоизмельченный материал поступает в барабан через цапфу 2 и подвергается

повторному помолу. Барабан вращается от электродвигателя через шестерню 1 и зубчатый венец 3.
Наиболее эффективными барабанными мельницами являются

трубные многокамерные мельницы, что достигается увеличением

длины барабана, а также разделением его по длине на 2... 4 камеры с помощью решетчатых перегородок. Первую (со стороны

загрузки) камеру заполняют более крупными мелющими телами,

следующие — более мелкими, а последнюю камеру загружают

наиболее мелкими мелющими телами в виде коротких цилиндриков, интенсивно истирающих материал при перекатывании. Такое

распределение мелющих тел позволяет наиболее полно использовать накопленную ими при падении кинетическую энергию.
Трубная мельница (рис. 6.3) состоит из цилиндрического барабана 4 с торцовыми днищами 3 и 7, который опирается цапфами 2 и 8 на подшипниковые опоры с самоустанавливающимися

вкладышами. Барабан разделен решетчатыми перегородками на

четыре камеры. Три из них футеруются волнистыми броневыми

плитами, облегчающими подъем мелющих шаров, а четвертая —

гладкими плитами, что способствует равномерному перекатыванию цилиндрических мелющих тел. Четвертая камера, имеющая

наибольшую длину, разделена продольными перегородками на

пять частей, что повышает интенсивность помола и снижает (на

20%) удельный расход потребляемой энергии за счет уравновешивания отдельных частей при вращении барабана.
72
--------------- page: 71 -----------
Рабочий процесс в мельнице происходит следующим образом.

Исходный материал подается питателем в воронку 1 и через конусную втулку полой цапфы 2 поступает в первую камеру. После

измельчения в ней крупными шарами материал через перегородку

перемещается во вторую камеру, а затем — в третью и четвертую.

Окончательно измельченный материал через овальные отверстия 6

днища 7 ссыпается из барабана на разгрузочное сито 9, откуда

готовый продукт поступает на склад, а недоизмельченный материал— в боковой сборник на доизмельчение. Привод барабана

осуществляется от'электродвигателя через редуктор и соединительный вал. Герметизация барабана при сухом помоле осуществляется с помощью колец 5.
Кроме рассмотренных выше типов барабанных мельниц для

помола некоторых материалов применяются мельницы без мелющих тел, в которых происходит самоизмельчение материала при

падении его в машину и при перекатывании внутри барабана.

Процесс самоизмельчения материала интенсифицируется с увеличением диаметра барабана, уменьшением его длины, а также

оптимальной формой футеровки. Такие машины применяются в

промышленности строительных материалов при обогащении полезных ископаемых и работают в открытом и замкнутом циклах

сухого и мокрого измельчения.
6.2.
барабанных мельниц
Угловая скорость барабана определяет характер движения мелющих тел, от которого зависит интенсивность измельчения материала в мельнице. При малой угловой скорости барабана мелющие

тела и измельчаемый материал смещаются в сторону вращения

барабана и вместе с ним поднимаются на высоту, при которой

угол подъема б становится равным углу трения (точка А, рис. 6.4). Отсюда они скатываются, измельчая материал легкими ударами

и истиранием. Интенсивность измельчения

при этом невысока. При чрезмерно высокой

угловой скорости барабана значительно

возрастают центробежные силы, которые превосходят силу тяжести, за счет этого мелющие шары прижимаются к стенке барабана

и не будут отрываться от нее даже в точке

Е. При этом работа измельчения производиться не будет. Угловая скорость, при кото- Рис. 6.4. Схема к

рой возникает такое положение, называется расчету оптималь-

критической (й)Кр) и определяется из условия н°й Угловой ск°-

p>mg, где Р=тсЛрЯ —Центробежная сила, барабанаВРмадьни”
Н (й)Кр — критическая угловая скорость бара-
73
--------------- page: 72 -----------
бана, рад/с; R— радиус барабана, м); т—масса шара, кг; g—

ускорение свободного падения, м/с2. Отсюда соКр^g/R- Оптимальная угловая скорость барабана определяется из условия обеспечения максимальной высоты падения шара, которая определяется

координатами точки отрыва шара от стенки (точка В) и точки

соприкосновения его с барабаном после падения (точка С).
В точке В на шар действуют силы инерции Р, сила тяжести

mg и сила трения скольжения по стенке барабана Т, которой можно пренебречь ввиду подпора верхних частиц нижними. С учетом

этого отрыв шара от стенки барабана в точке В будет происходить при условии P^G sin а, где а — угол подъема шара (а=

=35...40°). Подставляя в уравнение значения Р и О, получим

moion’cR^mg sin а. Отсюда угловая скорость (рад/с)
sin a/R.
Масса мелющих тел значительно влияет на эффективность работы шаровых мельниц. При малом количестве мелющих тел они,

не имея достаточного подпора, будут скатываться до подъема на

необходимую высоту, не обеспечивая интенсивного измельчения.

При чрезмерном количестве шары также не смогут измельчать материал ввиду малого пространства для их перемещения. Степень

загрузки барабана мелющими телами характеризуется коэффициентом загрузки k3, представляющим собой отношение площади

поперечного сечения слоя загрузки 5 (в спокойном состоянии) к

площади поперечного сечения барабана, т. е. k3=S(nR2) или

к3=>т/ (nR2Lkpp), где т — масса мелющих тел, кг; R — внутренний

радиус барабана мельницы, м; L — внутренняя длина барабана,

м; £р—коэффициент разрыхления загрузки (для стальных шаров

и гальки £р=0,575, для стальных цилиндров £р=0,55); р — плотность материала мелющих тел (для стали р=78,5 кг/м3, для

гальки р=26 кг/м3). Отсюда оптимальная масса мелющих тел

(кг)
m=nR2k3kpLp.
Наилучшие результаты измельчения получаются при £3=0,26...

... 0,32.
Производительность шаровых мельниц зависит от многих факторов, связанных с физическими свойствами измельчаемого материала, тонкостью помола, конструктивными особенностями мельниц, режимом работы, видом помола (сухой или мокрый) и т. д.
Для определения производительности (т/ч) используется эмпирическая зависимость
П = 6,45 У~В{УЩТ’ШЧК
где D — внутренний диаметр футерованного барабана мельницы,

м; G— масса мелющих тел, кг; V — рабочий объем барабана

мельницы, м3; q — удельная производительность мельницы, зави-
74
--------------- page: 73 -----------
сящая от материала и способа помола; при сухом помоле клинкера, шлаков 9=0,04...0,06 т/(кВт-ч), при помоле глины и мела

9=0,03... 0,04 т/(кВт-ч); k — коэффициент, зависящий от тонкости помола, значения которого приведены ниже.
Остаток на сите 0С8, </0 2 3 4 5 6 7 10 12 15

k
При аспирации многокамерных мельниц их производительность

йозрастает на 15...20%, что учитывается дополнительным коэффициентом. Значительно повышается производительность шаровых

мельниц при загрузке материала, предварительно измельченного

до размера 5... 15 мм, и загрузке барабана мельницы более мелкими шарами.
Мощность двигателя барабанных мельниц расходуется на подъем шаров и материала, сообщение им кинетической энергии и на

преодоление сил трения в механизмах привода и опорах барабана.
Работа (Дж), затрачиваемая на подъем шагов и материала,

A\=mgh, где т — масса шаров й материала, кг; g— ускорение

силы тяжести, м/с2; h — высота подъема, м. Высота подъема (м)

при угле отрыва шаров ао=30° равна h=\,3R. Следовательно,

Ai=l,3mgR, Дж. Работа (Дж), затрачиваемая на сообщение шарам и материалу кинетической энергии, A2=/no2/2, где v = (hRq—■

скорость приведенного (редуцированного) слоя шаров и материала, движущегося на расстоянии R0 от центра барабана,
= У (RiJrRi2)/2 (R и Ri — соответственно радиус барабана и

материала, м); и — угловая скорость вращения барабана, рад/с.

Следовательно, A2=mRо2со2/2. Подставив в эту формулу значение

СОопТ, получим
Подставив в формулу значения а0 и R0=0,86R, получим Л2=

=0,214mgR. Суммарная работа (Дж) одного цикла циркуляции

(подъема и падения) шаров и материала будет равна А=Ах-\-

+A2==l,3/ngi?+0,214/ngi?=l,514/ng'i?. За один оборот барабана

шары с материалом совершают несколько циклов циркуляций,

количество которых при <хо=30° вычислится как 2=1,644.
Мощность двигателя мельницы (кВт)
N—Aaz/ (2ят1 • 103),
где ц — КПД привода (11=0,9... 0,94).
6.3.
рабочих органов
Такие мельницы применяются для тонкого помола материалов

средней и малой прочности (каолин, полевой шпат, магнезит). С

уменьшением крупности зерен исходного материала возрастает их
75
--------------- page: 74 -----------
относительная прочность, что объясняется уменьшением числа

участков с нарушенной предварительным измельчением структурой. Поэтому для эффективного разрушения материала применя-

ются помольные машины, у которых значительно увеличены скорости приложения нагрузок и частота воздействия импульсов сил.

В таких машинах измельчение достигается раздавливанием и частичным истиранием материала между цилиндрическими, коническими или шарообразными поверхностями роликов и плоскими

или криволинейными поверхностями кольца при их взаимном расположении.
рабочих органов
Конструктивные схемы таких машин даны на рис. 6.5. Кольцо 1 или оси роликов 2 вращаются от привода 4. При вращении

от привода 4 кольца 1 ролики 2 вращаются вокруг неподвижных

осей под действием сил трения, а при вращении осей роликов от

привода они катятся по неподвижному кольцу. Поскольку масса

роликов невелика, в некоторых мельницах они прижимаются к измельчаемому материалу с помощью пружин 3 или центробежными силами инерции, возникающими при вращении. Угловая скорость вращения приводного вала в этих мельницах составляет
10... 30 рад/с. К таким мельницам относятся среднеходовые шаровые, валковые и роликомаятниковые мельницы.
Шаровая кольцевая мельница (рис. 6.6,а) состоит из нижнего

вращающегося кольца 1 с шарами 9, верхнего желобчатого кольца 2 с пружинами 3 и регулировочными винтами 4, редуктора 11

и вспомогательных устройств. Исходный материал подается питателем 8 на нижнее кольцо и, вращаясь вместе с ним, отбрасывается на желоб с помещенными в нем шарами диаметром 195...
76
--------------- page: 75 -----------
Рис. 6.6. Мельницы с повышенной скоростью движения рабочих органов:
а — шаровая кольцевая; б — валковая мельница; в — ролнкомаятннковая
--------------- page: 76 -----------
... 275 мм, где измельчается. Измельченный материал отбрасывается из-под шаров к кожуху, откуда уносится воздушным потоком,

поступающим по трубе 10, и попадает в сепаратор 6, где разделяется по крупности. Крупные частицы материала возвращаются

по трубе 7 на допомол, а готовый продукт по трубе 5 поступает в

осадительное устройство. Отношение диаметра шаров к наибольшей крупности кусков исходного материала обычно составляет
10... 12. Производительность мельницы зависит от свойств измельчаемого материала и тонкости помола и определяется опытным путем.
Валковая мельница (рис. 6.6,6) состоит из вращающейся чаши 2, приводимой в действие через редуктор 1, и двух валков 4.

Валки установлены на осях, которые размещены в подшипниках

балансирных рам 5. Балансирные рамы прикреплены к станине и

стянуты пружинами 6, которые оказывают дополнительное усилие

на материал (до 500 кН), что значительно превышает силу тяжести валков. Материал поступает в мельницу через воронку на распределительный конус в центре чаши и оттуда попадает под валки, где измельчается. Под действием центробежных сил инерции

вращения чаши материал перемещается от центра к периферии,

откуда выносится потоком воздуха, поступающего по каналу 3 в

сепаратор. Диаметр чаши мельницы — 0,6 ... 0,7 м, угловая скорость вращения — 5... 9 рад/с.
Роликомаятниковая мельница (рис. 6.6,в) состоит из центральной втулки 8, вертикального вала 2, крестовины 1, маятников 3 с

установленными на них роликами 6 и неподвижного кольца 5.

Вращение вертикального вала осуществляется от электродвигателя через клиноременную и коническую передачи. При вращении

вала и шарнирно закрепленной на нем крестовины ролики перекатываются по кольцу, прижимаясь к нему центробежными силами, и измельчают материал, равномерно подающийся в мельницу

питателем 9 и направленный на кольцо лопатками 7. Измельченный материал подхватывается потоком воздуха, двигающимся по

коллектору 4, и выносится в сепаратор. Диаметр кольца отечественных мельниц данного типа составляет 600...800 мм, диаметр

роликов — 300...700 мм. Производительность мельницы определяется по эмпирическим зависимостям, а мощность — как для валковых дробилок.
--------------- page: 77 -----------
Раздел второй
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СОРТИРОВКИ

НЕРУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ГЛАВА 7. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
7.1.
При производстве строительных материалов (песок, гравий,

щебень и др.) исходное сырье в большинстве случаев представляет собой неоднородную по крупности смесь, содержащую различные примеси и включения. В процессе переработки сырья

исходный материал бывает необходимо разделить на отдельные

сорта по крупности, а также удалить из него примеси и включения. Процесс разделения смеси на отдельные сорта по крупности

называется сортировкой.
Сортировка может производиться механическим (грохочение),

воздушным (сепарация), гидравлическим (классификация) и магнитным (сепарация) способами. Наиболее распространен механический способ сортировки, при котором разделение материала

по крупности производится с помощью машин и устройств,

снабженных разделительными просеивающими поверхностями

(плоскими или криволинейными), — грохотов. Смесь, поступающая на грохочение, называется исходным материалом. Часть

исходного материала, остающаяся при грохочении на просеивающей поверхности, называется надрешетным (верхним) классом;

прошедший через отверстия поверхности—подрешетным (нижним) классом. Надрешетный класс обозначается знаком «плюс»,

подрешетный — «минус». Так, если смесь разделяется на поверхности с отверстиями 20 мм, то верхний класс обозначается +20,

нижний —20, т. е. одна поверхность разделит смесь на два класса. При последовательном грохочении на п поверхностях получается я+1 классов.
Процесс грохочения оценивается двумя показателями: производительностью, т. е. количеством поступающего на грохот исходного материала в единицу времени, и эффективностью, характеризующей полноту разделения исходного материала. Теоретически (при бесконечно большом времени грохочения) исходный

материал полностью разделяется на верхний и нижний классы,

однако практически (при ограничении времени грохочения) нельзя добиться полного разделения смеси, и часть зерен нижнего

класса не пройдет через просеивающую поверхность, останется

в верхнем классе и вместе с ним сойдет с поверхности.
79
--------------- page: 78 -----------
Показателем, оценивающим полноту разделения исходного материала на верхний и нижний классы, является эффективность

грохочения (%):
E=rtii H100/mH,
где miH —масса зерен нижнего класса, прошедших через просеивающую поверхность, кг; тш — масса зерен нижнего класса, содержащихся в исходном материале, кг.
Однако эффективность не определяет собой качество продукта грохочения, которое оценивается засоренностью, т. е. процентным содержанием в нем зерен, размер которых выходит за граничные размеры этого продукта.
Основной частью зерен, засоряющей верхний класс, являются

так называемые «трудные» зерна, размер которых dT близок к

размеру отверстия просеивающей поверхности a: dT= (0,75 ...

... 1,0)а. Поэтому на практике в целях снижения засоренности

верхнего класса размер а принимают несколько большим максимального граничного размера drp зерен отделяемого нижнего продукта. При этих условиях грохочения засорение верхнего класса

зернами нижнего класса снизится и верхний продукт станет более

качественным. Однако при этом неизбежно будет засоряться нижний класс, в который попадут зерна верхнего класса. Засоренность верхнего и нижнего классов при увеличении размера отверстий будет примерно одинаковой. Каждую из частей рассортированного таким образом исходного материала (засоренную

зернами других классов) называют фракцией. Согласно существующим ГОСТам, засоренность фракций гравия и щебня не

должна превышать 5 %'•
7.2.
Механическая сортировка (грохочение) —процесс разделения исходной массы по крупности на плоских или криволинейных просеивающих поверхностях — колосниковых решетках или ситах с

отверстиями заданного размера, которые приводятся в движение

приводом машины. При переработке нерудных полезных ископаемых применяют следующие виды грохочения: предварительное,

при котором из исходной массы выделяется негабарит или материал, не требующий измельчения в машинах первой" стадии

дробления; промежуточное — для выделения материала, не требующего измельчения в последующих стадиях; контрольное — для

отделения отходов и материала крупнее заданного размера;

окончательное (товарное) — для разделения готового продукта на

товарные фракции.
Машины и устройства механической сортировки классифицируются по следующим признакам: по типу просеивающей поверхности — на колосниковые, решетчатые, ситные, струнные и валко-

80
--------------- page: 79 -----------
вые; по фбрме просеивающей поверхности — на плоские и изогнутые; по расположению просеивающей поверхности в пространстве— на горизонтальные, наклонные и вертикальные; по характеру движения просеивающей поверхности — на неподвижные, качающиеся, вибрирующие и вращающиеся.
Колосниковые грохоты предназначены для грубого предварительного отделения крупных кусков перед дроблением и бывают

неподвижные и подвижные. Просеивающая поверхность этих грохотов представляет собой набор колосников 1 (рис. 7.1), укрепленных на общей раме с помощью стяжных болтов 3 на некотором расстоянии друг от друга. Расстояние между колосниками

регулируется с помощью распорных шайб 2. В неподвижных

грохотах материал движется по просеивающей поверхности под действием силы

тяжести кусков, для чего

грохот устанавливается под

углом, превышающим угол

трения материала по ситу.
Подвижные колосниковые

грохоты имеют приводы,

сообщающие просеивающей

поверхности качательное

или вибрационное движение, что обеспечивает более

интенсивный процесс грохочения. Такие грохоты используются для равномерной загрузки дробилок материалом.
Барабанные грохоты по форме просеивающей поверхности бывают цилиндрическими, коническими, призматическими или пирамидальными. Барабаны малых грохотов изготовляются с центральным валом, к которому на спицах крепят просеивающую

поверхность. Тяжелые барабанные грохоты вращаются на бандажах, опирающихся на ролики. Привод барабанных грохотов состоит из электродвигателя и редуктора. Материал подается непрерывно внутрь барабана, за счет трения увлекается внутренней

поверхностью барабана и по достижении высоты, соответствующей углу естественного откоса материала, скатывается вниз, просеиваясь сквозь отверстия в барабане. Продольное перемещение

материала обеспечивается наклоном центральной оси барабана

(4 ... 7°) и его вращением. Частота вращения барабанных грохотов ограничена величиной центробежных сил, прижимающих

куски материала к просеивающей поверхности.
Преимуществами барабанных грохотов являются уравновешенность и тихоходность, что позволяет устанавливать их на верхних этажах сортировочных заводов. К недостаткам относятся

6-5258
Рис. 7.1.
Неподвижный колосниковый

грохот
--------------- page: 80 -----------
малая удельная производительность и низкая эффективность грохочения. Они громоздки и имеют большую массу. ^Изготовление

и ремонт просеивающих поверхностей усложнено и^-за изогнутой

формы поверхности.
Валковые грохоты (рис. 7.2) состоят из наборд параллельных,

расположенных на некотором расстоянии друг от друг валков 1,

установленных на наклонной раме 2 и вращающихся в направлении движения материала. На валки насажены или отлиты за-
Рис. 7.2. Валковый

грохот:

а — общий вид; б — схема движения материала
одно с ними круглые или фигурные диски. При сортировке каменных материалов применяются круглые диски, причем каждый

последующий валок с дисками должен вращаться быстрее предыдущего. Диски насажены на валок эксцентрично для разрыхления материала и его продвижения по грохоту. Привод грохота

осуществляется от электродвигателя через ременную передачу,

ведомый шкив 3 которой насажен на главный вал 4. От главного

вала движение передается через звездочки 5 и цепную передачу 6 на каждый валок.
Валковые грохоты используются для предварительного крупного грохочения материалов повышенной абразивности и в качестве питателей дробящих и транспортирующих машин.
Наибольшее распространение в промышленности строительных материалов получили вибрационные грохоты с плоскими

просеивающими поверхностями, конструкция и расчет которых

рассмотрены ниже.
Воздушная сортировка (сепарация)' представляет собой разделение материала по крупности частиц и их удельному весу за

счет различной скорости осаждения в воздушном потоке под действием силы тяжести или центробежных сил и сил сопротивления
82
--------------- page: 81 -----------
среды. Воздушная сортировка производится в специальных устройствах и машинах — воздушных сепараторах, которые применяются для обеспечения работы помольных машин при производстве цемента, гипса, извести и других материалов (в замкнутом

цикле) и при сочетании помола с сушкой. Работа воздушных

сепараторов, как и грохотов, характеризуется эффективностью сортировки (67 ... 80%) и засоренностью фракций (60 ... 70 %).
Гидравлическая сортировка (классификация) представляет собой разделение материала по крупности частиц, их удельному

весу и различной смачиваемости в воде или других жидкостях

за счет различной скорости их осаждения. Гидравлической классификации подвергается смесь, крупность частиц которой не превышает 5 мм (песок). Гидравлическая классификация осуществляется в специальных аппаратах-классификаторах.
По принципу действия они подразделяются на классификаторы свободного и стесненного падения, по характеру движения

гидросмеси — на горизонтальные и вертикальные. Вертикальные

классификаторы просты по конструкции, надежны в работе и при

невысоких требованиях к точности классификации могут быть

использованы для обогащения строительных песков. Горизонтальные классификаторы по характеру осаждения частиц в классификационных камерах подразделяются на две группы: со свободным и стесненным падением частиц.
Первая группа горизонтальных классификаторов, обычно камерных, представляет собой удлиненные желоба призматического

или пирамидального сечения, разделенные по длине несколькими

перегородками. В нижней части каждой камеры имеется сливное

отверстие, прикрываемое электромагнитным клапаном. В классификатор поступает сильно разжиженная пульпа, которая двигается с малой скоростью. Благодаря этому происходит осаждение

частиц: вначале более крупных, в конце — более мелких. Эффективность работы таких классификаторов низка, поэтому они применяются для классификации мелкого заполнителя, применяемого

в низкомарочных бетонах.
Для более высокой точности разделения материала по фракциям используют классификаторы стесненного падения с восходящим потоком воды. Такие классификаторы имеют малые габариты, относительно высокую производительность при эффективности классификации 85 ... 95 %.
Электромагнитная сортировка (сепарация) основана на различии воздействия магнитного поля на частицы, обладающие и

не обладающие магнитными свойствами. Этот вид сортировки

применяется для извлечения из потока материала металлических

предметов, которые могут повредить дробильно-помольное оборудование, удаления металлосодержащих частиц, которые загрязняют нерудные ископаемые и снижают качество готового продук-

6*
--------------- page: 82 -----------
та. Для магнитной сепарации применяют электромагнитные сепараторы циклического и непрерывного действия, работающие в

сухом и мокром процессах. Для повышения эффективности работы электромагнитных сепараторов используют индукционные

датчики и усилительную аппаратуру.
ГЛАВА 8. ГРОХОТЫ С ПЛОСКИМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ
8.1.
Просеивающие поверхности являются основным рабочим органом

грохотов, от качества и конструкции которых зависят эффективность грохочения, производительность и бесперебойность работы
II
11
1
1
г
Г '
1
1
' РГ^
Г п
гтг
it
it
Рис. 8.1. Проволочные сита
машин. Просеивающие поверхности изготовляются в виде сита —

плетеной или сварной проволочной сетки, решета — стального листа со штампованными отверстиями и колосниковой решетки.

В последнее время используются резиновые штампованные или

литые решета, а также сетки из резинового шнура (струнные

сита). Достоинством струнных сит являются более высокие производительность и эффективность грохочения при сортировке материалов, склонных к налипанию, а также экономичность (долговечность) при сортировке абразивных материалов.
Показатели процесса грохочения во многом определяются

конструкцией просеивающей поверхности: ее размерами, а также

размером и формой отверстий. Размеры просеивающей поверхности характеризуются соотношением ее ширины и длины. В грохотах это соотношение обычно равно 1 :2,5, при таком соотношении производительность грохота прямо пропорциональна площади сита.
Проволочные сита (рис. 8.1) применяются для мелкого грохочения (1 ... 50 мм) и должны отвечать следующим требованиям:

«живое» сечение сита, т. е. отношение суммарной площади отверстий ко всей площади сита, должно быть наибольшим; форма
84
--------------- page: 83 -----------
\
изгиба проволок не должна изменяться при грохочении, сито

должно быть долговечным и не корродироваться. Проволочные

■сита различаются по способу переплетения (рис. 8.1,а), по форме

ячеек (рис. 8.1,6), по сечению проволоки (рис. 8.1,в) и по форме

проволоки (рис. 8.1,в,г). На рис. 8.1,г изображено проволочное

сварное сито, изготовляемое из стальных прутков диаметром

7 ... 8 мм и размером отверстий 60 ... 100 мм. Форма отверстий

сит может быть квадратной или прямоугольной. При прямоугольных отверстиях производительность грохота выше, однако засоренность нижнего продукта лещадными зернами в этом случае

значительно возрастает.
Рис. 8.2. Решета
Проволочные сита имеют наибольшее живое сечение (до 70 %),

что особенно важно при мелком грохочении. Долговечность сита

зависит не только от материала, из которого оно изготовлено,

но и от правильного его крепления и соответствующего натяжения. При невыполнении этих условий долговечность сит будет

определяться не только естественным износом, но и усталостной

прочностью материала.
Решета (рис. 8.2) применяются для крупного и среднего грохочения (диаметр отверстий 10 ... 80 мм). Отверстия в решетах

могут быть круглой (рис. 8.2,а), квадратной (рис. 8.2,6) или прямоугольной (рис. 8.2,в) формы. От этого зависит величина живого сечения поверхности: при круглой — около 40%, при квадратной— около 60%, при прямоугольной — 70 ... 80%. Существуют коэффициенты эквивалентности для отверстий с различной

формой: при грохочении щебня <2Кр=1,25<2Кв, при грохочении гравия ofKp= l,15dKB; <2пр=0,8с?кв (<2кр — диаметр круглого отверстия,

йкв — сторона квадратного отверстия, dnp — ширина прямоугольного отверстия).
Колосниковые решетки (см. рис. 7.1) — колосники (металлические прокатные балки или рельсы) изготовляются из износостойкой стали, отличающейся высоким ударным сопротивлением. В сечении колосники должны быть трапецеидальной или

подобной ей формы, с тем чтобы щелевидные зазоры между колосниками расширялись книзу и не забивались материалом. Применяются для предварительного грохочения крупнокусковой (до

1000 мм) смеси, а также для крупного грохочения с размером

кусков 200 ... 500 мм.
85
--------------- page: 84 -----------
8.2.
Вибрационные грохоты — это машины, у которых привод сообщает просеивающим поверхностям и находящемуся на них материалу колебательное движение, что снижает силы трения между частицами, повышает их подвижность и способствует интенсивному просеиванию с высоким коэффициентом эффективности

,(до 90 %).
Вибрационные грохоты классифицируются по типу привода,

виду колебаний рабочего органа и режиму работы. По типу привода виброгрохоты разделяются на грохоты с силовым

возбуждением от вибратора— инерционные и с принудительной кинематикой от

эксцентрикового привода —

гирационные. В зависимости

от режима работы грохоты

бывают нерезонансного и

резонансного действия. При

резонансной настройке у

грохотов с принудительной

кинематикой значительно

уменьшается мощность приводного двигателя, а у инерционных грохотов уменьшаются вынуждающая сила и

мощность приводного электродвигателя.
Различаются легкие, средние и тяжелые виброгрохоты. В промышленности строительных материалов для промежуточного и

окончательного грохочения применяются виброгрохоты среднего

и тяжелого типов. Наиболее распространены инерционные наклонные грохоты с круговыми колебаниями среднего (ГИС) и тяжелого (ГИТ) типа и инерционные горизонтальные грохоты с направленными колебаниями (ГСС).
Грохоты ГИС (рис. 8.3) предназначены для промежуточного,

контрольного и окончательного грохочения. Грохот состоит из

металлического короба 1, внутри которого расположены сита 5

и 6; вибровозбудителя, состоящего из вала 2 с дебалансами 3,

расположенными симметрично на концах вала; привода, состоящего из электродвигателя 8 и клиноременной передачи 7 и пружинных амортизаторов 4, с помощью которых грохот устанавливается на фундамент или подвешивается к перекрытию здания.

При вращении дебалансов возникают центробежные силы инерции, вызывающие круговые колебания короба. Под действием

этих колебаний исходный материал, поступающий на верхний ко-

86
Рис. 8.3. Инерционный внброгрохот среднего типа (ГИС)
--------------- page: 85 -----------
нец верхнего сита, начинает перемещаться вдоль сит к разгрузочному концу и одновременно просеивается через отверстия сит.

Вал вибровозбудителя вращается в двух роликоподшипниках,

корпуса которых крепятся к коробу. Вал защищен от пыли и

ударов кусков материала трубой. Сита к коробу крепятся деревянными клиньями и растягиваются.
При работе грохота вал вибровозбудителя совершает вращательное (относительно собственной оси) и круговое (относительно оси, проходящей через
центр тяжести грохота)
движения. Так как положение центра тяжести может

меняться в зависимости от

массы материала, находящегося на ситах, то величина амплитуды колебаний

у такого грохота непостоянна, т. е. вал совершает колебательное движение, что отрицательно сказывается на

долговечности ременной передачи и электродвигателя.
Для предотвращения интенсивного износа ремней и

передачи колебаний на вал

двигателя приводной шкив

насажен на вал вибратора

с эксцентриситетом, равным амплитуде колебаний

короба грохота в установившемся режиме. Поскольку

амплитуда колебаний, короба грохота зависит от величины нагрузки на сита,

инерционные грохоты обладают способностью «самозащиты»

чении нагрузки амплитуда

ется и
Рнс. 8.4. Инерционный внброгрохот тяжелого тнпа (ГИТ)
Рнс. 8.5. Самобалансный грохот (ГСС)
от перегрузок: при увели-

колебаний автоматически уменыпа-

нагрузка на подшипники практически остается постоянной. Это свойство позволяет использовать инерционные наклонные грохоты для рассеивания крупнокускового материала. С этой

целью и созданы инерционные грохоты тяжелого типа, просеивающие поверхности которых представляют колосниковые решетки.
Грохот ГИТ (рис. 8.4) имеет футерованный короб 1, внутри

которого размещены на разных уровнях колосниковые решетки 2.

Короб установлен на опорных кронштейнах рамы с помощью пакетов винтовых пружин 3. Решетки устанавливаются под углом

наклона 0 ... 30° к горизонту. Расстояние между колосниками
87
--------------- page: 86 -----------
70 ... 200 мм, причем просвет между колосниками по высоте в

направлении от загрузки материала к выгрузке увеличивается

для предотвращения забивки материалом. Вал вибровозбудителя 6 приводится во вращение от электродвигателя 5 через клиноременную передачу 4.
Самобалансные грохоты ГСС используются для окончательного грохочения нерудных строительных материалов. Такой грохот,

как и предыдущие типы, состоит из короба 2 (рис. 8.5), вибро-
А-А
Рис. 8.6. Вибровозбудитель самобалансиого грохота
возбудителя 1 и упругих опор 3, с помощью которых грохот устанавливается на раме 4. Основное отличие грохотов ГСС от предыдущих заключается в вибровозбудителе, обеспечивающем создание направленных колебаний. Вибровозбудитель (рис. 8.6)

состоит из корпуса 4, крепящегося к коробу грохота. Внутри корпуса на роликоподшипниках установлены два дебалансных вала 3. Один из валов получает вращение от электродвигателя

через клиноременную передачу и шкив 1 и передает вращение

второму валу через зубчатую передачу 2 с передаточным отношением, равным единице, что обеспечивает синхронное вращение

дебалансных валов. При синхронном разностороннем (синфазном) вращении дебалансных валов горизонтальные составляющие

возникающих центробежных сил будут взаимно гаситься, а вертикальные— складываться, передавая коробу грохота направленные колебания.
Просеивающие поверхности в таких грохотах устанавливаются

горизонтально, что уменьшает их габариты по высоте. Вибро88
--------------- page: 87 -----------
возбудитель устанавливается под углом 35 ... 40° к плоскости

сита (линия, соединяющая центры дебалансных валов, расположена под углом 55 ... 50° к горизонту). Грохоты ГСС устанавливаются обычно на передвижных дробильно-сортировочных установках, а также в местах, где высота ограничена.
При грохочении мелких материалов применяются также грохоты, у которых в качестве вибровозбудителя используются электромагнитные вибраторы (рис. 8.7). При пропускании электриче-
Рис. 8.7. Электромагнитный

грохот
Рис. 8.8. Пневмобаллонный

амортизатор грохота
ского тока через Катушку электромагнит 3 притягивает якорь 2,

соединенный тягой 1 с планками, между которыми зажато сито 6.

При движении вверх якорь ударяется об упоры, что вызывает

резкий толчок, при этом подача тока в катушку прекращается

и якорь с пружиной 5 отжимается вниз. Амплитуда колебаний

изменяется путем изменения расстояния между упорами и якорем с помощью штурвала 4. При нормальной частоте электрического тока электромагнитный вибратор сообщает просеивающей поверхности 3000 кол/мин и амплитуду, равную приблизительно 0,3 мм. Преимуществами электромагнитных грохотов являются отсутствие вращающихся и трущихся частей, а также

виброизоляция короба грохота; недостатком — неравномерное распределение амплитуды колебаний по поверхности сита: большая— в средней части и меньшая — по краям.
Наиболее часто выходят из строя упругие опоры — спиральные пружины или пластинчатые рессоры. В целях повышения

их долговечности применяют пневмобаллонные амортизаторы

(рис. 8.8), представляющие собой резинокордные оболочки, внутри которых помещены камеры. С торцов пневмобаллон прикрыт
89
--------------- page: 88 -----------
металлическими крышками. Пневмобаллонные опоры позволяют

значительно снизить резонансные амплитуды и время перехода

резонанса при пуске и остановке грохота, за счет изменения давления внутри пневмобаллонной опоры одна и та же опора может

быть использована для различных типоразмеров грохотов, они

долговечны, удобны в обслуживании, способствуют снижению

шума при работе грохота.
Рис. 8.9. Виброблок
Для повышения производительности вибрационных грохотов

рационально увеличивать площадь просеивающей поверхности.

В этом случае применение ранее рассмотренных конструкций

вибровозбудителей невозможно из-за возрастающей длины приводного вала, увеличивающей его прогиб, снижающей жесткость

и уменьшающей частоту собственных колебаний вала. В этом

случае на грохоты устанавливаются виброблоки (рис. 8.9,а),

состоящие из короткого вала 1 с дебалансами 2 по концам. Вал

установлен в цилиндрических подшипниках. Схемы расположения виброблоков на грохотах приведены на рис. 8.9,6. С помощью виброблоков можно получать круговые и направленные колебания. Устройство виброблока для получения направленных

колебаний показано на рис. 8.10. Достоинствами виброблоков (по

сравнению с обычными вибровозбудителями) являются: повышенная долговечность подшипников, высокая собственная частота колебаний вала, возможность регулировки величины возмущающей

силы путем замены дебалансов и различной схемы установки виброблоков, простота обслуживания и замены виброблоков.
За рубежом кроме виброблоков на грохотах в качестве вибровозбудителя устанавливаются мотор-вибраторы, крепящиеся непо-

90
--------------- page: 89 -----------
средственно к коробу грохота. Мотор-вибратор (рис.
8.11,а, б) состоит из вибро-

устойчивого двигателя, на

концах вала которого имеются дебалансы. Вал установлен в двухрядных сферических подшипниках. Охлаждение двигателя — принудительное, воздушное. Преимущества м,отор-вибрато-

ров те же, что и виброблоков, кроме того, они не имеют вращающихся частей, а

их расположение на коробе

грохота может быть произвольным. В зависимости от

способа крепления мотор-

вибратора к коробу могут

быть получены круговые, эллиптические, и направленные колебания (соответственно рис. 8.11,в,г,д). К недостаткам мотор-вибраторов относят их увеличенную массу и сложность конструкции.

Применяются мотор-вибраторы для грохочения мелких смесей, а

также для привода грохотов ГИТ, где необходимо лишь обеспечить перемещение кусков материала по поверхности колосников.
Рис. 8.10. Двухвальный виброблок:
/, 3 — ведомый и ведущий вал с дебалаисами;

2—«приводной шкив; 4 — зубчатая передача; 5 —

подшипники; 6 — масляная ванна
’8л
fiSrlll

о|о|
oil
ы
О 1 о
ii
1
«
ш
if
Рис. 8.11. Мотор-вибратор
91
--------------- page: 90 -----------
8.3.
вибрационных грохотов
К основным параметрам, определяющим эффективность и производительность грохочения, относятся размеры просеивающих поверхностей, частота и амплитуда колебаний, угол наклона грохота, направление вращения вала вибровозбудителя и траектория

движения сита.
Экспериментально установлено, что наилучшая эффективность

грохочения происходит при соотношении ширины и длины просеивающей поверхности, равной 1 :2,5, при этом же соотношении

производительность грохота прямо пропорциональна площади сита.

У колосниковых грохотов тяжелого типа это соотношение принимается равным 1 : 2 ввиду более низких требований к эффективности грохочения на этих машинах. Грохоты с соотношением сторон просеивающей поверхности менее чем 1 :2,5 нерациональны

из-за трудности обеспечения равномерного питания, усложнения

конструкции и ухудшения их динамических показателей.
Оптимальные значения амплитуды и частоты колебаний сита

зависят от формы траектории его движения. Совокупность этих

факторов влияет на производительность, эффективность грохочения и способность грохота к самоочищению отверстий сита от застрявших в них зерен. Процесс самоочищения отверстий сита зависит от скорости, формы, траектории и направления движения сита.

С увеличением скорости самоочищение отверстий сит улучшается,

но эффективность грохочения снижается в результате уменьшения

числа соприкосновений зерен с просеивающей поверхностью по ее
длине. Практика показала, что

самоочищение происходит при

высоте подбрасывания зерна h,

превышающей 0,4 размера отверстия D, т. е. h^0,4D. Исходя из этого условия определяется наибольшая скорость движения сита.
В грохотах с направленными колебаниями (рис. 8.12,а)

инерционная сила действует

под постоянным углом р к плоскости сита, и траектория движения зерна под действием

этой силы может быть записана в следующей форме: Х=

— V0t cos р; У=v0t sin р—gf2/2,

где X и Y — координаты под-

Рис. 8.12. Схема к определению на- брасываемого зерна; Уо мак-

ибольшей скорости движения сита симальная скорость по направ92
--------------- page: 91 -----------
лению движения; р — угол действия инерционной силы к плоскости

сита. Решая эти уравнения совместно, получим
У=Я tg р—gX2/ (2vq2 cos2 р).
Значение Zi при Ymax=h получим, приравняв производную

уравнения нулю, т. е. X\—vo2 tg р cos2 p/g, тогда h=v02 sin2 p/(2g).
Наибольшая скорость (м/с) движения сита (при р=35°)
Vo = 7,72 Yh.
Для грохотов с круговыми колебаниями и наклонными ситами (рис. 8.12,6) уравнение траектории движения зерна имеет

следующий вид:
X — -^-sina; У = у/
2 2
где a — угол наклона просеивающей поверхности. В результате

совместного решения этих уравнений получим
Y — ио V ^xl(g sin а) — X/tga.
Как и в предыдущем случае, находим значение Хи при котором У имеет наибольшее значение, принимая Y=h и

Тогда
v0 — yighcosa.
Принимая a=20°, скорость (м/с)
v0 = 4,28 уТ.
Если на грохоте установлено несколько ярусов сит, то Vo

рассчитывают для сита с наибольшим размером отверстий. По

вычисленной скорости колебаний сит определяют основные параметры колебаний грохота v0=Асо, где А — амплитуда колебаний, м; со — угловая частота колебаний, рад/с. Величину и0 необходимо устанавливать исходя из условия наилучшей само-

очистки сит, так как повышенное значение v0 снижает эффективность сортировки и создает более высокие динамические нагрузки. При ускорении 80 м/с2 происходит быстрый выход из

строя элементов грохота и появление трещин в коробе.
Ускорение грохота а=Асо2 увеличивается пропорционально

амплитуде колебаний и частоте колебаний в квадрате, поэтому

скорость движения сита выгоднее повышать за счет увеличения

амплитуды колебаний. Амплитуда колебаний должна быть такой,

чтобы ускорение грохота находилось в пределах 45 ... 65 м/с2

Для определения частоты и амплитуды колебаний грохота можно использовать эмпирические формулы:
для наклонных грохотов с круговыми колебаниями частота

колебаний (кол/с)
/=44 УО/А\
(8.3)
93
--------------- page: 92 -----------
для горизонтальных грохотов с направленными колебаниями (кол/с)
/=(1 + 12,5Д)/(12Л).
Обычно для наклонных грохотов отверстия сит D^.0,07 м, для

горизонтальных — £>^0,04 м во избежание чрезмерных динамических режимов работы.
Угол наклона грохота а обеспечивает относительное перемещение зерен по ситу. С уменьшением угла наклона скорость перемещения зерен снижается, при этом

повышается эффективность сортировки, но снижается производительность

грохота. Обычно для грохотов с ситовыми просеивающими поверхностями

а=0 ... 30°; для колосниковых грохотов а=0 ... 25°.
Направление вращения вала вибровозбудителя оказывает влияние на

эффективность грохочения. При вращении вала в направлении, совпадающем с движением материала по ситу,

происходит увеличение скорости перемещения зерен, что ведет

к снижению эффективности грохочения. Однако при этом увеличивается производительность грохота и улучшаются условия

очистки просеивающей поверхности. При вращении вала в направлении, обратном движению материала по ситу, зерна перемещаются медленнее, чаще встряхиваются и контактируют с ситом. При этом условия прохождения зерен через отверстия сит

улучшаются, что повышает эффективность грохочения. Однако

одновременно производительность грохота снижается, а засоряе-

мость ячеек сит увеличивается. Обратное вращение вала вибровозбудителя рекомендуется для грохотов, сита которых имеют

отверстия £><:0,06 м.
Определение технологических параметров процесса грохочения — производительности и эффективности грохочения. Эти параметры взаимосвязаны и зависят от конструктивных параметров

грохота (типа просеивающей поверхности размера ячеек, скорости и траектории движения); от зернового состава сортируемой

смеси и способа сортировки (сухой или мокрый процесс). Максимальную производительность грохота устанавливают, обеспечивая необходимую эффективность грохочения. Исследованиями

установлено, что до определенного момента рост производительности грохота происходит при неизменной эффективности, далее

увеличение производительности сопровождается резким падением

эффективности грохочения (рис. 8.13). Это явление объясняется

характером процесса грохочения, который, по определению

В. А. Баумана, состоит из двух стадий, происходящих одновре-

94
/
i
V
5

X
\
п
Рис. 8.13. Зависимость эффективности грохочения от производительности:
1 — содержание нижиего класса

<30%; 2— то же, 40%; 3— то же,

20%
--------------- page: 93 -----------
менно и непрерывно. На первой стадии мелкие зерна, подлежащие просеву, должны пройти сквозь толщу материала и войти в

соприкосновение с поверхностью сита. На второй стадии мелкие

зерна должны пройти сквозь ячейки сита.
Первая стадия процесса заканчивается на определенной дли*

не сита, близкой к его полной длине, если толщина слоя материала не превышает определенной (критической) величины. Вторая стадия продолжается на протяжении движения материала па

всей длине сита. Если толщина слоя материала на сите больше

критического значения, то часть зерен не успевает за время движения материала по ситу войти в соприкосновение с его поверхностью и сходит с сита вместе с верхним продуктом, уменьшая

показатель эффективности грохочения. При толщине слоя материала, близкой к критической, производительность грохота будет

оптимальной, т. е. будет иметь наибольшее значение, при котором эффективность грохочения максимальна или близка к ней.

Следовательно, до достижения слоем материала на сите критической толщины производительность грохота повышается при неизменной эффективности грохочения, а после превышения критической толщины слоя материала — увеличение производительности сопровождается снижением эффективности процесса. Поэтому режим питания грохота должен быть таким, чтобы толщина слоя материала не превышала критического значения.
Производительность грохотов при товарном и промежуточном

сухом грохочении находится по методике, предложенной В. А. Бауманом. Многочисленные исследования ВНИИстройдррмаша установили, что производительность (м3/ч) зависит от размеров отверстий сит, площади просеивающей поверхности, зернового состава сортируемой смеси, угла наклона сита, неравномерности

питания грохота, формы зерен и типа грохотов, т. е.
n=cqSkik2k3,
где с — коэффициент, учитывающий неравномерность питания,,

форму зерен материала и тип грохота. Значение с горизонтальных грохотов при грохочении гравия равно 0,8, щебня — 0,65,

для наклонных грохотов соответственно 0,6 и 0,5, q — удельная

производительность сита с отверстиями квадратного сечения,.

м3/(ч-м2); S — площадь сита, м2; k\ — коэффициент, учитывающий процентное содержание нижнего класса в материале, поступающем на рассчитываемое сито; k2 —коэффициент, учитывающий процентное содержание в нижнем классе зерен размером меньше половины отверстия сита; £3 — коэффициент, учитывающий угол наклона грохота (для горизонтального грохота

&з=1). Значения К\, Ki, Кг в зависимости от параметров грохота и характеристики сортируемой смеси приведены ниже.
Производительность грохотов при мокром способе сортировки"

определяется по той же зависимости, что и для сухого способа.
95
--------------- page: 94 -----------
Размер квадратного

отверстия сита в
свету, мм ... . 5 7 10 14 16 18 20 25 35 37 40 48 65 70

Значения q для грохотов горизонтальных
с углом наклона 18* 12 16 23 32 37 40 43 46 56 60 62 64 80 82
Содержание нижнего

класса в исходной смеси ся, о/,
Значения ^
Содержание в нижнем

классе зерен размером

менее половины отверстия сита с 0 „, %. . 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Значения ka
Угол наклона'сит грохота
к горизонту а, град. .
Значения fe,
Угол наклона сит грохота
к горизонту а, град. . 19
Значения^
Эффективность грохочения E=ek\, k'z, k'z, где е — эталонная

эффективность грохочения (для средних условий), %; k'\ — коэффициент, учитывающий содержание нижнего класса в исходной смеси, %; k'z— коэффициент, учитывающий содержание в

нижнем классе зерен размером меньше половины отверстия сита, %; k\ — коэффициент, учитывающий угол наклона грохота.

Значение е (%) для горизонтальных грохотов с направленными

колебаниями при грохочении щебня равно 89, гравия — 91, для

наклонных грохотов с круговыми колебаниями — соответственно

86 и 87. Ниже приводятся значения k'u к'г и k'% в зависимости

от параметров грохота и характеристики сортируемой смеси.
Содержание зерен нижнего класса в исходной смеси, «/о
Значения k[
Содержание в ннжнем классе зерен размером меньше половины отверстий сита,
о/0
Значения fe'
Угол наклона грохота а, град ... 0 9
Значения kg
Динамический коэффициент режима работы грохота отражает

влияние на производительность и эффективность процесса грохочения колебательных параметров грохота (амплитуда и частота

колебаний). Приведенные выше зависимости производительности

и эффективности грохочения будут справедливы только при условии, что грохочение осуществляется при оптимальном динамиче-
96
--------------- page: 95 -----------
ском коэффициенте режима работы грохота К, представляющем

собой отношение составляющих инерционной силы Pi,N, действующей на частицу сортируемого материал а* к ее силе тяжести

Gn в плоскости N—N перпендикулярной поверхности сита

(рис. 8.14), т. е.
K=Pi>N/GN.
Рис. 8.14. Схема к определению динамического

коэффициента грохочения
Инерционная сила возникающая от действия вибровозбудителя и обеспечивающая отрыв частиц смеси от ста, Pi=

= /Псваа2. Сила тяжести частиц, прижимающая их к поверхности

сита, G=mcvg, где тсв — масса частицы, кг; а—амплитуда колебаний, м; со — угловая частота колебаний, рад/с;'^ — ускорение свободного падения, м/с2. Для грохота с круговыми колебаниями и наклонными ситами (рис. 8.14,а) составляющая сил

Pi и G, действующие в плоскости N—N, РШ=Р{ sin at, GN=

—G cos а, где а — угол наклона сита, град; t — угол направления действия инерционной силы. Следовательно,
v
_ Gn ~ mCBgcosa geos a
Инерционная сила Pi, как круговой вектор, достигает наибольшего значения при at=90°. Тогда
Ккр—аа2/(geos a).
Для грохотов с направленными колебаниями и горизонтальными ситами угол направления действия инерциойной силы

co£=p=const (рис. 8.14,6), а угол наклона сита а=0°. Тогда
Ks—cua2 sin р/g.
При расчете грохота с несколькими ситами динамический коэффициент грохочения назначается по ситу с наибольшим размером отверстий.
На основании анализа колебательных параметров грохотов,

изготовляемых отечественной промышленностью, установлены

следующие граничные значения а, га и К (га — частота вращения

вала вибратора).
7-5258
--------------- page: 96 -----------
Тип грохота
Грохоты с круговыми колебаниями:
инерционные
эксцентриковые
Грохоты с направленными колебаниями:

инерционные нерезонансного действия . .
с кривошипно-шатунным приводом резонансного действия
Для определения оптимального режима грохота обычно задаются двумя параметрами и по ним определяют третий: для

грохотов с принудительной кинематикой обычно задаются значениями а и К', для грохотов с силовым приводом — значениями

п и К-
8.4.
Расчет включает определение параметров деталей вибропривода

(дебалансов, подшипников, вала), опорных амортизационных

устройств (пружин), мощности электродвигателя привода,,а также массы опорного основания, исходя из условий виброизоляции

рабочих мест обслуживающего персонала.
Работа виброгрохотов происходит, как правило, в зарезонансном режиме, при частоте вынужденных колебаний f, значительно превышающих частоту собственных колебаний
У грохотов с круговыми колебаниями при вращении дебйлан-

сов возникают центробежные силы, сумма которых составит вынуждающую силу вибратора (Н):
Рд=т.р.(е—a)f2,
где /пд — суммарная масса установленных на грохоте дебалансов,

кг; е — эксцентриситет дебалансов, м; а — амплитуда колебаний

короба грохота, м; / — частота вынужденных колебаний, Гц.
Величина вынуждающей силы является определяющей при

расчете вала вибратора, подшипников. Расчетная схема вала приведена на рис. 8,15. На один конец вала действует сила FR/2,

на второй — сумма сил FK/2 и окружного усилия Р клиноременной передачи. Расчет вала производится по методике, изложенной в курсах деталей машин. При расчете подшипников на долговечность по общепринятой методике следует иметь в виду, что возмущающая сила является циркулирующей по отношению к наружному

кольцу подшипника и неподвижной по отношению к внутреннему

кольцу. Это обстоятельство должно учитываться соответствующим коэффициентом и посадками колец подшипника.
Расчет дебалансов (определение их размеров) производится

с учетом инерционных сил, возникающих при круговом движении

короба грохота с материалом вокруг точки С (центр масс грохота) (рис. 8.16). Инерционная сийа (Н) равна Pi,a = ntBaf2, где

98
--------------- page: 97 -----------
\%
7
Рис. 8.15. Схема к расчету вала вибратора

грохота с круговыми колебаниями
Рис. 8.16. Схема к расчету дебалансов грохота с круговыми

колебаниями
тв — вибрируемая масса, кг; тв=тк+К'тм, кг; пгы — масса короба грохота с закрепленными в нем ситами; тк — масса материала, находящегося на ситах грохота; К'~0,15... 0,2 коэффициент присоединения сортируемого материала. Пренебрегая силами сопротивления упругих опор короба грохота (Pci), как предельно малыми по сравнению с FK, рассматриваемые силы (Fn и

Pia) в каждый момент времени будут равны, что и обеспечивает

неподвижность точки С:тл—{е—a)f2 = msaf2. Преобразуя выражение, получим тле}2=(тл+тв)ар. Поскольку масса дебалансов тд обычно мала по сравнению с массой короба грохота

и находящимся в нем материалом, в дальнейших расчетах при

рассмотрении инерционной силы ею пренебрегаем. Тогда mnef2 =

= mBaf2 или тде=тва.
Левая часть уравнения представляет собой суммарный статический момент установленных на валу дебалансов, равный n>SA,

а правая часть — кинетический момент виброгрохота К, т. е.
nSx=K,
где п — число дебалансов вибратора; 5Д — статический момент

одного дебаланса. Следовательно, кинетический момент виброгрохота равен сумме статических моментов дебалансов.
Статический момент одного дебаланса (Н-м) SA=0Baln. По найденному

значению 5Д определяют геометрические

размеры дебаланса. Обычно из условия,

что дебаланс должен обладать наибольшим статическим моментом при минимальном моменте инерции, его изготовляют в виде сектора с центральным

углом (рис. 8.17), равным 96°. При такой

геометрии дебаланса его статический

момент определится из следующей зависимости: Sa=2/3(#3—г3) 6р sin ф/2, где
б— толщина дебаланса; р — плотность Рис. 8.17. Дебалансы

материала. Обычно задаются величина-
7 *
--------------- page: 98 -----------
ми R и г и определяют значение толщины (м):
2 (7?3-т-/'3) р sin у/2)'
В связи с необходимостью изменения амплитуды колебаний

при сортировке смесей различной крупности конструкции дебалансов должны допускать легкую регулировку статического момента. Наиболее целесообразной конструкцией дебаланса можно

считать сдвоенный дебаланс (рис. 8.17,6), состоящий из двух

самостоятельных дебалансов. Один из них неподвижно закреплен на валу, а второй может проворачиваться и фиксироваться в

нужном положении. В зависимости от угла поворота -ф подвижного дебаланса изменяется результирующий статический момент,
который равен 5дсум=-^-(^3—г3)й sin-^- cos р. При я|з=0 возникает наибольший статический момент," который определится из

условия, что значение динамического коэффициента режима работы грохота будет принято по верхнему пределу, а частота вращения вала вибратора — по нижнему.
Расчет пружинных амортизаторов сводится к определению

жесткости опорных конструкций и рабочих мест обслуживающего персонала. Для этого необходимо, чтобы сила, передаваемая

через опорные пружины, была малой величиной. При установке в качестве амортизаторов винтовых пружин их упругая сила

будет пропорциональна амплитуде колебаний (Н): Рс,а=сда, где

сд —общая жесткость опорных пружин грохота, Н/м.
ся=тв}02,
где fo — частота собственных колебаний грохота на опорных пружинах (Гц). Из выражения (8.110) следует, что жесткость опорных пружин может изменяться только за счет собственной частоты колебаний, так как вибрируемая масса (тв) определяется размером грохота. Следовательно, для обеспечения малой величины жесткости опорных пружин необходимо иметь малую /о.
Исследованиями установлено, что значение fo/f должно назначаться с учетом вынужденной частоты собственных колебаний. При f= 14 ... 20 Гц отношение fo/f должно находиться в

пределах f0/f=l/4 ... 1/6 или /о = (1 /4 ... 1/6)/. Тогда жесткость

опорных пружин (Н/м) Сд~тд(1/16 ... 1/36) f2 и соответственно

упругая сила опорных пружин, передаваемая на опорные конструкции (Н), Рс,а=( 1/16 ... 1/36) mBaf2. Полученное выражение

можно записать в следующем виде: Pc,a=fo2Fa/f2, где /о2//2 —

коэффициент передачи упругой силы через опорные пружины на

основание (фундамент). Зная величины Рс,а и вф— силу тяжести

фундамента с учетом неподвижной рамы грохота, можно определить величину амплитуды колебаний, передаваемых на основание

(фундамент). Взаимосвязь упругой силы (Рс,а) с кинетическим

100
--------------- page: 99 -----------
моментом Кф будет равна Рс,а=КфГ/g, откуда Кф=Рс,аё/р. Кинетический момент
Кф=;(*фЯсан)
где <7ф — сила тяжести фундамента с учетом неподвижной рамы

грохота, асан — амплитуда колебаний, допускаемая санитарными нормами, м.
Мощность двигателя (кВт) привода виброгрохота расходуется на колебания короба грохота с материалом и на преодоление

сопротивлений в подшипниках грохота, т. е.
Л^дв—(^i+^2)/rinp,
где Tjnp — КПД привода.
Первая составляющая мощности (Ni) представляет собой работу вынуждающей силы FA, совершаемой в единицу времени,

т. е. А/1=/7дОо)/1000, где ю — угловая скорость, рад/с. Мощность,

расходуемая на преодоление сопротивлений в подшипниках, Nz =

=MTp(o/1000, где Mtp=Fx\lD/2, Н-м; р,— приведенный коэффициент трения для подшипников качения (р,=0,005 ... 0,001); D —

диаметр вала, м; со — угловая скорость, рад/с. В инженерной -

практике для определения мощности приводного электродвигателя пользуются экспериментально найденной удельной энергоемкостью AN= (0,015 ... 0,02) Вт/(Н-м), т. е. затратой мощности

на единицу кинетического момента виброгрохота. Тогда
JV=MKmax/1000.
У грохотов с направленными колебаниями (рис. 8.18) синхронно-синфазное вращение дебалансов создает вынуждающую

силу Fx,t, равную сумме составляющих центробежных сил дебалансов (Н) в направлении оси колебаний (Fx) : Ft,x=nFncos at,

где ti — число дебалансов двухвального вибратора. Под действием

вынуждающей силы в колеблющейся системе (короб грохота с

материалом) возникает сила инерции

ускорение колеблющихся частей

= (a cos at) =— асо2 cos at. Следовательно Pi<t=mBao)2 cos at. Пренебрегая упруговязкими силами сопротивления опор и рабочего органа, как

весьма малой величиной по сравнению

с вынуждающей силой, запишем условие равновесия колеблющейся системы: nFAcos at+mBaa2 cos co/=0 или

по амплитудному значению Fa,x +
+ mBa(o2=0. Отсюда FatX=—mBaa2,

где знак «—» означает, что принятое

направление силы Ft,x (см. рис. 8.18)

будет обратным, так как колебательная система работает на мягких опо-
101
(Н) Pi,t=—mBx, где х —

(виброускорение), х =
Рис. 8.18. Схема к расчету

грохота с направленными колебаниями
--------------- page: 100 -----------
pax в зарезонансной области, когда вынужденные колебания совершаются в противофазе с вынуждающей силой.
Методика расчета остальных параметров виброгрохота с направленными колебаниями аналогична приведенной выше при

расчете виброгрохотов с круговыми колебаниями, кроме расчетной схемы нагружения вала вибратора. Для обеспечения синхронно-синфазной работы обоих вибровалов обычно применяется

зубчатая пара в закрытом исполнении, и на вал будут действовать следующие силы: вынуждающая Fa, радиальное усилие зубчатой передачи Fz и окружное усилие клиноременной передачи Р.
ГЛАВА 9. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НЕМЕХАНИЧЕСКОЙ

СОРТИРОВКИ МАТЕРИАЛОВ
9.1.
Воздушная сепарация применяется для сортировки сухих порошковых материалов крупностью менее 1 мм, если ситовые грохоты становятся неэффективными. Этот способ сортировки основан

на том, что частицы материала, находящиеся в воздушном потоке, при определенных условиях выпадают под действием сил

тяжести, центробежных сил или при их совместном воздействии.
Воздушная сортировка производится в специальных аппаратах—сепараторах, которые по характеру сил, действующих на материал, подразделяются на гравитационные, центробежные и комбинированные; по направлению движения воздушного потока —

на сепараторы с вертикальным, горизонтальным и спиральным

движением; по конструкции — на проходные и циркуляционные, с

вынесенным и встроенным вентилятором. В сепараторах с вертикальным направлением воздушного потока твердые частицы

будут находиться под действием силы тяжести, силы трения о

воздух, силы инерции (при неравномерном движении) и аэродинамической силы воздушного потока. Аэродинамическая сила воздуха, действующая на частицу (Н), определяется по формулеР—

= CpB»S (vB—0ч)2/2, где С—коэффициент, зависящий от формы частиц и режима движения воздушного потока; рв — плотность воздуха, кг/м3; 5 — площадь сечения частицы, перпендикулярная направлению потока, м2; (ив—v4)=vOTH — относительная скорость,

т. е. скорость обтекания частицы воздухом, м/с (vB — скорость

движения воздуха, v4 — скорость движения частицы).
Коэффициент С=КфСо — коэффициент, учитывающий неправильную форму частицы и условно заменяющий ее на шаровидную форму. Для шаровидных частиц Кф=11,0, для овальных Кф=

= 1,1, для пирамидальных /Сф= 1,5, для продолговатых /*Гф=1,7б

102 - -
--------------- page: 101 -----------
и для игольчатых Кф=3,8; С0 — коэффициент аэродинамического

сопротивления шаровидной частицы зависит от режима движения

воздуха, оцениваемого числом Рейнольдса. При скоростях движения

воздушного потока 4 ... 20 м/с и крупности частиц 0,1 ... 1,0 мм

число Рейнольдса равно 50 ... 2000. При таких режимах
С0= 13у v(vB — v4)d,
где v — кинематическая вязкость воздуха v= 1,5-10~Б м2/с; d —
приведенный диаметр частицы, м.
Л.

. Исходный материал

.1
Мелкая

фракция
Воздух с исходным

материалом
10
Мелкая
фракция
Крупная
фракция
Рис. 9.1. Воздушные сепараторы
Учитывая изложенное,
: С0КфР,
Сила тяжести, действующая на частицу (Н), равна G = mg =
= P*Pg~Puгде Рм —плотность материала частиц, кг/м’. При
равновесии частицы (P—G) происходит ее зависание (витание),

т. е. частица остается неподвижной относительно стенок камеры,

в которой движется поток. В этом случае скорость обтекания частицы воздухом и0тн будет равна абсолютной скорости движения

воздуха ов. Скорость воздушного потока, при которой P—G (силы трения не учитываются из-за малой величины), называется
103
--------------- page: 102 -----------
критической или скоростью витания е8и» (м/с): Следовательно,
Ч* = V• (9.1)
Если скорость воздушного потока vB превышает скорость витания «ант, то частица получит некоторую скорость относительно

стенок камеры, равную этому превышению, т. е. v4=vB—иВнТ- Чем

меньше размер частиц и их плотность, тем меньше скорость

витания.
Скорость воздушного потока можно подобрать таким образом,

что крупные частицы осаждаются, а более мелкие — уносятся потоком воздуха. При разделении материала в центробежных сепараторах на криволинейных участках камер на частицы, кроме

аэродинамических сил и сил тяжести, действуют также центробежные силы инерции (Н), равные Рц=точ/Я, где т — масса частицы, кг; R — радиус кривизны потока, м. Условие равновесия

частиц при таком движении Ра,—Р. Если Р>РЦ, частицы движутся к центру и выносятся вместе с потоком воздуха; при Р<Рц

частицы движутся к периферии, где, сталкиваясь со стенкой камеры, теряют скорость й выпадают из потока воздуха.
Проходные сепараторы (рис. 9.1,а) применяются в установках, где сепарация мелкосыпучих материалов осуществляется с

помощью сжатого воздуха. При этом смесь сжатого воздуха и исходного материала поступает по патрубку 1 в корпус сепаратора 2. Сжатый воздух, расширяясь в сепараторе, теряет скорость,

и крупные частицы выпадают из смеси под действием сил тяжести, удаляясь по патрубку 7. Далее поток аэросмеси проходит через тангенциально установленные лопасти 4 направляющего аппарата во внутренний конус 3. В направляющем аппарате поток

приобретает вращательное движение и под действием центробежных сил мелкие частицы отбрасываются к стенкам конуса,

сползают по ним и удаляются по трубе 6. Наиболее мелкие ч?-

стицы уносятся воздушным потоком по трубе 5 в осадительнсе

устройство. Регулировка границ разделения производится поворотом лопастей 4 или дросселированием входящего в сепаратор

потока аэросмеси.
Недостатком проходных сепараторов' является повышенный

расход сжатого воздуха.
Циркуляционные сепараторы (рис. 9.1,6) более компактны и

экономичны. В них размещены вентилятор, сепарирующие и осадительные Устройства. Сортируемый материал поступает по патрубку 1 на тарелку 5, закрепленную на валу 2, с которой сбрасывается под действием центробежных сил. Мелкие частицы подхватываются восходящим потоком воздуха, создаваемым вентилятором 3, и попадают в зону вращения крыльчатки 4, где более

крупные из них под действием центробежных сил отбрасываются
104
--------------- page: 103 -----------
к стенкам корпуса 6 и стекают вниз. Самые мелкие частицы вместе с воздухом проходят через вентилятор и попадают в пространство между наружным и внутренним конусами, где отбрасываются центробежными силами к стенкам корпуса 8, теряют ско-

рость^ и ссыпаются вниз по трубе 10, а воздух через жалюзи 7

вновь поступает во внутренний конус. Крупные частицы, отброшенные с тарелки, падают вниз или прижимаются к стенкам внутреннего корпуса &, где теряют скорость и через воронку И по

трубе 9 выводятся из сепаратора.
Режим работы сепаратора регулируется путем изменения радиуса расположения лопастей крыльчатки или угла установки лопаток жалюзи.
9.2.
классификации материалов
Гидравлическая классификация представляет собой процесс разделения исходной смеси на классы за счет различной скорости

осаждения частиц в жидкой сфере. Наибольший эффект дает

гидравлическая классификация строительных песков, которые при

этом не только разделяются на фракции, но и промываются в воде для удаления глинистых включений, т. е. происходит их обогащение. При гидравлической классификации скорость осаждения

частиц зависит от формы, размера, плотности частиц, а также от

свойств жидкости. Частицы исходной смеси, подвергаемой гидравлической классификации, находятся под действием гравитационных или центробежных сил, а также сил лротиводействия жидкой среды — сопротивления трения, зависящего от вязкости жидкости, и динамического сопротивления, определяемого скоростью

движения частиц.
Силы трения преобладают для частиц крупностью менее 0,1 ...

... 0,2 мм, динамическое сопротивление — для частиц крупностью

более 1 ... 2 мм. Силы тяжести частицы шарообразной формы, погруженной в жидкость (Н), равна <3,=я^3/[6(рм—рж)], где d —

диаметр частицы, м; рм — плотность материала частицы, кг/м3;

рж — плотность жидкости, кг/м3. Динамическое сопротивление

при турбулентном движении определяется по закону Ньютона (Н): Рд=ф5ичрж/2, где ■ф — коэффициент пропорциональности;

5 — площадь проекции частицы на плоскость, перпендикулярную

направлению движения частицы относительно жидкости, м2; ич —

скорость движения частицы относительно жидкости, м/с.
Сопротивление трению, по Стоксу (Н): Рт=3я|х^ич, где р,—■

динамическая вязкость среды, Па-с. Для определения скорости

выпадения частиц крупностью более 1,5 мм приравниваем силу

тяжести выпадаемой частицы G4 и силу динамического сопротивления Рд. Конечная скорость падения тела в жидкости (м/с):

v« — c\^d(pM — рж)/рж,где с — коэффициент, зависящий от формы
105
--------------- page: 104 -----------
частицы, для шарообразной частицы с=5,112. При выпадении частиц в воде (p» = 1000 кг/м3), согласно Риттингеру, конечная

скорость
ук = 0,16 d(pM — 1 ООО) .
При выпадении частиц крупностью 0,012 ... 0,175 мм, где учитывается только сила взаимного трения частиц и жидкости, приравняем силы G, и Р, и получим скорость выпадения (м/с). Конечная скорость выпадения ик=0,545^2(рм—рж)/ц. При выпадении

частиц в воде
vK=0,545с?2 (рм— 1000) /ц.
Скорость выпадения частиц промежуточной крупности определяется по эмпирической зависимости:
vK — 0,1146с? j/^(pM-— Ю00)/ц .
При стесненном выпадении частиц

определение vK весьма затруднено

из-за многих факторов, влияющих на

ее значение. Поэтому в общем случае

зависимость между скоростями свободного падения частиц (м/с) имеет

вид &k.ct~Vkk, где k — коэффициент

снижения скорости, зависящей от соотношения твердой и жидкой фаз,

крупности материала и др.
Наиболее распространенными гидравлическими классификаторами в

настоящее время являются вертикальные, горизонтальные, стесненного падения с восходящим потоком воды,

центробежные. Первые из них просты

по конструкции, надежны в работе и

при требованиях невысокой точности классификации могут быть использованы для обогащения строительных песков; вторые — компактны, с относительно большой производительностью, позволяют

получать необходимое число фракций песка. Центробежные классификаторы используют для классификации смесей с крупностью

частиц 0,01 ... 0,5 мм, для которых разделение только под действием гравитационных сил становится неэффективным.
Вертикальный прямоточный классификатор (рис. 9.2) работает

по следующей схеме. Водно-песчаная пульпа под давлением

0,3 МПа подается в классификатор через патрубок 1 и, проходя

через диффузор 4, поступает в обогатительную камеру 5, площадь

сечения которой превышает площадь верхнего сечения диффузора.
106 Рис. 9.2. Гидравлический прямоточный классификатор
--------------- page: 105 -----------
При этом скорость движения пульпы снижается настолько, что

происходит выпадение наиболее крупных частиц, которые поступают в классификационную камеру 3. Мелкие частицы уносятся

с водой по трубе 7. Для классификации осевших частиц смеси по

граничному размеру в нижнюю часть классификационной камеры

по трубе 2 подают чистую воду, часть которой, двигаясь вверх,

через кольцевой коллектор 8 уносит мелкие частицы в обогатительную камеру. Остальная часть воды используется для гидротранспорта крупной фракции по трубе 10 на склад. Спиральные

лопатки 9 придают восходящему потоку в классификационной

камере винтовое (вращательное) движение, что облегчает отделение и осаждение крупной фракции. В осадительной камере

установлен регулируемый по высоте отбойный щиток 6.
Горизонтальный классификатор стесненного падения с восходящим потоком воды (рис. 9.3) представляет собой классификационную камеру, в которую поступает пульпа. Для повышения

интенсивности и точности классификации в камеру снизу подается

вода, образующая восходящий поток. Вода, поднимаясь по камере, выносит более мелкие частицы из камеры, крупные частицы

при этом осаждаются на дно классификационной камеры. Разгрузка песка из камеры производится автоматически при заданной плотности пульпы. Для повышения производительности горизонтальные классификаторы делают многокамерными. Качество

готовой продукции достигается регулированием подачи дополнительного количества воды.
Центробежные классификаторы бывают двух типов: 1) центрифуги— аппараты, в которых движение пульпы обеспечивается
Рис. 9.3. Гидравлический горизонтальный классификатор
107
--------------- page: 106 -----------
вращением движущихся рабочих поверхностей. В центрифугах

происходит классификация мелкозернистых смесей (мел, глина).

Основной недостаток центрифуг — интенсивный износ рабочих поверхностей — препятствует их широкому применению; 2) гидроциклоны — неподвижные аппараты, в которых движение пульпы

носит вращательный характер. Гидроциклон состоит из двух сварных или литых секций; нйжняя 1 (рис. 9.4) имеет форму конуса,

верхняя 2 — цилиндра. Пульпа подается в цилиндрическую секцию через патрубок 3 под давлением 0,1 ... 0,3 МПа тангенциально к внутренней поверхности. В патрубке 3 имеется направляющая втулка с сужающимся каналом, что повышает скорость

потока на входе до нескольких десятков метров в секунду. Благодаря этому возникает центробежное ускорение, значительно

превышающее ускорение свободного падения. При движении

пульпы в конусной части корпуса под действием центробежных

сил она начинает разделяться на две части: более крупные, частицы осаждаются и через насадку 5 разгружаются, более мелкие вместе с потоком воды через патрубок 4 выводятся наружу.

Граница разделения материала регулируется давлением на выходном патрубке: чем выше давление, тем меньше граничный

размер зерна осаждаемого материала. Корпус гидроциклонов для

предотвращения износа футеруется резиной или каменным

литьем.
9.3.
Магнитная сепарация при переработке нерудных материалов носит вспомогательный характер и служит для защиты машин от

попадания в них металлических предметов или выделения их из

смеси. Работа магнитных сепараторов основана на взаимодействии магнитного поля с магнитно-активными материалами, вследствие чего последние притягиваются к магниту или отводятся в

специальные ловушки. Наибольшее распространение получили

подвесные электромагниты, электромагнитные шкивы, электромагнитные сепараторы барабанного типа.
Подвесные электромагниты (рис. 9.5,а) устанавливаются над

конвейерной лентой на высоте 100... 130 мм. За счет электромагнитных сил они извлекают из слоя материала магнитно-активные

предметы. Подвесной электромагнит состоит из сердечника 1, катушки 2 и полюсной скобы 3. Такие электромагниты ввиду недостаточной силы магнита не всегда могут удалить из смеси крупные металлические куски. Поэтому более прогрессивным решением является применение металлоискателей — индукционных катушек, охватывающих рабочую ветвь конвейера — в комплексе с

механическими сбрасывающими устройствами.
Электромагнитный шкив (рис. 9.5,6), устанавливаемый вместо

приводного барабана конвейера, состоит из вращающихся вместе

108
--------------- page: 107 -----------
с барабаном 1 электромагнитных катушек 2, защищенных латунными крышками 3. Электромагнитный шкив устанавливается на

валу в подшипниках 4 и приводится в движение от зубчатого колеса (звездочки). К катушкам через контактные кольца 5 и каналы в валу подводится постоянный ток напряжением 110... 220 В.

При включении катушек в сеть возникает магнитное поле. Маг-
нитно-активный материал притягивается к ленте и отводится в

специальный бункер.
Электромагнитные барабаны (рис. 9.5,в) устанавливаются

обычно в местах перегрузки материалов и служат для магнитной

очистки порошкообразных материалов. Магнитная система, состоящая из катушки 2 и секторных полюсов 3, размещается внутри

полого барабана 1, выполненного из немагнитных материалов

(латунь,~алюминий, пластмассы). Разноименные полюсы чередуются и образуют магнитное поле большой плотности в той части поверхности барабана, куда поступает материал с конвейера.

Магнитно-активные предметы 4 притягиваются к барабану и при

выходе из зоны действия магнита сбрасываются в специальный

лоток. Для регулирования места разгрузки магнитная система

может быть повернута на оси барабана. Для уменьшения плотности магнитного поля в зоне разгрузки устанавливается металлический шунт 5.
109
--------------- page: 108 -----------
ГЛАВА 10. ДРОБИЛЬНО-СОРТИРОВОЧНЫЕ ЗАВОДЫ И УСТАНОВКИ
10.1.
дробильно-сортировочных заводов
Дробильно-сортировочные заводы представляют собой сложный

комплекс технологического оборудования, работающего в единой

технологической цепи оборудования и обеспечивающего следующие производственные операции: прием горной породы (массы), дробление, сортировку, мойку, обезвоживание, транспортирование, складирование и отгрузку готовой продукции. Надежность

и эффективность работы завода зависят от технологических задач

производства и соответствия выбранного оборудования виду перерабатываемого материала.
В зависимости от вида перерабатываемого материала и выпускаемой продукции предприятия промышленности нерудных материалов могут быть щебеночными, гравийно-песчаными и песчаными. Стационарные дробильно-сортировочные заводы сооружаются вблизи месторождений технологического сырья, если его запасы обеспечивают работу предприятия при проектной мощности

не менее 25 лет. Производительность предприятий нерудных строительных материалов должна соответствовать утвержденным оптимальным мощностям (табл. 10.1).
Табли.ца 10.1. Мощности дробипьно-сортировочных заводов,
тыс. м’/г
Режни работы
Предприятия
трехсменный
двухсменный
Щебеночные
530, 800, 1600, 3200
400, 600, 1200, 2400
Г равийно-песчэные
650, 1300, 2600
500, 1000 , 2000 .
На дробильно-сортировочных заводах материал измельчается,

как правило, за несколько стадий исходя из требуемой степени

измелЬчения. Степень измельчения одной дробильной машины составляет 3 ... 7. Выбор схемы дробления (одно- или многостадийной) зависит от необходимой степени измельчения. Типовые

технологические схемы дробильно-сортировочных заводов показаны на,рис. 10.1.
На рис. 10,1,о дана одностадийная схема измельчения в открытом цикле. При этой схеме дробление совершается за один

проход дробилки и весь продукт дробления направляется на грохот для разделения на фракции. Одностадийное дробление применяется в основном на заводах производительностью менее

500 тыс. м3/год при производстве рядового щебня крупностью до

110
--------------- page: 109 -----------
70 мм. В одностадийных схемах не всегда удается осуществить

полную механизацию производства из-за чрезмерных габаритов

отдельных кусков исходного материала, поэтому на заводах они

применяются весьма редко.
На рис. 10.1,6,в показаны двухстадийные схемы, наиболее

распространенные при производстве щебня для строительства

(получают 3 ... 5 фракций готового продукта). Первый вариант
о) . | Исходный

материал
Дродление

(I стадия)
Грохотив
Готодыа

продут
д) [ Исходный

материал
Дробление

(Iстадия)
Дродление

(I стадия)
Грохочение
fit Готокш

продут
Исходный
материал
Дробление
(Нтадия)
Грохочение

(промежуточное)
Дродление
Грохочение
(окончательное)
ГотоЙый
продукт
, ттериап
ДроВмние

(Iстадия)
Дробление

[Е стадия)
Грохочение

(промежу-

* точное)
Дродление

(Iстадия)
Рис. ЮЛ. Схемы дробильно-сортировочных заводов
двухстадийной схемы (рис. 10.1,6) предусматривает направление

продукта первой стадии полностью в дробилки второй стадии и

затем на грохочение. Такая схема производства применяется в

том случае, когда в продукте первой стадии содержится менее

25% продукта окончательной крупности. При наличии в продукте первой стадии окончательного продукта >25% применяется схема двухстадийного дробления с промежуточным грохочением после первой стадии (рис. ilO.l.e). На промежуточном грохоте отделяется продукт окончательной крупности и направляется на окончательное грохочение, минуя вторую стадию измельчения.
На рис. 10.1,г показана трехстадийная схема дробления (качественно-количественная схема). Третья стадия показана в открытом цикле (сплошная линия) и в замкнутом цикле (пунктирная линия). Такая схема показывает крупность продукта и про-
--------------- page: 110 -----------
изведительность по операциям (в %). На первую стадию поступает исходный материал крупностью 0—Dmax и выходит

продукт крупностью 0—di. Весь продукт крупностью 0—dx поступает на вторую стадию дробления и получается продукт крупностью 0—d2. Продукт второй стадии 0—d2 поступает на промежуточное грохочение, где отделяется готовый продукт 0—dmax

в объеме yi> а остальной продукт крупнее efmax и объемом

(100—Yi) % направляется на измельчение в третью стадию. Продукт дробления третьей стадии крупностью 0—dmax смешивается с продуктом второй стадии, имеющим ту же крупность, и поступает на окончательное грохочение на фракции 0—d3, d3—d4 и

di—dmax, выход которых соответственно составил у2, уз, у*%.

Сумма выходов всех фракций Y2+Y3+Y4=100%. Продукт дробления 0—dmax (см. рис. 10.1,г) может быть уменьшен, например,

до крупности 0—di без увеличения числа стадий дробления. Для

этого фракцию d4—dmax отсеивают на грохоте окончательной сортировки и возвращают в дробилку, т. е. дробилка работает в

замкнутом цикле. Объем материала у4, возвращаемого в дробилку третьей стадии, называют циркуляционной нагрузкой.

Обычно ее значение не превышает 15 ... 25%. Соответственно производительность дробилки третьей стадии и сортировочного оборудования должна быть больше на величину у4.
Выше рассмотрены только принципиальные технологические

схемы дробильно-сортировочного завода, отличающиеся только

по числу стадий дробления. Практически же схемы установок

значительно сложнее в результате включения Дополнительных

операций. Так, при переработке разнопрочных материалов, например известняков, содержащих слабые включения и глину,

предусматривается двухпоточная схема. Для этого исходное

сырье разделяется колосниковым грохотом предварительного грохочения на два потока: крупностью 0 ... 200 мм («грязный» или

«слабый») и крупностью более 200 мм («чистый» или «прочный»),

В дальнейшем оба потока перерабатываются раздельно. В первом

случае получают щебень более низкого качества, чем во втором.

В технологической линии обоих потоков устанавливаются глиноот-

борники, моечное и обезвоженное оборудование. Кроме того, организуются специальные участки для переработки мелких фракций продукта дробления 0 ... 5 мм. На известняковых заводах

мелкие фракции перерабатываются в известковую муку, используемую в сельском хозяйстве. На заводах по переработке прочной горной массы мелкие фракции используются для производства строительного песка.
Выбор оборудования дробильно-сортировочных заводов начинается с изучения условий производства, подбора типа оборудования и разработки качественной технологической схемы.
Технологические схемы щебеночных стационарных заводов в

зависимости от вида перерабатываемой горной породы могут быть
112
--------------- page: 111 -----------
разделены на три типа: прочных однородных абразивных пород;,

прочных однородных малоабразивных пород; неоднородных малоабразивных пород.
Для первых технологических схем заводов применяют щеко-

вые дробилки с простым качанием щеки и конусные дробилк»

всех типов. Для вторых — в основном дробилки ударного действия,

на всех стадиях дробления, а также щековые дробилки со сложным качанием щеки. Для третьих характерно включение в тех-

нологическую схему оборудования, позволяющего проводить избирательное дробление, отбор глины, промывку и обезвоживание.

Для избирательного дробления пород рекомендуются дробилкк

ударного действия.
Размер исходного материала Dmах и крупность готового продукта dmax позволяют определить тип оборудования, которое

должно быть использовано на данном предприятии, а также какая схема дробления оптимальна — одно- или многостадийная.

В дробилках крупного дробления, производительность которых

обычно стремятся использовать полностью, степень измельчения

не превышает: в щековых дробилках — 7,2; конусных — 7,5; роторных — 15. л
Следовательно, если по условию производства степень измельчения должна быть больше, дробление необходимо вести в две, а

иногда (при 4тах=15 ... 25 мм) и в три стадии. Увеличение стадий дробления приводит к возрастанию затрат на капитальное

строительство заводов, удорожанию готового продукта. Поэтому

при проектировании предприятий следует стремиться к минимальному числу стадий дробления. На экономические показатели

предприятия существенное влияние оказывают количество технологических линий, действующих параллельно. Наиболее целесообразно проектировать предприятия с одной технологической линией, на которых выработка на одного производственного рабочего на 50 ... .60%! выше, чем при двухлинейной схеме производства; себестоимость готовой продукции ц расход энергии ниже

на 25 ... 35% соответственно, чем при двухлинейной схеме.
Основными показателями для выбора размера дробилок первичного дробления являются наибольший размер кусков исходного материала Dmах и производительность завода П (м3/ч). Предельные размеры кусков, загружаемых в дробилки, не должны

превышать 0,85 ширины загрузочного отверстия дробилки для

щековых и конусных дробилок; 0,6 — для роторных дробилок

крупного дробления и 0,65 — для роторных дробилок среднего и

мелкого дробления. Производительность выбранной дробилки первой стадии дробления целесообразно иметь на 110 ... 30% выше

заданной, учитывая неравномерность питания и неизбежность Получения отходов (фракция 0 ... 5 мм), идущих обычно в отвал.

Количество отходов тем больше, чем мельче должен быть готовый продукт.
8 -5258
--------------- page: 112 -----------
Следовательно, расчетная производительность (м3/ч)
где «1 — коэффициент, учитывающий процент отходов в готовом

продукте; л2 — коэффициент, учитывающий неравномерность питания дробилки первой стадии (н2=1,05 ... 1,1).
Выход отходов 7о-5 определяется по типовым графикам гранулометрического состава дробленого продукта (содержания зерен различных фракций в общей массе продукта, %).
Коэффициент «1 подсчитывается по выражению П\ —

= 100/(100—Y0-5).
Очевидно, что для первой стадии дробления могут быть пригодны только те дробильные машины, которые допускают загрузку в них кусков размером
ную выше расчетную производительность /7расч.
Выбрав типоразмер дробилок для первой стадии дробления,

подсчитываем размер выходной щели (мм) по фррмуле
IU !
(о —|— о)раСч (о —|— ^)min
*■
max “min
где b — ширина разгрузочной щели; 5 — ход подвижной щеки;

(й+5)тщ, (Ь +5)тах — паспортные значения наименьшего и наибольшего значений выходной щели дробилки; Пт\п и Ятах — паспортные значения наименьшей и наибольшей производительности

дробилки.
После этого определяем гранулометрический состав щебня, получаемого на первой стадии дробления для того, чтобы установить:

процентное содержание в массе этого продукта товарного щебня;

количество продукта первичного дробления, передаваемого для

дальнейшего измельчения на вторую стадию дробления до заданных размеров dmax\ максимальный размер кусков продукта D'max,

передаваемого на вторую стадию дробления.
Дробильные машины второй и третьей стадий дробления должны выдавать готовый (товарный) продукт — щебень, предельный

размер зерен которого определяется назначением этого щебня.

Выбирая тип и размеры щековых (при производительности до

70 м3/ч) или конусных дробилок (с большей производительностью)

для среднего и мелкого дробления, следует в первую очередь

установить ширину разгрузочной щели, необходимую для получения щебня требуемых размеров. Затем, выбрав тип и размер дробилки, необходимо определить ее лроизводительность при установленной выше ширине разгрузочной щели (м3/ч):
Прае = nmin + (6 + S'max—(6 + S)min
Затем находят гранулометрический состав полученного щебня

и его соответствие назначению.
114
--------------- page: 113 -----------
Выбор грохотов определяется количеством фракций, входящих

в состав готового продукта 0—dmax. Методика расчета технологических параметров грохотов изложена выше в § 8.3.
Основные размеры и производительность транспортирующих

машин определяется на -основе данных о величине потоков материала, направления и дальности транспортирования, а также в зависимости от крупности кусков материала.
В последнее время получил распространение новый тип дро-

бильно-сортировочных предприятий — сборно-разборные автоматизированные дробильно-сортировочные линии (САДЛ), предназначенные для работы в районах с ограниченными запасами минерального сырья (5 ... 15 млн. м3) или с ограниченным (по объему

и срокам) потреблением нерудных строительных материалов при

условии сжатых сроков ввода объектов в эксплуатацию. Ввод в

эксплуатацию САДЛ позволяет снизить транспортные расходы по

доставке песка и щебня потребителям, расширить сырьевую базу

нерудных строительных материалов, повысить уровень автоматизации процесса переработки минерального сырья, обеспечить нормативные санитарно-гигиенические условия труда обслуживающего персонала и защиту окружающей среды от загрязнения.

Основными потребителями продукции САДЛ являются рассредоточенные объекты сельского или гидротехнического строительства с годовым потреблением щебня до 600 тыс. м3.
В настоящее время выпускаются три комплекта оборудования

САДЛ производительностью 400 ... 500 тыс. м3 щебня в год из

изверженных (САДЛ-И-400), осадочных (САДЛ-0-400) и гравийно-песчаных (САДЛ-ГП-400) пород. Технологические схемы САДЛ

предусматривает двух- и трехстадийное дробление исходного материала крупностью до 800 мм для получения щебня 0 ... 70 мм

и песка 0,15 ... 5 мм (дробленого или природного обогащенного).
В состав комплектов оборудования САДЛ в зависимости от

модификации входят агрегаты: крупного, среднего и мелкого дробления; предварительной, промежуточной и окончательной сортировки; промывки щебня и классификации песка; бункера-склады

готовой продукции; питатели и ленточные конвейеры, а также

агрегаты управления и аспирации. Работа САДЛ осуществляется

круглосуточно при положительных температурах окружающего

воздуха. Агрегаты линии оборудованы укрытиями с местами присоединения к аспирационным устройствам.
На рис. 10.2 показана технологическая схема САДЛ, предусматривающая трехстадийное дробление прочных (80 ... 250 МПа)

изверженных пород без предварительного грохочения исходной

горной массы с замкнутым циклом на последней стадии дробления.

При данной технологической схеме может выпускаться щебень

0 ... 70 и 0 .. .40 мм. В первом случае третья стадия дробления

отключается и цикл дробления замыкается на второй стадии.
Процесс получения щебня осуществляется следующим обра-

8*
--------------- page: 114 -----------
J3
ч
x
\o
о
о,
*3
»я
о
Я
X
то
m
о
сх
X
со
S
ь
то
£
о
о

•о,
о
о
со
то
си
о
х
си
о

то
S
Q)
X
о
к
то
ш
о S4
«Cf
о<
чи
О
X
X X

<У к

н в
S
' 5 4
то
ЕС эН
?2 о
S *
2 сг

S о

о аз

X о

я- си

« к
В Ь

>> си
е 8
о
(N Я

о
о
S
о*
--------------- page: 115 -----------
зом. Исходная горная масса крупностью 0 ... 700 мм доставляется

из карьера автотранспортом и поступает в бункер 1 агрегата первичного дробления. Из бункера материал подается вибрационным

питателем 2 в дробилку первичного дробления 3, где размер отдельных кусков уменьшается до 0 .. .250 мм, благодаря чему

обеспечивается нормальная работа последующих дробилок. Из

агрегата первичного дробления материал ленточными конвейерами 4 подается в конусную дробилку вторичного дробления 5, где

происходит дальнейшее измельчение кусков до 0 ... 90 мм. Продукт дробления конусной дробилки 5 ленточными конвейерами, 6

и 7 подается в агрегат предварительного грохочения, состоящий

из грохота 8 и перегрузочных ленточных конвейеров. На грохоте 8

•сито устанавливается на максимальный размер фракций готового

продукта. С этого сита верхний продукт (зерна крупнее 70 мм) по

конвейеру 9 подается в промежуточный бункер-агрегат, где с помощью самозапирающейся воронки 10 поступает в отсек 11 бункера и далее вибрационным питателем 12 подается в конусную

дробилку 5 на додрабливание. Этим осуществляется замкнутый

цикл дробления для получения щебня крупностью 0 ... 70 мм,

после чего материал поступает через грохот 8, конвейеры 15 и 16

на грохоты 17 и 18, где фракции разделяются и поступают в

погрузочные бункера 19, оснащенные автоматическими весовыми

дозаторами непрерывного действия 20. Объем бункеров каждой

фракции должен обеспечить 1,5 ... 2-часовую непрерывную работу

САДЛ а. В связи с тем что щебень мелких фракций (5 ... 20 мм)

промывается,, предназначенные для них бункера имеют перфорированные днища с отводом дренажных вод. Отходы (0 ... 5 мм),

получаемые при производстве щебня, поступают в спиральный

классификатор 21 и оттуда в погрузочный бункер 22, снабженный

весовым дозатором 20. При работе САДЛ без промывки песка

сухая фракция 0 ... 5 мм ленточным конвейером 23 подается

непосредственно в бункер 22 из грохота 18. При получении щебня

О ... 40 мм начинает действовать конусная дробилка 24 третьей

стадии дробления. При этом на грохоте 8 устанавливается сито

с ячейками, допускающими прохождение кусков размером

О ... 40 мм. Куски размером более 40 мм по конвейеру 9 поступают в отсек 14 и далее питателем 13 в конусную дробилку 24.

Затем процесс получения щебня происходит аналогично рассмотренному выше.
Для управления и наблюдения за работой САДЛ предусматривается специальный агрегат управления, на пульт которого выносятся показания работы всех агрегатов. Особенностью рассмотренных САДЛ является установка щековых и конусных дробилок на специальные виброизолирующие опоры, что позволяет

значительно уменьшить массу фундамента и сократить сроки

строительства.
117
--------------- page: 116 -----------
10.2.
Передвижные дробильно-сортировочные установки (ПДСУ) представляют собой комплект дробильно-сортировочного и транспортирующего оборудования, установленного на самоходных прицепных платформах на пневмоколесном ходу. ПДСУ используются в

транспортном, сельскохозяйственном и других видах строительства

при эксплуатации месторождений малой мощности. Применение
Рис. 10.3. Передвижная дробильно-сортировочная установка малой производительности
ПДСУ позволяет ^значительно снизить стоимость строительных работ за счет уменьшения транспортных расходов на перевозку

щебня, сократить затраты на возведение и эксплуатацию подобных

предприятий. Передвижные дробильно-сортировочные установки

по производительности подразделяются на три основные группы:

малой (до 12 т/ч), средней (до 50 т/ч) и большой (более 50 т/ч)

производительности.
ПДСУ малой производительности применяются при строительстве и ремонте автомобильных дорог местного значения. Источником питания таких ПДСУ служат дизель-генераторные станции,

что позволяет использовать их в удаленных от источников электроэнергии местах. Такие установки отличаются простотой конструкции, малой массой и высокой мобильностью. Конструкцию установки малой производительности рассмотрим на примере установки СМД-106. Дробление в установке производится по одностадийной схеме в замкнутом цикле. На раме 1 (рис. 10.3) установлены

бункер 3, лотковый питатель 4, щековая дробилка 5 и виброгрохот 6. Рама снабжена двумя пневмоколесными тележками 2, при

118
--------------- page: 117 -----------
эксплуатации установки рама опирается на домкраты. С установкой работают пять конвейеров: три — для транспортировки готового продукта и два — для работы установки в замкнутом цикле.

Работа установки происходит следующим образом. Исходный материал загружается в бункер 3, откуда лотковым питателем 4

подается в щековую дробилку 5. Питатель снабжен колосниковой

решеткой для предварительного грохочения перед дробилкой. Измельченный в дробилке материал по ленточным конвейерам поступает на двухситный виброгрохот 6. Материал, сошедший с
Рис. 10.4. Передвижная дробильио-сортировочная установка средней производительности
верхнего сита, направляется на доизмельчение в дробилку 5, а

остальной разделяется на ситах по фракциям и конвейерами отводится на склад готовой продукции. Управление установкой — дистанционное, что улучшает условия работы обслуживающего

персонала.
Установки средней производительности обычно состоят из двух

агрегатов: крупного дробления и мелкого дробления и сортировки.

Такие установки применяются для получения щебня крупностью
О
щебня может увеличиться до 40 мм. На рис. 10.4 показана

СМ 739/740, состоящая из двух агрегатов: крупного дробления

СМ 739 и мелкого дробления и сортировки СМ 740.
Исходный материал загружается в приемный бункер 1 экскаватором, погрузчиком или автотранспортом и далее пластинчатым

питателем 2 подается в щековую дробилку со сложным качанием

щеки 3. Измельченный материал по ленточному конвейеру 4 через

воронку 5 и конвейер 6 поступает на вибрационный грохот 8.

Отсортированные фракции щебня подаются в бункер 9 и далее

на склад готовой продукции или грузятся на автотранспорт с

помощью отвальных конвейеров. Надрешетный продукт верхнего

сита поступает в конусную дробилку 7, работающую в замкнутом

цикле. Из дробилки 7 материал конвейером 12 подается в воронку

5 и далее конвейером 6 на виброгрохот 8. Оборудование агрегатов
119
--------------- page: 118 -----------
установлено на рамах 11, имеющих пневмоколесные тележки 10.

При эксплуатации агрегаты опираются на винтовые домкраты 13.
Электропривод включает восемь электродвигателей, установленных на каждой машине, пускорегулирующую аппаратуру и два

переносных пульта управления. Схемой управления предусмотрены три режима работы,установки: наладочный, полуавтоматический и раздельный. Первый режим работы предусматривает поочередный пуск электродвигателей для выявления возможных

неисправностей; второй — автоматическую блокировку всего оборудования при совместной работе агрегатов; третий — работу

каждого агрегата самостоятельно. ПДСУ можно снабжать ди-

зель-генераторной установкой, что позволяет эксплуатировать ее

в отдаленных районах, не имеющих постоянного электроснабжения.
Дробильно-сортировочные установки большой производительности применяются при строительстве магистральных автомобильных

дорог, аэродромов, в тех случаях гидротехнического строительства, когда на месторождении нерудных ископаемых нерентабельно

создавать стационарное дробильно-сортировочное предприятие или

необходимо резко увеличить производство щебня различных

фракций.
ПДСУ большой производительности позволяют обеспечить

комплексную механизацию технологического процесса; они состоят

из отдельных агрегатов, включающих только одну технологическую

операцию. Агрегаты смонтированы на ходовых тележках с пнев-

моколесным ходом, что обеспечивает их транспортировку со скоростью до 40 км/ч.
Агрегаты крупного и среднего дробления обеспечивают одностадийное дробление в открытом цикле; агрегаты мелкого дробления и сортировки работают обычно в замкнутом цикле. В качестве рабочего оборудования агрегатов применяются щековые, конусные и роторные дробилки, а также вибрационные грохоты

различных типов.
Наличие большого числа специализированных агрегатов дробления и сортировки позволяет осуществить различные компоновочные

схемы процесса переработки каменного материала, исходя из горно-геологических условий и требований к готовому продукту. На

рис. 10.5 показаны различные схемы компоновки агрегатов ПДСУ

большой производительности (ПДСУ-200). Схема на рис. 10.5, а

предназначена для получения щебня крупностью до 40 мм из абразивных высокопрочных пород (ов=300 ... 500 МПа). В этом

случае предусмотрено трехстадийное дробление с замкнутым циклом на второй и третьей стадиях. Исходный материал поступает

в бункер, откуда пластинчатым питателем 1 доставляется в ще-

ковую дробилку размером 600X900 мм агрегата 2. Измельченный

материал поступает на конвейер 3, которым доставляется на аг-

120
--------------- page: 119 -----------
Рис. 10.5. Варианты компоновки агрегатов ЦДСУ большой производительности
--------------- page: 120 -----------
регат 5 с двухситным грохотом для промежуточного грохочения.

Надрешетный материал верхнего сита направляется на агрегат 6

с двумя щековыми дробилками размером 250X900 мм, откуда он

вновь поступает на агрегат 5. Верхний продукт нижнего сита

перемещается в агрегат 4 мелкого дробления с конусной дробилкой и после измельчения также поступает на агрегат 5. Нижний

продукт нижнего сита направляется на агрегат 7 с грохотом для

окончательной сортировки.
При данной компоновке оборудования максимальная производительность ПДСУ 65 м3/ч, установленная мощность 332,8 кВт,

общая масса 133 т. При необходимости получения щебня крупностью до 70 мм агрегат мелкого дробления заменяется вторым

агрегатом среднего дробления или совсем исключается. При этом

производительность ПДСУ увеличивается до 100 м3/ч.
При разработке гравийно-песчаных месторождений (рис. 10.5, б)

гравийно-песчаигая масса поступает в бункер-питатель 3 и далее в

агрегат 5 промежуточного грохочения. Песок и отходы гравия

(фракция 0 ... 5 мм) оттуда направляются на агрегат 7 окончательного грохочения, минуя агрегаты дробления. Крупные фракции

гравия (более 40 мм) поступают в агрегаты среднего 6 и мелкого

4 дробления. Раздробленный материал из этих агрегатов вновь

поступает в агрегат 5, где отделяется готовый продукт, а крупные

куски направляются на додрабливание. Этим достигается замкнутый цикл дробления. Готовый продукт подается на агрегат 7

окончательного грохочения, где разделяется по фракциям. При

данной схеме производительность ПДСУ равна приблизительно

200 м3/ч, установочная мощность — 240,8 кВт, общая масса —

91,48 т.
Для переработки малоабразивных осадочных пород рекомендуется технологическая схема, изображенная на рис. 10.5, в. В

нее помимо бункера-питателя, грохотов и конвейеров включены

два агрегата с роторными дробилками для крупного 10 и среднего

11 дробления. Производительность ПДСУ — 70 ... 100 м3/ч при

крупности готового продукта до 40 и 70 мм соответственно, установочная мощность — 254,5 кВт, общая масса—106,2 т.
Все агрегаты ПДСУ снабжены площадками для обслуживания

и винтовыми домкратами, на которые они опираются при эксплуатации. Управление оборудованием — дистанционное с общего

пульта, смонтированного в кабине агрегата управления 8. Последний снабжен кондиционером, обогревателями и осветителями.

Кабина защищает оператора от воздействия шумов, пыли и

вибрации.
--------------- page: 121 -----------
10.3.
Дробильно-сортировочные предприятия представляют собой комплекс оборудования по переработке и транспортировке продукции,

который действует без участия обслуживающего персонала, а только под его наблюдением, что позволяет автоматизировать технологический процесс. Автоматизация дробильно-сортировочных

предприятий предусматривает автоматическую защиту технологического оборудования от аварийных режимов и режимов перегрузки, местное и централизованное автоматическое управление технологическим процессом, автоматический контроль за состоянием

оборудования и санитарно-техническим состоянием рабочих помещений, а также автоматический учет поступающего сырья и отпущенного потребителям готового продукта по фракциям.
Управление автоматизированным дробильно-сортировочным

предприятием осуществляется с центрального диспетчерского

пульта и предусматривает три режима управления: дистанционный,

автоматизированный местный и местный сблокированный. Первый

режим является основным и осуществляется с центрального пульта; второй применяется при профилактических и ремонтных работах; третий — при наладке схем автоматизации. Последние два

режима осуществляются с помощью аппаратуры, установленной

непосредственно на машине. Пуск и отключение механизмов осуществляются в последовательности, определяемой технологией

производства, причем основной операции предшествуют вспомогательные: включение звуковой сигнализации, аспирационной системы и подачи воды. Нарушение принятой последовательности

пуска и отключения механизмов может привести к авариям, поэтому предусматривается система блокировки механизмов, предотвращающая их повреждение.
Автоматический учет поступающего сырья и отгружаемой готовой продукции Осуществляется с помощью автоматических весов,

взвешивающих транспорт с исходным материалом и готовой продукцией (по фракциям). Автоматизация технологического процесса предприятия начинается с бункера для исходного сырья, который оборудуется датчиками уровня расположения материала.

Верхний датчик ограничивает наибольшую высоту расположения

материала, нижний.— определяет минимальный слой материала,

расположенный над питателем. При срабатывании нижнего датчика работа питателя прекращается, что сохраняет над ним минимальный слой материала, необходимый для предотвращения

поломки питателя при разгрузке в бункер крупных кусков.
Автоматизация узлов крупного дробления, на которых установлены, как правило, щековые дробилки, предусматривает

управление процессом загрузки дробилки, основанное на автоматическом измерении уровня загрузки камеры дробления, мощности,

потребляемой электродвигателем привода, и погонной нагрузки
123
--------------- page: 122 -----------
на ленточный конвейер, отводящий продукт дробления. При этом

сигналы об отклонении от заданного режима работы передаются'

на систему, регулирующую скорость питателя. Кроме того, дробильные машины снабжаются автоматической системой защиты

от попадания недробимых предметов, включающей в себя установку металлоискателей, или электромагнитов. Для отключения

электродвигателя дробилки при попадании в нее предметов из

немагнитных металлов применяется установка токовых реле в схеме электропривода. Для предотвращения работы машин в аварийном режиме они снабжаются автоматическими устройствами для

контроля работы системы смазки (наличие смазки в подшипниках

и ее температура).
Автоматизация узлов среднего и мелкого дробления, где установлены конусные дробилки, предусматривает блокировочные

связи с узлом крупного дробления и между собой, регулирование

режима подачи в них материала, а также защиту от аварийных

режимов. В некоторых случаях автоматизация узла предусматривает обеспечение заданного соотношения между отдельными фракциями измельчаемого продукта путем автоматического регулирования ширины разгрузочной щели.
Автоматизация узлов грохочения предусматривает контроль

гранулометрического состава готового продукта путем проверки

соотношения (весового) между отдельными фракциями. Обеспечение заданного соотношения между отдельными фракциями готового продукта является одним из основных условий экономической

эффективности работы предприятия. Изменение зернового состава продуктов дробления может осуществляться путем анализа

гранулометрического состава непрерывным или цикличным отбором проб или контролем на потоке. Автоматический контроль за

гранулометрическим составом готового продукта осуществляется

путем автоматического взвешивания или с помощью автоматических пробоотбирателей, которые конструируются в составе отсекающего устройства, привода и аппарата, регулирующего режима

работы по отбору проб. Наиболее распространены ползунковые

пробоотбиратели „(скреперы), пересекающие поток материала на

ленте.
На рис. 10.6 дана схема автоматизации технологического процесса сборно-разборной линии по производству нерудных материалов. Автосамосвалы с горной массой подъезжают к приемному

бункеру, взвешиваются на автоматических автомобильных весах

(ААВ), суммирующих общую массу горной породы, которая перерабатывается за смену. Фиксация автосамосвала относительно

приемного бункера осуществляется с помощью конечного выключателя, подающего звуковой или световой сигнал при достижении

машиной заданного положения. Приемный бункер питателя 1

оборудован двумя датчиками уровня. При достижении исходным
124
--------------- page: 123 -----------
Агперат nenSumosn дпобления 7'Агрегат вторично-
юрегат троичного орооления ^ „ mfgmтногощг, . .. лд I г тения | ного щешя с погрузочными бункерами.
t=r
<
U
<1>
S*
о
а*.
к
о
о
ч.
о-
s.
хг
X
К
сг
СВ
РТ
К
и
03
2
о
X'
О
CD
о-

IX
--------------- page: 124 -----------
материалом верхнего уровня бункера включается красный сигнал

светофора и машины на разгрузку не подаются до тех пор, пока

уровень не понизится и не включится зеленый сигнал светофора.

По достижении материалом нижнего уровня питатель останавливается и дальнейшая подача материала из бункера в головную

дробилку 2 прекращается. В результате этого в бункере всегда

остается определенный слой материала, предохраняющий пластины питателя от прямых ударов крупными кусками во время разгрузки автосамосвалов.
Пластинчатый питатель оборудован датчиком негабаритного

исходного материала (ДН), сигнал с которого после усиления

усилителем (У) подается на исполнительный механизм, сбрасывающий негабарит с питателя в специальный бункер. Технологический пост первичного дробления оборудован устройством, регулирующим равномерную подачу материала в дробилку 2 путем

изменения скорости движения питателя, а также его остановку и

пуск. Питатель и конвейеры 3, 4, 8, 23, 16 и 18 снабжены датчиками скорости движения и тросовыми аварийными выключателями, обеспечивающими выключение и включение привода оборудования поточно-транспортной системы с любого места по всей ее

длине. При аварийном отключении одного из механизмов система

централизованного автоматического управления отключает все

стоящие выше по потоку механизмы. При этом дробилки отключаются только после освобождения камер дробления от материала. Для предотвращения попадания недробимых металлических

предметов в машины последующих стадий дробления питатель 1

и конвейеры 3 и 8 оборудуются датчиками наличия металла ДЖ

в горной массе, движущейся по транспортному устройству. Сигнал

с датчиков ДЖ после усиления передается на мощный электромагнит ЭМ, который отделяет предмет от массы материала. При

попадании в массе немагнитных металлических предметов привод

конвейера (питателя) отключается датчиком металлоискателя;

одновременно отключаются все стоящие выше по потоку механизмы. Работа дробилок 2, 6 и 7 контролируется температурными

датчиками, установленными на втулках приводного вала машины.

При повышении температуры подшипника выше допустимой

(30° С) электрическое сопротивление термодатчика уменьшается

и срабатывает тепловое реле, включающее в работу холодильное

устройство системы жидкой смазки машины.
Оптимизация технологического процесса осуществляется путем

обеспечения заданного соотношения между отдельными фракциями материала с помощью автоматического контроля за гранулометрическим составом продукта дробления. После дробления в роторных дробилках 6 и 7 (в зависимости от режима работы линии

А или Б) материал поступает через конвейеры 8 и 12 на грохот 13.

После грохочения материал разделяется на две фракции. Нижняя

126
--------------- page: 125 -----------
фракция направляется на рассев по конвейерам 23, 14 и 16 через

грохоты 15 я 17 в бункера 22, оборудованные затворами 21, а

верхняя — на додрабливание через воронку 10, бункера 9 и грохоты 5. Отходы процесса дробления из грохота 17 через классификатор 19 поступают в бункер 20. Контроль за гранулометрическим составом готового продукта осуществляется датчиками ЛТ,.

расположенными на пути движения материала, сигналы с которых

поступают через электроимпульсные счетчики ЭС на электропнев-

матические преобразователи ЭП. Далее через линии задержки ЛЗ

сигналы поступают в вычислительное устройство ВУ, куда ранее

были введены данные требуемого гранулометрического состава

готового продукта. К этому же устройству поступают сигналы от

датчиков измерителей мощностей двигателя ИМД дробилок 6 или
7
агрегата первичного дробления в виде сигналов N и Q. Из ВУ

команды управления поступают в электрорегулятор ЭР непосредственно и через блок защиты от помех БЗП. Далее эти кдманды

через преобразователь ПЭ поступают в систему измерения положения отражательных плит роторных дробилок б и 7. По этим

командам производится автоматическое регулирование угла наклона отражательных плит для изменения соотношений между отдельными фракциями готового продукта и введения САДЛ в режим

оптимальной работы по заранее заданной программе.
Автоматизированный режим работы остальных агрегатов аналогичен описанному выше. Однако, учитывая технологическую-

связь всех агрегатов САДЛ, работающих в строгой последовательности, необходимо иметь общее вычислительное устройство*

(ОВУ), расположенное на пульте управления всей технологической линии. ОВУ имеет заранее заданную программу по гранулометрическому составу готового продукта и расходу электроэнергии оборудованием САДЛ.
Особенности эксплуатации оборудования дробильно-сортировочных заводов и установок. Охрана труда. При эксплуатации оборудования этих предприятий необходимо выполнять общие требования, относящиеся к любой строительной машине, а также-

некоторые специфические требования. К общим требованиям относятся ежемесячные осмотры машин, при которых особо тщательно проверяют: затяжку всех основных болтовых соединений;

крепление подшипников, шкивов, фрикционных муфт и тормозовг

наличие масла в системе смазки и смазочных устройствах; исправность концевых выключателей и стопорных устройств, а также

состояние герметизирующих устройств всех каналов движения

пылевыделяющих материалов. К специфическим требованиям относятся контроль: за наличием у дробильных машин (кроме ККД)

в дробящем пространстве измельчаемого материала, который следует удалить перед началом работы; равномерным поступлением
127
--------------- page: 126 -----------
т машины дробящего материала; крупностью поступающих кусков;

качеством готового продукта; величиной зазоров разгрузочных

отверстий дробильных машин.
У грохотов осуществляется контроль за натяжением сит. При

недостаточном натяжении сита быстрее изнашиваются и ухудшается качество грохочения. Работа грохота при слабом натяжении

или креплении сит запрещена. При работе моечного оборудования

«следят за количеством подаваемого материала и воды, чтобы, сохраняя заданную производительность, обеспечивать должную чистоту промывки материала. Удельный расход воды составляет
1
Во' время работы оборудования нельзя чистить рабочие поверхности машин, открывать смотровые люки, производить регулировочные операции. Останавливать машины можно только после

•прекращения подачи в нее материала, переработки в нет оставшегося материала и освобождения от него рабочего органа машины.

После остановки машины ее наружные части очищают от пыли

и грязи, проверяют состояние узлов, ‘системы смазки, привода.
Главными опасностями здоровью обслуживающего персонала

.дробильно-сортировочных предприятий являются повышенная запыленность воздуха, производств;енные шумы, вибрация и поражение электрическим током. По действующим санитарным нормам

запыленность воздуха на рабочих местах не должна превышать

10 мг/м3, а при наличии в пыли более 10% диоксида кремния

«орма снижается до 2 мг/м3.
Основными источниками пылевыделения на предприятиях переработки каменных материалов являются загрузочные и разгрузочные отверстия дробилок, а также просеивающая поверхность

«иброгрохотов. Для снижения содержания пыли в воздухе существуют укрытия для дробилок„и грохотов, которые представляют

собой специальные короба из листовой стали с аспирационным

-отсосом. Кроме того, применяют различные системы вентиляции

(естественная или принудительная) производственных помещений

•или их обеспыливание гидравлическими брызгальными устройствами.
Постоянно действующие производственные шумы отрицательно

влияют на центральную нервную систему человека и вызывают

«снижение слуха и быструю утомляемость обслуживающего персонала. Уменьшения производственных шумов достигают технологическими и конструктивными мероприятиями, направленными на

ослабление шума в источнике его возникновения (замена ударных

режимов работы безударными, применение звукопоглощающих

материалов для отдельных элементов машины и др.), а также

установкой звукопоглощающих кожухов машин. Такие кожухи

изготовляют из стальных листов с внутренней облицовкой из вой-
328
--------------- page: 127 -----------
- '-.У
лока, пенополиуретана или шлаковаты и устанавливают на виб-

роцзолирующие прокладки из асбеста, войлока или резины.
Для защиты обслуживающего персонала от вибрационных нагрузок осуществляют следующие мероприятия: по возможности

исключают в конструкциях машин ударное взаимодействие деталей, заменяют возвратно-поступательное движение деталей вращательным, исключают резонансные явления во время работы,

планируют минимальные допуски в сочленениях деталей, исключают неуравновешенность деталей. Ограничение распространения

действующих вибронагрузок достигается установкой амортизатор

ров, прокладок и облицовок из вибропоглощающих материалов и

различных типов гасителей колебаний.
Электробезопасность обслуживающего персонала обеспечивается следующими мероприятиями: применением при осмотре и текущем ремонте машин осветительной арматуры и ручных машин

напряжением 36 В и ниже; использованием улучшенной изоляции

проводов, находящихся под напряжением; ограждением и созданием условий недоступности к электрооборудованию и токоведущим сетям; установкой защитной аппаратуры (автоматических

выключателей, реле напряжения), заземлением элементов электроустановки и установкой предупредительных надписей.
Наиболее универсальным мероприятием, улучшающим условия

труда обслуживающего персонала, является автоматизация процессов переработки нерудных каменных материалов.
9 —5258
--------------- page: 128 -----------
Раздел третий
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ

И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ БЕТОННЫХ И

РАСТВОРНЫХ СМЕСЕЙ
ГЛАВА 11. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
11.1.
и строительных растворах
Бетон представляет собой искусственный каменный материал, полученный из смеси вяжущего вещества, воды, заполнителей и в

необходимых случаях специальных добавок после ее формования

и твердения. Строительные растворы не имеют в своем составе

крупного заполнителя. До формования указанные полуфабрикаты

называют бетонной и растворной смесью. По виду вяжущих веществ эти смеси делятся на цементные, силикатные, гипсовые и

смешанные. Вяжущие материалы и вода — это активные составляющие, между которыми происходит химическая реакция, и после твердения смесь превращается в камнеподобное тело. Заполнители (песок, щебень) в реакции не участвуют. Они образуют жесткий скелет бетона. В целях экономии цемента зерновой состав смеси должен быть с минимальным объемом пустот при наименьшей

поверхности частиц. Прочность бетона характеризуется пределом

прочности на сжатие стандартных образцов в 28-суточном возрасте естественного твердения — так называемой «маркой» бетона

(от 7,5 до 60,0 МПа). Прочность бетона зависит от количества и

качества цемента, водоцементного отношения, качества смешивания, условий транспортирования, качества уплотнения и условий

твердения.
Бетонная смесь должна сохранять однородность при транспортировании и иметь необходимую удобоформуемость — способность

заполнять форму при данном способе уплотнения. Удобоформуемость смеси оценивается ее подвижностью или жесткостью. Бетонная смесь, способная растекаться и заполнять форму под влиянием

собственных сил тяжести или небольшого механического воздействия, называется подвижной. Подвижность смеси характеризуется

величиной осадки в сантиметрах отформованного из нее конуса в

специальном приборе. Жесткость бетонной смеси определяется по

времени вибрации в секундах, необходимого для растекания предварительно отформованного из нее конуса в форму—куб, на лабораторной виброплощадке с частотой колебаний 3000 в минуту и"
130
--------------- page: 129 -----------
амплитудой 0,5 мм. Подвижность растворной смеси оценивается

глубиной погружения в нее в сантиметрах специального стандартного конуса. Применение жестких смесей позволяет получить бетон

более высокого качества (или сократить расход цемента) и умень*

шить сроки твердения. Однако такие смеси труднее изготовляются,

уплотняются и транспортируются по трубам и шлангам, вследствие

чего иногда приходится переходить на более подвижные смеси.
11.2.
и транспортирования бетонных и растворных смесей
Приготовление бетонной или растворной смеси заключается в том,

чтобы путем перемешивания из различных компонентов получить

однородную смесь с равномерным распределением отдельных зерен

в общем объеме с обволакиванием их вяжущим веществом. Получение смесей требуемого качества обеспечивается многими факторами, зависящими от состава и качества исходных составляющих,

точности их дозирования, способа перемешивания и режимов работы смесителей. Смешение компонентов осуществляется в бетоно- и

растворосмесителях. По способу перемешивания смесители подразделяются на гравитационные, в которых компоненты перемешиваются во вращающемся барабане в результате их подъема на некоторую высоту и последующего свободного падения и принудительного перемешивания с помощью движущихся лопастей в неподвижном барабане. Продолжительность смешивания зависит как от состава и свойств смеси, так и от типа смесителя и устанавливается

опытным путем для конкретных условий. Жесткие бетонные смеси

и строительные растворы приготавливают в смесителях принудительного действия. Смесительные машины должны обеспечивать качественное смешение за минимально короткое время, не допуская

расслоения компонентов смеси.
Приготовление бетонной смеси и строительного раствора в зависимости от условий их потребления производится на центральных

районных заводах, на приобъектных заводах и установках, в цехах

предприятий сборных железобетонных изделий и в автобетоносмесителях, когда строительные объекты удалены от центрального завода на расстояния, превышающие технологически допускаемый радиус доставки.
Важной составной частью в цепи технологического оборудования смесеприготовительных предприятий являются дозаторы, от

точности работы которых зависит качество смесей и изделий из

них. В соответствии с используемыми смесителями применяют дозаторы циклического и непрерывного действия с полуавтоматической и автоматической системами управления. Для транспортирования приготовленных смесей на объекты используют автосамосвалы и специальные машины: автобетоновозы, авторастворовозы и

автобетоносмесители. Выбор вида транспортных средств определя131
--------------- page: 130 -----------
ется конкретными условиями, с тем чтобы обязательно обеспечивалась сохранность качества смеси в пути следования. Во избежание расслаивания нельзя перевозить смеси без их побуждения в

пути на расстоянии свыше 10 км по хорошей дороге и 3 км — по

плохой. К месту укладки бетонные и растворные смеси подают в

бункерах, бадьях (с использованием кранов), виброхоботами, ленточными конвейерами, бетонорастворонасосами и пневматическими нагнетателями по трубам и шлангам.
ГЛАВА 12. ДОЗИРОВОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

БЕТОНО- И РАСТВОРОСМЕСИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
12.1.
Для приготовления качественных смесей в соответствии с заданной

рецептурой применяют дозаторы. Согласно СНиП 111-15—76, погрешность дозирования (по массе) не должна превышать: для вяжущих веществ и воды ±2% и для заполнителей— ± 2,5%.
По режиму работы дозаторы подразделяют на циклические и

непрерывного действия, а по способу дозирования — на объемные

и весовые. Объемные дозаторы более простые, но менее точные. Их

применяют в установках небольшой производительности. По способу управления дозаторы подразделяют на три группы: с ручным,

полуавтоматическим дистанционным и автоматическим управлением. При полуавтоматическом дистанционном управлении работой

дозаторов управляет оператор с пульта управления, наблюдая за

показаниями приборов. При автоматическом управлении работа

дозаторов происходит без участия оператора с помощью систем

автоматического регулирования.
12.2.
В соответствии с типом смесителя дозаторы для жидкостей выпускают циклического и непрерывного действия. Дозаторы непрерыв*

ного действия отмеривают жидкость по расходу, а циклические —

по объему или массе.
В смесительных установках партерного типа используются унифицированные дозаторы, входящие в комплекты—ВДБ-250 и

ВДБ-500/750, отличающиеся небольшими габаритами по высоте.
Весовой дозатор для жидкостей типа ДЖ-200 (рис. 12.1) состоит из бункера 4, подвешенного на сдвоенном весовом рычаге 1,

одним концом который через призму опирается на раму 2. Другой

конец рычага связан тягой с пружинным указателем массы 3 (типа

УЦП-250-ЗВ). Бункер снабжен клапанным затвором 5, управляемым пневмоцилиндром 6. ,
Для дозирования воды и жидких добавок в передвижных смесителях и установках небольшой производительности применяют
132
--------------- page: 131 -----------
компактные дозаторы турбинного типа, изготовляемые на базе счетчиков воды, которые могут работать в циклическом и непрерывном

режиме с ручным и автоматическим управлением. Турбинный дозатор с автоматическим управлением состоит из измерителя расхода воды (рис. 12.2,6) и пульта управления (рис. 12.2,а). Поток

жидкости, проходя сквозь фильтр 7, вращает крыльчатку, установленную в турбинной камере 12. Частота вращения крыльчатки пропорциональна расходу жидкости, проходящей сквозь дозатор.
В исполнении для автоматического управления на валу крыльчатки устанавливается счетный диск 11, входящий в паз бесконтактного электронного датчика, которым фиксируется каждый оборот турбинки. Сигналы с датчика

через усилитель 9 по кабелю 10

передаются на пульт управления 2.
При достижении числа импульсов значения, установленного задатчиком дозы 1, подается сигнал

на электромагнитный привод входного вентиля, поступление воды

прекращается. Необходимая доза

жидкости задается включением

тумблеров задатчика 1 в требуемом сочетании. На пульте размещены также указатель объема 3

для визуального контроля, сигнальная лампа 4 и аппаратура включения системы 5 и 6. При исполнении дозатора для ручного управления на счетчике устанавливается головка, соединяющая вал турбинки через редуктор с указательной стрелкой. Угол поворота стрелки соответствует определенному количеству прошедшей жидкости. Циферблатная шкала указателя дозы отградуирована в литрах. Для дозирования жидкостей при непрерывных процессах приготовления смесей используются плунжерные насосы — дозаторы с регулируемой производительностью и системы, использующие принцип свободного истечения жидкостей сквозь калиброванные отверстия. В последнем случае необходимо поддерживать постоянный уровень жидкости в расходном баке, что достигается свободным сливом избытка жидкости

обратно в емкости, из которых центробежным насосом она подается

в расходный бак.
Насос — дозатор жидкости (рис. 12.3) —состоит из рамы 1, на

которой установлены два цилиндра 2 с плунжерами и приводом,

включающим в себя электродвигатель 6, цепной пластинчатый вариатор 5 и червячный редуктор 4 с кривошипно-шатунным механизмом 3. Выпускаемые отечественной промышленностью насосы—

дозаторы двух параметров обеспечивают пределы дозирования от
1
Рис. 12.1. Весовой дозатор для

жидкостей
--------------- page: 132 -----------
Рис. 12.2. Турбииный дозатор с автоматическим управлением:
а — пульт управления; б — измеритель объема
Рис. 12.3. Насос-дозатор для жидкостей
--------------- page: 133 -----------
12.3.
Для дозирования сыпучих компонентов применяют комплекты весовых дозаторов серии АДУБ (автоматические дозаторы установок

бетона). В комплект входят дозаторы цемента, заполнителей и

жидкостей с циферблатными указателями типа УЦК (указатель

циферблатный квадрантный). Большинство узлов перечисленных

дозаторов унифицировано, различаются они конструкцией входных

и выходных затворов и питающих устройств. На рис. 12.4 показана

обобщенная принципиальная структурная схема весового дозатора
серии АДУБ. Материал из бункера питателем 20 подается через

входной затвор 21 в весовой бункер 23, подвешенный на тягах 22

к грузоприемным рычагам 19. Нагрузка от массы материала через

тяги 18 и рычаги 17 передается на тягу 16 УЦК. Задание порции

материала и ее отсечка осуществляются с помощью первичных преобразователей, устанавливаемых на шкале УЦК.
Взвешивающее устройство квадрантного типа состоит из корпуса 1, в котором установлены рамка 2 и циферблат 6. На рамке установлена на оси 11 стрелка 7. На этой же оси жестко насажена

шестерня 12, находящаяся в зацеплении с рейкой 13, связанной

с горизонтальным мостиком 9. Последний шарнирно соединяет

между собой квадранты, состоящие из малых опорных секторов 10

и больших грузоприемных квадрантов 8. Стальные ленты 5 верхними концами прикреплены к корпусу, а нижними — к малым секторам. Верхние концы стальных лент 3 закреплены на больших

секторах, а нижние с помощью траверсы 14 связаны с тягой 16,

проходящей через масляный затвор 15, предохраняющий механизм

от пыли и влаги. Под действием силы тяжести массы бункера с

136
/7
а
22
Рис. 12.4. Структурная
схема весового дозатора

типа АДУБ
--------------- page: 134 -----------
материалом секторы 8 поворачиваются, а малые опорные секторы

10 без скольжения обкатываются по направляющим рамки 2. Противовесы 4, отклоняясь от вертикального положения, увеличивают

реактивный момент до равновесия с моментом взвешенного груза.

Одновременно вся система, несущая квадранты, вместе с соединительным мостиком 9 и рейкой 13 поднимаются вверх, поворачивая

стрелку-указатель. В качестве первичных преобразователей, вырабатывающих сигнал на прекращение подачи материала при наборе требуемой дозы, приме-
Рис. 12.5. Задатчик порций весового Рис. 12.6. Приставка к весовому

прибора
ления дозаторами
В унифицированных циферблатных указателях УЦК-ЗВД (указатель циферблатный квадрантный — задатчик веса дистанционный) весовые головки оснащаются дополнительно задатчиками величины порции. Задатчик порций (рис. 12.5) состоит из бесконтактных электронных датчиков 3, закрепленных на задающих

стрелках 1, которые установлены на зубчатых дисках 7. Положение

датчиков изменяется при повороте дисков верньерами 10 через

валки 9 и шестерни 8. Стрелка весового прибора 4 установлена на

оси, проходящей через отверстие 6, и имеет флажок — экран 5.

При повороте стрелки, когда флажок проходит в рабочих зазорах
2
магнитного потока коллекторной обмотки генератора на базовую

уменьшается, что приводит к срыву колебаний генератора и появлению сигнала, который, пройдя усилитель, передается на электро-

пневматический клапан, управляющий пневмоцилиндром затвора

дозатора.
137
--------------- page: 135 -----------
На рис. 12.6 показана приставка, с помощью которой возможно

дистанционно устанавливать величину порций, вводить поправки

при изменении влажности компонентов, вести дистанционный отсчет

показаний. При этом заранее можно устанавливать несколько вариантов доз и быстро менять рецептуру. Приставку-задатчик устанавливают с лицевой стороны базового весового прибора посредством переходного кольца. Бесконтактные электронные датчики 7
хомутами крепятся на диске

6. Они взаимодействуют со

стрелкой 8 весового прибора.

Диск 6 установлен на оси.З,

смонтированной на диафрагме

12. Вращение диску передается от двигателя 2 через шестерни 4 и 5. Шестерня 5 находится в зацеплении с шестерней 11, установленной на

валу тормоза 1, и шестерней 10

цля привода (прн необходимости) специального диска с

датчиками, контролирующими

угол поворота диска 6. Для

предотвращения поворота подвижного диска на угол более

360° предусмотрен микропереключатель 9. Индукционный

тормоз 1 включается одновременно с двигателем. При этом

якорь магнита сжимает пружину и освобождает фрикционный диск.
На рис. 12.7 показан дозатор для автоматического

весового дозирования цемента (типа АВДЦ— 1200 м). Сигнал начала дозирования поступает с пульта управления в электропневматический клапан 4,

который подает сжатый воздух под аэроплитку 6 пневмопитателя 5. Цемент, насыщенный воздухом, начинает перемещаться по желобу питателя. Одновременно сжатый воздух через

клапан 4 поступает в пневмоцилиндр 7, открывающий входной затвор 9, и цемент подается в весовой бункер 10, подвешенный на

рычагах к раме 8. Сила тяжести цемента, поступившего в бункер

через систему рычагов 15, передается на весовой прибор 14. При

достижении нужной дозы сигнал с весового прибора передается на

пульт управления, который отключает клапан 4. Подача сжатого

воздуха в аэроплитку прекращается, и входной затвор закрывается. При поступлении с пульта управления сигнала, разрешающего
138
Рис. 12.7. Весовой дозатор цемента
--------------- page: 136 -----------
разгрузку дозатора, срабатывает электропневматический клапан 3,

открывающий доступ сжатого воздуха в пневмоцилиндр 11, который

через систему рычагов 12 открывает выпускной затвор 13. Цемент

другой марки дозируется левым питателем. При этом срабатывает

электропневматический клапан 1. Работа затворов блокируется конечным выключателем 2. В инвентарных блочных бетоносмесительных установках с целью,уменьшения габаритных размеров до-

заторных отделений и капитальных затрат применяются много-
Рис. 12.8. Весовой многофракционный дозатор для заполнителей:
а — общий вид; б— схема питателей; 9 — схема подвески весового бункера
фракционные дозаторы, отмеривающие последовательно несколько

фракций заполнителей. Такой дозатор (рис. 12.8) типа СБ-86 предназначен для обслуживания смесителей вместимостью 1200 ...

... 1500 л. Объем бункера дозатора 1,8 м3, максимальная масса

дозы 2500 кг. Материалы в весовой бункер дозатора подаются

шестью ленточными питателями из соответствующих бункеров

(рис. 12.8,6). Ленточные питатели 4 выполнены из элементов, унифицированных с дозаторами непрерывного действия. Привод ленты

осуществляется по схеме двигатель — вариатор 2 — цепная передача 3. Скорость ленты питателя можно изменять дистанционно с помощью командоаппарата 1. Весовой бункер 5 подвешен на упругих

лентах 7 к раме 6.
Материал взвешивается унифицированным весовым прибором 9,

соединенным рычагами 8 с подвесной системой бункера. Сначала
139
--------------- page: 137 -----------
отмеривается песок, подаваемый одним из питателей со стабильной

производительностью 150 т/ч. Затем взвешивается щебень двух

фракций 5 ... 10 и 10 ... 20 мм, который подается соответствующими двумя питателями и затем дозируется щебень крупностью 20 ...

... 50 и 50 ... 100 мм. Питателями с регулируемой производительностью возможно изменять соотношение подаваемых компонентов.

Полное время цикла дозатора составляет 30 с. Отмеренная доза

материалов выгружается через затворы 10 и 11, расположенные с

двух сторон весового бункера. Открывая с помощью пневмоцилиндров 12, управляемых электрозолотниками 13, левый или правый

затвор, можно без применения поворотной воронки загружать два

смесителя поочередно, что также упрощает компоновку смесительного отделения.
Весовые дозаторы для жидкостей типа АВДЖ по принципиальному решению аналогичны весовым дозаторам для сыпучих материалов и отличаются от них конструктивными решениями входных

и разгрузочных затворов.
12.4.
для сыпучих материалов
Дозаторы непрерывного действия должны обеспечивать стабильную подачу материалов с заданной точностью в соответствующие

смесители в определенном интервале производительности. Независимо от конструктивных особенностей эти дозаторы включают в

себя питатель, измерительное устройство производительности и систему автоматического регулирования.
На рис. 12.9 представлена конструктивная схема дозатора непрерывного действия для заполнителей бетона с электронной автоматической системой регулирования. Ленточный весовой питатель

10 одним концом опирается на призмы 11, закрепленные на при140
--------------- page: 138 -----------
емной воронке 3, а вторым — подвешен на тяге 6 через датчик

массы 5 к кронштейну 4. Лента питателя 9, огибающая барабаны
8
дом 1, состоящим из цепного пластинчатого вариатора с присоединенным к нему на фланцах электродвигателем и двухступенчатым

редуктором. Для предупреждения пылёния материалом лента 9 закрыта кожухом 7. Деформация динамометрического кольца датчика 5, пропорциональная массе материала на ленте, через рычажную

систему преобразуется в перемещение сердечника дифференциально-трансформаторного преобразователя. Вырабатываемый датчиком электрический сигнал усиливается и поступает через релейный

реверсивный усилитель на двигатель командоаппарата 2, изменяющий передаточное отношение вариатора. В цепь обратной связи системы вклю-
чен тахогенератор, приводи- r~EL.

мый в движение выходным IS

валом редуктора. Таким спо-

собом осуществляется интегральный принцип автомати- # -

ческого регулирования производительности дозатора

как произведения массы

материала на ленте на скорость ее движения. На

рис. 12.10 приведена наиболее совершенная структурная схема регулирования

производительности дозатора цемента (типа СБ-90),

осуществляемая по двум замкнутым контурам: путем изменения величины массы на ленте весового конвейера и изменения скорости ленты. Так как эти системы независимы и масса материала на ленте поддерживается постоянной при любой

ее скорости, то, изменяя скорость ленты, можно устанавливать требуемое значение производительности. Автоматическое регулирование скорости ленты питателя осуществляется следующим образом.

Синхронный генератор 13 вырабатывает сигнал переменного тока

с частотой, пропорциональной частоте вращения выходного вала

вариатора 14. Выпрямленное напряжение сравнивается с напряжением задатчика 12, соответствующим установленной производительности. Разность этих напряжений подается на вход регулятора 11,

который включает тиристорный усилитель 10, а он, в свою очередь,

включает исполнительный двигатель 15, который изменяет передаточное отношение вариатора до тех пор, пока управляющий сигнал

на выходе регулятора не станет равным нулю, т. е. частота вращения выходного вала вариатора, а следовательно, и производи141
Рис. 12.10. Структурная схема автоматического регулирования дозатора непрерывного действия для цемента
--------------- page: 139 -----------
тельность дозатора не станут равными заданному значению. Система регулирования массы материала на ленте весового конвейера 2

работает следующим образом. Когда масса материала на ленте равна заданному значению, определяемому положением груза 3, то

плунжер индуктивного преобразователя 6 находится в положении

«электрического нуля», и коромысло 5, связанное с демпфером 4t

находится в покое. Если масса материала отклоняется от заданной,
Рис. 12.1]. Схема дозатора цемента непрерывного действия
то коромысло 5 отклоняется от горизонтали, что вызывает перемещение плунжера преобразователя 6, в результате чего на вход

бесконтактного электронного регулятора 7 (типа РПИБ-Ш) поступает напряжение, отличное от нуля. На выходе регулятора появляется сигнал, который, будучи усилен тиристорным усилителем 8,

включает двигатель 17 исполнительного механизма вариатора 16.

Передаточное отношение вариатора, а следовательно, частота вращения лопастных питателей 1 и их производительность будут изменяться до тех пор, пока масса момента не достигнет установленного значения. Для оценки общего количества поданного дозатором

материала в системе управления предусмотрен счетчик 9, кинематически связанный с барабаном ленточного конвейера.
Конструктивная схема дозатора СБ-90 приведена на рис. 12.11.

Он состоит из двухбарабанного лопастного питателя 6, ленточного

конвейера 3, весового шкафа 5, привода 1 питателя и привода 2

ленты конвейера. Для предотвращения пыления лента закрыта кожухом 4.
142
--------------- page: 140 -----------
Перспективным оборудованием для дозирования компонентов

бетонных и растворных смесей являются универсальные системы,

способные обслуживать смесители циклического и непрерывного

действия. На рис. 12.12 показана структурная схема универсального дозатора для заполнителей. Материал из бункера 3 через

затвор 4 подается ленточным питателем 5 в смеситель. Нагрузка q

на питатель воспринимается грузоприемным устройством 6 и фиксируется встроенным в него силоизмерительным датчиком. Скорость ленты измеряется та-

хогенератором 2, сигнал с

которого через преобразователь 8 подается на умножитель 7, с выхода которого снимается сигнал, фиксирующий производительность

питателя. При непрерывном

режиме работы этот сигнал

поступает в блок задания и

сравнения 13, в котором

формируется сигнал, воздействующий на регулятор 14,

управляющий приводом 15

вариатора скорости 1 в цепи привода питателя. В зависимости от нагрузки на

ленте изменяется передаточное отношение вариатора и соответственно скорость движения ленты таким образом, чтобы производительность питателя равнялась заданной фзад- В циклическом режиме работы сигнал с умножителя поступает в интегрирующий

блок 12 и затем в блок задания дозы 11. При достижении, с начала момента дозирования, заданного значения массы поданного

материала G33a регулятор 10 отключает двигатель 9 привода питателя.
Такие дозаторы позволяют совместить операции дозирования и

перемешивания, что повышает производительность установок.

Компактность конструкции дозаторов дает возможность уменьшить (на 2 ... 3 м) высоту смесительной установки.
12.5. Особенности эксплуатации дозаторов
Точность работы дозаторов определяется устойчивостью и чувствительностью весовой системы и надежностью системы управления

агрегатами. Под устойчивостью понимают способность весовой системы после нарушения равновесия через два-три затухающих колебания возвращаться в исходное положение.
Для обеспечения устойчивости необходимо следить за состоянием демпферов, уплотнений и уровнем заправки их маслом. Точ-
143
ЛГ

гЫ
1
2
...1,
/

9
w'w
11 12
Рис. 12.12. Универсальный дозатор для заполнителей
--------------- page: 141 -----------
hoctij работы циклических дозаторов регулярно (не реже одного

раза в квартал) проверяют с помощью образцовых гирь. Однако

предварительно тарируют порожние весы, т. е. добиваются, чтобы

стрелка циферблатного указателя при незагруженном дозаторе

указывала бы на нуль. Для этого перемещают тарный груз на

рычаге весовой системы. Затем проверяют срабатывание датчиков,

для чего флажок стрелки указателя последовательно вводится в

паз каждого датчика, при этом должно срабатывать реле прибора

задатчика доз.
Дозаторы непрерывного действия тарируют взвешиванием проб,

отобранных за контрольное время работы дозатора в установившемся режиме. Для безотказной и точной работы дозаторов необходимо соблюдать правила их эксплуатации, ежедневно проводить

осмотр оборудования с выполнением необходимых регулировок, не

допускать превышения доз по сравнению с паспортными. В процессе обслуживания необходимо следить за состоянием призм, серег и подушек. Смазка этих элементов дозаторов запрещается, а их

замену имеет право производить только слесарь-юстировщик. Периодически проверяют плотность закрывания затворов и герметичность противопыльных кожухов. Необходимо тщательно следить за

состоянием манжетных уплотнений пневмоцилиндров и электровоз-

душных клапанов, так как при их износе нарушается стабильность

работы агрегатов дозаторов. Перед пуском дозаторов в работу необходимо проверить состояние электросети, конечных выключателей, магистралей сжатого воздуха. Запрещается производить

осмотр, регулировку и ремонт при включенных в электросеть дозаторах. Доступ к электрическим приборам и другим токоведущим

элементам разрешается только дежурному электрику. Во время

работы дозаторов оператору запрещается отлучаться с рабочего

места. Право на включение дозаторов в работу имеет только лицо,

отключавшее их.
ГЛАВА 13. МАШИНЫ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННЫХ

И РАСТВОРНЫХ СМЕСЕЙ
13.1.
Смешение компонентов в гравитационных смесителях происходит в барабанах, к внутренним стенкам которых прикреплены лопасти. При вращении барабана смесь лопастями, а также силами

трения поднимается на некоторую высоту и затем сбрасывается

вниз. Чтобы смесь могла свободно циркулировать внутри барабана,

его объем должен в 2,5 ... 3 раза превышать объем смеси. Скорость вращения барабана невысокая, так как в противном случае

центробежные силы будут препятствовать свободному перемещению смеси. Циклические бетоносмесители изготовляют с накло144
--------------- page: 142 -----------
няющимися при выгрузке смеси барабанами, а непрерывного действия— со стационарными барабанами. Основным параметром

смесителей циклического действия является вместимость их барабана. Согласно ГОСТ 16349-70 *, предусматривается следующий

ряд бетоносмесителей вместимостью по загрузке (л): 100; 250;

500; 750; 1200; 1500; 2400; 3000. Основным параметром смесителей

непрерывного действия является их производительность.
По мобильности смесители подразделяют на передвижные, применяемые на объектах с небольшими объемами работ, и стационарные для более крупных предприятий. На

рис. 13.1 показан бетоносмеситель, оснащенный

загрузочным ковшом. Сыпучие компоненты из дозаторов поступают в загрузочный ковш 4, который перемещается по

направляющим 6 с помощью каната 5, проходящего по блоку 7 на полиспаст, состоящий из неподвижной 1 и подвижной 3 обойм блоков. Подвижная обойма перемещается гидроцилиндром

2. Когда нижние ролики

ковша дойдут при подъеме ДО упоров, установ- рис 13_2. Гравитационный бетоносмеситель с

ленных в направляющих,
днище ковша открывается
и образуется лоток, по которому материалы поступают в смесительный барабан 8, установленный на траверсе 11. Траверса с помощью

цапф опирается на стойки 16, прикрепленные к раме 17. Барабан

приводится во вращение двигателем 13 через редуктор 12, размещенный в траверсе. Готовая смесь выгружается при наклоне барабана в результате поворота траверсы гидроцилиндром 14, зубчатым сектором 10 и шестерней 9, насаженной на палец траверсы.

Смеситель оборудован гидроприводом 15, состоящим из двигателя,

гидронасоса и распределительной арматуры. Бетоносмеситель

с двухконусным наклоняющимся барабаном (рис. 13.2) состоит из

рамы 9, на которой в подшипниках, встроенных в стойки 7, установлена траверса 8, несущая смесительный барабан 4. Последний

опирается на ролики 11 и 10 и удерживается от осевых смещений

роликами 5. Материалы загружаются в барабан через воронку 2.

Готовая смесь выгружается при наклоне барабана в результате

поворота траверсы пневмоцилинДром 1. На цилиндрической части

10—5258
--------------- page: 144 -----------
барабана установлен бандаж 6, которым барабан опирается на ролики и зубчатый венец 3, входящий в зацепление с зубчатым колесом, установленным на консоли выходного вала редуктора. Стационарные бетоносмесители вместимостью 750 и 1200 л в настоящее

время изготовляются по более прогрессивной схеме — с центральным приводом и отличаются меньшими габаритами и металлоемкостью.
Рис. 13.3. Гравитационный бетоносмеситель с центральным приводом
Смеситель (рис. 13.3) имеет компактный барабан 1, в котором

установлено шесть быстросъемных лопастей 2. Барабан своей ступицей насажен на выходной вал редуктора 3, встроенного в траверсу 10 и вращающегося от двигателя 4. Траверса установлена

на стойках рамы 9 и с помощью гидроцилиндра 6 и рычага 5 может занимать разное положение, в результате чего барабан будет

иметь позиции — на загрузку, перемешивание и выгрузку. Смеситель имеет гидропривод, состоящий из насосной станции 8, распределителя 7 и соответствующего электропривода.
13.2.
Мощность привода в гравитационных смесителях затрачивается в основном на подъем смеси в барабане при его вращении. В

общем виде работа, затрачиваемая на один цикл цуркуляции смеси (Дж),
A = GCMh—pVgh,
где GCm — сила тяжести смеси, Н; h — высота подъема смеси в барабане, М; р — плотность смеси, кг/м3; У — полезный объем смесителя (по выходу), м3; g — ускорение свободного падения, м/с2.
При вращении барабана в каждый момент времени одна часть

смеси поднимается лопастями, другая — под действием сил трения.

Мощность, расходуемая на подъем смеси (кВт),
Nx — (G\h\Z\-\-G2h2Z2)ti' 10 3,
10»
--------------- page: 145 -----------
где Gi — сила тяжести смеси, поднимаемой под действием сил трения (G^O^Gcm), Н; G2 — сила тяжести смеси, поднимаемая лопастями (G2 = 0,15 Gсм), Н; h2 и hi — высота подъема смеси под

действием сил трения и в лопастях соответственно м; Z\ и г% —

число циркуляций смеси за один оборот барабана соответственно

за счет сил трения и в лопастях; п — частота вращения барабана,

об/с.
Согласно схеме, показанной на рис. 13.4,
fi2=R (1 —J— sinp),
где R— внутренний радиус барабана. Угол р практически может

быть принят равным углу трения

смеси о лопасти, т. е. р=45°.

Тогда h2—l,7R.
С учетом влияния лопастей

и подпора нижних слоев смеси

угол подъема ее частиц под действием сил трения ф2 будет больше угла трения qu и практическг

может быть принят равным 90°.

Тогда hi=R. Радиус R без больших погрешностей может быть

принят по цилиндрической части

барабана, так как основная масса смеси находится в его цилиндрической части.
Число циркуляций смеси, поднимаемой под действием сил трения, в течение одного оборота барабана (приняв время сползания

смеси равным времени подъема)
Zi = 360° / (2ф2) = 2.
Время подъема смеси в лопастях (с)
/,= (90°+р) / (ЗбО°гс) = 0,374/гс.
Время падения смеси с высоты h2
=
Число циркуляций смеси, поднимаемой лопастями,
2, = и&+Л) =1 / \п (-^i+°>6 VR )].
где /0б = 1/и — время одного оборота барабана, с.
Расчеты показывают, что для смесителей вместимостью 500 ...

... 1500 л гг=2.
Тогда мощность, расходуемая на подъем смеси (кВт),
N1= (Gxh\-\-G2h2)zn-10 3.
148
Рис. 13.4. Схема к расчету гравитационных бетоносмесителей
--------------- page: 146 -----------
Подставив в формулу (13.8) рекомендуемые значения Gь

h\ и /г2, получаем
Ni^VGoRn/mO.
Кроме работы по подъему смеси мощность расходуется на преодоление сил трения в опорных частях барабана. Для смесителей,

барабан которых установлен на роликах, мощность (кВт)
N2= (Gc„+G6) (Ra+r)kf®I (rcosу 103),
где Gb — сила тяжести барабана, H; Rq^ радиус бандажа, м; г —

радиус опорного ролика, м; kf — плечо трения качения (k;=0,001 м),

© — угловая скорость барабана, рад/с; у — угол установки роликов.
Для смесителей, барабан которых установлен на центральной

оси,
AV=(Gcm+G6)m-/-o©-10-3,
где Го — радиус оси, м; м-—коэффициент трения в подшипниках

барабана.
Мощность двигателя привода вращения барабана
АГд=(АГ1+ЛГ2)/т],
где г) — КПД привода.
Производительность (м3/ч) смесителей циклического действия

n=F3zfeBfe«-10-3,
где V3 — вместимость смесителя (по загрузке), л; г—число замесов в час; kB — коэффициент выхода смеси (£в = 0,65); kK — коэффициент использования машины по времени (йи=0,8 ... 0,85).
Число замесов
2=3600/(/1 + /2+/3),
где tj — время загрузки смесителя, с (/i=15 ... 20); t2 — время

выгрузки смеси, с (f2=12 ... 18); h — время перемешивания, с

(/3=50 ... 120).
13.3.
Смесители принудительного действия применяют для приготовления смесей с крупностью заполнителя не более 70 мм. В настоящее

время широкое распространение получили роторные бетоносмесители, работающие с повышенными скоростями движения рабочих

органов. Особенно эффективны они при приготовлении жестких

бетонных смесей. На рис. 13.5 показана схема роторного смесителя

вместимостью (по загрузке) 500 л с верхним расположением привода, состоящего из мотор-редуктора 6 и цилиндрического редуктора 5. На выходном валу редуктора закреплена траверса 9, в которой установлены кронштейны 2, несущие державки 13 со сменными лопастями 12.
Перемешивание компонентов, загружаемых через патрубок 3,

осуществляется при круговом движении лопастей в кольцевом про-
149
--------------- page: 147 -----------
Рис. 13.5. Роторный бетоносмеситель с верхним расположением привода
странстве, образуемом корпусом чаши 1 и внутренним стаканом 10. Вода подается в

смеситель по кольцевой перфорированной трубе 4. Готовая смесь выгружается через

секторный затвор 8, управляемый пневмоцилиндром 7. Во

избежание поломки лопастей

последние крепятся к ротору

с помощью амортизирующего

устройства, состоящего из пружины 14 и рычага 15. Поло-

Рис. 13.6. Роторный бетоносмеситель с жение лопастей регулируется

центральным расположением привода ВИНТОМ 16. Днище и боковые
150
--------------- page: 148 -----------
стенки смесительной камеры облицованы сменными износостойкими плитами 11.
На рис. 13.6 показана схема роторного бетоносмесителя (типа

•СБ-146) вместимостью 750 л с унифицированным двухступенчатым, дифференциальным редуктором 5, размещенным во внутреннем стакане смесительного барабана 6 соосно с двигателем 2.

Ротор 1, несущий систему лопастей, крепится к вращающемуся

корпусу редуктора. Для уменьшения динамических нагрузок на

элементы привода двигатель установлен на гибких элементах, допу-
скающих малый его поворот. Лопасти крепятся к ротору с помощью

торсионных кронштейнов, предохраняющих их от поломок при возможном заклинивании лопастей. Выгрузка готовой смеси производится через затвор 8, управляемый пневмоцилиндром 7. Чаша смесителя закрыта крышкой 4, на которой установлены двигатель и

пульт управления 3.
На рис. 13.7 приведена схема компактного роторного бетоносмесителя (типа СБ-138) вместимостью 1500 л с нижним размещением электродвигателя. Перемешивание компонентов, поступающих в барабан 3 через загрузочный люк 4, производится системой

лопастей 9, движущихся в кольцевом пространстве чаши. Вращение ротору 7 передается от двигателя 2 через ременную передачу
1
чаши. Кронштейны 8, несущие лопасти, являются одновременно

торсионами, предохраняющими лопасти от поломок. Готовая смесь

выгружается через затвор И, управляемый пневмоцилиндром 10.

Чаша смесителя закрыта герметически крышкой 5. Стойки 18

являются транспортными опорами. Такая компоновка агрегатов
151
--------------- page: 149 -----------
позволяет не только уменьшить высотные габариты смесителя,

но и существенно сократить высоту смесительного отделения завода.
Смесители непрерывного действия предназначены для комплектования бетоно- и растворосмесительных установок производительностью 5, 10 и 30 м3/ч. Отечественной промышленностью

выпускаются горизонтальные двухвальные смесители (рис. 13.8).
Рис. 13.8. Двухвальный смеситель непрерывного действия:
а — общий вид; б— схема привода
Рис. 13.9. Растворосмеситель объемом 325 л
Компоненты смеси непрерывным потоком подаются соответствующими дозаторами в корыто 8, в котором вращаются в разные

стороны два вала 6 с закрепленными на них лопастями 7. Лопасти устанавливают под углом 40 ... 45° по отношению к оси

вала, с тем чтобы смесь интенсивно перемещалась как в радиальном, так и в осевом направлении к разгрузочному затвору

5. Валы приводятся во вращение двигателем 1 через ременную

передачу 2, редуктор 3 и зубчатые колеса 4.
На рис. 13.9 показан циклический растворосмеситель вместимостью 325 л. Это корытообразный барабан 7, смонтированный

152
--------------- page: 150 -----------
на раме 1. Компоненты перемешиваются двумя винтовыми лопастями 12, закрепленными на валу 11, установленном в подшипниках 13. Вал приводится во вращение двигателем 6 через

ременную передачу 5, шкив 4 и редуктор 3, установленный на

кронштейне 2. Смесительный барабан закрыт крышкой 8. Готовая смесь выгружается через люк, закрываемый затвором 10 с

помощью пневмоцилиндра 9.
Для приготовления строительных растворов применяются быстроходные турбулентные смесители (рис. 13.10), в которых перемешивание материалов производится при интенсивном движении смеси по сложной траектории. При вращении лопастного

ротора 14, закрепленного на валу 2, который установлен в подшипниках 1, смесь под действием центробежных сил отбрасывается к конусной части корпуса 5, движется по ней вверх и затем под действием сил тяжести стекает в центральную часть

ротора. Кроме того, смесь циркулирует и по окружности. Характер воздействия на материал такого быстроходного (до

500 об/мин) смешивающего аппарата аналогичен рабочему процессу центробежного насоса. Компоненты подаются в смеситель

по патрубку 6 в крышке 7, а готовая смесь разгружается через

затвор 3, управляемый пневмоцилиндром 4. После того как

основная часть смеси выйдет из барабана, оставшаяся ее часть

отбрасывается ротором и прилипает к стенкам. Очистка стенок
153
--------------- page: 151 -----------
производится лопастями 13, подвешенными на шарнирах 12 к

рычагам 10. Во время смешивания эти лопасти поднимаются и

плавают по поверхности, а по мере выхода смеси они опускаются и очищают стенки. Очистные лопасти приводятся во вращение через валик 11, муфту 8 и редуктор 9. Вал ротора вращается двигателем 15, установленным на раме 16, через ременную передачу 17.
13.4.
принудительного действия
Бетонные и растворные смеси представляют собой сложные тела,

обладающие одновременно свойствами связно-сыпучих тел и вязких жидкостей. Свойства этих смесей изменяются в процессе перемешивания и зависят от скорости движения рабочих органов.

Ввиду этого применение основ теории гидродинамики для описания процессов движения смеси затруднено и для инженерных

расчетов рациональнее использовать упрощенные методы, которые тем не менее дают достаточно точные результаты.
Величина силы, действующей на элементарную площадку

вращающейся в смеси лопасти (рис. 13.11),
dP=qbdr,
а полный момент, который необходимо

приложить к валу для вращения лопасти,
М = j* qbqr = bb{ra2—гв2)/ 2, (13.16)
где q — эффективное напряжение, которое необходимо создать для необратимого деформирования (перемещения) смеси, Па; b — проекция ширины

лопасти на плоскость, перпендикулярную направлению вращения,

м; ги и гв — радиусы наружной и внутренней кромок лопасти, м.
Для смесителей с горизонтальными валами, имеющих лопасти одинакового размера, мощность двигателя (кВт)
N д=qba> (ги2—rs2) 2ф • Ю-3/ (2т|),
где ю — угловая скорость вала, рад/с; г — число лопастей; <р

коэффициент заполнения смесителя; т] — КПД привода.
Для роторных смесителей, у которых лопасти размещены на

разных радиусах и под разными углами, мощность двигателя

(кВт)
— q<0 [ftj (Г 1Н — Г?в) h2 (г|н — Г2в) + • • • “Ь (г«н гпв) 10-3/(2т)),
(13.18)
Рис. 13.11. Схема к расчету

мощности привода принудительных смесителей
154
--------------- page: 152 -----------
где h\\ h,2 . ■. hn — проекции высоты соответствующих лопастей, м;

Лш Г2н, • • •, гпи — радиусы наружных кромок лопастей, м; Гщ;

г2в, ..гпв — радиусы внутренних кромок лопастей, м.
В этих смесителях лопасти полностью погружены в смесь, поэтому здесь ф=1. Величины эффективного напряжения зависят

от состава смеси, содержания в ней воды и скорости движения

лопастей. Скорость движения лопастей должна быть такой, чтобы осуществлялось интенсивное смешение без проявления сегрегации компонентов, вызываемой излишне высокой скоростью.

Оптимальная величина скорости устанавливается опытным путем для характерных смесей и схем лопастных аппаратов.

В частности, для роторных смесителей рациональный диапазон

скоростей движения лопастей находится в интервале 2,2 ... 2,6 м/с.

Исследованиями К. М. Королева установлено, что с увеличением

содержания воды в смеси эффективные напряжения (сопротивления движению лопасти) сначала возрастают, а затем уменьшаются. Наибольшие значения возможны при отношении массы

воды к массе цемента в интервале В/Ц=0,3 ... 0,4. При расчетах мощности следует принимать значения эффективного напряжения для наиболее тяжелых условий работы смесителя.

Учитывая вышеизложенное, рекомендуются следующие интервалы величин q при приготовлении характерных смесей (Па):

строительного раствора — 25 000 ... 30 000; легких бетонов —

20 000 ... 25000; тяжелых бетонов — 70 000 ... 75000.
Эффективность смешивающего аппарата роторных смесителей

К. М. Королевым предложено оценивать критерием
%=Savc v/Vc,
где 5а — суммарная активная площадь лопастей, равная сумме

проекций поверхностей лопастей на плоскости, нормальные вектору их скорости, м2; уср — средняя скорость движения лопастей

(на среднем радиусе чаши), м/с; Vc — объем готового замеса, м3.
По физическому смыслу этот критерий показывает, сколько

раз объем смеси, находящейся в барабане, перелопачивается за
1
Для современных роторных смесителей А,=0,5 ... 0,6 1/с.
Используя эти рекомендации, необходимая активная площадь

лопастей
5а = ESi cos а; cos р; = XVJvcp,
где Si — натуральная площадь отдельной лопасти, м2; а,-, р,—

углы установки лопасти в горизонтальной и вертикальной плоскости.
Лопастный аппарат должен быть спроектирован так, чтобы

обеспечивалась интенсивная циркуляция смеси, что достигается

изменением радиусов и углов аир. Положительные углы атаки

лопастей должны чередоваться с отрицательными. Кромки пре-
155
--------------- page: 153 -----------
Рис. 13.12. Схема лопастных аппаратов роторных смесителей:

а —СБ-80; б— СБ-79; в — СБ-93; г — СБ-773 (СБ-35)
дыдущих лопастей должны перекрывать кромки последующих.

Максимальный диаметр чаши (м)
D = V
где hc — высота слоя смеси в чаше, м. Для смесителей вместимостью (по загрузке) Fc=500 ... 2000 л /гс=0,13 ... 0,2 м.

Средний радиус кольцевого пространства чаши Rcр и диаметр

внутреннего стакана d составляют:
Rcp~dttQ,33D.
Схемы лопастных аппаратов некоторых роторных бетоносмесителей отечественного производства приведены на рис. 13.12.
ГЛАВА 14. УСТАНОВКИ И ЗАВОДЫ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ

БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ И СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ
14.1.
бетоно- и растворосмесительных установок и заводов
Процесс производства бетонных и растворных смесей представляет собой ряд последовательных механизированных и в большинстве случаев автоматизированных операций: погрузочно-разгрузочные и штабелировочные работы на складах материалов;

транспортирование компонентов в расходные бункера, их дозирование, перемешивание и выгрузку готовой смеси.
В зависимости от назначения и мощности существуют стационарные бетонные и растворные заводы, быстроперебазируе-

мые сборно-разборные заводы и передвижные смесительные установки. Постоянно действующие стационарные заводы выпускают

товарные смеси для различных потребителей или для завода же-
156
--------------- page: 154 -----------
лезобетонных изделий. Приобъектные заводы сооружают для

строительства конкретных крупных объектов. Передвижные установки, смонтированные на прицепах или состоящие из отдельных

блоков, перевозимых автотранспортными средствами, предназначены для обслуживания рассредоточенных небольших строительных объектов.
По схеме компоновки бетоно- и растворосмесительные цехи

(узлы) подразделяются на высотные и ступенчатые. При высотной

схеме осуществляется однократный подъем компонентов на полную высоту узла, после чего они в течение всего технологического цикла движутся только под действием сил тяжести. При

двухступенчатой схеме материалы подаются в бункер, откуда

самотеком поступают через дозаторы в загрузочный ковш и затем

поднимаются им в смеситель. Высотные схемы более компактны

и лучше приспособлены для автоматизации процесса производства, но они несколько дороже, чем двухступенчатые установки.

Выбор типа и схемы бетоно- и растворосмесительной установки

определяется следующими факторами: потребным количеством

смеси (производительностью); способом ее транспортирования на

объекты, климатическими условиями и режимом работы (сезонностью) потребителей.
Крупные заводы имеют меньшие (на 20 ... 30%) удельные

капиталовложения, чем группы мелких предприятий той же суммарной производительности. Эксплуатационные расходы и трудоемкость на крупных заводах также меньше, чем на небольших

установках. Целесообразность того или иного типа предприятия

должна быть выявлена в результате тщательного технико-эконо-

мического анализа. В отдельных случаях при транспортировании

смеси на большие расстояния может ухудшиться качество смеси

и расходы на транспортирование могут превзойти экономию, достигнутую при централизации. В этих случаях рационально применять расчлененную технологию производства, когда перемешивание компонентов производится в автобетоносмесителях или в

приобъектных смесительных установках. Центральный завод в

этом случае отпускает потребителям отдозированные сухие компоненты смеси.
Опыт показал, что в условиях массового строительства целесообразнее применять районные заводы производительностью

20 ... 70 тыс. м3 в год. На таких предприятиях процесс производства полностью механизирован и автоматизирован. Выбор

типа смесительной машины определяется видом и составом смеси

и зависит, в частности, от крупности заполнителя и пластичности

(водоцементного отношения В/Ц) смеси. Для приготовления

бетонных смесей с крупностью заполнителя более 70 мм при

В/Ц=0,45 ... 0,6 следует применять гравитационные бетоносмесители. Для приготовления жестких смесей (В/Ц менее 0,4)

с крупностью заполнителя до 70 мм применяются роторные ци-
157
--------------- page: 156 -----------
клические и двухвальные непрерывного действия смесители. На

приобъектных, построечных установках применяют смесители с

вместимостью барабана 100 ... 250 л.
Число смесителей, их тип и конкретная марка определяются

заданной производительностью и режимом работы предприятия.

Требуемый суммарный производственный объем смесителя (по

выходу) (л)
УС=ПГ.Ю 3/(zTr),
где Пг—годовая производительность завода, м3, г — число замесов машины, 1 /ч; Тг — годовой фонд рабочего времени, ч.
Tr=(jrCtckyi,
где qr—количество рабочих дней в году; с — число смен работы

предприятия в сутки; U — количество часов в смене; kn — коэффициент использования оборудования (^=0,82 ... 0,87).
Число однотипных смесительных машин
m=Vс/Vo,
где Vo — производственный объем смесителя (по выходу), л.
На рис. 14.1 представлена инвентарная двухступенчатая бетоносмесительная установка производительностью до 7 м3/ч. Она

состоит из склада заполнителей, дозировочного и смесительного

отделений. Склад заполнителей представляет собой два сектора

для песка и щебня, ограниченных вертикальными щитами, переходящими к центру в металлические стенки, образующие бункер

с двумя отсеками. Заполнители из складов подаются скреперным

ковшом 2 в бункер 15, откуда они поступают на конвейер-доза-

тор 7 и далее в загрузочный ковш 13. Соотношение количества

песка и щебня, поступающих на конвейер, и абсолютное значение

их масс регулируется подвижными заслонками, установленными

в выпускных окнах бункера. Конвейер дозатора, подавший в

ковш 13 заданное количество материалов, выключается с помощью реле времени. Цемент из бункера 12 подается наклонным

винтовым конвейером 5 в весовой дозатор 6 и далее в загрузочный ковш. Сухие компоненты смеси подаются загрузочным ковшом 13, перемещающимся по направляющим 11, в роторный бетоносмеситель 8, установленный на раме 10. На повторной платформе 3, установленной на стойках 14 и приводимой во вращение механизмом поворота 4, закреплена стрела 1 и размещена

тяговая лебедка скреперного устройства. Установкой управляют

два оператора: один управляет скреперным загрузочным устройством, другой, находящийся у пульта 9, управляет работой дозаторов, скипового подъемника и бетоносмесителя.
На рис. 14.2 показан бетоносмесительный узел с четырьмя

гравитационными бетоносмесителями с объемом готового замеса

11600 л каждый, скомпонованный по высотной схеме. Заполнители

подаются со складов ленточным конвейером 11 через поворотную
159
--------------- page: 157 -----------
с
воронку 10 в расходные бункера 7. Цемент подается пневмотранспортом в циклон 9, из которого поступает в отсеки бункеров.

Окончательная очистка воздуха от цемента производится в рукавном фильтре 8. Из расходных бункеров цемент через дозатор 12, а заполнители через дозаторы 13 поступают в сборный
Рис. 14.2. Схема бетоносмесительного узла с четырьмя гравитационными смесителями
бункер 4 с поворотной воронкой 3, по которой ссыпаются в

бетоносмесители 2. Вода через дозатор 6 и жидкие добавки через

дозатор 5 по трубопроводу поступают в поворотную воронку. Готовая смесь выгружается из смесителей в раздаточные бункера 1.

Управление работой оборудования осуществляется с пульта 14,

помещенного в дозаторном отделении. Растворосмесительные узлы башенного типа по компоновке аналогичны рассмотренным

бетоносмесительным установкам.
160
--------------- page: 158 -----------
На рис. 14.3 показана структурная схема автоматизированного- бетоно- и растворосмесительного узла производительностью до

50 м3/ч с турбулентными смесителями. Цемент из силосов 1 шне-

ком 2, элеватором 31 и шнеком 30 подается в бункер 29. Из бункера цемент питателем 14 подается в дозатор 15, из которого
Рис. 14.3. Технологическая схема бетоно- и растворосмесительного узла с турбулентным смесителем
поступает в смеситель 9. Заполнители со складов 3 подаются

Транспортером 4 на грохот 6. Просеянный песок элеватором 7

подается в барабанную пескосеялку 25 и далее в бункер 24. Крупные включения с грохота 6 подаются шахтным подъемником 5

в бункер для отходов 8. Щебень со складов транспортируется той

же цепочкой машин и транспортером 26 в бункер 27. Из бункеров песок и щебень питателями 21 и 23 подаются в дозатор 22

и далее в смеситель 9. Вода в смеситель поступает из емкости 28

через клапан 17 и дозатор 16. Известь из бака 13 и добавки из

баков 12 и 10 насосами И нагнетаются в соответствующие дозаторы 18, 19 и 20, из которых сливаются в смеситель. Блочное

исполнение узла позволяет осуществлять быструю перебазировку

и монтаж оборудования. Все оборудование размещено в пятнадцати объемных секциях. Масса каждой секции не превышает

ДО т, что позволяет транспортировать их автомобильным и железнодорожным транспортом.
11—5258
--------------- page: 159 -----------
На рис. 14.4 показана схема двухступенчатой бетоносмесительной установки непрерывного действия (типа СБ-75) производительностью 30 м3/ч, предназначенной для приготовления бетонных смесей при строительстве дорог, аэродромов и т. п. Заполнители из бункеров 1 через дозаторы непрерывного действия
Рис. 14.4. Схема бетонного завода непрерывнрго действия
2
из автоцементовозов поступает в силос 7, оборудованный фильтром 8, и далее дозатором 6 в воронку 9. Перемешивание компонентов производится смесителем непрерывного действия 10, куда

также подается вода насос-дозатором 12. Для контроля и настройки дозаторов непрерывного действия в составе установки

имеется тарировочный дозатор циклического действия 5

(АВДЦ-1200Ф), смонтированный на откатной раме. Размещение

силоса и дозатора цемента над смесителем исключает потери цемента. Управление установкой вынесено в отдельный блок 11,

что исключает влияние вибрации и шума на обслуживающий

персонал.
14.2.
заводов и установок
Автоматизация работы предприятий для производства бетонных

и растворных смесей повышает производительность оборудования,

улучшает качество продукции и снижает затраты труда. Автоматическое управление технологическим процессом должно обеспечить автоматический контроль за режимами работы , агрегатов

(степенью наполнения бункеров, изменением режима работы до162
--------------- page: 160 -----------
заторов и др.), контроль качества смеси и учет выхода продукции.

В современных условиях автоматизация смесительных заводов и

установок выполняется модульными комплектами аппаратуры, например, комплектом «АКА-бетон». Аппаратура, входящая в этот

комплект, позволяет автоматизировать работу установок со омё-
- Рис. 14.5. Структурноэлементная схема агре-

гатированного комплекса аппаратуры для автоматизации бетоносмесительных установок

«АКА-бетон»
сителями (250 ... 3000 л), выпускающими смеси любой рецептуры. Этот комплект позволяет осуществлять различный уровень

автоматизации, начиная с минимального (автоматического управления дозаторами и смесителями) и кончая высшим уровнем,

включая программное управление заданием состава смеси, введением поправок, регистрацию заданного и фактического состава смеси и вывод информации на централизованные системы

управления производством. Изменение уровня автоматизации осуп*
--------------- page: 161 -----------
ществляется методом агрегатирования, т. е. введением соответствующих подсистем и блоков к базовым системам управления, за

счет чего повышается уровень унификации аппаратуры, снижаются

ее стоимость и эксплуатационные расходы.
В технологическом процессе производства бетонных смесей

имеются базовые операции: подача материалов в расходные бункера, дозирование, перемешивание и выдача готовой смеси. В вышеназванных комплектах для управления этими операциями имеется набор схемных элементов для построения базовых подсистем

управления операциями подачи материалов в бункера («КАКТУС») 20 и для управления операциями дозирования, перемешивания и выдачи готовой смеси («УНИБЛОК») 21 (рис. 14.5).

К базовым системам может'быть дополнительно подключена подсистема 23 для дистанционного задания рецептуры смеси, введения поправок, а также для обеспечения работы аппаратуры в

системах централизованного учета и управления. Режимы работы оборудования контролируются датчиками положения рабочих органов 1 и 6, датчиками 4 я 5 предельных уровней материала в бункерах, датчиками 3 контроля толщины материала

на лентах конвейеров, датчиками 2 скорости ленты конвейера^

Управление затворами бункеров осуществляется исполнительными механизмами 7, 14, 15 и 19. Для дозирования материалов

используются дозаторы 11, 12 и 13 с унифицированными циферблатными указателями веса, в которых имеются датчик аварийной перегрузи и 8, датчик контроля разгрузки дозатора 9 и датчик 10 задания массы порции. Из дозаторов материалы поступают в сборную воронку 16 и смеситель 17. Готовая смесь

выгружается в бункер 18. На центральном пульте установлены

дистанционные указатели 22 работы основных систем автоматики.
14.3.
бетоио- и растворосмесительных заводов и установок
На стадии учебного проектирования не всегда представляется

возможным с должной полнотой оценить все технико-экономические показатели предприятия, поэтому некоторые из них, например капиталовложения, производственные площади, стоимость ис*

ходных материалов и др., могут быть приняты из нормативных

документов или по статистическим данным. Однако основные показатели должны быть рассчитаны и на первых стадиях проектирования. Себестоимость приготовления единицы продукции

(руб/м3)
С=5/Яг,
где 5 — суммарные годовые текущие затраты, руб/год; Яг — годовая производительность предприятия, м3/год. Суммарные годовые затраты складываются из следующих составляющих:
164
--------------- page: 162 -----------
затраты на зарплату (руб.)
П
S3 = 0,01яТг2^т.
I
где А,— коэффициент перехода от тарифного к общему фонду зарплаты (А,= 1,4 ... 1,7); Тг—расчетный годовой фонд рабочего

времени, ч; ст — часовая тарифная ставка, руб.; п —число рабочих по соответствующим разрядам, чел.;
отчисления на реновацию оборудования (руб.)
5р=ЦКАр,
где Ц — оптовая цена оборудования, руб.; К—коэффициент перехода от оптовой цены к балансовой стоимости (К=1.12); АР — отчисления на реновацию (Ар=0,12);
затраты на эксплуатацию оборудования (руб.)
5э=6ЦК-Ь^2ЦэлТгКз,
где 6 — коэффициент отчислений на все виды обслуживания и ремонта (6=0,2 ... 0,3); JVs — суммарная установленная мощность

двигателе.й, кВт; Щл — стоимость I кВт-ч электроэнергии [Цэл =

=0,013 руб/(кВт-ч)]; Кз — коэффициент загрузки электродвигателей (Кз—0,3 ... 0,35);
трудоемкость приготовления единицы продукции (чел-ч/м3)
^п==ЛрТг/Пг,
где пр — число рабочих в основном производстве;
энергоемкость процесса приготовления смеси (кВт-ч/м3)
Э=ЛГ2Кз/Пч,
где Пч — часовая производительность завода, м3/ч.
Распределение трудовых затрат (%) по

подразделениям завода (установки) в среднем составляет: склады заполнителей —
35 ... 45; склад цемента — 18 ... 20; бетоносмесительное отделение — 22 ... 26; бункера подогрева — 8 .. .12. Соотношение затрат

по отдельным видам расходов на приготовление смеси приведено в табл. 14.1.
Из приведенных данных видно, что с увеличением мощности предприятия возрастают относительные расходы на энергию и сокращаются расходы на зарплату и цеховые

расходы. Следует иметь в виду, что стоимость приготовления смеси резко возрастает

с уменьшением коэффициента загрузки

предприятия (рис. 14.6). Некоторые технико-экономические показатели бетоносмесительных предприятий приведены в табл. 14.2.
С/

т
зоо
т
100
о,г о,ч o,s о,а
Рис. 14.6. Изменение стоимости приготовления

бетонной смеси и общей

стоимости смеси от степени загрузки предприятия:
/ — стоимости приготовлений смеси; 2 — стоимость

смеси
165
--------------- page: 163 -----------
Таблица 14.1 Соотношение затрат по отдельным видам расходов
Затраты, %, для заводов со смесителями
вместимость», л
Сптьи расходов
2X500
4X2400
8X2400
Зарплата производственных рабочих
16,0
6,4
- 5,6
На силовую электроэнергию
10,4
14,6
1»,3
На сжатый воздух
4,2
9,2
8,7
На пар
7,4
21,0
23,4
Цеховые расходы
62,0
48,8
44,0
Таблица 14.2. Технико-экономические показатели некоторых

бетоносмесительных заводов
Схема
завода
Производительность,

и*/ год
Установленная
мощность
двигателей,
кВт
Энергоемкость,
кЕтч/м*
Трудоемкость,

чел*ч/м3
Стоимость

приготовления

смеси, руб/м3
2X500
2X1200
4X2400
40 000

120 000

450 000
200
370
1036
9,6(2,8)

3,9(1,8)

3,5(1,27)
2,8(1,4)

1-4(0,4)

1,3(0,4)
2,6(0,65)
1,4(0,32)
1,0(0,22)
Примечание. В скобках приведены цифры по смесительному отделению.
14.4.
бетоно- и растворосмесительных заводов и установок
При эксплуатации оборудования этих предприятий необходимо

выполнять общие требования, относящиеся к любой строительной

машине, а также некоторые специфические требования.
К общим требованиям относятся ежесменные осмотры машин,

при которых особое внимание следует обращать на состояние

фрикционных муфт и тормозов, концевых выключателей и стопорных устройств, а также на состояние герметизирующих устройств

всех каналов движения пылевыделяющих материалов. Необходимо своевременно заменять износившиеся лопасти смесителей, так

как чрезмерный износ может привести к их поломке и ухудшению

качества смеси. При плохой очистке смесительных барабанов снижается производительность машины и увеличивается расход энергии. Поэтому через каждые два часа работы и в конце смены

нужно промывать барабаны водой, а гравитационные бетоносмесители — водой со щебнем. При мойке машины все ее токоведущие

элементы отключают от электросети. Перед пуском бетоносмесителей с наклоняющимся барабаном нужно несколько раз произвести наклон и подъем барабана, проследив за плавностью его

движения, работой пневмопривода и стопорных устройств. Во время работы нельзя производить никаких регулировок. Запрещается
166
--------------- page: 164 -----------
«помогать» машине во время операций загрузки и выгрузки. Обслуживающий персонал после сигнала «Пуск» должен находиться

только на своих рабочих местах -и специальных площадках.
ГЛАВА 15. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ БЕТОННЫХ И РАСТВОРНЫХ СМЕСЕЙ
15.1.
для транспортирования бетонных и растворных смесей
Машины для транспортирования бетонных и растворных смесей

должны удовлетворять определенным требованиям. Смесь должна

бы'рь защищена от попадания в нее атмосферных осадков, замораживаниями высушивания. При транспортировании нельзя допускать расслаивания смеси и потерь, особенно самых ценных ее

компонентов — цементного молока или теста. Продолжительность

доставки смесей не должна превышать 1,5 ч при температуре окружающего воздуха 20 ... 25 °С и 2 ч при температуре 5 ... 9 °С.

При доставке смесей необходимо максимально сокращать количество перегрузок. Высота разгрузки смеси не должна превышать
2
буждения в пути на расстоянии свыше 10 км по хорошей и 2 км

по плохой дорогам. При подаче смесей по трубам и шлангам насосное оборудование должно создавать наименьшую пульсацию

давления, так как это явление также способствует расслоению

смесей. Выполнение вышеперечисленных требований предопределяет выбор соответствующих машин для транспортирования смесей в конкретных условиях.
15.2.
на строительные объекты
Автобетоновозы предназначены для доставки бетонной смеси на

строительные объекты при температуре окружающего воздуха от

—30 до +40°С. Автобетоновоз (рис. 15.1) состоит из специального

кузова 4, установленного на шасси автомобиля /. Кузов закрывается с помощью гидроцилиндра 2 выдвижной крышкой 3.
Для сохранения температуры смеси при низких температурах между двойными

стенками кузова пропускают

выхлопные газы от двигателя автомобиля. Разгрузка

смеси производится путем

наклона кузова телескопи167
--------------- page: 165 -----------
ческим гидравлическим подъемником 6, приводимым в движение гидронасосом, работающим от коробки отбора мощности

автомобиля. Для предупреждения опрокидывания кузова при

разгрузке предусмотрен упор 5. Строительные растворы транспортируются на объекты в вышеописанных бетоновозах или

в специальных авторастворовозах, представляющих собой емкость
в виде цистерны, установленную на шасси автомобиля, внутри которой помещен лопастный вал — побудитель, приводимый во вращение гидравлическим приводом. Выгрузка смеси производится

ленточным питателем через затвор в днище цистерны. В последние

годы чаще стали применять более универсальные машины — автобетоносмесители, которые могут доставлять на объект как готовые

смеси, так и приготавливать их в пути следования из отдозирован-

ных компонентов, полученных на центральном смесительном узле.
Автобетоносмесители представляют собой мобильные гравита168
--------------- page: 166 -----------
ционные смесители, установленные на базе автомобиля или полуприцепах, снабженные собственной силовой установкой, емкостью

для воды и насосом.
На рис. 15.2,а представлена схема автобетоносмесителя с емкостью барабана 5 м3. Сухие компоненты смеси загружаются из

дозаторов через воронку 5 в смесительный барабан 4, установленный правым концом на опорных роликах, а левым — на центральной цапфе. Вращение барабана осуществляется двигателем внутреннего сгорания И через редуктор 10 и цепную передачу 9. Вода

из бака 3 центробежным насосом 2 подается в смесительный барабан по системе трубопроводов через турбинный дозатор 8. Все

агрегаты смонтированы на переходной раме 7, закрепленной

стремянками к шасси автомобиля 1. Перемешивание компонентов

осуществляется при «прямом» вращении барабана с частотой 6...

... 9 об/мин с помощью винтовых лопастей, прикрепленных к внутренним стенкам барабана. Выгрузка готовой смеси производится

при «обратном» вращении барабана с частотой 5 ... 13 об/мин.

Выходящая постепенно из барабана смесь поступает в разгрузочное устройство 6 и направляется им в бункера (бадьи) или в приемник бетононасоса. Отечественной промышленностью выпускаются автобетоносмесители с объемом готового замеса 2,6; 4,0

(5,0) м3 и осваивается выпуск машин емкостью 8 и 10 м3. Освоен

также выпуск автобетоносмесителей с более прогрессивным гидравлическим приводом вращения смесительного барабана (СБ-127

на базе автомобиля КрАЗ-6505 и СБ-159 на базе автомобиля

КамАЗ-5511).
На рис. 15.2,6 представлена принципиальная схема унифицированного гидропривода смесительного барабана. Крутящий момент от специального дизеля Д-144 (смеситель СБ-127) или от двигателя автомобиля через устройство отбора мощности (смесцтель

СБ-159) передается основному регулируемому насосу 12, а через

дополнительную ременную передачу — подпиточному насосу 13.

Рабочая жидкость из основного насоса через клапанную коробку 16

поступает в реверсивный радиально-поршневой гидромотор 17, который через редуктор и цепную передачу вращает смесительный

барабан. В системе гидропривода имеются фильтр 14 и охладитель

жидкости 15. Для вращения барабана при ремонтных работах

предусмотрен ручной насос 18. Плавное регулирование частоты и

изменения направления вращения барабана выполняет регулируемый насос.
15.3.
по блоку бетонирования
Подача бетонной смеси по трубам соответствующими нагнетателями позволяет исключить ручной труд при приеме, перемещении и

укладке смеси, повысить в 2 ... 3 раза производительность труда и
169
--------------- page: 167 -----------
снизить соответственно стоимость этих операций. Этот способ позволяет механизировать работы в стесненных и труднодоступных

местах, сохранить требуемое качество смеси и исключить ее потери. В состав бетононасосной установки входят собственно бетононасос и комплект бетон оводов.
Бетононасосы классифицируются по следующим характерным

признакам: по режиму работы — с периодической (поршневые) и

непрерывной (шланговые) подачей смеси; по типу привода — с ме-
Рис. 15.3. Схема одноцилиндрового бе- смесителем 4, при откры-
тононасоса с механическим приводом том входном клапане 2 засасывается в полость цилиндра при отходе поршня 9 вправо. При движении поршня влево

входной клапан закрывается, одновременно открывается выходной клапан 10 и смесь выталкивается в бетоновод 1.

Поршень приводится в движение шатунно-кривошипным механизмом 8. Переключение клапанов осуществляется тягами 5 с помощью кулис 6, приводимых в движение от коленчатого вала 7. Величина хода поршня в таких насосах небольшая, так как она зависит от размеров кривошипа. Для обеспечения требуемой

производительности увеличивают число ходов поршня до 50 ...

... 60 в минуту, что приводит к интенсивному износу элементов насоса и снижению коэффициента объемного заполнения цилиндра.

При цикличной работе одноцилиндрового насоса возможна значительная пульсация давления, что отрицательно сказывается на качестве смеси и создает динамические нагрузки. Эти бетононасосы

отличаются сложностью конструкции привода, большими габаритами и значительной массой. Поэтому насосы этого типа применяются все реже.
В настоящее время чаще применяют двухцилиндровые бетононасосы с'гидравлическим приводом, отличающиеся компактностью,

меньшей металлоемкостью и высокими эксплуатационными показателями. Применение двух бетонотранспортных цилиндров и быстродействующих устройств переключения направления движения

поршней и распределительных клапанов обеспечивают подачу смеханическим и гидравлическим приводом; по количеству бетонотранспортных

цилиндров — одно- и двухцилиндровые; по исполнению— стационарньГе и мобильные (автобетононасо-

сы).
Бетононасос с механическим приводом (рис. 15.3)

работает следующим образом. Смесь из приемного

бункера 3, побуждаемая
10
170
--------------- page: 168 -----------
си в бетоновод практически непрерывным потоком. Гидравлические

бетононасосы выпускаются производительностью 15 ... 120 м3/ч

и обеспечивают подачу смеси на расстояния до 250 м по горизонтали и до 50 м по вертикали. Давление в транспортных цилиндрах

в зависимости от условий эксплуатации составляет 3 ... 12 МПа.

Несмотря на большое число типов и моделей гидравлических бетононасосов (особенно производимых зарубежными фирмами), они

имеют много общего и различаются в основном конструкцией распределительных устройств.
Рис. 15.4. Схемы распределительных устройств (клапанов) бетононасосов
Следует отметить, что от четкости и надежности работы распределительных устройств во многом зависит бесперебойная работа насосов, поэтому в настоящее время ведутся интенсивные поиски наиболее совершенных распределительных устройств.
На рис. 15.4,а показана схема распределительного устройства

с двумя плоскими заслонками. Горизонтальная заслонка, помещенная под приемным бункером, в соответствии с направлением движения поршней поочередно открывает доступ смеси в соответствующий цилиндр на такте всасывания, а вертикальная —соответственно открывает канал движения смеси в магистраль на такте

нагнетания. На рис. 15.4,в показана схема распределителя коленчатого типа. Поворотное колено, помещенное в коробке под приемным бункером, с помощью гидроцилиндра управления поочередно подсоединяется к торцам бетонотранспортных цилиндров. В соответствии с расположением колена в один из цилиндров засасывается смесь, в то время как из другого цилиндра смесь выдавливается поршнем в бетоновод. Торец поворотного колена плотно

прилегает к поверхности сменной лобовой плиты, объединяющей

Цилиндры.
На рис. 15.4,г приведена схема распределителя с плоским вра171
--------------- page: 169 -----------
щающимся клапаном. Вращающийся цилиндрический клапан

(рис. 15.4,6) применяется в бетононасосах с механическим приводом.
По виду рабочей жидкости, приводящей в движение поршни,

насосы бывают масло- и водогидравлические. Наиболее распространены маслогидравлические насосы. Принципиальная схема

двухцилиндрового маслогидравлического бетононасоса с шиберными клапанами показана на рис. 15.5. Поршни 9 бетонотранспортных цилиндров закреплены на общих штоках с поршнями

приводных гидроцилиндров 11, которые перемещаются под напором масла, подаваемого насосом 15 из бака 14. Изменение направления движения поршней ' осуществляется распределителем

12, который управляется потоком масла от сети привода клапанов,

проходящим через золотник 16 с электромагнитным управлением.
Для защиты системы от перегрузок в гидросхеме предусмотрен предохранительный клапан 13. Управление

клапанами и привод мешалки-побудителя, размещенной в приемном бункере, осуществляется от самостоятельной цепи гидропривода.

Масло насосом 2 из бака 1

через распределитель 5 нагнетается в соответствующие

полости гидроцилиндров 7,

перемещающих шиберные

заслонки 8, открывающие

доступ бетонной смеси в соответствующие полости насоса. Распределитель 5 управляется потоком масла,

проходящим через золотник
6
равлением. Переключение клапанов и реверсирование движения

поршней осуществляется за доли секунды, поэтому в гидросистему

включен гидроаккумулятор 4, сглаживающий броски давления.

Предохранительный клапан 3 защищает систему от перегрузок.

Между гидроцилиндрами 11 и бетонотранспортными цилиндрами 9

установлена промывочная камера 10, заполненная водой для очистки внутренних поверхностей бетонотранспортных поверхностей

цилиндров и смазки пары «поршень — цилиндр».
Бетонотранспортный цилиндр — один из ответственных элементов насоса — изготовляется из высококачественной стали с хроми*

рованной внутренней полостью. Бетонотранспортные поршни выполняются обычно составными из металлических дисков, между
Рис. 15.5. Схема бетононасоса с маслогидравлическим приводом
172
--------------- page: 170 -----------
которыми помещены уплотнительные шайбы из износостойкой резины или специальных пластиков.
В бетононасосах с водогидроприводом (рис. 15.6) отсутствуют

приводные гидроцилиндры. Вода из бака 21 через обратный клапан 20 центробежным насосом 18 через распределитель 19 попеременно нагнетается в правую часть одного из двух цилиндров 6.

Поршни соединены стальными канатами 3, наматываемыми на

барабаны 1. Под напором воды свободно плавающий поршень 5
т Рис. 15.6. Схема бетоно-

-~z*4 насоса с водогидравлическим приводом бето-

нотранспортиых поршней
перемещается вправо, вытесняя смесь в бетоновод, а второй

засасывает смесь в другой цилиндр. Управление клапаном 7 и

привод во вращение смесителя 9, помещенного в приемном бункере 8, осуществляются от второй маслогидравлической сети, состоящей из маслобака 14, насоса 15, гидроаккумулятора 16 и предохранительного клапана 13. Гидромотор 10 привода смесителя работает постоянно при включенном насосе 15. Распределитель 12,

управляемый механическим путем от цепного привода 2, через

упор 4 подает масло в гидроцилиндр 11 для управления клапаном
7
вляет реверсирование поршней 5. Привод водяного 18 и масляного насосов 15 осуществляется от одного двигателя 17.
Водогидравлические насосы отличаются повышенным объемом

(до 80 л) засасываемой в цилиндр смеси, что позволяет уменьшить

число двойных ходов поршней и износ трущихся деталей. Однако

они имеют невысокое давление в транспортных цилиндрах (3,5 ...
;
--------------- page: 171 -----------
... 4 МПа); водяной центробежный насос не обладает жесткой

характеристикой, что приводит к значительному уменьшению производительности при повышении давления. Поэтому водогидравлические бетононасосы получили меньшее распространение, чем мас-

логидравлические. Для расширения сферы применения бетононасосов, быстрого их перебазирования и повышения коэффициента использования они устанавливаются на буксируемых прицепах или

автомобилях. Компоновка агрегатов бетононасоса с распределительной стрелой на шасси автомобиля показана на рис. 15.7,а.
Бетонная смесь из автобетоносмесителя загружается в приемный бункер 3 и, побуждаемая смесителем 4, поступает через распределительную коробку 2 в цилиндры гидравлического насоса 5.

Поршни бетононасоса нагнетают смесь в выходной патрубок /, из

которого она rjo бетоноводу 6 подается к месту укладки. Бето-

новод, состоящий из участков труб и гибких элементов, закреплен

на распределительной стреле 7. Трехзвенная распределительная

стрела обладает большой маневренностью, поскольку она может

поворачиваться на колонке 9 с помощью механизма 10 и изменять

положение звеньев с помощью гидроцилиндров 8. Все агрегаты

насоса и гидропривод-/2 смонтированы на шасси автомобиля 11.
174
--------------- page: 172 -----------
На рис. 15.7,6 приведена диаграмма, иллюстрирующая зону подачи смеси на объекте бетонирования.
Для перекачивания смесей на небольшие расстояния при выполнении различных стяжек, армоцементных и других конструкций применяют шланговые бетононасосы (рис. 15.8). В них вместо

транспортных цилиндров применяют гибкий резиновый, армированный стальным кордом шланг 5 в форме полукольца и обре-

зиненные ролики 2, свободно установленные на осях вращающе-
11
Рис. 15.8. Принципиальная схема шлангового

бетононасоса
ч-
гося ротора 4. Шланг и ротор помещены в цилиндрический корпус, с двух сторон закрытый торцовыми крышками 1. При вращении ротора ролики, перекатываясь по шлангу, выдавливают из

него смесь в бетоновод 3, создавая в нем давление, а во всасывающем участке 5—разрежение, за счет чего под действием гидростатического и атмосферного давления смесь поступает в насос.

Для улучшения условий всасывания в приемном бункере устанавливается лопастный смеситель 6. Привод ротора осуществляется

от высокомоментного гидромотора, закрепленного на корпусе редуктора. Шланговые насосы просты по конструкции и в эксплуатации, подают смесь непрерывным потоком-с равномерным давлением и расходуют меньше энергии. Но все же они не получили

широкого применения из-за жестких требований к составу смесей,

незначительного давления (до 2,1 МПа), развиваемого насосом,

и небольшого срока службы (до 2000 ... 3000 м3 перекачиваемой

смеси) шлангов.
15.4.
Растворонасосы используют для транспортирования строительных

растворов по трубам или шлангам, а также для нанесения их на

оштукатуриваемую, поверхность с помощью специальных форсунок. В зависимости от способа воздействия поршня на раствор

насосы делятся на диафрагмовые, у которых плунжер давит на

раствор через промежуточную жидкость, отделенную от раствора

резиновой диафрагмой, и растворонасосы с непосредственным воздействием поршня на раствор. По конструкции клапанов растворонасосы выпускают со свободными (плавающими) и с управляе175
--------------- page: 173 -----------
мыми клапанами. Отечественной промышленностью выпускаются растворонасосы производительностью 2 ... 6 м3/ч,

развивающие давление до
1,5
дачу растворов на расстояние

50 ... 200 м по горизонтали и
15
На рис. 15.9 показана схема

противоточного поршневого ра-

створонасоса с плавающими

клапанами, в виде полых металлических шаров с непосредственным воздействием поршня на раствор. При движении поршня 6 вправо в насосной камере 4

создается разрежение, вследствие чего закрывается выходной клапан 3, открывается всасывающий клапан 12 . и раствор заполняет

камеру. При движении поршня влево закрывается всасывающий

клапан и раствор нагнетается через открывающийся клапан 3 в магистраль. Возвратно-поступательное движение штоку 7 и поршню

сообщается от двигателя 8 через редуктор 9 шатунно-кривошипным

механизмом 10. Высокая надежность работы насоса достигается

хромированием внутренней поверхности цилиндра И и охлаждением водой 5 наиболее нагруженной рабочей пары — «цилиндр—пор-
Рис. 15.9. Схема поршневого противоточного раствороиасоса
176
Рис. 15.10. Растворонасос с качающейся планшайбой
--------------- page: 174 -----------
шень». Воздушный компенсатор 2, с предварительной подкачкой

воздуха, сглаживает пульсацию давления и пиковые нагрузки на»

привод, а манометром / контролируется давление в системе.
На рис. 15.10 приведена конструкция растворонасоса с качающейся планшайбой. Подача раствора, поступающего через всасывающий патрубок 1, в выходной патрубок 2 и далее в магистраль

осуществляется за счет волнового движения упругой диафрагмы 4

в кольцевом пространстве 5 камеры 7. Участки диафрагмы 4 поочередно выдавливаются влево планшайбой 6, при вращении вала
8
втулке 3 под углом к его оси. Вращение валу передается от двигателя 11 через редуктор 10, встроенный в корпус насоса 9. Насосы такого типа имеют небольшую Производительность и применя-

к>тся при отделочных работах.
15.5.
Если бетонная смесь достаточно насыщена жидкой фазой, то она

движется по бетоноводу в виде пробки, покрытой в пристенной зоне смазывающим слоем из цементного теста. Сопротивление движению смеси оказывают напряжения сдвига в пристенном слое и-

силы трения твердых частиц о стенки. Если смесь не насыщена

жидкостью, то сопротивления

движению сильно возрастают,

так как сдвиг может распространиться на все сечение потока.
Учитывая сказанное, можно перекачивать смеси с расходом цемента 250 ... 300 кг/м3

при водоцементном отношении

0,55 ... 0,7, подвижности 6 ...
... 12 см, крупности заполнителя до 40 см. Диаметр трубопровода должен быть не менее

чем в 2,5 ... 3 раза больше поперечника заполнителя. Потери давления на участке бетоновода-

длиной I (рис. 15.11) определяются из условия равенства разности

сил, действующих на торцы выделенного цилиндрического участка

смеси, силам трения на его цилиндрической поверхности:
Рис. 15.11. Схема к расчету потерь давления в бетоноводе
пг2 (р2—pi) =2nrh,
(15.1)
где г — радиус рассматриваемого цилиндрического объема смеси,

м; р2 и pi — давления на торцах цилиндра, Па; I — длина рассматриваемого участка, м; t — напряжение сдвига в пристенном слое

12- 5258
--------------- page: 175 -----------
Есмеси, Па. Напряжения сдвига вязкопластических тел описываются уравнением Шведова—Бингама
' (15.2)
dr
еде то — предельное напряжение сдвига смеси, Па; р, — пластическая вязкость смеси, Па-с; dufdr— градиент скорости движения

смеси в пристенном слое, 1/с.
При ламинарном движении смеси кривая сдвиговых скоростей

?в пристенном слое на основании уравнения Навье — Стокса (по

упрощенной схеме Прандтля) запишется зависимостью
«==»- (/?*—г*)/(/г*—/г»*),
;где уя — постоянная скорость ядра течения; R— радиус трубы;

— радиус ядра течения.
Дифференцируя зависимость (15.3), получим
-- 2г0я .
dr Я2 —Яя2
Подставив в формулу (15.1) значения т и du/dr и, произведя

шреобразования, определим потери давления на участке:
. '
Скорость ядра течения выразим через среднюю скорость потока

«смеси, исходя из расхода (производительности)
Q = + J u2zrdr ----
С другой стороны,
Q—nR2vCp-
Приравняв значения Q из (3.37) и (3.38) и решив это уравне-

шие, получим
2R*
R2-RJ ср‘
(15.8)
Среднее значение скорости движения смеси определяется при

.заданной технической производительности насоса Пт (м3/с) и принятом радиусе бетоновода R (м) зависимостью
ОрС=Пт/ (я#2).
Давление (Па), которое должен создать насос для транспортирования смеси на расстояние L (м),
p==j?hL-\
R n(R*—Ra*)
,178
--------------- page: 176 -----------
Определение истинных значений величин to и р, вызывает существенные затруднения, так как они изменяются нелинейно в зависимости от режима движения смеси. Поэтому в инженерных,

расчетах необходимое давление чаще определяют по эмпирической^

зависимости
где рь — потери давления на трение по длине трассы; рн — то жег

на вертикальном участке; ри— местные потери давления (на поворотах, переходниках и т. п.).
Потери давления на трение (Па)
где ро — потери давления на одном метре длины бетоновода, Па/м^
При перекачивании бетонных смесей по трубе диаметром:

150 мм принимают р0= (6 ... 10) 103 Па/м. В случае транспортирования строительных растворов с осадкой конуса 7 см по стальным трубам диаметром 50 мм, р0== (13 ... 20) 103 Па/м при скорости движения аСр=0,25 м/с. При использовании бетоноводов и&

других материалов и сечений вводятся соответствующие поправки, установленные опытным путем. Потери давления на 1 м вертикального участка приравниваются примерно 8 м горизонтального,,

а один поворот трассы на 90° создает сопротивления, равные потерям давления на 10 ... 12 м горизонтального участка. Техническая производительность насоса Пт (м3/с) и диаметр бетоновода'.

D (м) обычно задаются.
Число ходов поршня определяется (1/с)
где 2 —число бетонотранспортных Цилиндров; s — ход поршня, м;.

т) — объемный КПД насоса (т] = 0,65 ... 0,80).
Диаметр приводного гидроцилиндра (м)
где рт — давление в гидросистеме привода, Па.
Необходимая производительность насоса гидропривода (м3/с)
P=Pl+Ph+Pm,
(15.11)
Рь—Pol,
(15.12)1
п=4Пт/ (nD2szt\),
(15.13)
(15.14)
(15.15)
Мощность привода насоса (кВт)
N=QTpT/ (1000т|н),
где т)н — объемный КПД гидронасоса.

12*
(15.16)
--------------- page: 177 -----------
15.6.
«Пневматические нагнетатели предназначены для подачи бетонных

смесей с осадкой конуса 6 ... 10 см на расстояние до 150 м по

•горизонтали и до 30 м по вертикали. Пневмонагнетатели просты

по конструкции, в них отсутствуют движущиеся в абразивной среде

детали, что повышает их долговечность и упрощает эксплуатацию.

Юднако энергоемкость, этого способа транспортирования, связанная с большим расходом

сжатого воздуха, выше, чем

у поршневых насосов.
В состав оборудования

для пневматической подачи

бетонной смеси входят (рис.

15.12): компрессор (на рисунке не показан), пневмонагнетатель 6, бетоновод 7 и

гаситель 8. Работа установки происходит в такой последовательности. В бункер

пневмонагнетателя загружается порция смеси, затем

закрывается затвор 4 с помощью пневмоцилиндра 3, и

в бункер подается по магистрали 2 и коллектору 5 сжатый воздух, который выдавливает смесь в бетоновод. Для побуждения смеси и ее аэрации в выходное колено нагнетателя через сопло 1 также подается сжатый воздух несколько меньшего давления.

Порция смеси, проходящая в виде пробки по бетоноводу, поступает

в гаситель 8 по касательной траектории к его цилиндрическим стендам. В результате трения о стенки гасителя снижается скорость

движения смеси, т. е. гасится ее выхлоп и она стекает в разгрузоч-

шый патрубок. Необходимое избыточное давление для транспортирования смеси (Па)
(15.17)
Фис.
15.12. Схема пневматической установки для подачн бетонной смесн
p = aVv +/>„,
:где v — скорость движения смеси в бетоноводе (v=l,2 ... 2,0 м/с);

л — коэффициент, зависящий от состава смеси; для растворов

м=( 17 ... 22) 103; для бетонов а=(8 ... 11) 103; р0 — давление,

необходимое для преодоления сопротивлений в начальный момент

движения смеси (ро= (9 ... 14) 103 Па).
Необходимая производительность компрессора (по свободному

■воздуху) (м3/мйн)
(Ш8)
.180
--------------- page: 178 -----------
где Ун — геометрический объем нагнетателя, м3; а — диаметр бето-

новода, м; L — длина трассы, м; Кр— коэффициент давления, равный отношению избыточного давления в системе к атмосферному;

Кп — коэффициент, учитывающий потери воздуха, /Сп= 1,2 ... 1,36;

г — число циклов подачи смеси в час.
Для увеличения производительности и уменьшения расхода

воздуха пневмоустановки могут эксплуатироваться в полунепрерывном режиме, т. е, как только порция смеси продвинется в трубопровод, закрывается обратный клапан, давление в нагнетателе

снимается, в него загружается следующая порция смеси, и цикл

повторяется.
15.7.
для транспортирования бетонных и растворных смесей
Основные агрегаты этого оборудования находятся под значительным давлением, поэтому при его эксплуатации необходимо выполнять все правила, регламентированные инспекцией Госгортехнадзора для устройств, работающих под давлением. После монтажа

оборудования проводится испытание системы под давлением в
1,5
пен по всей длине и особенно в местах поворота и у гасителя.
Запрещается работать при неисправных манометрах, предохранительных клапанах и при отсутствии визуальной, световой или

звуковой связи между машинистом установки и рабочим, принимающим смесь. Все запорные элементы (вентили, краны и др.)

должны быть исправныци и работать надежно. Запрещается «пробивать» образовавшуюся в бетоноводе закупорку путем повышения

давления. Запрещается разбирать бетоновод и открывать затвор

пневмонагнетателя, находящиеся под давлением. Пусковая аппаратура должна быть защищена от атмосферных осадков.
В зимнее время бетоновод утепляют и рядом с ним прокладывают трубопровод, в котором цикулирует горячая вода или пар.

После окончания работы насосы и бетоновод необходимо промыть

водой, температура которой должна быть не ниже температуры

смеси. Промывочную воду следует полностью удалить из системы-
--------------- page: 179 -----------
Раздел четвертый
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ И КОНСТРУКЦИЙ
В современном строительстве наибольшее распространение получили железобетонные детали и конструкции, обладающие высокой

прочностью, низкой теплопроводностью, антикоррозийной стойкостью и др. При возведении зданий и сооружений применяют монолитный и сборный железобетон. Монолитные железобетонные

изделия получают путем непрерывной укладки бетона в опалубку

непосредственно на строительной площадке, сборные — изготовляют на специализированных заводах и полигонах, а на строительной площадке производят лишь их монтаж. Особенно эффективно

применение сборного железобетона, позволяющего превратить

строительство в процесс монтажа зданий и сооружений из отдельных деталей. При этом резко сокращаются сроки строительства,

трудовые и материальные затраты, повышается качество возводимых объектов.
Железобетон представляет собой затвердевшую бетонную

смесь, армированную стальными стержнями или проволокой. Технология производства железобетонных изделий включает в себя

операции по подготовке, укладке и сварке арматуры, подаче и

укладке в формы бетонной смеси и ее виброуплотнение.
ГЛАВА 16. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

АРМАТУРНЫХ КОНСТРУКЦИИ
16.1.
Обработка арматурной стали включает в себя чистку, упрочнение, правку, резку и гибку стальных стержней и проволоки.
Очистка арматурной стали от грязи, ржавчины и окалины

производится на правильно-отрезных станках (при диаметре проволоки до 14 мм) и станках с вращающимися стальными щетками (при диаметре проволоки более 14 мм). Такой станок (рис.

16.1) состоит из станины, на которой установлены два электродвигателя. На валах электродвигателей закреплены щетки. Протяжка арматуры между щетками производится вручную по направляющим роликам. Достоинством станка является простота

конструкции, недостатком — неравномерность очистки прутков.
Упрочнение арматурной стали производится механическим и

термическим способами. При механическом способе в материале

прутка создаются напряжения, превышающие его предел текуче182
--------------- page: 180 -----------
сти, что вызывает остаточные изменения в кристаллическои структуре металла. При этом несколько ухудшаются пластические

свойства материала, но увеличивается его предел текучести при

растяжении. Механическое упрочнение материала производится

вытяжкой, сплющиванием (профилированием), скручиванием, волочением. Наибольшее распространение получило упрочнение вытяжкой на станках с электромеханическим или гидравлическим

приводом. На рис. 16.2 дан станок с гидравлическим приводом,

состоящий из насосной станции 1, гидродомкрата 2, пульта управления 3, мерной линейки 4 для определения удлинения, захватов 5 и 7 для упрочняемых стержней и рамы 6. На таком

станке упрочняют стержни диаметром
16
Термическое упрочнение состоит в

электронагреве подготовленных стержней

с последующими закалкой и отпуском,

что повышает их прочность и предел текучести в 2 раза.
Правка и резка арматурной стали, как

правило, производится на правйльно-от-

резных станках, на которых происходит

размотка стали с бухт (мотков), протяжка, очистка, разметка по длине, отрезка

и сбрасывание прутков в накопитель.
Станки (рис. 16.3) состоят из механизмов

правки 2, подачи 3, резания 4 и отмеривания с упором 5 или роликом 6. Размотка

бухты происходит на вертушке 1, откуда

сталь с пом,ощью механизма подачи проходит через правильный барабан (рис.
16.3,а ... г), где очищается, правится

ударами плашек и разрезается на стержни рычажными, гильотинными (рис. 16.3,а,
г, д) или дисковыми (рис. 16.3,6, в) ножами по команде измерительного ролика (конечного выключателя). Рычажные ножницы

проще дисковых, однако остановка прутка в момент резания снижает производительность станка и увеличивает износ тянущих роликов. Этот недостаток устраняется установкой «летучих» ножей

(рис. 16.3,г), которые при резании движутся вместе с прутком,

после чего возвращаются в исходное положение.
Гибка арматурных стержней и сеток производится холодным

способом. При диаметре стержней до 14 мм гибка осуществляется на ручных станках, при более высоких диаметрах — на приводных станках. Такой станок (рис. 16.4) включает в себя каркас, верхнюю плиту, приспособление для гибки арматуры, привод

и пусковую аппаратуру.
Рис. 16.1. Станок для чистки арматурной стали с

простым движением щеток
183
--------------- page: 181 -----------
Приспособление для гибки состоит из закрепленных на верхней

Плите планок с отверстиями, куда вставляются опорные стержни 1

(рис. 16.4,а), диска 2 с центральным роликом-копиром 4 и гибочным роликом 5. Стержень 3 укладывается на диск, при вращении

которого происходит отгиб конца стержня. По окончании отгиба
о)
а
3 ч
lit _
0
S)
‘ \
\
№ Ч.
$
ъ
Ч
§
с?
$
Рис. 16.3. Схемы правйльио-отрезиых станков:
а — с правйльным барабаном, рычажными ножами и конечным выключателем; б*- с вращающимися ножами; в — с измерительным роликом; г — с летучими ножами; д — с пра*

вйльными роликами и очистным устройством
184
--------------- page: 182 -----------
двигатель реверсируют, возвращая диск в исходное положение, и

снимают изогнутый стержень. Привод диска состоит из электродвигателя 1 (рис. 16.4,6, в), клиноременной передачи 2, сменных

зубчатых колес 3 и 4, цилиндрической пары 5, двухзаходного

червяка 6, червячной шестерни 7 и вертикального вала 8, на который надет диск 9. Скорость вращения диска может быть изменена перестановкой зубчатых колес 3 я 4, что позволяет зффек-
Рис. 16.4. Станок для гибки арматурных стержней:

а — схема гибки; б — кинематическая схема; в — общий вид
185
--------------- page: 183 -----------
тивнее использовать станок при гибке более тонкой арматуры

(скорость вращения диска увеличивается в 2 и 4 раза).
Односторонняя гибка арматурных сеток производится на станках различной конструкции, однако принцип действия их основан

на прижиме лежащей на столе 1 (рис. 16.5,а) сетки 2 с помощью

траверсы 3 с последующим отгибом выступающей за край стола

частью сетки гибочной балкой 4. При двусторонней гибке сеток
Рис. 16.5. Стаики для гибки арматурных сеток
(рис. 16.5,6) сетка 3 укладывается на уголки 2, шарнирно укреп- ]

ленные на столе 1, и пневмоцилиндром 5 опускают гибочную тра- i

версу 4. Траверса нажимает на сетку и на уголки, поворачивает

уголки и отгибает края сетки. При подъеме траверсы уголки возвращаются в исходное положение пружинами.
16.2.
Натяжение арматуры при изготовлении предварительно напря-
женных железобетонных конструкций необходимо для получения
изделий с повышенной трещиностойкостью, имеющих меньшие се-
чения, массу и расход стали по сравнению с ненапряженными
обычными конструкциями. Натяжение арматуры осуществляется
двумя способами: механическим с последующим закреплением на
упорах и термическим — удлинением стержней с помощью элект-
ронатрева с последующим механическим креплением в нагретом
состоянии. При механическом натяжении в зависимости от спосо-
ба изготовления железобетонных изделий (стендового или поточ-
ного) натяжение арматуры осуществляется на стендах или в
передвижных формах. Стенды бывают пакетные — с образованием
струнопакетов вне формовочной площадки, и протяжные, у кото-
рых арматурные пакеты формируют непосредственно на формовочной площадке.
Натяжение арматуры на пакетных стендах производится с помощью гидравлических домкратов (передвижных, переносных,

подвесных) длинноходных или короткоходных. Передвижной гид-
J86
--------------- page: 184 -----------
Рис. 16.6. Передвижной гидравлический домкрат для натяжения арматуры
Рис. 16.7. Установка для электротермического натяжения стержней
--------------- page: 185 -----------
родомкрат (рис. 16.6) состоит из тележки 1, рамы 2, горизонтально расположенного гидроцилиндра 4, шток которого соединен

с задней траверсой 3, передней траверсы 6, соединенной

с траверсой 3 тягами 5, насосной станции и пульта управления. С натяжными устройствами стенда домкрат соединяется

проушиной 7, от опрокидывания его при натяжении пакета удерживают упоры 8. Подъем и опускание рабочего гидроцилиндра

производятся вертикальным гидроцилиндром 11. Гидроцилиндры

приводятся в действие от насосной станции, состоящей из электродвигателя 12, насоса, бака 9 для рабочей жидкости, системы

гидроприводов и устройства 10 для управления золотниками. Такой гидроцилиндр обеспечивает тяговое усилие 1700 кН, что позволяет натягивать пакеты, состоящие из 8... 10 прядей.
При электротермическом натяжении арматуры подготовленные

стержни 14 (рис. 16.7) укладывают в пневмозажимы 3 электроконтактов 2, расположенных на неподвижной опорной стойке 1 и

на подвижной стойке 10, укрепленной на каретке 7. Провисание

стержней предотвращается-роликами промежуточной опоры 5.

Пневмозажимы срабатывают одновременно при подаче сжатого

воздуха по шлангам 8 в цилиндры 9. При нагревании стержни

удлиняются, каретка 7 смещается, растягивая пружины 6, и перемещает указатель 13 по шкале 11 до упора в конечный выключатель 12, которым дается команда в электрошкаф 4 на отключение тока. Удлиненные при нагреве стержни снимают с установки

и укладывают в упоры формы. После снятия стержней каретка

с подвижной стойкой посредством пружины 6 возвращается в исходное положение.
Электротермический способ натяжения арматуры отличается

простотой и надежностью.
16.3.
Соединение пересекающихся арматурных стержнёй и наращивание

их длины производятся сваркой с помощью специальных машин

для стыковой и точечной сварки, обеспечивающих большую производительность и высокое качество сварки.
В стыковых сварочных машинах электрический ток большой

силы подают к свариваемым стержням, концы которых при соприкосновении замыкают электрическую цепь, разогреваются до

пластически жидкого состояния и при осевом сжатии свариваются.

Осевое сжатие свариваемых стержней в зависимости от их диаметра может быть рычажно-ручным, рычажно-пневматическим и

с помощью гидроцилиндров. На рис. 16.8 дана стыковая сварочная машина, применяемая при небольших объемах работ. Она

состоит из станины 4, изолированной подвижной каретки 6, токопроводящих плит 3, контактных зажимов 2 для свариваемых

стержней 1, осадочного рычага5, трансформатора 7с первичной 8
188
--------------- page: 186 -----------
и вторичной 10 обмотками, устройства 9 для регулирования силыр

электрического тока переключением витков первичной обмотки и?

токопроводящих медных шин 11.
Для точечной сварки крестообразно расположенных стержней*

арматуры применяют контактные точечные машины, принцип действия которых заключается в сжатии стержней электродами, через которые пропускают электрический ток. Благодаря большому"
сопротивлению в точке контакта цилиндрических поверхностей'

выделяется теплота, разогревающая место контакта до плавления

металла и сварки стержней при их сжатии. Машины точечно»

сварки бывают одно- и многоточечными. Сжатие свариваемых

стержней производится с помощью пневматических или пневмо-

гидравлических устройств. Одноточечные контактно-сварочные

машины бывают стационарными, передвижными и подвесными.
Стационарная одноточечная сварочная машина (рис. 16.9) состоит из корпуса 14, обшитого листовой сталью 1, трансформаторов 16, переключателя ступеней 17, контактора 18, электродов 3

с электрододержателями 4, токопроводящих шин 15 и шлангов 2

охлаждающей жидкости, поступающей от крана 20. Опусканиег

нажатие и подъем верхнего электрода обеспечивает пневмосистема с цилиндром 6, манометром 12, редуктором 13, электропневма-

тическим клапанрм 10, лубрикатором 11 я дросселирующим клапаном 8,_смягчающим удар электрода при его, опускании на ар-
-1Г
■17'
Рис. 16.8. Стыковая сварочная

машина
Рис. 16.9. Стационарная одноточечная сварочная машина
189
--------------- page: 187 -----------
«матурные стержни. В цилиндре на общем штоке укреплены два

яюршня, из которых нижний служит для перемещения электрода,

а верхний ограничивает ход электродов и регулирует их ход соответствующей установкой гаек 7. Ручной кран 5 подъема верхнего электрода, выключатель 9 для подготовки машины к работе,

-спускной воздушный вентиль 19 и пусковая переносная педаль 21

обеспечивают работу машины как в неавтоматическом, так и в

автоматическом режиме.
Многоточечные контактно-сварочные машины представляют

собой высокопроизводительные автоматические и полуавтоматические многоэлектродные устройства, применяемые для массового

производства плоских и пространственных каркасов и сеток. Машина для автоматической сварки плоских арматурных каркасов

состоит из станины 1 (рис. 16.10), пневмогидравлических преобразователей 2, обеспечивающих сжатие электродов, скобы 3 с

электрододержателями, механизма 4 подачи поперечных стержней

из бункера, трех сварочных трансформаторов 5, каретки 6 для

^перемещения каркаса на шаг, переключателя ступеней 7, амортизирующего устройства 8, направляющего устройства 9 для готового каркаса, крана 10 для подвода сжатого воздуха и пульта

управления 11. К каждому сварочному трансформатору подклю-
Л90
--------------- page: 188 -----------
г
чается два электрода. Механизмы машины обеспечивают в необходимой последовательности подачу под сварочные электроды*-

) поперечных стержней на продольные и сварку в точках пересечения стержней и перемещение каркаса в продольном направлении'

на заданный шаг. Стержни к машине подают предварительна*

очищенными, выправленными и нарезанными.
ГЛАВА 17. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ УКЛАДКИ

БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
17.1.
и укладки бетонной смеси
Для порционной подачи и укладки бетонной смеси применяют бе-

тонораздатчики и бетоноукладчики.
Бетонораздатчики транспортируют и выдают бетонную смесь-

порциями с помощью самоходных бункеров, установленных на те-
Рис. 17.1. Бетонораздатчики
--------------- page: 189 -----------
лежке. В зависимости от уровня расположения рельсов тележки

различают наземные (рельсы уложены на уровне пола), эстакадные (рельсы уложены на опорные конструкции) и подвесные (тележка перемещается по монорельсу) бетонораздатчики.
Эстакадный бетонораздатчик (рис. 17.1,о) обычно используется для транспортировки бетонной смеси от смесительного отделе-

яия к бункерам бетоноукладчиков и состоит из бункера 1, уста-
Рис. 17.2. Бетоноукладчики с питателями:

а — ленточным; б — винтовым; в — вибролотковым; г — распределительным
шовленного на раме 2, привода ходовых колес 3 и шторно-роликового затвора 8. Привод механизма передвижения включает в себя

электродвигатель 6, редуктор 7 и цепную передачу 5, которая

вращает ходовой вал 4 и перемещает машину по рельсам. Управление затвором раздатчика производится включением муфты,// и

перемещением по направляющим рамы затвора с помощью шестерен 10, находящихся в зацеплении с рейками 9.
Подвесной бетонораздатчик (рис. 17.1,6) состоит из бункера 1

с секторным затвором 2, который открывают штурвалом 3. Бункер установлен на раме 4, подвешенной к тельферу 5, который

перемещается по монорельсу 6 и управляется из кабины 7. К подвесным бетонораздатчикам относятся также бадьи-бункера, подвешенные к крюку крана или установленные на транспорт с по-'

мощью опорно-подвесных металлоконструкций. Бункер снабжен

затвором с рычажным или пневматическим приводом.
192
--------------- page: 190 -----------
Бетоноукладчики равномерно выдают и раскладывают бетонную смесь слоем требуемой толщины, а также с помощью дополнительных устройств разравнивают, заглаживают и уплотняют

уложенную смесь. Бетоноукладчики подразделяют на универсальные, которые могут обслуживать формы разных размеров, и специальные— с ограниченными размерами обслуживаемых форм.

Бетоноукладчик состоит из бункера, установленного на раме с

приводом, и питателя, расположенного под бункером. Питатели

могут быть ленточными, винтовыми, вибролотковыми.
Бетоноукладчик с ленточным питателем (рис. 17.2,а) состоит

из портальной рамы с приводом, бункера 2, копильника 3, ленточного питателя 1 и заслонки 5 копильника. При движении бетоноукладчика лента питателя захватывает бетонную смесь из бункера, продвигает ее в копильник и выдает равномерным слоем в

форму. Толщина слоя бетонной смеси регулируется подъемом или

опусканием заслонки с помощью устройства 4.
Бетоноукладчик с винтовым питателем (рис. 17.2,6) применяется при изготовлении длинномерных изделий и состоит из самоходной рамы 1, бункера 2 и винтового питателя, представляющего собой размещенный в корпусе 6 винтовой вал 5, вращающийся

в подшипниках 4 посредством цепной передачи 3. При вращении

вал захватывает бетонную смесь и через лоток 7 укладывает ее

в форму 8.
Бетоноукладчик с вибролотковым питателем (рис. 17.2,в) применяется при изготовлении изделий значительной высоты и небольшой ширины. При этом бетонная смесь из бункера 1, подвешенного к раме 3 с помощью амортизаторов 2, под действием вибратора 4 поступает в лоток 6, закрепленный на . пружинах 5. К

лотку прикреплен вибратор 7, передающий ему направленные колебания. Из лотка поток бетонной смеси поступает в копильник 8,

а оттуда — в форму 9.
17.2.
бетонной смеси
Непрерывная подача бетонной смеси непосредственно в формы и

опалубку производится с помощью трубопроводного транспорта

непрерывно действующими бетононасосами плунжерного или камерного типа или ленточных конвейеров, установленных на самоходных платформах.
Бетонораздатчик непрерывного действия (рис. 17.3) для кассетных установок состоит из самоходной платформы с наклонной рамой, поворотного стола, консольного ленточного питателя, приводов и пульта управления. Сварная платформа 13 на рельсовом

ходу перемещается вдоль эстакадного ленточного конвейера,

транспортирующего бетонную смесь. Ходовые колеса 15 вращаются приводом 16. На платформе укреплена станина с вертикаль-
13-5258
--------------- page: 191 -----------
Рис. 17.3. Бетонораздатчик непрерывного действия
--------------- page: 192 -----------
ными стойками 1 и наклонной рамой 2, на которой расположены

дефлекторные ролики 3 и желобчатые роликоопоры 5 верхней

ветви конвейера с бетонной смесью. С ленты конвейера, огибающей барабан 6, смесь поступает в разгрузочную воронку 7 консольного ленточного питателя 8, смонтированного на поворотном

столе 9. С разгрузочного барабана лента переходит на нижний

направляющий барабан 14, огибает его и по прямым поддерживающим роликам платформы переходит на поддерживающие ролики эстакадного конвейера. Привод 4 ленты питателя, приводы

поворота стола и перемещения платформы получают электроэнергию по кабелю 10, а управляются с пульта 11, расположенного

на площадке 12. Бетонная смесь в формы кассетной установки 17

подается ленточным питателем через разгрузочную воронку 19 и

полноповоротную течку 18. Ленточный питатель состоит из рамы

24, желобчатых 23 и прямых 22 роликоопор, приводного 26 и натяжного 20 барабанов и ленты 21. Над лентой расположен приемный лоток 25. На поворотном столе укреплен металлический

ящик 27 для размещения в нем контргруза, уравновешивающего

ленточный питатель.
17.3. Расчет основных параметров режима работы

оборудования для укладки бетонных смесей
Производительность (м3/ч) бетоноукладчиков как машин циклического действия зависит от вместимости бункера и длительности

цикла:
J1
^1 + ^2 + <з +
где Ve — геометрический объем бункера, м3; Ка — коэффициент

наполнения бункера (/Сн=0,9... 0,95); Кв — коэффициент использования бетонораздатчика (/Сн=0,8... 0,9); t\ — время загрузки

бункера, с; t2—время передвижения к месту разгрузки, с; 4 —

время разгрузки бетонной смеси, с; ti — время возвращения бетонораздатчика к бетоносмесительной установке, с.
Производительность бетоноукладчика зависит также от вида

формуемого изделия и скорости выдачи бетонной смеси питателями, т. е. пропускной способности питателя.
Производительность ленточного питателя (кг/с) бетоноукладчика Yl=Bhvp, где В — наибольшая ширина выходного отверстия

бункера (копильника), м; h — высота подъема заслонки затвора

бункера (копильника), м; v — скорость ленты, м/с; р—плотность

разрыхленной бетонной массы, кг/м3.
Мощность привода ленточного питателя (кВт) бетоноукладчика А^== (А^1-}-Аг2-|-А^з) й * 10—3ri, где Ni — мощность, необходимая для

преодоления силы трения, возникающей при движении ленты по

металлическому листу, Вт; N2—мощность, необходимая для прео-

13*
--------------- page: 193 -----------
доления силы трения, возникающей при скольжении бетонной

смеси по неподвижным бортам питателя, Вт; iV3— мощность, необходимая для перемещения лентой бетонной смеси, Вт; k — коэффициент запаса мощности (&=il,l... 1,3); г) — КПД передач

привода (г]=0,8...0,85).
Мощность привода передвижения (кВт) эстакадных и напольных бетоноукладчиков, передвигающихся по рельсовому пути:

N=Wv- 10-3/т)> где W — сопротивление передвижению бетоноукладчика по рельсовым путям, Н; v — скорость передвижения бетоноукладчика, м/с; г) — КПД привода (г]=0,8... 0,85).
W = ((?-{-Q)
Q — сила тяжести бетонной смеси в бункерах, Н; k — коэффициент трения качения колес по рельсам (£=0,0008); ^ — приведенный коэффициент трения в подшипниках (для подшипников качения (1=0,03, для подшипников скольжения [х=0,08); d — диаметр

цапфы колеса на подшипниках скольжения или внутренний

диаметр наружного кольца подшипника качения, м; D — диаметр

колеса, м; р — коэффициент, учитывающий трение реборд о рельсы (для цилиндрических колес р=2,5... 3, для конических колес

Р=1,5... 2,5).
Наибольшее сопротивление передвижению бетоноукладчика

может возникнуть при попадании щебня под колеса или наезде

на случайное препятствие, вызывающее пробуксовку ведущих колес. В этом случае
ург __ ni(G -f- Q) fD 4- 0

max
где n\ — число приводных колес; «2 — общее число колес рамы

бетоноукладчика; f — коэффициент трения скольжения при пробуксовке колес по рельсам (/=0,1... 0,15); остальные величины

по предыдущей формуле. От таких перегрузок двигатель должен

быть надежно защищен.
ГЛАВА 18. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ

БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
18.1.
При формовании железобетонных изделий и конструкций применяют различные способы уплотнения бетонной смеси: прессование—воздействие на бетонную смесь значительных давлений; центрифугирование— воздействие на бетонную смесь центробежной

силы при производстве трубчатых изделий; вакуумирование — отсос из бетонной смеси избыточной воды и воздуха; вибрирование-

воздействие на бетонную смесь колебательных движений.
196
--------------- page: 194 -----------
Наиболее распространен последний способ уплотнения. Сочетание вибрации с другими способами значительно повышает эффективность процесса уплотнения бетонной смеси. Так, сочетание

вибрации с прессованием — виброштампование — используется пр»

производстве сборного железобетона, сочетание вибрации с ваку-

умированием — вибровакуумирование — широко используется при

возведении монолитных конструкций, а также при производстве

отдельных типов железобетонных изделий.
Рассмотрим воздействие вибрации на процесс уплотнения бетонной смеси. До воздействия вибрации на бетонную смесь умеренной жидкости она представляет собой аморфную рыхлую

массу. При воздействии вибрации частицы заполнителей приводятся в интенсивное движение, в результате которого происходит их

взаимное перемещение, проскальзывание одних частей относительно других в объеме системы. При этом достигается значительная

скорость движения каждой частицы относительно ее центра массы. При некоторой скорости сдвига частиц заполнителей наступает проявление вязких свойств (текучесть) бетонной смеси, и она

переходит в состояние «тяжелой жидкости», приобретая заданную

геометрию изделия. Такого рода вязкость называют структурной

вязкостью. Текучесть бетонной смеси может наступить только при

условии, если будут разрушены структурные связи между частицами заполнителя, т. е. структурная вязкость достигнет определенного предела, который будет зависеть от скорости деформации

сдвига частиц. Эти изменения в структуре бетонной смеси называют тиксотропными превращениями. Структурная вязкость и тик-

сотропия бетонной смеси непосредственно связаны с понижением

действительного и видимого коэффициентов трения.
Бетонная смесь представляет собой трехфазную грубодисперсную систему (твердая фаза — фракции щебня или гравия и песка,

жидкая — цементный раствор, газообразная —находящийся в массе смеси воздух—10... 15% от объема смеси). В процессе уплотнения смесь разрушается и в конце его

переходит в двухфазную систему (твердая + жидкая фазы), при содержании в ней

воздуха не более 2 ... 3%. В результате

процесса виброуплотнения тело бетона

(железобетона) получает однородную

плотную структуру, что обеспечивает готовым железобетонным изделиям заданные

физико-механические показатели.
Получение такой структуры уплотненного тела бетона может быть обеспечено

только при правильной оценке динамического состояния системы в условиях

вибрационного и других механических
Рис. 18.1. Схема передачи колебаний от вибровозбудителя внутрь бетонной смеси
197
--------------- page: 195 -----------
воздействий. Структура бетона в основном определяется ее

реологическими свойствами: вязкостью цементного раствора, силами трения и сцепления между частицами заполнителя, наличием

тиксотропных превращений смеси, сохранением целостности упруговязких каналов цементного раствора. Для обеспечения управления данными реологическими свойствами необходимо правильно

назначить вибрационный режим работы уплотняющей машины

(устройства). Под вибрационным режимом понимают вид и характер колебаний, их направление относительно сечения уплотняемого тела бетона, а также колебательные параметры (угловая

частота со и амплитуда колебаний) и динамический режим работы машины.
Бетонная смесь при уплотнении представляется в виде крупного заполнителя, окруженного раствором из мелких зерен, объединенных между собой поверхностными силами сцепления. Такая

смесь будет обладать упруговязкими свойствами и при небольших

деформациях передача колебаний будет происходить по каналам,

уподобляющимся пружинам с упруговязкой характеристикой.
При этом (рис. 18.1) частицы заполнителей, как правило, контактируют между собой через упруговязкие каналы и в отдельных

случаях непосредственным контактом. Тогда колебания перегородки 1 передадутся частице Ль в свою очередь, частица А\ передаст колебания частице А% непосредственным контактом и частицам Аз и Л4 — через упруговязкие каналы и т. д. Такая взаимосвязь частиц А заполнителей исключает возможность их изолированного колебания. Возбужденные частицы А заполнителей колеблются вынужденной частотой вибровозбудителя, но с различными амплитудами колебаний в зависимости от их масс и жесткости упруговязких каналов раствора. Несмотря на определенную

условность представленной схемы, на ее основе можно сделать

следующие выводы:
1)
машины должен обеспечить сохранность упруговязких каналов

цементного раствора, иначе возникнут турбулентные перемещения
частиц заполнителя смеси, которые

вызовут ее расслоение, сопровождаемое выбросом частиц заполнителя А на поверхность изделия и значительным подсосом атмосферного

воздуха;
2)
рабочего органа машины должны

приниматься с учетом его конструкции, типа формуемого изделия и

способа формования. Конструкция

рабочего органа при правильно принятом виде и направлении колеба-

198
Рис. 18.2. Зависимость эффективности вибраций от угловой частоты
--------------- page: 196 -----------
ний должна обеспечить передачу последних сечению изделия в направлении наибольшей свободы перемещения частиц заполнителя А, эффективное удаление включенного воздуха, получение однородной, пло.тной структуры уплотненного бетона;
3)
бираться с учетом требований, предъявляемых к формуемому изделию (прочность, водонепроницаемость, морозостойкость, долговечность) ;
4)
си должен обеспечить возбуждение наибольшего числа единиц А,

входящих в состав смеси фракций крупного заполнителя, и эффективное использование порожденных сил инерции для разрушения начального структурного состояния частиц заполнителя системы с последующим сближением.
Эффективность вибрации при уплотнении бетонной смеси состоит в том, что приводятся в движение частицы относительно

друг друга в объеме системы, и, кроме того, возбужденные частицы развивают значительные скорости относительно своих центров

масс. Эффективность вибрирования характеризуется отношением

полуразмаха скорости зерен заполнителя относительно окружающей среды к амплитуде скорости приведенной вибрации. На рис.

18.2 приведены кривые зависимости параметра эффективности

вибрации 1] от угловой частоты (со) при постоянной амплитуде

скорости (aco=const), для пяти значений размера зерен заполнителей, причем г\ : г2: гз: a : гь=\ : 2 : 5 : 10 : 20. Проведя прямую,

параллельную оси со на уровне необходимой эффективности ту

(пунктирная линия), находим на пересечении с кривыми частоты,

необходимые для поддержания колебаний частицы разных размеров скорости возбуждения при одинаковой амплитуде. Если ка-

кая-то частота обеспечивает необходимые относительные колебания частиц данного размера, она заведомо обеспечивает эффективные колебания частиц больших размеров. Рационально

выбранный вибрационный режим процесса уплотнения бетонной

смеси должен оптимизировать динамическую систему, т. е. обеспечить ей такое состояние, при котором наблюдается наименьший

уровень реологических сопротивлений. Этим создается условие

снижения энергоемкости процесса виброуплотнения бетонной смеси при формовании. Степень уплотнения бетонной смеси оценивается коэффициентом уплотнения /Супл— отношением фактической

плотности бетона к теоретической массе — плотности (/СуПл^0,98).

Плотность бетона повышается с уменьшением водоцементного отношения В/Ц смеси, что обосновывает широкое применение жестких бетонных смесей.
--------------- page: 197 -----------
18.2.
В вибрационных машинах наибольшее применение получили два

способа возбуждения механических колебаний — силовое и кинематическое.
Силовое возбуждение осуществляется внешними переменными

силами Ft (Н) или моментами Mt (Н-м), которые приложены к

инерционным элементам системы, а сами силы (моменты) создаются различными типами центробежных вибровозбудителей за
счет вращения неуравновешенных элементов.
Кинематическое возбуждение осуществляется сообщением извне рабочему органу вибромашины различных по виду колебаний

за счет применения кривошипно-шатунного, эксцентрикового и

других механизмов.
Механические колебания классифицируются по виду и характеру движения рабочего органа. По виду движения механические

колебания различаются на колебательные, угловые, циркулярные

и смешанные. Колебательными прямолинейно направленными называют колебания, когда рабочий орган совершает возвратнопоступательное движение вдоль прямой. Различают 3 направления

движения рабочего органа: под углом к горизонту, в вертикальной

и горизонтальной плоскостях (рис. 18.3,а).
Угловыми (поворотными) называют такие колебания рабочего

органа, когда он совершает возвратно-поступательное движение

относительно оси. Различают два вида угловых колебаний: относительно горизонтальной и вертикальной осей (рис. 18.3,6). При

циркуляционных колебаниях рабочий орган вибромашин совершает перемещение в одном направлении по замкнутой кривой

(рис. 18.3,в). Смешанные колебания характеризуются тем, что

рабочий орган совершает одновременно колебательное и циркуляционное движение: прямолинейное и круговое или угловое и круговое (рис. 18.3,г). Смешанные колебания позволяют повысить

эффективность вибромашины.
По характеру движения рабочего органа механические колебания различаются на две группы: вибрационные и ударно-вибра-

ционные. Вибрационные колебания подразделяются на синусо-

200
Рис. 18.3. Виды механических колебаний
--------------- page: 198 -----------
идальные (моногармоничёские) и двухчастотные (бигармониче-

ские). Последние применения в вибромашинах не получили.
При синусоидальных колебаниях проекция радиуса-вектора на

горизонтальную ось описывается равенством:
A- = acos(^ + ?),
где X — координата колеблющейся точки; а—амплитуда колебаний, м; Т — период колебаний, с; t — текущее значение времени, с;

Ф — начальная фаза.
Амплитуда колебаний — абсолютная величина наибольшего отклонения от среднего положения при синусоидальных колебаниях.

При несинусоидальных колебаниях используют термин «полуразмах колебаний», или пиковое значение колеблющейся точки.
Период колебаний — промежуток времени, после которого движение повторяется. Фаза колебаний — аргумент синусоидальной

функции 2nt/T-\-y, а начальная фаза — значение этого аргумента

при t=0, т. е. ф.
Величину, обратную периоду, называют частотой колебаний

(Гц): /=1/7’.
В вибрационной технике часто пользуются угловой частотой

колебаний (с-1)
со=2я/=2л;/7’.
С учетом значения со зависимость (18.1) перепишется в виде
Х=асоз(со^-|-ф).
Представим эту зависимость в виде циклограммы.

Продифференцировав выражение (18.2), получим зависимость

виброскорости:
X — — aw sin (ю* -{- f) = aw cos ■] ” -| у ^,
где aco — амплитуда виброскорости.
Сравнивая (18.1) и (18.2), делаем вывод, что виброскорость

опережает по фазе перемещение на угол я/2.
Продифференцировав выражение (18.3), получим зависимость

виброускорения:
Х=—aco2 cos (со^+ф) =aco2 cos (cof+ф + я), (18.4)
где aco2 — амплитуда виброускорения.
Согласно (18.1)... (18.4), виброускорение опережает по фазе

виброскорость на угол я/2 и находится в противофазе с перемещением (рис. 18.4,а).
201
--------------- page: 199 -----------
Двухчастотные колебания
возбуждаются при сообщении

рабочему органу вибромашины двух несинхронных синусоидальных колебаний одного

направления, частоты которых

относятся как небольшие целые числа, в частности, как

небольшое целое число, к единице. Применительно к двухчастотным виброплощадкам

отношение высокой частоты

(сов) к низкой (йн) принимается равным 2. В этом случае

суммарное колебание имеет

периодический характер, а его

форма зависит от сдвига фаз

составляющих (Xi и Х2) (рис.

18.4,6).
Ударно-вибрационные колебания возбуждаются при наложении ограничения на перемещение рабочего органа. Возбуждение может быть силовым от вибровозбудителя и

кинематическим от кривошипно-шатунного или другого жесткого привода. В момент соударения рабочего органа с ограничителем происходит резкое

увеличение скорости, в результате чего возникают большие

ударные ускорения ХУА даже

при низкочастотном приводе

(рис. 18.4,в).
Двухчастотные и ударновибрационные колебания в значительной степени повышают

эффективность процесса уплотнения бетонной смеси. Несимметричный характер движения,

когда верхнее (положительное) ускорение больше нижнего

(отрицательного) (рис. 18.4,в), как бы подготавливает бетонную

смесь к процессу уплотнения: понижает вязкость цементного раствора, уменьшает силы сцепления между частицами заполнителя и

вызывает тиксотропное разжижение. Значения этих ускорений должны быть такими, чтобы возникшие силы инерции не разорвали

упруговязкие каналы бетонной смеси и не вызвали ее расслоения.

202
<i — перемещения, скорости и ускорения гармонических колебаний; б — двухчастотных

колебаний; в — ударно-вибрационных колебаний
--------------- page: 200 -----------
Верхнее же ускорение обеспечивает эффективное сближение час*

тиц заполнителя, уплотнение смеси. Силы инерции при этом направлении ускорения направлены вниз к поддону формы, и разрыва упруговязких каналов раствора не происходит.
На рис. 18.5 приведены схемы центробежного возбуждения

различных по виду механических одночастотных колебаний. По-
Рис. 18.5. Генерирование механических

колебаний
лагаем, что дебалансы вращаются равночастотно, а при наличии

двух дебалансов и более — синхронно-синфазно.
Для генерирования прямолинейных (направленных) колебаний

применяют двухвальный дебалансовый вибровозбудитель с синхронно-синфазным вращением дебалансов (рис. 18.5,а), вызывающий синусоидально направленную вынуждающую силу: FiX=

=Fi cos со/.
При наличии п дебалансов вынуждающая сила
Ftx=nF\ cos (at,
где F\ — возмущающая сила дебалансов, Н; со — угловая частота

дебалансов, с-1.
Для генерирования угловых (поворотных) колебаний применяют двухвальный вибровозбудитель, дебалансы которого вращаются противофазно в одном направлении (рис. 18.5,6), вызывающий синусоидально изменяющийся момент относительно оси вращения:
Mi)o=/ri^/==/ri/cos at,

где I — расстояние между дебалансами, м.
203
а)
Г
- 1 Г _Г

Ft,X
--------------- page: 201 -----------
При наличии п дебалансов
Mto=nF\l cos со/.
Для генерирования круговых колебаний применяют одноваль-

ный дебалансовый вибровозбудитель, ось вращения которого размещается в центре масс колеблющейся системы с (рис. 18.5,в),

вызывающий круговую вынуждающую силу.
F\x=F\ sin <»/; Fiy=Fi cos со/,
. соответственно для п дебалансов
Ftx=nF 1 sin со/; Fty=nF\ cos соt.
Для генерирования эллиптических колебаний используют од-

яовальный дебалансный вибровозбудитель со смещением его оси

относительно центра масс колеблющейся системы С (рис. 18.5,г)

«а расстояние I.
В центре масс системы С при этих колебаниях действуют круговая сила Fa и синусоидальный момент JVfa.c: F&=nFi\ Ма.с=

=nFJ sin со/.
18.3.
бетонных смесей
Наибольшее применение для возбуждения механических колебаний получили центробежные вибровозбудители, которые создают

инерционные силы (моменты) за счет вращения неуравновешенных элементов. Центробежные возбудители подразделяются наде-

балансные, поводковые и планетарные.
Дебалансный вибровозбудитель (рис. 18.6,о) состоит из неуравновешенного элемента-дебаланса /, вал 2 которого вращается в

подшипниках качения, смонтированных в корпусе 3. Крутящий момент дебалансному валу передается от двигателя, встроенного в

корпус. Статический момент массы дебалан.са 5Д (Н-м) равен произведению массы дебаланса /пд на ее эксцентриситет г относительно оси вращения, т. е. на расстояние от центра тяжести дебаланса

■с до оси вращения О: Sg^m^r.
Возникающая центробежная (инерционная) сила /^(Н) определится как произведение массы дебаланса гпц на ускорение лсо2,

развиваемое дебалансом:
Рл=тят2.
Поводковый вибровозбудитель (рис. 18.6,6) состоит из бегунка

/, подшипник которого установлен в ползуне, скользящем в вилке

поводка 3. При вращении вала поводка бегунок обкатывается по

«беговой дорожке корпуса 2 с угловой скоростью поводка со, одновременно вращаясь около своей оси с угловой скоростью со0.
204
--------------- page: 202 -----------
Статический момент массы бегунка 5ПЛ (Н-м) равен произведению массы бегунка на эксцентриситет этой массы тб относительно оси беговой дорожки:
5пл=;/ЯбГ,
где r=Di/2—D2I2 — разность радиусов беговой дорожки и бегунка.
Планетарные вибровозбудители представлены двумя схемами:

с внешней обкаткой (рис. 18.6,в), когда бегунок 1 обкатывается

по беговой дорожке корпуса 3 через вал 2, и с внутренней обкаткой (рис. 18.6,г).
Рис. 18.6. Принципиальные схемы центробежных вибровозбудителей:
а — дебалансный; б —

поводковый; в — планетарный с внешней обкаткой бегунка^ г — планетарный с внутренней

обкаткой бегунка
Пг \
Ot
V/,
Центробежная (инерционная) сила, развиваемая бегунком планетарного вибровозбудителя, определится как произведение массы

бегунка те на ускорение, развиваемое бегунком при его обкатке,

по2:
F=m6rbi2,
где а—Шб; i — передаточное отношение угловой скорости обкатки

к угловой скорости собственного вращения бегунка о>б-
Угловая скорость:
D /2
при наружной обкатке ш =
D^l 2 — -^2/^
D /2
при внутренней обкатке м =
и 212 D-^j 2
Следовательно, планетарные вибровозбудители позволяют получать высокие частоты колебаний без применения специальных преобразователей частоты.
Дебалансные вибровозбудители общего назначения в большинстве случаев выпускаются со встроенными трехфазными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором. Промышленностью выпускаются одновальные вибровозбудители с круго205
--------------- page: 203 -----------
вой вынуждающей силой, двухвальные и маятниковые вибровозбудители с направленной вынуждающей силой. На рис. 18.7,а приведен общий вид одновального вибровозбудителя.
В корпусе 1 запрессован статор асинхронного трехфазного электродвигателя с короткозамкнутым ротором 2. Вал 3 ротора опирается на подшипники качения 4, смонтированные в щитах 5 корпуса. На обоих концах вала установлены дебалансы 6, которые перекрываются крышками 7. Подшипниковые щиты и крышки скреплены с корпусом стяжными шпильками 8. Дебалансы выполнены

со ступенчатой регулировкой статического момента и состоят из

двух частей — неподвижной и поворотной.
Суммарный статический момент такого дебаланса
5a=2Si cos ф/2,
где Si — статический момент массы одной части дебаланса; <р —

угол поворота частей дебаланса относительно друг друга.
В большинстве случаев неуравновешенная часть дебаланса выполняется в виде кольцевого сектора с углом а=96°, при котором

удовлетворяется условие получения минимального момента инерции при заданном статическом моменте массы дебаланса.
Статический момент массы кольцевого секторного дебаланса

(Н-м)
5Д=2/3 (R3—г3) sin абр,
где R, г, а — указаны на рис. 18.7,6; б — толщина дебаланса, м;

р — плотность материала, кг/м3.
На рис. 18.7,6 показаны дебалансы со ступенчатой регулировкой статического момента. Они состоят из основного дебаланса 1

и дополнительных съемных 2. Основной дебаланс имеет кольцевую

выточку, в которую устанавливаются выступом дополнительные

съемные дебалансы, а затем закрепляются болтами. При таком

креплении съемных дебалансов к основному болты, крепящие их,

не воспринимают развиваемой центробежной силы. Обычно вибровозбудителю придается два дополнительных съемных дебаланса.
Суммарный статический момент дебалансов 5 будет равен сумме статических моментов основного 5д.0сн и дополнительного 5д.д0п:
5=5д.осн~)~,5д.д0п.
Размеры дополнительных дебалансов выбираются из условия,

что каждый из них должен увеличить амплитуду колебаний на

(0,1 ... 0,2) -10-3 м.
На рис. 18.7,s показан двухвальный вибровозбудйтель направленного действия, представляющий собой два соединенных между

собой одновальных вибровозбудителя с параллельными валами 1

встроенных электродвигателей. Генерирование направленной вынуждающей силы возможно только при обеспечении синхронно-
206
--------------- page: 204 -----------
Рис. 18.7. Конструкции дебалансных вибровозбудителей и дебалансов:
а — одновальиый; б — со съемными дополнительными дебалаисамн; в —

двухвальный; г — маятниковый
--------------- page: 205 -----------
синфазного вращения дебалаисных валов. Дебалансы выполнены

конструктивно как у одновального дебалансного вибровозбудителя,

поэтому суммарный статический момент будет равен сумме статических моментов каждого дебаланса.
На рис. 18.7,г показан общий вид маятникового вибровозбудителя. В корпусе 2 смонтирован одновальный дебалансный вибровозбудитель. Корпус-маятник шарнирно соединен с основанием 1,

прикрепленным к рабочему органу вибрируемой конструкции. Вал
5 основания опирается на подшипники качения 3, а его

концы соединены с резинометаллическими втулками 4. Такое крепление концов вала позволяет устанавливать маятниковую часть под различными

углами к поверхности вибрируемой конструкции. Вынуждающая сила, создаваемая

этим вибровозбудителем, со-

состоит из двух составляющих:

продольной, направленной

вдоль оси симметрии маятника и направленной ей перпен-

дикулярно. Первая составляю-

щая воспринимается основани-

Рис. 18.8. Виброуплотняющий механизм ем 1, вторая — гасится кача-

для поверхностного уплотнения бетой- нием маятника.
ной смеси
ределяющим получение направленных колебаний рабочего органа вибрируемой маятниковой системы, является правильное назначение расстояния I (м) между осью качания маятника

и осью вращения дебаланса (рис. 18.7,г), равное
l=Jj (mli),
где J — момент инерции маятника относительно оси качаний, МПа;

т — масса маятника, кг; U — расстояние ОС от оси шарнира маятника до его центра тяжести, м.
Дебалансные вибровозбудители общего назначения получили

наибольшее применение при поверхностном уплотнении бетонных

смесей. По назначению поверхностные вибромеханизмы делятся на

две группы: 1) для уплотнения бетонной смеси с осадкой конуса
2
ки, предназначенные для уплотнения бетонных смесей при формовании железобетонных изделий.
Виброуплотняющие механизмы первой группы просты по конструкции (рис. 18.8). Рабочий орган состоит из сварной плиты 1,
208
--------------- page: 206 -----------
на которой установлен маятниковый вибровозбудитель 2. Последний устанавливается под углом ф к горизонтальной плоскости так,

чтобы вынуждающая сила проходила через центр масс рабочего органа. В этом случае виброуплотняющий механизм будет перемещаться в сторону действия реакции вынуждающей силы без приложения силы оператора.
Виброуплотняющие органы для уплотнения бетонной смеси при

формовании плоских железобетонных изделий представляют собой

достаточно сложную конструкцию. Они устанавливаются через виброизоляторы на бетоноукладочную машину или самостоятельно

на посту формования через виброизолированные опоры.
Для обеспечения эффективного формования плоских железобетонных изделий различной толщины рабочая часть виброуплотняющего органа должна иметь такой профиль, чтобы обеспечивать

захват бетонной смеси, перераспределять ее и уплотнять в рабочей

части виброоргана до заданной толщины изделия. При навесном

виброуплотняющем органе, когда он или его технологическая оснастка имеют перемещение относительно друг друга, выбранный вид

колебаний и их направление должны обеспечить вибротранспорт-

ный эффект бетонной смеси от точки захвата в рабочую зону виброоргана. При этом рационально используются возникшие сильг

инерции для разрушения начального структурного состояния системы с последующим уплотнением и получением плотного железобетона заданной толщины. Таким видом являются эллиптические колебания с рациональным изменением направления осей эллипсов

траекторий по отношению к плоскости формуемого изделия. Рабочая часть виброуплотняющего органа должна иметь эллиптические

колебания с экстремальными амплитудами (рис. 18.9,а), определяемыми из выражения
Аяах = (а]/(У + 6)2+*2 ± Y{Y~bf^X*)l{2b), (18.14>
min
где а — амплитуда круговых колебаний в центре масс системы;.

X, Y — координаты рассматриваемой точки в прямоугольной системе, где одна из них, например ось У, совпадает с прямой, проведенной через точку приложения вынуждающей силы и центр масс

системы (точка С), а ось X проведена через точку, лежащую на

этой оси и имеющую амплитуду колебаний (в направлении оси Y),
равную нулю (точка О); Ь= 2 т#2\1(гпъ1) — расстояние от центра

масс системы (м) до точки с нулевой амплитудой колебаний по

оси (точка О); 2 тгГ2\ — суммарный момент инерции отдельных

элементов системы относительно ее центра масс, Н-м2; тв — масса вибрируемой системы, кг; I — расстояние от центра масс системы до точки приложения вынуждающей силы, м.
Угол захвата (азах) (см. рис. 18.9,а), образуемый большей осью
14—5258
--------------- page: 207 -----------
эллипсов траекторий и касательной, проведенной в точке пересечения ее с профилем виброоргана, оказывает существенное влияние

на вибротранспортный эффект бетонной смеси. Его значение рекомендуется в пределах
зуемый также между большой осью эллипсов и касательной, рекомендуется в пределах 0 ... 3°.
Рис. 18.9. Схема определения:
<г — экстремальных амплитуд колебаний иа рабочей части внброоргаиа и их проекций на

^координатные осн XY\ б — профилирование рабочей части внброуплотияющего органа н

определение высоты точки захвата бетонной смесн
Рабочая часть виброоргана должна профилироваться из условия обеспечения уплотнения захваченной под виброорган бетонной

смеси до заданной толщины изделия с нормативным объемным коэффициентом уплотнения.
Глубинные вибровозбудители для уплотнения бетонной смеси.

•Они широко применяются для уплотнения бетонных смесей при сооружении монолитных железобетонных конструкций, а также при

изготовлении крупногабаритных изделий, сборного железобетона.
Независимо от типа привода глубинные вибровозбудители делятся на дебалансные и планетарные, генерирующие круговую вынуждающую силу. Двигатель может быть встроенным или вынесен-

210
--------------- page: 208 -----------
ным. В зависимости от вида привода глубинные вибровозбудители

бывают электрические с приводом от трехфазного асинхронного

электродвигателя с короткозамкнутым ротором и пневматические.
По использованию глубинные вибровозбудители можно разделить на ручные и подвесные. Ручные вибровозбудители применяются для уплотнения бетонной смеси в стесненных условиях, а также в насыщенных арматурой и тонкостенных конструкциях. Однако

ручные вибровозбудители не всегда могут обеспечить необходимых

темпов и объемов бетонирования, а также качества уплотнения бетонной смеси. Кроме того, работа с ручным вибровозбудителем требует значительных затрат физического труда. Поэтому при возведений гидротехнических и других крупных сооружений применяются мощные вибровозбудители, подвешенные на самоходные краны

или тракторы в виде вибропакетов. Крановый способ уплотнения

бетонной смеси широко применяют в промышленном и гражданском

строительстве, так как он позволил вести укладку бетонной смеси

толщиной 1 ... 1,5 м и повысил производительность труда более

чем в три раза.
Ручные электрические глубинные вибровозбудители по расположению двигателя разделяются на три вида: 1) с внешним вынесенным двигателем, передающим вращение через гибкий вал;
2)
будителя; 3) со встроенным в корпус двигателем. Подвесные вибровозбудители выполняются с выносным электродвигателем, соединенным с рабочим вибронаконечником жестким валом. Вибровозбудители с вынесенным двигателем и гибким валом применяют для

уплотнения бетона в небольших массивах монолитных густо армированных конструкций. Вибровозбудители чаще всего выполняются фрикционно-планетарного типа (рис. 18.10,а). Вибровозбудители 1 имеют гибкий вал 3 и электродвигатель 2. Работают они при

напряжении 36 В. Мощность привода 1 ... 1,5 кВт и частота колебаний 166 ... 332 Гц. К недостаткам относятся ограниченная длина гибкого вала (не более 5 м), что не позволяет использовать их

в конструкциях большой высоты.
Ручные вибровозбудители со встроенным двигателем

(рис. 18.10,6) представляют собой закрытый цилиндрический корпус 1, внутрь которого встроены электродвигатель 4 и дебалансный

вибровозбудитель 2. Колебания создаются в результате быстрого

вращения неуравновешенного элемента (дебаланса), укрепленного

на дебалансном валу 5 между подшипниками качения 3. Ротор

электродвигателя находится на консольном продолжении деба-

лансного вала, вследствие чего вибраторы этого типа часто называют консольными. Статор электродвигателя 4 запрессован непосредственно в рабочую часть корпуса вибратора. К верхней части

корпуса приварена штанга с рукояткой 6. Штанга состоит из двух

частей, соединенных между собой резиновым амортизатором 7,
14*
--------------- page: 210 -----------
благодаря которому осуществляется гашение колебаний в рукоятке.
Жидкое масло, заливаемое в вибратор, находится в нижней части корпуса вибратора. При вращении дебалансного вала масло

засасывается через коническую насадку и подается вверх по центральному сверлению в дебалансном валу. Поступающее вверх по

каналу масло поступает к подшипникам через радиальные отверстия в дебалансном валу. Смазывая и равномерно охлаждая подшипники, масло сливается в нижнюю часть корпуса. Применение

жидкой циркуляционной смазки устраняет недостатки, создаваемые использованием консистентной смазки, и значительно увеличивает срок службы подшипников, обеспечивая надежную и долговечную работу вибратора.
Возбудители со встроенным электродвигателем отличаются высокой надежностью и вибробезопасностью. Они работают при напряжении 36 В, мощности привода 0,8 ... 1,5 кВт. Для их комплектации необходимы преобразователи частоты тока, что ограничивает их применение. Такие вибровозбудители выпускаются обычно

дебалансного типа, поэтому частота их колебаний ограничена пределами 95 ... 183 Гц. Высокая частота колебаний и возможность

ее, регулирования достигаются в планетарных пневматических возбудителях, где колебания создаются тяжелым элементом — бегунком, планетарно обкатывающимся по беговой дорожке, закрепленной в корпусе вибратора. На рис. 18.10,в показана конструкция

планетарного вибронаконечника с внешней обкаткой бегунка 1.

На рис. 18.10,г представлена конструкция планетарного вибронаконечника 1 с внутренней обкаткой бегунка. В обеих конструкциях

вибронаконечников крутящий момент от электродвигателя передается шпинделю 5 через гибкий вал 3 с помощью кулачковой муфты,

допускающей только правое вращение, что предохраняет гибкий

вал от раскручивания. Далее от шпинделя крутящий момент передается через резинометаллическую муфту 4 бегунку 2.
Разновидностью глубинных вибровозбудителей являются ротационные (рис. 18.10,(9), приводимые в действие ротационным пневмодвигателем 5, составляющим одно целое с бегунком, которые перемещаются в цилиндрическом корпусе 1. По внутреннему шлангу 3

подводится сжатый воздух, а по наружному 2 отводится отработанный воздух. Сжатый воздух попадает в рабочую камеру 11 и выбрасывается через выхлопную камеру 10. Пуск и остановка машины осуществляются краном 4. Статор в виде полой оси 8 с одной

лопаткой 9 стоит неподвижно, а ротор (бегунок) 7 планетарно обкатывается вокруг статора. С торцов пневмодвигатель закрыт

крышками 6 с отверстиями для выпуска воздуха.
В планетарных пневмовибраторах конструкция двигателя органично увязана с конструкцией вибровозбудителя. Они отличаются

компактностью, малой массой, простой конструкцией обслужива-
213
--------------- page: 211 -----------
ния, высокой надежностью в работе, взрыво- и электробезопасностью. Вибровозбудители работают под давлением сжатого воздуха

0,4 ... 0,6 МПа, имеют двойную частоту: низкую 25 ... 60 Гц и высокую 130 ... 300 Гц. Планетарные вибровозбудители применяются для уплотнения бетонных смесей при укладке ее в монолитные

железобетонные и бетонные конструкции с различной степенью армирования.
С целью исключения непосредственного контакта оператора с

вибратором применяются подвесные глубинные вибраторы. На рис.

18.11,а приведена схема подвесного вибратора планетарного типа

с внутренней обкаткой бегунка 3. Этот вибратор имеет вынесенный

электродвигатель 1, прифланцованный к верхней части корпуса

через эластичный амортизатор 2. Вибратор может шарнирно подвешиваться на специальные подвижные кран-балки или на траверт

су самоходных электровиброукладочных машин.
214
--------------- page: 212 -----------
Наибольший эффект в повышении производительности труда,

осуществлении комплексной механизации процессов и улучшения

качества работ при уплотнении бетона в крупногабаритных сооружениях дает пакетирование подвесных вибраторов (до 15 вибраторов в пакете). Конструктивные схемы подвесных вибраторов приведены на рис. 18.11,6 (из четырех вибраторов) и на рис. 18.11,в

(из трех вибраторов). Пакет вибраторов состоит из рамы /, вибраторов 2 и кронштейна для подвески пакета 3. На раме пакета

помещена распределительная коробка, к которой подключаются

отдельные вибраторы и защитное устройство, предохраняющее

оператора от поражения током. Тип и размеры пакета зависят от

габаритов бетонируемой конструкции и применяемого способа механизации. В промышленном и гражданском строительстве применяют пакеты-гребенки, в которых вибровозбудители устанавливаются в один ряд. При работе вибровозбудителей в пакете происходит сложение их колебаний с периодическим ростом и уменьшением слагаемых амплитуд колебаний, т. е. проявлением биения. Это

обстоятельство позволяет увеличивать расстояние между вибровозбудителями в пакете или уменьшить время уплотнения бетонной

смеси, что в обоих случаях повышает производительность процесса

уплотнения.
При строительстве объектов с большим и сосредоточенным объемом бетонных работ в труднодоступных местах применяются плоскостные виброуплотнители (рис. 18.12). Этот тип глубинного вибратора отличается большим радиусом действия. Рабочей частью

плоскостного виброуплотнителя служит вертикально расположенная плита 1. На ней смонтировано два деба-

лансных вибровозбудителя 2, вращающиеся в противоположные стороны и

генерирующие направленные к плите

•колебания, передаваемые от плиты

в бетонную смесь. Интенсивность колебаний плоскостных вибраторов выше, чем у вибровозбудителей с цилиндрической рабочей частью, так как

практически исключено обтекание рабочей части бетонной смесью, а ширина плиты больше длины упругой волны в бетонной смеси. Дальность действия плоскостного виброуплотнителя

достигает 1,5 ... 2,5 м для бетонной

смеси с осадкой конуса 3 ... 5 см.
Применение таких виброуплотнителей позволяет сократить трудоем- рис J812. Плоскостной

кость и стоимость выполняемых работ.
215
--------------- page: 213 -----------
18.4.
переносных вибровозбудителей
Расчет основных параметров работы дебалансных вибровозбудителей общего назначения для уплотнения бетонных смесей. Выбор необходимого типоразмера вибровозбудителя при поверхностном уплотнении бетонных смесей определяется заданной амплитудой колебаний рабочего органа а (м) (при частоте 50 Гц а=

=0,0004 ... 0,0005 м), массой рабочего органа тр (кг) и массой

самого вибровозбудителя /ив (кг).
По приближенной формуле статический момент 5Д (Н-м) массы

Небалансов вибровозбудителя определится по формуле
5Д= (mp+mB) а.
По найденному значению Sa подбирают типоразмер и при необходимости уточняют массу тв.
Исходными данными для расчета основных параметров работы

виброуплотняющего органа при формовании плоских железобетонных изделий являются: частота колебаний, п (Гц); оптимальная амплитуда колебаний в точке захвата бетонной смеси виброорганом

Атах (м) (по большой оси эллипса траектории) (см. рис. 18.9,а);

относительная скорость перемещения виброоргана v (м/с); ширина

виброоргана В (м); водоцементное отношение или жесткость по

вискозиметру уплотняемой бетонной смеси.
Определение основных параметров работы виброуплотняющего

органа. Длина рабочей части виброоргана определится из условия

обеспечения качественного уплотнения бетонной смеси
•^-раб^
где t-в — время вибрирования (с)
*в=2*р/ц,
где tp — вискозиметрическое время расплыва бетонной смеси; jj, —

коэффициент, учитывающий вид колебаний (для одномерных колебаний ц=1; для плоскостных колебаний |д,=1,2 ... 1,25).
Вискозиметрическое время расплыва бетонной смеси
ip—CvI (В/Ц—0,24)2,
где Ср — коэффициент, определяющий эффективность вибрационного режима (табл. 18.1); В/Ц — водоцементное отношение бетонной смеси; 0,24 — оптимальное значение В/Ц.
Подставив в (18.14) значения (18.16), получим
^раб=2СР/[ц (В/Ц—0,24)2],
Общая длина виброоргана (см. рис. 18.9,а)
^общ= (1,2 ... 1,25)1рвб.
Профиль рабочей части виброуплотняющего органа при формовании железобетонных изделий должен обеспечивать нормативный

объемный коэффициент уплотнения бетонной смеси
Купл=5рыхл/5упл’=^)2 ... 1,25,
216
--------------- page: 214 -----------
Таблица 18.1. Значении Ср для различных вибрационных режимов

п/п
в/ц
(В/Ц-0.24Р
С
р
f. Гц
33
50
66
а, м
0,0008
0,0006
0,0004
1
0,45
0,044
2
0,42
0,034
2,4
1,4
1,2
3
0,40
0,026
где йрыхл=АБВГ — площадь неуплотненной бетонной смеси;

Synn — БВГД — площадь уплотненной бетонной смеси (см. рис.

18.9,а).
В зависимости от толщины формуемого изделия б определяется

высота точки захвата бетонной смеси h (см. рис. 18.9,6). Для этой

цели криволинейный профиль рабочей части виброоргана разбивают на отдельные прямолинейные участки с длинами h; 4; h и соответственно высотами h, hi, h2. Тогда 5упл=Ьраб8, *5рЫхл’=(1, 2 ...

... 1,25) 5упл-
Разность А5=5Рыхл—5упл, равная сумме площадей 5Ь S2 и S3

(см. рис. 18.9,6), а высота точки захвата бетонной смеси
^ ___ 2AS \h±l\ (^i ~f~ ^g) ^g] ~4~ hj.3
Для определения углов захвата бетонной смеси азах и ее выхода

СЕвых необходимо в точках Л и £ (см. рис. 18.9,а) построить эллипсы траекторий, а для представления рациональности направления

экстремальных амплитуд колебаний эллипсов траекторий относительно плоскости формуемого изделия следует построить эллипсы

траекторий в двух-трех промежуточных точках рабочей части виброоргана. С этой целью на рабочей части виброоргана строятся со-

фокусные эллипсы и гиперболы с фокусным расстоянием 26, определяющихся уравнением
у2 1 (18.20)
Н"
(бМ2/а2) 62(Л/а— 1)а
= 1.
где
Ь —
перболы; b(A/a—1) — малая полуось эллипса, или мнимая полуось

гиперболы; X, Y — координаты рассматриваемой точки в прямоугольной системе.
Обычно оптимальной амплитудой колебаний в точке захвата (по

большой оси эллипса траектории) задаются в зависимости от принятой частоты колебаний: 33 Гц — Л„,ах=0,0008 м; 60 Гц — Атах=

=0,0006 м; 66 Гц — Лтах=0,0004 м. По заданной оптимальной амплитуде в точке захвата Атах определяют амплитуду круговых колебаний в центре масс системы из выражения (18.14):
я - 2bArJ(VY + bf + X* + V(Y~by + X*). (18.21)
217
--------------- page: 215 -----------
Если после построения фокусных эллипсов и гипербол и направления больших осей эллипсов траекторий в точках захвата и выхода величины углов азах и аВЫх будут отличаться от рекомендуемых значений, необходимо за счет регулируемых грузов, перемещаемых в направлении оси OY, сместить центр массы системы С

относительно оси вращения дебалансов так, чтобы получить рекомендуемые значения.
Суммарный статический момент массы дебалансов (Н-м)
25д = (тв — aCMmCM) а,
где тв — масса вибрирующей системы, кг; /псм — масса бетонной

смеси, кг; асм — коэффициент присоединения смеси; а — амплитуда круговых колебаний в центре масс системы, м.
Зная количество дебалансов в вибровозбудителе и величину

статического момента одного из них, назначают его геометрические

размеры (по методике, изложенной в § 18.3).
Навесной виброуплотняющий орган должен быть изолирован от

опорных конструкций. Наиболее рациональным виброизолятором

является резиновая втулка. Деформация виброизолятора-втулки

Таблица 18.2. Значения Е для резины
Твердость резины по ТМ2
40±3
50 + 4
60±4
Е, МПа
0,4...0,5
0,6...0,7
0,9...1,1
Допускаемое касательное напряжение
0,1
0,15
0,18
сдвига при динамических нагрузках,
МПа
носит сложный характер, так как имеют место сжатие, сдвиг и

растяжение. При длине виброизолятора (втулки) I, превышающей

ее диаметр 2R, и при отношении R/r<2, что возможно, радиальное перемещение внутренней обоймы.
} ( R—r2 у,
3nEl \ R*+ г2 /
где Р — радиальное усилие, передаваемое на втулку, Н; Е—модуль сдвига резины, МН/м2 (табл. 18.2); R — наружный диаметр

втулки, м; г — внутренний диаметр втулки, м; I — длина втулки, м.
Радиальная жесткость виброизолятора-втулки
Из условия виброизоляции опорных конструкций суммарная

жесткость виброизоляторов
С=твт2,
где тв — масса вибрирующей системы; Ио=28 с-1 — собственная

частота виброуплотняющего органа на виброизоляторах.
218
--------------- page: 216 -----------
Жесткость одного виброизолятора
С\=С/п,
где п — число виброизоляторов-втулок.
Расчет основных параметров работы глубинных виброуплотнителей бетонной смеси. Основными параметрами глубинных виброуплотнителей являются их частота колебаний, амплитуда, мощность привода и производительность. Частота колебаний деба-

лансных вибровозбудителей равна частоте вращения дебалансного

вала. Частота колебаний планетарных вибровозбудителей определяется по формулам (18.8) и (18.9) и принимается в зависимости от диаметра корпуса вибровозбудителя (табл. 18.3).
Амплитуда колебаний корпуса вибровозбудителя в точке приложения вынуждающей силы принимается

в зависимости от принятой частоты колебаний. Для ручных вибровозбудителей она составляет не менее

0,0003 ... 0,0005 м при

частоте более 250 Гц

и не м^енее 0,0005 ...
... 0,0007 м при частоте 200 Гц и ниже.
Во избежание расслоения бетонной смеси амплитуда не должна превышать 0,0012 ... 0,0013 м. Для подвесных виброуплотнителей амплитуда колебаний принимается 0,0007 ... 0,0010 м при

частоте 200 ... 150 Гц и не менее 0,002 ... 0,004 м при частоте ниже 150 Гц.
Мощность, расходуемая на поддержание колебаний вибровозбудителя в бетонной смеси (Вт),
N—mKraw3 sin 2f,
где тя — масса дебаланса, кг; г —эксцентриситет дебаланса, м;

а — амплитуда колебаний корпуса в точке приложения вынуждающей силы, м; со — угловая скорость обкатки бегунка, с-1; ср —

угол сдвига фазы между вынуждающей силой и перемещением

корпуса.
Максимальное значение мощности будет в случае, когда диссипативные сопротивления среды достигнут значения, при которых угол сдвига фаз <р=я/4. Следовательно, рассеиваемая вибровозбудителем мощность в бетонной смеси
Таблица 18.3. Частота колебаний

в зависимости от диаметра корпуса

вибровозбудителя
Диаметр корпуса

внбровозбудителя

10 3> м
Рекомендуемые частоты колебаний
Гц
кол/мии
25...35
400..
300
24000...18000
35... 50
300..
250
18000...15000
50...35
250..
200
15000...12000
' 70...125
200..
150
12000...9000
125
150..
100
9000...6000
N=Nmaxsin 2ф.
(18.27)'
219
--------------- page: 217 -----------
Необходимо иметь в виду, что с увеличением силы сопротивления амплитуда колебаний корпуса вибровозбудителя уменьшается в соответствии с зависимостью:
ai = acos<p
и при сдвиге фаз <р=я/4 амплитуда колебаний корпуса
ai=a cos я/4=0,7а.
Техническая производительность виброуплотнителей (м3/ч)
Пт = 2 KR2H
^виб Ч- ^пср.виб
где К — коэффициент использования виброуплотнителя (К =

= 0,85); R — радиус действия виброуплотнителя, м (обычно R=

= (4 ... 6)Z)H, где DH — наружный диаметр корпуса); Я —толщина вибрируемого слоя, м [H = L—(0,05 ... 0,15), где L — длина

рабочей части вибровозбудителя, м, (0,05 ... 0,15)—глубина

проникновения виброуплотнителя в предыдущий слой при проработке очередного слоя бетонной смеси]; tBИб — оптимальное время вибрирования бетонной смеси в каждом месте погружения

виброуплотнителя, /ВИб=15 ... 40 с; ^пер.виб — время перемещения

вибратора с одной позиции на другую, ?Пер.виб=5 ... 15 с.
18.5.
Изготовление железобетонных изделий на вибрационных площадках и установках осуществляется в специальных формах. Разница между вибрационной площадкой и вибрационной формовочной

установкой в том, что первая имеет один или несколько столов,

на которые ставят форму, воспринимающую от них колебания, а

вторая таких столов не имеет — форму ставят на виброизолирующие опоры и приводят в действие непосредственно вибрационным приводом. Преимущество вибрационных площадок заключается в универсальности, что предопределяет их широкое применение при производстве железобетонных изделий, так как они

позволяют формовать различные типы железобетонных изделий:

плоские (стеновые панели, плиты, перекрытия и др.), протяженные профильные (балки, опоры, сваи и др.), с криволинейным

профилем и трубчатые '(тюбинги, лотки, трубы и др.)- Одним из

существенных недостатков вибрационных площадок является необходимость колебать большие массы, включающие массу конструкции площадки, массу формы и пригруза.
По виду движения рабочего органа вибрационные площадки

можно разделить на машины с вертикально направленными, горизонтально направленными и круговыми колебаниями. По характеру движения рабочего органа, наличию или отсутствию периодических ударов их подразделяют на вибрационные и ударно-

вибрационные. Первые, в свою очередь, могут быть поделены на

синусоидальные (моногармонические) и двухчастотные (бигар-

220
--------------- page: 218 -----------
монические). Удары у вторых преимущественно осуществляются

через упругие прокладки. По типу привода вибрационные площадки подразделяются на машины с силовым возбуждением (де-

балансным виброприводом) и кинематическим возбуждением от

кривошипно-шатунного привода. По настройке режима площадки

делят на нерезонансные, резонансные и ударно-резонансные.
Рис. 18.13. Виброплощадки
Рассмотрим схему виброплощадки вертикально направленного действия (рис. 18.113). Они обычно бывают блочного типа, собираемые в различные типоразмеры из унифицированных блоков.

Собирают их преимущественно в один или два ряда (в зависимости от ширины изделия). Виброблок состоит из опорной поверхности 1, под которой устанавливается двухвальный вибровозбудитель 2. Виброблок через виброизолятор 3, состоящий иг

параллельно соединенных винтовых пружин, опирается на смежную опорную раму 8. Вращение дебалансным валом передается

от асинхронных с короткозамкнутым ротором электродвигателей

7, через синхронизаторы 6 и карданные валы 5 и 4. Оба ряда

виброблоков соединены между собой через конические приставки

9 синхронизаторов телескопическим карданным валом 10, который позволяет изменять расстояние между рядами виброблоков.

Синхронизаторы обеспечивают синхронно-синфазное вращение де-

балансных валов. Крепление формы к виброблокам осуществляв

ется притяжными электромагнитами. Двухвальный вибровозбудитель 2 представляет собой стальной литой корпус, в котором на

сферических роликоподшипниках установлены два параллельных

вибровала, на концах которых установлены дебалансы со ступенчатой регулировкой статического момента.
I
221
--------------- page: 219 -----------
Грузоподъемность одного унифицированного блока изменяется от 1 до 2 т в зависимости от принятой амплитуды колебаний

(0,0004 ... 0,0006 м) и частоты колебаний 50 Гц.
Уплотнение бетонной смеси происходит за счет передачи поддону формы колебаний от вибровозбудителя.
Виброплощадки горизонтально направленного действия с око-

лорезонансной настройкой, состоящие из двухвальных дебалансных

вибровозбудителей, приводятся во вращение от вынесенного электродвигателя постоянного тока через клиноременную передачу и

карданные валы. Вибровозбудители, установленные на раме, образуют первую массу системы, которую принято называть активной.

Через пружины резонансной настройки первая масса — рама соединяется с опорой формы — второй массой, — называемой пассивной. Опора формы имеет две щеки, в проемы которых входят кронштейны формы,' зажимаемые клиньями под действием силы тяжести грузов рычажной системы.
Освобождение формы осуществляется гидроцилиндрами, которые приподнимают грузы, вследствие чего прекращается действие клиньев. Рама, опора формы и сама форма с бетонной

смесью опираются на резиновые виброизоляторы. Масса изготовляемых изделий и формы в процессе эксплуатации виброплощадки неизбежно изменяется. Чтобы сохранить принятый коэффициент резонансной настройки (отношение вынужденной частоты колебаний системы к частоте собственных колебаний со/ыо),

применен электродвигатель постоянного тока с устройством для

регулирования его скорости вращения. Колебдния бетонной смеси в этих виброплощадках передаются от вибровозбудителя через продольные борта, поддон формы и через напряженную арматуру за счет тангенциальных ускорений. Это обстоятельство

несколько снижает разрешающую способность виброплощадок

горизонтально направленного действия. Однако формование на

них профильных протяжных изделий небольшой толщины

(^0,2 ... 0,3 м) (балки, опоры электросети, стойки различного

назначения) полностью себя оправдало. Разрушающую способность виброплощадки горизонтально направленного действия можно повысить за счет смещения направленных колебаний вибровозбудителей относительно центра тяжести системы и получить

вертикальные колебания порядка 0,00015 ... 0,00020 м.
Более эффективным будет введение в приемную часть бортовой оснастки гребешков, которые передадут бетонной смеси нормальные ускорения, вызовут в ней тиксотропные превращения, а

затем поступят под действие тангенциальных ускорений бортов

и поддона формы.
Виброплощадки горизонтально направленного действия в отличие от виброплощадок вертикально направленного действия

имеют более простую конструкцию, меньшую массу, меньшую потребляемую мощность. За счет резонансной настройки формы в

222
--------------- page: 220 -----------
продольном направлении имеют жесткость, достаточную для того*

чтобы получить равномерное распределение амплитуд колебаний-

при формовании протяженных изделий. Такие виброплощадки выпускаются грузоподъемностью 5 ... 25 т с частотой колебаний^

^ 50 Гц и амплитудой 0,0004 ... 0,0005 м.
Рис. 18.14. Виброблок
ударно-вибрационной
площадки
В ударно-вибрационных площадках (рис. 18.16) форма с изделием опирается на упругие резиновые прокладки, расположенные

на верхней поверхности блоков. При формовании изделия на такой площадке уплотнение бетонной смеси происходит в результате соударения формы с вибровозбудителем через резиновые

прокладки. Ударный эффект при этом определяется величиной;

вынуждающей силы, жесткостью резиновых прокладок и зависит

от способа опирания формы. По способу опоры формы ударновибрационные площадки выполняют в двух

вариантах: со свободным опиранием формы на упругие прокладки (рис. 18.14,а)

с безынерционным прижатием формы

к упругим прокладкам с установкой дополнительных пружин (рис. 18.14,6). Второй

вариант исполнения ударно-вибрационной

площадки наиболее распространен.
На рис. 18.15 показана принципиальная

.схема прижимного устройства для безынерционного прижатия формы к упругим прокладкам. За счет жесткости и предварительного поджагия винтовой пружины 1

определяется ее сила натяжения. Регулирование предварительного поджатия пружины осуществляется гайкой 2. Для прижатия формы к упругим прокладкам служит пневмопривод 3.
На рис. 18.16 представлена конструктивная схема ударно-вибрационной площадки. Дебалансы 6 вибровозбудителей

приводятся во вращение от асинхронного

электродвигателя с короткозамкнутым ротором 1 через синхронизаторы 2 и карданные валы 3. Синхронно-синфазная работа
Рис. 18.15. Схема прижимного устройства дл»

безынерционного прижатия формы к упругим

прокладкам:
/ — винтовая пружина; 2 —

гайка; 3 — пневмопривод;

4 — опорная рама; 5 — форма
а)
V, Л;/////,-,.
$ t>
яшшшяшшш у/шушм////////////////////*
223
--------------- page: 221 -----------
<обоих рядов виброблоков осуществляется через синхронизаторы

-с коническими приставками и телескопический карданный вал.

ЛЗиброблоки на опорную раму 7 опираются через виброизоляторы 8. Упругие резиновые прокладки 4 устанавливаются на кронштейны 5.
Уплотнение бетонной смеси при формовании изделий происходит за счет передачи поддону формы ударных импульсов при

соударении с упругими резиновыми прокладками.
Рис. 18.16. Схема ударно-вибрационной площадки
В ударно-вибрационных площадках расстояние между виброблоками (по длине и ширине) и жесткость формы должны быть

такими, чтобы отклонение размаха колебаний по площадке формы

не превышало 20% от среднего значения. Линия действия равнодействующих вынуждающих сил вибровозбудителей и других пе-

-ременных сил должна проходить через центр тяжести вибрируе-

мой системы. Формы на площадке размещают так, чтобы ее центр

тяжести находился на линии равнодействующей всех сил. Опорные поверхности кронштейнов под упругие резиновые прокладки

располагают в одной плоскости (допускается отклонение не более

0,001 ... 0,002 м) и опорные поверхности формы — также в одной

плоскости (допускается отклонение не более 0,004 м).
Упругие резиновые прокладки должны плотно прилегать к

опорной поверхности кронштейнов и быть надежно закреплены;

прижимные устройства должны располагаться симметрично отно-

■сительно линии действия всех сил и обеспечивать равномерное

прижатие всей площади формы. В качестве упругого элемента

:используются винтовые пружины или резиновые столбики.
18.6.
работы виброплощадок
Расчет основных параметров режима работы виброплощадок с

вертикально направленными колебаниями нерезонансного действия. Используем одномассную расчетную схему (рис. 18.17,а).

'Система является центральной, т. е. равнодействующей вынуждающих и других переменных сил, проходит через центр масс виб-

рируемой системы с одной степенью свободы в направлении оси

ОХ, определяющей перемещение центра масс системы. К колеб-

.224
--------------- page: 222 -----------
лющимся частям виброплощадки с присоединенной массой бетонной смеси приложена синусоидально направленная вынуждающая, сила Ftx, генерированная двухвальным дебалансным вибровозбудителем с синхронно-синфазным вращением дебалансных

валов. Между колеблющимися частями виброплощадки и фундаментом установлены виброизоляторы, включающие параллельно

соединенные между собой и в группе пружины общей жесткостью

С и демпферы общим сопротивлением Ь.
Рис. 18.17. Схемы к расчету основных параметров режима работы виброплощадки с вертикальными колебаниями нерезонансного действия:

а — расчетная схема виброплощадки; 6 — векторная диаграмма действующих сил; в — осциллограммы упругой силы, силы сопротивления демпферов и их суммы
Дифференциальное уравнение системы запишется так:
mbX-\-b^-\-CX=Facos (со/+ср),
где X — координата перемещения системы, отсчитываемая от положения равновесия системы;
X=acosd)t,
а—амплитуда колебаний, м; тъХ — сила инерции, порожденная

колебательным движением системы; тв — вибрируемая масса, отличающаяся от статической тем, что бетонная масса участвует

в вибрировании не полной своей массой, кг; Я — виброускорение

системы, м/с2; ЬХ — суммарная сила сопротивления демпферов;
— суммарный коэффициент сопротивления демпферов;

X — виброскорость системы, м/с; СХ — суммарная упругая сила

пружин; С — БCi — суммарный коэффициент жесткости пружин.
15-5258
--------------- page: 223 -----------
Учитывая, что система колеблется по синусоидальному закону с угловой частотой вынуждающей силы ©, все силы, входящие

в уравнение (18.30), должны также изменяться по тому же закону с той же частотой и могут быть представлены соответствующими векторами на векторной диаграмме (см. рис. 18.17,в).
Для определения постоянных а и ср уравнений (18.30) и

(18.31) воспользуемся методом вращающегося вектора. Отложим

на векторной диаграмме (рис. 18.17,в) амплитуду перемещений

а в виде вектора, направленного вверх (пунктиром). Упругая

сила пружины по амплитуде Са на диаграмме отложится вертикально вниз — амплитуда силы сопротивления демпферов ЬЬХ

повернута на угол я/2 по отношению к упругой силе пружин. Сила инерции по амплитуде тваа2 повернута на угол я/2 по отношению к силе сопротивления демпферов. Амплитуда вынуждающей силы F а повернута относительно перемещения на

угол ф.
Уравнение динамического равновесия системы (18.30) налагает условие, чтобы алгебраическая сумма всех рассматриваемых

сил в любой момент времени была равна нулю, а это означает,

что геометрическая сумма амплитуд векторов этих сил также

должна быть равна нулю. Следовательно, сумма вертикальных и

горизонтальных проекций векторов сил должна быть равна нулю:

F acos ф‘+/ивасо2—Са=0;
(18.32)
baa—Fasin ф=0.
Решая уравнения (18.32) относительно амплитуды перемещения а и угла ф, получим
а = FJV(C — my f -f ft V;
tgcp = bmf(C — mB CD2).
Принимаем b=2mBh, C—mBcoo2, где h — коэффициент затухания; coo — собственная частота недемпфированной системы.

Тогда
tg«p = 2/гсо/(ю02-ю2).
Сила, которая давит на фундамент через виброизоляторы,

Р *св = С a cos Ы-\-Ьаа> cos (co/-fW2). Осциллограммы этих сил и их

сумма Ptсв показаны на рис. 18.17,6.
Равнодействующая амплитуд этих сил Р,,св = а |/~С2 -(- 6V . Со-,

гласно принятым обозначениям b и С, получим
рСсв = Са -I/l j- (— —У.
V \ Ю0 со0 /
Степень виброизоляции опорных конструкций, например фундамента, определяется коэффициентом передачи, т. е. отношением

226
--------------- page: 224 -----------
силы, передаваемой виброизоляторами к вынуждающей силе:
(18.36)
Если из (18.36) исключить h, т. е. сопротивление демпферов

виброизоляторов, получим коэффициент передачи для виброизоляторов, включающих только пружины с упругой характеристикой: т]с=1/(1—<й2/<йо2). Коэффициент передачи будет малой величиной, если отношение <о/со0 будет большим значением. В этом

случае т)с=соо2/со2.
При разработке конструкции виброизоляторов с упругой характеристикой необходимо знать их жесткость, которую определяют по формуле
С=тв(Ло2.
Вибрируемая масса тъ определяется грузоподъемностью виброплощадки и размерами формуемого изделия, .поэтому основным

параметром, определяющим жесткость виброизолятора, будет собственная частота ©о-
Исследованиями выявлены рациональные отношения соо/ю,

при которых обеспечивается надежная виброизоляция опорных

конструкций. Так, для вынужденной частоты п=50 Гц К=

=соо/со=1/10 ... 1/12. Для других вынужденных частот отношение соо/со определяется из условия, что coo = /(a) = const=28 с-1.

Тогда, например, для п—25 Гц /С=1/6.
В качестве демпфирующих элементов виброизоляторов используют резиновые шайбы (столбики), работающие на сжатие.

В общем случае жесткость резиновых шайб (столбиков) зависит

как от величины деформации, так и от ее скорости.
Для виброплощадок, колебания которых в рабочем режиме

происходят при сравнительно небольших амплитудах, можно принять, что жесткость не будет зависеть от деформации. Скорость

деформации является величиной переменной, поэтому для расчета жесткости принимается некоторая средняя — эффективная

величина, поэтому она рассчитывается не по статическому, а по

динамическому (эффективному) модулю сжатия £ди„.
Для резиновых виброизоляторов применяют конструктивные

резины средней твердости 45 ... 50 ед. по твердомеру ТМ-2. Для

данных резин логарифмический декремент затухания е =

= enehT° =/z7’o = 0,4, где Т0 = 2я/со0 — период собственных колебаний.
Коэффициент затухания h = e/T0=0,4/T0 = 0,4(oo/(2n). Приняв (Оо=28 с-1, /г=1,8.
Воспользовавшись зависимостями (118.36) и (18.37) и значениями /С=соо/со=1/10 и h= 1,8: т)с=1/100; т]с.в=1/71, т. е. силы,

передаваемые на фундамент через виброизоляторы, в обоих слу15*
--------------- page: 225 -----------
чаях пренебрежимо малы по сравнению с вынуждающей силой.

Поэтому в расчетах этими силами пренебрегают. Тогда в соответствии с (18.32) вынуждающая сила равна силе инерции: Fа=

= —тваа>2. Знак минус указывает, что принятое направление вынуждающей силы на схеме рис. 18.17,в будет обратным, т. е. (5у-

дет опережать перемещение на угол я, cos ф принят равным единице, так как силой сопротивления демпферов пренебрегли, т. е.

Ф=0. Тогда
Fa=mBaco2.
Вибрируемая масса (см. рис. II8.17,а):

тв=тк-\-тф-\-асмт
СМ»
(18.39}
где тк — масса вибрируемых частей виброплощадки, mK=0,35Q,

Q — грузоподъемность виброплощадки, равная массе формы с изделием, кг; /Яф — масса формы, кг; тси — масса бетонной смеси
изделия, кг; асм — коэффициент

присоединения бетонной смеси для

плоских изделий толщиной 0,30 м

можно принять асм^О^б ... 0,35;

для высоких а’См=0,2 ... 0,25.
По данным исследований тф+

+ aCM«cM=0,65Q. Тогда для блочных виброплощадок mB=0,35Q +

+ 0,65Q=iQ, т. е. вибрируемую массу можно принимать равной грузоподъемности виброплощадки. Эффективность расплыва и уплотнения бетонной смеси при вибрационных режимах находится в логарифмической зависимости от ускорения

независимо от частоты.
Для виброплощадок с частотами колебаний 50 Гц и более оптимальная амплитуда колебаний
йопт1^ (4 ... 6)§Усо2. (18.40)

Для частоты 50 Гц а0щ- определяется по нижнему и верхнему

ускорению, т. е. а0пт—0,0004 ... 0,0006 м; для более высоких частот — по верхнему пределу ускорения. Блочные виброплощадки

работают на частоте 50 Гц.
Суммарный статический момент массы дебалансов /идг определяется из условия, наложенного на. расчетную схему:
Рис. 18.18. Схемы соединения

пружины и демпфера в виброизолятор и соединение их в группы:

а — параллельное соединение; б, в —

последовательные соединения; г—виброизолятор собран последовательно, &

в группу параллельно
m^r—Qa0
(18.41)
При
^ОПТ
ка составляет. 1 т, при аОПт=0,0004 м — 2 т. Приняв оптимальную амплитуду ■в зависимости от заданной жесткости бетонной

смеси и зная в плане габариты изделия и грузоподъемность виб-

228
--------------- page: 226 -----------
роплощадки, определяют количество виброблоков. При этом расстояния между блоками могут быть: по длине ряда L=

—0,9 ... 1,8 м; по ширине между рядами £=1,15 ... 1,69 м, а

форма перекрывает магниты не менее чем на 0,25 м. Определив

количество виброблоков п, статический момент массы дебалансов

вибровозбудителя одного виброблока
mAV=Qa0nT/4ra.
Дебалансы вибровозбудителя выполняются со ступенчатой регулировкой статического момента и состоят конструктивно из

основного и одного-двух дополнительных, поэтому общий статический момент
5=5осн+5д0д,
где 50сн=2тдг//г1, «1—4 —число дебалансов в каждом вибро-

возбудителе.
Размеры дополнительного дебаланса выбирают из условия,

что каждый из них должен увеличить амплитуду колебаний на

0,0001 м.
Виброизоляторы в виброплощадках собирают по двум схемам — параллельной и последовательной. Суммарная жесткость

при параллельной'схеме (рис. 18.18,а).
CB/=Cinp-|-C^,
где СщР — жесткость пружины; С!д — жесткость демпфера.
При последовательной схеме (рис. 18.18,б, в) суммарная жесткость
l/CB'=l/Clnp-)-l/Clfl или

Св/=С1ПрС1д/(Сшр-)-С1д).
В группу они собираются параллельно (рис. 18.18,г). Суммарная жесткость группы
Сп = БСв, = БС)пр + БС1д;
или С„ - 2С„, - £
^ 1пр ~Г С1Д
Более рациональной является последовательное соединение

пружины с демпфером, так как в этом случае сопротивления

демпферов в рабочем режиме работы машин незначительны, а в

период останова (пуска) создаются необходимые сопротивления

для погашения резонансной раскачки, которая отрицательно влияет на отдельные узлы машины и на структуру свежеотформован-

ного бетонного изделия.
Суммарная (приведенная) жесткость виброизолятора
Св' = -2s- ю02 « —в- 282.
п
Далее, приняв конструкцию виброизолятора, определяют жесткость и назначают конструктивные параметры.
Рассчитав жесткость виброизоляторов, выполненных из винто229
--------------- page: 227 -----------
вых пружин с последовательным соединением с резиновом шайбой, можно убедиться, что жесткость резиновой шайбы значительно больше жесткости винтовой пружины. В рабочем режиме

работы машины резиновая шайба фактически не работает, поэтому потери на сопротивление незначительны. Резиновая шайба

будет работать только при останове машины и значительно уменьшит резонансную раскачку за счет возникших сил сопротивления.
Рис. 18.19. Графики к расчету резиновых виброизоляторов
Размеры резиновой шайбы определяются согласно зависимости
C1R = $ERmF-±-,
h
где р — коэффициент формы резиновой шайбы, зависящий от отношения опорной площади к боковой поверхности; р =

= /(50п/5б) (рис. 18.19,а); Еяин— динамический модуль сжатия

резины (для рекомендуемых выше резин может определяться по

рис. 18.19,6): 5 — поперечная площадь, м2; h — высота, м.
Расчет фундамента под

виброплощадки производится из условия виброизоляции прилегающих рабочих мест.
При приближенном расчете вибрации фундамента,

т. е. без учета влияния инерции грунта и затухания,

которое вносится им, можно

Рис. 18.20. Схемы к расчету фундамента рассматривать фундамент
как жесткое тело, опертое на

упругое основание с линейной характеристикой без учета давления грунта на его боковую поверхность. На основании наложенных условий представим расчетную схему фундамента

(рис. 18.20,а), которая является центральной системой, что обес-
230
--------------- page: 228 -----------
печивает только вертикальное перемещение его массы /ИфН. На

фундамент через вибрйизоляторы, включающие последовательно

соединенную пружину жесткостью СШр с демпфером жесткостью

CiK, передается вынуждающая'упругая сила Ра.с- Сам фундамент опирается на грунт жесткостью Сюсн.
Условие динамического равновесия фундамента запишется:
Р а.с-[“^оснОфн-[~^фнОфн®2:=:0,
где Ра.с — амплитуда суммарной упругой силы Рг.с=Са, С —

суммарная жесткость виброизоляторов; а —амплитуда вынужденных колебаний; йфН — амплитуда колебаний фундамента;

ШфН — масса фундамента вместе с опорной рамой; Шфнйфн®2 —

сила инерции фундамента;
С а + С10снафн

=^(18-5°)

где Сф — амплитуда колебаний формы; тр — масса опорной рамы

виброплощадки.
При расчетах амплитуду колебаний фундамента принимают

равной предельно допустимому значению согласно санитарным

нормам.
Для определения коэффициента упругости основания грунта

Cioch используют гипотезу о том, что перемещение f в каждой

точке контакта фундамента с грунтом пропорционально давлению

в этой точке:
где Rx — равнодействующая вертикальной реакции грунта, равная сумме масс: виброплощадки т„, формы /Пф, бетонной смесй

изделия тем и фундамента ШфН; 5 — площадь подошвы фундамента; Кх — коэффициент упругого равномерного сжатия грунта.
Зависимость (18.51) преобразуем к виду
Cl0CH=KxS.
Исследования показали, что коэффициент Кх зависит не

только от свойств грунта, но и от размеров и формы фундамента.

Так, для площади фундамента 5^10 м2 принимают:
Kx = KXioVWS,
где Кхю — коэффициент упругого сжатия грунта (табл. 18.4) с

площадью фундамента подошвы, равной и болёе 10 м2 (влияние

на формы подошвы фундамента можно не учитывать); рекомендуется принимать Кхю=2 ... 3; S — площадь фундамента назначается из условия, что последний выполняется преимущественно

ленточного типа под продольные или поперечные балкн опорной

рамы виброплощадки (рис. 18.20,6); при первоначальных расче231
--------------- page: 229 -----------
тах продольных балок можно принимать равной длине формы

или изделия, поперечных ширине формы или изделия.
Далее, определив массу фундамента по (18.50), необходимо

проверить среднее статическое давление, передаваембе подошвой

фундамента на грунт:
qPacx=R/S^q.
<7расх не должно превышать значение нормативного давления q

(см. табл. 18.4) более чем на 10%. В противном случае необходимо по qрасх принять Кх\о и по нему пересчитать Кх, Сюсн и

скорректировать размеры фундамента. После окончательного определения массы фундамента принимают его размер по основанию и определяют глубину заложения.
Таблица 18.4. Значения
Категория
грунта
Наименование грунта
Допустимое давление

на грунт, МПа
КХ10
I
Слабые грунты: глины, суглинок в

пластичном состоянии, супесь и пески средней плотности
(0,1..
.0,15) 105
2.
.3
II
Грунт средней плотности: глины и суглинок на границе раскатывания,

пески
(1,15.
..0,35)10*
3.
.5
ш
Прочные грунты: глина и суглинок в

твердом состоянии, гравий и гравелистые пески, лёсс и лёссовидные суглинки
(0,35.
..0,5)106
5.
.7
Усилие, необходимое для закрепления формы Ркр, определится как разность между амплитудным значением инерционной силы от силы тяжести формы смеси и пригруза Pia и силой тяжести формы с бетонной смесью /Пщ (рис. 18.20,а). Ркр—

—Pia—miB; т.1В=тф-\-асы1Псы—0,65С} (см. ранее). Тогда зависимость (Ркр) перепишется в виде PKP=0,65Q (асо2— 1).
Расчетное усилие при электромагнитном креплении принимают РрасчН^кр, гДе Р=М — коэффициент запаса.
Мощность приводных электродвигателей N (кВт) виброплощадки можно определить из условия, что возникающие при работе виброплощадки сопротивления слагаются из сил сопротивлений колебательного и вращательного движений. Силы сопротивления колебательному движению малы по сравнению с силами сопротивлений вращательному движению в подшипниках вибровозбудителей. На основании изложенного мощность приводных

электродвигателей
N = (1,25 ...1,3)—^°-,
'
232
--------------- page: 230 -----------
где (1,25 ... 1,3) — коэффициент, учитывающий расход мощности,

вызванный сопротивлениями колебательному движению и сопротивлениями вращательному движению в сочленениях карданных

валов, а также вентиляционные потери; второй множитель учитывает потери мощности за счет сопротивлений в подшипниках вибровозбудителей; Fa—амплитудное значение вынуждающей силы, Н; п—

частота колебаний вибровозбудителя, с-1; й — диаметр вала подшипника качения, м; ^ — условный коэффициент трения качения,

приведенный к валу при вибрационном нагружении подшипников.
При вибрационном нагружении подшипников качения количество и свойства закладываемой (заливаемой) смазки приобретают первостепенное значение для сохранения долговечности работы подшипников качения. Установлено, что количество закладываемой консистентной смаз-Г

ки не должно превышать 1/6 ... 1/4

свободного объема подшипника, а заливаемой жидкой — по уровню диаметра

нижнего тела вращения. При указанном

выше режиме смазки И диаметре вала Рис. 18.21. Расчетная схема

^>0,055 м можно принять: для шарико- ударно-вибрационной пло-

подшипников—цв=0,004 ... 0,006; для
роликоподшипников—ц„=0,005 ... 0,008.
Расчет основных параметров работы ударно-вибрационных

площадок с вертикально направленными колебаниями. На

рис.. 18.21 представлена расчетная схема ударно-вибрационной

площадки с безынерционным поджатием формы и упругой прокладкой, которая является двухмассной центральной системой.

Для расчета основных параметров режима работы ударно-вибра-

ционной площадки должны быть заданы следующие исходные

данные: /иСм — масса формуемого изделия, /Яф — масса формы,

Я — высота формуемого изделия, v — жесткость бетонной смеси.

Далее назначаются частота колебаний и продолжительность вибрирования. Для большинства изделий жилищного и промышленного строительства могут быть приняты: частота колебаний со=

= 150 с-1 (п=25 Гц) и время вибрирования iB=150 ... 180 с.
Массу колеблющихся частей площадки ориентировочно принимают: тк=(0,4 ... 0,5) (/Иф+Шсм). Меньшее значение —для

блочных площадок, большее, если виброблоки в поперечном направлении связаны балкой. Стабильность режима работы ударно-вибрационной площадки с периодом, равным периоду вынуждающей силы, для .центральной системы определяется следующими условиями: Q,8^q^.l,4; !1,6^Р^4, где Р — обобщенный параметр, характеризующий собственные свойства системы; q — обобщенный параметр, характеризующий влияние внешнего воздействия на систему. При формовании плоских изделий q и Р долж233
--------------- page: 231 -----------
ны находиться в пределах: 0,8<I<7<1,4; £*>1,6. Оптимальными

являются: <7 = 0,8 ... 1,1; Р—2,5 ... 4, определяемые по следующим

зависимостям:
тт + отф + тк то, + таф + Рпр _
^
'=/
('«см + тф + mK)g С_

(«см + тф)тк и2
где Рпр — сила безынерционного прижатия формы; Fa — амплитуда вынуждеающей силы; С — суммарная жесткость упругих прокладок; g — ускорение силы тяжести; со — угловая частота колебаний.
Удельная мощность (отнесенная к единице массы изделия)

для рассматриваемой ударно-вибрационной площадки
Nyn=KoKi (Ri/2)2<o3,
где Ко — коэффициент, характеризующий полезное действие рабочих органов машины; для со=150 1/с /С0=1,2; К>\ — коэффициент, зависящий от схемы устройства машины и соотношения

масс образующих ее элементов
1 858

1 2 тт 1 + /Ясм.прАяф
где /Ясм.пр — присоединенная масса бетонной смеси; /иСм.пр =

—асмГПсм, асм — коэффициент присоединения бетонной смеси (при

формовании изделий высотой #<0,50 м асм=1 ••• 3 Н2).
Для первоначальных расчетов массу формы тф принимают

равной массе бетонной смеси /Яф=тсм.
Коэффициент /С2 является функцией параметров стабильности

работы площадки К2=f(q, Р) и определяется по графику

рис. 18.22,а. '
Суммарный статический момент массы дебалансов
S
где R — размах колебаний формы без бетонной смеси; коэффициент £ зависит от параметров стабильности работы площадки q

и Р и отношения Ь = тСм/Шф (рис. II8.22,6).
Статический момент массы дебаланса вибровозбудителя 5Д==

~S/(nth), где и —число виброблоков площадки; «1—число дебалансов в виброблоке.
Вынуждающая сила Fa=S<>>22/g.
Сила безынерционного прижатия формы
Рщ^(>Пф + тсм)(
\ + 7йф + тк }
Суммарная жесткость упругих прокладок

+тск) ткР2<о2 / [Отф+т см -f mKg].
234
--------------- page: 232 -----------
Суммарная рабочая площадь упругих прокладок 5пр=

=Ch/EKин, где h — высота упругих прокладок; Е — динамический

модуль упругости сжатия резины. В качестве материалов упругих прокладок используют техническую листовую резину с £дин=

= 8 ... 12 МПа и транспортерную ленту с £,ЛИн=15 ... 20 МПа.
Расчеты опорных виброизоляторов производят по методике, изложенной ранее. Ориентировочно суммарную жесткость виброизоляторов принимают Ci^0,35 С. Жесткость упругих элементов
Рис. 18.22. Графики параметров стабильности работы ударно-вибрационной
площадки
(суммарно) устройства для безынерционного поджатия формы

должна удовлетворять условию Ci^Ci/2. Значение Сг должно

быть таким, чтобы при изменении массы формы с бетонной

смесью параметр стабильности работы площадки q не изменялся

или изменялся не более чем на ±0,1. Величина деформации упругих элементов устройства для безынерционного поджатия формы должна быть не менее 0,020 ... 0,025 м.
Машины для заглаживания поверхностей железобетонных изделий. Для повышения степени заводской готовности железобетонных изделий применяют различные машины и оборудование

для заглаживания свежеотформованных изделий или отделки поверхности затвердевших деталей. Машины классифицируют по

виду рабочего органа, способу воздействия на поверхность изделия, конструктивному исполнению и т. п. По виду рабочего органа

различают машины: дисковые (лопастные), у которых рабочий

орган совершает вращательное движение вокруг вертикальной

оси; валковые (катки, барабаны); то же, вокруг горизонтальной

оси; реечные (ленточные); то же, плоскопараллельное движение

относительно заглаживаемой поверхности.
Применяются также отделочные машины, у которых в качестве рабочего органа устанавливаются вибрационные головки,

улучшающие качество отделки и снижающие износ рабочего органа.
235
--------------- page: 233 -----------
Раздел пятый
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАЙНЫХ РАБОТ
В практике современного строительства широкое распространение

получили свайные фундаменты, позволяющие значительно (в 2...

...3 раза) уменьшить объем земляных работ, сократить (в 1,5...

...2 раза) расход бетона, снизить (на 20%) трудоемкость работ

нулевого цикла. При устройстве свайных фундаментов сокращаются сроки строительства, работы производятся круглогодично.

Свайные фундаменты менее чувствительны к изменениям состояния грунта основания, вызванным, например, колебаниями уровня грунтовых вод. В непосредственной близости от свайных фундаментов можно устраивать глубокие выемки, не опасаясь разрушения объекта.
При устройстве свайного фундамента сваи погружают в слой

плотного грунта, расположенного ниже более слабого грунта. Погружение производят до тех пор, пока свая не даст заданного

проектом отказа. Отказом сваи называется величина ее вертикального перемещения (в мм) за один удар молота (ударное

погружение) или за одну минуту работы вибропогружателя (виб-

рационное погружение). Поскольку к концу ударного погружения

сваи величина отказа весьма незначительна, его определяют как

прежнюю величину от залога (десяти последовательных ударов

молота). Если средняя величина отказа в трех последовательных

залогах не превышает расчетной, то погружение считают законченным.
В зависимости от грунтовых условий различают сваи-стой-

к и, которые достигают своими концами прочного, практически

несжимаемого грунта, способного воспринять полную нагрузку

от свай; и висячие сваи, концы которых не доходят до более

плотного грунта и у которых основная часть нагрузки передается боковой поверхностью сваи, взаимодействующей с уплотненным окружающим грунтом.
При производстве свайных работ все технологические процессы и операции (подтаскивание, установка на месте погружения,

наведение, ориентирование и погружение свай) выполняются специальными машинами — копрами или копровым оборудованием,

оснащенными свайными погружателями. При этом копры и копровое оборудование участвуют в работе при выполнении всех технологических процессов и операций, а свайные погружатели —

только в процессе непосредственного погружения свай.
236
--------------- page: 234 -----------
ГЛАВА 19. АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПОГРУЖЕНИЯ СВАИ
Свайные погружатели предназначены для погружения в грунт

свай, шпунта, труб и других несущих элементов строительных

конструкций. Отдельные виды агрегатов используются также для

извлечения ранее погруженных элементов (сваевыдергиватели).

Свайные погружатели классифицируются по ряду признаков, основными из которых являются: метод погружения (ударный, вибрационный, смешанный); вид потребляемой энергии (молоты механические, паровоздушные, дизельные, электрические, гидравли-
Рис. 19.1. Классификация свайных погружателей
ческие); погружающая способность (масса ударной части, вынуждающая сила, мощность двигателя и т. п.); конструктивные

особенности.
Классификация свайных погружателей приведена на

рис. 19.1.
Метод погружения свай выбирается в зависимости от плотности грунта и параметров погружаемых элементов. Ударным методом погружают деревянные, металлические и железобетонные

сваи и шпунт практически в любые грунты. Однако использование

дизель-молотов при забивке свай в мягкие податливые грунты с

сильно сжимаемыми прослойками нецелесообразно из-за недостаточной жесткости основания, не позволяющей осуществлять запуск молота. При забивке масса ударной части молотов должна

быть равной массе железобетонных свай (при длине сваи более

12 м) или 1,5 массы сваи (при длине сваи до 12 м).
Вибрационный метод применяется при погружении свай в

песчаных и водонасыщенных грунтах.
Завинчивание свай производится в грунты, не содержащие

крупных твердых включений; вдавливание и вибровдавливание —
237
--------------- page: 235 -----------
при погружении коротких (до 6 м) свай в рыхлых и плотных

грунтах.
Механические молоты относятся к простейшему виду свайных

молотов и предназначены для погружения свай и шпунта сравнительно небольшой длины (3 ... 5 м). Механический (ударноконтактный) молот представляет собой литую ударную часть

массой 100 ... 3000 кг, подвешенную к свободному концу подъемного каната, который переброшен через головной блок стрелы

копра и запрессован на барабан приводной фрикционной лебедки. Ударная часть, поднятая на высоту 2 ... 4 м, при растормажи-

вании барабана лебедки падает вниз и наносит удар по головке

сваи. Преимущества таких молотов в простоте конструкции, широком изменении погружающей способности, длительном сроке

эксплуатации и невысокой стоимости. В настоящее время из-за

низкой производительности (4 ... 10 ударов в минуту) такие молоты серийно не выпускаются.
19.1.
Силовыми установками молотов этого типа являются парообразователи или компрессорные - станции,’ мощность которых определяется мощностью молотов. Различаются паровоздушные молоты простого (одиночного) и двойного действия. В молотах

простого действия рабочий ход (падение ударной части) происходит под действием ее собственной массы; холостой ход (подъем ударной части на определенную высоту)—под действием

энергоносителя (пар, сжатый воздух).
Паровоздушный молот простого действия (рис. 19.2,а) состоит из ударной части 1, направляющего поршня 5 со штоком
6,
В таких молотах энергоноситель периодически поступает в пространство над поршнем и поднимает ударную часть (корпус).

После выпуска энергоносителя в атмосферу через отверстие 7

ударная часть падает вниз, нанося удар по свае. Перемещение

ударной части происходит по направляющим, размещенным в приливах 2 корпуса. Управление работой паровоздушных молотов

простого действия — полуавтоматическое. Такие молоты несложны по конструкции, характеризуются небольшой массой неподвижных частей, просты и надежны в эксплуатации. Однако ввиду малой производительности (30 ... 40 ударов в минуту) и значительных габаритов они применяются сравнительно редко^
Паровоздушные молоты двойного действия распространены

значительно шире. Они забивают автоматически (рис. 19.2,6) с

частотой ударов по свае до 100 ... 300 в минуту. Масса ударной

части до 2250 кг. Их применяют для забивки и извлечения металлических и железобетонных свай в гидротехническом строительстве.
238
--------------- page: 236 -----------
Основными узлами паровоздушного молота двойного действия

являются неподвижный корпус, подвижный поршень с двумя массивными штоками (ударная часть) и автоматическое распределительное устройство. Корпус молота составлен из трех цилиндров—

паровоздушного 2, в котором размещен поршень 4, и двух крайних — направляющих 1 я 6 для штоков 3 и 5. Сверху корпус закрыт крышкой с проушиной 7 для подъема и удерживания молота, а снизу — шаботом 10, укрепляемым на головке сваи. Плита воспринимает удары нижнего штока ударной части и может

перемещаться в незначительных пределах вдоль вертикальной

оси корпуса; от выпадения она удерживается упорами 11.
Возвратно-поступательное движение ударной части молота

обеспечивается попеременной подачей энергоносителя в верхнюю

(надпоршневую) или »

нижнюю (подпоршне- '

вую) полости парового

цилиндра золотниковым распределительным устройством 8.
Золотник 9 этого ^

устройства движется в |

коробке под действием |

энергоносителя автоматически таким образом, что верхнему положению поршня всегда соответствует ниж

нее положение золот- м

ника, и наоборот. Энер-1

гия удара молота ре- ^

гулируется изменением

давления подводимого

энергоносителя. Паровоздушные молоты

двойного действия устанавливаются на копре самоходного крана.
Их можно использовать для забивки как

вертикальных, так и

наклонных свай, а также для производства свайных работ под водой (на глубине до

20 м). Основными достоинствами этих молотов являются относительно небольшие габариты, высокая производительность, автоматическое регулирование частоты и энергии ударов, надежное

предохранение деталей молота от грязи и пыли.
К недостаткам паровоздушных молотов двойного действия отРис. 19.2. Паровоздушные молоты
239
--------------- page: 237 -----------
носятся значительная масса неподвижных частей, составляющая

60 ... 70% общей массы молота, возможность погружения только

легких шпунтов, деревянных свай, небольших железобетонных свай,

большой расход энергоносителя, а также необходимость применения дорогостоящих и громоздких компрессорных установок или

парообразователей, для транспортировки и обслуживания которых

требуются дополнительный персонал и транспортные средства. Это

делает сваебойные установки с такими молотами весьма громоздкими и сложными в эксплуатации.
19.2.
Дизельными молотами называются свайные погружатели, использующие в процессе работы-энергию сгорающих газов. Они относятся к группе свободнопоршневых двигателей, у которых отсутствует

кривошипно-шатунный механизм и энергия расширяющихся газов

передается непосредственно рабочему органу — ударной части молота.
По типу направляющих ударной части дизель-молоты разделяются на штанговые и трубчатые. У штангового дизель-молота направляющими ударной части — массивного подвижного цилиндра — служат две штанги, закрепленные в основании поршневого

блока и соединенные вверху траверсой. У трубчатого дизель-молота

направляющей ударной части — массивного подвижного поршня—

служит неподвижная труба, представляющая собой рабочий и продувочный цилиндры молота. Распыление дизельного топлива в камере сгорания у штанговых молотов — форсуночное, а у трубчатых — ударное.
По способу разгона ударной части при ее рабочем ходе дизельные молоты бывают со свободным падением ударной части и с

буфером, аккумулирующим часть энергии расширяющихся газов, которая затем используется на разгон ударной части, увеличение

энергии и частоты ударов. Такие буферы могут быть пневматическими и механическими (пружинными). По отношению длины рабочего хода L к диаметру цилиндра D дизельные молоты подразделяются на длинноходовые (L/D=1,9 ... 1,5) и короткоходовые

(L/D= 1 ... 0,5).
Достоинствами дизельных молотов являются их автономность

(независимость от посторонних источников энергии), высокая надежность в работе, простота устройства и эксплуатации, невысокая

стоимость изготовления, устойчивая работа при низких температурах. Дизель-молоты подвешиваются к копровой стреле с помощью

захватов и подъемно-сбрасывающего устройства («кошки»), предназначенного для подъема и пуска молота. В зависимости от массы

ударной части различают легкие (до 600 кг), средние (до 1800 кг)

и тяжелые (до 2500 кг) дизельные молоты.
240
--------------- page: 238 -----------
Штанговые дизельные молоты легкого типа с массой ударной

части до 250 кг выпускаются с механическим (пружинным) буфером и подвижными штангами. Остальные типы штанговых молотов

имеют свободное падение ударной части и неподвижные штанги.

Штанговый молот легкого типа (рис. 19.3,а) состоит из поршневого

блока 5, траверсы 1, наголовника 6, направляющих подвижных

штанг 2 и цилиндра 4 с ударной частью. Поршневой блок представляет собой стальную отливку, состоящую из поршня и основания блока. В поршневом блоке вверху расположен поршень с топливной аппаратурой, внизу в основании расположены шаровая

опора и наголовник сваи. Ударной частью дизель-молота является

подвижный цилиндр, в днище которого расположена камера сгорания. Молот работает следующим образом. С помощью копровой

лебедки цилиндр поднимается до уровня траверсы и захватывается

специальным механизмом — «кошкой» 3. Затем захват выключается, и цилиндр под действием собственной массы падает вниз. При

надвижении цилиндра на поршень воздух, находящийся в камере

сгорания, сжимается,

температура его резко

повышается. В крайнем

нижнем положении в камеру сгорания впрыскивается топливо, которое,

испаряясь и перемешиваясь с горячим воздухом, самовоспламеняется.
Под давлением расширяющихся продуктов

сгорания цилиндр подбрасывается вверх. При этом

пружину штанг сжимаются, аккумулируя часть

энергии, которая при движении цилиндра вниз

суммируется с энергией

падения цилиндра и передается через шаровую

опору наголовнику 6 й

свае 7. Для продувки цилиндра в передней стенке

корпуса имеются два наклонно расположенных

окна.
Тяжелые штанговые

дизельные молоты с неподвижными штангами

(рис. 19.3,6) имеют массу
16—5258
Рис. 19.3. Штанговые дизель-молоты
--------------- page: 239 -----------
ударной части 1800 ... 2500 кг и состоят из поршневого блока,

ударной части, штанг, траверсы, шарнирной опоры, механизма подачи топлива и захвата «кошки». Поршневой блок включает цилиндрический полый поршень 12 с компрессионными кольцами и

основание 2. В центре днища поршня укреплена форсунка 3, соединенная топливопроводом 13 с насосом 14 плунжерного типа

высокого давления (до 50 МПа). Питание насоса осуществляется

из топливного резервуара, расположенного в верхней части основания поршневого блока. Нижняя часть основания поршневого

блока заканчивается шарнирной опорой, состоящей из сферической пяты 1 и наголовника 15, соединенных между собой серьгой;

шарнирная опора обеспечивает центральный удар по свае в случае некоторого смещения относительно друг друга осей молота

и сваи. Ударной частью молота является массивный чугунный цилиндр 10 со сферической камерой сгорания в донной части.
На внешней поверхности цилиндра укреплен штырь (выступающий стержень) И, приводящий в действие топливный насос 14

при падении ударной части вниз. Снизу ударная часть заканчивается четырьмя выступами, которые проходят через окна поршневого блока и передают удар шарнирной опоре. Направляющие

штанги 4, полые внутри, в верхней части соединены траверсой, а

в нижней—закреплены в теле основания. Между траверсой и ударной частью на направляющих штангах расположен подвижный захват — «кошка» 7, который служит для подъема ударной части

при запуске молота.
Рабочий процесс штангового молота происходит следующим образом. Для запуска молота необходимо ударную часть поднять в

верхнее крайнее положение. С этой целью спускают захват 7 вниз,

при этом крюк 6 автоматически зацепляется за валик 5, расположенный в углублении отливки цилиндра. Далее захват 7 и сцепленную с ним ударную часть поднимают на канате 8 лебедкой

копра в крайнее верхнее положение. Затем, воздействуя вручную

(через канат) на рычаг сброса 9, разъединяют захват 7 и ударную

часть, и последняя под действием собственной массы падает вниз

на неподвижный поршень 12.
При надвижении цилиндра на поршень воздух, находящийся во

внутренней полости цилиндра, сжимается (степень сжатия г = 25 ...

...28) и температура его резко повышается (до 600 °С-). При нажатии штыря И цилиндра на приводной рычаг топливного насоса

14 дизельное топливо по топливопроводу 13 подается к форсунке
3
дальнейшем движении цилиндра вниз образовавшаяся смесь самовоспламеняется и в то же мгновение цилиндр наносит удар по

шарнирной опоре, наголовник 15 которой падает на головку сваи.

Расширяющиеся продукты сгорания (газы) выталкивают ударную

часть вверх и выходят в атмосферу. Достигнув крайнего верхнего

242
--------------- page: 240 -----------
положения, рабочий цилиндр начинает снова падать вниз, и цикл

повторяется. С этого момента дизель-молот работает в автоматическом режиме до выключения топливного насоса.
Конструкция штанговых дизель-молотов позволяет осуществлять

дистанционное управление их работой. Дистанционное управление

может быть механическим, электромеханическим и гидравлическим.

Наиболее распространено гидравлическое дистанционное управление ввиду надежности, простоты и удобства эксплуатации.
Гидравлическое дистанционное управление штанговым дизель-

молотом осуществляется следующим образом. При запуске молота

захват — «кошка» 7 (рис. 19.4), как было описано выше, опускается вниз и крюк 8 автоматически зацепляется за штырь 9. Затем

> захват вместе с цилиндром 10 поднимается иа высоту, необходимую для запуска молота. После этого включают в работу гидроцилиндр 5 поворота крюка и ударная часть (цилиндр) падает вниз.

Одновременно с гидроцилиндром 5 вступает в работу гидроцилиндр 2 регулировки подачи топлива в форсунку, однако благодаря дросселю 1, вмонтированному в' маслопровод 4, он отстает в

работе от цилиндра 5. Поэтому при пусковом падении цилиндра

-подача топлива уменьшается, что предотвращает чрезмерный подъем цилиндра после первого удара. В дальнейшем давление масла

в системе снимается, что позволяет пружине 11 устанавливать рычаг 3 в положение, соответствующее максимальной подаче топлива, а пружине
6
положение. Дальнейшая работа молота

происходит в автоматическом режиме.
Масло в гидроцилиндры 2 и 5 поступает из гидросистемы копрового оборудования через специальный золотник.
Регулировка подачи топлива в форсунку

в процессе работы осуществляется выдвижением штока гидроцилиндра 2; для

прекращения работы молота шток выдвигается полностью.
Достоинствами штанговых молотов

являются их автономность, устойчивость

работы, при низких температурах и при

значительной величине осад1ф погружаемых элементов, высокая надежность

в работе, недостатками — низкая энергия

удара (составляющая 25 ... 35% потенциальной энергии ударной части), открытая конструкция молота (поршень,

внутренняя полость цилиндра и направ--

ляющие штанги), способствующая ИН'
Рис. 19.4. Дистанционное

управление штанговым дизель-молотом
16;
243
--------------- page: 241 -----------
тенсивному износу этих деталей, что усугубляется отсутствием системы смазки. Поэтому эти молоты используются для забивки

свай, труб и шпунта массой не более 2000 кг в слабые и средней

плотности грунты.
Трубчатые дизельные молоты представляют собой прямодействующие двухтактные двигатели внутреннего сгорания, у которых

ударная часть — поршень — двигается внутри цилиндра, непо- /

движно установленного на свае. Конструкция трубчатых молотов

более совершенна; они обладают большей (по сравнению со штанговыми) энергией удара, высокой долговечностью. Это объясняется

тем, что воспламенение топлива происходит после удара поршня и

на сваю действует не только энергия удара, но и давление газов,

образующихся при сгорании топлива; кроме того, снижение степени сжатия с 25 до 15 уменьшает затраты энергии на сжатие

воздуха в цилиндре. Закрытая конструкция молота практически исключает попадание в его внутренние полости абразивных частиц.

Трубчатые молоты конструктивно выполняются в двух вариантах—

с воздушным и с водяным охлаждением.
Молоты с воздушным охлаждением (рис. 19.5) состоят из

рабочей 3 и направляющей 8 секций цилиндра, поршня 9, топливного насоса 11, шабота 2 со штырем 1 и подъемно-сбрасывающего

устройства 6. В верхней части цилиндра в виде кольца расположен

топливный бак 5. К насосу топливо поступает через щелевой фильтр

по гибкому топливопроводу. Торец цилиндра с шаботом соединяется через резиновый амортизатор 12. Для охлаждения цилиндра

вдоль него по периметру приварены ребра охлаждения. На уровне

насоса по окружности цилиндра размещены продувочные окна 4.

Направляющая секция на внутренней поверхности имеет кольцевые

пазы-ловители для предотвращения выскакивания поршня за пределы цилиндра. Для перемещения поршня с помощью подъемно-

сбрасывающего устройства в секции имеется продольный паз. Поршень молота выполняет двоякую роль — является поршнем двигателя и ударной частью молота. Головка поршня имеет сферическую

(каплевидную) форму, соответствующую форме выемки в шаботе.

Такая форма камеры сгорания обеспечивает равномерное распределение топливно-воздушной смеси и обусловливает высокие пусковые качества молота.
В нижней части поршня проточены канавки для поршневых колец, одно из которых (верхнее) —стальное, а остальные (4 ... 7) —

чугунные, что обеспечивает необходимую герметичность между

стенками цилиндра и поршня. В средней части поршня имеется

кольцевая выточка, которая служит для захвата поршня подъемно-

сбрасывающим устройством при подъеме и для закрепления его

стопорным винтом при транспортировке и хранении молота. В верхней части поршня имеется масляный бак, из которого масло посту-,

пает самотеком к трущимся поверхностям поршня и цилиндра. То-'
244
--------------- page: 242 -----------
пливный насос — плунжерного типа низкого давления (0,3 ...

0,5 МПа) — служит для подачи топлива в камеру сгорания. Управление насосом производится падающим поршнем, нажимающим на

приводной рычаг 10.
кг
Рис. 19.5. Трубчатый дизель-молот
Шабот молота выполнен из стальной поковки и служит наковальней, через которую удары поршня передаются на голову сваи.

Шабот установлен в нижней части цилиндра подвижно (вдоль его

оси) на двух чугунных подшипниках, чем достигается его полная

неподвижность при ударе. Нижняя опорная поверхность шабота

снабжена штырем для центрирования молота на свае. Подъемно-

сбрасывающее устройство («кошка») позволяет поднимать дизель-

молот на требуемую высоту вдоль стрелы копра, а также поднимать поршень и автоматически сбрасывать его при запуске молота.
Трубчатые молоты с водяным охлаждением в дополнение к

рассмотренной конструкции имеют еще систему водяного охлаждения, состоящую из отдельных вертикальных секций, опоясывающих
245
--------------- page: 243 -----------
боковую поверхность цилиндра и соединенных в своей нижней части кольцевым баком, расположенным на уровне камеры сгорания.

При работе таких молотов в условиях низких температур вода из

системы охлаждения сливается и вместо нее в системе начинает

циркулировать воздух.
Работа трубчатого дизель-молота происходит следующим образом (см. рис. 19.5). Перед пуском молота поршень 9 поднимается >

лебедкой копра с помощью «кошки» 6, подвешенной к канату 7 в

крайнее верхнее положение. После того как поршень открывает

продувочные окна 4, рабочая секция 3 цилиндра заполняется атмосферным воздухом. В положении / происходит автоматическое расцепление «кошки» и поршня и последний начинает свободное падение вниз. Во время движения в направляющей секции 8 цилиндра

поршень, отжимая приводной рычаг 10 топливного насоса 11, включает его в работу. При этом происходит подача топлива из бака 5

в сферическую выемку шабота 2 (положение II). Во время дальнейшего движения вниз поршень перекрывает продувочные окна 4

и начинает сжимать воздух в рабочей секции цилиндра до объема

кольцевой полости, образуемой станками цилиндра и сферическими поверхностями поршня и шабота при их соударении. При этом

температура сжатого воздуха значительно повышается и становится достаточной для самовоспламенения топлива. В крайнем нижнем положении поршня происходит его удар по шаботу, при этом

энергия удара затрачивается на погружение сваи, а также на распыление топлива в камере сгорания, где оно перемешивается с нагретым воздухом и самовоспламеняется (положение III). Часть

энергии расширяющихся продуктов сгорания — газов (максимальное давление сгорания — 7 ... 8 МПа) —передается на сваю, производя ее дополнительное погружение,- а часть расходуется на под-

брос поршня вверх. Воздействие на сваю двух последовательных

ударов (механического и газодинамического) значительно повышает эффективность работы трубчатых дизель-молотов.'
При движении поршня вверх (положение IV) расширяющиеся

газы по мере открытия продувочных окон выбрасываются в атмосферу, а на их место поступает атмосферный воздух. По достижении крайнего верхнего положения поршень начинает свободно падать вниз, рабочий цикл повторяется и в дальнейшем молот работает автоматически до полного погружения сваи.
Совершенствование конструкций трубчатых дизель-молотов

происходит в двух направлениях: повышения долговечности машины и увеличения единичной мощности. Долговечность дизель-молотов может быть повышена путем рационального подбора материалов и геометрии быстроизнашивающихся деталей (поршень, цилиндр). Увеличение единичной мощности произойдет при повышении частоты ударов (с 42 до 65 ... 72) в минуту за счет совершенствования формы камеры сгорания, что обеспечит лучший распыл
246
--------------- page: 244 -----------
Рис. 19.8. Схема пневмобуфера (а) и рабочий цикл (б):
/ — движение поршня вверх; II — поршень в верхней «мертвой» точке; III — движение
поршня вниз
--------------- page: 245 -----------
топлива по всему объему камеры, а также путем установки пневматического буфера.
Схема такого дизель-молота дана на рис. 19.6. Как и в ранее

рассмотренном трубчатом молоте, основными деталями являются:

рабочий цилиндр 11, направляющая труба 12, поршень 6, шабот 1,

насос 7, бак 10 для горючесмазочных материалов, подъемно-сбра-

сывающее устройство 18. Кроме того, в конструкцию входят пневмобуфер 16, штанга 17 с крышкой. Особенностью данного молота

являются торообразная (вихревая) камера сгорания 19, принудительная система смазки, работа которой обеспечивается топливномасляным насосом 7, и наличие аккумулятора сжатого воздуха

(пневмобуфера) 16.
Одним из факторов, определяющих степень совершенства рабочего цикла молота, является качество смесеобразования, которое

зависит от тонкости распыла поступившего в камеру сгорания топлива и равномерности распределения его по объему камеры. Исследованиями установлено, что наиболее рациональной является вихревая (рис, 19.7) форма, при которой увеличивается длина факела распыления (на 30%), возникают вихревые движения свежего

заряда в момент распыления топлива, а также изолированность

камеры сгорания от наиболее охлаждаемой наружной стенки рабочего цилиндра. Совместное действие перечисленных факторов способствует ускорению сгорания рабочей смеси. В результате эффективное давление в камере сгорания повышается до 1,0 ... 1,15 МПа

(против 0,7 ... 0,8 МПа в обычных конструкциях), что благоприятствует условиям погружения свай.
Пневмобуфер (рис, 19.8) предназначен для повышения частоты

ударов по шаботу. При установке пневмобуфера верхняя часть направляющей трубы 2 наглухо закрывается крышкой 5, в которой

имеется отверстие с сальниковым уплотнением 6 для движения

штока 3, соединенного с поршнем 1. К верхней части направляющей трубы приваривается сварной резервуар коробчатого типа

(пневмобуфер) 4. Для сообщения надпоршневого пространства

с пневмобуфером просверлено отверстие. При движении поршня

вверх воздух из надпоршневого пространства перепускается через

это отверстие в пневмобуфер. При этом между поршнем и крышкой возникает «воздушная подушка», которая не допускает их

жесткого соударения. Падение поршня происходит под действием

собственной массы, а также под действием давления воздуха

в пневмобуфере, что повышает частоту ударов о шабот до 70 в минуту.
Топливно-масляный насос (рис. 19.9) предназначен для подачи

топлива в камеру сгорания и масла — к трущимся поверхностям

штока, поршня, подшипника шабота и рабочего цилиндра. Насос

состоит из корпуса 17, внутри которого установлены две плунжерные пары. Плунжерная пара для подачи топлива состоит из втул-

248
--------------- page: 246 -----------
ВидА
ки 15 и притертого к ней плунжера 14, а для подачи масла — из

втулки 9 и плунжера 10. Уплотнение между втулками плунжерных

пар и корпусом достигается резиновыми кольцами 11 и 16. В верхнюю часть ввернута гайка 8, в

которой перемещается толкатель
7.
12 прижимает плунжерные пары

к корпусу. Между плунжерными

парами установлена возвратная

пружина 13. Рычаг 5 привода насоса укреплен на оси 6. Винт 4

с контргайкой 3 служит для регулировки установки рычага 5.

Рычаг 2 насоса, укрепленный на

оси 1, служит для регулировки

подачи топлива. Клапан подачи

топлива состоит из корпуса 20,

пружины 19 и клапана 18\ кла-
Рис. 19.9. Топливно-масляный насос
Рис. 19.10. Подъемно-

сбрасывающее устройство
пан подачи масла состоит из корпуса 21, пружины 23, шарика 24

и штуцера 22, к которому присоединяются два трубопровода для

подвода смазки к трущимся поверхностям.
Подъемно-сбрасывающее устройство «кошка» (рис. 19.10) слу-
249
--------------- page: 247 -----------
жит для зацепа и подъема ударной части молота по направляющей

мачте копровой установки. Кошка состоит из валика 3 с приваренным к нему двуплечим рычагом 4, корпуса 7, подвижно соединяющего кошку с направляющей мачты; фиксатора б с пружиной 9, препятствующего выходу рычажной системы из мертвого положения;

подъемного крюка 1\ рычажной системы, состоящей из кулачка 5

и рычага 2, жестко сидящих на валике 3; пальцев 8 и 10. Палец 8;

служит для соединения подъемного каната с кошкой. К плечам

двуплечего рычага 4 с помощью серег привязаны две веревочные

тяги, посредством которых осуществляется переключение подъемного крюка в положение подъема поршня или всего молота.
Работа кошки происходит следующим образом: при переключении рычага 4 в положение для подъема поршня валик 3 поворачивается вместе с укрепленным на нем кулачком 5, упираясь

в фиксатор 6 и преодолевая сопротивление пружины 9, перемещает фиксатор в верхнее положение. При этом кулачок своим

нижним выступом упирается-в- палец 10, перемещает его вместе

с подъемным крюком в поднятое горизонтальное положение. Крюк

кошки подводится под нижний торец штанги 17 (см. рис. 19.6)

и начинает ее подъем. Штанга, упираясь в тарелку 15, осуществляет подъем порщня. При достижении сбрасывающего упора,

установленного на направляющей секции, рычаг.2 (см. рис. 19.10)

поворачивает свою рычажную систему и подъемный крюк 1 в опущенное вертикальное положение, обеспечивая этим автоматический сброс поршня молота.
При подъеме поршня заодно со штоком 13 (см. рис. 19.6) поршневые кольца открывают всасывающе-выхлопные окна 20, после

чего начинается заполнение рабочего цилиндра 11 свежим зарядом

воздуха. Поднявшись на высоту, необходимую для пуска молота,

поршень отсоединяется от кошки и начинает двигаться вниз. Не доходя до окон 20, поршень отжимает рычаг 9 насоса, приводя его

в действие и обеспечивая подачу топлива в камеру сгорания. При

дальнейшем движении вниз поршень перекрывает окна 20, после

чего происходит сжатие воздуха в подпоршневом пространстве. В

конце сжатия температура сжимаемого воздуха возрастает до величины, достаточной для самовоспламенения топлива. В нижней

«мертвой» точке происходит удар поршня по' шаботу, при этом

энергия удара затрачивается на распыление топлива и перемешивание его с нагретым воздухом, а также на погружение сваи. По

истечении некоторого времени топливо воспламеняется и сила давления расширяющихся газов подбрасывает поршень вверх. Воздух,

находящийся между поршнем и крышкой 14, сжимается и частично переходит в пневмобуфер. Под действием воздушной подушки

в надпоршневом пространстве ударная часть останавливается и

затем под действием собственной массы начинает падать вниз. Этому движению поршня содействует давление воздуха, находящегося

в пневмобуфере. После падения поршня цикл повторяется.
250
--------------- page: 248 -----------
Элементы топливной системы соединяются между собой гибкими шлангами 8, которые благодаря малому восприятию динамических нагрузок отличаются большой долговечностью. Для предотвращения выпадения шабота из рабочего цилиндра предусмотрено

стальное кольцо-ловитель 3. Между шаботом и рабочим цилиндром

установлен амортизатор 2, а герметичность камеры сгорания со

стороны шабота обеспечивается поршневыми кольцами 4. Топливный насос предохраняется от поломок защитным устройством 5.
Расчет дизельных молотов. Энергия удара
E=(Q+pS)Hr\,
где Q — сила тяжести ударной части молота, Н; р — среднее эффективное давление в рабочем цилиндре молота, Па; 5 — рабочая

площадь поршня молота, м2; Н — величина рабочего хода ударной

части молота, м; т| — КПД молота (для штанговых дизель-молотов

г|=0,35 ... 0,4; для трубчатых — г|=0,55 ... 0,6).
Мощность, развиваемая дизельным молотом (Вт),
N=Enm
где пш — частота ударов молота в секунду.
Эффективность погружения сваи в грунт зависит от соотношения масс сваи тс и ударной части молота тм, частоты ударов молота пм и скорости соударения ис ударной части молота с наголов-
Таблица 19.1. Ориентировочный выбор дизельных молотов
Марка молота
Масса ударной

части молота, кг
Рекомендуемые параметры молотов
Длина погружаемой сваи, м
До 8
9. . .12
13 . . .16
17 ... 20
Предельная масса свак, т
1,8
6,2 .. . 8,0
Несущая способность сваи, кН
До 250
250 . . . 400
400 . . . 600
Более 600
С-ЗЗОА
2500
+
+
С-995А
1250
,
+


С-996А
1800

+

С-1047
2500


+

С-1048
3500

+
+
Примечания: 1. Под предельной массой подразумевается масса сваи максимальной

длины для данного ряда при ее сечении 30X30 и 35X35 или 35X35 и 40X40 см. 2. Знаком «-*-»

обозначена рекомендуемая марка молота, а знаком ^— нерекомендуемая марка молота.
251
--------------- page: 249 -----------
ником сваи. Практически установлена необходимость соблюдения

следующих условий: 0,5^тс//им^2,5 (при тс/тм^2,5 эффективность погружения сваи резко снижается); г>с=£=6 м/с (при г»с>6 м/с

большая часть энергии удара затрачивается на разрушение наголовника и сваи); лм^30 мин-1 (при пм<30 мин-1 грунт вокруг

сваи успевает возвратиться в статическое состояние, при котором

сопротивление погружению сваи весьма велико и молоту приходит?

ся дополнительно преодолевать инерцию неподвижных свай и грунта).
Выбор оптимальных параметров дизельных молотов, обеспечивающих эффективные режимы погружения свай, производится согласно табл. 19.1.
19.3.
В этом виде сваебойных погружателей движение ударной части

осуществляется под действием давления жидкости в гидросистеме.

По принципу работы гидравлические молоты аналогичны паровоздушным, но отличается от них сравнительно высоким КПД

(0,55 ... 0,65), меньшей (в 8 ... 10 раз) массой приводной станции,

компактностью, надежностью, простотой в эксплуатации, слабым

шумом при работе, возможностью установки как на базовых машинах (экскаваторы, краны), так и на всех разновидностях копровых

установок. Гидромолоты используются для забивки свай и металлического шпунта в сложных геологических условиях при чередовании слоев'грунта различной плотности.
По принципу работы различают гидромолоты простого и двойного действия. У первых, подъем ударной части происходит под воздействием рабочей жидкости в гидросистеме, а рабочий ход — под

действием ее собственной силы тяжести; у вторых — воздействие

рабочей жидкости на ударную часть молота осуществляется в течение полного цикла работы.
Гидромолот простого действия (рис. 19.11) состоит из ударной

части 1, перемещающейся по трем направляющим трубчатым штангам 2, 4 и 5, верхней 3 и нижней 7 траверс толкателей 6 и наголовника 8, подвешенного к нижней траверсе на канатах. Молот поднимается с помощью рым-болта, установленного в верхней траверсе. В штангах молота размещены гидроаккумулятор, механизм управления, сливной аккумулятор и механизм заказчика газа. Отличительными особенностями такого гидромолота являются: наличие

гидроаккумулятора, позволяющего снизить установочную мощность станции; применение импульсного воздействия на ударную

часть молота при ее подъеме (на расстоянии 0,15 ... 0,3 от полного

хода), что способствует в течение фазы разгона воздействию на

сваю возникшего импульса силы, увеличивающего эффект погружения; наличие автоматического дистанционного управления рас-

252
--------------- page: 250 -----------
пределительным золотником, что значительно повышает частоту ударов

молота (до 55 в минуту); отсутствие

компрессора для закачкц в штангк

инертного газа (воздуха). Рассмотрим

назначение и устройство отдельных

узлов молота.
Толкатели (рис. 19.12, а) предназначены для разгона ударной части

вверх и состоят из поршня 1, цилиндра 2, штока 3, обратных клапанов 5

и 7. Толкатели установлены в нижней

траверсе 6 и закреплены гайкой 4.
Работа толкателей происходит следующим образом. При выдвижении

толкателей рабочая жидкость поступает через канал А под обратный клапан 7 и поршень начинает движение

вверх. При этом открывается окно Б,

через которое начинает поступать весь

поток жидкости, заставляя толкатель

двигаться ускоренно. При этом жидкость, находящаяся в штоковой полости, вытесняется через канал А в напорную магистраль. После переключения механизма управления канал А

соединяется со сливной магистралью,

а канал В—с напорной. Под давлением жидкости в штоковой полости поршень с толкателем опускается

вниз, пока не перекроет окно Б. После этого цикл повторяется.

Обратный клапан 5 предохраняет поршень от поломок при воздействии на толкатель ударной части во время падения. В этом случае клапан срабатывает й жидкость через канал В вытесняется

в гидроаккумулятор.
Аккумулятор слива (рис. 19.12,6) предназначен для уменьшения

скорости движения жидкости в сливной магистрали при падении

ударной части. Чрезмерная скорость движения вызывает колебания

трубопроводов, что снижает их долговечность. Аккумулятор слива

смонтирован в одной из штакг между верхней 4 и нижней 5 траверсами и состоит из двух полостей: подпоршневой А и газовой Б.

При опускании толкателей жидкость из поршневых полостей поступает в сливную магистраль и через механизм управления — в

канал и далее в подпоршневое пространство А. Под давлением

жидкости поршень 1 начинает двигаться вдоль гильзы 2 вверх, преодолевая давление газа в полости Б, которое действует на шток 3.

После того как аккумулятор наполнится жидкостью, ее оставшаяся

часть вытесняется в сливную магистраль. Газ в полость Б посту253
Рис. 19.11. Гидромолот простого действия
--------------- page: 251 -----------
пает из баллонов с помощью механизма закачки. Газовые полости

штанг соединены между собой трубопроводом. При подъеме толкателей давление в сливной магистрали снижается, а аккумулятор

разряжается (давление газа в полости Б заставляет шток с поршнем опуститься вниз, вытесняя жидкость в сливную магистраль).
Механизм закачки (рис. 19.12,в) предназначен для закачки газа

в газовые полости штанг. При этом баллон подключается к штуцеру 2 и газ через полость между штангой и гильзой 5, клапаны 3 и

/, полый шток 4 попадает в верхнюю часть штанги. После того

как давление в баллоне и штанге уравняется, включается механизм
Рнс. 19.12. Основные узлы гндромолота простого действия
254
--------------- page: 252 -----------
закачки, который работает при давлении в баллоне не менее 0,7 ...

... 1,0 МПа. При этом полость под поршнем 6 соединяется с нагнетательной линией, поршень поднимается вверх и газ, находящийся в надпоршневом пространстве, выжимается через клапан 1

в верхнюю часть штанги. После соединения подпоршневой полости

со сливной магистралью поршень под давлением газа возвращается

в исходное положение. Цикл повторяется до тех пор, пока давление

газа в баллоне не упадет ниже значения, достаточного для возвращения поршня в нижнее положение. Наличие механизма закачки

резко уменьшает расход газа для наполнения газовых полостей

штанг. Питание гидросистемы молота осуществляется от насосной

станции, включающей в себя гидронасосы 1 (рис. 19.13), установленные в масляном баке. Система имеет предохранительный клапан 3, отрегулированный на давление 16 МПа и предохраняющий

насосы от перегрузки. В баке установлены также фильтры 4, очищающие жидкость от загрязнения, мультипликатор 5 и золотник 6

с электромагнитным управлением. Последние служат для управления регулировочным упором 10, посредством которого осуществляется изменение высоты подброса ударной части 12. На напорной

магистрали гидросистемы установлен двухпозиционный кран 2,

при одном положении которого гидромолот подключен к работе,

при другом — включается механизм закачки газа 13.
Гидромолот работает следующим образом. Для разгона ударной

части (рис. 19.13,а) распределительный клапан 8 переключает золотник 11 в верхнюю позицию и соединяет поршневые полости толкателей 14 с напорной магистралью. Толкатели разгоняют ударную

часть вверх, при этом жидкость, накопленная в гидроаккумуляторе
9,
од аккумулятор слива 7 разряжается. После разгона ударная

часть молота движется вверх по направляющим штангам 16 по инерции. В конце подъема ударной части поршень гидроаккумулятора

переключает золотник 11 в нижнее положение, соединяя поршневые полости толкателей — с напорной магистралью (рис. 19.13,6).

Под давлением в штоковых полостях поршни толкателей движутся

вниз, вытесняя жидкость в сливную магистраль. При этом гидроаккумулятор и аккумулятор слива заряжаются. Ударная часть молота, падая под действием силы тяжести, наносит удар по наголовнику, подвешенному к нижней траверсе 15. После этого цикл повторяется.
Расчет технологических параметров гидромолота простого действия. Энергия, необходимая для подъема ударной части молота

(Дж),
£=<г(1+ц)Я,
где Q — сила тяжести ударной части молота, Н; ju, — коэффициент

механических потерь при движении ударной части; Н — высота

подъема ударной части, м.
255
--------------- page: 253 -----------
Рис. 19.13. Схема работы гидромолота простого действия
--------------- page: 254 -----------
Мощность приводкой станции молота (Вт)
N=En№,
где п№ •— частота удара молота в секунду, пж=Т~1.
Время цикла работы гидромолота (с)
Т'=^в-Мзар~^цил>
где tB — время разгона ударной части молота вверх; taар — время

зарядки гидроаккумулятора, с; /цил — время возвращения рабочих

цилиндров в исходное положение, с.
Рис. 19.15. Рабочий цилиндр гидромолота

двойного действия
Рис. 19.14. Гидромолот двойного действия
Гидромолот двойного действия (рис. 19.14) состоит из рабочего

цилиндра 6 с распределительным золотником и гидроаккумулятором, корпуса с направляющей трубой 2, ударной части 3 и шабота 1. Массивная ударная часть для уменьшения динамических нагрузок на шток подвешена к штоку 5 поршня рабочего цилиндра

посредством упругого шарнира 4 (тарельчатых пружин).
Рабочий цилиндр гидромолота (рис. 19.15) представляет собой

блок, в корпусе 1 которого размещены поршневая полость рабо-

17—5258
--------------- page: 255 -----------
чего цилиндра, распределительный золотник 9 и гидроаккумулятор 6. Под нижним торцом золотника установлена пружина 10 для

перемещения его вверх. Гидроаккумулятор состоит из поршня 8 со

штоком 5, втулки 3 и жидкостной пружины 2. Под поршнем аккумулятора размещена пружина 7, в штоке — обратный клапан 4,

предназначенный для пополнения утечек из полостей жидкостн'ой

пружины при включении и выключении гидромолота. Цикл работы

гидромолота двойного действия состоит из разгона ударной части

вверх, торможения ее перед верхней мертвой точкой, разгона вниз

и удара по шаботу. Все перемещения поршня рабочего цилиндра

происходят при изменяющейся скорости, т. е. участков установившегося движения нет. Это позволяет уменьшить ход поршня и увеличить частоту ударов по шаботу.
Гидромолот двойного действия работает следующим образом.

В исходном положении (рис. 19.16,а) ударная часть 3 лежит на

шаботе /; распределительный золотник 11 под действием пружины

17, установленной под его нижним торцом, занимает верхнюю позицию, соединяя штоковую полость 5 рабочего цилиндра с напорной

магистралью 10, а поршневую 9 — со сливной 13. Поршень 12 гидроаккумулятора занимает верхнее положение. При включении насоса 14 рабочая жидкость поступает через золотник в штоковую полость 5 цилиндра и в полость над поршнем 12 гидроаккумулятора;

начинается разгон штока 4 с ударной частью 3 вверх. При этом

жидкость из полости 9 через канал 8 и сливную магистраль 13

вытесняется в бак, а поршень 12 перемещается вниз. В конце разгона вверх (рис. 19.16,6) поршень 6 перекрывает канал 8, благодаря чему давление в полости 9, канале 10 и над верхним торцом

золотника 11 резко повышается. В связи с тем что площадь верхнего торца золотника больше площади нижнего торца на величину

площади плунжера 18, золотник перемещается вниз, соединяя полость 9 с напорной магистралью, а полость 5 — со сливной (рис.
19.16,в). Начинается торможение ударной части, во время которой

поршень 6 вытесняет жидкость из полости 9 в гидроаккумулятор,

заставляя поршень 12 перемещаться вниз.
После остановки ударной части в верхней мертвой точке начинается ее разгон вниз под действием собственной силы тяжести и

давления жидкости, действующей на поршень 6. После достижения

ударной частью скорости, равной П/5п (П — производительность

насоса, Sn — площадь рабочего поршня), гидроаккумулятор начинает разряжаться, отдавая накопленную жидкость в поршневую

полость 9 и увеличивая скорость движения ударной части. При

этом поршень 12 движется вверх. В конце хода вниз ударная часть

наносит удар по шаботу 1 (рис. 19.16,г), который смещается при

этом относительно корпуса 2 на величину осадки забиваемого элемента. Перед нанесением удара верхняя кромка поршня 6 опускается ниже обратного клапана 7. При этом полость 9 оказывается
258
--------------- page: 256 -----------
Рис. 19.16. Схема работы гидромолота двойного действия:
а — начало разгона ударной части вверх; б — конец разгона ударной части вверх; в — торможение ударной части перед в. м. т. и начало разгона вниз; г — удар по шаботу
17*
--------------- page: 257 -----------
соединенной через полость 5 со сливной магистралью. Вследствие

этого давление в полости 9 и под верхним торцом золотника па г

дает до величины, при которой пружина 17 передвигается вверх.

Далее цикл повторяется.
В конструкции гидроаккумулятора применена жидкостная пружина 16, давление в которой превышает давление в гидросистеме

молота пропорционально отношению площадей поршня 12 и штока 15.
Расчет технологических параметров гидромолота двойного действия. Энергия удара по свае (Дж)
E=mv2J2,
где т — масса ударной части гидромолота, кг; ин — скорость ударной части в момент удара, м/с.
Мощность приводной станции молота (Вт)
N=EnM,
где пм — частота ударов молота в секунду, пы—Т-1.
Время цикла работы гидромолота (с)
(19.8)
где U — время разгона ударной части вверх, с; tT — время торможения ударной части, с; tB — время разгона ударной части вниз, с;

tyn — время удара по свае, с.
19.4.
Вибропогружатели представляют собой механизмы, передающие

погружаемым (или извлекаемым) элементам колебания определенной частоты, амплитуды и направления, в результате которых обеспечивается их погружение (извлечение). Работа вибропогружателей основана на резком снижении коэффициента трения между

грунтом и поверхностью погружаемого (извлекаемого) элемента

под действием возникающих колебаний.
Вибропогружатель (рис. 19.17) состоит из приводного электродвигателя 1, вибровозбудителя 3 и наголовника 4 с механическими

или гидравлическими зажимами для жесткого соединения механизма с погружаемым (извлекаемым) элементом. Вибровозбудитель

представляет собой вибратор направленного действия с четным

(два, четыре или шесть) количеством горизонтально расположенных валов с дебалансами, получающих вращение от электродвигателя через ременную (цепную, шестеренчатую) передачу 2. При

вращении дебалансных валов возникает суммарная центробежная

сила, развиваемая дебалансами (возмущающая сила), достигающая наибольшего значения в вертикальной плоскости. В этом случае она направлена вдоль оси погружаемого (извлекаемого) элемента и передается на него через наголовник.
260
--------------- page: 258 -----------
Главным параметром погружателей является мощность установленных электродвигателей. Кроме того, погружатели характеризуются вынуждающей силой, статическим моментом дебалансов, амплитудой и частотой колебаний. Величина вынуждающей силы (кН)
Р = тяеа2,
где тя — суммарная масса дебалансов, т; е — эксцентриситет дебалансов, м; со — угловая частота вращения дебалансных валов

(с-1).
Амплитуда колебаний вибросистемы

«погружатель — свая» после начала работы погружателя определяется зависимостью а=К/ (М(х), где /<С — кинетический

момент дебалансов (К— tnAe)\ М — суммарная масса колеблющейся конструкции

(система «погружатель — наголовник— i

свая»); (х — коэффициент пропорциональ- / J

ности (в начале погружения (х= 1 ... 1,15, (-I

в конце погружения сваи (я== 0,4 ... 0,7). > 1
Классификация вибропогружателей про- I

изводится по назначению и области применения, по типу привода и по виду передаваемых колебаний. По первому признаку

различают низкочастотные (300 ... 500

кол/мин) и высокочастотные (700 ... 1500 рИс. 19.17. Вибропогру-

кол/мин) погружатели. Низкочастотные
погружатели применяются для погружения элементов значительной массы и габаритов с большим

лобовым сопротивлением (железобетонные оболочки); высокочастотные — для погружения элементов небольшой массы с малым

лобовым сопротивлением (металлический шпунт, трубы, балки).

По типу привода вибропогружатели классифицируются на трансмиссионные, когда между двигателем и дебалансными валами имеется передаточный механизм, и бестрансмиссионные, когда валы

электродвигателей являются дебалансными. Наиболее удобными,

надежными и долговечными являются бестрансмиссионные машины, в которых используются электродвигатели с короткозамкнутым

ротором. Они работают без ремонта более 600 машиночасов, в то

время как трансмиссионные только 100 машиночасов.
По виду передаваемых колебаний различают вибропогружатели

с колебаниями, направленными вдоль оси погружаемого элемента,

и вибропогружатели комбинированного действия, т. е. с винтовыми

колебаниями, представляющими собой сочетание круговых колебаний в горизонтальной плоскости и вертикальных колебаний. Комбинированные вибропогружатели могут быть использованы только

для погружения элементов цилиндрической формы.
Процесс погружения в грунт элементов с помощью низкочастот261
--------------- page: 259 -----------
ных погружателей можно представить в виде периодического отрыва торца погружаемого элемента от грунта под влиянием боль^

шой амплитуды колебаний (20 ... 35 мм) и последующего удара

торца элемента по грунту, величина которого значительно выше

развиваемой машиной вынуждающей силы. Высокочастотные по-

гружатели обеспечивают погружение элементов под действием массы погружателя и сваи в результате снижения от действия вибрации коэффициента трения между грунтом и поверхностью элемента. Преимуществами вибропогружателей перед свайными молотами являются повышенные скорости погружения, простота конструкции, удобство в управлении, бесшумность.

Материал погружаемого под действием вибрации элемента не подвергается ударным нагрузкам и испытывает незначительные перенапряжения, что позволяет погружать в грунт тонкостенные железобетонные оболочки на большую

глубину. Вибропогружателями можно заглублять сваи вблизи существующих сооружений, не

опасаясь нарушить их целостность, так как окружающий грунт колеблется при этом незначительно. Главным недостатком вибропогружателей является невозможность применения их

в связных и плотных маловлажных грунтах.

Использование вибропогружателей в благоприятных грунтовых условиях позволяет повысить

производительность труда в 2,5 ... 3 раза и снизить стоимость свайных работ в 1,5 ... 2 раза по

сравнению с вариантами применения паровоздушных и дизельных молотов.
Вибропогружатели выполняют по двум основным конструктивным схемам: с жесткой и

упругой связью электродвигателя с виброорганом. В первом случае (рис. 19.18) погружатель

состоит из четырехвального вибратора направленного действия, приводного электродвигателя 1 с фазовым ротором и наголовника 5 со

сваей 6, жестко соединенных между собой.

Движение от электродвигателя передается

через промежуточную шестерню 2 и систему синхронизирующих цилиндрических шестерен 3 на де-

балансные валы 4, вращающиеся синхронно и синфазно. На

валах установлены дебалансы (неуравновешенные массы), при

вращении которых возникает возмущающая сила, направленная

вдоль оси погружаемого элемента. В комплект погружателя входит пульт управления, предназначенный для пуска и остановки

электродвигателя, регулирования частоты вращения дебалансных

валов (частоты колебаний) и величины возмущающей силы виб-

262
Рис. 19.18. Вибропогружатель с

жесткой связью

между электродвигателем и виброорганом
--------------- page: 260 -----------
рооргана. В конструкции могут быть предусмотрены пригрузоч-

ные плиты, жестко связанные с корпусом виброоргана. Рассмотренная конструкция проста, но имеет ряд недостатков: с увеличением массы погружателя снижается амплитуда колебаний сваи;

жесткая связь между виброорганом и электродвигателем снижает

долговечность работы последнего или требует изготовления его

виброустойчивым.
Рис. 19.19. Вибропогружатель с упругой связью между электродвигателем и
виброоргаиом
При упругой связи между виброорганом и электродвигателем

последний установлен на подрессорной пригрузочной плите, оказывающей необходимое давление на погружаемый элемент. Наличие между двигателем и виброоргаиом амортизирующих пружин мал ой жесткости позволяет существенно уменьшить вредное

влияние вибрации на электродвигатель: в процессе погружения

колебания совершают только свая и виброорган. При такой конструкции увеличение массы пригрузочных плит практически не

влияет на амплитуду колебаний сваи. Меняя массу пригрузочных

плит, можно получить оптимальный вибрационный режим для

наиболее эффективного погружения сваи (шпунта').
Преимущество этой конструктивной схемы перед ранее рассмотренной теряется в двух случаях: у тяжелых и мощных низкочастотных вибраторов, не нуждающихся в пригружении и ра-
263
--------------- page: 261 -----------
ботающих в режиме сильных ударов торца сваи о грунт, и при

использовании канатной пригрузки сваи от лебедки копровой^

установки.
Общий вид и схема вибропогружателя с подрессоренным при-

грузом даны на рис. 19.19,а, б. Приводной электродвигатель 1

установлен на пригрузочной плите 2 и через амортизирующие

пружины 4 связан с виброорганом 3. Корпус виброоргана жестко

соединен с наголовником 5. Привод четырехвального вибратора

осуществляется через вертикальную цепную передачу 7, конический редуктор 6 и систему синхронизирующих шестерен, установленных на дебалансных валах. Шарнир 8 коромысла подвески 9

расположен вблизи от центра тяжести погружателя, что позволяет легко поворачивать его в горизонтальное положение для

присоединения к погружаемому элементу.
Бестрансмиссионный вибропогружатель приведен на рис. 119.20.

В стальной корпус 1 запрессованы статоры 3 пары двухскорост-

ных асинхронных виброустойчивых электродвигателей. Коротко-

замкнутые роторы насажены на валы 2, а на консольных концах

валов расположены основные дебалансы 4. При необходимости

увеличения амплитуды колебаний к ним крепятся дополнительные один-два дебаланса 6. Дебалансные валы вращаются в подшипниках 7. К наголовнику вибропогружатель крепится с помощью фланца 5. Благодаря двухскоростным двигателям погру-

жатель может работать в низкочастотном (485 кол/мин) и высокочастотном (975 кол/мин) режимах, что расширяет область применения машины.
264
--------------- page: 262 -----------
Схемы вибропогружателей, возбуждающих комбинированные

(прямолинейные и угловые) колебания, приведены на рис. 19.21.

В первом случае (рис. 19.21,а) угловые колебания возникают за

счет смещения вращающихся синхронно-синфазно дебалансов 2,

которые получают вращение от вынесенного электродвигателя 1

через зубчатую передачу 3. На рис. 19.21,6 смешанные колебания возникают от синхронного вращения в разные стороны де-
«) 1
( (?(
ж
А
%
Г
г
1-Vh
14
1—
11
1

—1
3
1
L
—1
1—
11

—1
11

1—
Рис. 19.21. Схемы вибропогружателей, йозбуждающих комбинированные колебания
балансов 2, расположенных соосно. Вращение дебалансов происходит от фланцевого электродвигателя 1 с вертикальным валом

через коническую зубчатую передачу. Для мощных вибропогружателей применяется схема с четырьмя или большим количеством дебалансов 3 (рис. 19.21,в). Вращение дебалансов происходит от электродвигателей 1 и синхронизирующих зубчатых конических передач 2.
В настоящее время получают широкое распространение модульные вибропогружатели, вибровозбудитель которых собирается из отдельных двухвальных блоков (модулей). Количество модулей в вибровозбудителе зависит от условий и вида выполняемых свайных работ. Такие погружатели способны заменить

несколько различных по конструкции обычных погружателей, работа которых ограничена в зависимости от вида погружаемого

элемента и плотности грунта. Схема такого вибропогружателя

приведена на рис. [19.22,а. Он состоит из амортизатора 3, вибровозбудителя 4, блоков горизонтальной 5 и вертикальной 6 синхронизации, гидравлического наголовника 7, насосной станции 2

и пульта управления 1.
265
--------------- page: 263 -----------
Модуль (рис. 19.22,6) состоит из двух электродвигателей 10,

смонтированных в стальном корпусе 8. Вращение электродвигателей происходит в противоположные стороны и синхронизируется

горизонтально расположенной зубчатой передачей 9. На валах

12 электродвигателей установлены дебалансы 11, вращающиеся

синхронно-синфазно. Погружатели состоят из двух, трех или четырех модулей, смонтированных один под другим или попарно,

соединенных промежуточной рамой. Верхний и нижний модули
Рис. 19.22. Модульный вибропогружатель
Рис. 19.23. Динамическая модель

процесса вибропогружения
266
синхронизируются с помощью вертикально расположенной регулируемой цепной передачи.

Амортизатор обеспечивает гашение передаваемых на грузоподъемный механизм (лебедка, копер) колебаний. При изменении числа модулей

в вибровозбудителе погружателя необходимо

изменять число амортизационных пружин (или

их параметры).
Расчет вибропогружателей. Аналитический

расчет вибрационного погружения весьма сложен. На рис. 19.23 представлена простейшая

динамическая модель процесса. Свая 5, рассматриваемая как абсолютно твердое тело, размещена между колодками 3, подвешенными на

пружинах 4. Между сваей и колодками действует сила сухого трения, абсолютная величина

которой равна С\. Этой силой моделируется бо
--------------- page: 264 -----------
ковое сопротивление. Лобовое сопротивление погружению сваи моделируется пружиной 2, расположенной под торцом сваи и опирающейся на пробку 1. Между пробкой и направляющими действует сила трения С2. Пружина 2 работает только на сжатие.
Определение основных параметров вибропогружателя ведется

по упрощенной методике, основанной на линеаризации дифференциального уравнения колебаний вибропогружателя со сваей и

использования критерия максимальной мощности. Линеаризованное дифференциальное уравнение колебаний вибропогружателя со

сваей можно записать следующим образом:
т
dt* 1 dt д v ’
где тл — масса колеблющихся частей, приведенная к свае; х —

координата сваи, отсчитываемая от среднего положения при колебаниях; t — время; Ь — линеаризованный коэффициент диссипативного сопротивления; с — линеаризованный коэффициент жесткости грунта; © — угловая частота вынужденных колебаний

вибратора; тяе — статический момент дебалансов.
При центробежном возбуждении колебаний для удобства расчета следует принять безразмерные переменные т= t Yc/rti и е=

— тх/тде. Тогда уравнение (19.10) запишется так:
s -)- 2ре -]- s = cos ух,
где р = (Ь/2) Yтс — относительное демпфирование; у = соYmjc—от

носительная угловая частота вибровозбудителя. Амплитуда безразмерного перемещения
«. = т7/0 - T7 + 4PY.
а амплитуда безразмерной скорости
k^tiVW^W+Wf’
Мощность, развиваемая вибровозбудителем,
Nmax= (тле) 2©7 (41 с—та21).
Это максимальное значение достигается при коэффициенте сопротивления
Ьт— \с—тол2 |/ш.
Однако в начале погружения сваи Ьт может быть значительно

меньше, а в конце погружения — значительно больше. Но в процессе погружения сваи велика вероятность достижения этого значения. Поэтому мощность двигателей следует рассчитывать по
формуле (19.14)
С учетом р=(Ь/2) Y тс и y=w Ym/c равенства (19.14) и

(19.15) записываются в следующем виде:
Nmax= (тле)2а>3у21 (4m 11—v21);
Pm=|l-V2|A>)-
267
--------------- page: 265 -----------
При вибрационном погружении всегда у>2, поэтому можем при?

нять у=2. Тогда из выражений (19.12), (19.113), (19.16) и (19.17)
получаем
£3 = 21/2/3; sa = 4|/2/3; Nmax = (mfte)V/(3m); pm = 3/4. (19.18)

При расчете основных параметров вибропогружателя следует

задать приближенное значение массы вибрируемых частей т

(вибропогружателя со сваей), минимальную амплитуду перемещения сваи Ха, обеспечивающую проскальзывание сваи в данном

грунте при данных условиях, и минимальную амплитуду скорости

Хя, обеспечивающую требуемое снижение сопротивления действию постоянной силы (силы тяжести mg и пригруза). Тогда на

основании (119.18) определим статический момент дебалансов

(тде), угловую частоту колебаний © и мощность N:
тяе=1,06тХа-,
(0=*а/*а;
Ы=0,ШтХ»/Хл.
Полученное значение мощности двигателя назначается с учетом всех потерь. После этого уточняют массу т и производят перерасчет по формулам (119.19) ... (19.21).
19.5. Вибромолоты
Вибромолот — это вибрационная машина, передающая погружаемому (извлекаемому) элементу колебательные и ударные импульсы. Такое воздействие на погружаемый (извлекаемый) элемент наиболее эффективно, что позволяет применять вибромолоты для погружения металлических свай, труб и шпунта в рыхлые

и водонасыщенные средней плотности пески, а также в связные

грунты текучей и текучепластичной консистенции.
Вибромолот (рис. 19.24) состоит из ударной части, включающей в себя двухвальный бестраномиссионный вибровозбудитель

направленных колебаний 1 с ударником 5 и наголовник 6 с наковальней 4, соединенных между собой рабочими пружинами 3.

Наголовники могут соединяться с погружаемым элементом жестко или устанавливаться на него свободно без закрепления. Вибровозбудитель включает в себя два электродвигателя, на параллельных валах которых закреплены дебалансы 2, вращающиеся

синхронно-синфазно. При вращении дебалансов ударник 5 колеблющегося вибровозбудителя наносит частые (до 1440 в минуту) удары по наковальне 4, соединенной с погружаемым элементом. Параметры вибромолотов аналогичны ранее рассмотренным

вибропогружателям.
Классификация вибромолотов производится по виду применяемого привода, по связи двигателя с вибровозбудителем и по

наличию упругой связи между вибровозбудителем и погружаемым

элементом. По первому признаку вибромолоты подразделяют на

268
--------------- page: 266 -----------
электрические, гидравлические, пневматические и с двигателями

внутреннего сгорания. Наиболее распространены вибромолоты с

электрическим приводом. По связи двигателя с вибровозбудителем молоты могут быть трансмиссионные и бестрансмиссионные.

Преимущественное распространение получили бестрансмиссионные вибромолоты, как наиболее простые по конструкции и надежные в эксплуатации. По наличию упругой связи между вибровозбудителем и погружаемым элементом вибромолоты подразделяются на пружинные и беспружинные.
Существует несколько принципиальных

схем вибромолотов (рис. 19.25). На рис.
19.25,а представлен беспружинный молот,

свободно лежащий на свае. При работе

ударная часть подбрасывается вынуждающей силой и, падая, передает ударные импульсы головке сваи. Достоинством данной

схемы является простота конструкции, недостатком — низкая эффективность работы. Схема пружинного молота с положительным (или нулевым) зазором приведена

на рис. 19.25,6. Такие вибромолоты наиболее распространены, так как имеют несколько режимов, в которых может работать машина. В зависимости от жесткости

пружин, параметров вибровозбудителя, характеристики грунтов такой вибромолот может работать в ударном и безударном режимах. Преимуществами этой схемы являются меньшая масса вибромолота, а также незначительное влияние

характеристики грунта на режим работы машины.
При предварительной затяжке рабочих пружин (отрицательном зазоре между молотом и наголовником) (рис. 19.25,в) режим

работы молота преимущественно зависит от параметров самой

машины (вынуждающей силы, амплитуды и частоты колебаний).

Преимуществом этой схемы является значительное (в три раза)

снижение массы пружины, а недостатком — повышенное потребление электроэнергии.
В случае применения одномоторного вибровозбудителя

(рис. 19.25,г) возникают круговые колебания. При большой поперечной податливости пружин эта схема близка к схеме на

рис. 19.25,6. Преимуществами данной схемы являются малая масса и простота конструкции машины, недостатками — значительные

потери энергии при ударе и невысокая эффективность работы.
Для повышения эффективности работы вибромолотов увеличивают значение сил, статически действующих в направлении погружения путем введения пригрузочных плит, масса которых определяется видом погружаемого элемента и характеристикой

грунта.
269
Рис. 19.24. Схема вибромолота
--------------- page: 267 -----------
Общий вид вибромолота, выполненного по схеме на рис. 19.24,

изображен на рис. 19.26. Вибромолот состоит из вибровозбудителя 8, наголовника 13, верхних 12 и нижних 16 рабочих пружин,

скобы 7 с блоком 6 для подвески молота к тросу копровой установки, проставки 14, пульта управления 20. В корпусе 3 вибровозбудителя встроены два виброудароустойчивых электродвигателя 4 с параллельными горизонтально расположенными осями роторов 9. На концах валов закреплейы
Рис. 19.25. Принципиальные схемы вибромолотов

6 ■
иуи
Рис. 19.26. Вибромолот
270
--------------- page: 268 -----------
1
/?=о
Я=0,2
1
3,5
4,7
2
5,1
7,1
3
7,0
10,1
дебалансы 10. В нижней части корпуса в коническом гнезде

установлен боек 2. Натяжение рабочих пружин регулируется

гайками 18, навинчиваемыми на штанги 17. Скоба крепится

к наголовнику жестко с помощью осей 15. Проставка удерживается от выпадения из наголовника двумя стопорными болтами 19. Питание вибромолота производится от пульта управления

с помощью кабеля 11 и токонесущих проводов через клеммную

коробку 5. При работе электродвигателей вибровозбудитель получает вертикально направленные колебания, которые сопровождаются ударами бойка по наковальне 1 проставки. Наковальня

закреплена в проставке в коническом гнезде.
Вибрационные молоты могут работать при положительных,

нулевых и отрицательных зазорах. Исследованиями установлено,

что оптимальным является нулевой
зазор, при котором режим работы Таблица 19.2 Значения р

молота не зависит от вида грунта,

глубины погружения элемента и соотношения массы молота и погружаемого элемента. Положительные зазоры

могут быть использованы в очень узких пределах, так как при зазорах,

превышающих амплитуду вынужденных колебаний, возможен переход на

безударные колебания. Отрицательные зазоры могут использоваться в широких пределах, однако при этом-режим работы молота весьма чувствителен к массе погружаемого элемента, глубине его погружения и виду грунта и поэтому требует частой перенастройки. Вибромолоты работают в комплекте с копровой установкой или самоходным краном соответствующей грузоподъемности.
Расчет вибромолотов. Расчет включает в себя определение

энергии удара (Дж), жесткости рабочих пружин (Н/м), возмущающей силы дебалансов (Н), размаха колебаний машины (м).

мощности электродвигателей (кВт), геометрических размеров дебаланса (м).
Энергия удара
E=mv2/[2(l—R)],
где т — масса ударной части молота; v — ударная скорость вибромолота, м/с (у^2 м/с); R — условный коэффициент восстановления скорости при ударе (— 1=^£/?^+Г).
Жесткость комплекта рабочих пружин
С~"а{~^)т’ (19'23)

где а — коэффициент, учитывающий сдвиг оптимальных ударных

скоростей в сторону отрицательных зазоров (а=1,1 ... 1,2); со —

угловая частота вращения дебалансов, равная частоте вынуж271
--------------- page: 269 -----------
денных колебаний, с-1 (<й=ял/30, п — частота вращения электродвигателей, об/мин); г — отношение частоты вращения дебалансов к числу ударов молота.
На режим работы молота влияет только суммарная жесткость

пружин (распределение жесткости между пружинами значения

не имеет). Суммарная возмущающая сила, развиваемая дебалансами,
(19'24)
где у — отношение частоты вынужденных колебаний к частоте

собственных колебаний вибровозбудителя без ограничителя;
Y = ш lYelm.
Размах колебаний ударной части молота
Л =
та>2
где р — коэффициент, зависящий от величин i и R и определяется по табл. 19.2.
Мощность электродвигателей, установленных на вибромолоте,
N = ^-(1 -/?2)^rVh'l0-3>
2
где t]i — КПД вибровозбудителя ('Hi— 0,6 ... 0,7); — КПД электродвигателей (т]2=0,85 ... 0,9). Геометрические размеры дебалансов определяются на основании известных величин вынуждающей силы и статического момента дебалансов определенной геометрической формы.
ГЛАВА 20. КОПРЫ И КОПРОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

СВАЕБОЙНЫХ УСТАНОВОК
Копры и копровое оборудование предназначены для перемещения свай к месту погружения, установки их в проектное положение и самого погружения. Копры представляют собой металлические конструкции, смонтированные на платформе с ходовой

частью. Различают копры навесные (на тракторах, экскаваторах

и автомобилях), рельсовые (на поворотных, неповоротных и

траверсных тележках), мостовые (на рельсовом и гусеничном

ходу). Копровое оборудование представляет собой копровые стрелы, навешиваемые в качестве сменного оборудования на строительные машины (краны, экскаваторы и др.) без механизмов наведения свай.
По конструктивным признакам копры и копровое оборудование могут иметь различное исполнение: универсальное, обеспечивающее во время работы машины полный поворот платформы с

272
--------------- page: 270 -----------
г
установленным на ней свайным погружателем, изменение вылета

и рабочий наклон копровой стрелы для погружения наклонных

свай; полууниверсальное, обеспечивающее только поворот платформы со свайным погружателем или только рабочий наклон

копровой стрелы для погружения наклонных свай; простое, не

имеющее механизмов для обеспечения поворота платформы, изменения вылета и рабочего наклона копровой стрелы. Все копры

и копровое оборудование, кроме того, оснащены специальными

механизмами для самостоятельного передвижения шасси или базовой машины копра, а также устройствами, обеспечивающими

установочные наклоны стрел для погружения вертикальных

свай.
20.1.
Для производства свайных работ наиболее распространенным типом машин являются навесные копры. По своему исполнению они

могут быть универсальными и полууниверсальными. Применение

навесных копров, смонтированных на тракторах, экскаваторах и

автомобилях, обладающих энергетической автономностью, высокой механизацией вспомогательных операций, мобильностью и

маневренностью, позволяет совершенствовать технологию свайных

работ, сокращать продолжительность установки свай, повышать

производительность и снижать стоимость сооружения свайных оснований.
Копры на тракторах (рис. 20.1,а) обеспечивают погружение

свай длиной 8 ... 12 м и массой до 5 т при возведении жилых,

промышленных и сельскохозяйственных зданий. Установка состоит из трактора 9, двухсекционной мачты 5 с направляющими

для дизель-молота 4, поворотной рамы 2, гидросистемы выравнивания мачты, гидрополиспастов подъема молота и сваи, устройства для установки сваи и гидропривода. Поворотная рама 2, несущая копровую мачту 5, нижним концом опирается на шарниры

кронштейна 1, прикрепленных к трактору. Рама вместе с мачтой

может поворачиваться вокруг этих шарниров вперед и назад на

5° с помощью двух гидроцилиндров 7, которые используются также для перевода мачты в транспортное (горизонтальное) положение. Кроме того, копровая мачта может с помощью гидроцилиндра поперечного выравнивания перемещаться по раме вдоль

продольной оси машины. Такая подвижность копровой мачты позволяет быстро и точно устанавливать сваю под нужным углом

в заданной точке погружения, а при отклонении сваи от заданного направления в процессе погружения производить совмещение продольных осей молота и сваи за счет наклона мачты. Подъем молота и сваи производится раздельно с помощью двух канатных гидрополиспастов, подвижные обоймы которых соединены со

штоками гидроцилиндров 8.
18—5258
--------------- page: 271 -----------
Схема запасовки канатов полиспастов подъема молота и сваи

показана на рис. 20.1,6. Установка сваи под молот осуществляется с помощью стрелы 3, выдвигаемой гидроцилиндром 6 вперед

и убираемой между направляющими мачты при забивке сваи.
Рис. 20.1. Копер навесной на

тракторе
Рис. 20.2. Копер навесной на экскаваторе
Гидроцилиндры копрового оборудования обслуживаются шестеренчатым гидронасосом, который приводится в действие от двигателя трактора через редуктор.
Копры на экскаваторах применяют при погружении свай, расположенных кустами в отдельных котлованах или траншеях. При

этом погружение производится с бровок котлованов и траншей

при минимальном маневре за счет вылета стрелы экскаватора и

поворота его платформы на 360°, что выгодно отличает этот тип

копра от других.
Конструкция копра на экскаваторе 2 (рис. 20.2) включает
274
--------------- page: 272 -----------
в себя копровую стрелу 11 с направляющими 12 для свайного

молота 8, опорную стрелу 4, устройство 10 для захвата и подъема сваи, включая заводку головки сваи в наголовник 9, и гидрооборудование. В средней части копровая стрела имеет сферическую опору 6, позволяющую стреле наклоняться вперед—назад,

вправо—влево и поворачиваться относительно вертикальной оси

шарнира. В нижней части копровая стрела соединяется с опорной стрелой посредством двух гидроцилиндров 15 и штанги сшар-

ниром 13. С помощью гидроцилиндров и полиспастов 3 осуществляются перемещения и наклоны копровой стрелы вперед — назад, вправо — влево. Поворот копровой стрелы вокруг вертикальной оси шарнира 13 осуществляется механизмом 14. Копровая

стрела предусматривает возможность навески молота с подскоком ударной части выше габарита копра. С этой целью головка

7 стрелы изготовлена поворотной. Молот подвешен на канате 5.

Для жесткой установки копровой стрелы на точке погружения

сваи под нижним торцом стрелы установлен гидродомкрат 16.

Устойчивость машины во время работы обеспечивается контргрузом 1. Гидроцилиндры копрового оборудования обслуживаются

гидронасосом, который приводится в действие от двигателя экскаватора.
Копры на автомобилях применяются при выполнении свайных

работ малых объемов на рассредоточенных небольших объектах

18*
--------------- page: 273 -----------
в радиусе до 200 км, а также при инженерно-геологических изысканиях и контрольных исследованиях, привязке и корректировке

проектов свайных фундаментов. Копры на автомобилях обладают

высокой мобильностью, в транспортное положение копровое оборудование переводится без разборки и снятия молота и применения грузоподъемных средств, на что тратится 10 ... 15 мин.

С помощью копров на автомобилях можно забивать сваи (вертикальные и наклонные) длиной до 8 м и массой до 2,5 т.
Конструкция копра на автомобиле 10 приведена на рис. 20.3

и включает в себя копровую стрелу 4 с головкой 6, подвижную

раму 2, гидроцилиндр 7 механизма подъема стрелы, гидроцилиндры 8 наклона стрелы, механизм 3 подъема сваи. Подъем молота 5 и сваи осуществляется с помощью гидрополиспастов.

В рабочем положении устойчивость копра обеспечивается гидравлическими выносными опорами 1. Гидроцилиндры копрового оборудования приводятся в действие через гидрораспределители 9

от гидросистемы автомобиля. В транспортном положении копровая стрела опирается на стойку 11.
В качестве свайных погружателей на автомобильных копрах

используются штанговые и трубчатые дизель-молоты, оборудованные дистанционным управлением. Основными достоинствами

копров на автомобилях являются высокая маневренность, возможность быстрой перебазировки и подготовки к работе; недостатком — необходимость наличия дорог с твердым покрытием.
20.2. Копры на рельсовом ходу
Рельсовые копры применяют на строительстве крупных промышленных и гидротехнических объектов с большими объемами свайных работ и необходимостью погружения тяжелых свай длиной

более 12 ... 16 м. Рельсовые копры выполняются универсальными, т. е. оснащенными механизмами поворота копра на 360° и

погружения как вертикальных, так и наклонных свай, и полууни-

версальными, в которых отсутствуют либо механизм поворота

копра, либо механизм рабочего наклона копровой стрелы.
Универсальные копры (рис. 20.4) состоят из базовой ходовой

тележки 1, полноповоротной платформы 2, копровой мачты 8 с

головкой 7, противовеса 3, гидроцилиндров наклона 4 и выдвижения 6 мачты, механизмов передвижения и поворота копрового

оборудования. Копры перемещаются по специально устроенному

рельсовому пути 9. В основу конструкции копра заложена парал-

лелограммно-шарнирная система 5 связей опорных и копровых

конструкций оборудования. На универсальных копрах устанавливаются паровоздушные и дизельные молоты, управление работой которых — дистанционное.
Полууниверсальные копры (рис. 20.5) предназначены в основном для погружения тяжелых вертикальных железобетонных
276
--------------- page: 274 -----------
свай длиной до 20 м и массой 8 т. Свайным погружателем на таких копрах чаще всего является паровоздушные молоты простого действия. Основными элементами полууниверсальных копров являются: вертикальная металлическая башня 5 с направляющей мачтой 4, полноповоротная тележка 1, кабина 7, противовес 8, верхний копровый блок 3, раскос 6, монтажный подстре-

лок 2, грузовые 12 и монтажная 10 лебедки. Полноповоротная
5
Рис. 20.4. Копер рельсовый Рис. 20.5. Копер рельсовый полууни-

универсальный
грузовая платформа 11 с поворотным кругом используется, как

правило, от башенного крана. На поворотный круг платформы

устанавливают опорную раму, к нижней части которой крепяг

гидродомкраты 9. Такие копры не имеют механизмов для погружения наклонных свай и изменения вылета копровой мачты. Во

время эксплуатации копра монтажная лебедка служит для подтаскивания свай.
По рельсовому пути перемещаются также копры мостового

типа, применяющиеся на слабых и водонасышенных грунтах или

при наличии в строящемся сооружении значительного технического подполья. Такие копровые установки (рис. 20.6,а), как правило, состоят из самоходного металлического моста 3 и тележки

с копровым оборудованием (кабиной 1, копровой стрелой 2, мачтой 7 для подъема сваи 5, лебедки 8 и молота 6). Мост переме277
--------------- page: 275 -----------
щается по рельсовому пути 4 вдоль свайного поля, а тележка —

по мосту поперек свайного поля. Такая схема копровой установки позволяет обеспечить погружение свай в любой точке свайного поля с наименьшим количеством холостых проездов и трудозатрат. Жесткость мостовых конструкций обеспечивает высокую точность и качество погружения свай. Копровые установки

мостового типа могут работать как в обычном (без применения
Рис. 20.6. Копровая мостовая установка
автоматики), так и в автоматическом координатно-шаговом режиме (автоматическое наведение сваи на точку погружения с

программным или полуавтоматическим управлением).
Мостовые копровые установки предназначены для погружения

железобетонных свай длиной 8... 12 м с помощью трубчатых или

штанговых дизель-молотов. Транспортировка мостовых копровых

установок осуществляется седельным автомобильным тягачом

(рис. 20.6,6).
278
--------------- page: 276 -----------
20.3. Расчет основных параметров копра

и копрового оборудования
(20.2)
%
100
50
Типы копроВ
4J...
ИЗ
57...
61
Основными параметрами, подлежащими расчету при выборе копров и копрового оборудования, являются: полная высота копра,

сменная техническая производительность и устойчивость копра.
Полная высота копра (копрового оборудования) (м)
//=/сН-Лн-Ь/м-Ь/ст_ЬЗс?б,
где /с — длина погружаемой сваи, м; /гн — высота наголовника, м;

/м — длина свайного погружателя (молота, вибропогружателя), м;

/ст — длина стропа, м; de — диаметр блока полиспаста механизма

подъема молота, м.
Производительность копров и оборудования ориентировочно

определяется следующей зависимостью (свай/смена)
Псм=7’с„/7’р.ц,
где Псм — сменная техническая производительность копра в сваях; 7СМ —

продолжительность смены, ч; 7Р.Ц —

продолжительность рабочего цикла

копра при погружении одной сваи, ч;
7’р.ц=7’п+7’в + 7’у (Тп — время чистого

погружения сваи, ч; Тв — время, необходимое для выполнения вспомогательных операций: переезд машины,

подтаскивание, подъем и ориентирование сваи и т. п.; Ту — удельное время,

учитывающее продолжительность технологических и организационных перерывов, приходящихся на рабочий

цикл (Тп и Тъ определяются проводимым хронометражом). Для примерного расчета производительности ТР_Ц = ТП + ТВ. При этом ТП

определяют по данным контрольных погружений свай, а Тв рассчитывают по диаграмме (рис. 20.7) в процентном отношении к
ПОЛНОМУ Гр.ц.
Устойчивость копра определяется для двух положений: нерабочего (рис. 20.8,а) и рабочего (рис. 20.8,6). На рисунке приняты

следующие обозначения: Gi, G2, G3, G4, G5, GM— соответственно

силы тяжести копровой стрелы, опорной стрелы, головки стрелы,

свайного погружателя, сваи и базовой машины, Н; W\ —ветровая

нагрузка на верхнюю часть копровой стрелы, Н; W\" — то же, на

нижнюю часть копровой стрелы, Н; W2, W3, W4, WK — то же, на

соответствующие элементы копра, Н; 1\, /г, /3, U, k, L — расстояния от Ц.Т. соответствующих элементов копра до грани опрокидывания (точки касания колеса машины с поверхностью дороги),

м; hi', hi", h2, hs, h5, hM, hM' — расстояния от точек приложения
279
Рис. 20.7. Диаграмма продолжительности вспомогательных

работ в общем цикле времени

погружения свай:
1 — копры мостовые; 2 — то же, на

экскаваторе; 3 — то же, на тракторах; 4 — то же, рельсовые универсальные; 5 — то же, полуунивер-

сальные
--------------- page: 277 -----------
соответствующих усилий до опорной поверхности, м; а — расстояние от Ц.Т. машины до оси ее вращения, м; ai и а2 — углы наклона опорной поверхности при нерабочем и рабочем положении копра соответственно, град.
а) , U
Рис. 20.8. Схема к определению устойчивости копра
Коэффициент собственной устойчивости копра (в нерабочем

положении) представляет собой отношение восстанавливающего

момента Мв к моменту опрокидывания М0
К, = ^1^1 ^2^2 ^3^3 "Ь ^4^4 Ом COS tx/м ^ | г
су w +wl"h1" + + " ’■ (
Коэффициент грузовой устойчивости ^г.у=АГв/М0^1,15. При

определении грузовой устойчивости копра кроме указанных на

рис. 20.8,6 сил учитывают инерционные центробежные нагрузки,

возникающие при повороте базовой машины копра, т. е.
К
у V 1
Величина ветровой нагрузки (Н): W=q0nCxyS, где ^ — скоростной напор воздуха, Па; п — поправочный коэффициент на высоту (при 0</г< 10 м п— 1; при 10 м</г<20 м «= 1,32); Сх —

280
аэродинамический коэффициент; у — коэффициент перегрузки;
5
Величина центробежной силы инерции, возникающей при повороте базовой машины с копром (Н),
Pi =
где тг—масса отдельной поворачивающейся части копра, кг; © —

угловая скорость вращения копра, с-1; г,- — радиус вращения

центра тяжести поворачивающейся части копра, м.
Рис. 20.9. Винтовые наконечники для

погружения свай
20.4.
Погружение свай методом завинчивания получило сравнительно

небольшое распространение (строительство фундаментов для радио- и телевизионных мачт и др.). Завинчиванию обычно подвергаются железобетонные сваи

с металлическими наконечниками. В качестве наконечников для таких свай используют винтовые лопасти диаметром до 2,5 ... 3,0 м при длине

сваи 20 м и более. Винтовые

сваи позволяют передавать на- §

грузки на большую площадь

грунта, что значительно повышает их несущую способность.
Конструкцию лопасти выбирают в зависимости от свойств

грунта. Для многих грунтов

применяют винтовые лопасти
с малым шагом и большим диаметром (рис. 20.9,а). При плотных

грунтах наконечникам придают коническую форму с большим шагом и малым диаметром (рис. 20.9,6).
Преимуществами винтовых свай являются: высокая несущая

способность, возможность плавного погружения в грунт, возможность воспринимать отрицательные усилия.
Завинчивание свай осуществляется с самоходных установок на

автомобилях. Установка состоит из базового автомобиля 1 (рис.

20.10), рабочего органа 3, четырех опорных домкратов 4, привода

вращения и наклона рабочего органа, гидросистемы 5, пульта

управления и вспомогательного оборудования. Конструкция рабочего органа позволяет выполнять следующие операции: втягивать

винтовую сваю внутрь трубы рабочего органа, обеспечивать заданный угол погружения сваи в пределах 0... 45° от вертикали,

погружать сваю в грунт путем вращения с одновременным воздействием на нее осевого усилия; при необходимости с помощью установки можно вывертывать сваю из грунта. Основание рабочего

органа шарнирно закреплено на раме. Рабочий орган можно на-
281
--------------- page: 278 -----------
Рис. 20.10. Установка для завинчивания сван на базе

автомобиля
клонять с помощью двух винтов боковых редукторов. Вращение

рабочего органа и его наклон осуществляются от коробки отбора

мощности базовой машины через соответствующие редукторы.

Управляют механизмами для погружения сваи из кабины 2, смонтированной на раме машины.
Погружение свай методом вдавливания и вибровдавливания

применяется в жилищном и промышленном строительстве при наличии грунтов с малым расчетным сопротивлением, а также при
устройстве опор под линией электропередачи, где погружение свай

методом забивки исключено. Копровые установки вдавливающего

действия существуют на базе экскаваторов или мостовых траверсных

тележек. Такие установки оснащены копровыми стрелами со специальными системами полиспастов

или цепными механизмами для погружения свай под действием вертикальных сил вдавливания, создаваемых массой сваи и тяговым усилием лебедки и передаваемых через

канатно-блочную (цепную) систему

на подвижный наголовник. Реактивные усилия, возникающие при

вдавливании сваи, воспринимаются

массой самой установки и дополнительного балласта. Для выполнения вспомогательных операций

Рис. 20.11. Установка для внбро- установки оснащаются башенным

вдавливания свай
282
--------------- page: 279 -----------
Более эффективным является метод вибровдавливания, при

котором погружение свай происходит за счет одновременного воздействия на них вибрационных усилий низкочастотного вибропогружателя с подрессорной пригрузкой и вертикальных сил вдавливания, создаваемых массами сваи, вибропогружателя и частично

массой всей установки. Вибровдавливающие агрегаты погружают

сваи длиной 6... 7 м при строительстве линий электропередачи и

других линейных сооружений. Такие установки монтируются на

базе модификаций трактора Т-100 и Т-140.
В комплект копрового оборудования установки входят рама 3

(рис. 20.11,а), мачта 5, двухбарабанная реверсивная лебедка 2 с

электроприводом, вибропогружатель 6 и канатно-блочная система вдавливания. Питание электродвигателей лебедки и вибропогружателя производится от синхронного генератора 1, вращаемого валом отбора мощности базового трактора. Один барабан

реверсивной лебедки используется для подъема—опускания вибропогружателя, а второй —для создания пригрузочного усилия. Тяговое усилие на каждом барабане лебедки составляет 40 кН. Схема запасовок канатов подъемного 9 и пригрузочного 8 механизмов

показана на рис. 20.11,6. Спереди трактора 4 на опорах рамы

смонтирована пространственная решетчатая мачта 5 с оголовком,

служащая подъемным и направляющим устройством для вибропогружателя и сваи. При перебазировках машины мачта переводится в горизонтальное положение. При вдавливании сваи в плотные

грунты вначале трубчатым лидером 7, входящим в комплект агрегата, продавливают до задней отметки лидирующую скважину,

площадь поперечного сечения которой не превышает 50% поперечного сечения сваи. Лидер из скважины извлекают лебедкой

при работающем вибраторе. Затем в лидирующую скважину устанавливают жестко соединенную с вибропогружателем сваю и

вдавливают ее так же, как лидер.
Основным недостатком методов вдавливания и вибровдавлива-

ния свай является невозможность проведения работ в зимнее

время, так как это связано с предварительным прорезанием слоя

мерзлого грунта или отогревом его, что резко повышает стоимость

и продолжительность производства свайных работ.
20.5.
Извлечение из грунта ранее погруженных металлических свай или

шпунта, которые использовались как временные ограждающие

конструкции, позволяет получить значительную экономию профильного металла. Оборудование, применяемое для извлечения

свай и шпунта, по принципу действия подразделяются на две

группы: статического воздействия на извлекаемый элемент (лебедки, гидравлические прессы, винтовые домкраты) и динамиче283
--------------- page: 280 -----------
ского воздействия (свае- и шпунтовыдергиватели на базе молотов

и вибропогружателей). Наиболее эффективно в работе оборудова- ]

ние с динамическим воздействием на извлекаемый элемент.
Классификация свае- и шпунтовыдергивателей производится

по следующим признакам: по применяемому виду энергии (паровоздушные, гидравлические и

электрические); по методу извлечения (ударный, вибрационный

и смешанный) по извлекающей

способности (масса ударной части, вынуждающая сила, мощность привода). Наиболее распространены электрические свае-

и шпунтовыдергиватели вибро-

ударного действия, работающие

по принципу ранее рассмотренных вибромолотов. При работе

такого оборудования на извлекаемый элемент передается ударное и вибрационное воздействие.

При этом импульсные удары повышают величину извлекающей

силы, действующей от копрового

оборудования, за счет энергии

удара вибровозбудителя, а вибрационное воздействие, передаваемое через наголовник, резко

снижает силы трения погружаемого элемента о грунт.
Шпунтовыдергиватели вибро-

ударного действия (рис. 20.12)

состоят из вибровозбудителя

(ударной части), рамы 3, наголовника 10 и амортизатора 1. Виб-

бовозбудитель представляет собой

горизонтально установленные в

корпусе 4 электродвигатели 5, на

валу 6 которых установлены дебалансы 7. Сверху вибровозбуди-
Р.ис. 20.12. Шпунтовыдергиватель

виброударного действия
тель имеет сферический боек. Нижней плоскостью вибровозбудитель опирается на комплект рабочих пружин 8, которые, в свою

очередь, опираются на переходную плиту 9. При вращении электродвигателей возникают направленные вертикальные колебания,

под действием которых ударная часть периодически ударяется

бойком о плиту с наковальней 2. Через раму 3 ударный импульс

передается на плиту 9, наголовник 10 — к извлекаемому элементу.

Амортизатор 1, расположенный над рамой, служит для уменыпе-
284
--------------- page: 281 -----------
ния динамических нагрузок на копровое оборудование, возникающих при работе шпунтовыдергивателя.
При определении усилий, необходимых для извлечения свай и

шпунта, следует учитывать массу извлекаемого элемента, глубину погружения, возможную деформацию, продолжительность нахождения погружаемых элементов в грунте, а также напластование грунта. Трение сваи о грунт увеличивается со временем,

в течение которого свая находится в грунте, за счет коррозии и

сил сцепления. В стальных шпунтах, кроме того, прибавляется еще

трение в замковых соединениях, которое может заметно возрасти

за счет проникшего в замок песка или заклинивания шпунта.
20.6.
Буронабивные сваи используются в случаях, когда забивные сваи

по грунтовым или другим условиям применять невозможно (в

твердых глинистых грунтах, в грунтах с включениями валунов

вблизи существующих зданий и сооружений, в местах, где забивка свай недопустима из-за высокого уровня звукового давления, в

оползневых районах). Изготовление таких свай включает следующие операции: бурение скважины, устройство уширенной пяты,

опускание обсадных труб, установка арматурных каркасов, бетонирование скважины и извлечение обсадных труб. Для изготовления буронабивных свай применяются две группы оборудования:

1) только для бурения скважины; 2) для выполнения комплекса

работ по изготовлению набивных свай под защитой инвентарных

обсадных труб.
Первая группа подразделяется на установки с навесным и подвесным оборудованием. В установках с навесным оборудованием

конструкция базовой машины несколько изменена, что не позволяет использовать их при выполнении вспомогательных подъемно-транспортных операций. При наличии на базовой машине подвесного оборудования, которое можно легко демонтировать, ее

можно использовать также для выполнения операций по подаче

арматуры и бетонной смеси в скважину. По принципу действия

навесные установки относятся к машинам вращательного действия, а подвесные установки оснащаются рабочими органами как

вращательного, так и ударного действия. Установки второй группы оснащаются двумя видами рабочего оборудования — вращательного и ударного действия.
Установка с навесным оборудованием для бурения скважин

(рис. 20.13,а) состоит из базовой машины (экскаватора) 9 и смонтированной на нем направляющей стойки 2, которая крепится в

нижней части к стойке 10, а в верхней — к стреле экскаватора. По

направляющей стойке перемещается каретка 4 с электроприводом

5, выполненным в виде планетарного мотор-редуктора. Движение
285
--------------- page: 282 -----------
каретки осуществляется канатом от лебедки базовой машины через отклоняющий ролик 1 и гусек 3 с блоками. К выходному валу электропривода прикреплена телескопическая буровая колонна 6 с очистителем 7 и буровым инструментом, состоящая из двух

телескопических секций, нижняя из которых имеет по всей длине
шнековые лопатки 8. При работе направляющая стойка опирается на домкрат 11. Для фиксации буровой колонны в скважине во

время переключения телескопических секций используется кондуктор с перехватом 12, который оснащен двумя рычагами, удерживающими колонну от падения в скважину.
Буровая колонна (рис. 20.13,6) состоит из двух секций, соединенных между собой с помощью болтов. Секции имеют одинаковую конструкцию и состоят из труб 5 и 9, внутри которых расположены квадраты 4 и 8. Квадраты могут свободно выдвигаться

из трубы до упора в ограничители 6 и 10. Стопорение.квадратов

286
--------------- page: 283 -----------
в крайних положениях производится фиксирующими пальцами 3

и 7 через соответствующие отверстия в квадратах. К нижней секции колонны крепится шнек 11 с буровой коронкой 12 или расширитель. Вращение колонны осуществляется от электропривода 1

через муфту 2.
Рис. 20.14. Шиековый

расширитель
Рис. 20.15. Установка с

подвесным оборудованием для устройства буронабивных свай
Буровая коронка выполнена в виде двухперого долота вращательного действия. Для расширения ствола скважины под пяту

сваи вместо буровой коронки и шнека устанавливают шнековый

расширитель (рис. 20.14), состоящий из штанги 1, уширителя 2 и

бадьи 3 с направителем 4. По достижении бадьей 3 днища скважины под влиянием массы буровой колонны рычаги уширителя 2

раздвигаются и своими ножами разрушают грунт, который поступает в бадью. Разгружают бадью на поверхности, открыв днище.
287
--------------- page: 284 -----------
Основным недостатком рассмотренной установки является

сложность очистки шнека от грунта при глубине скважин более

16 м, ввиду того, что высота трубчатой направляющей позволяет

поднять буровую колонну над уровнем грунта только на 15 м; при

большей глубине каждая разгрузка шнека требует выполнения

всех операций по изменению длины секций, что снижает производительность установки.
Установка с подвесным оборудованием для бурения скважин

под буронабивные сваи (рис. 20.15) состоит из базовой машины 1,

на крюке которой подвешен рабочий орган, выполненный в виде

подвески 2, присоединенной к штанге 3 со стабилизатором 4. К

стабилизатору крепится электропривод 5 с ковшовым буром 8. На

электроприводе с помощью шпонок подвижно закреплен переходник 6, входящий в зацепление с обсадным патрубком 9, размещенном на кондукторе 10, укрепляемом в грунте с помощью анкерных штырей И. Штанга 3 изготовлена из трубы, на которой

снаружи приварены четыре уголка полками вдоль оси трубы и в

плане имеет квадратное сечение. Для обеспечения подвижной

связи с кондуктором 1 (по мере прохождения скважины) штанга

снабжена стабилизатором 4 в виде цилиндра, в верхнем дне которого имеется квадратное отверстие для прохода штанги. Стабилизатор соединяется с переходником 6, выполненным в виде кольца, на нижнем торце которого имеются выступы для связи с обсадным патрубком 9 и фиксатором 7, стопорящие переходник на

электроприводе.
Электропривод ковшового бура представляет собой мотор-редуктор с двухступенчатой планетарной передачей. С учетом проходки скважин в жидкой среде электропривод заключен в герметический колокол. На выходном валу мотор-редуктора крепится

ковшовый бур. Стабилизация электропривода на грунте, а также

ориентация бура на ось скважины достигается с помощью обсадного патрубка 9, снабженного воронкой с выступами для соединения с переходником и двумя шпонками, входящими в пазы кондуктора.
Рабочий процесс рассматриваемой установки происходит следующим образом. В начале с помощью базовой машины на ось

скважины устанавливают кондуктор с обсадным патрубком и закрепляют его анкерными штырями (рис. 20.16,а). Далее в обсадной патрубок вводят ковшовый бур до упора его днища в грунт,

строго соблюдая при этом соосность патрубка и бура; при этом

ребра переходника входят в зацепление с ребрами обсадного патрубка. Затем, приподняв ковшовый бур, включают электропривод и начинают бурение с постепенной подачей бура в забой

(рис. 20.16,6). При заполнении корпуса бура срезанным грунтом

включают электропривод, поднимают рабочий орган, выводят его

из обсадной трубы и с помощью стрелы базовой машины отводят

в сторону, где происходит разгрузка грунта. Затем операции по288
--------------- page: 285 -----------
вторяют до достижения проектной отметки скважины (рис.
20.16,в). Бетонирование скважины производится после демонтажа

рабочего органа кондуктора и обсадного патрубка (рис. 20.16,г).

Для бетонирования установка комплектуется воронкой с бетоно-

водом, через который бетонная смесь из погруженной емкости,
Рис. 20.16. Рабо

чий процесс устройства бурона

бивных свай
19—5258
289
--------------- page: 286 -----------
\
подвешенной на вспомогательном крюке базовой машины, поступает в скважину, заполняя ее (рис. 20.16,(3).
Для изготовления набивных свай под защитой инвентарных обсадных труб применяются самоходные бурильно-крановые машины,

оснащенные бурильным и грузоподъемным (крановым) оборудованием. Бурильное оборудование таких машин предназначено для

проходки скважин способом вращательного бурения, крановое —

для установки в пробуренные скважины обсадных труб и бетонирования скважин. Бурильно-крановые машины монтируют на грузовых автомобилях нормальной и повышенной проходимости,

пневмоколесных и гусеничных тракторах. У некоторых типов

ударно-крановых машин на базе автомобиля рабочее оборудование размещается на поворотной платформе и приводится в действие от самостоятельного двигателя, установленного там же. Поворотное в плане рабочее оборудование (угол поворота составляет 90°) обеспечивает бурение нескольких скважин с одной позиции

машины, что существенно повышает ее производительность.
Неповоротное рабочее оборудование монтируется на специальной раме сбоку или сзади базовой машины и приводится в действие от ее силовой установки. Бурильно-крановые машины на базе

гусеничных тракторов могут иметь навесное бульдозерное оборудование с гидравлическим управлением для выполнения предварительных планировочных работ на участках бурения и обратной

засыпки скважин. Основным рабочим органом машин служат лопастные и шнековые буры, режущие кромки которых оснащены

резцами с твердосплавными пластинами.
Бурение скважины происходит при сообщении буру одновременно вращательного и поступательного (вдоль оси) движений,

а также дополнительного усилия напора. Частота вращения бура

может быть постоянной и переменной. Для удаления разрушенного грунта из скважины бур периодически поднимают на поверхность; грунт разбрасывается вращающимися лопастями в сторону

от скважины.
У машин с глубиной бурения до 3 м подача бура в забой и его

подъем осуществляются гидроцилиндром двустороннего действия;

с большей глубиной бурения — подача посредством гидроцилиндров и гидропатрона, подъем — с помощью лебедки и каната. Каждая машина оборудована лебедкой и полиспастом с крюковой

подвеской для подъема-опускания грузов. Буровое и грузоподъемное оборудование монтируется на мачте, установка которой в рабочее и горизонтальное транспортное положение производится гидроцилиндрами. Устойчивость машин при работе обеспечивается

выносными опорами с гидроприводом.
Конструкция самоходной бурильно-крановой машины с поворотным в плане рабочим оборудованием приведена на рис. 20.17.

Базовой машиной служит автомобиль повышенной проходимости

1, на раме которого вместо кузова укреплено опорно-поворотное

290
--------------- page: 287 -----------
устройство 15 с поворотной платформой 16. На поворотной платформе размещены дизельный двигатель 17, трансмиссия привода,

буровое и крановое оборудование, а также кабина машиниста.

Рабочий орган машины — шнековый бур, механизмы его привода

и подачи, а также крановое оборудование смонтированы на четырехгранной трубчатой мачте 2. Сверху к мачте прикреплен гусек 3

с блоками для грузового каната 11. Нижний конец мачты шарнирно установлен в проушинах поворотной платформы. Подъем мач-
Рис. 20.17. Бурильно-крановая машина с поворотным рабочим оборудованием:
а — общий вид; б — кинематическая схема
19*
--------------- page: 288 -----------
ты в вертикальное (рабочее) положение и опускание ее в горизонтальное (транспортное) положение относительно оси поворота

10 производятся двумя гидроцилиндрами 7 двустороннего действия. Буровой инструмент 13 крепится к нижнему концу буровой

штанги квадратного сечения 9, свободно пропущенной через квадратные отверстия в механизме зажима 6 и подачи 5 и в ступице

ведомой цилиндрической шестерни редуктора вращателя 8. Верхний конец штанги шарнирно закреплен в вертлюге 4. Вертлюг

подвешен на канате, сходящем с барабана Б для подъема штанги

двухбарабанной фрикционной лебедки 18. Грузовой барабан А

лебедки служит для подъема и опускания обсадных труб с

помощью крюковой подвески 12 и каната 11, образующего двукратный полиспаст. Привод механизма 19 вращения поворотной

платформы, а также двухбарабанной лебедки производится от

редуктора отбора мощности 21, через цепную передачу 20, промежуточный вал, .реверс 24 и шестеренчатую распределительную

передачу 25. Вращение штанги с буровым инструментом осуществляется от дизельного двигателя 17 через механическую трансмиссию, в состав которой входят карданный вал, коробка передач

23, редуктор поворота 22 и вращатель 8. Механическая коробка

передач обеспечивает шесть скоростей вращения бура в диапазоне

от 28 до 259 об/мин.
Принудительная подача бурового инструмента в забой производится гидравлическим механизмом зажима и подачи штанги,

основным узлом которого является четырехкулачковый гидравлический патрон 6, подвешенный к штокам двух гидроцилиндров 5

двустороннего действия. В процессе бурения патрон зажимает

штангу, а гидроцилиндры подают ее в забой. Скорости подачи и

вращения бура меняются в зависимости от физико-механических

свойств разрабатываемого грунта. При работе машина дополнительно опирается на два гидравлических домкрата 14.
--------------- page: 289 -----------
Раздел шестой
МАШИНЫ ДЛЯ ОТДЕЛОЧНЫХ РАБОТ

И РУЧНЫЕ МАШИНЫ
ГЛАВА 21. МАШИНЫ ДЛЯ ОТДЕЛОЧНЫХ РАБОТ
Строительно-отделочные работы включают в себя: штукатурные, малярные, кровельные, стекольные, изоляционные, индустриальную отделку помещений, устройство и отделку полов в помещениях и вспомогательные. Для каждого вида работ применяют

специализированные машины и комплекты машин, позволяющие

повысить производительность труда, улучшить качество выполняемых работ.
Машины, применяемые при отделочных работах, разделяются

по технологическому принципу на шесть основных групп: для

штукатурных работ (штукатурные станции и агрегаты; растворо-

насосы, цемент-пушки, штукатурно-затирочные машины); для

малярных работ (мелотерки, краскотерки, краскомешалки, эмуль-

саторы, клееварки, малярные станции, агрегаты для нанесения

шпатлевки, окрасочные агрегаты, электрокраскопульты, краскораспылители, агрегаты для окраски фасадов); для устройства и

отделки полов деревянных, мозаично-бетонных и из рулонных материалов (машины для острожки и шлифования паркетных полов,

для затирки, заглаживания и железнения поверхностей, мозаичношлифовальные машины, для сварки линолеума); для стекольных

работ (инструмент для нанесения замазки и забивки шпилек);

для кровельных работ (для удаления воды и сушки покрытий,

машины и установки для подогрева, перемешивания и транспортировки мастик, агрегаты для нанесения битумных мастик, для

очистки, раскатки и прикатки рулонных материалов) и вспомогательное оборудование (компрессоры, трансформаторы, преобразователи тока, механизированные вышки и люльки и др.).
Согласно индексации отделочные машины имеют буквенно-цифровое обозначение (индексы). Для всех отделочных машин установлен буквенный индекс — СО. Цифровой показатель обозначает

порядковый номер разработки машины. Наличие в конце индекса

буквенного обозначения свидетельствует о ее модернизации, причем число модернизаций соответствует порядковому номеру буквы

в алфавите. Например, индекс окрасочного агрегата СО-5А обозначает, что это пятая разработка устройства и ее первая модернизация.
293
--------------- page: 290 -----------
21.1.
Основными операциями при штукатурных работах являются приготовление штукатурных смесей, транспортировка их к месту работы штукатуров, нанесение раствора на поверхность и затирка

поверхностного слоя раствора. Штукатурные смеси приготовляются в растворосмесителях непосредственно на строительстве (при

небольших объемах работ или значительных расстояниях от растворных заводов) или доставляются в специализированных

транспортных средствах. Комплексная механизация штукатурных

работ предусматривает установку на объектах промышленного,

гражданского и сельского строительства штукатурных станций

производительностью 1...4 м3/ч, предназначенных для приема,

переработки, подачи к рабочему месту штукатурных растворов и

нанесения их на подготовленные поверхности, что обеспечивает

сокращение затрат ручного труда при выполнении основных и

вспомогательных операций. Транспортировка смесей в них производится растворонасосами (плунжерными, поршневыми, винтовыми) или с помощью сжатого воздуха.
Штукатурная станция (рис. 21.1) размещена в металлическом

кузове 1, совмещенном с приемным бункером 2. В приемном бункере размещены поворотный струг 27, шнек-смеситель 26 и процеживающее устройство 4 со щетками 3. Подготовка раствора в

бункере с помощью этих устройств позволяет резко уменьшить

высоту загрузки и принимать раствор непосредственно из транспортных средств (растворовоза, самосвала) без использования

пандуса или эстакады. Струг перемещается вдоль бункера кареткой 25 по направляющим 9 с помощью двух гидроцилиндров 21,

а поворачивается гидроцилиндром 11. С помощью струга раствор

необходимыми порциями подается в зону перемешивания, где попадает под действие шнекосмесителя. После перемешивания раствор попадает на сито процеживающего устройства, где происходит дополнительное перетирание комков раствора стальными

щетками 3 и самоочистка сита. При необходимости в замес добавляют воду (в зимнее время подогретую в водонагревателе 12)

для доведения раствора до требуемой подвижности. Бункер закрывается крышкой 8 с помощью гидроцилиндра 13. Подогрев

бункера осуществляется с помощью воздухонагревателя 6. Процеженный раствор поступает в бункер-накопитель 5, откуда рас-

творонасосом 14 по растворопроводу 7 перекачивается к месту

работы штукатуров. В кузове станции размещены привод 23

шнек-смесителя, электропривод 17 растворонасоса и компрессора

15, насос 16, пульт управления 22, шкаф для инструмента 19,

электрошкаф 18, вентилятор 10 и другое оборудование. Очистка

раствороводов производится сжатым воздухом, поступающим из

ресивера 20. Отходы раствора (камни) извлекаются из зоны перемешивания через люки 24.
294
--------------- page: 291 -----------
г
Рис. 21.1. Штукатурная станция
Для приготовления и нанесения гипсовых растворов на основе

сухих смесей (влажностью не более 10%) используются передвижные агрегаты производительностью 0,35... 0,7 м3/ч. В качестве основного узла в этих агрегатах используются одновинтовые

насосы, обеспечивающие высокую равномерность подачи растворов, значительный напор при небольших габаритах и массе.
Одновинтовой насос (рис. 21.2) состоит из привода 1, прием-
А-А
Рис. 21.2. Схема одновинтового насоса
295
--------------- page: 292 -----------
ного бункера с винтовым питателем 2, ротора 4, статора 5 и хомута 3, обжимающего статор. Статор выполняется обычно заодно

с корпусом и имеет рабочую поверхность из эластичного материала (резины), благодаря чему становится податливым в радиальном направлении. Рабочая поверхность статора представляет собой двухзаходный винт, образующий в нормальном сечении овал

Кассини шириной d с прямолинейными участками длиной 4е. Рабочая поверхность ротора, изготовляемого из стали или чугуна,

представляет собой однозаходный винт с шагом в два раза меньше шага статора с поперечным сечением в виде окружности диаметром d, центр которой смещен относительно оси ротора на величину е. Ось ротора смещена относительно оси статора также на

величину е и поэтому при вращении ротора вращается в обратном направлении по окружности радиуса е. Рабочие поверхности

статора и ротора, сопрягаясь, образуют замкнутые полости, которые при вращении ротора перемещаются вдоль оси статора от камеры всасывания к напорной камере, непрерывно транспортируя

перекачиваемый материал и обеспечивая равномерность его подачи. Благодаря эластичности рабочей поверхности статора снижается опасность заклинивания насоса при попадании твердых

частиц в зазор между ней и рабочей поверхностью ротора; это

позволяет использовать одновинтовые насосы для перекачки строительных растворов.
При строительстве различных сооружений (трубопроводы, туннели, резервуары) возникает необходимость нанесения на их поверхность защитного износостойкого, огнеупорного или водогазонепроницаемого слоя специальной торкретной штукатурки (цементно-песчаного раствора или мелкозернистой бетонной смеси)

под давлением сжатого воздуха. Для таких работ применяют передвижные торкретные установки, в состав которых входят тележка

на колесном ходу (на салазках), цемент-пушка, компрессор с ресивером, бак для воды, гибкие шланги (материальный, водяной и

воздушный) и распылительная насадка. Питание распылительной

насадки сухой смесью осуществляется от цемент-пушки по материальному шлангу, водой из бака по водяному шлангу. Сжатый

воздух подается в цемент-пушку и в водяной бак от компрессора

по воздушному шлангу. В водяной бак поступают также химические реагенты, ускоряющие схватывание смеси.
Цемент-пушка (рис. 21.3) состоит из загрузочного бункера 2,

имеющего в верхней части сетку, а в нижней — побудитель 6,

шлюзового барабана 9 с уплотнительными дисками 8 и 10, электродвигателя 1, дозатора 4. Вращение побудителю и шлюзовому

барабану передается от электродвигателя через червячный редуктор. При работе цемент-пушки сухую смесь подают на сетку

бункера, где она просеивается и поступает вниз. Затем через отверстия в днище бункера и в верхнем уплотнительном диске 8

смесь перемещается в ячейки шлюзового барабана. Вращающийся
296
--------------- page: 293 -----------
шлюзовой барабан переносит ячейки со смесью к разгрузочному

отверстию в нижнем уплотнительном диске 10, откуда смесь поступает в полость крыльчатого дозатора. При вращении дозатора

его полости заполняются порциями смеси, которые выдуваются из

него в продольном направлении сжатым воздухом от компрессора

через выходной патрубок 3 в материальный шланг. На конец

шланга надевается распылительная насадка, к которой с помощью

водяного шланга подводится вода. В насадке сухая смесь смешивается с водой и в виде распыленной массы выбрасывается из нее

на торкретируемую поверхность.
Надежная работа цемент-пушки обеспечивается герметизацией

шлюзового барабана и дозатора с помощью поджимного болта 5

и маховика 7 и постоянно заполненным загрузочным бункером.

Производительность выпускаемых в настоящее время цемент-пушек

составляет по сухой смеси 1,5 ... 2 м3/ч. При рабочем давлении

воздуха 0,3 ... 0,36 МПа наибольшая дальность подачи сухой

смеси до 45 м по горизонтали или 10 м по вертикали.
При штукатурных работах нанесение раствора на подготовленную поверхность производится распыливающими устройствами,

которые разделяются на воздушные и безвоздушные. В воздушные

распыливающие устройства подаются одновременно раствор и

сжатый воздух, который при выходе из сопла распыляет раствор,

образуя факел. При этом раствор равномерно наносится на поверхность. Устройства с воздушным распылением бывают двух

типов: с центральной и кольцевой подачей топлива.
В распиливающем устройстве с центральной подачей воздуха

(рис. 21.4, а) регулирование факела раствора, выходящего из со-
Рис. 21.3. Передвижная торкретная установка:
а — общий вид; б — разрез
297
--------------- page: 294 -----------
пла 1, осуществляется изменением расхода воздуха, подаваемого

по воздушному патрубку 6 с помощью крана 5, или расстояния

между форсункой и патрубком 6. Фиксация положения патрубка 6 производится винтом 4. Раствор подается по материльно-

му шлангу 7 под некоторым углом к корпусу форсунки 3.

Форсунки распиливающего устройства — смешанные и крепятся

к корпусу муфтой 2. Распыление раствора производится за счет

увеличенной скорости его движения при выходе из сопла.
Рис. 21.4. Распыливающие устройства
Распиливающее устройство с кольцевой подачей воздуха

(рис. 21.4, б) состоит из форсунки 1, смесительной камеры 2, воздушного 6 и материального 7 патрубков и регулировочного крана

5. При работе устройства раствор подается по патрубку 7 в смесительную камеру; туда же по патрубку 6 через кран 5, колено 3

и кольцевое пространство 4 подается сжатый воздух, который,

подхватывая раствор и выходя с ним из форсунки, образует факел.

В результате раствор равномерно наносится на поверхность.
Первый тип распыливающего устройства прост по конструкции,

однако распыление раствора осуществляется недостаточно; второй

тип — сложнее по конструкции, но обеспечивает лучшее распыление раствора. Воздушные распыливающие устройства применяются

для нанесения отделочных растворов подвижностью 6 ... 12 см

и крупностью заполнителя до 2,5 мм. Регулирование скорости

выхода раствора при постоянных размерах выходного отверстия

сопла осуществляется изменением расхода воздуха. Качество на298
--------------- page: 295 -----------
несения раствора, а также его потери зависят от объемного соотношения раствора и воздуха. Принято, что при давлении воздуха

0,5 МПа на 1 м3 раствора должно подаваться не менее 4 ... 5 м3

воздуха.
Безвоздушные распыливающие устройства применяются для

нанесения растворов большой подвижности, они просты по конструкции и не требуют подвода сжатого воздуха. Однако в них

не достигается требуемое распыление струи раствора, что приводит к неравномерному нанесению его на поверхность, снижению

качества работ и частому засорению сопл.
На рис. 21.4 в дано прямоточное устройство с эластичной

диафрагмой, дающее прямоточный факел. Оно состоит из корпуса 3, сопла 2, резиновой диафрагмы 1 и гребенчатого хвостовика 4. В диафрагме имеются два отверстия, соединенные прорезью.

При прохождении раствора через прорезь происходит его распыление: из сопла выбрасывается плоский факел, который наносится на поверхность слоем шириной до 500 мм. Достоинством

плоского факела является возможность нанесения раствора полосами, не забрызгивая рядом находящихся конструкций, без пропусков и утолщений. Недостатком данного устройства является

интенсивный износ диафрагмы.
Винтовое распыливающее устройство (рис. 21.4, г) состоит из

корпуса 2, распылителя 1, вставки 3, корпуса-гасителя 4, патрубка 5 и неподвижного винта 6. При прохождении устройства раствор получает винтообразное вращение и наносится на поверхность

по винтовой линии, которая в момент соприкосновения со стенгм

имеет угол 15 ... 30°. Раствор ложится на поверхность без отс.. -

ка, что сводит к минимуму его потери. При таких распыливаь-

щих устройствах применяются растворы повышенной жесткости.
Существуют распыливающие устройства с регулируемым напором раствора (рис. 21.4, (3), который осуществляется путем зажима

резинового прямоугольного сопла металлическими скобами, закрепленными на гайке. При перемещении гайки происходит изменение сечения выходного отверстия сопла, что влечет за собой

изменение давления раствора, выходящего из устройства.
Затир