Строительные машины и оборудование
Переносные вибровозбудители для уплотнения 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,а) состоит из неуравновешенного элемента-дебаланса 1, 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 тл на ее эксцентриситет г относительно оси вращения, т. е. на расстояние от центра тяжести дебаланса ■с до оси вращения О: S^—m^r.
Возникающая центробежная (инерционная) сила /•'д(Н) определится как произведение массы дебаланса тц на ускорение га2, развиваемое дебалансом:
Рл=тяш2. (18.5)
Поводковый вибровозбудитель (рис. 18.6,6) состоит из бегунка 1, 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 ю, одновременно вращаясь около своей оси с угловой скоростью шс-
204
Статический момент массы бегунка 5ПЛ (Н-м) равен произведению массы бегунка на эксцентриситет этой массы тб относительно оси беговой дорожки:
Где r==Di/2—D2J2 — разность радиусов беговой дорожки и бегунка.
Планетарные вибровозбудители представлены двумя схемами: с внешней обкаткой (рис. 18.6,в), когда бегунок / 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 |
Центробежная (инерционная) сила, развиваемая бегунком планетарного вибровозбудителя, определится как произведение массы бегунка те на ускорение, развиваемое бегунком при его обкатке, г са2:
F—тбГО)2, (18.7)
Где (о=і'юб; t — передаточное отношение угловой скорости обкатки к угловой скорости собственного вращения бегунка ©б-
Угловая скорость:
D /2
При наружной обкатке ш = ------------------------ шб; (18.8)
D^j 2 • /2
D /2
При внутренней обкатке m = а/ юб. (18.9)
D2j2 — £/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 круговой 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
S«=2Si cos ф/2, (18.10)
Где Si — статический момент массы одной части дебаланса; ф — 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, (18.11)
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. осн и дополнительного 5д. доп:
Размеры дополнительных дебалансов выбираются из условия, что каждый из них должен увеличить амплитуду колебаний на (0,1 ... 0,2) - Ю-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-
ІЗФ' зе j! Рис. 18.7. Конструкции дебалансных вибровозбудителей и дебалансов: |
А — одновальиый; б — со съемными дополнительными дебалаисамн; в — двухвальный; г — маятниковый
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 резиноме - таллическими 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 перпендикулярно. Первая составляющая воспринимается основанием 1, вторая — гасится качанием маятника.
Основным положением, определяющим 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=JI {ml{), (18.13)
Где /—момент инерции маятника относительно оси качаний, МПа; т — масса маятника, кг; 1 — 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 ... 3 см на сравнительно небольших площадках; 2) вибронасадки, предназначенные для уплотнения бетонных смесей при формовании железобетонных изделий.
Рис. 18.8. Виброуплотняющий механизм для поверхностного уплотнения бетонной смеси |
Виброуплотняющие механизмы первой группы просты по конструкции (рис. 18.8). Рабочий орган состоит из сварной плиты 1,
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 бетон оукл ад очную машину или самостоятельно на посту формования через виброизолированные опоры.
Для обеспечения эффективного формования плоских железобетонных изделий различной толщины рабочая часть виброуплотня - ющего 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 вибротранспортный 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
Апах = (aYJyTWTX~2 ± V(Y-br+X*)l(2b), (18.14)
Rnin
Где а — амплитуда круговых колебаний в центре масс системы;. X, Y — координаты рассматриваемой точки в прямоугольной системе, где одна из них, например ось Y, 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 triir2i/(mj) — расстояние от центра масс системы (м) до точки с нулевой амплитудой колебаний по осн (точка О); 2 т%г2 — 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 (а3ах) (см. рис. 18.9,а), образуемый большей осью
14—5258 209- 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 Озах^іб... 20°, угол на выходе аВых, образуемый также между большой осью эллипсов и касательной, рекомендуется в пределах 0 ... 3°.
Рис. 18.9. Схема определения: |
-я — экстремальных амплитуд колебаний иа рабочей части внброоргаиа и нх проекций на - координатные осн ХУ б — профилирование рабочей части внброуплотияющего органа и определение высоты точки захвата бетонной смеси
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 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) с двигателем, пристроенным в верхней части корпуса вибровозбудителя; 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* 211
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 пневмо - двигателем 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 обслуживания, 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.
Рис. 18.11. Подвесной вибратор |
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 траверз су самоходных электровиброукладочных машин. 214
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 1, 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.
Виброуплотнитель |
Применение таких виброуплотнителей позволяет сократить трудоемкость и стоимость выполняемых работ.