Строительные машины и основы автоматизации

МАШИНЫ ДЛЯ УКЛАДКИ И УПЛОТНЕНИЯ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

При укладке бетонную смесь уплотняют с целью вытеснения со­держащегося в ней воздуха и более компактного расположения со­ставляющих. Уплотняют бетонную смесь вибрированием, сообщая ее частицам механические колебания, возбудителями которых явля­ются вибраторы. При вибрировании бетонная смесь приобретает повышенную подвижность, способствующую вытеснению воздуха и заполнению всех пустот между арматурой и опалубкой. От качества уплотнения зависят прочность и долговечность сооружения или из­делия.

Колебания в вибраторах создаются двумя способами: вращені^- ем закрепленной на валу неуравновешенной массы (дебаланса) и возвратно-поступательным направленным перемещением массы. Вращение неуравновешенной массе может сообщаться от различно­го рода двигателей: электрического (электромеханические вибрато­ры), пневматического (пневматические вибраторы), гидравлическо­го (гидромеханические вибраторы), внутреннего сгорания (мотор­ные вибраторы). Возвратно-поступательное движение массе сооб­щается электромагнитом (электромагнитные вибраторы). Одно - вальные дебалансные и планетарные вибраторы возбуждают круго­вые колебания; дебалансные вибраторы с четным количеством ва­лов, маятниковые одновальные и электромагнитные вибраторы —- направленные.

В строительстве наибольшее распространение получили элек­трические и пневматические вибраторы с круговыми колебаниями. По сравнению с электрическими пневматические вибраторы приме­няются реже, так как они нуждаются в компрессорной установке и при работе издают шум. Электрические вибраторы в индексе моде­ли имеют буквенное обозначение ИВ, пневматические — ВП. Циф­ровая часть индекса означает номер модели, буквы после цифрово­го индекса — порядковую модернизацию вибратора. Каждый вибратор характеризуется вынуждающей силой, статическим мо­ментом дебалансов, частотой и амплитудой колебаний.

Частоту колебаний вибратора подбирают в зависимости от под­вижности бетонной смеси и размера фракций ее заполнителей. Бетон­ные смеси с крупными фракциями заполнителей уплотняют вибрато­рами с низкой частотой и большой амплитудой колебаний, с мелкими фракциями — вибраторами с высокой частотой и малой амплитудой

колебаний. У большинства вибраторов частота колебаний соответст­вует средним фракциям заполнителей. Продолжительность работы вибратора на одной позиции должна быть такой, чтобы обеспечить достаточное уплотнение бетонной смеси; конец вибрирования опре­деляют по внешним признакам уплотнения бетонной смеси — прекра­щение оседания смеси, появление цементного молока на ее поверхно­сти и прекращение выделения воздушных пузырьков.

По способу воздействия на уплотняемую бетонную смесь разли­чают поверхностные (рис. 6.17, а), наружные (рис. 6.17, б) и глубин­ные (рис. 6.17, в) вибраторы.

Поверхностные электрические вибраторы передают колебания уложенной массе бетона через корытообразную прямоугольную площадку (площадочные вибраторы) или удлиненную балку-рейк (виброрейки). Такие вибраторы перемещают по уплотняемой по­верхности в процессе работы вручную с помощью гибких тяг. Их применяют при бетонировании неармированных или армированных одиночной арматурой перекрытий, полов, сводов, дорожных по­крытий, откосов каналов и других конструкций толщиной не более 0,25 м, выполняемых в монолите.

В качестве вибровозбудителей поверхностных вибраторов приме­няют одновальные электрические дебалансные вибраторы общего на­значения с круговыми колебаниями и встроенным электродвигателем.

Поверхностные электрические вибраторы имеют одинаковые по конструкции одновальные вибра­ционные дебалансные механизмы со встроенным электродвигателем (мотор-вибраторы), возбуждающие круговые колебания. Составными элементами мотор-вибратора (рис 6.18) являются трехфазный асин - Рнс 6 18 Лебаланснын хроННЫЙ Электродвигатель 2 С КО-

мотор-внбратор роткозамкнутым ротором, на КОН-

сольных концах вала которого жестко закреплены два дебаланса 3, симметрично расположенные относительно электродвигателя, и ли­той алюминиевый корпус 1 с четырьмя кронштейнами 4 для креп­ления с помощью болтов к основанию, передающему колебания уплотняемой смеси. Статический момент каждого дебаланса равен половине общего статического момента дебалансов вибратора. Дебалансы закрыты крышками. Вал ротора опирается на два ро - лико - или шарикоподшипника, установленных в подшипниковых щитах.

Возникающая при вращении дебалансов вынуждающая сила (Н)

F = (6.7)

где М— статический момент дебаланса, кг-см; w — угловая скорость дебаланса, рад/с;

М - кте, (6.8)

где к — общее число дебалансов вибратора; т — масса дебаланса, кг; е — эксцентриситет дебаланса, т. е. расстояние от центра тяжести де­баланса до оси его вращения, см.

Амплитуда колебаний поверхностного вибратора (см)

а = МКпін + тв), (6.9)

где /77м — масса частей машины, приводимых в колебания и жестко связанных с вибратором, кг; тв — масса вибратора, кг.

Для регулирования величины вынуждающей силы, создаваемой вибратором, каждый дебаланс выполнен из двух скрепляемых меж­ду собой частей — поворотной и неподвижной относительно вала ротора, при изменении взаимного положения которых изменяется статический момент дебаланса и соответствующая ему величина вы­нуждающей силы. При настройке вибратора на определенную вели­чину вынуждающей силы подвижные части обоих дебалансов пово­рачиваются относительно закрепленных на валу ротора неподвиж­ных частей на одинаковый угол.

Частота вращения вала ротора электродвигателя равна частоте колебаний корпуса вибратора. По частоте возбуждаемых колебаний различают вибраторы нормальной частоты, оснащенные электродви­гателями с синхронной частотой вращения вала ротора 50 с-1, и виб­раторы низкой и высокой частоты с синхронной частотой вращения меньше или больше 50 с-1.

В конструкциях поверхностных вибраторов используются мо­тор-вибраторы с электродвигателями напряжением 36...42 В, мощ­ностью 0,26...0,6 кВт. Они развивают вынуждающую силу 2...9 кН при частоте колебаний 50 Гц. Вибраторы подключают к электриче­ской сети переменного тока напряжением 220/380 В, частотой 50 Гц через понижающий трансформатор.

Рис. 6.19. Площадочный вибратор

Площадочный вибратор (рис. 6.19) передает колебания уложен­ной массе бетона через корытообразную прямоугольную в плане ме­таллическую площадку 2, к которой болтами жестко прикреплен мотор-вибратор. При работе площадочный вибратор уплотняет от­дельные участки заранее распределенного слоя бетонной смеси. Вибратор перемещают в процессе работы вручную с помощью тяг 1 с рукоятками или с помощью легких грузоподъемных средств. Элек­тродвигатель вибратора мощностью 0,6 кВт подключают к питаю­щему кабелю через штепсельное соединение. Вибратор развивает вынуждающую силу 4,5...9,0 кН. Размеры опорной площадки вибра­тора (ширина х длина) составляют 600x1100 мм, масса 60 кг, ампли­туда колебаний 0,2...0,3 мм.

Виброрейки применяют для разравнивания, уплотнения и пред­варительного заглаживания цементно-песчаных и бетонных стяжек, а также бетонных, мозаичных, полимерцементных и полимербетон - ных полов (см. гл. 7).

Продолжительность вибрирования с одной позиции для поверх­ностных вибраторов составляет 20...50 с.

Эксплуатационная производительность поверхностных вибрато­ров по объему уплотненной смеси (м3/ч)

Пэ = 36QQAhKJ{t + ti), (6.10)

где А — рабочая площадь основания вибратора, м2; h — толщина слоя, прорабатываемого вибратором, м; t — продолжительность

вибрирования с одной позиции, с; h — продолжительность переста­новки вибратора с одной позиции на другую, с; К» — коэффициент ис­пользования вибратора по времени (Къ = 0,75...0,85).

Наружные вибраторы передают колебания уплотняемой смеси через опалубку или форму, к которым прикрепляются снаружи с по­мощью специальных крепежных устройств. Такие вибраторы при­меняют при бетонировании тонких густоармированных и высоких монолитных сооружений, изготовлении различных элементов сбор­ных железобетонных конструкций — колонн, балок и т. п. Их ис­пользуют также для побуждения выгрузки сыпучих и вязких мате­риалов из воронок, бункеров, бадей и лотков. В качестве наружных вибраторов используют электрические дебалансные вибраторы об­щего назначения с круговыми колебаниями, электрические маятни­ковые вибраторы с направленными колебаниями и пневматические прикрепляемые вибраторы с планетарно-фрикционными вибровоз­будителями.

Пневматические прикрепляемые вибраторы выполнены по единой конструктивной схеме и состоят из планетарного возбудителя и гиб­кого резинового шланга с пусковым краном, подсоединяемого к ис­точнику сжатого воздуха — компрессору или внешней воздухопро­водной линии. Основными элементами планетарно-фрикционного вибровозбудителя (рис. 6.20) являются статор 4 с одной текстолито­вой лопаткой 5, закрепленный неподвижно в боковых щитах корпу­са 1, и полый неуравновешенный относительно собственной оси ро­тор 3. Ротор выполняет роль бегунка-дебаланса и планетарно обкатывается вокруг статора. Лопатка, помещенная в продольном пазу статора, разделяет пространство между статором и ротором на две полости — рабочую А и выхлопную Б. Сжатый воздух, посту­пающий в рабочую полость через отверстие в статоре, приводит во вращение ротор, который планетарно обкатывается по цилиндриче­ской поверхности статора, прижимаясь к ней под действием центро-

бежной силы. Отработанный воздух из выхлопной полости выбра­сывается в атмосферу через выпускные отверстия 2 в щитах корпуса,

Лопатка постоянно прижата к бегунку-дебалансу под давлением воздуха во внутренней полости статора. За счет планетарной обкат­ки вибратор возбуждает колебания высокой частоты 133...200 Гц.

Глубинные вибраторы имеют рабочий орган в виде цилиндриче­ского вибронаконечника, погружаемого в уплотняемую смесь. Та­кие вибраторы применяют для уплотнения бетонных смесей при укладке их в монолитные неармированные бетонные и железобетон­ные конструкции с различной степенью армирования (фундаменты, стены, колонны, сваи, балки и др.), а также при изготовлении круп­ных бетонных и железобетонных изделий для сборного строитель­ства.

Наружный диаметр и длину вибронаконечника вибраторов под­бирают такими, чтобы обеспечить ему беспрепятственное движение в зазорах между арматурой. Глубинные вибраторы выпускают с электрическим и пневматическим приводами. Они могут быть руч­ными (обслуживаются оператором) и навесными (подвешиваются на крюк гидроподъемного устройства).

Вибровозбудитель электрических глубинных вибраторов может приводиться в действие через гибкий вал от переносного и распола­гаемого на поверхности электропривода (вибраторы с гибким ва­лом) или от встроенного в вибронаконечник электрического или пневматического двигателя (вибраторы со встроенным двигателем). Глубинные вибраторы имеют дебалансные и фрикционно-планетар­ные вибровозбудители.

Глубинные ручные дебалансные вибраторы со встроенным элек­троприводом (рис. 6.22) имеют единую конструктивную схему. Де - балансный вибровозбудитель представляет собой герметически за­крытый стальной цилиндрический корпус 6, в который встроены высокочастотный трехфазный асинхронный электродвигатель 4 с короткозамкнутым ротором 5 и полый дебалансный вал 1 с деба­лансом 3, вращающийся в двух подшипниках качения 2. Подшип­ники смазываются жидкой смазкой, поступающей через полый деба­лансный вал из нижней полости наконечника. В корпус встроен подшипниковый узел 7, на который опирается консоль вала ротора. Вращающийся дебаланс создает непрерывно меняющую свое на­правление вынуждающую силу, благодаря чему вибронаконечник совершает круговые колебания, которые передаются уплотняемой смеси. Частота колебаний вибронаконечника равна частоте враще­ния электродвигателя. Вибронаконечник соединен с рукоятью 10 оператора виброизолирующим резинотканевым рукавом 8 или ме­таллической штангой, внутри которых проходит питающий кабель электродвигателя. В рукоять вмонтирован пакетный выключатель 9 для включения и выключения электродвигателя вибратора. Элек-

Рис. 6.23. Ручной глубинный электровибратор с гибким валом

тродвигатели вибраторов работают на токе повышенной частоты (200 Гц) при напряжении 36...42 В и подключаются к внешней элек­тросети через преобразователь частоты.

Глубинные ручные электрические вибраторы с гибким валом (рис. 6.23) однотипны по конструкции и состоят из переносного электродвигателя 1 с рукояткой для переноса и выключателем смен­ного вибронаконечника 3 с планетарным механизмом возбуждения колебаний и гибкого вала 2 для передачи крутящего момента от электродвигателя к шпинделю вибронаконечника. Такие вибраторы характеризуются повышенной частотой колебаний (167...334 Гц), малыми размерами наконечника (диаметр 51...76 мм, длина

420.. .430 мм) и применяются для уплотнения бетонных смесей с мел­ким заполнителем при изготовлении густо - и среднеармированных железобетонных конструкций и изделий. Вибронаконечники вибра­торов с гибким валом могут работать в вертикальном или наклон­ном положении.

Вибронаконечник (рис. 6.24) состоит из корпуса 4, шпинделя 1, опирающегося на шарикоподшипники, дебаланса-бегунка 5 и упру­гой муфты 2, позволяющей бегунку-дебалансу отклоняться от оси вращения шпинделя на расчетный угол. Колебания корпуса вибро­наконечника создаются бегунком-дебалансом, планетарно обкаты­вающимся по конусной поверхности неподвижной втулки или сер­дечника 6, жестко соединенных с корпусом. Бегунок-дебаланс выполнен заодно со штангой 3.

Различают вибронаконечники с внутренней (рис. 6.24, б) и внеш­ней (рис. 6.24, а) обкаткой дебаланса. У первых бегунок своей внут­ренней конической поверхностью обкатывается по конической по­верхности пальца, запрессованного в днище корпуса, у вторых бегунок своей наружной конической поверхностью обкатывается по внутренней конической поверхности втулки, приваренной к кор­пусу.

При пуске вибратора бегунок-дебаланс сначала вращается в воз­духе, а затем под действием центробежной силы начинает откло-

Рис. 6.24. Вибронаконечники с внешней (а) и внутренней (6) обкаткой бегунка-дебаланса

няться от геометрической оси вибронаконечника на угол до 5° и на­носить удары по втулке или пальцу, возбуждая колебания корпуса наконечника. Соответствующим подбором соотношения диаметров втулки и бегунка-дебаланса можно получать высокую частоту коле­

баний корпуса вибратора при сравнительно небольшой частоте вра­щения вала электродвигателя.

Частота колебаний вибронаконечника пв (Гц) зависит от угло­вой скорости планетарного движения бегунка-дебаланса.

При внутренней обкатке бегунка-дебаланса

п, = Пш/(1 - D/d), (6.11)

при внешней обкатке

пь - nJ(Dld - 1), (6.12)

где пт — частота вращения шпинделя (вала), с-1; D — диаметр втулки или пальца, мм; d — диаметр бегунка-дебаланса, мм.

Вынуждающая сила, развиваемая бегунком-дебалансом при его вращении (Н).

F - mw2R, (6.13)

где т — масса бегунка-дебаланса, кг; w — угловая скорость центра масс бегунка-дебаланса, рад/с; R — расстояние от центра тяжести бе - гунка-дебаланса до оси втулки или пальца, м.

Статический момент массы бегунка-дебаланса (кг-м)

М = mR. (6.14)

Вращение шпинделю с дебалансом сообщается от переносного электродвигателя через гибкий вал правого вращения (во избежание его раскручивания) диаметром 8... 12 мм, заключенный в защитный резинометаллический шланг-броню. За гибкий вал вибратор удер­живается при работе. На обоих концах гибкого вала имеются нако­

нечники для присоединения к валу электродвигателя и шпинделю вибронаконечника. В качестве привода планетарных вибраторов используют асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, работающие на токе нормальной частоты (50 Гц) при на­пряжении 36...42 В и подключаемые к внешней электросети через понижающий трансформатор. Электродвигатели монтируют на ко­рытообразной подставке, позволяющей устанавливать привод на свежеуложенную смесь.