Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий

ЦЕНТРИФУГИ

Центрифуги предназначаются для изготовления методом центрифуги­рования стволов железобетонных предварительно напряженных опор линий связи, электропередач, уличного освещения, железобетонных труб и других изделий.

По способу установки и закрепления форм центрифуги разделяются на ро­ликовые и осевые.

Роликовая центрифуга (фиг. 67) состоит из рамы /, на которой смонти­рованы семь роликоопор 2, имеющих нижние опорные 3 и верхние прижим­ные ролики 4 привода, включающего в себя мпогоскоросгпой электродви­гатель 5, коробку скоростей 6, обгонную муфту 7 и планшайбу <5; системы пускорегулирующей автоматики для управления режимами работы.

Опорные ролики являются поддерживающими и в зависимости от диа­метра формы могут передвигаться на салазках 9 при помощи регулировочных болтов 10. Одна из роликоопор имеет ролики с ребордами и является фикси­рующей для формы (в осевом направлении).

Для предупреждения соскакивания формы и возникновения изгибающих деформаций часть роликоопор выполнена в виде люнетов с роликами, охва­тывающими форму (всего четыре ролика — два верхних под углом в 60° и два нижних под углом 120°). Эти роликоопоры имеют откидные кронштейны, которые замыкаются после установки формы.

Рабочий процесс по изготовлению изделий сводится к следующему. В собранную и установленную на ролики форму с арматурой загружается бетонная смесь, после чего включается в работу на первой скорости электро­двигатель (через коробку скоростей с передаточным числом 6,55). С этого момента начинается период распределения бетона в форме. После окончания распределения бетона в форме переходят па режим уплотнения бетона, для чего сначала выключают и затормаживают электродвигатель, переключают коробку скоростей для работы «на прямую», снова включают электродвига­тель, постепенно переходя от наименьшего числа оборотов вала двигателя (от 470 об/мин) до требуемого для уплотнения бетона. Вал шпинделя машины, набирая скорость, достигает числа оборотов ранее разогнанного шпинделя и начинает его вращать с ускоренным числом оборотов.

Управление всеми операциями автоматизировано.

На роликовой центрифуге изготовляются железобетонные предварительно напряженные стволы опор диаметром от 387 до 520 мм (считая по нижнему диаметру) и длиной от 12 до 23,5 м.

Привод центрифуги осуществляется многоскоростным электродвигателем, позволяющим получить 470, 715, 950 и 1440 об/мин при соответственно раз­виваемой мощности 17, 24, 28 и 36 кет.

Осевая центрифуга (фиг. 68) состоит из станины 1, передней бабки 2, планшайбы 3, задней бабки 4, защитных кожухов 5, механизмов передвижения защитных кожухов 6, главного и разгонного приводов.

Шпиндель приводится во вращение регулируемым электродвигателем главного привода 7 (постоянного тока), вал которого через эластичную муфту соединен с валом шпинделя передней бабки. Число оборотов шпинделя плавно регулируется в пределах от 60 до 1020 об/мин при постоянном моменте.

Планшайбы установлены на шпинделях передней и задней бабок, на кото­рых имеются специальные хомуты 8 для крепления формы.

Разгон формы осуществляется от специального электродвигателя 9 (пере­менного тока) через редуктор, соединенный со шпинделем задней бабки. При достижении необходимого числа оборотов автоматически выключается разгонный привод и включается главный привод.

Защитные кожухи перемещаются специальным приводом от электродви­гателя 10, сблокированного с главным приводом таким образом, что вклю­чение главного привода невозможно при раздвинутых кожухах.

Внутренний диаметр изготовляемых труб 300—1000 мм. Длина труб 5 м. Расстояние между торцами планшайб 5,6 м. Мощность электродвигателей: главного привода 60 кет, разгонного привода 55 кет и механизма переме­щения кожухов 2,8 кет.

Расчет центрифуг. На частицы бетонной массы, находящейся в трубчатой форме, при вращении последней действуют центробежные силы инерции и сила тяжести частицы. Критическая окружная скорость, начиная с кото­рой частицы под действием силы тяжести не будут отрываться от внутренней поверхности формы (при наивысшем положении частицы), определится, исходя из следующего уравнения:

п о G Я-Я2/- і л л 0

Рц = тиРг = — —goo - > (142)

где Рц — центробежная сила инерции; т — масса частицы; о — угловая скорость;

г — расстояние от центра тяжести частицы до центра вращения бара­бана в м;

G — вес частицы, равный по условию Рц;

п — число оборотов частицы в минуту вокруг центра вращения; g — ускорение силы тяжести в м/сек*.

По формуле (142), учитывая, что Рц = G, находим

ЛГ900-g _п43,

пкрит — у П2Г рГ г у D ^ '

Опыт эксплуатации центрифуг показывает, что в период распределения бетонной смеси окружная скорость должна быть минимально необходимой с тем, чтобы предупредить расслоение бетона на составляющие его части (песок, щебень или гравий, цемент, вода), имеющие разную массу, и, следо­вательно, разную величину центробежной силы. Практически с уче­том свойств бетонной смеси минимально необходимое число оборотов формы должно быть несколько больше критического. Это учитывается

введением в формулу (143) коэффициента к, величина которого прини­мается равной 1,4—1,5 *.

Фактическое число оборотов в период распределения бетонной массы будет равно

60,5

Пфакт уГ-jj • (144)

где D рекомендуется принимать равным внутреннему диаметру формуемой трубы.

Давление внутри бетонной смеси имеет переменную величину. В нижней точке формуемой трубы давление максимальное, поскольку в данном случае

имеет место суммирование величин центробежной силы Рц и силы тяжести, и, наоборот, в верхней точке — минимальное:

Рты = Рц+ 0 = tnePr + mg = т (со2/- + g); (145)

Ртш — Рц — G = т (CD2/- — g). (146)

Вследствие неравномерности давления в различных точках поперечного сечения формуемой трубы происходит перемещение бетона из зон с большим давлением в зоны, где давление внутри массы меньшее. Этим обеспечивается непрерывное перераспределение бетона по окружности.

Уплотнение бетона при центрифугировании осуществляется за счет центробежных сил. Практически установлено, что удельная величина цент­робежной силы на внутренней поверхности формы должна быть не менее 1 кг/см2.

Исходя из изложенного, с целью определения числа оборотов формы, при котором будет достигнута необходимая величина удельной центробежной силы, выполним соответствующие расчеты, для чего выделим в массе бетона элементарное кольцо (фиг. 69, а) шириной dQ с радиусом, равным q, и дли­ной /, равной единице.

Величина центробежных сил, приложенных к элементарному кольцу, будет равна

£dPu = dma>2Q. (147)

* О. А. Г е р ш б е р г, В. И. С о р о к е р, Заводы железобетонных изделий, Госстрой - издат, 1951.

8 Сапожников

Масса элементарного кольца

dm^dG=y2nQdQt_

g g К '

где у — удельный вес бетона (усредненный).

Подставляя полученное значение dm в формулу (147), найдем

2 dP4 = Y2jt(°V^. (149)

Поскольку по условию / — 1, то в дальнейшем его не учитываем. Интегрируя в пределах от г до R, получим

кг! и, (150)

где R — внутренний радиус формы в м;

г — внутренний радиус трубы в м

Y — усредненный удельный вес бетона в кг/мъ.

Величина удельной центробежной силы, приходящейся на единицу наруж­ной поверхности трубы, будет

Р - 2 рц _ А3-'3 /2 /,г, ч

пар — 2nR — g2n 3R [4] • '151'

После преобразования и подстановки выражения угловой скорости через число оборотов получим

рпар - УЯ2700 Т3) Кг, МК <152>

Отсюда число оборотов, необходимое для уплотнения массы,

" = 52 V! o"pR ъ Об/мин. (153)

г y(R3 — г3)

При Рнар = 10 ООО кг/м2 и у = 2400 кг/м3 получим

п = 106 j/' об/мин, (154)

где R и г в м.

Определение мощности потребного двигателя проводим по скорректиро­ванной и видоизмененной нами схеме, предложенной П. А. Макаровым1.

Мощность, расходуемая на вращение формы, может быть определена по формуле

N = кет, (155)

где Мкр ■— суммарный момент сопротивлений вращению формы в кг см, при­веденный к валу двигателя;

Мкр = Мтр + Мв,

здесь Мтр — момент трения в опорах;

Мв — момент трения о воздух.

Момент трения в опорах Мтр определяется по одной из следующих фор­мул в зависимости от типа центрифуги.

Для осевых центрифуг

мтр = 2 Gf* - у кгм, (156)

где 2 G — суммарное давление на опорные подшипники, равное весу формы, бетона, шпинделя, планшайб и хомутов, в кг; fi — приведенный коэффициент трения качения (|г = 0,003); d — диаметр опорного кольца подшипника в м.

Для роликовых центрифуг, полагая, что вся нагрузка передается

на ролики

М1Пр — Мтр -[- Мтр, где Мтр — момент трения качения бандажей по роликам;

М'<пр = ~Т (^і + г) кгм■ (157)

Мтр — момент трения качения в цапфах опорных роликов;

Мтр = ~Б5Гу кгм> 58>

Gj — вес формы с бетоном в кг;

Y — половина центрального угла между линиями, соединяющими центр бандажа с центрами роликов (у = 60°); k — коэффициент трения качения; (k = 0,0005 м) г — радиус опорного ролика в м

/?і — радиус бандажа в м; f — приведенный коэффициент трения в цапфах (/ = 0,08);

Q — радиус цапф роликов в м.

Момент трения формы о воздух равен

Ме — kFv^R кгм, (159)

где k — коэффициент обтекания (k = 0,07ч-0,1);

F — суммарная площадь продольных ребер формы и ребер фланцев в ж2; v — окружная скорость вращения центра тяжести площади ребер в м/сек;

R — радиус центра тяжести площади ребер в м.

В тех случаях, когда бетон загружается в форму не в процессе ее враще­ния, а заранее (в одну из половин разъемной формы), в начальный момент поворота формы приходится преодолевать еще и статический момент Мст массы бетона (см. фиг. 69, б).

Мст = G6y sin р кгм, (160)

где G6 — вес бетона в кг;

у — расстояние от оси трубы до центра тяжести сегмента, площадь которого равна 1,3 поперечной площади формуемой трубы (с учетом уплотнения бетона);

Р — угол, на который сместится центр тяжести бетона, зависящий от угла естественного откоса бетона. Величину угла Р рекомен­дуется принимать равной 60°.

Расстояние от оси трубы до центра тяжести сегмента определяется по известной формуле для кругового сегмента

4 R sin3а л/'іч

У~ 3 2а —sin 2а ’ ^ 6 ^

где R — наружный диаметр трубы в м;

2 а — центральный угол сегмента. Величина 2 а принимается в радианах. Мощность двигателя для центрифуги с предварительной загрузкой бетона в форму определяется по пусковому моменту

Мпуск = Мтр + Мст. (162)

Мощность пускового двигателя будет равна

дг _ Мпуск-Пср ^ пуск 102 К*”7*»

где пср равно половине числа оборотов пфакт.

Так как пусковой момент при формовании труб большого диаметра полу­чается весьма большим, то поэтому для разгона формы приходится пред­усматривать вспомогательный двигатель с редуктором, понижающим число оборотов, который отключается после разгона формы до скорости распреде­ления бетона.

При переходе от режима распределения бетона к режиму его уплотнения мощность расходуется главным образом на преодоление сил инерции вращаю­щихся масс.

Работа А вращательного движения определяется по формуле

А = J ~ кгм, (163)

где J — момент инерции вращающихся масс;

J ~ J ф “Ь тр’’

здесь Jф — момент инерции формы; Jmp — момент инерции трубы;

*ф - Шф (я» + 4-) = (я* + -£); (164)

j _т ^±±__стр*±А 165

•'тр ттр 2 g~ 2 ’ V.100/

где Оф — вес формы в кг;

Gmp — вес трубы в кг;

R — средний радиус формы ^.нар в щ

Ъ — толщина стенки формы (RHap — ReH); g — ускорение сил тяжести в м/сек2;

Ri — наружный радиус трубы в м; г1 — внутренний радиус трубы в м.

Работа А живой силы при ускоренном вращении будет равна 2 2

А = J ----------- = J (,Пупл — П2распр) = 0,0055/ (пупл — Праспр) . (166)

Мощность, потребная для разгона, будет равна

N = -

xv разг к

где t — время разгона (60—100 сек.).

§ И. УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ТРУБ ГИДРОПРЕССОВАНИЕМ

Институтом Гипростройиндустрия спроектирована установка для изго­товления напорных железобетонных труб методом гидропрессования.

Основной частью установки является форма, показанная на фиг. 70

Форма состоит из двух основных узлов — формы наружной 1 и внутрен­ней 2. Обе формы соединяются между собой торцовыми кольцами 3 и 4.

Внутренняя форма состоит из двух сваренных между собой цилиндров 5 и 6. Между цилиндрами образуется замкнутая полость. На наружный цилиндр 6 надевается резиновый чехол 7. В наружном цилиндре просверлены многочисленные отверстия, через которые вода, нагнетаемая в полость между цилиндрами, попадает под резиновый чехол.

Работа по изготовлению труб производится в следующей последователь­ности. В пространство между наружной и внутренней формами закладывается арматура. Для натяжения продольной арматуры на торцовых кольцах пре-

дусмотрены специальные гнезда. Далее в форму подается бетон, после чего включают гидроустановку, подающую воду в полость между цилиндрами 5 и 6. Под действием напора воды резиновый чехол расширяется, производя при этом уплотнение бетона.

Наружная форма состоит из двух (для труб 500 и 700 мм) или из четырех (для труб 900, 1000 и 1200 мм) секторов, соединяемых между собой подпру­жиненными болтами, которые дают возможность бетону расширяться при опрессовке.

Для лучшей укладки бетона на наружную форму навешиваются вибра­торы.

Длина изготовляемых труб 5195 мм.

Давление опрессовки колеблется в пределах 28—37 кг! см2.