Материал: Проектирование блочной виброплощадки с вертикально направленными гармоническими колебаниями

Проектирование блочной виброплощадки с вертикально направленными гармоническими колебаниями

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

Проектирование блочной виброплощадки с вертикально направленными гармоническими колебаниями

Введение

Формование - один из важнейших технологических процессов при изготовление изделий сборного железобетона, во многом определяющий свойства будущего изделия (прочность, морозостойкость, качество поверхности и др.).

В заводских условиях наибольшее распространение получил метод объемного виброформования изделий с помощью виброплощадок, предназначенных для установки форм с бетоном и передачи формам колебаний для уплотнения бетонной смеси. Существует множество разновидностей виброплощадок.

Широко применяются виброплощадки с гармоническими колебаниями и снабженными ценробетонными дискобалансными вибровозбудителями. Одним из характерных признаков в классификации виброплощадок служит направленность колебаний. Блочные безрамные виброплощадки с гармоническими вертикально направленными колебаниями считаются основным типом машин для уплотнения бетона (СМЖ-1876, СМЖ-2006, СМЖ-199А, СМЖ-164).

В данном курсовом проекте рассчитывается такая виброплощадка. Виброплощадка состоит из отдельных виброблоков, связанных между собой карданными валами, вращение которых осуществляется от двигателя через синхронизатор. Двигатель соединен с синхронизаторами и смонтирован на отдельной платформе, закрепленной на фундаменте. Виброблок состоит из соединенных между собой с помощью болтов, электромагнита, вибровозбудителя и двух кронштейнов, которые через опорные пружины опираются на раму.

Пружинная опора состоит из основной и вспомогательной пружины, соединяемых с помощью болта, гайки, шайб и втулок с опорной рамой. Электромагнит служит для крепления формы к виброблоку, представляет собой корпус, в котором размещена катушка, причем в пространство между катушкой и корпусом залит специальный эпоксидный раствор (состав) или битумная масса. Синхронизатор служит для обеспечения синхронного вращения двух или четырех дебалансных валов.

В данном курсовом проекте производится расчет виброплощадки, состоящей из трех виброблоков. Так как ширина вибрируемого изделия составляет 3000 мм, а длинна 12000 мм, то конструктивно принимаем виброплощадку с одной линией (три блока в один ряд). В виброблоках каждый виброгенератор снабжен четырьмя дебалансами. Для работы виброплощадки используется один двигатель.

1. Расчет рабочих параметров виброплощадки [8, с. 7]

Масса вибрируемой бетонной смеси:

,

Амплитуда колебаний , частота колебаний ω=310 рад/с, количество виброгенераторов z= 6.

. Определение массы вибрирующих частей

Масса формы:

,

Масса колеблющихся частей:

,

Приведенную массу формуемого изделия находим по формуле:

,

Массу вибрирующих частей определим по формуле:

.

3. Расчет дебалансов виброгенератора [8, с. 19]

Вычислим необходимый статистический момент массы дебалансов, который определим по формуле:

,

Необходимый статистический момент одного дебаланса рассчитываем по формуле:

,

где z - число виброгенераторов:

 - количество дебалансов у каждого виброгенератора.

,

Внутренняя сила одного дебаланса находится по формуле:

,

Находим ориентировочный внутренний диаметр подшипников вала виброгенератора по формуле:

,

Определим радиус r_д и ширину дебалансов в́ по следующим соотношениям:

,

,

Исходя из приложения [8, с. 27] и учитывая ранее найденный диаметр d_в = 56 мм дебалансного вала, подшипник подбираем по таблице 2П [8, с. 30] подшипников качения, габаритные размеры роликового радиального подшипника: №3612, d_в= 60 мм, D= 130 мм, В₁= 46 мм, С= 130 кН.

виброгенератор дебаланс подшипник

4. Расчет подшипников качения в виброгенераторах на динамическую грузоподъёмность [8, с. 27]

При расчете эквивалентной динамической нагрузки Р используют следующую зависимость:

,

Где - коэффициент, учитывающий циркуляцию наружного кольца в подшипниках виброгенератора (1,2).

- коэффициент безопасности (1,1).

- коэффициент температуры (1),

Требуемую динамическую грузоподъемность С_n определяют по формуле:

,

где К_n - находим по таблице 1П [8, с. 29] при частоте вращения вала:

об/мин,

и долговечности L_n= 4000 часов.\

Сравним требуемую динамическую нагрузку и динамическую грузоподъёмность подшипника №3612:

,

Это недопустимо, поэтому требуется подбор другого подшипника.

Возьмём подшипник №3614 с параметрами d_в= 70 мм, D= 150 мм,

В₁= 51 мм и С= .

В связи с изменением подшипника пересчитаем радиус r_д и ширину b^I дебаланса:

,

,

Рассчитываем статистический момент дебаланса толщиной b^I= 1 мм:

.

По полученным значениям r_д= 59,5 мм и М₁= 0,00491  в таблице 1 [8, с. 16] находим ближайшее значение внешнего радиуса дебаланса

R_ц= 80 мм, тогда радиус окружности, описываемый крайней точкой дебаланса при его вращении, примет следующее значение:

,

Расстояние между осями дебалансных валов двухвального виброгенератора определим по формуле:

,

Принимаем А_в= 215 мм.

Схема цилиндрического дебаланса со смещенной осью

Значения величин:

R_ц= 80 мм;

r_д= 59,5 мм;

d_в= 70 мм.

5. Расчёт и проектирование упругих опор [8, с. 13]

Требуемую жесткость всех опор С определяют по формуле:

, т.е.

,

.

В последней формуле имеем:  максимальная деформация упругих опор под нагрузкой, ;  - минимальное из рекомендуемых соотношений собственной частоты вибросистемы и частоты вынуждающей силы. Принимаем значение суммарной жесткости опор С= , тогда фактическая максимальная деформация упругих опор принимает следующее значение:

Виброблок

В качестве упругих опор, в основном, используются винтовые цилиндрические пружины сжатия, собираемые в пакеты. Жесткость всех основных (нижних) пружин определяется как:

,

Определяем жесткость одной нижней пружины (основной) пружины:

,

где  - количество нижних (основных) пружин.

При z₀ = z_в жесткость одной верхней (вспомогательной) пружины выразится:

,

Максимальная деформация основных пружин выразится:

,

где  - амплитуда колебаний при переходе через резонанс,  - возможная деформация пружин в период монтажа для установки всех опор в одной плоскости, обычно в одной плоскости, обычно

Определяем максимальную деформацию верхней (вспомогательной) пружины по формуле:

,

С другой стороны, деформация вспомогательной пружины в процессе монтажа может составить величину:

Из двух значений  наибольшим является второе, поэтому принимаем

Размеры пружин определяются по таблице 2 [8, с. 16]. При этом необходимо вычислить для обеих пружин параметр А_пр, характеризующий напряжение в них при единичной нагрузке:

где [τ] = 365 МПа - предел прочности для материала пружины.

Любое значение среднего диаметра пружины D_п и диаметра прутка пружины d_п, для которых А в таблице 2 [8, с. 16] равно найденным значениям величин А_пр или несколько меньше их, обеспечить достаточную прочность пружины, при этом, количество витков пружины должно находится в рамках z_п = 5÷12.

В качестве основной пружины используем пружины следующих параметров: D_п = 60 мм, d_п = 14, А₀ = 7,64, В₀ = 1670, количество витков z_п.о. определим:

 витков,

Как вспомогательную пружину выбираем пружину с D_п = 30 мм,

d_п = 8 мм, А₀ = 21,5, В₀ = 1420, тогда количество витков z_п.в. определится:

 витков.

Определяем диаметр стяжного болта, из расчёта на растяжение максимальным усилием, действующим на болт при ненагруженной виброплощадке, в случае регулировки высоты опоры при монтаже:

,

где Р_б - усилие растяжения болта,

,

[σ] = 40 МПа - допустимое напряжение для болтов из стали Ст45.

По конструктивным соображениям принимаем диаметр стяжного болта ø12.

Максимальная нагрузка на фундамент определится по формуле:

Где - жесткость всех опор

- амплитуда колебаний

. Расчёт привода [8, с. 17]

Мощность N₁, расходуемая на преодоление сил трения в подшипниках дебалансов валов, рассчитывается так:

где f - коэффициент трения в подшипниках (f = 0,008).

- амплитуда колебаний

- внутренний диаметр подшипника вала

Мощность N₂, расходуемая на преодоление сопротивления в вибрируемой бетонной смеси, опорах и конструктивных элементов, рассчитываем по формуле:

где α - угол сдвига фаз, принимаем α = 20⁰

Дополнительные затраты мощности N₃, расходуемые на преодоление сил трения в синхронизаторах, муфтах, карданных валах и др., определяем по формуле:

Суммарная мощность N определяется:

N = N₁+N₂+N₃ = 9,14+22,86+0,688 = 32,68 кВт.

Принимаем схему привода виброплощадки с одним синхронизатором и тремя виброблоками.

Схема привода рассчитываемой виброплощадки

1 - двигатель; 2 - синхронизатор; 3 - блок; 4 - карданный вал;

- дебаланс.

Определяем мощность электродвигателя с учетом коэффициента устойчивости работы привода (К_у = 1,25):

Выбираем двигатель асинхронный обдуваемый типа 4А200М4У3 мощностью 45 кВт и синхронной частотой вращения n_дв= 3000 об/мин по таблице 3П [8, с. 31].

Крутящий момент М_н, зубчатой передачи синхронизатора определим:

По крутящему моменту и передаваемой мощности подбираются синхронизаторы, карданные валы и муфты.

Усилие F_к, крепления формы в процессе вибрирования бетонной смеси рассчитываем по формуле:

где g - ускорение силы тяжести, м/с²; К₃ - коэффициент запаса прочности крепления, К₃ = 1,45.

- масса вибрирующих частей; - масса колеблющихся частей