Конструирование, исследования и определение параметров оборудования для изготовления железобетонных безнапорных труб способом центрифугирования

чуп. итриигслоихмзе аицииициа, а иилшишл гилличеихвсзл йииОЛЬзуются железобетонные безнапорные трубы, изготавливаемые различными способами с применением соответствующего оборудования. Наряду о созданием нового оборудования, проводится модернизация находящихся в эксплуатации машин, с целью повышения их надежности, уменьшения эксплуатационных затрат и повышение качества изготавливаемых железобетонных труб.

Актуальность темы

работы.

Актуальность темы

диссертационной работы обуславливается значительными объемами производства железобетонных безнапорных и низконалорных труб, формуемых способом центрифугирования, в том числе на роликовых центрифугах.

Для получения железобетонных труб высокого качества важное значение имеет исследование, улучшение и соблюдение оптимальных режимов центрифугирования на различных стадиях их формования.

В отличие от других видов машин, роликовые центрифуги просты в эксплуатации и требуют сравнительно небольшой мощности приводов. Вопросы уменьшения мощности привода центрифуг и, соответственно, уменьшения потребляемой ими энергии актуально и важно в современных условиях.

Центрифуги при формовании труб взаимосвязаны с устанавливаемыми на них формами и укладчиками бетонной смеси в формы, совершенствование конструкции бетоноукладчиков имеет важное значение для повышения эксплуатационных показателей формовочных постов в целом.

Актуально и необходимо решение вопросов снижения шумовых воздействий на обслуживающий персонал формовочных постов.

Комплекс всего технологического оборудования по изготовлению железобетонных безнапорных труб определяет целесообразную механизацию процесса их изготовления в целом, ввиду чего важно совершенствование и этого оборудования.

Цель работы.

Цель работы состояла в научном обосновании, разработке и модернизации, внедрении в серийное производство и в эксплуатацию роликовых центрифуг, бетоноукладчиков и форм для формования железобетонных безнапорных труб методом центрифугирования, с проведением исследований и экспериментальных работ для выработки рекомендаций по оптимальным режимам центрифугирования, с обеспечением этих режимов техническими параметрами и конструкцией машин, а также создание другого оборудования, составляющего с формовочным оборудованием комплекс, обеспечивающий механизацию технологических процессов по изготовлению труб высокого качества с соблюдением условий безопасности работы.

В соответствии с поставленной целью, в работе решались следующие задачи.

1. Анализ и сравнение различных способов формования железобетонных безнапорных труб, в том числе на центрифугах различного типа.

2. Исследования теории процессов распределения и уплотнения бетона при изготовлении железобетонных труб способом центрифугирования с целью ее уточнения и обоснования.

3. Экспериментальные работы по исследованию причин обруг TF л *n.

— з стадии распределения смеси при формовании железобетонных труб способом центрифугирования и определение зависимости такого обрушения от частоты вращения форм и их диаметра, о учетом неупорядоченной вибрации форм.

Определение диапазона величин условного коэффициента трения между внутренней покрытой смазкой поверхностью вращающейся формы и распределяемой бетонной смесью, с учетом частоты вращения форм, их диаметра и возникающей при центрифугировании неупорядоченной вибрации.

4. Исследование и уточнение режимов распределения и уплотнения бетонной смеси в цилиндрической и конической части железобетонных труб при их формовании способом центрифугирования.

5. Анализ конструкции железобетонных безнапорных труб с определением технических требований к оборудованию для их изготовления.

6. Анализ конструкций центрифуг, «бетоноукладчиков, форм, и другого технологического оборудования для изготовления железобетонных безнапорных труб методом центрифугирования, с обоснованием направлений исследований и рекомендациями по выбору типа машин и созданию оборудования.

7. Разработка, исследования и модернизация оборудования для производства железобетонных труб способом центрифугирования.

8. Разработка рекомендаций по расчету мощности приводов и технических параметров оборудования, с учетом экспериментальных работ по формованию железобетонных труб в производственных условиях на роликовых центрифугах.

9. Исследования вопросов шумового воздействия от работающего оборудования формовочного поста НЕ обслуживающий персонал и разработка мероприятий по уменьшению шумового воздействия и лисаГШеиши иеоиисм^пиити рсзиитм.

Научная новизна работы.

Теоретически исследованы причины возможных обрушений и сдвигов бетонной омеси по внутренней покрытой смазкой поверхности формы на стадии распределения бетонной смеси при формовании железобетонных труб центрифугированием на роликовых центрифугах, с определением математических зависимостей таких сдвигов и обрушений от диаметров формуемых труб (наружный радиус Г£), частоты вращения п форм и коэффициента трения Г между смесью и внутренней поверхностью формы.

Минимальная критическая частота п вращения формы по условиям предотвращения сдвига бетонной смеси по покрытой смазкой внутренней поверхности формы или близким к ней слоям теоретически определена по формуле: 30 п = у f Г£ .

Экспериментально определен диапазон значений критических частот вращений и соответствующие значения (равные 0,06.0,12) условного коэффициента трения f между покрытой смазкой внутренней поверхностью форм различного диаметра, при их вращении с различной частотой на роликовой центрифуге и укладываемой в них бетонной смесью, с учетом влияния на коэффициент возникающей неупорядоченной вибрации формы при ее качении на роликах центрифуги.

На основании значений условного коэффициента трения для формования железобетонных труб различного диаметра на роликовых центрифугах, рекомендованы диапазоны частот вращения форм на стадии распределения бетонной смеси, обеспечивающих предотвращение ее обрушения и сдвига относительно внутренней стенки формы, которые больше по величинам по сравнению с рекомендованными ранее другими исследователями.

С учетом определенных рекомендуемых частот вращения форм при распределении бетонной смеси центрифугированием, определен диапазон необходимого изменения частоты вращения форм, согласно которому даны рекомендации по разработке регулируемого привода роликовых центрифуг.

На основании исследований, проведенных в реальных производственных условиях, уточнены коэффициенты, учитывающие потери на трение и перекатывание в машинах, используемые в формулах по расчету мощностей приводов роликовых центрифуг и бетоноукладчиков.

Разработана конструкция принципиально нового шумоизолиру-ющего кожуха формовочного поста, с его совмещением с устройством для обеспечения безопасности при вращении форм на роликовых центрифугах.

На конструкцию кожуха получено два авторских свидетельства на изобретения.

Методы исследований и достоверность результатов.

Исследования с экспериментальными работами проводились при испытаниях и эксплуатации опытных, модернизированных и серийных образцов роликовых центрифуг, бетоноукладчиков и форм, с применением стандартной аттестованной аппаратуры для измерения мощности электродвигателей приводов машин, скоростей их перемещения, частот вращения форм, а также замеров шума и вибрации, создаваемых при работе оборудования в реальных производственных условиях.

Производство замеров и обработка их результатов проводились в соответствии с действующими методиками и нормативными документами [80,81,82,833.

При отработке режимов центрифугирования труб на стадии распределения бетонной смеси в формах различного диаметра с определением значений условного коэффициента трения между внутренней поверхности форм покрытой смазкой и бетонной смесью, создавлись условия для обрушения и сдвига смеси по стенке формы посредством изменения частоты их вращения с фиксацией частоты соответствующей обрушениб смеси.

Достоверность рекомендаций по конструкции и техническим параметрам оборудования, а также по режимам их работы, проверялись и подтверждена при испытаниях и наблюдениях за долговременной эксплуатацией в производственных условиях оборудования, разработанного на основании рекомендаций.

Практическая значимость и реализация результатов работ.

Согласно тематическим планам научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ, утвержденных Минстройдормашем и согласованным с Госстроем СССР, за период с 1962 по 1979 годы было разработано, модернизировано и внедрено в серийное производство и эксплуатауию оборудование для изготовления железобетонных труб центрифугированием в количестве более 20-и комплектов .

Три поколения исследовавшихся и совершенствовавшихся роликовых центрифуг СМЖ-104, СМЖ-104А, СШ-104Б и СШ-106, СМЖ-106А, СШ-106Б, бетоноукладчиков и форм для формования железобетонных труб способом центрифугирования, а также другое оборудование, составляющее с формовочным оборудованием комплекс для изготовления таких труб, эксплуатируются с 1963 г. по настоящее время.

Изложенные в данной работе результаты исследований и разработанные рекомендации по конструкции и техническим параметрам машин, использованы при разработке и внедрении модернизированных роликовых центрифуг СШ-106А, СМЖ-106Б, СМЖ-104А, СМЖ-104Б, бетоноукладчиков ШЖ-354 и СМЖ-425, и модернизированных форм СЖ-202А, СМЖ-203А, СМЖ-205А, СМЖ-207А, СМЖ-406А для труб типа РТБ по ГОСТ 6482.0−79 и ГОСТ 6482.1−79 диаметром от 500 до 1400 мм длиной 5 м.

Разработанные рекомендации по режимам центрифугирования при формовании железобетонных труб на роликовых центрифугах опубликованы в нескольких печатных трудах автора данной работы, в том числе в учебнике для профессионально-технических училищ, подготавливающих наладчиков оборудования заводов для изготовления железобетонных изделий. Рекомендации могут быть использованы и в дальнейшеми при разработке и модернизации оборудования.

Разработанный шумоизолирующий кожух, имеющий и предохранительное устройство от аварийного схода вращающейся формы с роликов центрифуги, использован при оснащении формовочных постов для обеспечения безопасности обслуживающего персонала и его защиты от шума, создаваемого центрифугами при из работе, а также может быть использован при разработке аналогичных шумоизоли-рующих устройств.

Годовая экономическая эффективность в ценах 1978 г., получаемая за счет меньших мощностей приводов центрифуг, повышения производительности оборудования, а также его долговечности и надежности в работе (без учета достигнутого уменьшения брака изготавливаемых железобетонных труб), составила для формовочных постов с центрифугами СМЖ-104А или СШ-104Б, бетоноукладчиком СМЖ-425 и формами СМЖ-207А. .СШ-406А — 9100 руб, для формовочных постов с центрифугами СШ-106А или СМЖ-106Б, бетоноукладчи.

— а ном СМИ-354 и формами СМЖ-202А. СМЖ-205А комплекту оборудования в целом — 18 000 руб.

— 7200 руб, а по.

Публикации.

По результатам исследований опубликовано 34 печатных работы, в том числе 24 статьи, 1 доклад, 4 монографии, 2 справочника, 1 учебник и 2 описания изобретений.

Кроме того, автором выполнены 2 научно-исследовательские работы, прошедшие государственную регистрацию.

Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, 4-х глав, выводов и библиографии содержащей 83 наименования, изложена на 170 страницах машинописного текста, включает в себя 29 иллюстраций и 19 таблиц.

Работа выполнена в Государственном проектно-конструкторском институте по разработке оборудования и заводов для производства сборного железобетона — «Арендном предприятии — Институт «Гипростроммаш» .

На защиту выносятся следующие основные положения работы.

Аналитическая зависимость от диаметров труб и условного коэффициента Г трения бетонной смеси по внутренней поверхности формы минимальной критической частоты п вращения форм, при которой возможны сдвиги и обрушения бетонной смеси на стадии ее распределения в процессе формования железобетонных труб способом центрифугирования на роликовых центрифугах, выражающаяся по формуле: п = ¦ ¦.. ? гг ,.

Результаты исследований и экспериментальных работ по определению диапазона значений в пределах от 0,006 до 0,12 условного коэффициента трения между покрытой смазкой внутренней поверхностью вращаемых на роликовой центрифуге форм и укладываемой в них бетоноукладчиком бетонной смесью, в зависимости от диаметров труб, частот их вращения и с учетом возникающей при этом неупорядоченной вибрации форм.

Рекомендации по режимам центрифугирования, с указанием критических частот вращения форм для железобетонных труб при распределении и уплотнении бетонной смери и определению диапазона необходимого изменения регулируемой частоты вращения электродвигателя привода центрифуг.

Рекомендации по уточнению коэффициентов, учитывающих потери на трение и перекатывание в машинах, при расчете мощности приводов роликовых центрифуг и бетоноукладчиков формовочного поста, а также рекомендации по определению и расчету их технических параметров.

Конструктивные решения роликовых центрифуг, бетоноукладчиков, форм, а также машин, входящих в комплекс оборудования для изготовления железобетонных труб методом центрифугирования.

Реализация мер безопасности и защиты обслуживающего персонала от шума, создаваемого при рабдте роликовых центрифуг, посредством создания шумоизолирующего кожуха, совмещенного с предохранительным устройством для предотвращения схода вращающейся формы с роликов центрифуги.

Решение вопроса комплексной механизации производства железобетонных безнапорных труб типа РТБ диаметром от 500 до 1400 мм полезной длиной 5 м.

— 10.

Общие выводы и рекомендации.

1. Проведенное исследование и совершенствование изготовления способом центрифугирования на роликовых центрифугах желе-зобетоных безнапорных труб полезной длиной до 5 м актуально и представляет практический интерес, в частности для изготовления труб типа РТБ (ГОСТ 18 104−81 и ГОСТ 6482.1−79).

2. Проведенный анализ предшествующих исследований процесса формования железобетонных труб способом центрифугирования и исследования фактической работы формовочного оборудования, показали неточности и расхождения различных авторов по рекомендуемым частотам вращения форм до 50% на стадии укладки и распределения в них бетонной смеси и общее занижение этих частот, так как не учитывалось влияние неупорядоченной вибрации формы, возникающей при ее вращении на различных центрифугах.

3. Выполнено теоретическое исследование процесса распределения бетонной смеси во вращающейся на центрифуге форме. Показано, что расчетной для сдвига и обрушения смеси является точка на внутренней поверхности формы в ее горизонтальном сечении (по направлению вращения формы от нижней точки), а также зоны в квадрантах поперечного сечения около расчетной точки.

В предложенной формуле критических значений частот вращения формы учитываются условный коэффициент трения при сдвиге и обрушении бетонной смеси относительно внутренней поверхности формы и радиус наружной поверхности формуемой трубы.

Сдвиги и обрушения бетонной смеси могут быть предотвращены повышением угловой скорости вращения форм на стадии распределения бетонной смеси, при котором повышается действующее на частицы смеси прессующее давление, смесь получает большее предверительное уплотнение и частично обезвоживается. Благодаря этому повышается коэффициент трения между внутренней поверхностью формы и смесью и коэффициент внутреннего сопротивления смеси сдвигу, что можно охарактеризовать повышением общего условного коэффициента, трения.

4. Проведенные в реальных производственных условиях формования железобетонных труб на роликовых центрифугах типа СМ-104, СМ-104А, СМЖ-106 и СШ-106А позволили экспериментально определить критические частоты вращения форм и соответствующий условный коэффициент трения при сдвигах распределяемой бетонной смеси относительно покрытой смазкой внутренней поверхности вращающихся на центрифугах форм, с учетом неупорядоченной вибрации форм, возникающей при их перекатывании на роликах центрифуги.

Значения условного коэффициента трения колеблются для исследуемого типа оборудования в пределах от 0,06 до 0,12 и зависят от диаметра формуемых труб и частоты вращения форм, которая влияет на величины возникающей вибрации этих форм.

5. С учетом рекомендуемых частот вращения форм для распределения бетонной смеси и создания давления (0,08.0,12 МПа), необходимого для уплотнения бетона в трубах, определен общий диапазон регулирования скорости вращения приводных электродвигателей равный 1:4, что положено в основу технических данных и конструкции роликовых центрифуг типа СМЖ-104А, СМЖ-106А.

6. Разработан технологический процесс и усовершенствованный комплект основного технологического оборудования с механизацией и частичной автоматизацией процесса изготовления железобетонных безнапорных труб типа РТБ.

Оборудование внедрено в серийном производстве на машиностроительных заводах бывшего Министерства строительного, донп /-i v^tt j—> т? лт w т"" n п «ття w* «ti i-i ti л тг .-v тт- «nvnnnmrnffin рилшш и и 1имму ticuirmuru машшиотриешгш, и введеии в ««ujiwiy curar.

— 159 цию на ряде предприятий стройиндустрии для производства железобетонных труб.

7. Даны рекомендации по совершенствованию конструкции форм для железобетонных безнапорных труб типа РТБ диаметром от 500 до 1400 мм.

Рассмотрены и решены вопросы точности изготовления форм и их балансировки, с обоснованием достаточности статической балансировки форм, эксплуатирующихся в комплексе с роликовыми центрифугами типа 0УЖ-104А, СМЖ-106А. Допускаемые дисбалансы форм определены равными 1,9.5 кгм, а удельные эксцентрисисте-ты дисбалансов — 0,55. 0,67 мм.

Разработаны и внедрены формы СМЖ-202А, СМЖ-203А, СШ-205А, СШ-207А, СМЖ-208А, М-406А для труб типа РТБ.

8. Проведены исследования роликовых центрифуг СМЕ-104 и 0МЖ-106, на основе которых при модернизации усовершенствована их конструкция в последующих поколениях роликовых центрифуг СШ-104А, СМЖ-106А и СМЖ-104 В, СШ-106Б. Центрифуги внедрены в серийное производство и эксплуатацию.

9. Разработана методика расчета привода роликовых центрифуг с учетом необходимого плавного изменения частот вращения форм от распределения бетонной смеси до ее уплотнения в пределах 1:4 и определения мощности для трех возможных условий его работы.

На стадии уплотнения бетонной смеси при наибольшей постоянной скорости вращения форм, мощность определяется в зависимости от скорости вращения формы, момента сопротивления перекатыванию формы с распределенной смесью на роликах и сопротивления вращающейся форме от воздуха.

— 160.

При переходном процессе, на стадии разгона формы с распределенной в ней бетонной смесью, от распределительной скорости вращения до скорости уплотнения смеси, мощность привода определяется в зависимости от разницы квадратов этих скоростей, времени разгона формы и общего момента ее инерции с бетонной смесью.

Для случая возможного обвала смеси при разгоне формы от скорости распределения бетонной смеси до скорости ее уплотнения, мощность привода определяется исходя из необходимости завершения процесса распределения и соответствующего повышения скорости распределения на 10.20%. При этом учитывается момент инерции формы, статический момент от обрушившейся смеси, время разгона формы и разница квадратов начальной и конечной скоростей разгона.

Для рассматриваемых роликовых центрифуг установлен коэффициент трения качения бандажей форм по роликам центрифуги, равный |i = 0,0008 м и коэффициент, учитывающий трение бандажей форм о реборды роликов равный Кр = 1,2, что использовано при расчете мощности их приводов.

В усов ершенствованных центрифугах СМЖ-104А и СМЖ-104Б, по сравнению с центрифугой первого поколения СШ-104, мощность электродвигателя привода роликов уменьшена с 130 кВт до 55 кВт, а в центрифугах СМЖ-106А и СМЖ-106Б по сравнению с центрифугой СМЖ-106 — с 75 кВт до 42 кВт.

10. Исследованы конструкции и работа бетоноукладчиков для формования различных железобетонных изделий, с рассмотрением возможности и целесообраз ности применения их рабочих органов в бетоноукладчиках для подачи бетонной смеси в формы для железобетонных труб на формовочных постах с роликовыми центрифугами.

Разработаны специальные бетоноукладчики шнеко-ленточного гтътжтъ л-* Л f# ilTf' Л тпптллтп ivr йт iw"" tnns ч тл.

ТУШО, 1−1VH!V-CKJ<�± И MVUlV-ftiCU, 1ихирьшш ишш осменени JiUflUU?5blt? lmTd/l t?

— 161 ли, ранее использовавшиеся на формовочных постах. Новые бетоноукладчики позволили улучшить процесс подачи бетонной смеси в раструбную и цилиндрическую части вращающейся на роликах центрифуги формы, благодаря направленности и постепенности этой подачи, что способствовало повышению качества изготавливаемых железобетонных труб и уменьшению мощности приводов центрифуг.

11. Даны рекомендации по конструкции и техническим параметрам основных частей бетоноукладчиков (бункера, винтового и ленточного питателей) и сопряжению бетоноукладчиуов с центрифугами и формами формовочных постов, а также уточненные расчетные зависимости для определения производительности бетоноукладчиков и мощности их приводов.

При расчете мощности привода винтового питателя введен поправочный коэффициент К =1,1, учитывающий возможность повышения жесткости бетонной смеси из-за начала ее возможного твердения в бункере бетоноукладчика при возможных задержках в работе.

Уточнены посредством экспериментальных замеров мощности приводов коэффициент трения качения колес бетоноукладчика по рельсам {л = 0,0015 м, и коэффициент Кр=5, учитывающий дополнительные сопротивления от трения реборд колес о рельсы, которые имеют сравнительно большую величину из-за засорения рельсового пути формовочного поста и сцепки бетоноукладчика с шумоизолиру-ющим кожухом.

Рассчитанные с использованием этих коэффициентов мощности приводов бетоноукладчиков СШ-354 и СМЖ-425 проверены посредством измерения потребляемой мощности этими приводами в реальных производственных условиях, что подтвердило достоверность методики расчета. Бетоноукладчики внедрены в серийное производство и в эксплуатацию.

12. Исследованы вопросы шумовых характеристик работающих роликовых центрифуг.

— 168.

Разработан и внедрен принципиально новый шумоизолирующий кожух, который обеспечил уменьшение шума, воздействующего на обслуживающий персонал на 4. 18 Дц на различных октавных частотах, а в целом до допускаемого санитарными нормами уровня (кривая 80).

Стенки кожуха выполнены двухслойными, внутренний шумопог-лощающий слой — из минеральной ваты толщиной 50 «г"', а внешний.

V и, а и. шумоизолирующги слои — из листовои стали толщинои 4 мм.

Шумоизолирующий кожух разработан комбинированной конструкции, в нем предусмотрено также устройство для предотвращения аварийных сходов вращающихся форм с роликов центрифуг.

Конструкция кожуха защищена двумя авторскими свидетельствами на изобретения.

13. Рекомендации по определенным величинам частот вращения форм при распределении и уплотнении бетонной смеси в процессе центрифугирования отражены в инструкциях по эксплуатации роликовых центрифуг СШС-104А, СМЖ-104Б, СМЖ-106А, СШ-106Б, в статьях автора работы и в учебнике, написанном им для наладчиков оборудования по производству железобетонных изделий. Рекомендации внедрены на заводах стройиндустрии.

14. Разработанные и опубликованные автором диссертации в его печатных трудах материалы по конструкции центрифуг, бетоноукладчиков и другого оборудования использованы рядом авторов в учебных пособиях для высших учебных заведений, монографиях и справочниках.