Метательное устройство для укладки и уплотнения бетонных и др. строительных смесей

 

Метательное устройство относится к области строительства и применяется для укладки с уплотнением строительных смесей в массивы. Технический результат – повышение производительности, улучшение процесса переналадки и обслуживания. Метательное устройство содержит два лопастных ротора, смонтированных на раме, и загрузочное приспособление. Каждый ротор выполнен в виде группы фигурных дисков, на краях которых по всей окружности в форме дуг выбраны впадины, причем диски посажены на приводном валу с равным шагом так, что крайние диски упираются в ступицы и закреплены на валу гайками с правой и левой резьбой. Диски развернуты таким образом, что впадины образуют ровные ряды, направленные параллельно образующей. В рядах установлены выполненные из элластичного материала трубчатые элементы с введенными внутрь прижимными стержнями, диаметр которых составляет 0,7-0,9 внутреннего диаметра элементов. Трубчатые элементы состоят из корпуса, заглушенного фланцами, и снабжены переходниками, прикрепленными болтами к ступицам, при этом роторы смонтированы на раме так, что они посредством трубчатых элементов находятся постоянно в зацеплении друг с другом и связаны между собой посредством зубчатой передачи, число зубьев которой принято кратным числу трубчатых элементов, а передаточное число равно единице. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области строительства, а именно к производству сборных изделий или возведению монолитных сооружений из бетона и железобетона, нанесению защитных покрытий из высокопрочного бетона на бетонную, металлическую или деревянную поверхность для предохранения ее от коррозии или возгорания, возведению насыпей из грунтов с уплотнением при строительстве плотин, земляных дамб, дорог, аэродромов и т.п.

Известна конструкция метателя /1/ для нанесения защитных покрытий на поверхность трубчатых изделий, содержащего установленные в подшипниках опорной рамы параллельные приводные валы с барабанами в виде зафиксированных винтовыми стержнями пакетов элластичных шайб, выполненных с зубчатой наружной поверхностью и смещенных относительно друг друга на толщину зуба по делительной окружности.

Недостатком указанного устройства является то, что непрерывный поток наносимой смеси, преобразуемый в пульсирующий для обеспечения высоких физико-механических показателей бетона, должен затворяться минимально возможным количеством воды (т.е. при минимальном значении водоцементного отношения). Получаемая в результате такой дозировки бетонная смесь будет характеризоваться жесткой или даже особо жесткой консистенцией. Свежеотформованные из такой смеси гранулы (или "пули", как это указано в А.С.) из еще не затвердевшего бетона при соударении с бетонируемой поверхностью будут тотчас разрушаться, рассыпаясь на отдельные зерна исходной смеси с образованием большого количества отскока. Увеличение же пластичности гранул за счет дополнительного разжижения смеси водой и обогащения ее цементом отразится отрицательно на экономичности процесса, кроме того, будет препятствовать получению таких весьма ценных качеств бетона, свойственных бетону, получаемому методом "сухого" торкретирования, как, например, повышенная плотность, прочность, антикоррозионная стойкость и др.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является установка для нанесения защитного слоя на тела вращения (прототип) /2/, содержащая метательное приспособление, выполненное в виде приводных барабанов с элластичными покрытиями, контактирующими между собой. Покрытия каждого барабана армированы концентричными слоями из полимерных нитей.

Недостатком устройства является малая производительность, ограниченная упругостью покрытий, и их быстрый износ в связи с развитием усталостных явлений в материале покрытий при их многократном сжатии и разжатии, следующими друг за другом с частотой, равной частоте вращения роторов. Кроме того, при падении смеси отдельными комьями с ленты конвейера в межроторное пространство не обеспечивается равномерное распределение ее на бетонируемой поверхности.

В основу настоящего изобретения поставлена задача усовершенствования метательного устройства, в котором за счет нового конструктивного исполнения роторов устраняются недостатки, имеющие место в прототипе: обеспечивается укладка с уплотнением смесей повышенной жесткости, многократно увеличивается производительность, достигается равномерность распределения элементов смеси по всей ширине полосы бетонирования.

Поставленная задача решается тем, что каждый ротор выполнен в виде фигурных дисков, на краях которых в форме дуг по всей окружности выбраны впадины, причем диски посажены на приводном валу с равным шагом так, что крайние из них упираются в ступицы, закрепленные на валу гайками с правой и левой резьбой, а промежуточные диски развернуты таким образом, что впадины образуют ровные ряды, направленные параллельно образующей, в которых установлены выполненные из элластичного материала трубчатые элементы с введенными внутрь прижимными стержнями диаметром, составляющим 0,7-0,9 внутреннего диаметра элементов, прикрепленными своими концами к ступицам с возможностью их быстрого перемонтажа; при этом роторы смонтированы на раме так, что они посредством трубчатых элементов находятся в зацеплении друг с другом и связаны между собой дополнительно зубчатой передачей, число зубьев которой принято кратным числу трубчатых элементов, а передаточное число равно единице.

Между существенными признаками изобретения, которые заявляются, и техническим результатом, который достигается, существует такая причинно-следственная связь:

- в заявляемой конструкции ротора несущий остов его выполнен в виде приводного вала с посаженной на вал группой дисков из слоистого пластика, на которые опирается венец из прижатых друг к другу элластичных трубчатых элементов, что, в сравнении с прототипом, у которого аналогичная конструкция выполнена в виде смонтированного на приводном валу, сварного металлического барабана с нанесенным на нем слоем из элластичного материала, приводит к снижению в 1,5-2 раза общей массы роторов, а также к перераспределению массы ближе к оси вращения и уменьшению в связи с этим момента инерции ротора;

- согласно изобретению роторы на раме смонтированы так, что, подобно зубчатой передаче, выступы (трубчатые элементы) одного ротора попадают во впадины (промежутки между выступами) другого, при этом между выступами и впадинами остаются полости в виде каналов протяженностью, равной длине роторов, и сечением, равным площади сечения между тремя соприкасающимися между собой окружностями, ограничивающими трубчатые элементы, функциональная роль которых заключается в захвате элементарных порций перерабатываемой смеси, разгоне их до заданной скорости движения и метании в заданном направлении, в результате чего возникают новые положительные свойства, заключающиеся в достижении равномерности укладки формируемого слоя нового материала, а также исключении перемещения воздушных масс и связанных с этим отрицательных явлений в экологическом плане - пыления и потерь некоторой части сырьевой смеси, особенно мелких фракций, уносимых воздушных потоком;

- предложение заявителей, заключающееся в использовании по новому назначению, для получения элластичных трубчатых элементов, отрезков резино-тканевых рукавов, представленных на рынке в широком ассортименте, позволяет без каких-либо проблем обеспечить выпуск и ремонт нового технологического оборудования широкой номенклатуры для производства бетонных работ с высоким экономическим эффектом.

При изучении других известных решений в данной области техники, признаки, которыми заявляемое предложение отличается от прототипа, не были обнаружены, поэтому они обеспечивают ему соответствие критерию "существенные отличия".

На прилагаемых чертежах приведено: на фиг.1 - схематический вид метательного устройства для укладки и уплотнения бетонных и др. строительных смесей; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.2; на фиг.5 - прижимной стержень; на фиг.6 - схема взаимодействия роторов в процессе метания; на фиг.7 - блок-схема расчета конструктивных параметров метательного устройства.

Метательное устройство для укладки и уплотнения бетонных и др. строительных смесей состоит из расходного бункера 1 с питателем 2, рамы 3, смонтированных на ней роторных метателей 4 и 5 с приводом 6. Роторы устройства состоят из приводных валов 7 и 8 с посаженными на них с равным шагом фигурными дисками 9, по наружному краю которых выбраны дугообразные впадины. Крайние диски 10 упираются в ступицы 11, закрепленные на валу гайками 12 и 13 с левой и правой резьбой. Диски развернуты на валах таким образом, что впадины образуют ровные ряды, направленные параллельно образующей роторов. В эти ряды вложены элластичные трубчатые элементы 14, удерживаемые во впадинах посредством прижимных стержней, состоящих из цилиндрического корпуса 15, заглушенного фланцами 16, снабженными переходниками 17, посредством которых прижимные стержни болтами 18 прикреплены к ступицам 11 с возможностью их быстрого перемонтажа.

Для обеспечения синхронности вращения взаимодействующих между собой роторов, учитывая недостаточную жесткость такой связи, роторы связаны между собой дополнительно зубчатой передачей с передаточным числом, равным единице, состоящей из двух попарно равных зубчатых колес 19 и 20 с числом зубьев, кратным числу трубчатых элементов, посаженных на приводные валы 7 и 8, и шестерен 21 и 22, посаженных на оси 23, с возможностью их ограниченного перемещения в процессе регулирования устройства.

Метательное устройство для укладки и уплотнения бетонных и др. строительных смесей работает следующим образом. Перерабатываемая, например, бетонная смесь из бункера 1 при помощи питателя 2 подается в рабочее пространство роторов 4 и 5. Одной из важнейших особенностей конструкции роторов по настоящей заявке является то, что они в любом положении на валах относительно друг друга контактируют между собой (фиг.6), благодаря чему зазор между роторами всегда перекрыт. Такое решение исключает, в процессе работы заявляемого устройства, захват и перемещение воздушных масс с образованием вихрей, уносящих значительную часть перерабатываемой смеси, особенно ее мелких фракций, создавая потери материала и нарушая нормальную экологическую обстановку в окружающей среде. Что касается перерабатываемой смеси, то она перемещается будучи защемленной мелкими порциями в полостях, образующихся в моменты, когда выступающие трубчатые элементы одного ротора занимают положение в промежутке между двумя прилегающими друг к другу элементами другого ротора (как это показано на фиг.3 и 6). Остающиеся между ними замкнутые полости в виде каналов треугольного сечения протяженностью, равной длине роторов, играют в данном случае роль шлюзов, в которых и переносятся элементарные порции смеси, сбрасываемой со стороны разгрузочного конца питателя 2. Приобретя в процессе взаимодействия с роторами некоторый запас кинетической энергии, порции смеси выбрасываются из рабочего пространства роторов со скоростью, равной их окружной скорости, рассеиваясь при этом на отдельные частицы и образуя в совокупности дискретный поток с равномерным распределением частиц по всей ширине потока.

Преодолев в состоянии свободного потока расстояние между метательным устройством и объектом бетонирования (формой или опалубкой), элементы потока сталкиваются с поверхностью объекта, резко тормозятся и, сливаясь воедино, образуют слой бетона с равномерным распределением всех его компонентов по всей ширине бетонируемой полосы. При этом кинетическая энергия ударяющих частиц в форме ударных импульсов затрачивается на уплотнение слоя, переходя в конечном итоге в энергию диссипации.

В процессе конструктивной проработки все параметры заявляемого устройства, выражаемые в линейных единицах, были пронормированы и объединены в общую систему, математической моделью которой является алгоритм, представленный в виде блок-схемы на фиг.7. Здесь в качестве нормативной единицы принят размер радиуса трубчатого элемента r_эл. На данном этапе, согласно заявке, в качестве таких элементов предложено использовать отрезки резино-тканевых рукавов, параметры которых регламентированы ГОСТом 8218-57. Таким образом, при разработке конкретного устройства, раководствуясь соображениями технологии, условиями применения данного устройства и др., из табл. ГОСТа выбирают рукав соответствующего размера и исполнения, а также с учетом тех же соображений принимают значение числа N количества трубчатых элементов. Ряд рекомендуемых значений числа N представлен на блок-схеме (фиг.7).

Все остальные параметры метательного устройства пропорциональны радиусу - r_эл - и вычисляются на ЭВМ по специальной программе, разработанной в соответствии с блок-схемой на фиг.7. Ряд расчетных формул в ее составе получен из анализа геометрической схемы фрагмента метательного устройства, представленной на фиг.8, на которой приняты следующие обозначения:

α - угол, образованный лучами, проведенными из центра ротора через точки пересечения делительной окружности выступов с полуокружностями, ограничивающими трубчатые элементы с наружной стороны ротора;

- радиус делительной окружности выступов;

- радиус делительной окружности впадин;

r_ВП - радиус дуг, ограничивающих впадины;

R_е - внешний радиус ротора;

h - длина прямолинейных участков овала, форму которого принимает трубчатый элемент в смонтированном состоянии;

А - расстояние между центрами роторов.

Экспериментальная проверка заявляемого устройства была проведена на его опытно-промышленном образце, смонтированном в комплекте с питателем на неподвижной раме, над тележечным конвейером в лаборатории технологии и механизации бетонных работ НИСа Харьковской государственной академии городского хозяйства в содружестве с Российским государственным унитарным предприятием Научно-инженерного внедренческого центра "Композит". Значения основных параметров устройства были приняты следующие: внешний радиус роторов R_е=135 мм; радиус трубчатого элемента r_эл=28 мм; число элементов N=12; межцентровое расстояние А=260 мм. Частота вращении роторов варьировалась в пределах 1000-3000 об/мин. При этом окружная скорость, а следовательно, и скорость частиц дискретного потока составляла 15-45 м/с.

Проведенными испытаниями заявляемого устройства было установлено, что его использование обеспечивает получение технических результатов, устраняющих недостатки прототипа, а также дополняет предмет изобретения новыми положительными свойствами, а именно:

- повышается производительность устройства, так как при замене сплошного эластичного слоя венцом из отдельных элластичных трубчатых элементов появляется возможность, варьируя параметрами роторов (диаметром в пределах 250-550 мм и частотой вращения в пределах 1000-3000 об/мин), регулировать производительностью в пределах от нескольких кубометров до нескольких десятков и даже сотен кубометров укладываемой смеси в час;

- уменьшаются удельные энергозатраты благодаря весьма малому промежутку времени взаимодействия элементарной порции бетонной смеси с метательным устройством, например для ротора, используемого в опытах, при его диаметре, равном 270 мм, и частоте вращения, близкой к 1000 об/мин, время взаимодействия составляет 0,0025 с, при этом удельные энергозатраты будут составлять 0,4-0,6 кВт·ч/м³;

- снижается износ элластичного материала в связи с тем, что силовая нагрузка на рабочие органы, перерабатывающие сырьевую смесь посредством трубчатых элементов, значительно меньше, чем при переработке смеси посредством сплошного элластичного слоя;

- достигается равномерность подачи перерабатываемой смеси к бетонируемой поверхности, при этом исключается перемещение воздушных масс, образующих вихри, так как роторы во всех фазах перемещения относительно друг друга постоянно контактируют между собой, не увлекай за собой воздух;

- обеспечивается укладка смесей повышенной жесткости от 30 до 60 и даже до 120 с при соблюдении равномерности распределения смеси в укладываемом слое бетона по всей ширине бетонируемой полосы;

- улучшается экологическая обстановка в зоне действия заявляемого устройства в связи с устранением пыли в окружающем пространстве, а также вибрации на рабочих местах, благодаря чему достигаются социально привлекательные условия труда обслуживающих рабочих;

- установлено, что при бетонировании "вниз" или на боковую поверхность, при сокращении расстояния между метательным устройством и формой, отскок может резко сокращаться, а в ряде случаев, при определенных соотношениях компонентов смеси, может вообще отсутствовать, в связи с тем что в обезвоздушенном потоке отраженные частицы, двигаясь в обратном направлении и сталкиваясь вторично с частицами потока, захватываются ими, снова направляются в сторону бетонируемой поверхности и, не обладая достаточной энергией, слипаются с ней;

- повышается экономичность процесса, так как прекращается унос частиц с воздушным потоком, в состав которых попадают в основном самые мелкие - цементные частицы, кроме того, уменьшаются потери в отскоке за счет возврата и погружения в слой отраженных частиц.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР № 885039, кл. B 28 B 21/44.

Опубликовано 30.11.81. Бюллетень № 44.

2. Авторское свидетельство СССР № 958102, кл. B 28 B 21/44.

Опубликовано 15.09.82. Бюллетень № 34.

Формула изобретения

1. Метательное устройство для укладки и уплотнения бетонных и др. строительных смесей, содержащее два лопастных ротора, смонтированных на раме и загрузочное приспособление, отличающееся тем, что каждый ротор выполнен в виде группы фигурных дисков, на краях которых по всей окружности в форме дуг выбраны впадины, причем диски посажены на приводном валу с равным шагом так, что крайние диски упираются в ступицы, закрепленные на валу гайками с правой и левой резьбой, а в общей совокупности диски развернуты таким образом, что впадины образуют ровные ряды, направленные параллельно образующей, в которых установлены, выполненные из элластичного материала, трубчатые элементы с введенными внутрь прижимными стержнями, диаметр которых составляет 0,7-0,9 внутреннего диаметра элементов, состоящими из корпуса, заглушенного фланцами и снабженного переходниками, прикрепленными болтами к ступицам с возможностью их быстрого перемонтажа, при этом роторы смонтированы на раме так, что они посредством трубчатых элементов находятся постоянно в зацеплении друг с другом и связаны между собой посредством зубчатой передачи, число зубьев которой принято кратным числу трубчатых элементов, а передаточное число равно единице.

2. Метательное устройство по п.1, отличающееся тем, что фигурные диски выполнены из слоистого пластика, например, дельта-древесины, текстолита и т.п.

3. Метательное устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что в качестве трубчатых элементов применены отрезки резино-тканевых рукавов.

4. Метательное устройство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что на одном из роторов, расположенном оппозитно питателю, установлены реборды.

5. Метательное устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что размеры внешних радиусов трубчатых элементов и делительной окружности выступов принимаются исходя из соотношения

,

где - радиус делительной окружности выступов;

r_эл - радиус элементов;

α=360/N, N - число элементов, которое выбирается из ряда: 8, 12, 16, 18, 24.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8