Основы теории работы катковых смесителей

Из расчетной схемы каткового сме­сителя (рис. 40) видно, что перекатывание катка по слою смеси, располо­женному на днище смесителя, возможно при определенном соотноше­нии его диаметра D _к и высоты слоя смеси h ₂: при малом значении h ₂ будет низка производительность бегунов, а при очень большом значении h ₂ каток будет сдвигать смесь перед собой, не перекатываясь через нее. Сила трения между катком и смесью также влияет на параметры D _к и h ₂. Связь между парамет­рами определяется из рассмотрения сил, действующих на границе каток – смесь.

В точке A действуют две ос­новные силы: сила нормального давления катка на смесь N, направленная по радиусу, и перпен­дикулярная ей сила трения T между катком и смесью, опреде­ляемая соотношением

,

(88)

где f – коэффициент трения между катком и смесью; f = 0,6¸0,7.

Разложим по правилу параллелограмма силы N и Т на вертикальные и горизонтальные составляющие. Из полученных прямоугольных треугольников будем иметь

(89)

где N _г – горизонтальная составляющая силы нормального давления;

a – угол захвата;

T _г – горизонтальная составляющая силы трения.

Каток будет захватывать смесь и перекатываться по ней только в том случае, когда

.

(90)

 

Рис. 40. Расчетная схема каткового смесителя

 

Выполнив условие (90) путем подстановки значения T _г, N _г и T получим, что

.

(91)

Зная угол a, путем простого геометрического построения легко найдем высоту слоя h ₂:

,

(92)

откуда

.

(93)

При коэффициенте трения равном 0,7, получим a < 35°. Тогда D _к ³ 11 h ₂.

Толщина слоя h ₁, обычно равняется 20¸25 мм.

Мощность привода смесеприготовительных машин зависит от массы замеса и свойств смеси. Влияют на мощность и конструктивные параметры. К ним следует отнести площадь чаши, рас­положение и число плужков, размеры катков и место их установки, частоту вращения вертикального вала. Мощность привода катковых смесителей (бегунов) обычно выражается зависи­мостью

,

(94)

где N _хх – мощность холостого хода, кВт;

N _пл – мощность, необходимая для перемещения плужков, кВт;

N _кач – мощность, необходимая для качения катков по смеси;

N _ск – мощность, необходимая для преодоления трения скольжения катков по смеси, кВт;

b_пот – коэффициент дополнительных потерь.

Мощность холостого хода определяется коэффициентом полезного действия электро­двигателя и потерями на трение в механизмах машины. Для серийно выпускаемых бегунов она составляет в среднем 2,5¸3 кВт; мощность, необходимая для перемещения плужков, достигает 3¸4 кВт; мощность на преодоление скольжения – 1,5¸3,0 кВт. Коэффициент дополнительных потерь составляет 0,03¸0,05. Это потери в подшипниках катков и кривошипов, которые при холостом ходе не вращаются относительно осей кривошипа.

Частота вращения вертикального вала катковых смесителей составляет 0,25¸0,5 с^–1 (15¸30 об/мин).

Центробежные смесители

Центробежные смесители (рис. 41) имеют неподвижную чашу 1, ротор 2, закрепленный на вертикальном приводном валу 3. На ободе ротора 2 под разными углами к горизонту установлены рабочие плужки 4, а на кривошипных валах 6 – катки 5 с вертикальной осью вращения. Цилиндрическая поверхность катков и внутренние стенки чаши обли­цованы резиной 7. При враще­нии ротора катки отклоняются под действием центробежной силы к борту чаши. Зазор между катками и чашей регулируется эксцентриками 8. По мере износа резинового обода катков и облицовки чаши производится соответствующий поворот экс­центриков для обеспечения тре­буемой величины зазора.

В случае попадания в пере­мешиваемую смесь твердых комьев каток отжимается к цент­ру ротора, пропуская комья между ободом катка и бортом чаши. Компоненты смеси, загружаемые в бегуны, по­падают на вращающийся ротор и сбрасываются центробеж­ной силой в кольцевое пространство между рото­ром и бортом чаши. Рабо­чие плужки поднимают смесь со дна чаши и от­брасывают ее к резиновой поверхности борта, под катки, которые перекатываются по ней. Сме­ситель продувается воздухом от вентилятора, что способствует ох­лаждению и обеспыливанию смеси. Выгрузка готовой смеси осуществляется через открывающийся люк 9 в днище чаши. Продол­жительность перемешивания составляет 1¸3 мин.

Рис. 41. Устройство центробежных смесителей непрерывного действия

Мощность привода центробежных смесителей (в кВт) определяется зависимостью

,

(95)

где N _хх – мощность холостого хода (для серийно выпускаемых центробежных смесителей 6¸8 кВт);

k – коэффициент, учитываю­щий свойства смеси; k = 2,5¸3 с/м³;

x – геометрический пара­метр плужков, м⁴; x = (6,3)×10^-2 м⁴;

n – частота вращения верти­кального вала, с^–1;

M – масса замеса, кг;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

b_кат – коэффициент относительной мощности катков; b_кат = 0,1¸0,2;

b_пот – коэффициент дополнительных потерь; b_пот = 0,03¸0,05.

Частота вращения ротора маятниковых смесителей составляет 0,9¸1,3 с^–1 (50¸80 об/мин).

Представляют интерес автоматизированные центробежные сме­сители периодического действия еще одной конструкции (рис. 42).

Характерной особенностью этих смесителей является расположе­ние катков 1 на одном горизонтальном уровне и применение больших одинаковых скребков 2, причем верхние поверх­ности ротора 3 и катков 1 выполнены в виде конусов. Эти особенности повышают надежность смесителей и увеличивают их производитель­ность на единицу мощности.

При вращении ротора жестко связанные с ним плужки направляют поток смеси на боковую поверхность чаши под катки. Под действием центробежных сил и давления катков происходит интенсивное перемешива­ние смеси. Зазор между катками и боковой поверхностью чаши регулируется: чем он меньше, тем интенсивнее разрыхление комьев. Дно чаши облицовано стальными сменными пластинами 5, а боковая поверхность чаши и катки покрыты резиной 4. Резиновое покрытие исключает дробление зерен смеси и ее скольжение относительно стенок чаши, улучшая процесс перемешивания. На рабочей поверхности плужков наплавлен карбид вольфрама, что обеспечивает их вы­сокую износостойкость. Зазор между плужками и дном чаши 1¸1,5 мм.

Рис. 42. Устройство центро­бежных смесителей периодиче­ского действия

В процессе перемешивания смесь находится в аэрированном со­стоянии, что способствует ее обеспыливанию и охлаждению. Для про­дувки воздухом смеситель снабжен нагнетательным и отсасывающим вентиляторами.

В начале процесса смешивания (до ввода основной воды и сухих добавок) осуществляется малая продувка, при которой производится обеспыливание исходных компонентов. Затем после подачи воды осуществляется большая продувка с целью охлаждения смеси и аэрации ее. Чаша смесителя герметично закрыта и в процессе переме­шивания в ней поддерживается пониженное давление.

Эти смесители надежны и эксплуатации. Производительность составляет 100¸130 т/ч; длительность цикла перемешивания 1¸2 минуты.