Проектирование виброплощадки

       1 Литературно-патентный анализ 
 

       

1. Классификация виброплощадок

 
 

       Виброплощадками называют стационарные вибрационные машины, предназначенные для уплотнения бетонной смеси в формах при изготовлении на заводах сборных железобетонных изделий.

       Виброплощадка представляет собой виброраму, опирающуюся на пружины, резиновые или пневматические амортизаторы, укрепленные на фундаментной раме. Снизу виброрама имеет вибровозбудитель, приводимый в действие вынесенным в сторону электродвигателем, а сверху — устройство для крепления форм, выполненное в виде клиновых зажимов, пневматических захватов или электромагнитов.

       По   траектории    колебания   вибрирующих частей виброплощадки бывают с круговыми, крутильными, вертикально   и   горизонтально   направленными   колебаниями.

         По грузоподъемности   виброплощадки  подразделяют на  малой грузоподъемности — до 2 т, средней — 2 ... 50 т и большой — свыше 50 т. Различаются они также амплитудой и частотой колебаний, бывают одно- и  многочастотными.

         По воздействию на  бетонную смесь бывают безударными,  когда  форма  с бетонной смесью не испытывает ударных нагрузок, и ударно-вибрационными, когда вибрация сопровождается регулярными соударениями элементов вибромашины или ее элементов с формой и эти соударения воздействуют на бетонную смесь. Виброплощадки могут иметь приводы различных типов, резонансные и зарезонансные режимы работы, а также   различные   конструкции   опорных   и   формоудерживающих устройств. 
 

       

2. Устройство  и конструкции виброплощадок

 
       

1. Виброплощадка с круговыми гармоническими колебаниями

 

       Виброплощадка с круговыми гармоническими колебаниями, показанная на рисунке 1 а, грузоподъемностью 5 т состоит из сварной виброрамы 9, одновального вибровозбудителя и привода. Рама опирается пружинами 11 на фундаментные рамы 10, имеет направляющие 1, упоры 2 для установки формы и электромагниты 7 для ее удержания.

       Для удобства изготовления и монтажа  вал вибровозбудителя состоит из семи отдельных валов 6, опирающихся на подшипники 3 и соединенных муфтами 4. На шести валах укреплены сдвоенные эксцентричные диски-дебалансы 5, а средний вал клиноременным шкивом передает вращение дебалансам от электродвигателя 8. Конструкция вала вибровозбудителя, представленная на рисунке 1 б, позволяет регулировать статический момент массы каждого из дебалансов в пределах 18,3 ... 48,3 кг см поворотом и закреплением подвижного диска 4 относительно неподвижного диска 5, посаженного на валу 6 на шпонке. Осевое положение дебалансов на валу фиксируется втулками 3, которые упираются в кольца подшипников 2. Валы соединены муфтами 1. При наибольшем статическом моменте массы и частоте вращения 50 с^-1 вибровозбудитель создает в полностью загруженной форме амплитуду колебаний 0,4 мм. Мощность электродвигателя привода 20 кВт. 

        а – общий  вид, б – дебалансный вибровозбудитель, в – пружинная опора;

       Рисунок 1 – Виброплощадка с круговыми  колебаниями  

       Аналогичное устройство имеют виброплощадки  с одновальными дебалансными вибровозбудителями грузоподъемностью 10 и 15 т, с электродвигателями 28 и 40 кВт. Чтобы получить одинаковую амплитуду колебаний в различных точках виброрамы и формы, ось вала вибровозбудителя должна проходить через центр тяжести рамы, а опорные пружины 1, представленные на рисунке 1 в, поджаты пружинами 2 с одинаковой силой. Одновальные виброплощадки с круговыми колебаниями не обеспечивают одинаковых условий уплотнения бетонной смеси по всей площади изделия. Круговое движение формы вызывает встречное движение бетонной смеси и подсос воздуха по одному из бортов формы, поэтому на заводах железобетонных изделий в основном применяют виброплощадки с вертикально направленными колебаниями, возникающими при встречном вращении сдвоенных параллельно расположенных валов с дебалансными вибровозбудителями, имеющими одинаковую угловую скорость.

       Чтобы обеспечить синхронную работу валов с вибровозбудителями, применяют синхронизаторы, представляющие собой как бы конические редукторы, соединенные валом, и имеющие два параллельно расположенных выходных вала для привода дебалансных валов вибровозбудителя. 
 

       

2. Виброплощадки с направленными гармоническими колебаниями

 

       Виброплощадки с направленными гармоническими колебаниями собирают из унифицированных виброблоков, представлены на рисунке 2 а. Каждый блок имеет электромагнит 1, двухвальный дебалансный вибровозбудитель 2 и два кронштейна, которые опираются на четыре пружинные опоры 4, закрепленные на опорной раме 5. Электромагнит, вибровозбудитель и кронштейны прочно соединяются между собой восемью болтами по четыре с каждой стороны.

       Унифицированный электромагнит такого виброблока, представленный на рисунке 2 б, состоит из стального корпуса 2, в кольцевую проточку которого уложена пропитанная лаком катушка 3. После установки катушку герметизируют в корпусе расплавленным битумом 4, защищают алюминиевым кольцом 5, которое фиксируют внутренним 6 и наружным 7 пружинящими кольцами. Выводные концы катушки подключают к клеммам 1; к ним подводят постоянный ток напряжением 110 В от селеновых выпрямителей или мотор-генератора.  

         

       а – унифицированный виброблок, б  – электромагнит 

       Рисунок 2 – Виброплощадка с вертикальными  направленными колебаниями   
 

       За  внешние очертания цилиндрического корпуса электромагнита выступают лапы 8 с отверстиями под болты, соединяющие электромагнит с вибровозбудителем и кронштейнами виброблока. В зависимости от веса, длины и ширины формуемых железобетонных изделий из унифицированных виброблоков, каждый из которых имеет грузоподъемность 1 или 2 т, создают одно-, двух- и трехрядные виброплощадки грузоподъемностью 2 ... 24 т и более.

       Достоинство блочных виброплощадок заключается в том, что различные по грузоподъемности, конфигурации и размерам формуемых изделий, они монтируются из унифицированных, выпускаемых серийно сборочных единиц, а это снижает номенклатуру запасных частей, облегчает эксплуатацию и ремонт. Однако имеют они и существенные недостатки, заключающиеся в применении в одной вибромашине большого числа двигателей, синхронизаторов, пружинных опор, вибровозбудителей, карданных валов, которые требуют точного монтажа, постоянного контроля за состоянием многочисленных соединений. К тому же быстровращающиеся зубчатые колеса и многочисленные металлические детали вибрирующих пружинных опор создают во время работы большой шум, часто превышающий допустимые санитарные нормы. Поэтому наряду блочными виброплощадками на многих железобетонных заводах применяют рамные виброплощадки с направленными колебаниями, аботающие, как правило, от одного электродвигателя. Кроме того разрабатываются и внедряются усовершенствованные конструкции отдельных сборочных единиц (опор, вибровозбудителей) и виброплощадок в целом. 
 
 

       1.2.3 Виброплощадки на воздушной подушке и работающие по принципу вибропоршня 
 

       Конструктивно сложные пружинные опоры в  некоторых вибро-площадках заменены резиновыми амортизаторами из плотной технической резины и из пневмобаллонов. Оригинально решена задача амортизации виброрамы виброплощадок на воздушной подушке. У таких виброплощадок, которая показана на рисунке 3, виброрама 1, имеющая электромагниты и вибровозбудитель 2, в нерабочем положении покоится вместе с формой 3 на неподвижных опорах 4 фундаментной рамы 5. К виброраме по периметру прикреплен сплошной герметизирующий эластичный фартук 6 из прорезиненной ткани (конвейерной ленты толщиной 10 мм). Нижняя кромка фартука накладками и болтами прочно соединена с продольными и поперечными балками фундаментной рамы, которая, так же как и виброрама, обшита листовой сталью. В образовавшуюся таким образом камеру через штуцер 7, вмонтированный в боковую балку фундаментной рамы, и регулятор давления подают сжатый воздух, который приподнимает виброраму с установленной на ней формой, несколько натягивая фартук. После включения привода вибровозбудителей бетонная смесь, находящаяся в форме, уплотняется, и вибрирование прекращают. Выпуская воздух из камеры, опускают виброраму на опоры, отключают электромагниты, краном снимают форму с изделием, а на виброплощадку устанавливают следующую форму. 
 

 

       Рисунок 3 – Виброплощадка на воздушной  подушке 

       Виброплощадки на воздушной подушке имеют пониженный уровень шума, они несколько слабее передают вибрацию на окружающие виброплощадку предметы и пространство, имеют легко регулируемую грузоподъемность. Однако такие виброплощадки требуют тщательной герметизации пространства, создающего поддерживающее давление, при изменении нагрузки подвержены перекосам формы в вертикальной плоскости, требуют подводки и расхода сжатого воздуха, контроля регулировочной и предохранительной аппаратуры, с тем чтобы давление воздуха под виброрамой не превышало 10 кПа. Виброплощадки на воздушной подушке грузоподъемностью 5 и 10 т отличаются лишь суммарным статическим моментом массы дебалансов (наибольший соответственно 210 и 310 кг см) и мощностью электродвигателей (2X7,5 и 2X13 кВт).

       При формовании железобетонных изделий сравнительно большой высоты оказываются эффективными виброплощадки, работающие по принципу вибропоршня, которые представлены на рисунке 4.

       

 

       Рисунок 4 – Виброплощадка работающая по принципу вибропоршня 

         Фундаментную раму 1 таких виброплощадок обычно устанавливают в приямке. Вибровозбудители 2 сообщают вертикально направленные колебания виброраме 3, которая электромагнитами скреплена с поддоном 4. Поддон по периметру соединен эластичными прокладками 5 с бортоснасткой 6, устанавливаемой на опорный контур формовочного поста. По окончании уплотнения бетонной смеси и отключении вибровозбудителя и электромагнитов поддон фиксируют и с бортоснасткой снимают с виброплощадки. Применение таких виброплощадок для конкретных изделий требует экспериментальной проверки. 
 

       1.2.4 Виброплощадки резонансные с  асимметричными колебаниями  
 
 

       Исследования  работы виброплощадок различных  типов и режимов уплотнения бетонной смеси позволили наметить пути дальнейшего совершенствования вибромашин. Установлены эффективность ударного воздействия на бетонную смесь при ее уплотнении и использование явления резонанса в работе виброплощадок. Любая колебательная система, в том числе и виброплощадка с закрепленной на ней загруженной формой, обладает свободными собственными колебаниями, которые, возникнув от первоначального импульса, совершаются без переменного внешнего воздействия с вполне определенной собственной частотой. Когда частота вынужденных колебаний, поддерживаемых вибровозбудителем, становится равной частоте собственных колебаний системы, возникает резонанс, и система приобретает максимальную амплитуду колебаний. При использовании явления резонанса бетонная смесь будет уплотняться при значительно меньшей мощности двигателей привода вибровозбудителей. Трудность, однако, заключается в том, что собственная частота системы зависит от многих факторов, прежде всего от массы и ее распределения, а учесть массу вибрирующих частей виброплощадки сложно (особенно присоединенную массу бетонной смеси), тем более что она может изменяться в процессе работы технологической линии. Несмотря на эти трудности, резонансные виброплощадки различных типов разрабатываются, внедряются в производство и получают все большее распространение.

       Резонансная виброплощадка с асимметричными колебаниями предназначена для уплотнения бетонной смеси при изготовлении плоских железобетонных изделий. В отличие от других виброплощадок уплотнение бетонной смеси достигается упруго-ударным воздействием на нее верхней рамы виброплощадки, работающей в резонансном режиме при сравнительно низкой частоте колебаний (550 ... 650 мин^-1), но при большой амплитуде колебаний, достигающей 6 ... 10 мм.

       Виброплощадка, представлена на рисунке 5, состоит из верхней рабочей рамы 1, с электромагнитами 2, упругих приводных связей 3, соединяющих штанги 4 шатунов с верхней рамой, верхних резиновых буферов 5 из плотной технической резины, жестко закрепленных на верхней раме; упругих основных связей 6 со строго расчетной жесткостью, соединяющих верхнюю рабочую раму с нижней уравновешивающей рамой 8, которая, как и верхняя, имеет точно определенную массу и тоже опирается на резиновые амортизаторы 9 необходимой жесткости. К нижней раме прикреплены нижние резиновые буфера 10; их можно регулировать по высоте так, чтобы зазор между верхними и нижними буферами был строго определенным и одинаковым. 
 

        Рисунок 5 –  Резонансная асимметричная виброплощадка 

       Привод  состоит из электродвигателя 11, который клиноременной передачей 12 вращает вал 13 с двумя эксцентриками, являющимися кривошипами шатунов. Головка шатуна выполнена в виде кольца, которое охватывает эксцентрик, а приливом 14 соединяется со штангой шатуна. Вал с эксцентриками вращается шкивом 15 и опирается на подшипники 16, корпусы которых прикреплены к нижней уравновешивающей раме, а на противоположном от шкива конце вала укреплен маховик 17. По кабелю 7 от шкафа питания с селеновыми выпрямителями подается ток к электромагнитам. Чтобы утяжелить нижнюю раму, ее полости заполнены бетоном для придания массе рамы расчетного значения.

       При работе виброплощадки эксцентриковый привод через шатуны и упругие приводные связи сообщает верхней рабочей раме с формой, заполненной бетонной смесью, и нижней уравновешивающей раме вертикально направленные колебания при встречном движении рам, что ведет к их соударению буферами при ускорениях, в 6 ... 8 раз превышающих ускорение силы тяжести, и интенсивному уплотнению бетонной смеси. Рабочая рама и форма двигаются вверх с ускорением, примерно в четыре раза меньшим, что исключает снижение полученного при ударе уплотнения. 

       На  основании проведенного литературно-патентного анализа предлагается применить виброплощадку с вертикально направленными гармоническими колебаниями марки СМ-868.