Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы рубрики ‘ДОРОЖНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ’

13.1. Автоматизированные комплекты машин для строительства цементобетонных покрытий

13.1.1. Состав комплектов машин для строительства цементобетонных покрытий

Машины для строительства цементобетонных покрытий в основ­ном выпускают двух типов: с колесно-рельсовым ходовым устройством (для их работы необходимо наличие рельс-форм) и машины со скользя­щими формами с гусеничным ходовым устройством. Последние получи­ли наибольшее распространение, и их выпускают двух размеров: боль­шой производительности для строительства магистральных дорог и взлет­но-посадочных полос и малой производительности для дорог местного значения.

Наиболее эффективно скоростное строительство цементобетонных покрытий осуществляется автоматизированными комплектами машин со скользящими формами. Комплект машин составляют группа основных машин и дополнительное технологическое оборудование. Основной груп­пой машин комплекта являются: профилировщик основания (рис. 13.1, а), распределитель бетона (рис. 13.1, б), бетоноукладчик со скользящими формами (рис. 13.1, б), бетоноотделочная машина и распределитель пленкообразующих материалов. В дополнительное оборудование вхо­дят: конвейер-перегружатель, тележка для арматурной сетки, вибро — — погружатель арматурной сетки, нарезчики продольных и поперечных швов, * заливщик швов, трейлеры для транспортирования машин комплекта. Э Профилировщики дорожных оснований предназначены для разра — Ї ботки корыта в целинном грунте и профилирования его дна, а также для 3 окончательного профилирования и уплотнения песчаного основания или 2 основания из грунта, укрепленного вяжущим материалом. Они оснаще — w ны профилирующим и уплотняющим рабочими органами. §

По типу рабочего органа профилировщики бывают ножевыми и ь фрезерными. Ножевые профилировщики снабжены уплотняющим виб — 6 робрусом. Рабочий орган — отвал с профилирующим ножом. Он оконча — | тельно профилирует основание, срезая излишки грунта и частично его 2 перераспределяя. Механизмом подъема и опускания регулируют высо — ч

ту заглубления. Фрезерный рабочий орган машины представляет собой отвал с закрепленными на нем фрезой для профилирования укреплен­ных грунтов или шнеком для профилирования песчаных оснований. Сменные резцы фрезы с пластинками из твердого сплава расположены по винтовой линии. Транспортер удаляет срезанный материал за преде­лы основания.

Рис. 13.1. Машины автоматизированного комплекта для скоростно­го строительства цементобетонных покрытий: а — профилировщик основания; б — распределитель (перегружатель); в — бетоноуклад­чик; 1 — кронштейн рамы; 2 — вилка гусеничной тележки; 3 — гусе­ничная тележка; 4 — силовая установка; 5 — пульт управления; 6 рулевой гидроцилиндр; 7 — основная рама; 8 — фреза-шнек: 9 — привод фрезы-шнека; 10 — отвал фрезы-шнека; 11 — шнек; 12 — привод шнека; 13 — отвал шнека; 14 — приемный бункер; 15 — рама транспортера; 16 — блок выдвижного транспортера; 17 — генератор привода глубинных вибраторов; 18 — бак для воды; 19 — скользящие формы (боковая опалубка); 20 — рама рабочих органов.

Фрезу и отвал можно настраивать на плоский и на двухскатный поперечные профили основания. Уплотнение подстилающего песчаного основания осуществляется вибробрусом.

Бетонораспределители принимают смесь из автосамосвалов или автобетоносмесителей и распределяют ее по дорожному основанию сло­ем заданной толщины. Распределители являются машинами непрерыв­ного и периодического действия. Бетонораспределители непрерывного действия распределяют смесь, поступающую на основание строящейся дороги. Они имеют высокую производительность и требуют четкой орга­низации работ по доставке смеси к месту ее укладки. Распределители периодического действия работают циклично. Новая порция бетона рас­
пределяется по основанию после распределения предыдущей порции и передвижения машины на новую позицию.

По конструкции рабочих органов все распределители бывают бун­керными, шнековыми, лопастными, ковшовыми. Бункерные относятся к машинам периодического действия, остальные — к машинам непрерыв­ного действия.

Смесь, выгруженную распределителем на дорожное основание, рав­номерно распределяют в поперечном направлении шнеком, лопастью или ковшом и предварительно разравнивают отвалом. Окончательное профилирование покрытия осуществляется профилирующими заслонка­ми, которые можно устанавливать на односкатный или двухскатный по­перечный профиль покрытия.

Бетоноотделочные машины осуществляют разравнивание, про­филирование, уплотнение и окончательную отделку (выглаживание и затирку) поверхности покрытия. Машины данного типа следуют за бе — тонораспределителем. Бетоноотделочная машина имеет разравнивающий, уплотняющий и выглаживающий органы. Разравнивающий орган — это лопастный вал, шнек или вибробрус. Для уплотнения бетонной смеси применяют вибрационный или трамбующий брусья. Выравнивание и выглаживание поверхности бетонного слоя производится выглаживаю­щей лентой или брусом, совершающим качательные движения в гори­зонтальной плоскости, а также выглаживающими плитами с вертикаль­ными колебаниями. Бетоноотделочные машины имеют один рабочий орган — вибрационный или трамбующий брус, два рабочих органа — уплотняю­щий и выглаживающий брусья, три рабочих органа — разравнивающий, уплотняющий и выглаживающий брусья, четыре рабочих органа — вибра­ционный, трамбующий и разравнивающий брусья, а также выглаживаю­щую ленту. Технологическая операция выполняется сразу несколькими рабочими органами: уплотнение — вибрационным и трамбующим брусь­ями, а отделка поверхности — разравнивающим брусом и выглаживающей лентой. Идет переход к универсальным рабочим органам, выполняю­щим несколько операций.

Профилировщик основания, входящий в комплект, имеет унифициро­ванное самоходное четырехгусеничное базовое шасси с автоматической следящей системой управления рабочими органами по заданному курсу и профилю (рис. 13.1, а). Основная рама представляет собой сварную кон­струкцию коробчатого, сечения. Установленные соосно две фрезы пред­назначены для первоначального фрезерования, рыхления и распределения грунта основания по ширине обрабатываемой полосы. Шнеки удаляют

излишки грунта на обочину дороги или ленту конвейера-перегружателя, а также распределяют материал по ширине основания. Каждая фреза и шнек имеют свой независимый и взаимозаменяемый привод.

Распределитель комплекта (рис. 13.1, б) предназначен для приема бетонной смеси с обочины из самосвалов и распределения ее по ширине основания. Снизу к основной раме прикреплены фреза-шнек и отвал. Конструкция рабочих органов позволяет регулировать положение их кра­ев и середины с помощью трех гидроцилиндров для получения одно — и двухскатного профилей покрытия. Машина оснащена выдвижным транс­портером.

Конструктивной особенностью комплекта является применение базового самоходного унифицированного четырехопорного гусеничного шасси и максимальная унификация узлов привода рабочих органов, гид — ро — и электрооборудования, аппаратуры автоматики (рис. 13.2) и сило­вых установок.

Рис. 13.2. Схема автоматического контроля положения базового шасси: 1 — стойка-стержень; 2 — поперечная штанга; 3 — датчик уровня с копиром; 4 — нивелирная рейка (репер); 5 — рама планировщика.

Бетоноукладчик комплекта (рис. 13.1, е) служит для разравнивания, профилирования, уплотнения и отделки бетонной смеси. На основной раме машины закреплены шнек, отвал шнека, глубинные вибраторы, вибробрус — дозатор, первый и второй качающиеся отделочные брусья, плавающая вы­глаживающая плита и боковые скользящие формы (рис. 13.3). Шнек пред­назначен для распределения смеси и состоит из двух независимых частей, имеющих боковой гидравлический привод. Отвал шнека имеет плоскую форму и служит для создания подпора смеси в шнеке. Глубинные вибра­торы обеспечивают равномерную плотность смеси по всей толщине слоя (рис. 13.4). Вибраторы со встроенными асинхронными электродвигателя­
ми закрепляют на У-образных пружинных рычагах к состоящей из двух частей трубе, которая поворачивается вокруг оси горизонтальным гидро­цилиндром. Частота вибрации глубинных вибраторов 180 Гц.

Рис. 13.3. Схема действующих сил на рабочие органы бетоноук­ладчика: 1 — шнек; 2 — отвал шнека; 3 — глубинный вибратор; 4 — вибробрус-дозатор; 5 — первичный качающийся брус; 6 — вторич­ный качающийся брус; 7 — выглаживающая плита.

Вибробрус-дозатор вторично распределяет и выравнивает смесь после ее проработки глубинными вибраторами.

Два качающихся бруса предназначены для придания покрытию тре­буемого профиля и отделки по поверхности. Брусья состоят из двух час­тей коробчатого сечения. Возвратно-поступательное движение брусьев в поперечном направлении относительно укладываемого покрытия осуще­ствляется четырьмя гидромоторами. Окончательная отделка поверхности производится плавающей плитой, состоящей из двух частей. Боковые сколь­зящие формы формируют боковые поверхности бетонного покрытия.

Рис. 13.4. Схема уплотняющего рабочего органа с поверхностным (а) и глубинным (б) вибратором: 1 — дозирующая заслонка; 2 — вибро­брус; 3 — глубинный вибратор; 4 — профилирующая заслонка.

Бетоноотделочная машина предназначена для окончательной отдел­ки поверхности покрытия и придания ей требуемой текстуры бетона. Машина многопроходная и смонтирована на четырехколесном базовом шасси. Снизу к раме на вертикальной поворотной и подъемной цапфе подвешены две дюралевые трубы. Над ними установлены два трубопро­вода с запираемыми соплами для смачивания труб. Трубы перекрывают одна другую и передают на бетон только свой вес. Сзади к раме крон­штейнами прикреплена тканевая драга, которая орошается водой и пере­двигается по поверхности цементобетонного слоя.

Распределитель пленкообразующих материалов служит для их на­несения и создания на покрытии шероховатой поверхности. Машина вы­полнена однопроходной на самоходном четырехопорном колесном базо­вом шасси. К основной раме прикреплены две поперечные траверсы, по которым перемещается относительно покрытия щетка, создающая шерохо­ватость поверхности покрытия. К передней части рамы подвешен барабан для пленки. Сзади к раме подвешены распределительная труба для рас­пределения жидких пленкообразующих материалов и два выносных со­пла для обработки боковых поверхностей покрытия.

Бетонные смеси в больших количествах приготовляют на специаль­но организованных предприятиях — бетонных заводах. По продолжитель­ности действия бетонные заводы разделяют на стационарные, полустаци — онарные (инвентарные) и передвижные, называемые обычно установками.

Стационарные заводы рассчитывают на длительную, постоянную ра­боту на одном месте. Полустационарные заводы устраивают сборно-раз­борными, и они работают на одном объекте обычно от одного года до трех лет. Передвижные заводы (установки) могут в течение одного сезона перемещаться несколько раз с одного объекта на другой. Их часто исполь­зуют на строительствах с небольшим потреблением бетона (установки малой производительности) или на рассредоточенных объектах и при вы­полнении линейных работ, таких как строительство автомагистралей.

По конструктивному исполнению такие установки разделяют на передвижные и инвентарные.

В передвижных мобильных установках технологическое оборудова­ние расположено на шасси прицепов или на салазках. Такие установки перебазируют в собранном виде. После прибытия на объект приготов­ление бетонной смеси может быть начато через 0,5-2,0 ч при наличии исходных материалов. При этом, как правило, не требуется приямков, фундаментов, металлических каркасов.

Инвентарные сборно-разборные установки имеют значительную производительность (до 240 м3/ч). Их изготовляют в виде отдельных блоков, перевозимых с объекта на объект на трейлерах, прицепах и авто­
мобилях. Опорную раму инвентарных бетоносмеситсльных установок устанавливают на фундаменте. Демонтаж, перебазировка и монтаж та­ких установок производятся в течение нескольких смен. Установки обо­рудуют складами заполнителей и цемента,

По характеру работы заводы и установки могут быть цикличного и непрерывного действия.

По устройству и управлению — неавтоматизированные (с ручным управлением), частично автоматизированные и полностью автоматизи­рованные. В последнем случае приготовление бетонной смеси осуще­ствляется по заданной программе с соблюдением проектного рецепта дозирования материалов, времени смешивания и т. д.

Бетонные заводы могут иметь горизонтальную (партерную) и верти­кальную (башенную) компоновку. В первом случае оборудование размеще­но на большой площади примерно на одном уровне. При проходе по техно­логической линии материалы поднимаются и опускаются несколько раз.

При вертикальной компоновке материалы поднимаются на опреде­ленную высоту только один раз и далее перемещаются вниз по отдель­ным технологическим операциям под действием сил гравитации. Такие заводы занимают небольшую площадь, но имеют значительную высоту (до 30 м). Схема размещения оборудования на заводе башенного типа цикличного действия показана на рис. 12.18.

Фракции щебня и песок подаются в расходные бункера через пово­ротную загрузочную воронку поочередно ленточным конвейером. Цемент подается пневмотранспортной установкой. После дозирования в весовых дозаторах составляющие через загрузочное устройство направляются в один из бетоносмесителей. Готовая смесь выдается в раздаточный бункер, а затем транспортными средствами доставляется к месту ее укладки.

В схеме такого завода можно выделить четыре отделения:

1) надбункерное, где находятся агрегаты пневмотранспортной пода­чи цемента, распределительная поворотная загрузочная воронка и голов­ная часть ленточного конвейера;

2) дозировочное, в котором расположены расходные бункера и дозаторы;

3) смесительное, где установлены бетоносмесители; здесь разме­щен пульт с системой автоматического управления;

4) раздаточное, в котором расположен раздаточный бункер.

По указанной схеме обычно сооружаются стационарные заводы боль­шой производительности, обеспечивающие товарным бетоном крупные строй­ки, дорожное, аэродромное, гидротехническое, ирригационное и городское строительство, а также полигоны бетонных и железобетонных изделий.

Рис. 12.18. Башенная компоновка оборудования бетонного завода: 1 — пневмотранспортная установка для цемента; 3 — ленточный конвейер; 3 — распределительное устройство; 4 — расходные бунке­ра; 5 — баки для воды; 6 — дозатор хлористого кальция; 7 — доза­тор воды; 8 — дозаторы щебня, песка и цемента; 9 — загрузочное устройство; 10 — бетономешалка; 11— раздаточный бункер.

Складирование песка и щебня на таких заводах производится как на открытых складах, так и на складах бункерного типа. Для хранения цемента служат специальные склады силосного типа. Необходимость иметь большой запас материалов, на 10-15 дней работы, обусловливает наличие больших складов песка и щебня, под которые отводится боль­шая площадь. На открытых складах штабеля материалов имеют линей­ное или секторное расположение.

Для подачи материалов со склада в расходные бункера использу­ют ленточные конвейеры, расположенные в траншеях под штабелями материалов и в наклонных галереях.

На заводах, рассчитанных на круглогодичную работу, щебень и пе­сок для предотвращения слеживания целесообразно хранить в обогрева­емых бункерных складах. Кроме того, для нормальной работы завода при отрицательных температурах необходимо:

— производить предварительный подогрев воды до температуры 80-95°С, при необходимости — и минеральных составляющих бетона до температуры 40-60°С;

— в качестве добавок к бетону применять растворы солей (хлори­стого натрия или хлористого кальция);

— бетоносмесительные установки утеплять специальными щитами, а внутри башни завода устанавливать водяное или калориферное отопление;

— утеплять водопроводную и паропроводную системы завода и т. п.

Рекомендуется также производить отопление траншей, в которых

размещены ленточные конвейеры. Для разделения мелких смерзшихся фракций щебня и песка их пропускают через виброгрохот.

На объектах дорожного, аэродромного, гидротехнического и некото­рых других видов строительства, когда не требуется частой смены состава бетонной смеси, наиболее эффективно применение легко перебазируемых передвижных и сборно-разборных установок непрерывного действия.

Технологическая схема бетонорастворосмесительной установки СБ — 61 показана на рис. 12.19. Установка работает со складами цемента СБ-33 или СБ-74 и используется для приготовления как бетонных смесей, так и строительных растворов на объектах с потреблением бетона до 5,0 м3/ч.

Установки СБ-75 и СБ-78 работают по одной технологической схе­ме (рис. 12.20). Они приспособлены для загрузки сухой и готовой бе­тонной смеси в автобетоносмесители, по конструкции аналогичные и предназначенные для работы в летних условиях на рассредоточенных объектах, в том числе в сельском хозяйстве.

Установки состоят из дозировочного и смесительного отделений, ленточ­ного конвейера и склада цемента. Все агрегаты собраны на отдельных метал­лических рамах и могут быть легко смонтированы и демонтированы. Переба­зировка их осуществляется при помощи трейлеров и автомобилей. Установки скомпонованы по двухступенчатой партерной схеме с двукратным подъемом и опусканием материалов; управление работой автоматизировано.

Бетоносмесительные установки СБ-109 и СБ-118, технологическая схе­ма которых показана на рис. 12.21, предназначены для обеспечения бетонной смесью строительства дорог и аэродромов. Установки состоят из блоков, рамы которых выполнены в виде полуприцепов. Дозировочное и смесительное отделения соединены между собой наклонным транспортером.

Рис, 12.19. Технологическая схема установки СБ-61: 1,9- ленточ­ные дозаторы заполнителей; 2, 7, 19 — ленточные конвейеры;

3 — склад песка; 4,6- загрузочные устройства; 5 — бульдозер;

8, 17 — расходные бункера; 10 — пробковый кран; 11- расходный бак воды; 12 — вертикальный винтовой конвейер; 13 — насос для воды; 14 ~ автоцементовоз; 15 — гравитационный цементовоз;

16 — инвентарный склад цемента; 18 — винтовой дозатор цемен­та; 20 — бетоносмеситель; 21 — перегрузочный лоток; 22 — вибро­сито; 23 — растворонасос; 24 — резервуар для известкового тес­та; 25 — винтовой побудитель; 26 — заборный фильтр; 27 — насос — дозатор; 28 ~ бак для известкового молока; 29 — мотор-редуктор.

С5» ‘—— r~—=g^

Puc. /2.2(9. Технологическая схема установок СБ-75 и СБ-78:

1 — маятниковые дозаторы заполнителей; 2 — сборный ленточный конвейер; 3 — наклонный ленточный конвейер; 4 — расходные бункера заполнителей; 5, 20, 21 — двухрукавные течки: 6 — лен­точные конвейеры; 7 — питатели; 8 — расходный бункер цемента; 9 — фильтр; 10 — дозатор цемента; 11, 12 — трехходовые краны;

13 — расходный бак воды; 14 — насос-дозатор; 15 — рукав для отвода воды; 16 — бетоносмеситель; 17 — копильник; 18 — циклич­ный тарировочный весовой дозатор; 19 — автобетоносмеситель.

Заполнители со складов подаются погрузчиками в приемные бун­кера загрузочных конвейеров. Оттуда — подаются дозаторами непрерыв­ного действия на сборный конвейер, которым передаются на наклонный конвейер загрузки бетоносмесителей.

В нижней части наклонного конвейера на слой заполнителей не­прерывно укладывается отдозированный цемент. Бункера оборудуют пневматическими и электромагнитными сводообрушителями.

Цемент в расходный бункер подается либо непосредственно из автоцементовоза, либо пневмовинтовыми подъемниками со склада це­мента. Одновременно с заполнителями и цементом в бетоносмеситель подается жидкость. Система дозирования жидкости состоит из двух ли­ний — бака для воды с постоянным уровнем и насоса-дозатора с дистан­ционным регулированием подачи.

Рис. 12.21. Технологическая схема установок СБ-109 и СБ-118: 1 — склад цемента; 2 — корректирующая система подачи воды; 3 — насос-дозатор; 4 — расходный бак жидкости; 5 — емкость для жидкости; 6 — основная система подачи жидкости; 7 — раздаточ­ный конвейер; 8 — бетоносмеситель; 9 — тарировочный дозатор; 10 — наклонный ленточный конвейер; 11— расходный бункер цемен­та; 12 — дозатор цемента; 13 — ленточные дозаторы заполнителей; 14 — сборный ленточный конвейер; 15 — расходные бункера заполни­телей; 16 — ленточные конвейеры; 17 — склад заполнителей.

Бак для воды обеспечивает постоянный расход, соответствующий примерно половине требуемого количества жидкости. Насосом-дозато­ром подается недостающая жидкость, количество которой регулируется в зависимости от рецептуры смеси.

Для питания установки водой с добавками служит блок бардопри — садки, состоящей из емкости для воды, двух емкостей для 10 %-ной суль­фатно-спиртовой барды, системы трубопроводов и запорных кранов с пневмоприводом и ходовой части.

Для настройки дозаторов цемента и инертных и их весового конт­роля имеется весоконтрольное устройство на базе дозатора АВДН-2400. Оно настраивается контрольными грузами. Отдозированные компонен­ты бетонной смеси через загрузочное устройство поступают в барабан бетоносмесителя гравитационного типа. Выгрузка готовой продукции про­
исходит по двум трактам: непосредственно из бетоносмесителя в транс­порт и через раздаточный конвейер, что позволяет производить непре­рывную разгрузку барабана.

Электрическая схема управления предусматривает автоматический режим работы, дистанционное управление механизмами с главного пульта и управление механизмами с местных пультов при наладочных работах. Главный пульт управления, шкафы автоматики и силовой аппаратуры расположены в передвижном вагоне.

Отечественная промышленность серийно выпускает две бетоно­смесительные партерные установки цикличного действия: СБ-51 произ­водительностью до 7 м3/ч и СБ-70-1 производительностью 15 м3/ч. Установка СБ-70-1 (рис. 12.22) состоит из четырех объемных блоков: смесительного блока с распределительным устройством, расходного бун­кера цемента с барабанным питателем, портала и секторного склада за­полнителя со стреловым скрепером.

Секторный распределитель имеет четыре отсека. На выходных от­верстиях отсеков щебня установлены секторные затворы, а у отсека песка — ленточный питатель. Заполнители поочередно поступают в до­затор заполнителей, а затем в ковш скипового подъемника.

На портале смонтирован смесительный блок с двумя гравитационны­ми бетоносмесителями вместимостью 500 л, дозаторы цемента и воды, ле­бедка скипового подъемника, кабина с пультом управления. В верхней час­ти рамы установлен расходный бункер цемента с лопастным питателем.

Бетоносмесители установлены на подвижной раме, которая, переме­щаясь при помощи гидроцилиндра, обеспечивает поочередную стыковку и расстыковку отверстий бетоносмесителей с лотками загрузочной во­ронки. Опрокидывание барабанов в положение разгрузки производится отдельными гидроцилиндрами при разделенном стыковании. Компонен­ты смеси поступают в загрузочную воронку из ковша скипового подъемни­ка и дозатора цемента и направляются в соответствующий бетоносмеси­тель. Вода распределяется трехходовым краном. Поворот воронки и крана осуществляется перемещением подвижной рамы бетоносмесителей.

По окончании загрузки бетоносмеситель отходит вместе с рамой от загрузочного отверстия распределительной воронки, продолжая сме­шивание. После окончания смешивания барабан автоматически опроки­дывается в положение разгрузки.

Рис. 12.22. Бетоносмесительная цикличная установка СБ-70-1: 1,2,3 — стойки; 4 — стреловой скрепер; 5 — бункер цемента; 6 — загру­зочная труба; 7 — монтажная лестница; 8 — смесительный блок; 9 — опорно-поворотный механизм; 10 — направляющие; 11 — лестница; 12 — упорный брус; 13 — стойки рамы; 14 — дозатор заполнителей; 15 — секторный распределитель.

При отходе одного бетоносмесителя от распределительной воронки Другой занимает положение для загрузки. Таким образом циклы приго­товления смеси повторяются. Электрическая схема установки предус­

матривает автоматический и наладочный режимы работы. При работе в наладочном режиме продолжительность смешивания и время разгрузки устанавливает машинист. Имеется счетчик числа замесов, при выдаче заданного количества которых подается звуковой или световой сигнал. Обслуживают установку два человека.

Бетоносмесители принудительного смешивания подразделяют на чашеобразные и корытообразные. В чашеобразных корпус выполнен в виде чаши цилиндрической формы с одним или несколькими перемеши­вающими валами. В корытообразных корпус оснащен одним или двумя перемешивающими лопастными валами.

При сопоставлении бетоносмесителей принудительного и гравита­ционного смешивания установлено, что удельная энергоемкость бетонос­месителей принудительного смешивания выше, а удельная металлоем­кость примерно одинакова, но с некоторым увеличением в бетоносме­сителях принудительного смешивания. Таким образом, конструктивные технико-экономические показатели бетоносмесителей принудительного смешивания несколько хуже гравитационных. Однако бетоносмесители принудительного смешивания более производительны, они обеспечивают приготовление смесей высокой жесткости, чего нельзя достичь в грави­тационных.

К числу недостатков бетоносмесителей принудительного смешива­ния следует отнести сложность при обслуживании и эксплуатации, свя­занную со сложностью их конструкции, а также быстрый износ смеши­вающих рабочих органов.

В принудительных чашеобразных бетоносмесителях смесь совер­шает вращательное движение под воздействием лопастей или корпуса или одновременно того и другого. При этом преобладающее значение приобретают горизонтальные перемещения ее частиц, а влияние сил тя­жести ограничено.

По конструкции принудительные бетоносмесители с вертикальны­ми валами подразделяют на смесители с эксцентрично и концентрично расположенными валами относительно центральной оси чаши смесите­ля. Это смесители цикличного действия. На рис. 12.11 показаны смеши­вающие устройства, применяемые в чашеобразных бетоносмесителях.

^+’4 Рис. 12.11. Бетоносмесители принудительного действия (чашеоб­разные) с перемешивающими устройствами: а — планетарно­роторный; б — прямоточный с вращающейся чашей; в, г — проти — воточный с вращающейся чашей; д — планетарно-роторный с одним планетарным валом; е — планетарно-роторный с бегунами; ж — планетарно-роторный с двумя скребками; з — роторный.

Бетоносмесители с эксцентрично расположенными валами

подразделяют на прямоточные и противоточные с вращающейся или неподвижной чашей (рис. 12.11, б, в, г, е). Прямоточные имеют направ­ление вращения лопастного вала, совпадающее с направлением движе­ния смешиваемых материалов, обеспечиваемого вращающейся чашей или лопастями, закрепленными на траверсе.

В противоточных бетоносмесителях вращающаяся чаша или тра­верса со скребками направляет смешиваемые материалы к лопаст­
ным валам, вращение которых противоположно вращению чаши или траверсы.

Смешивающие аппараты чашеобразных бетоносмесителей выпол­няют планетарно-роторными и роторными.

Общий вид планетарно-роторного бетоносмесителя с неподвижной чашей показан на рис. 12.12. Чаша состоит из внешнего 17 и внутренне­го 14 цилиндров и днища 16. Внутренний цилиндр предупреждает обра­зование застойной зоны перемешиваемых материалов в центре чаши. Днище и боковые поверхности цилиндров защищены от износа сменны­ми броневыми листами. В днище имеется затвор 13 для выгрузки смеси. Затвор управляется пневмоцилиндром 18. Смесительная чаша сверху закрыта патрубком 1 и крышками люков 10. Над чашей бетоносмесите­ля крепится привод ротора и смесительных лопастных валов, представля­ющий собой мотор-редуктор 4 вертикального типа. Вращение от привода передается через эластичную муфту 5 траверсе 3 и далее через шестер­ни 6, 7, 8 и 9 — к лопастным валам 11, на дисках 12 которых закреплены смесительные лопасти 2. Таким образом, смесительные лопасти враща­ются одновременно вокруг центральной 15 и собственных 11 осей и совершают сложное планетарное движение в кольцевом пространстве, образованном внешним и внутренним цилиндрами чаши. На траверсе при помощи рычагов и кронштейнов прикреплены подгребающая ло­пасть 21 и скребки 19 и 20 для очистки внешнего и внутреннего цилин­дров чаши.

Роторные чашеобразные бетоносмесители (рис. 12.13) более просты по конструкции, чем планетарно-роторные, так как не имеют вращающихся лопастных валов. Их смешивающие лопасти и очистные скребки прикреплены к ротору, вместе с которым вращаются только вокруг центральной оси чаши. Смешивающие лопасти располагаются на разных расстояниях от оси чаши таким образом, чтобы при вращении ротора они перекрывали (если смотреть сверху) всю площадь кольцево­го смесительного пространства (рис. 12.14).

Чашеобразные бетоносмесители выполняют передвижными с объе­мом готового замеса 165 л (загрузка компонентов смеси загрузочным ковшом, управление затвором ручное) и стационарными (загрузка через лотки из вышерасположенных дозаторов, управление затвором от пнев­моцилиндра).

Рис. 12.12. Планетарно-роторный бетоносмеситель с неподвижной чашей.

Рис. 12.13. Роторный бетоносмеситель: 1 — крышка корпуса редуктора; 2 — мотор-редуктор; 3 — электрооборудование; 4 — рама; 5 — пневмо­привод затвора; 6 — смешивающий аппарат; 7 — корпус (чаша).

Рис. 12.14. Перемешивающий аппарат бетоносмесителя: 1 — перемешивающие лопасти; 2 — очистные лопасти; 3 — водило; 4 — амортизаторы; 5 — ротор; 6 — приводной вал.

Смесительные лопасти чашеобразных бетоносмесителей устанав­ливают под определенными углами в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Углы наклона лопастей назначают из условия создания на­правленного наиболее интенсивного движения компонентов смеси при приготовлении. Так, в бетоносмесителе СБ-35 три лопасти установлены в горизонтальной плоскости под углом 45° и две — под углом 52°. В вертикальной плоскости пять лопастей этого бетоносмесителя установ­лены с углом наклона 24°. Бетоносмесители принудительного смешивания с корытообразным корпусом и одним горизонтальным смесительным валом (рис. 12.15, а, б) имеют цилиндрический корпус, в центре которого проходит смеси­тельный вал с жестко закрепленными на нем лопастями. Такие смесите­ли используют главным образом для приготовления растворов. Вмести­мость смесителя по готовому замесу 65-1800 л. Разгрузка осуществля­ется поворотом корпуса вокруг вала или через люк в боковой стенке. Двухвальные бетоносмесители с корытообразным корпусом (рис. 12.15, в) обеспечивают более интенсивное смешивание материалов, чем одновальные и чашеобразные. Такие бетоносмесители используют на бетонных заводах и установках непрерывного действия. Различаются эти бетоносмесители между собой производительностью, размерами и формой рабочих органов.

Сварной корпус двухвального бетоносмесителя (рис. 12.16) футе­рован стальными броневыми листами для уменьшения износа. Внутри корпуса вращаются навстречу друг другу два вала, на которых по винто­вым линиям расположены лопасти.

Рис. 12.15. Схемы корытообразных бетоносмесителей с горизон­тально расположенными валами: а, б — с одним валом; в — с двумя валами.

а)

б)

О

Рис. 12.16. Двухвальный бетоносмеситель с корытообразным корпусом: 1 ~ корпус; 2 — вал; 3 — лопасть; 4 — рама; 5 — копильник (бункер).

Отдозированные исходные сыпучие и жидкие материалы непре­рывным потоком поступают сверху через загрузочное отверстие в сме­ситель. Благодаря винтовым линиям, образованным лопастями, материал передвигается вдоль смесителя и равномерно распределяется, образуя готовую смесь, которая выгружается через нижнюю часть торцовой стенки в стороне, противоположной загрузке. Для предупреждения пыления при работе смеситель сверху закрывают съемными крышками. Такие бето­носмесители имеют производительность (главный параметр) 5, 15, 30 и 60 м3/ч, соответственно мощность двигателя 4, 8, 22 и 40 кВт.

Турбулентные бетоносмесители хорошо зарекомендовали себя при приготовлении подвижных бетонных смесей и строительных раство­ров. Такой смеситель (рис. 12.17) представляет собой корпус с верти­кальной осью, внутри которого со скоростью 6-8 м/с вращается ротор. Отдозированные исходные материалы загружают сверху через загру­зочное окно в крышке корпуса, выгрузка готовой смеси производится снизу корпуса через специальное устройство. При работе смесителя исходные материалы в зоне ротора приходят в вихревое турбулентное движение, отбрасываются к стенкам корпуса, поднимаются по нему на некоторую высоту вверх по корпусу и затем, падая вниз, поступают снова к ротору. Тормозные перегородки, закрепленные на стенках корпуса, пре­пятствуют вращению смеси в горизонтальной плоскости. Достоинства-

ми турбулентных смесителей являются простота конструкции, быстрота приготовления смеси (время смешивания 10-30 с) и ее хорошее каче­ство. К недостаткам можно отнести повышенный расход энергии и не­достаточную долговечность сальникового уплотнения ротора.

В настоящее время выпускают турбулентные бетоносмесители с объемом готового замеса 65, 165, 500 и 800 л.

4

Рис. 12.17. Турбулентный смеситель: 1 — штырь; 2 — ротор; 3 — тормозные перегородки; 4 — крышка; 5 — разгрузочные устрой­ства; 6 — отражательные шайбы.

12.3. Перспективы развития и направления совершенствования бетоносмесителей

В настоящее время ведущее положение среди бетоносмесителей занимают бетоносмесители свободного смешивания. Однако увеличива­ется выпуск бетоносмесителей принудительного смешивания, которые постоянно совершенствуются.

Наиболее перспективными бетоносмесителями принудительного смешивания являются роторные, а свободного смешивания — опрокидные и автобетоносмесители.

В связи с развитием производства сборного железобетона и повыше­нием потребности в жестких бетонных смесях наблюдается тенденция увеличения вместимости роторных бетоносмесителей. Средняя вмести­мость передвижных бетоносмесителей свободного смешивания снижает­ся. Вместимость барабанов автобетоносмесителей во многом определя­ется наличием автомобилей большой грузоподъемности и может быть

увеличена до 10 м3. Наряду с совершенствованием конструкций бетонос­месителей по установившимся схемам разрабатываются новые способы смешивания и новые смесительные машины, в частности вибросмесители. В них благодаря воздействию вибраторов, помещаемых в компоненты сме­си внутри корпуса, или благодаря виброколебаниям самого корпуса осуще­ствляется интенсивное смешивание цемента с заполнителями. При вибро­смешивании гелеобразные вещества, образующиеся из цемента и воды, 12 освобождают защемленную воду, в результате чего жесткие смеси стано­вятся более подвижными, что облегчает процесс смешивания. Кроме того, под воздействием вибрации компоненты смеси, имеющие различные массы, перемещаются друг относительно друга и постоянно соударяются. Наибо­лее перспективными с точки зрения долговечности следует считать виброс­месители, в которых вибрации подвергаются внутренние их части (вал, ло­пасти, шнек и т. п.), а не корпус.

12.1. Классификация бетоносмесителей

Современные бетоносмесители классифицируют:

— по принципу смешивания материалов — на бетоносмесители сво­бодного (гравитационного), принудительного и комбинированного сме­шивания;

— по характеру протекания технологического процесса — на бето­носмесители циклического (периодического) действия и непрерывного действия;

— по степени мобильности — на стационарные, перебазируемые, пе­редвижные и автобетоносмесители;

— по способу загрузки — на бетоносмесители со скиповым ковшом, со специальным дозатором, с загрузочной воронкой и ручной загрузкой;

— по степени автоматизации — на неавтоматизированные, полуавто- матизированные, автоматизированные с программным управлением;

— по типу управления — на бетоносмесители с ручным, электроме­ханическим, гидравлическим и пневматическим управлением.

Кроме перечисленных принципиальных признаков смесители клас­сифицируются по конструктивным признакам: по типу привода, числу двигателей, форме смесительного барабана, типу перемешивающего уст­ройства, расположению оси перемешивающего устройства в простран­стве, способу разгрузки и т. п. Классификация по этим признакам при­водится ниже применительно к конкретным типам бетоносмесителей.

12.2. Гравитационные бетоносмесители

Гравитационный бетоносмеситель представляет собой вращающий­ся барабан, к внутренним стенкам которого прикреплены под опреде­ленными углами лопасти. При вращении барабана материал силами трения, а также лопастями поднимается на некоторую высоту и затем свободно падает вниз. При этом образуются определенные радиальные и осевые потоки движения смеси, в которых различные частицы мате­риала сталкиваются между собой и равномерно перераспределяются по объему замеса.

В гравитационных смесителях используются в основном три вида потокообразования: переменный, радиальный и перекрестный.

На рис. 12.1 показаны условные секционные развертки внутренней поверхности двухконусного барабана с горизонтальными проекциями лопастей и схемы потокообразования. При переменном потокообразо — вании (рис. 12.1, а) донная лопасть формирует поток смеси и направляет его в среднюю зону горловинной лопасти. На горловинной лопасти по­ток смеси изменяет свое направление и движется в задней части дон­ной лопасти и т. д. Таким образом, при смешивании поток изменяет свое направление при переходе с одной лопасти на другую.

а) в) I) г) Рис. 12.1. Виды потокообразования в гравитационных бетоносме­сителях, предложенные Б. И. Ушаковым: а — переменный; б — радиальный; в, г — перекрестный; 1 — секционная развертка перед­него конуса барабана; 2 — горловинная лопасть; 3 — развертка цилиндрической части; 4 — радиальные потоки перемешиваемых компонентов; 5 — донная лопасть; 6 — секционная развертка переходного конуса днища; 7 — осевые потоки перемешиваемых компонентов; 8 — продольная лопасть; 9 — двухскатный плужок.

При радиальном потокообразовании (рис. 12.1, б) лопасти, установлен­ные вдоль горизонтальной оси вращения барабана, не создают осевых потоков.

При перекрестном потокообразовании создаются перекрещивающи­еся или сталкивающиеся потоки смеси. Такое движение обеспечивается соответствующей расстановкой горловинных и донных лопастей (рис. 12.1,

в) или применением лопастного аппарата с двухскатным плужком (рис.

12.1, г). Лопастный аппарат цикличных гравитационных бетоносмесите­лей с конусными барабанами (барабан содержит хотя бы один коничес­кий элемент) имеет от двух до четырех лопастных потокообразующих пар. В смесителях вместимостью до 250 л донная и горловинная лопасти объединены в единый элемент, который выполняет роль потокообразую­щей пары. Как правило, в барабане устанавливают три такие пары.

По форме лопасти бывают плоские, ковшовые, плоские с перегибом и комбинированные. Ковшовые и комбинированные лопасти сложны в из­готовлении и термообработке. Кроме того, затруднено выполнение ремон­тных работ, так как их правильное изготовление возможно лишь в завод­ских условиях. Поэтому при создании новых смесителей использованы плоские лопасти как наиболее простые по конструктивному исполнению.

Гравитационные бетоносмесители имеют сравнительно простую кинематику и конструктивное исполнение, отличаются малой энергоем­костью, простотой обслуживания и эксплуатации, сравнительно малым износом рабочих элементов, обеспечивают возможность работы с круп­ными заполнителями (до 150 мм). Оптимальное время смешивания со­ставляет 60-90 с, а полный цикл приготовления замеса, включая возврат барабана в исходное положение, до 200 с.

Недостатком гравитационных бетоносмесителей является их не­экономичность и плохое смешивание материалов при приготовлении малоподвижных жестких бетонных смесей.

Все гравитационные цикличные бетоносмесители по способу раз­грузки могут быть подразделены на опрокидные, неопрокидные ревер­сивные и неопрокидные с разгрузочным лотком с горизонтальной и наклонной осью вращения.

Опрокидные гравитационные бетоносмесители выпускают в раз­личных конструктивных исполнениях: как с загрузочными устройства­ми, так и без них, передвижными и стационарными, с грушевидными и двухконусными барабанами.

Барабаны опрокидного типа характеризуются быстротой выгрузки, однако для их опрокидывания требуются специальные устройства.

Бетоносмесители с грушевидным барабаном выпускают пере­движными для приготовления бетонной смеси на строительных площад­ках при малых объемах работы и стационарными, используемыми пре­имущественно в условиях заводского приготовления бетонной смеси. В этих бетоносмесителях загрузка и выгрузка материалов производятся с одной стороны. Конструкция бетоносмесителя обеспечивает возможность вращения барабана вокруг его оси при смешивании материалов и опро­кидывания при выгрузке готовой смеси.

Современные опрокидные гравитационные бетоносмесители с гру­шевидным барабаном выпускают с объемом готового замеса 65, 165, 330, 500, 1000 и 2000 л.

Бетоносмесители с грушевидным барабаном при объеме готового замеса 65 л (рис. 12.2) выполняют на колесном ходу. Они состоят из

смесительного барабана / с тремя лопастями 2, редуктора 3, поворотного штурвала с тормозом 4, фиксирующим барабан в положениях загрузки и перемешивания, рамы 5 с ходовыми колесами 7. Вращение смеситель­ного барабана обеспечивается от двигателя внутреннего сгорания или электродвигателя 6 чеоез клинооеменную передачу.

Рис. 12.2. Бетоносмеситель с грушевидным барабаном с объемом готового замеса 65 л. і

Бетоносмесители с объемом готового замеса 165 и 330 л (рис. 12.3) монтируют на рамах, нижняя часть которых представляет собой полозья.

Рис. 12.3. Бетоносмеситель СБ-16Б: 1 — рама; 2 — загрузочный ковш; 3 — привод загрузочного ковша; 4 — смесительный барабан; 5 ~ привод смесительного барабана; 6 — электрошкаф; 7 — система дозирования.

Загрузка смесительных барабанов этих бетоносмесителей осуще­ствляется загрузочными ковшами, а опрокидывание на разгрузку — вруч­ную поворотным штурвалом или гидроцилиндрами, расположенными в одной из стоек рамы. Эти бетоносмесители могут быть использованы не
только как передвижные на строительных площадках, но и в качестве оборудования заводов сборного и товарного бетона.

Стационарные бетоносмесители с грушевидными барабанами не имеют загрузочного ковша. Их используют для приготовления бетонных смесей на заводах товарного бетона и на заводах ЖБИ большой мощно­сти. Эти бетоносмесители загружаются через лотки из дозаторов.

Вращение смесительного барабана бетоносмесителей с объемом готового замеса 500 и 1000 л осуществляется через консольный выход­ной вал редуктора, расположенного в траверсе (рис. 12.4), а бетоносме­сителя с объемом готового замеса 2000 л — через зубчатый венец, за­крепленный на смесительном барабане (рис. 12.5).

Рис. 12.4. Кинематическая схема бетоносмесителя: 1 — гидроци­линдр; 2 — траверса; 3 — смесительный барабан; 4 — редуктор; 5, 6 — двигатель; 7 — насос; 8 — бак; 9 ~ фильтр; 10 — распределитель.

Рис. 12.5. Барабан бетоно­смесителя СБ-103:

1, 2, 3,5,6 — облицовка;

4 — зубчтый венец;

7 — горловинная лопасть; 8 — корпус; 9 — фланец; 10 ~ кронштейн;

11— донная лопасть;

12 — крышка.

Для предупреждения износа корпусов внутреннюю поверхность смеси­тельных барабанов облицовывают броневыми листами. Внутри барабанов устанавливают по три донных и три горловинных смесительных лопасти.

Гравитационные опрокидные бетоносмесители с двухконус­ным барабаном выпускают с объемом готового замеса 330… 1600 л.

Эти бетоносмесители используют главным образом для оборудова ния заводов товарного бетона.

Двухконусный барабан 6 с закрепленными лопастями 13,14 (рис. 12.6) представляет собой сварную конструкцию из двух полых усеченных ко­нусов (короткого и длинного) и зубчатого венца 8, приваренного к цилин­дрической вставке 15 между конусами. Барабан 6 опирается на траверсу 12 через опорные ролики 10 и фиксируется в определенном положении тремя парами упорных роликов 11. Траверса 12 своими цапфами укрепле­на в подшипниках, встроенных в стойки 2 станины 1. На траверсе 12 закреплен привод 9, передающий вращение на зубчатый венец смеситель­ного барабана. Готовая смесь выгружается при наклоне барабана пневмо­цилиндром 3, шток которого закреплен на кронштейне 4 траверсы.

8

« Рис. 12.6. Бетоносмеситель с двухконусным барабаном: а — общий

* вид; б — схема устройства смесительного барабана; 1 — станина;

ш 2 — стойка; 3 — пневмоцилиндр; 4 — кронштейн; 5 — шип травер-

g сы; 6 — барабан; 7 — обод; 8 — зубчатый венец; 9 — электродвига-

£ тель; 10 — опорные ролики; 11- упорный ролик; 12 — траверса;

^ 13, 14 — лопасти; 15 — цилиндрическая вставка.

х

g Опрокидывание смесительных барабанов этих бетоносмесителей

§ осуществляется гидроцилиндрами либо пневмоцилиндрами, закреплен-

ными на одной из стоек рамы; штоки цилиндров прикреплены к тра­версам.

Для применения на нетиповых бетонных заводах и узлах некоторые бетоносмесители оборудованы скиповыми ковшами, вододозирующей сис­темой, компрессором, управлением, обеспечивающим как автономное руч­ное управление, так и подключение бетоносмесителя к общему пульту.

С)

Неопрокидные реверсивные бетоносмесители с горизонталь­ной осью (рис. 12.7, а) изготовляют большой вместимости. Их применя­ют при строительстве, требующем большого количества бетона. Эти бето­носмесители, как правило, входят в состав бетонных заводов и устано­вок. Разгрузка осуществляется обратным вращением барабана, лопасти которого установлены так, что при вращении в одну сторону происходит перемешивание материала, а при обратном — его выгрузка.

О)

Рас. 12.7. Схемы бетоносмесителей: а — неопрокидной реверсив­ный; б — неопрокидной с выгрузочным лотком.

В неопрокидных смесителях с выгрузочным лотком при загрузке, пе­ремешивании и выгрузке готовой смеси барабан вращается в одну сторону. Перед выгрузкой внутрь барабана вводится лоток (рис. 12.7, б). Поднятая лопастями смесь под действием силы тяжести падает вниз, попадает на лоток и выводится из смесителя. Процесс разгрузки осуществляется легко и при необходимости может производиться частями.

К неопрокидным реверсивным бетоносмесителям с наклонной осью вращения относятся автобетоносмесители. Они в последние годы нахо­дят все более широкое распространение и постепенно вытесняют авто­самосвалы при транспортировании бетонной смеси.

Автобетоносмесители применяют как для транспортирования го­товой бетонной смеси, получаемой на заводах и установках товарного бетона, так и для приготовления бетонной смеси из сухих компонентов, загружаемых в барабан. Применение автобетоносмесителей значительно увеличивает расстояния транспортирования бетонной смеси, позволяет
доставлять потребителю качественную свежеприготовленную смесь независимо от погодных условий и состояния дороги, а также снижает стоимость бетона и улучшает его качество.

Автобетоносмесители выпускают на шасси грузового автомобиля (рис. 12.8), на котором монтируют смесительный барабан с его приводом, систему подачи воды, загрузочное устройство, разгрузочное устройство и рычаги управления смесительным барабаном.

Рис. 12.8. Автобетоносмеситель: 1 — рычаг управления декомпрессо­ром; 2 — бак для воды; 3 — ведомая звездочка; 4 — главный подшип­ник барабана; 5 — смесительный барабан; 6 — бандаж; 7 — загрузоч­ное устройство; 8 ~ лестница; 9 — рычаг управления муфтой сцепле­ния; 10 — рычаг управления подачей топлива; 11- рычаг управления реверсом редуктора; 12 — рама; 13 — шасси; 14 — контрольно-измери­тельная аппаратура: 15 — редуктор привода барабана; 16 — устрой­ство для поворота лотка; 17 — лоток; 18 — опорные ролики; 19 — двигатель привода барабана; 20 — ведущая звездочка.

Смесительный барабан имеет три точки опоры: в передней части он через цапфу опирается на главный опорный подшипник, а в задней через бандаж — на два опорных ролика. Две винтовые лопасти обеспечи­вают захват компонентов из горловины и подачу их внутрь барабана, гравитационное смешивание и выдачу готовой смеси через лоток на лен­точный конвейер, или в бетононасос, или в бадью, или непосредственно к месту укладки. Разгрузка барабана автобетоносмесителя производится при обратном вращении (рис. 12.9).

Рис. 12.9. Кинематическая схема автобетоносмесителя: 1 — насос для подачи воды; 2 — ведущий шкив; 3 — натяжной ролик; 4 — двигатель; 5 — муфта сцепления; 6 — карданный вал; 7 — редуктор; 8 — цепная передача; 9 — главный опорный подшипник; 10 — барабан; 11- бандаж; 12 — опорный ролик.

Система подачи воды состоит из бака, насоса, дозатора и насадка, направляющего струю воды внутрь барабана. Вода в смесительный ба­рабан подается в момент приготовления смеси; после выгрузки барабан промывается.

Установлено, что экономически выгодными являются автобетоно­смесители объемом готового замеса 3-10 м3. Мощность двигателя при­вода барабана 6-7 кВт на 1 м3 готового замеса, частота вращения бараба­на 3-18 мин1.

Гравитационные бетоносмесители непрерывного действия

обычно имеют цилиндрический барабан с горизонтально расположен­ной осью. Бетоносмесители непрерывно загружают сверху через загру­зочную воронку, готовая смесь также непрерывно выгружается с проти­воположного конца (рис. 12.10). Производительность регулируют, изме­няя производительность дозаторов. Такие бетоносмесители хорошо за­рекомендовали себя при приготовлении смеси одной марки. При приго­товлении бетонных смесей разных марок эти бетоносмесители по каче­ству перемешивания и трудоемкости переналадки на новую марку бе­тонной смеси уступают смесителям циклического действия.

Рис. 12.10. Схема гравитационного бетоносмесителя непрерывного действия: 1 — обечайка барабана; 2 — бандаж; 3 — лопасти;

4,5 — устройство для подачи воды; 6 — загрузочная воронка; 7 — привод барабана; 8 — рама; 9 — опорный ролик; 10 — зубчатый венец;

11 — упорный ролик

Наряду с применением битумов и дегтей в чистом виде в каче­стве вяжущего материала при строительстве и ремонте дорожных по­крытий имеет место их использование также в эмульгированном виде, т. е. раздробленными в воде. Кроме вяжущего материала и воды в состав эмульсии входит в небольшом количестве (2-5%) вещество, называемое эмульгатором, которое предохраняет капельки от слияния. В качестве эмульгаторов используются сосновая смола, сульфатное мыло, соапсток, асидол и другие продукты нефтяной и химической промыш­ленности. При смешении минеральных материалов с эмульсиями по­следние распадаются, и выделенный при этом битум прилипает к поверх­ности минеральных частиц, а вода удаляется из смеси или испаряется. В зависимости от скорости распада эмульсии разделяются на быстрорас — падающиеся — при продолжительности распада менее 5 мин; среднерас — падающиеся, если продолжительность распада равна 5 мин, и медленно — распадающиеся — при продолжительности распада более 5 мин.

В отличие от битумов и дегтей, применяемых в горячем состоянии, эмульсии применяются в холодном виде. Это позволяет производить работы с эмульсиями в холодную погоду и с влажным каменным мате­риалом и тем самым удлинить дорожно-строительный сезон и увели­чить коэффициент годового использования парка машин. Применение эмульсии в ряде случаев позволяет уменьшить расход вяжущего мате­риала до 30-35%.

При строительстве дорожных покрытий и оснований с эмульсиями применяются обычные дорожные машины. Уплотнение этих объектов катками должно закончиться до начала распада эмульсий.

Существует несколько способов эмульгирования: механический, акустический, химический, барботирование и др. При любом способе существенную роль играют физико-механические факторы, зависящие от активности и концентрации битума и эмульгатора, теплового режима, технологии работ и т. п.

При механическом способе битум в основном дробится под воз­действием механических усилий: удара, скалывания, растяжения, сжатия, трения и т. п.

При акустическом способе звуковые или ультразвуковые волны пронизывают эмульгируемые жидкости и вызывают в различных точках частиц битума разные ускорения, под воздействием которых частицы разрываются на части.

При химическом способе под воздействием химических реакций (при введении в жидкости высокомолекулярных кислот) снижается меж- фазное поверхностное натяжение на границе раздела “битумводный ра­створ эмульгатора”, благодаря чему дробление происходит при незначи­тельном усилии, которое достигается простым встряхиванием или меха­ническим и пневматическим перемешиванием (барботированием).

Для получения эмульсии применяются эмульсионные машины, на­зываемые в технической литературе гомогенизаторами, диспергаторами, коллоидными мельницами, эмульсаторами и т. п. В дальнейшем эмуль­сионные машины будем называть гомогенизаторами.

Основным типом машин для механического эмульгирования явля­ется одноконусный гомогенизатор (рис. 11.43). Он состоит из чугунного корпуса с двумя боковыми крышками, внутри которого расположен на подшипниках ротор, состоящий из двух дисков. На одном из дисков имеются четыре радиальных выступа, выполняющие роль перемешиваю­щих и нагнетающих лопастей.

Рис. И.43. Одноконусный гомогенизатор: 1 — крышка подшипника;

2 — стопорная гайка; 3 — штурвал; 4 — регулировочная гайка;

5 — втулки; 6 ~ замок; 7 — стакан; 8 — приемный канал;

9 и 13 — крышки корпуса; 10 — корпус; 11 и 12 — диски ротора;

14 и 20 — кронштейны; 15 — патрубки; 16 — кожух; 17 — теплоизоля­ция; 18 — электронагреватели; 19 — лопасти; 21 — вал; 22 ~ стопор;

23 — винт

Внутренняя поверхность корпуса выполнена конической и имеет одинаковую конусность с рабочими поверхностями дисков ротора. Ко­нусность равна 1:15. Длина образующей одного диска 0,038 м. Регулиро­вание зазора между коническими поверхностями дисков и корпуса осу­ществляется специальным механизмом. При вращении штурвала меха­низма происходит осевое перемещение вала с ротором, и благодаря ко­нусности изменяется зазор между ротором и корпусом. Частота враще­ния ротора 2500 в минуту.

Эмульгируемые жидкости поступают по приемному каналу в левой крышке внутрь машины и под действием центробежных сил вращающе­гося ротора продавливаются с большой скоростью через зазор, где битум дробится на мелкие капельки и перемешивается водным раствором эмуль­гатора. Готовая эмульсия вытекает из каналов в нижней части крышек корпуса.

Производительность гомогенизатора 1,7 л/с. Она может быть при необ­ходимости увеличена в несколько раз. Для этого эмульгируемые жидкости необходимо подавать в гомогенизатор под давлением в 5 * 10D Н/м2 и более.

Разновидностью одноконусного гомогенизатора является пятиконус — пый (многощелевой) конструкции В. В. Назарова, у которого ротор и статор имеют пять концентрических конических поверхностей (рис.11.44).

Рис. 11.44. Пятиконусный гомогенизатор: 1 — ротор; 2 — статор; 3 — приемная воронка; 4 — спускной отрубок.

В рабочем положении выступы ротора входят во впадины статора, образуя пять зазоров, в которых происходит эмульгирование,

В настоящее время промышленностью осваиваются гомогенизато­ры дискового типа (рис. 11.45). На вертикальном валу укреплены гори­

зонтальные диски, между которыми на незначительном расстоянии рас­положены неподвижные диски, прикрепленные к корпусу. В дисках про­сверлены отверстия диаметром 2-4 мм. Частота вращения дисков 1460 оборотов в минуту. Эмульгируемые жидкости подаются насосами в приемную воронку и далее продавливаются через отверстия дисков.

Рис. 11.45. Гомогенизатор дискового типа: 1 — сливной патрубок; 2 — подвижной диск; 3 — неподвижный диск; 4 — приемная воронка.

Кроме эмульсионной машины для производства эмульсий требует­ся вспомогательное оборудование. Весь комплект оборудования для про­изводства эмульсий входит в состав эмульсионной установки (рис. 11.46).

Обезвоживание и подогрев битума осуществляются в обычных биту­моплавильных котлах. Для приготовления эмульгатора предусмотрены котлы с перемешивающим устройством и паровым обогревом. Для по­дачи в котлы вязкого эмульгатора используется шнеколопастной насос. У котлов установлены дозаторы для эмульгатора и водного раствора едкого натра. Извлечение кристаллического едкого натра из металли­ческих бочек осуществляется при помощи пара. При этом бочка уста­навливается разгрузочным отверстием над горловиной одного из резер­вуаров, и в отверстие через сопло подается струя пара. Резервуары слу­жат для хранения водного раствора едкого натра.

В состав установки входят также гомогенизатор, резервуары с пе­ремешивающим устройством для водного раствора эмульгатора, резер­вуары для эмульсий и оборудование для смягчения воды.

Приготовление эмульсий осуществляется следующим образом. Эмульгатор, приготовленный в котлах, разбавляется водой и перекачива­ется в резервуар 7, где он подогревается до температуры 70~80°С. Из этих резервуаров водный раствор эмульгатора самотеком или под дав­
лением специальным насосом подается в гомогенизатор. Сюда же, в гомогенизатор, аналогичным способом подается из битумоплавильни битум при температуре 140-150° С. Готовая эмульсия вытекает непре­рывным потоком из гомогенизатора в резервуары для хранения и отту­да отпускается потребителю. Концентрация битума в эмульсии регули­руется визуально изменением величины струи битума и водного раство­ра эмульгатора.

Рис. 11.46. Принципальная схема эмульсионной установки: 1 — насос; 2 — котлы для эмульгатора; 3 — резервуары для ра­створа эмульгатора; 4 — битумные котлы; 5 — гомогенизатор; 6 — резервуары для эмульсий; 7 ~ резервуары для хранения ра­створа эмульгатора; 8 ~ водоумягчительное оборудование для смягчения воды.

При выборе угловой скорости ротора необходимо учесть ее крити­ческое значение, при котором может произойти разрушение вала. Для определения критического значения вначале рассчитывают максималь­ный прогиб вала /п по формуле:

" , 4Р/ , ч

f„=-T=7, (11.1)

З EI

где Я — сила, изгибающая вал, включая вес ротора с валом, Н; I — длина вала, м; Е = 2-10й — модуль упругости, Па: 1 = mti4/64 — экваториальный

момент инерции, м4; d — диаметр вала, м.

Далее находят критическое значение частоты вращения (мин’1) по формуле:

(11.2)

Фактическая частота вращения (мин-1) вала должна быть

(11.3)

На процесс эмульгирования большое влияние оказывает характер потока эмульгируемых жидкостей, оцениваемый критерием Рейнольдса

v

(11.4)

где г — средний радиус ротора, м; ft? — угловая скорость ротора, рад/с; v — кинематическая вязкость смеси битума с водным раствором эмульгатора, м2/с.

Наиболее рационально дробить битум в турбулентном потоке. Критическая величина критерия Рейнольдса, при которой поток приобре­тает турбулентный характер при концентрации эмульсии 50% и темпе­ратуре эмульгирования 50°С, равна примерно 105.

Эта критическая величина применяется также для сравнительной оценки гомогенизаторов. Предпочтительнее гомогенизаторы, обладающие более развитой турбулентностью.

(11.5)

При проектировании однотипных гомогенизаторов разной произ­водительности должно быть соблюдено условие:

Re = const.

Это условие устанавливает границы изменения радиуса и угловой скорости ротора.

Производительность (м3/с) гомогенизатора находится по формуле:

(11.6)

Qf = 2,2/уг2’5п1Ипа,

где г — радиус ротора, м; п — частота вращения ротора, мин1; а — полови­на угла при вершине конуса ротора, град, 0 < а> 84°; /з = 2лгу — сечение рабочего зазора, м2; у — ширина зазора, м.

Мощность (кВт), необходимая для гомогенизатора, определяется по формуле:

где Г)д — динамическая вязкость смеси битума с водным раствором эмуль­гатора при 50-процентной концентрации и температуре 50°С, Пах; Я — длина образующей ротора, м.

Приведенная формула не учитывает величины пусковой мощности, зависящей от массы ротора.

Расчетная производительность большого однороторного гомогени­затора при г = 0, 26 м, п = 2500 мин’1 и X — 103 м равна 12 м3/ч, а мощность — 14 кВт, малого гомогенизатора при г = 0, 18 м, п, = 2900 мин-1 — 2, 8 м3/ч, а мощность — 6, 1 кВт.

Для приготовления эмульсии в небольших объемах, используемой при ремонте дорожных черных покрытий, применяются эмульсионные установки с акустическим вибратором. Схема такой установки показана на рис. 11.47, а, б.

Рис. 11.47. Схема акустической эмуль­сионной установки:

1 — бак для приготовления раствора эмульгатора; 2 — расходный бак для водного раствора эмульгатора;

3 — вихревой насос; 4 — дозатор битума; 5 — эмульсионный бак;

6 — акустический вибратор;

7 — сопло; 8 — вибрирующая пластина.

Она имеет бак с мешалкой, в котором растворяется эмульгатор, расходный бак для водного раствора эмульгатора, эмульсионный бак с
дозатором битума и акустический вибратор с насосом. В качестве акус­тического вибратора используется гидродинамический излучатель с пла­стинчатым колебательным устройством. Вибрирующая пластина с заос­тренным краем зажата своим тупым концом между двумя стойками. Струя жидкости, выходя из сопла под давлением, ударяется в заострен­ный край и вызывает вибрацию пластины.

Вибрирующее устройство помещено внутри эмульсионного бака. Работает установка следующим образом. Битум и водный раствор эмуль­гатора в требуемой пропорции и нагретые до рабочей температуры за­ливают в эмульсионный бак. Уровень жидкостей в баке должен быть над соплом. Затем включается насос и жидкости из эмульсионного бака под давлением направляются через сопло на вибрирующую пластину и далее возвращаются обратно в бак.

Непрерывная циркуляция жидкостей в замкнутой системе “эмуль­сионный бак — вибрирующее устройство — эмульсионный бак” продол­жается 5-7 мин до образования качественной эмульсии.

Малые габаритные размеры установки и небольшая ее масса по­зволяют транспортировать установку в кузове пятитонного автомоби­ля. Производительность установки 0, 3 л/с.

В битумонагреватсльных котлах производится обезвоживание би­тума (выпаривание воды) и нагрев его до рабочей температуры. Про­цесс нагрева битума не представляет больших сложностей, в то время как его обезвоживание сопряжено с рядом трудностей.

При нагреве обводненного битума он сильно вспенивается и может переливаться через горловину котла. Выпаривание влаги — процесс очень энергоемкий и длительный. Каждый процент влаги, содержащейся в би­туме, увеличивает расход энергии и время подготовки битума на 20 %. Для предотвращения вспенивания битума при его нагреве в открытых котлах применяют механический и химический способы пеногашения. При механическом пеногашении используют принципы разрушения па­ровых пузырьков на поверхности битума волнами от вращающихся ло­пастей, распыливанием битума центробежной форсункой и ускоренным удалением паров воды из мелких капель битума. Химическое пенога- шение производится введением 5-6 капель полисилоксанового каучука СКТН-1 на 10 т битума.

Нагрев битума в битумонагревательных котлах производится жа­ровыми трубами и котлами с экранными трубами.

Битумонагревательные агрегаты с жаровыми трубами выпускают двух типов: периодического и непрерывного действия. Битумонагревательные агрегаты периодического действия оснащенную одним насосом для пода­чи готового битума, а непрерывного действия — дополнительным насосом для непрерывной циркуляции нагреваемого и выпариваемого битума.

Битумонагревательный агрегат непрерывного действия (рис. 11.40) представляет собой цистерну с теплоизоляцией, оснащаемую выносной топкой и жаровыми трубами. Разогретый в цистерне битум подается циркуляционным насосом в смеситель, куда поступает также битум из хранилища с температурой 90°С. Из смесителя битум поступает в цис­терну через центробежный пароотделитель и далее по наклонному лот­ку — в противоположный конец цистерны. Стекая по лотку тонким сло­ем, битум дополнительно обезвоживается, кроме того, при работе цирку­ляционного насоса битум в нижней части цистерны движется вдоль жаровых труб, что исключает образование застойных зон непрогретого или обводненного битума.

Недостаток битумонагревательных агрегатов непрерывного действия заключается в малой производительности при подготовке обводненного битума, достоинство — в отсутствии элементов, работающих под давлением.

В трубчатом битумонагревательном агрегате (рис. 11.41) процесс нагрева битума идет непрерывно. Сырой битум насосом непрерывно перекачивается по змеевику (экранным трубам), расположенному по периферии зоны горения топлива. Конвективным и радиационным по­током тепла битум в трубах нагревается до рабочей температуры, вода в битуме переходит в парообразное состояние, а давление паробитум­
ной смеси возрастает до 0,5-0,6 МПа. Далее битум поступает в подо­греваемую расходную емкость через форсунку и центробежный пароот — делитель (рис. 11.42). Поскольку битум и пар нагреты до 150-160°С, пар отделяется очень быстро, а температура битума при этом не снижа­ется, в отличие от битумонагревателей с жаровыми трубами, где процесс выпаривания воды идет за счет тепла битума.

Рис. 11.40. Схема битумонагревателя непрерывного действия: 1 — пароотделитель; 2 — испарительная камера; 3 — разделитель — ная перегородка; 4 — лоток; 5 — топка; 6 — корпус битумонагрева­теля; 7 — указатель уровня; 8 — жаровая труба; 3 — насос выдачи готового битума; 10 — насос внутренней циркуляции; 11, 12 — патрубок и кран подачи сырого битума; 13 — смеситель.

Преимущества битумонагревателей с экранными трубами заключа­ются в высокой производительности и быстром получении обезвожен­ного битума с рабочей температурой.

Недостатки битумонагревателей с экранными трубами состоят в следующем: во-первых, система экранных труб работает под давлением; во-вторых, существует сложность выведения битумонагревателя на рабо­чий режим, так как перед розжигом форсунки трубы должны быть за­полнены битумом при его непрерывной циркуляции и до выхода на ра­бочий режим циркуляция должна осуществляться с возвратом битума в битумохраиилище, и в-третьих, ввиду высокой интенсивности нагрева битум в трубах нагревается в жестком режиме с образованием карбе — нов и карбоидов, причем даже возможно коксование битума.

Рис. 11.42. Технологическая схема работы нагревателя битума: I — расходная емкость; II — нагреватель; III — резервуар обслужи­вания; IV — топливный бак; 1, 24 — битумные насосы; 2, 4, 21, 23, 25, 28, 38 — краны; 3, 11, 18, 31 — термопары; 5, 7, 10, 22, 26, 27, 30, 32 — трубопроводы; 6, 13 — конечные выключатели верхнего уровня битума; 8 — форсунка; 9 — топка; 12 — смеситель; 14 — пароотделитель; 15 — ис-парительный лоток; 16 — топливный насос; 17, 33, 34, 35 — терморегуляторы; 19, 37 — конечные выклю­чатели нижнего уровня битума; 20, 36 — электронагреватели; 29 — топливопровод.

Для очистки от кокса и возможных твердых осадков поворотные колена экранных труб выполняют съемными и располагают вне зоны горения топлива.

Рис. 11.41. Трубчатый битумонагреватель: 1 — форсунка; 2 — топка; 3, 10 — передняя и задняя торцовые стенки; 4 — дымовая труба; 5, 6, 12 — кожухи; 7 — вставка; 8 — трубы: 9~ кольцо; И — окно; 13 — рама; 14 — соединительный кран; 15 — дутьевой вентилятор.

Электронагреватели. Для разогрева битума наиболее часто при­меняют открытые электронагреватели (рис. 11.33), состоящие из несу­щего элемента — асбоцементной трубы с навитой по наружной поверх­ности нихромовой спиралью из ленты сечением 10×0,8 мм2 длиной 27 м или сечением 12×1 мм2 длиной 35 м.

Рис. 11.33. Спиральный нагреватель низкой проводимости:

1 — нихромовая ленточная спираль; 2 — клеммное соединение;

3 ~ асбоцементная труба.

Перед работой нагреватель должен быть погружен в битум, а при работе не должен оголяться для исключения загорания битума. Расстоя­ние от дна хранилища до спирали должно быть не менее 150-200 мм, При работе нагревателей в обводненном битуме они быстро разрушаются.

Нагреватели с высокой проводимостью из стальной проволоки ди­аметром 5-6 мм представляют собой спираль (рис. 11.34), вставленную в асбоцементную трубу; концы проволоки пропущены через стенку трубы и закреплены. Для улучшения термостатической циркуляции би­тума в стенке трубы просверливают или пробивают отверстия, а торцы ее оставляют открытыми.

Рис. 11.34. Спиральный нагреватель высокой проводимости: 1 — асбоцементная труба; 2 — клеммное соединение; 3 — горячекатаная стальная проволока.

Достоинство нагревателей с высокой проводимостью заключается в доступности материала и его низкой стоимости.

Пластинчатые (пакетные) нагреватели изготовляют из листовой гоф­рированной жести (рис. 11.35). В стальном листе прорезают полосы, листы собирают в пакеты и изолируют деревянными рейками толщиной 40 мм и листовым асбестом. С внешней стороны пакеты закрепляют стальными уголками, через которые осуществляется растягивание полос нагревателя распорными болтами. Преимущество пластинчатых нагревателей — боль­шая теплопередающая поверхность. Недостатки — трудоемкость изготовле­ния, низкая температура нагрева битума (не выше 110- 115°С) и длительность разогрева из-за низкой температуры нагревателей. Основные параметры нагревателя: поверхность нагрева 4 м2, рабочее напряжение 50-60 В, мощ­ность 5.5 кВт. темпепатупа на воздухе 200°С. масса 20 кг.

Рис. 11.35. Пластинчатый (пакетный) нагреватель: 1 — выводная клемма; 2 — нагревательный лист; 3 — рамка каркаса; 4 — стяж­ной болт; 5 — крайний изолятор; 6 — средний изолятор; 7 — промежуточная клемма.

Коаксиальные (соосные) пакетные нагреватели состоят из отдель­ных элементов (рис. 11.36), собранных в ряд по 40-50 шт. и соединенных последовательно. Каждый элемент коаксиального нагревателя состоит из центрального горячекатаного стального стержня диаметром 12-14 мм, дли­ной 700 мм и наружной трубы диаметром 25,4 мм, длиной 600 мм. В нижней части стержени трубы соединены сваркой, внутреннее простран­ство заполнено кварцевым песком с жидким стеклом.

Рис. 11.36. Батарея коаксиальных нагревателей: 1 — выводная клемма; 2 — промежуточная клемма; 3- коаксиальный нагревательный элемент; 4 — деревянная рамка; 5 — стяжной болт; 6 — стержень нагревателя; 7 — наружная труба; 8 — изоляционная засыпка; 9 — донышко.

Питание коаксиальных нагревателей производится от сварочных транс­форматоров с силой тока 400-500 А. Достоинство коаксиальных нагрева­телей — простота, доступность, низкая стоимость и безопасность работы.

Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) (рис. 11.37) представляют собой трубку из мягкой стали, реже — красной меди или латуни, внутри которой находится спираль из нихрома. Пространство между спиралью и трубкой заполнено тонкомолотым электроизоляционным материалом: периклазом, кварцевым песком или электрокорундом.

Выводные концы спирали — контактные стержни имеют винтовую резьбу и помещены в фарфоровые изоляторы. При высокой надежности и долговечности ТЭНы имеют малую мощность и относительно высо­кую стоимость на единицу мощности. Для разогрева вязких нефтепро­дуктов и битума удельная мощность передачи энергии поверхностью трубки составляет 2,5-2,8 Вт/см2, а предельно допустимая удельная мощность — 3,0 Вт/см2.

Разогрев битума при помощи излучателей инфракрасных лучей (длина волны 0,76-750 мкм) находится еще на стадии эксперимента. Источники инфракрасных излучений разнообразны. Их разделяют на четыре типа: генерирующие тепловые лучи (нихромовые спирали или керамические стержни с металлическими рефлекторами, электрические

лампы — теплоизлучатели и лампы накаливания); генерирующие инф­ракрасные лучи при прохождении тока через газ или пары металла; смешанного типа (электрические дуговые лампы); генерирующие тепло­вые лучи при нагреве излучателя от сжигания газа.

Рис. 11.37. Трубчатый электронагреватель: 1 — изолятор; 2 — выводной стержень; 3 — корпус; 4 — нихромовая спираль; 5, 6- клеммные гайки.

Для разогрева битума применяют источники только первого типа. Наибольшей надежностью и меньшей стоимостью обладают излучатели с открытой спиралью и металлическим отражателем (рис. 11.38). Теп­ло инфракрасного излучателя передается битуму через металлическую поверхность теплообменника, которая должна составлять 12-15 м2 на 1 т/ч производительности битумооазогоевателя.

Рис. 11.38. Инфракрасный теплоизлучатель: 1 — отражатель;

2 — нихромовая спираль; 3 — огнеупорное основание; 4 — кронш­тейн для крепления; 5 — клеммная коробка.

Недостатки системы разогрева битума инфракрасными лучами состоят в высокой стоимости нагревателей и трудоемкости их монтажа (при большом числе маломощных излучателей), больших габаритных размерах и необходимо­сти строгого контроля за режимом нагрева во избежание перегрева битума.

Оценивая конструкции и особенности эксплуатации электро­нагревателей битума, необходимо отметить их низкую экономичность. 1 кВт. ч электроэнергии при стоимости 2 коп и кпд использовании энер­гии 0,9 дает полезной энергии 3600 х 0,9 = 3240 кДж, или около 1600 кДж/коп., а 1 кг мазута при стоимости менее 4 коп и кпд использования энергии даже 0,4 дает полезной энергии 45 000 х0,4 = 18 000 кДж, или 4500 кДж на 1 коп. стоимости энергии.

Таким образом, затраты на энергию при электрическом нагреве битума в 2,5-4 раза больше затрат на огневой нагрев. При большой производительности затраты на электроэнергию будут очень велики. По этой причине в передвижных цистернах электронагреватели исполь­зуют только для поддержания рабочей температуры битума.

Системы огневого нагрева битума. Системы огневого нагрева битума применяют в битумохранилищах для нагрева битума до темпера­туры перекачивания, в битумонагревательных котлах для обезвожива­ния и нагрева битума до рабочей температуры, а также в автобитумово­зах и автогудронаторах — для поддержания рабочей температуры биту­ма. Системы огневого нагрева битума просты по конструкции, надежны в эксплуатации, имеют малый расход металла.

Для нагрева битума в битумохранилищах наиболее простой и безопас­ной является система с зоной горения топлива в жаровой трубе (рис. 11.39). Система состоит из горизонтальной жаровой трубы, вертикальных труб — воздухоподводящей и вытяжной, пропущенных через кровлю битумох­ранилища.

Топливная система состоит из бака для топлива с регулировочным краном, малого топливопровода, воронки с нижним топливопроводом. Воздухоподводящая труба должна быть выше кровли битумохранилища на 1,5-2 м, воронка должна быть расположена на 1,5-2 м ниже верхнего края воздухоподводящей трубы. Расстояние между малым топливопро­водом и воронкой — 0,4-0,5 м, расстояние между нижним топливопро­водом и кирпичной кладкой зоны горения — 0,5-1 м. Топливо самоте­ком стекает из малого топливопровода в воронку и по нижнему топли­вопроводу — в зону горения.

Скорость подачи топлива регулируют по числу падения капель из малого топливопровода в воронку. Для нормальной работы системы разогрева битума достаточно 60-100 капель топлива в минуту. В зоне падения капель днище жаровой трубы должно быть выполнено из кир­пича. Теплопроизводительность ограничивается подачей воздуха, осуще­ствляемой естественной тягой дымовой трубы. По способу регулирова­

ния подачи топлива систему называют капельницей. При достаточном уровне битума над жаровой трубой капельница работает надежно и бе­зопасно. Хотя температура дымовых газов и стенок дымовой трубы не очень велика, однако для исключения возгорания битума от стенок дымо­вой трубы ее выполняют двойной в зоне от жаровой трубы и высотой

1- 1,5 м над самым верхним уровнем битума.

Достоинства систем огневого нагрева битума заключаются в про­стоте конструкции и обслуживания, экономичности. Недостатками — высокая опасность возгорания битума и топлива, применяемого для рабо­ты топки.

Рис. 11.39. Система огневого нагрева битума в битумохранилище: 1 — воронка; 2 — топливный бак; 3 — верхний топливопровод; 4 — топливный кран; 5 — кровля битумохранилища; 6 — верхний уровень битума; 7 — нижний рабочий уровень битума; 8 — основ­ной отсек; 9 — дополнительный отсек; 10 — змеевик дополнитель­ного отсека; 11 — насосная установка; 12 — заслонка шиберная; 13 — стенка битумохранилища; 14 — изоляционный слой; 15 — жаровая труба; 16 — слой кирпичей; 17 — воздухоподводящая труба; 18 — нижний топливопровод.

Битумохранилища предназначены для долговременного или крат­ковременного хранения битума, нагрева его до температуры текучести и выдачи в битумонагревательные котлы или для поддержания битума при рабочей температуре и выдачи его потребителю. Битумохранилища должны предохранять битум от обводнения и загрязнения.

Битумохранилище представляет собой резервуар вместимостью 100­3000 т. Битумохранилища вместимостью свыше 500 т выполняют секци­
онными, состоящими из 2-6 отсеков, для хранения битума разных марок и снижения затрат на его разогрев. Вместимость битумохранилища оп­ределяется суточным расходом битума и периодичностью поставок.

Оборудование для нагрева битума, используемое в битумохранили — щах длительного хранения, состоит из оборудования для нагрева битума до температуры текучести (50-60°С), которое устанавливают непосред­ственно в хранилище; оборудования для нагрева битума до температу­ры перекачивания насосом (90-95°С) внутри хранилища или в допол­нительном отсеке; битумонагревательных котлов, обеспечивающих обез­воживание битума, нагрев его до рабочей температуры 140-160°С и выдачу потребителям (асфальтосмесительные установки, автораспреде­лители, эмульсионные установки и пр.).

Перекачивание битума или выдача его из битумохранилища произ­водится шестеренными насосами с обогреваемым корпусом. Трубопро­воды для подачи битума и запорную арматуру выпускают с системой обогрева и теплоизоляцией.

Битумохранилища классифицируют по вместимости резервуара и назначению, по положению резервуара, наличию нагревателей, типу на­гревателей битума и конструкции.

По вместимости резервуара и назначению битумохранилища с вместимостью резервуара до 100 т бывают временные, закрытые или открытые (рис. 11.31, а, б, в); вместимостью резервуара до 500 т — пере­ходные, реже открытые (рис. 11.31, а, б, в); с вместимостью резервуара свыше 500 т — постоянные, закрытые (рис. 11.31, г); с вместимостью одной цистерны, 30-100 т (металлические цистерны с системой тепло­изоляции), — переносные, которые располагают горизонтально или верти­кально (рис. 11.31, д).

По положению резервуара относительно поверхности земли раз­личают битумохранилища ямного (рис. 11.31, а), полуямного (рис. 11.31,

б), наземного (рис. 11.31, в), подземного типа (капитальные) (рис. 11.31, г) и передвижные (рис. 11.31, д).

Битумохранилища ямного, полуямного и наземного типов сооружают в зависимости от уровня грунтовых вод. Стенки выполняют бетонными, железобетонными, кирпичными и деревянными.

По наличию нагревателей битумохранилища могут быть без на­грева, с местным и общим нагревом. В битумохранилищах без нагрева для забора битума применяют переносные нагреватели. Местный на­грев применяют в битумохранилищах вместимостью до 500 т, общий — в капитальных и переносных битумохранилищах.

г) д)

Рис. И.31. Битумохранилище: а — ямное; б — полуямное;

в — наземное; г — подземное; д ~ переносное инвентарное.

В основных отсеках капитального битумохранилища температура массы битума составляет 50-60°С, благодаря чему обеспечивается пере­текание битума в дополнительный отсек, в котором производится его нагрев до температуры 80-95°С, затем он перекачивается насосами в битумонагревательные котлы, где доводится до рабочего состояния. В переносных битумохранилищах масса битума постоянно поддерживает­ся в рабочем состоянии.

11о типу нагревателей различают битумохранилища с паровым, масляным, огневым и электрическим нагревом.

Паровой нагрев производится подачей по змеевикам и трубам пара давлением 0,6-1,2 МПа. Достоинство этого теплоносителя — мягкий режим нагрева (максимальная температура теплоносителя 270°С). Не­достатки — большая площадь змеевиков, возможность обводнения биту­ма теплоносителем при нарушении герметичности змеевиков.

При масляном (жидкостном) нагреве теплоносителем служат раз­личные минеральные масла с высокой температурой вспышки или спе­циальные высокотемпературные теплоносители. Первые — безвредны, но пожароопасны; вторые — менее пожароопасны, но очень токсичны. На­грев теплоносителя производится горячим газом в котлах экранного типа и реже — электрическими нагревателями. Недостаток масляного нагрева — возможность коксования масла в теплогенераторе, пожароопас­ность, необходимость установки дополнительного насоса для принудитель­ной циркуляции масла. Достоинства масляного нагрева — компактность оборудования и мягкий нагрев битума. Наибольшее распространение масляный обогрев находит в передвижных установках.

Огневой нагрев битума производится подачей газов от сжигания дизельного топлива по трубам диаметром 400-500 мм, уложенным по днищу битумохранилища. Этот способ применяют для нагрева битума в основных отсеках битумохранилищ до температуры перекачивания (95°С). Огневой способ прост и экономичен, но пожароопасен.

При электрическом нагреве тепло передается битуму от элек­трических нагревателей. Электрические нагреватели из материала с низкой проводимостью бывают открытые пластинчатые, закрытые (ТЭНы) и инфракрасные; из материала с высокой проводимостью — пластинча­тые, коаксиальные и др. Электронагреватели просты по конструкции, имеют низкую стоимость, надежны, но имеют низкие экономические показатели и ухудшают качество битума при длительном нагреве.

Конструкцию битумохранилищ выбирают исходя из вместимости и назначения. Резервуар временных и переходных битумохранилищ дол­жен быть облицован досками, кирпичом или другим материалом для снижения потерь и загрязнения битума. Над битумохранилищем жела­тельно иметь навес для защиты от атмосферных осадков. Временные и переходные битумохранилища ямного, полуямного и наземного типов применяют очень редко. Основная сложность хранения битума в таких хранилищах — большое обводнение битума, загрязнение механическими примесями, значительные потери тепла.

Капитальные и постоянные битумохранилища ранее выполняли круг­лыми из бетона и железобетона без деления на секции (рис. 11.31, г). В настоящее время наибольшее распространение получили битумохрани­лища линейной планировки с параллельным или последовательным рас­положением основных и дополнительных отсеков (рис. 11.32, а, б). Вы­полняют их из сборных железобетонных элементов, реже — из монолит­ного бетона. Днище основных отсеков имеет уклон в сторону дополни­тельных. Перекрытие резервуара выполняют из сборных железобетон­ных конструкций, покрытие должно исключать попадание внутрь атмос­ферных осадков. Общий обогрев основных отсеков (включаемый по­очередно) — паровой, реже — масляный. Для местного нагрева битума применяют паровой, огневой и электрический нагрев. При линейной плани­ровке битумохранилищ сокращаются простои железнодорожного транс­порта под разгрузкой. Капитальные битумохранилища из бетона и желе­зобетона не исключают обводнения битума грунтовыми водами, которое может достигать 30%. В последние годы для хранения битума использу­ют стационарные или переносные металлические цистерны (рис. 11.31, д) с теплоизоляцией. Их преимущества в полном отсутствии обводнения

битума и загрязнения механическими примесями, небольшие потери тепла, а следовательно, незначительные затраты тепла на поддержание рабочей температуры битума. Для обогрева инвентарных битумохранилищ наибо­лее часто применяют масляный нагрев, реже паровой и электрический.

Преимущество масляного и парового нагрева состоит в благоприят­ном режиме разогрева битума. Максимальная температура теплоносите­ля редко превышает 320°С, а чаще составляет 270-300°С, и битум при разогреве и хранении не теряет своих свойств, но ввиду небольшого пере­пада температур между теплоносителем и битумом (200-150°С) площадь нагревателей (труб) должна быть 0,5-1 м2 на 1 м3 битума.

;

Электрические нагреватели применяют только для поддержания ра­бочей температуры битума, поскольку при малой площади нагрева и высокой температуре нагревателей в битуме образуются смолоподоб­ные соединения — карбены и карбоиды, отрицательно влияющие на каче­ство битума.

В настоящее время существуют два направления совершенствования технологии приготовления асфальтобетонных смесей: вибрационное сме­шивание и беспыльное приготовление смеси.

При вибрационном смешивании все агрегаты технологического процесса остаются неизменными, кроме смесителя. В лабораторных ис­следованиях применяли вибрационный смеситель барабанного типа, в производственных экспериментах использовали двухвальные лопастные смесители периодического действия с вибрирующими корпусом и вала­ми. Вибрация корпуса и рабочих органов смесителя создает в смеси значительные ускорения частиц, разрушает коагуляционную структуру битума, что облегчает адсорбцию асфальтенов битума на поверхности минеральных материалов.

При вибрации весь битум переходит в пленочное состояние и лучше обволакивает минеральные частицы, а сами пленки битума более однород­ны по толщине. Все это приводит к повышению качества асфальтобетон­ной смеси и более долговечной работе асфальтобетонного покрытия. Одна­ко, несмотря на преимущества вибрационного смешивания по сравнению с традиционным, этот метод не получил пока распространения в основном вследствие низкой долговечности деталей смесителя при вибрации.

Технология беспыльного приготовления асфальтобетонной смеси существенно отличается от традиционной. Существуют два способа бес­пыльного приготовления смеси. По первому способу минеральные ма­териалы соединяются с битумом в двухвальном лопастном смесителе до сушки. По второму — минеральные материалы соединяются с биту­мом в процессе сушки и нагрева материала в сушильно-смеситель­ном барабане.

По первому способу, разработанному фирмой “Вибау” (Германия), предварительно отдозированные агрегатом питания влажные минеральные материалы подаются в двухвальный лопастный смеситель, куда поступа­ют битум и активирующая добавка.

Водный раствор активирующей добавки придает частицам ми­нерального материала водоотталкивающие свойства и улучшает их сма­чиваемость битумом. После введения в холодную смесь горячего распы­ленного битума его капли застывают, связывая мелкие частицы мине­рального материала в гранулы.

Приготовленная в смесителе холодная смесь поступает в сушильный барабан-активатор, где производится испарение влаги и расплавление капель битума. Благодаря действию активирующей добавки расплавлен­ный битум обволакивает частицы минерального материала.

Достоинства этого способа следующие: возможность использования серийного оборудования; снижение стоимости и металлоемкости обору­дования из-за исключения горячего грохота, секционного бункера горячих материалов, дозаторов горячих материалов; возможность длительного хранения холодной смеси и последующего приготовления готовой смеси в любом месте, где используют только сушильный барабан-активатор.

Недостатки способа: сложность соблюдения заданного рецеп­турного состава, поскольку дозирование осуществляется агрегатом пи­тания; необходимость строгого контроля влажности песка и щебня для сохранения заданного соотношения массы минерального материала и битума; необходимость применения минеральных порошков, не склон­ных к набуханию; необходимость применения запатентованной активи­рующей добавки (фирма “Вибау”, Германия); повышенные требования к стабильности теплового процесса для снижения разрушения и окис­ления битумной пленки.

Следует отметить, что приготовление асфальтобетонной смеси по способу фирмы “Вибау” не нашло широкого применения из-за контакта горячих газов высокой температуры с открытым битумом, вспенивания битума при нагреве материала свыше 100°С и интенсивного старения и выгорания битума. Замена противоточного барабана-активатора на по­точный не уменьшила явления старения и выгорания битума.

Второй способ беспыльного приготовления асфальтобетонной сме­си нашел большее распространение. Влажные и холодные песок и ще­бень, предварительно отдозированные в агрегате питания, и минераль­ный порошок по ленточному конвейеру подаются в сушильный барабан (рис. 11.30), работающий по поточному способу сушки. В радиационной зоне сушильного барабана происходит нагрев и сушка минеральных материалов. Во вторую (конвективную) зону сушильного барабана пода­ется битум, там в среде горячих газов и паров воды происходит даль­нейший нагрев песка и щебня и обволакивание их битумом.

Рис. 11.30. Схема технологического процесса приготовления ас­фальтобетонных смесей в сушильно-смесительном барабане с системой дозирования битума: 1 — агрегат питания; 2 — агрегат минерального порошка; 3 — система дозирования минерального порошка; 4 — датчик расхода материала; 5 — транспортер; 6 — сушильно-смесительный барабан; 1 — диафрагма; 8 — подача битума; 9 — расходомер битума; 10 — насос битумный; 11 — корректировка подачи битума; 12 — сравнивающее устрой­ство; 13 ~ задатчик процентного содержания битума; 14 — корректировка влажности; 15 — расход влажных материа­лов; 16 — задатчик расхода минерального порошка.

Дозирование битума основано на применении расходомеров и сбло­кировано с системой дозирования минеральных материалов при стро­гом контроле их влажности.

Для исключения прямого контакта факела горящего топлива с битумом и снижения окисления и выгорания битума фирмы США и Англии разделяют радиационную и конвективную зоны сушильно-смесительного барабана ди­афрагмой, фирма “Ермонт” (Франция) применяет специальную систему подъем — но-сбрасывающих лопастей, создающих непроницаемый для излучения факе­ла экран из ссыпающегося материала. Экран ссыпающегося материала обес­печивает качественное просушивание материалов в барабане.

Наличие в зоне активного пылеобразования жидкого битума спо­собствует улавливанию им частиц пыли, но полностью исключить вынос
пыли из сушильно-смесительного барабана не удается. Температура вы­ходящей готовой смеси составляет 120-140°С для менее вязких биту­мов и 135-175 °С — для более вязких. Готовая смесь может выдаваться или непосредственно в транспортные средства, или элеватором в на­копительный бункер.

Достоинства установок с сушильно-смесительными барабанами: про­стота оборудования, значительное снижение металлоемкости и энергоем­кости и меньшее количество пыли, выносимой из сушильно-смесительного барабана, что несколько упрощает проблему очистки дымовых газов.

Основные недостатки беспыльного приготовления смеси в сушиль­но-смесительном барабане: необходимость строгого контроля влажности поступающих материалов; необходимость применения минерального по­рошка, не склонного к набуханию; высокая влажность готовой смеси (до 1-3%); высокая температура дымовых газов (t = 300-350°С), что ведет к повышенному расходу топлива и старению битума в тонких пленках в процессе смешивания; сложность применения “сухих” пылеулавливаю­щих устройств; невозможность интенсификации процесса смешивания с подачей битума под высоким давлением и его тонким распыливанием из — за выноса мелких капель битума потоком дымовых газов.

Для снижения отрицательного явления повышенного старения би­тума в сушильно-смесительном барабане применяют короткофакельные топки с интенсивным режимом горения и очень низким коэффициен­том избытка воздуха а, не превышающим 1,05.

Несмотря на отмеченные недостатки, выпуск установок с сушильно­смесительными барабанами непрерывно возрастает.

В некоторых странах доля смесей, приготовляемых в установках с сушильно-смесительными барабанами, составляет 10 % общего количе­ства приготовляемых асфальтобетонных смесей.

Смешивание минеральных материалов (щебня, песка, минерального порошка) с битумом является важнейшей операцией технологического процесса приготовления асфальтобетона, активно влияющей на формиро­вание его структуры.

В настоящее время для приготовления асфальтобетонных смесей применяют в основном лопастные смесители принудительного смеши­вания (рис. 11.27), которые разделяют на смесители периодического и непрерывного действия.

Смесители имеют корытообразное днище-корпус, боковые и торцо­вые стенки, два вала с лопастями, синхронно вращающимися внутри кор­пуса навстречу друг другу.

Лопасти закреплены на валах посредством кронштейнов и рас­положены попарно, причем каждая пара лопастей повернута относительно соседней на угол смещения кронштейнов (р, равный 90° в смесителях периодического действия. По отношению к оси вала лопасти закрепля­ют на кронштейнах под углом а, чаще всего равным 45°. Лопасти распо­лагают на валу по прерывистой винтовой линии. Это необходимо для
перемещения материала не только в плоскости вращения лопастей, но и вдоль корпуса смесителя.

А А Рис. 11.27. Лопастные смесители принудительного смешивания: а — периодического действия, б — непрерывного действия.

Смесители непрерывного действия имеют удлиненный корпус, ма­териал загружается в торце смесителя через люк в кожухе. В некоторых конструкциях смесителей в зоне загрузки 4-5 пар лопастей каждого вала установлены с углом смещения кронштейнов <р, равным 30 или 45°. При вращении лопастных валов смесь перемещается от одного тор­
ца к другому, где и разгружается через отверстие в нижней части торцо­вой стенки корпуса.

Длительность смешивания возможно регулировать изменением подачи материала в смеситель и изменением скорости движения смеси в корпусе смесителя. При любой производительности для получения качественной смеси ее уровень должен закрывать лопасти смесителя, что достигается или изменением наклона смесителя, или подъемом под­порной заслонки. Смесители периодического действия имеют более ко­роткий корпус, чем смесители непрерывного действия, материал загру­жается через люки в кожухе смесителя. Готовая смесь разгружается через открываемое днище-затвор.

Движение материала внутри корпуса смесителя, приводящее к рав­номерному распределению компонентов по объему замеса, зависит от установки лопастей на валах. Существуют две схемы движения смеси: противоточная и поточно-контурная (рис. 11.28).

Рис. И.28. Затворы лопастных смесителей периодического дей­ствия: а — шиберный; б — секторный; в — грейферный; г — лепестковый.

При противоточной схеме движения смеси лопасти установлены на валах так, что при вращении последних смесь движется от торцов смесителя к центру. В центре смесь поднимается конусом и веерообраз­но растекается с вершины конуса.

Лопасти, расположенные в середине вала, почти полностью загру­жены, так как находятся в смеси, а лопасти у торцовых стенок загруже­ны очень мало. Особенно большая неравномерность загрузки лопастей по длине вала наблюдается у длинных смесителей, имеющих коэффици­ент формы корпуса смесителя |I (отношение длины корпуса смесителя 1к к его ширине Ьк) 1,4 и более.

Пропорционально загрузке лопастей неравномерно изнашивается днище смесителя.

При поточно-контурной схеме движения смеси лопасти установлены на валах так, что при вращении последних смесь движется вдоль валов. Лопасти одного вала смещают смесь от одного торца смесителя к другому, где одна-две пары отбойных лопастей отгребают смесь от торца и переда­ют на другой вал; лопасти второго вала смещают смесь в противополож­ную сторону, где отбойные лопасти передают смесь на первый вал. Так образуется замкнутая схема движения смеси по контуру — большой круг циркуляции смеси. В средней части смесителя лопасти соседних валов смещают смесь в разные стороны, что в сочетании с поперечным движе­нием масс смеси приводит к возникновению малых кругов циркуляции и более быстрому распределению компонентов по объему замеса.

При поточно-контурной схеме движения смеси лопасти по всей длине валов загружены равномерно, износ днища и лопастей идет рав­номерно по длине смесителя, но лопастные валы нагружены зна­чительными осевыми силами, воспринимаемыми опорными подшипниками лопастных валов.

Затворы лопастных смесителей периодического действия могут быть трех типов: шиберными (выдвижными), секторными (поворотными) и створчатыми, которые подразделяют на грейферные и лепестковые.

Шиберные затворы представляют собой часть днища корпуса сме­сителя с рамкой и опорными катками, перемещающимися по подвесной раме (рис. 11.29, а). Привод шиберного затвора осуществляется электро­механическим или пневматическим устройством.

Достоинства шиберных затворов следующие: небольшая габаритная высота, простота и надежность уплотнения между неподвижным корпу­сом и подвижной частью затвора, благодаря чему исключается просыпа­ние материала при работе смесителя.

Недостатками шиберных затворов являются большое усилие от­крывания, особенно при выключенном приводе лопастных валов сме­сителя и наличии смеси в корпусе смесителя, значительное время от­крывания и закрывания затвора, малая площадь разгрузочного отвер­

стия, поскольку выдвижение затвора осуществляется на 1/3-1/2 дли­ны корпуса смесителя.

Рис. 11.29. Схема движения смеси в корпусе смесителя: а — проти — воточная; 6 — поточно-контурная; 1 — уровень смеси в смесителе;

2 — большие круги циркуляции; 3 — малые круги циркуляции.

Секторный затвор (рис. 11.29, б) устанавливают на подвесных опо­рах. Выгрузка смеси осуществляется при повороте затвора вокруг его продольной оси при помощи пневмоцилиндра. Достоинство секторного затвора заключается в быстроте и легкости открывания даже при оста­новленном приводе валов смесителя.

Недостатками секторного затвора являются трудности надежного уплотнения зазора между подвижным сектором и неподвижным дни­щем и, как следствие, просыпание мелких фракций сухого материала, малая площадь разгрузочного отверстия и несколько большая габарит­ная высота (по сравнению с шиберными затворами).

Грейферный затвор створчатого типа (рис. 11.29, в) состоит из двух подвесных створок, валов, кронштейнов и соединительных тяг. Привод створок осуществляется одним пневмоцилиндром. Створки поворачива­ются синхронно. Преимущества грейферного затвора состоят в быстро­те и легкости открывания створок, большой площади затвора, что приво­дит к быстрой разгрузке смеси.

Недостатки грейферного затвора: при большой площади створок велико дав­ление на них смеси, что вызывает деформацию синхронизирующих валов, кронш­тейнов и тяг, и большие габаритные размеры затвора в раскрытом состоянии.

Лепестковый затвор состоит из двух створок (рис. 11.29, г) с неза­висимым управлением. Каждая створка подвешена шарнирно на общей оси и управляется двумя иневмоцилиндрами. Достоинства лепесткового затвора: надежное уплотнение зазоров и отсутствие просыпания мате­риала, легкость и быстрота открывания створок.

Недостатки лепесткового затвора: малая площадь разгрузочного отверстия, разброс смеси в стороны при открывании створок.