Предлагаемая конструкция роторного смесителя
Анализ роторных смесителей принудительного действия для получения бетонов, а также их технологических и конструктивных параметров показал, что повышение эффективности процесса смешивания исходных компонентов может быть достигнута за счет совершенствования конструкции смесительного аппарата машины (лопастей) и повышения эффективности процесса загрузки исходных компонентов [24, 46, 88, 92, 99, 103, 105].
С целью повышения эффективности процесса смешивания, заключающейся в снижении энергоемкости и повышении качества готового бетона (прочности, однородности и т.д.), предлагается конструкция роторного смесителя принудительного действия с измененной формой лопастей смесительного аппарата, защищенная патентом РФ на полезную модель № 149622 [109] и рациональным режимом загрузки исходных компонентов.
Совершенствование конструкции роторного смесителя для получения бетонных смесей осуществлено за счет:
1. Создание рационального режима загрузки исходных компонентов (щебень, песок, цемент, вода) в смеситель путем расчета конструктивных параметров загрузочного устройства;
2. Организация движения смешиваемых компонентов по винтовой траектории вдоль поверхности смесительных лопастей геликоидного типа;
3. Создание в смесительной чаше последовательной радиально-осевой циркуляции потоков смешиваемых компонентов, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях (рис. 1.14, 1.15) [89];
4. Методика установки лопастей, которая позволит обеспечить конвективное перемешивание исходных компонентов и исключение застойных зон в смесительной чаше.
Повышение эффективности процесса смешивания будет складываться из следующих факторов:
- определение оптимального места загрузки исходных компонентов и её режима;
- механическое воздействие на исходные компоненты смесительным аппаратом с лопастями геликоидного типа;
- придание компонентам смеси направленного интенсивного движения в смесительной чаше (рис.
1.14, 1.15);- количества, способа установки (расстояния от оси вращения, угла установки) и геометрических параметров лопастей геликоидного типа, установленных на роторе смесителя.
Рисунок 1.14. Траектории движения частиц перемешиваемых компонентов при вращении ротора с лопастями геликоидного типа: 
Рисунок 1.15. Траектория винтового движения частицы материала вдоль поверхности лопасти геликоидного типа
Бетоносмеситель (рис. 1.16) состоит из смесительной чаши 2 с крышкой и загрузочным устройством 3, установленной на корпусе 1. Для выгрузки готовой бетонной смеси в днище смесительной чаши имеется разгрузочный люк, закрывающийся шиберной заслонкой 10 [94].
В смесительной чаше 2 консольно, в подшипниковом узле, закреплен вертикальный вал 6. На нём находится роторная звездочка 8, на которой при помощи регулируемых по вылету кронштейнов 7 закреплены лопасти геликоидного типа 9. Лопасти имеют криволинейную поверхность, которая при движении в массе смешиваемых компонентов позволяет придать движению частиц материалов (щебень, песок, цемент и вода) винтовую траекторию перемещения [4, 83, 113, 123] . Угол установки лопастей варьируется от 23° до 69°. Для загрузки исходных компонентов на смесительной чаше установлено загрузочное устройство 3. Устройство крепится к крышке на направляющих, которые позволяют изменить место загрузки исходных компонентов. В нижней части смесительной чаши для выгрузки готовой бетонной смеси имеется разгрузочный люк, который закрывается шиберной заслонкой 10.
Бетоносмеситель (рис. 1.16) работает следующим образом: исходные компоненты подаются через загрузочное устройство 3, установленное на крышке
смесительной чаши 2 и попадают внутрь установки, где под действием силы тяжести падают вниз и скапливаются на днище смесительной чаши.
Рисунок 1.16.
Бетоносмеситель:1 - корпус, 2 - смесительная чаша, 3 - загрузочное устройство, 4 - электродвигатель, 5 - редуктор, 6 - вертикальный вал, 7 - кронштейн; 8 - роторная звездочка, 9 - лопасть, 10 - шиберная заслонка разгрузочного устройства
После окончания загрузки в чашу исходных компонентов включается электродвигатель 4, который через ременную передачу передает крутящий момент на редуктор 5, приводящий во вращение вертикальный вал 6 с роторной звездочкой 8, закрепленными на ней кронштейнами 7 и лопастями геликоидного типа 9. В результате вращения вертикального вала 6 лопасти 9 воздействуют на смешиваемые компоненты, придавая им винтообразную траекторию движения в вертикальной плоскости, и поднимают твердые и плотные частицы со дна смесительной чаши. Поскольку лопасти установлены под различными углами к траектории своего перемещения (рис. 1.14), смешиваемые компоненты начинают
движение не только в вертикальной плоскости, но и в горизонтальной, обеспечивая радиально-осевую циркуляцию от внешней стенки смесительной чаши и обратно. Это позволяет интенсифицировать процесс смешивания при получении готовой бетонной смеси.
Попав под воздействие лопастей 9 с геликоидной поверхностью, материал начинает двигаться по винтовой траектории в вертикальной плоскости, а за счет установки лопастей под углом к траектории своего вращения ещё и в горизонтальной плоскости (вдоль поверхности лопастей). Материал, переместившись к краю лопасти и сойдя с неё, подхватывается последующей лопастью. Таким образом, он начинает интенсивно двигаться от внешней стенки смесительной чаши к внутренней, а затем обратно, образуя замкнутый последовательный поток движения. В конце цикла смешивания шибер 10 разгрузочного устройства сдвигается в сторону, открывает люк в днище смесительной чаши и готовая смесь, под действием вращающихся лопастей, начинает выгружаться из смесителя. После завершения разгрузки шибер закрывается и происходит повтор цикла.
Обеспечение рационального режима загрузки исходных компонентов и установка лопастного аппарата новой конструкции по предложенной схеме (рис.
1 .14) позволит повысить энергоэффективность работы смесителя, добиться интенсивного характера перемещения частиц смешиваемых компонентов в смесительной чаше и исключит появление застойных зон в роторном смесителе за счет создания в смесительной чаше дополнительных радиально-осевых циркуляционных потоков движения материала.Таким образом, разработанная конструкция роторного смесителя принудительного действия позволит улучшить качество получаемых бетонных и строительных смесей за счет придания смешиваемым компонентам множественных конвективных траекторий движения частиц материалов, интенсифицирующих перемешивание компонентов смеси как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях внутри смесительной чаши установки.
На предложенную конструкцию роторного смесителя с лопастями геликоидного типа получен патентом на полезную модель РФ № 149622.
Рабочая гипотезаисследований заключается в снижении энергоемкости и повышении эффективности смешивания компонентов бетонной смеси в роторном смесителе принудительного действия с новой конструкцией лопастного аппарата и рациональным режимом загрузки.
Научная идеяисследований заключается в придании смешиваемым компонентам интенсивного характера движения внутри смесительной чаши и установлении математических зависимостей для определения взаимосвязи конструктивно-технологических параметров смесителя, качеством готового бетона и энергоемкостью его получения.
1.5.