ВИБРАЦИОННЫЕ ПЛОЩАДКИ И УСТАНОВКИ ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

Общий объем производства и номенклатура железобетонных изделий очень велики. Формование подавляющего большинства этих изделий осуществляется с применением вибрации. Невибра- Ционные методы формования — центрифугирование, прессование, торкретирование —занимают скромное место и применяются при из­готовлении некоторых изделий специального назначения (например, труб).

Методы вибрационного формования можно подразделить на объемное вибрационное формование, при котором изделие во всем объеме подвергается вибрированию при помощи, вибрационных пло­щадок, установок или иным путем (этот метод называют также станковым формованием); формование с применением внутреннего вибрирования, когда при помощи глубинных вибровозбудителей или подобных им устройств приводят в колебательное движение часть объема изделия; формование с поверхностным вибрированием, когда части объема изделия со стороны какой-либо поверхности сообщается вибрация. Такая классификация носит условный харак­тер, так как, во-первых, нередко проведение четкой границы между методами формования оказывается невозможным, во-вторых, иног­да отнесение конкретного случая к той или иной категории опреде­ляется не столько физической сущностью метода, сколько приме­няемым оборудованием.

Наибольшее количество железобетонных изделий изготавлива­ют при помощи вибрационных площадок и вибрационных формовоч­ных установок. При вибрационном формовании необходимо придать изделию требуемую конфигурацию, добиться требуемой плотности (что в готовом изделии должно сказаться на прочности, водоне­проницаемости, морозостойкости) и обеспечить надлежащее каче­ство поверхностей. Иногда необходимо получить достаточную проч­ность свежеотформированных изделий в случаях их немедленной распалубки после формования.

Во многих случаях выгодно применение жестких и сверхжестких бетонных смесей, так как это дает значительную экономию цемен­та и приводит (в случае достижения надлежащего уплотнения при формовании) к повышенной прочности и долговечности изделий. Интенсивное вибрационное воздействие в достаточной степени уве­личивает подвижность этих смесей и обеспечивает быстрое и высо­кокачественное формование изделий.

Изготовление желебетонных изделий на вибрационных площад­ках и установках осуществляется в специальных формах. Форма с установленными в ней арматурой и закладными деталями пода­ется на вибрационнную площадку (установку), заполняется бетон­ной смесью и подвергается Вибрированию, по окончании которого форма с отформованным изделием (или несколькими изделиями в многоместной форме) снимается и заменяется следующей.

Разница между вибрационной площадкой и вибрационной фор­мовочной установкой заключается в том, что первая имеет стол (площадку, раму) или несколько столов, на которые ставят форму, воспринимающую от них вибрацию, а вторая таких столов не име­ет: форму ставят на виброизолирующие опоры и приводят в коле­бания непосредственно вибрационным приводом. Впрочем, терми­нология в этой области не приобрела еще установившегося обще­принятого характера.

Преимущество вибрационных площадок по сравнению с виб­рационными формовочными установками заключается в их большей универсальности, поскольку на столе можно устанавливать формы
различного вида. Недостатком вибрационных площадок является необходимость приводить в колебательное движение очень массив­ные столы, что требует применения больших вибровозбудителей.

По направлению вынуждающего воздействия виброплощадки и установки можно подразделить на машины с круговым, вертикаль­но направленным и горизонтально направленным воздействием. По спектральному составу колебаний их можно подразделить на ма­шины с гармоническими колебаниями, с бигармоническими коле­баниями и ударно-вибрационные. По типу вибропривода их можно подразделить на машины с центробежным возбуждением колеба­ний, с электромагнитным возбуждением и с принудительным либо кинематическим вибрационным приводом. Б настоящее время пре­имущественное распространение имеют формовочные машины с центробежным виброприводом.

Рис. 74

Вибрационные площадки и установки характеризуют их грузоподъемностью, т. е. максимальной суммарной массой изделия и формы, при которой может быть произведено успешное фор­мование. Хотя грузоподъем­ность указывается в паспор­те машины, ее нельзя счи­тать вполне определенным и четким показателем по следующим двум причинам. Во-первых, в зависимости от конфигу­рации изделия, состава и консистенции бетонной смеси требуется вибрация различной интенсивности для обеспечения успешного формования. Во-вторых, коэффициент приведения соколеблющейся массы смеси и арматуры к форме различен для изделий разной кон­фигурации и объема.

Схема виброплощадки с одновальным дебалансным вибропри­водом, генерирующим круговую вынуждающую силу, приведена на рис. 74. К столу 1, на котором устанавливают не показанную на схеме форму, снизу прикреплены корпуса соосно расположенных одновальных вибровозбудителей 2, дебалансы 4 которых связаны соединительными валами 3, получающими вращение от электродви­гателя 5 через клиноременную передачу 6. Стол при помощи мяг­ких виброизолирующих пружин 7 связан с опорной рамой 8.

Конструкция этих машин довольно проста, но они имеют нерав­номерное распределение амплитуд вибрации по ширине стола и не исключена возможность некоторого расслоения смеси из-за транс­портного эффекта. Этот недостаток вызван тем, что ось дебалансов расположена ниже центра масс колеблющейся системы. Из-за это­го помимо круговой вибрации в плоскости правой проекции на рис. 74 стол с прикрепленной к нему формой с формуемым издели­ем будет совершать угловую вибрацию, фаза которой отличается на 90° от фазы вертикальной составляющей круговой вибрации.

В далеко зарезонансном режиме амплитуда круговой вибрации

ра = m0rlm1 (1)

и амплитуда угловой вибрации

фв = murl:J1, (2)

где т0г — статический момент массы дебалансов, ти Л — масса и центральный момент инерции колеблющейся системы, приведенные к столу, I — расстояние от оси дебалансов до центра приведенной массы вибрирующей системы.

Вибрация каждой точки складывается из круговой вибрации с амплитудой ра и вибрации по дуге окружности радиусом L с ам­плитудой Ltya, где L — расстояние от рассматриваемой точки до центра приведенной массы. Только этот центр массы совершает чисто круговую вибрацию. Поэтому неточен часто применяющий­ся термин «виброплощадка с круговой вибрацией».

з I—~1

>////////?;

ж

5 ‘6

! 1

В такой системе всегда су­ществует тенденция вибраци­онного транспортирования. Действительно, точки поверх­ности днища установленной на столе формы совершают коле­бания по зллипсоподобным траекториям, подобным пока­занной на рис. 29, е. Эта тен­денция значительно усиливает­ся при перекосах стола, кото­рые встречаются довольно ча­сто, поскольку стол установлен на достаточно податливых пру­жинах.

Наибольшее распространение имеют виброплощадки с дебаланс — ным виброприводом вертикально направленного действия. Сначала выпускали виброплощадки, каждая из которых имела один, стол с расположенными снизу вибровозбудителями. Позднее стали пре­имущественно выпускать виброплощадки блочного типа (рис. 75), состоящие из унифицированных блоков с одним двухвальным виб­ровозбудителем 5, 6, расположенным под столом 1 блока. Дебаланс — ные валы отдельных блоков соединяются между собой и с валами приводных двигателей 4 при помощи карданных валов 2. Два ряда дебалансных валов соединены между собой синхронизатором 3, обеспечивающим их синфазное (в проекции на вертикаль) враще­ние в противоположные стороны.

Крепление формы к блоку может осуществляться электромагни­том, притягивающая поверхность которого и служит столом блока, или пневмоприжимом, крюки которого захватывают закраины фор­мы и прижимают ее к столу, или гидравлическим захватом.

В зависимости от статического момента, массы дебалансов и от требуемой интенсивности вибрации грузоподъемность одного уни-
фидированного блока лежит в пределах от 1 до 1,5 т. Блоки вибро­площадки располагают в один или два ряда.

На виброплощадках с вертикальной вибрацией можно формо­вать изделия из бетонных смесей жесткостью до 100 с. Грузоподъ­емность блочных вибрационных площадок лежит в пределах от 2 до 24 т, хотя имеются единичные экземпляры большей грузоподъ­емности. Частота в большинстве случаев составляет 2800 кол/мин. Имеется небольшое количество машин специального назначения с частотой около 1500 кол/мин. Известны также виброплощадки небольшой грузоподъемности с частотой около 4000 кол/мин. Амплитуды вибрации при частоте 2800 кол/мин обычно лежат в пределах от 0,3 до 0,6 мм. Общая мощность асинхронных электро­двигателей от 10 до 110 кВт.

Для расчета требуемых основных параметров виброплощадки

задают массу формуемого изделия ти, массу формы тф и тре­

буемую амплитуду колебаний Сначала определяют массу колеб­лющихся частей виброплощадки:

тв=к{та + тф). (3)

Для блочных виброплощадок £ = 0,2-=-0,4, а для вибрационных площадок со сплошной вибрирующей рамой & = 0,6-1-1,2.

Затем находят суммарный статический момент массы дебалан­сов:

т0г = та, (4)

где а — задаваемая амплитуда вибрации, т — приведенная масса, определяемая равенством:

т = тв + отф + ати. (5)

Коэффициент присоединения массы изделия принимают обычно в пределах а=0,25-1-0,4. Статический момент массы дебалансов од­ного унифицированного блока лежит в пределах от 0,32 до 0,8 кг-м. Определив количество блоков, выбирают соответствую­щую машину.

Блочные виброплощадки с вертикальной вибрацией имеют сле­дующие четыре слабые стороны. Во-первых, как правило, не уда­ется снизить шум этих машин до уровня, предписанного санитар­ными нормами. Во-вторьгх, для обеспечения достаточно равномер­ной эпюры амплитуд вибрации по длине формы, изгибная жесткость последней должна быть высокой. В-третьих, из-за наличия боль­шого количества сравнительно недолговечных элементов (кардан­ные валы, подшипники дебалансных валов, синхронизаторы) маши­ны нередко простаивают на время замены вышедшего из строя узла. В-четвертых, поскольку амплитуды ускорения составляют от 3 до 7 ускорений свободного падения, бетонная смесь при вибрировании без сильного безынерционного пригруза периодически подпрыгива­ет, отделяясь от днища формы, причем в образовавшийся просвет подсасывается воздух; поэтому не удается достаточно полно вытес­нить воздух из бетонной смеси, что сказывается на качестве изде­лия.

С целью хотя бы частичного устранения этих недостатков были разработаны резонансные вибрационные установки с направлен­ной вдоль формы горизонтальной вибрацией. Конструктивная схема одной из таких установок приведена на рис. 76. Двухвальный де — балансный вибровозбудитель 12, развивающий горизонтально на­правленную вынуждающую силу, прикреплен к плите 13. Его деба­лансы приводятся во вращение от вынесенного электродвигателя 8 через клиноременную передачу 9 и карданный вал 11. Плита 13 соединена со сварной рамой 1 группой пружин 10, установленных по схеме рис. 39, а и скрепленных шпильками 14. Рама 1 и форма 4

с бетонной смесью опи­раются на резиновые ви­броизоляторы 5. Рама имеет две щеки 15, в ко­торые входят кронштейны формы, зажимаемые клиньями 2 под действием силы тяжести грузов 6, расположенных на концах рычагов 7, верхние концы которых шарнирно соеди­нены со щеками. Когда необходимо освободить форму, гидроцилиндры 3 приподнимают грузы, вследствие чего рычаги прекращают зажим крон­штейнов формы клинь­ями.

Скорость — вращения электродвигателя и жест­кость пружин подбирают такими, чтобы машина работала вблизи резонанса в дорезонансном режиме, при котором переход с формования изделий одной массы к изделиям большей или меньшей марсы в минимальной степени сказывается на ампли­туде колебаний формы. Регулируя скорость вращения дебалансов, настраивают машину на нужный режим работы. В некоторых кон­струкциях резонансных установок с продольно-горизонтальной ви­брацией применены вибровозбудители со встроенными асинхронны­ми электродвигателями, что значительно упрощает и удешевляет машину, но практически исключает регулирование угловой скоро­сти дебалансов.

На формовочных установках с продольно-горизонтально направ­ленными колебаниями вибрационное воздействие передается на бе­тонную смесь главным образом через днище и боковые стенки фор­мы и через продольные напряженные стержни арматуры. Следо­вательно, колебания, бетонной смеси поддерживаются в основном за счет возникающих в ней тангенциальных напряжений. Значи­
тельные нормальные напряжения и отрыв бетонной смеси могут наблюдаться только у сравнительно небольших торцовых стенок формы. Благодаря этому почти полностью исключается подсос воз­духа, в то время как выделение имеющихся в смеси воздушных пу­зырьков идет довольно интенсивно. Малое содержание воздуха в бетоне приводит к повышенной морозостойкости изделий, отфор­мованных на установках с продольно-горизонтальной вибрацией.

Помимо этого, вибрационные формовочные установки с про­дольно-горизонтальной вибрацией имеют следующие преимущества по сравнению с вибрационными площадками с вертикальной виб­рацией: простота конструкции, малый вес, малая потребляемая мощность, более низкий уровень шума, возможность использования более легких форм с меньшей изгибной жесткостью, возможность формования длинномерных изделий с достаточно равномерной эпю­рой амплитуд вдоль формы.

Вместе с тем формовочные установки рассматриваемого типа, у которых форма совершает гармонические колебания с частотой до 50 Гц, по сравнению с виброплощадками с вертикальными коле­баниями требуют большего времени формования, пригодны для вы­пуска изделий ограниченной толщины (при отсутствии напряжен­ной арматуры) и имеют пониженную эффективность при формова­нии без пригруза изделий из жестких бетонных смесей.

Резонансные формовочные установки с горизонтальной вибра­цией выпускаются грузоподъемностью от 5 до 25 т. Были единичные случаи использования установок большей грузоподъемности. Частота колебаний обычно лежит в пределах 44—48 Гц при ампли­туде формы 0,4—0,8 мм, хотя встречаются машины с частотой 24 Гц и амплитудой 1,2—1,5 мм. Как правило, на рассматриваемых установках формуют длинномерные изделия или плоские изделия небольшой толщины.

. При расчете параметров резонансной установки задают массу изделия тж, требуемые частоту <о и амплитуду at абсолютных ко­лебаний формы. Амплитуда относительных колебаний формы и виб­ровозбудителя (см. раздел 2)

а =

(6)

где т0г — суммарный статический момент массы дебалансов вибро­возбудителя, с — суммарный коэффициент жесткости пружин, b — коэффициент сопротивления относительному движению, m — приве­денная масса, определяемая формулой

(7)

т = mxmj (т1 + т2),

m-і" масса формы m$ вместе с массой жестко соединенных с ней час­тей машины тв и присоединенной к форме массой соколеблющейся бетонной смеси ати, подсчитываемая по формулам (3) — (5), ш2 — суммарная масса вибровозбудителя, жестко связанных с его кор­

пусом частей и приведенной к его корпусу массой соколеблющихся пружин.

В зависимости (3) можно для первоначального расчета принять k=0, l-r-0,15, а величину т% принять исходя из значения отношения m2/nii = 0,1-^0,2.

Введя отношение собственной частоты к частоте вынужденных колебаний

TOC o "1-5" h z Т* = —l/— (8)

to у т

и относительное демпфирование

р =&/2тш?*, (9)

перепишем зависимость (6) следующим образом:

a = ffl0r/m/(i;42-l)44PV (10)

Обычно принимают у* =1,1-М,05; |3 = 0,02-^0,1. По значению у*

определяют с из равенства (8). При достаточной близости к резо­нансу и небольшом демпфировании можно считать, что массы т1 и т2 вибрируют в противофазе. Тогда имеют место зависимости

TOC o "1-5" h z % + аг = а, тхах = m2a2, (11)

где аь а2 — амплитуды абсолютной вибрации масс /П] и т2. Отсюда вытекает

/raa = m1a1, (12)

!

а следовательно, из зависимостей (10) и (12)

m0r = tthth V (т** — 0* + (13)

Последней зависимостью пользуются для определения статическо­го момента массы дебалансов. Эта зависимость отличается от ра­венства (4) корнем квадратным в правой части. Величину, обрат­ную этому корню, называют коэффициентом усиления. Чем больше коэффициент усиления

TOC o "1-5" h z Ч = 1/К(Т*а-1)2 + 4р*Т*а, <14>

тем больше амплитуда вибрации. Отсюда

m0r — m^ajr^ (13;

Мощность электродвигателя определяется по формуле

N=N1+Ni+N3, (16),

где мощность, необходимая на поддержание вибрации, согласно? третьему равенству (22) раздела 15

Ni = (т0гУаР$-*г?1т, (17).:

мощность, необходимая для преодоления трения в подшипниках! дебалансов, 3

#2 = /oW*»3, О8):

160 s

причем fo — условный коэффициент трения и г0 — диаметр деба­лансного вала. Мощность Ns, необходимая для преодоления сопро­тивления в трансмиссии, определяется по общим правилам.

Для определения размеров пружин, обеспечивающих их проч­ность и выносливость и соответствующих рассчитанному коэффи­циенту суммарной жесткости с, максимальную амплитуду динами­ческой деформации пружин принимают равной 1,2 а.

В предыдущем разделе отмечалась эффективность полигармони — ческой вибрации при уплотнении бетонных смесей. При формовании изделий наряду с уплотнением бетонной смеси идет процесс формо­образования изделия. Благотворное влияние бигармонической и по- лигармонической вибрации на эти процессы может быть объяснено следующими причинами: более равномерным распределением ам­плитуд вибрации в слое бетонной смеси; различием частот вибра­ции, при которых наилучшим образом происходит разжижение це­ментного теста и возникновение текучего состояния скелета бетон­ной смеси; возможностью получения довольно больших пиковых значений ускорения при сравнительно небольших размахах коле­баний.

Многочисленные попытки создания бигармонических вибрацион­ных площадок с двумя группами центробежных вибровозбудителей с частотами 50 Гц и 75-4-100 Гц не дали удовлетворительных ре­зультатов. Мощные высокооборотные центробежные вибровозбуди­тели оказались недолговечными. Быстро выходили из строя подшип­ники дебалансных валов. Велика была мощность, рассеиваемая в подшипниках. Для преодоления этих недостатков была разрабо­тана формовочная установка с супергармоническим виброприво­дом, работа которого основана на использовании естественно воз­никающей неравномерности вращения дебалансов.

Выше мы принимали угловую скорость вращения дебалансов постоянной, что в большинстве случаев является лишь приближен­ным отображением действительного их движения, хотя обычно колебания угловой скорости дебалансов так невелики, что их не за­мечают. Для рассмотрения этого вопроса возьмем плоскую центри­рованную схему, изображенную на рис. 77, а, где подшипник 2 де — ( баланса 3 жестко связан с корпусом 1, приводимым в колебатель — ‘ ное поступательное движение. Неравномерность вращения дебалан­са может быть вызвана тремя факторами: непостоянством момента силы тяжести дебаланса относительно оси его врещения, если эта ось не вертикальна; ускорением оси вращения дебаланса, которая движется вместе с корпусом, за исключением случая, когда эта ось описывает окружность, равномерно двигаясь по ней с угловой ско­ростью дебаланса; изменениями сопротивления вращению дебалан­са, порожденными двумя перечисленными факторами, а также кон­структивными и эксплуатационными причинами.

Изменение угловой скорости ф дебаланса в зависимости от уг­ла ф в полярной системе координат, вызванное действием первого фактора, показано сплошной линией на рис. 77, б, а вызванное дей-

161

1 1—2876

ствием второго фактора — на рис. 77, в. Штриховая окружность изображает уровень средней угловой скорости со.

Колебания угловой скорости дебаланса, показанные на рис. 77, в, в свою очередь вызывают колебания ускорения корпуса,

а; 6) В)

SHAPE * MERGEFORMAT

Рис. 77

которые описываются выражением вида

ягпг“2 г/i і о,

т1—та

..) cos + q3 cos Зш£ + qb cos 5 at — j~

х = —— U1 + +

гпг — f т0

(19)

+

Следовательно, вибрация корпуса вибровозбудителя и рабочего органа вибрационной машины, к которому может быть прикреплен корпус, содержит помимо первого тона со средней частотой враще­ния дебаланса еще бесконечный ряд нечетных гармоник. Правда,

Рис. 78

у обычных вибровозбудителей амплитуды этих гармоник ма­лы. Так, амплитуда третьей гармоники ускорения (наиболь­шей из амплитуд всех высших гармоник) обычно в сотни или десятки раз меньше амплитуды первого тона. В супергармони — ческом виброприводе добива­ются резкого увеличения треть­ей гармоники путем одновре­менной реализации двух или нескольких резонансов в си­стеме, причем не менее чем один резонанс — супергармони — ческий. Возможно также усиле­ние второй гармоники и в мень­шей мере — более высокой гар­моники, чем третья.

Для практической реализации супергармонического вибропри­вода необходимо выбрать рациональную динамическую схему и правильно рассчитать основные параметры. Рассмотрим три схе­мы, показанные на рис. 78. На первой из них (рис. 78, а) корпус 1 вибровозбудителя направленного действия соединен пружиной 2

с неподвижной опорой 3. Если ввести безразмерные переменные т — ait, I = (тх + т0) х/т0г

И безразмерные параметры

р. = ж/о.2, ■[ — Ус/ {т1 + т0) ш2, р = Ы2-[ (т,! + т0) ш,

где Ь — коэффициент диссипативного сопротивления колебаниям, с — коэффициент жесткости пружины, М — постоянный момент, пе­редаваемый двигателем дебалансному валу для поддержания коле­баний, то при поступательных колебаниях корпуса дифференциаль­ные уравнения движения системы имеют вид

TOC o "1-5" h z І -+- + Ф sin ф + ф2 cos ф = 0,1 ^

ф — a2 sin ф = p. J

Здесь точки над функциями обозначают дифференцирование по т. Во втором приближении можно получить следующее выражение для безразмерного перемещения корпуса:

5 = Sle cos (-t — тО + 4Sa cos (Зх — х8), (21)

6i„’

где

V (f — 1)2+4?V

arctg —

7

(22)

— V

9*2Ei a

‘3 a’

16 v (f— 9)2 + 36?V

arctg

6?T f— 9′

Амплитуда третьей гармоники g3a пропорциональна величине а2 и амплитуде первой гармоники |ia. Третья гармоника испыты­вает два резонанса: вместе с первой гармоникой в окрестности у=1 и, помимо этого, в окрестности у = 3. Увеличение амплитуды третьей гармоники без увеличения амплитуды первой может быть достигнуто путем приближения к резонансу в окрестности у = 3, уве­личения параметра а и повышения усиления за счет снижения отно­сительного демпфирования р.

Рассмотренная схема обладает двумя принципиальными недо­статками: из-за высокой жесткости пружин при резонансе в окрест­ности у = 3 не обеспечивается виброизоляция опоры; усиление в ок­рестности у = 3 гораздо слабее, чем в окрестности у=1, так как £за пропорциональна gla, а последняя мала в окрестности у=3.

Для частичного преодоления указанных недостатков можно перейти к схеме на рис. 78, б, где имеется дополнительное тело 4. Здесь можно надежно виброизолировать не показанную на схеме

опору и получить большее значение отношения |зо : 1ы- Рабочий ор­ган может присоединяться как к корпусу, так и к дополнительному телу. В этой системе с тремя степенями свободы усложняются частотные характеристики, поскольку кроме резонансов появляют­ся антирезонансы первой и третьей гармоник корпуса (см. раз­дел 2).

Обе рассмотренные схемы обладают существенным недостат­ком: при необходимости вибрирования значительных масс со

Рис. 79

сравнительно малой амплитудой первой гармоники коэффициент а становится малым, что ограничи­вает пропорциональную ему ам­плитуду третьей гармоники. В этом отношении гораздо боль­шие возможности предоставляет схема, приведенная на рис. 78, в, где показана центрированная си­стема с маятниковым вибровоз­будителем 5.

Эта система с четырьмя степенями свободы отличается значи­тельным своеобразием. Тела 1 и 4 совершают колебания, содержа­щие не только первую и третью гармоники, но и вторую гармони­ку. Причина этого — вынужденные колебания маятника. Зависи­мость (5) раздела 7 давала амплитуду второй гармоники в бо­лее простой системе. Рассматриваемая схема преодолевает указан­ный выше недостаток предыдущих двух схем. Приведенные схемы не исчерпывают возможностей увеличения супергармоник рабоче­го органа.

Схема формовочной установки с супергармоническим вибропри­водом показана на рис. 79. Вибропривод состоит из вибровозбуди­теля маятникового типа 1, связанного с рамой, которая пружина­ми 2 соединена с плитой 3, снабженной зажимным устройством 4, захватывающим выступы 7 формы. Опорами служат виброизоля­торы 6. Форму 5 с бетонной смесью ставят на виброизоляторы 8 и закрепляют зажимным устройством, после чего включают вибро­возбудитель. Грузоподъемность установки 4 т. Частота первой гар­моники 27 Гц, третьей гармоники 81 Гц. Статический момент массы дебаланса 1,6 кг-м. Мощность выносного электродвигателя 14 кВт. Амплитуда перемещения первой гармоники 0,4 мм, третьей гармо­ники 0,2 мм. Амплитуда ускорения первой гармоники 12 м/с2, треть­ей гармоники 54 м/с2. Масса вибропривода 1,9 т, его длина 1,68 м, ширина 1,73 м, высота 0,94 м.

В конструкции использованы прорезные пружины (см. рис. 39, б), обеспечивающие практически бесшумную работу и высокий коэффициент усиления третьей гармоники при достаточ­но близкой к резонансу настройке. Закрепление и освобождение формы зажимным устройством производится при помощи гидравли­ческого механизма.

Формовочная установка с супергармоническим виброприводом
пригодна для формования таких железобетонных изделий, требую­щих высокой прочности и морозостойкости или водонепроницаемо­сти как железобетонные шпалы и секции тюбингов для туннелей небольшого диаметра, а также бетонных изделий из пластичных, жестких и весьма жестких смесей, например из песчаного цементо­бетона и из силикатобетона. При использовании установки следует избегать трения вибрирующих элементов о какие-либо детали, так как трение может привести к значительному снижению амплитуды третьей гармоники.

Давно известна эффективность ударного метода уплотнения бетонных смесей. Еще в домашинный период удавалось хорошо уп­лотнять жесткие бетонные смеси ручным трамбованием. Многие исследователи и производственники отмечали высокую эффектив­ность ударно-вибрационного формования железобетонных изделий. В зарубежной практике находят некоторое применение так называе­мые встряхивающие формовочные машины, аналогичные машинам для изготовления литейных форм. Принцип их действия очень прост: вращающийся кулачок периодически приподнимает форму со смесью, а затем форма падает на основание. Грузоподъемность таких машин невелика. Они вызывают сильный шум и требуют мощного фундамента.

Существуют также виброплощадки, приводимые в колебатель­ное движение дебалансными вибровозбудителями, подпрыгивающие над упругими подстилками из транспортерной ленты и вновь падаю­щие на них. Упругие прокладки значительно снижают шум, но тре­бования к фундаменту остаются довольно серьезными.

Рис. 80

Известна ударно-вибрационная площадка с горизонтальными колебаниями, в которой вибровозбудитель соединен пружинами с рамой виброплощадки и наносит по ней удары через резиновую прокладку. Такая площадка имеет некоторые преимущества перед безударными резонансными установками с горизонтальными коле­баниями: она менее чувствительна к изменениям массы формуемо­го изделия и диссипации энергии в системе и способна уплотнять более жесткие бетонные смеси.

вследствие нанесения односто-

^Однако она значительно тяжелее из-за наличия рамы (стола), в ней сохраняется большой ком­плект пружин, усложняется про­блема прикрепления формы к ра­ме вследствие необходимости противодействия ударным на­грузкам, а при достижении жест­кого прикрепления формы ухуд­шается структура концов изделий ронних ударов, из-за которых ближний к вибровозбудителю конец изделия обогащается крупным заполнителем, а дальний конец обед­няется. Если же форма жестко не связана со столом, то на бетон­ную смесь не передаются ударные импульсы.

Указанные недостатки преодолеваются в беспружинной ударно­вибрационной установке с двусторонними ударами по резиновым прокладкам, схематически показанной на рис. 80. Здесь двухваль — ный дебалансный вибровозбудитель 1, опирающийся на виброизо­ляторы 7, вибрирует в горизонтальном направлении. На поверхно­сти корпуса и на внутренней стороне крюка 3 корпуса прикреплены резиновые плиты 2. Форму 4 устанавливают на виброизоляторы 5. На торце формы имеется скоба, поперечина 6 которой свободно входит в просвет между резиновыми плитами. Зазоры между попе­речиной скобы и резиновыми плитами, жесткость этих плит и стати­ческий момент массы дебалансов назначаются с таким расчетом, чтобы при работе вибровозбудителя система вошла в ударно-ви­брационный режим с надлежащей интенсивностью ударов, наноси­мых поочередно в противоположных направлениях.

Ы

со

UJ X

А-й-А

Такого рода ударно-вибрационная установка имеет следующие преимущества: богатство спектра колебаний высшими гармоника­ми, что существенно повышает эффективность формования; возбуж­дение ударами изгибных колебаний днища и стенок формы, что до­полнительно повышает эффективность формования; простота кон­струкции, легкость изготовления, удобство эксплуатации и малый вес машины; повышенная долговечность и низкий уровень шума в связи с применением низкооборотных вибровозбудителей (1000—1500 об/мин); универсальность машины в связи с возмож­ностью уплотнения жестких бетонных смесей и малой чувствитель­ностью к изменениям вибрируемых масс и диссипации энергии в си­стеме; однородность проработки бетонной смеси в связи с отсутст­вием транспортного эффекта бла­годаря симметричности ударов, наносимых поочередно в противо­положные стороны; возможность формования весьма длинных из­делий с достаточно равномерным распределением размахов колеба­ний по длине формы в связи с низкой основной частотой колеба­ний; отсутствие устройства для крепления формы в условиях ударно-вибрационного режима; отсутствие громоздкого комплек­та настроенных в резонанс пру­жин.

Форма в промежутке между двумя ударами движется практи­чески равномерно. Поэтому для приближенного установления спектрального состава колебаний формы допустима при определенных условиях аппроксимация вы­нужденной вибрации формы свободной незатухающей ударной ви­брацией. Тогда на полупериоде вибрации полагая рези­

новые плиты линейными упругими ограничителями, ускорение фор­

мЫ (верхняя осциллограмма на рис. 81) можно представить сле­дующими выражениями:

TOC o "1-5" h z х = xmcos£2/ при 0^/<^те/2£2, 1

х = 0 при те/2£2 t те/со — те)2£2, |

х = — xmcos2(/— те/со) при тс/о» — те/2£2«^ те/со. |

Соответственно скорость (средняя осциллограмма на рис. 81):

x = xmsin2/ при 0^/^тг/2й,

х =хт при те/22 < / ^ те/со — те/22, (24)

X = — Хт Sin 2 (/ — те/со) при те/со — те/22 t ^ те/со

и перемещение (нижняя осциллограмма на рис. 81):

х = при

при

х =

[те (1 — X) + 2Х cos £2/]

те(1 — X) + 2Х

0</< те/22, х = 2яш(1 — Цхт Л

(25)

Jt(l— X) + 2Х 2 а

те/2Q ^ t те/со ■— те/22,

[те (1— X) + 2Х cos £2 (/ —і те/со) ]

те (1 — X) +2Х при те/о) — те/22 те/О),

где со — угловая частота основного тона вибрации, £2 — собствен­ная угловая частота системы форма — упругий ограничитель — вибровозбудитель, t — время, Х=со/£2 — отношение времени движе­ния формы в сомкнутом с резиновой плитой состоянии к полупе — риоду основного тона вибрации, хт, хт, хт — полуразмахи ускоре­ния, скорости и перемещения формы.

Разложив зависимость (23) в ряд Фурье, получим следующий амплитудный спектр ускорения:

2/.Х

итеХ

=ТГ П — (-1)”]

ХП те|/г2Х2 — 1|

COS

(п = 1, 2, 3, …), (26)

или, поскольку амплитуды четных гармоник равны нулю,

4Хх„

ПтеХ

(27)

COS

те 1 п2Х2 — 1

(п= 1, 3, 5, …).

В частном случае, когда пК= 1, правая часть выражения (27) становится неопределенностью вида 0/0, раскрыв которую по Лопи — талю получаем амплитуду соответствующей этому случаю гармони­ки ускорения

Хп=’кХт

(28)

167

(nX = 1).

В табл. 7 приведены подсчитанные по формулам (27) и (28)’ значения отношений амплитуд высших гармоник ускорения к ам­плитуде первой гармоники xn/*i при нескольких значениях %.

Таблица 7

№ гармоники

Относительные значения амплитуд гармоник хд/

Xj при %, равно!

0,2

0,3

0,4

0,5

1

1

1

1

1

3

0,93

0,84

0,73

0,60

5

0,79

0,57

0,35

0,14

7

0,62

0,30

0,05

0,07

9

0,43

0,06

0,07

0,04

11

0,25

0,05

0,05

0,03

Приведенные данные показывают, что амплитуды нескольких первых нечетных гармоник ускорения довольно велики. Убывание амплитуд гармоник с ростом их номера идет сравнительно медлен­но, что и определяет богатство спектра колебаний формы.

Грузоподъемность ударно-вибрационной формовочной установ­ки с двусторонними ударами 20 т, суммарный статический момент массы дебалансов 6,4 кг-м, суммарная мощность двух встроенных асинхронных электродвигателей 40 кВт, угловая скорость враще­ния дебалансов 1440 об/мин, количество ударов в минуту 2880, по­луразмах ускорения формы 80 м/с2, масса вибропривода 2,1 т, его длина 1,75 м, ширина 1,3 м, высота 1,3 м.

Во всех случаях формования железобетонных изделий на виб­рационных площадках и установках полезно накладывать пригруз на свободную поверхность изделия. Правильно подобранный при­груз повышает плотность (сформированного изделия и качество его поверхности. Пригрузы делят на инерционные и безынерцион­ные. Первые — это тяжелые металлические плиты, которые кладут на поверхность изделия при формовании. Безынерционный пригруз состоит из легкой пластины, накладываемой на поверхность изде­лия, и пружин (металлических или пневматических), которые при­жимают пластину к изделию.

Активным пригрузом (в отличие от-рассмотренных выше пассив­ных пригрузов) называют металлическую пластину с прикреплен­ными к ней вибровозбудителями. При использовании активного пригруза изделие подвергается одновременному вибрационному | воздействию от двух независимых источников — от формы и от пригруза.

На рис. 82 схематически представлены различные пригрузы, воздействующие на верхнюю поверхность формуемого изделия 5, | заключенного в форме 4, которая находится на столе виброплощад — ? ки 1. Последняя установлена на виброизоляторах 2, опирающихся

на основание 3. На рис. 82, а тяжелая плита 6 осуществляет инер­ционный пригруз.

Безынерционное пригружение показано на рис. 82, о—г, где си­ла, прижимающая пластину 7 к поверхности формуемого изделия, развивается упругими элементами. Этими элементами могут быть пружины малой жесткости 8 (рис. 82,6), нагруженные тяжелой плитой 9, или пружины 10 (рис. 82, в), прижимаемые поперечи­ной 11, которая притягивается к выступам 12 стола натяжными устройствами 13, или резиновые пневматические подушки 14 ‘(рис. 82, г), расположенные в распор между пластиной 7 и попере­чиной 17, которая связана с выступами стола при помощи захва­тов 15.

X

—— ;і / / і,—

> о:

г:

-1

I’tOo* »■" Г 1

*

Ц-1 . ………………….. ^-Л±

/

15

7Z ^

0)

/6

л

и Л

ш

і)

to

.■«■ в — о.’о -‘! ООО, f ^_gj

^__________ n-J

Рис. 82

На рис. 82, д изображен активный пригруз, осуществляемый •вибровозбудителем 16 через пластину 17. Активный пригруз может сочетаться с безынерционным.

При формовании на вибрационных площадках и формовочных установках многопустотных изделий с круговыми или овальными цилиндрическими каналами пользуются пакетом пустотообразова — телей, представляющими собой трубы, форма которых соответствует каналам в изделии. Пустотообразователи могут быть пассивными или активными. Активные пустотообразователи обычно работают по принципу глубинных вибровозбудителей, т. е. в них встраивают центробежные вибровозбудители с круговой вынуждающей силой, В отличие от глубинных вибровозбудителей пустотообразователи не имеют нулевой точки и совершают плоскопараллельное движе­ние с круговой траекторией.

Помимо описанных машин имеются различные иные вибраци­онные машины для изготовления железобетонных и бетонных изде­лий. Назовем три типа таких машин. Довольно разнородна группа машин для вибрационного штампования — стационарные, перенос­ные и скользящие виброштампы. Их применяют для изготовления железобетонных изделий небольшой толщины и, как правило, слож­ной конфигурации, например, оболочек двоякой кривизны, лотков ирригационных сооружений, ребристых плит, лестничных маршей. Правильней было бы именовать процесс, осуществляемый таким оборудованием, вибрационным прессованием. Далее, можно на­звать кассетные установки, в которых одновременно формуют ряд однотипных изделий в вертикальном положении. Кассетные уста­новки имеют паровые рубашки для последующей термической об­работки изделий, которые изготавливают из подвижных бетонных смесей. Вибрационно-прессовые станки применяют для изготовле­ния массовых штучных изделий из цементного и силикатного бето­на, например стеновых камней.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *