Оборудование для производства железобетонных изделий

1. Способы уплотнения бетонных смесей

Формование изделий — процесс придания заготовкам формы, плотности и прочности. В процессе уплотнения бетонной смеси происходит более плотная укладка частиц, сопровождающаяся вытеснением излишков воздуха и воды и возрастанием в 1,6…1,65 раза плотности смеси по сравнению с первоначальной.

Уплотнение бетонной смеси и формообразование изделий осуществляются различными способами: вибрированием, ударным воздействием, центрифугированием, прессованием и вакуумированием. Вибрирование — воздействие на бетонную смесь преднамеренно возбужденных колебаний рабочими органами механизмов. Прессование — уплотнение за счет воздействия на бетонную смесь значительных давлений. Ударное воздействие — воздействие на бетонную смесь нелинейных гармонических колебаний, создаваемых ударным механизмом (вибростолом). Центрифугирование — уплотнение бетонной смеси под воздействием центробежных сил в быстровращающейся форме. Вакуумирование — отсос из бетонной смеси избыточной воды и воздуха. Во всех случаях уплотнение происходит за счет внешних воздействий, за счет которых преодолеваются первоначально имеющиеся связи между частицами, и образуется новая более устойчивая и плотная компоновка частиц.

В практике наибольшее распространение нашли механизмы, сочетающие различные способы уплотнения бетонных смесей: вибровакуумирование, виброгидропрессование, ударно-вибрационное прессование, вибропротяжка, центробежный прокат, различные виды роликового уплотнения, являющегося разновидностью прессования. Сочетания способов позволяют значительно повысить эффективность процесса уплотнения бетонной смеси.

2. Вибрационное оборудование для уплотнения бетонных смесей

В соответствии со способами вибрационного уплотнения бетонных смесей машины и установки подразделяются на машины поверхностного, глубинного и объемного уплотнения.

К поверхностному уплотнению следует отнести формование бетонных и железобетонных изделий в формах и кассетных установках с навесными вибровозбудителями, которые возбуждают изгибные колебания их стенок или специальных гибких листов. В качестве вибрационного привода поверхностных уплотнителей используют вибровозбудители общего назначения.

Глубинное уплотнение осуществляется специальными машинами — глубинными вибровозбудителями. Ими уплотняют бетонные смеси (подвижные и средней подвижности) при сооружении монолитных конструкций при строительстве гидротехнических, промышленных, гражданских и дорожных сооружений. В производстве сборного железобетона они обычно применяются при стендовом формовании крупных элементов конструкций — ферм перекрытий и мостов, балок различного профиля и др.

При производстве сборного железобетона для формования многопустотных плит перекрытий, вентиляционных блоков и других полых изделий применяют машины с активными пустотообразователями, которые также относятся к глубинным уплотнителям.

Рис. 1. Схема вибронасадка

В последние годы для уплотнения бетонных смесей при конвейерном способе изготовления сборных конструкций (особенно на вибропрокатных конвейерах) и при стендовом способе производства используют вибронасадок (рис. 1). Эти устройства сочетают два метода уплотнения — поверхностный и объемный. Смесь, находящаяся в вибрирующем бункере 1, подвергается объемному уплотнению и уже в уплотненном виде в состоянии текучести поступает под заглаживающую часть 2 вибронасадка, где осуществляется поверхностное уплотнение. Эти устройства используются для уплотнения смесей средней подвижности. Вибрационный привод вибронасадков чаще всего осуществляется посредством центробежных вибровозбудителей общего назначения. Реже для этой цели применяют специализированные вибровозбудители.

Наилучшее качество уплотнения бетонной смеси достигается при ее объемном уплотнении, которое осуществляется на вибрационных машинах (виброплощадках), обеспечивающих колебания в целом всей формы со смесью (рис. 2).

Рис. 2. Схемы виброплощадок: а — виброплощадка с горизонтально направленными колебаниями; б — виброплощадка с вертикально направленными колебаниями; в — ударно-вибрационная площадка; 1 — вибровозбудитель колебаний; 2 — крепление формы; 3 — форма с бетонной смесью; 4 — виброизолирующие упругие элементы

Вибраторы

По способу передачи колебаний бетонной смеси вибраторы подразделяются на глубинные, поверхностные и навесные.

Вибраторы применяются:

• в качестве виброприводов различных устройств для уплотнения бетонных смесей;
• на бункерах и течках для устранения зависания в них сыпучих материалов;
• в качестве привода вибротранспортирующих машин.

Глубинные вибраторы (рис. 3) наиболее эффективны для уплотнения бетона. Погружаясь в бетонную смесь, они прямым контактом воздействуют на нее. Глубинные вибраторы бывают с гибким валом, со встроенным электродвигателем и пневматические.

Рис. 3. Глубинные вибраторы: а — с гибким валом; б — наконечник с внешней обкаткой; в — наконечник с внутренней обкаткой; г — пневматический глубинный вибратор; д — глубинный вибратор со встроенным электродвигателем

Вибратор с гибким валом состоит из электродвигателя 1, гибкого вала 2 и двух сменных наконечников 3 диаметром 36…76 и длиной 350…470 мм. Гибкий вал футерован в специальную броню, на которую надет резиновый рукав. По обоим концам вала расположены винтовые муфты с левой резьбой для присоединения к электродвигателю и наконечнику. Электродвигатель установлен на металлической подставке 4, предохраняющей его от погружения в бетонную смесь. Электродвигатель вибратора включают выключателем 5, находящимся на корпусе.

Существуют два типа наконечников: с внешней обкаткой виброэлемента и внутренней. Движение виброэлемента планетарное. Наконечник с внешней обкаткой состоит из стального трубчатого корпуса 1, с торцов которого закреплены втулки 2, 3. Наконечник со стороны втулки закрывается массивной крышкой 4. Во втулке 3 смонтированы подшипники. Вращение дебаланса 5 сообщается от электродвигателя через гибкий вал, промежуточный шпиндель 6 и резинометаллическую муфту 7. Дебаланс 5, получивший вращение от электродвигателя, обкатывается своей наружной поверхностью внутри втулки 2, создавая колебания. Наконечник с внутренней обкаткой состоит из корпуса 1, втулки 2, крышки 3. На крышке 3 запрессован сердечник 4, во втулке 2 смонтированы подшипники. Вращение пустотелому дебалансу 5 сообщается через шпиндель 6 и муфту 7. Дебаланс при вращении обкатывается своей внутренней поверхностью вокруг сердечника.

Мощность электродвигателей вибраторов 0,8…1,2 кВт, частота колебаний наконечника 170…330 с^–1, кинетический момент 0,003…0,04 нм, производительность вибраторов 0,0005…0,0055 м³/с, возмущающая сила 1,3…7,0 кн.

Глубинный пневматический вибратор (рис. 3, г) представляет собой цилиндрический корпус 1, внутри которого смонтирован пневмодвигатель, состоящий из полой оси 2, втулки-бегунка 3 и двух крышек 4. Подачу воздуха в полую ось производят по гибкому шлангу, насаженному на штуцер 5 через кран 6. Отработанный воздух выходит наружу через отверстия 7 в крышках и наружный гибкий шланг 8. Рукоятка 9 соединена с корпусом через резиновые амортизаторы. При подаче воздуха в пневмодвигатель бегунок совершает планетарное движение вокруг полой оси с частотами, зависящими от давления воздуха. Пуск и остановку пневмодвигателя производят краном. Частота (угловая) колебаний вибраторов составляет: низкая — 239…314 с^–1, высокая — до 1570 с^–1; кинетический момент 0,003…0,168 нм; диаметр корпусов выпускаемых пневматических вибраторов 34, 50, 75, 110 мм; длина рабочей части 315…480 мм.

Глубинный вибратор высокочастотный (см. рис. 3, д) состоит из металлического водонепроницаемого корпуса 1, внутри которого в подшипниках 2 смонтирован дебаланс 3. Статор 4 электродвигателя впрессован в корпус, ротор 5 является консольным продолжением вала дебаланса. В нижней части корпуса имеется коническая насадка 6. К корпусу приварена нижняя часть 7 штанги, которая соединена через амортизатор 8 с верхней частью 9 штанги, на последней расположены выключатель 10 и рукоятка 11. Электрический двигатель вибратора питается током от преобразователя частоты с рабочей частотой 200 Гц и напряжением 36 В. При вращении ротора электродвигателя с насаженным на нем эксцентриком создаются колебания корпуса вибратора. Смазка подшипников — жидкая циркуляционная. При вращении вала дебаланса масло засасывается через коническую насадку и по вертикальному и радиальному каналам подается к подшипникам, затем стекает в нижнюю часть корпуса. Частота колебаний вибраторов 595 с^–1, кинетический момент эксцентриков 0,13 и 0,22 нм, мощность электродвигателей 0,6 и 1,1 кВт, возмущающая сила 5000…8000 Н.

Рис. 4. Поверхностный вибратор

Поверхностные вибраторы (рис. 4) предназначены для уплотнения бетонной смеси с толщиной слоя до 30 см и для заглаживания открытой поверхности свежесформованного изделия. По характеру колебаний вибраторы могут быть с круговыми и направленными гармоническими колебаниями. Поверхностный вибратор состоит из металлической площадки 1, на которой установлен электродвигатель 2. На обоих концах вала 3 ротора электродвигателя укреплены эксцентрики 4. Возмущающая сила, возникающая при вращении эксцентрика, создает круговые колебания вибратора, передаваемые через площадку на бетонную смесь. Частота колебаний поверхностных вибраторов 295 с^–1, кинетический момент эксцентриков 0,15 и 0,65 нм при мощности электродвигателя 0,4 и 0,8 кВт, напряжение 36 В.

Навесные вибраторы (рис. 5) служат для уплотнения бетонной смеси в форме или опалубке. Шаг и количество вибраторов подбирают исходя из сечения изделия и жесткости бетонной смеси.

Навесные вибраторы классифицируют следующим образом:

• по типу привода: с гидравлическим, пневматическим и электрическим;
• по направлению генерируемых колебаний: с круговыми, эллиптическими, направленными колебаниями (двухвальные, маятниковые);
• по частоте генерируемых колебаний: с нормальной частотой ω = (290…300 с^–1), с пониженной ω = (145…150 с^–1), с повышенной ω = (800…1400 с^–1).

Вибраторы бывают нормального исполнения, а также маятниковые.

Навесной вибратор нормального исполнения (рис. 5, а) представляет собой асинхронный электродвигатель 1 трехфазного тока. На обоих концах вала установлены обоймы 2, в каждой из которых находятся эксцентрики 3 со стержнем 4 и пружиной 5. В нерабочем положении эксцентрики пружинами прижимаются к обойме, при этом кинетический момент эксцентрика минимальный. При угловой частоте ротора (208 рад/с) возмущающая сила, развиваемая эксцентриками, преодолевает силу предварительного натяжения пружин. Эксцентрики начинают перемещаться по радиусу от центра вала ротора, вследствие чего кинетический момент увеличивается. Кольцо 6 предназначено для регулирования кинетического момента эксцентрика. При пусках и остановках электродвигателя критическая угловая скорость, соответствующая резонансной частоте, благодаря подпружиненным дебалансам приходится на минимальный кинетический момент. Мощность электродвигателя вибратора 0,6 кВт, кинетический момент дебаланса 0,445 и 0,7 нм. Вибраторы вместо подпружиненных эксцентриков на каждом конце вала ротора могут иметь по два дебаланса: один постоянный, а другой сменный, предназначенный для регулирования величины кинетического момента.

Маятниковый вибратор (рис. 5, б) состоит из корпуса, в котором расположен электродвигатель переменного тока 1. На двух концах вала ротора установлены подпружиненные эксцентрики 2. К корпусу вибратора болтами жестко прикреплен кронштейн 3, расположенный на оси 4. Ось стяжными болтами соединена с опорной плитой 5. К кронштейну болтами прикреплена наружная металлическая втулка 6 амортизатора 7, а внутренняя втулка 8 находится на оси. Благодаря наличию амортизаторов корпус предохраняется от опрокидывания и получает возможность поворачиваться относительно оси на небольшой угол во время работы. Вибратор опорной плитой крепится к форме или опалубке.

Маятниковые вибраторы работают с угловой частотой 295 с^–1 при напряжении 220/380 В, мощность электродвигателей 0,4…1,2 кВт. Кинетический момент вибраторов с подпружиненными эксцентриками 0,28…0,7 нм, с регулируемыми — до 0,23 нм.

Пневматический вибратор (рис. 5, в) состоит из корпуса 1, боковых крышек 2, 3, ротора 4, выхлопной крышки 5, глушителя 6. Ротор свободно надет на неподвижную пустотелую ось 7 и, не касаясь стенки корпуса, перекрывает при этом одним своим торцом выхлопное отверстие в крышке 2 вибратора. Ось 7 имеет сквозной продольный разрез, в который вставлена текстолитовая лопатка 8. При подаче воздуха через дроссель 9 и штуцер 10 в полость пустотелой оси 7 лопатка 8 прижимается к ротору 4, поворачивая последний. Ротор открывает выхлопное отверстие в крышке 2, вследствие чего сжатый воздух выходит из полости в атмосферу через глушитель и отверстие 11.

Кроме рассмотренных выше существуют конструкции вибраторов с двумя параллельно вращающимися валами. Синхронизация вращения валов может быть достигнута за счет соединения их зубчатой передачей или в результате воздействия одного эксцентрикового механизма на другой при жесткой установке обоих вибраторов (явление самосинхронизации).

Рис. 5. Навесные вибраторы: а — нормального исполнения; б — маятниковый; в — пневматический

Вибрационные площадки

Наилучшее качество уплотнения бетонной смеси достигается при ее объемном уплотнении, которое достигается на вибрационных машинах — виброплощадках, обеспечивающих колебания всей формы со смесью. Это наиболее распространенные машины для уплотнения бетонной смеси при изготовлении ЖБИ.

Виброплощадки классифицируют следующим образом;

• по направлению колебаний, сообщаемых форме, подразделяют виброплощадки с круговыми или эллиптическими, горизонтальными и вертикально направленными колебаниями. Из-за транспортного эффекта, приводящего к подсосу воздуха, виброплощадки с круговыми и эллиптическими колебаниями практически не используются;
• по форме колебаний виброплощадки разделяют на машины с гармоническими, бигармоническими, поличастотными и пространственными колебаниями. Наибольшее распространение получили машины с гармоническими колебаниями, ударно-вибрационными и пространственными;
• по конструктивному исполнению виброплощадки подразделяют на рамные и блочные. Блочные позволяют из одних и тех же компонентов компоновать виброплощадки различной грузоподъемности;
• по способу крепления формы виброплощадки делятся на машины без крепления формы, на машины с механическим, пневмомеханическим, гидромеханическим и электромагнитным креплением;
• по характеру настройки виброплощадки бывают резонансными и зарезонансными.

Вибрационная площадка с круговыми гармоническими колебаниями (рис. 6, а, б) состоит из вибрирующей рамы 1, вала, вибратора 2, опорных рам 3 и электродвигателя 4. Вибрирующая рама опирается через пружины 5 на опорные рамы. Валы вибраторов соединены между собой эластичными муфтами 6. Вращение вибраторам сообщается от электродвигателя 4 через клиноременную передачу 7. Электродвигатель вмонтирован на поворотной раме 8, что обеспечивает регулировку натяжения ремней. Вибрирующая рама представляет собой сварную конструкцию из двух продольных двутавровых балок и стального листа. Отверстия в верхней части рамы предназначены для монтажа и демонтажа вибраторов. Вибраторы смонтированы в подшипниках, установленных на вибрирующей раме.

Вибратор (рис. 6, в) представляет собой вал 1, на котором установлены два дебаланса 2. Вал опирается на подшипники 3, установленные в корпусах 4. Валы вибраторов соединяются между собой эластичной (дюритовой) муфтой 5, закрепленной зажимами 6. Кинетический момент вибраторов регулируется путем смещения одного дебаланса относительно другого. Оси валов вибраторов проходят через центр тяжести вибрирующей рамы.

Рис. 6. Вибрационная площадка с круговыми гармоническими колебаниями: а — схема; б — общий вид; в — конструкция вибратора

Виброплощадки с круговыми гармоническими колебаниями применяют при формовании изделий, имеющих небольшую массу. Мощность электродвигателя виброплощадки рассмотренной конструкции 20 кВт, грузоподъемность 50 кн, кинетический момент вибраторов 11…28 нм, частота колебаний (угловая) 307 с^–1, амплитуда 0,4 мм.

Виброплощадки с вертикально направленными колебаниями (рис. 7) получили наибольшее распространение. Они работают в далеко зарезонансном режиме. Бывают рамной и блочной конструкции (наиболее распространены), однои многорядные. Ускорение таких виброплощадок составляет 6…8g, а амплитуда колебаний 4…6 мм.

Рис. 7. Конструкция (а) и кинематическая схема (б) блочной виброплощадки с вертикально направленными колебаниями: 1 — виброблок; 2 — цилиндрические пружины; 3 — электромагнит; 4 — рама; 5 — электродвигатель; 6 — синхронизатор; 7 — карданный вал; 8 — рама привода; 9 — коническая приставка

Виброплощадка включает виброблоки 1, состоящие из двухвальных центробежных вибровозбудителей, опирающихся на раму через цилиндрические пружины 2. Моменты от электродвигателей 5 посредством цилиндрических зубчатых синхронизаторов 6 и карданных валов 7 передаются на двухвальные вибровозбудители направленных колебаний виброблоков 1. Жесткая кинематическая связь между двумя рядами виброблоков осуществляется за счет конических приставок 9 синхронизаторов 6. Все дебалансные валы виброблоков жестко кинематически связаны между собой, что обеспечивает равномерность распределения амплитуд виброперемещений по поверхности формы. При вертикально направленных колебаниях формы отрыв смеси от поддона возможен лишь в той части периода ее движения, когда инерционные силы, приложенные к частицам бетонной смеси, действуют вверх. При действии этих сил вниз смесь прижимается к поддону формы.

Конструкция узлов виброплощадки. Виброблоки бывают нормальной (2000 кг) (рис. 8) и повышенной грузоподъемности (3500 кг). Последний отличается наличием двух двухвальных вибровозбудителей, дебалансные валы которых соединены между собой муфтами.

При изготовлении железобетонных изделий шириной до 1700 мм возможно применение однорядных виброплощадок с вертикально направленными гармоническими колебаниями. При этом исключается потребность в синхронизаторах с коническими приставками. Основные параметры виброплощадок с вертикально направленными колебаниями представлены в табл. 1.

Таблица 1

Основные параметры виброплощадок с вертикально направленными колебаниями

Показатели	СМЖ-187	СМЖ-200Б	СМЖ-199А	СМЖ-191
Грузоподъемность, т	10	15	24	40
Число виброблоков, шт.	8	8	16	14
Грузоподъемность одного блока, кг	2000	2000	2000	3500
Суммарный момент массы дебаланса, кг м	2,96; 3,6; 4,8	2,96; 3,6; 4,8	5,92; 7,2; 9,6	224
Частота колебаний, с–1	290	290	290	290
Амплитуда колебаний, мм	0,4…0,6	0,4…0,6	0,4…0,6	0,4…0,6
Усилие, развиваемое одним электромагнитом, кН	60	60	60	120
Суммарная мощность электродвигателей, кВт	64	92	128	234,5
Масса вибрируемых частей конструкции, кг	3000	3100	5400	10650
Общая масса, кг	7850	7850	1315	21000

Рис. 8. Конструкция виброблоков нормальной грузоподъемности:

1 — электромагнит; 2 — двухвальный виброблок; 3, 4 — цилиндрические пружины; 5 — болт крепления виброблока на раме виброплощадки

Ударно-вибрационные площадки. Ускорения формы с бетонной смесью у таких виброплощадок асимметричные. Это достигается за счет нанесения по форме ударов, направленных вверх. Инерционные силы, действующие на частицы смеси, направлены вниз, исключая отрыв бетонной смеси к поддону. Ускорения, прижимающие смесь к поддону формы, достигают 20g. Значительные ускорения и определяют большую эффективность ударно-вибрационных площадок, что позволяет изготавливать изделия из жестких бетонных смесей, имеющие значительную высоту (более 0,75 м).

Конструкция одномассной ударно-вибрационной площадки представлена на рис. 9.

Рис. 9. Одномассная ударно-вибрационная площадка: 1 — рама; 2 — дебалансный вал; 3 — дебалансы; 4 — подшипниковые опоры; 5 — опорная рама; 6 — упругие ограничители; 7 — приводной электродвигатель

При вращении валов с дебалансами с угловой скоростью до 140 с^–1 рама с установленной на ней формой за счет действия центробежных сил отрывается от упругих ограничителей и затем падает на них. Виброплощадка, простая по конструкции, достаточно эффективно уплотняет бетонную смесь и создает низкий уровень шума благодаря упругим ограничителям.

Однако одномассные виброплощадки получили малое распространение, так как удар наносится по раме, установленной непосредственно на фундаменте, что приводит к ее частой поломке. Также на них затруднено формование длинномерных изделий.

Низкочастотная ударно-вибрационная площадка. Низкочастотная ударно-вибрационная площадка представляет собой двухмассную ударно-колебательную систему (рис. 10).

Рис. 10. Низкочастотная ударно-вибрационная площадка: 1 — стол виброплощадки (верхняя масса); 2 — уравновешивающая масса (нижняя масса); 3 — упругие элементы привода; 4 — шатун; 5 — резиновые буфера с регулируемым зазором; 6 — предварительно поджатые упругие элементы; 7 — притяжные магниты; 8 — мягкие виброизолирующие элементы; 9 — эксцентриковый привод

Привод виброплощадки сообщает массам возвратно-поступательное движение в вертикальном направлении с угловой частотой 600…1000 с^–1. Параметры системы подбираются таким образом, чтобы режим работы площадки был близок к резонансному.

К недостаткам этих виброплощадок относят недостаточную надежность эксцентрикового привода и крепления формы электромагнитами, установленными на общей раме. Необходима индивидуальная подгонка подмагнитных плит на каждой форме. После ударов первоначальное положение подмагнитных плит нарушается, что приводит к соударению формы с электромагнитами, ухудшению условий работы и повышению уровня шумов.

На виброплощадке устанавливается не менее 20 пар буферов, зазор между которыми в процессе эксплуатации также несколько изменяется, что требует трудоемкой регулировки.

Рис. 11. Блочная ударно-вибрационная площадка с безынерционным пригрузом: 1 — виброблок; 2 — упругие ограничители; 3 — вибровозбудитель; 4 — форма; 5 — захват; 6 — упругий элемент; 7 — пневмопривод

На рис. 11 представлена конструкция блочной ударно-вибрационной площадки с безынерционным пригрузом.

Рис. 12. Конструкция безынерционного пригруза: 1 — цилиндрическая пружина; 2 — гайка; 3 — пневмопривод; 4 — опорная рама; 5 — форма

Особенностью блочных ударно-вибрационных площадок является то, что они созданы на базе виброплощадок с вертикальнонапрвленными колебаниями и состоят из нескольких виброблоков. Особенность виброплощадки (см. рис. 11) состоит в том, что виброблок по ширине выполняется равным ширине формы. Форма устанавливается на упругие ограничители виброблоков без механического крепления. Привод виброблоков осуществляется от двух одновальных вибровозбудителей, которые посредством карданных валов и синхронизаторов кинематически жестко связаны между собой, что обеспечивает синхронность ударов по форме со смесью. Эти виброплощадки работают с угловой частотой колебаний 140 с^–1. Безынерционный пригруз формы (рис. 12) осуществляет необходимый натяг между формой и упругими ограничителями виброблоков.

Такие виброплощадки позволяют уплотнять малоподвижные и жесткие бетонные смеси и формовать протяженные по длине изделия. За счет снижения в два раза частоты вынуждающих колебаний, по сравнению с блочными виброплощадками с вертикально направленными колебаниями, значительно повышена долговечность подшипников узлов и карданных валов.

Виброплощадка с пространственным движением рабочих механизмов представлена на рис. 13.

Ось вибровозбудителя смещена на некоторую величину относительно оси Y, проходящей через центр тяжести (ЦТ) машины. Горизонтальная плоскость действия круговой вынуждающей силы С-С лежит ниже оси X, проходящей через центр тяжести машины. При таком расположении вибровозбудителя в форме возникают сложные пространственные колебания по осям X, Y, Z. Форма устанавливается на раме, которая опирается на фундамент через мягкие виброизолирующие опоры, выполненные из резины, работающей на сжатие и сдвиг. Форма устанавливается без крепления при формовании из пластичных бетонных смесей и при формовании из жестких бетонных смесей крепится к раме клиновыми замками. Варьируя размерами а и b, можно получать различные траектории движения отдельных точек формы.

Рис. 13. Виброплощадка с пространственным движением рабочих механизмов: 1 — одновальный центробежный вибровозбудитель; 2 — рама; 3 — форма; 4 — виброизолирующие опоры

Эти виброплощадки работают с частотой колебаний 150 с^–1, грузоподъемность варьируется от 10 до 60 т.

3. Оборудование для производства железобетонных труб

Центрифуги

Производство труб методом центрифугирования осуществляется в горизонтально расположенных вращающихся формах за счет центробежных сил, возникающих при их вращении. Машины, в которых воздействие на бетонную смесь осуществляется центробежными силами, называются центрифугами. В зависимости от установки и закрепления форм центрифуги делятся на роликовые, ременные, осевые.

Рис. 14. Принципиальные конструкции центрифуг: а — роликовая; б — ременная; в — осевая

Наиболее распространены роликовые и ременные центрифуги. Осевые центрифуги получили незначительное распространение вследствие трудоемкости формования длинномерных изделий изза прогиба формы в процессе уплотнения (рис. 14).

Свободнороликовая центрифуга (рис. 15) предназначена для формования железобетонных труб, опор ЛЭП и стоек. Диаметр условного прохода труб 0,3…1,5, длина 5,15, длина опор ЛЭП 13,5 м.

Рис. 15. Свободнороликовая центрифуга: а — конструкция; б — кинематическая схема; 1 — рама; 2, 9 — ведущие ролики и ведомые; 3 — электродвигатель постоянного тока; 4 — тахогенератор; 5 — щитки; 6 — гидроподъемник; 7 — прижимные ролики; 8 — поворотная стойка; 10 — гидравлический тормоз; 11 — дифференциальный механизм; 12 — ручной гидравлический насос; 13 — зубчатая передача; 14 — цепная передача

Ременная центрифуга (рис. 16) предназначена для производства труб диаметром 0,5…1,0 и длиной 4,2 м. Максимальная мощность привода 46,5 кВт, производительность до 14 труб в смену, габаритные размеры 5,0×4,8×2,2 м.

Рис. 16. Ременная центрифуга: 1 — станина; 2 — ведущий вал; 3 — ведомый вал; 4 — салазки для натяжения ремней; 5 — электродвигатель постоянного тока; 6 — клиноременная передача (28 перекрещивающихся ремней длиной 6,3 м); 7 — тельфер; 8 — форма

Установка радиального прессования железобетонных труб

Радиальное прессование — один из наиболее прогрессивных способов производства безнапорных бетонных и железобетонных

труб, позволяющий эффективно уплотнять особо жесткие бетонные смеси и получать высококачественные изделия.

Изготовление железобетонных труб способом радиального прессования осуществляется в вертикальной форме, установленной соосно с приводным валом формующей головки. Наибольшее распространение получили установки для формования труб раструбом вниз (рис. 17). Установка работает следующим образом. Из питателя 4 бетонная смесь подается в форму 1 с кольцом 2. Уплотнение раструбной части осуществляется в начальной стадии формования вибрационным способом с помощью вибростола 8. После уплотнения раструбной части вибростол выключается и начинается подъем прессующей головки с валом 3, т.е. начинается процесс радиального прессования. Формующая головка состоит из верхнего распределительного конуса или диска 5, снабженного пластинами-метателями 9, прессующих роликов 6, свободно вращающихся на вертикальных осях, и заглаживающего короткого цилиндра 7 — скользящей опалубки.

Рис. 17. Схема установки для радиального прессования

Формование стенок трубы осуществляется при вращении головки и одновременном ее подъеме. Рыхлая бетонная смесь, попадая на вращающийся распределительный конус 5, отбрасывается метателями 9 к стенкам формы 1 под набегающие ролики 6, которые и уплотняют ее.

Возможность формования жестких бетонных смесей и эффективность ее уплотнения придают свежеотформованному бетону высокую первоначальную прочность (0,5…0,6 МПа), позволяющую производить немедленную распалубку труб. Последнее исключает необходимость использования в производстве большого парка форм и, соответственно, снижает металлоемкость такого способа производства труб по сравнению с центрифугированием, вибрационным методом и рядом других. Высокая точность геометрических размеров, равномерность уплотнения по периметру труб при производительности около 1 м/мин и высокой степени механизации работ обеспечивают значительные технико-экономические преимущества этого способа. Преимущества станков радиального прессования заключаются также в незначительном износе рабочих органов и возможности их регулировки с целью устранения влияния износа прессующих роликов на внутренний диаметр трубы; в возможности формования армированных и неармированных труб без переналадки станков. Кроме того, такие станки создают низкий уровень шумов при работе, а режим их работы легко поддается автоматизации. К недостаткам станков радиального прессования относится их значительная высота над уровнем пола, практически ограничивающая их применение для формования труб длиной более 3,5 м. Кроме того, они требуют точного дозирования количества бетонной смеси, подаваемой в форму. Эффективное уплотнение смеси роликами формующей головки достигается при строгом согласовании производительности питателя, подающего смесь в форму, со скоростью подъема формующей головки при условии попадания под ролики необходимого количества смеси. Избыток смеси приводит к перегрузкам привода вращения формующей головки, а иногда и к ее заклиниванию, а недостаток — к снижению производительности и недоуплотнению труб. При изготовлении армированных труб вращающаяся формующая головка иногда закручивает арматуру, которая при немедленной распалубке приводит к разуплотнению изделий, а иногда и к их разрушению.

Установка для формования железобетонных труб в горизонтальном положении

Формование изделия осуществляется на зарезонансных виброплощадках с вертикально направленными колебаниями (рис. 18).

Рис. 18. Схема установки для формования железобетонных труб в горизонтальном положении: 1 — виброблок; 2, 5 — дебалансы; 3 — консоли формы; 4 — форма

Форма устанавливается на два ряда виброблоков. При монтаже дебалансы виброблоков смещают на 180°, что обеспечивает действие в противофазе вынуждающих сил виброблоков, т.е. виброплощадка обеспечивает форме угловые колебания относительно оси формы. За счет этих колебаний бетонной смеси от стенок формы передаются касательные напряжения, которые и обеспечивают ее уплотнение.

Установка для изготовления труб методом осевого вибропрессования

Конструкция установки представлена на рис. 19.

Рис. 19. Станок для производства труб способом вибропрессования: 1 — станина; 2 — каретка; 3 — привод вибросердечника; 4 — поворотный стол; 5 — привод; 6 — тележки; 7 — форма; 8 — загрузочный лоток; 9 — питатель; 10 — каретка; 11 — бункер

На поддон устанавливается неразъемная форма с арматурным каркасом. Поддон с формой подаются на пост формования, где форма приподнимается и устанавливается в центрирующее устройство поворотного стола, и затем тележка откатывается. Опускается вибросердечник, и поворотный стол начинает вращаться. В зазор между сердечником и формой питателем подается бетонная смесь, одновременно включаются вибраторы. Верхняя часть трубы формуется прессующим кольцом, которое опускается на бетон, уложенный в кольцевое пространство между сердечником и формой. Вибросердечник (рис. 20) уплотняет бетонную смесь без вибрации формы. По окончании формования вибросердечник извлекается из изделия, форму с трубой опускают, устанавливают на тележку и вывозят к камере твердения. После снятия с трубы форму отправляют на пост формования.

Рис. 20. Вибросердечник: 1 — электродвигатель; 2 — корпус; 3 — карданный вал; 4 — виброблок

Характеристики станка для производства труб: производительность 8…6 труб/ч; диаметр формуемых труб 1000, 1500 мм; угловая частота колебаний 50; амплитуда 0,7 мм; установленная мощность 41 кВт.

Оборудование для производства напорных железобетонных труб методом виброгидропрессования

Метод предназначен для изготовления напорных труб, работающих под давлением до 1,5 МПа. Особенность метода заключается в конструкции формы (рис. 21).

Рис. 21. Поперечный разрез формы для производства труб методом виброгидропрессования: а — до опрессовки; б — после опрессовки; 1 — полуформа; 2 — внутренняя форма; 3 — рукав высокого давления; 4 — продольные арматурные стержни; 5 — спиральный арматурный каркас; 6 — тарельчатые (пружинные) болты

Собранную форму вертикально устанавливают на пост формования. Сверху на форме установлен загрузочный конус. Бетонная смесь подается винтовым питателем. Заполнение формы осуществляется под действием вибрации за счет навесных вибраторов (пневматических), или форма устанавливается на вибросердечник (рис. 22). Это необходимо для полного и равномерного заполнения формы бетонной смесью, так как она имеет сложный арматурный каркас и раструбную часть. Кроме того, происходит предварительное уплотнение бетонной смеси. После укладки смеси форма переносится на пост опрессовки и тепловлажностной обработки и подключается к источнику воды высокого давления. Вода подается между внутренней формой и рукавом высокого давления, и в течение 0,5 ч давление поднимается до заданного.

Давление воды принимается в 3…3,5 раза больше эксплуатационного (рабочего) давления трубы, на которое она рассчитана.

При этом давлении происходит опрессовка изготавливаемой трубы. Снятие давления воды осуществляется после того, как бетонная смесь наберет необходимую прочность для восприятия усилий от предварительно напряженного спирального арматурного каркаса. В процессе гидравлической опрессовки предварительно уплотненная бетонная смесь перемещается вследствие расширения рукава высокого давления и уплотнения при этом бетонной смеси. При этом смесь давит на спиральный арматурный каркас и напрягает (растягивает) его. Усилие давления бетонной смеси воспринимается внутренней поверхностью полуформ, соединенных пружинными болтами. Полуформы расходятся до тех пор, пока усилие пружинных болтов (предварительно оттарированных) не уравновесит давление на них бетонной смеси. В этом положении и проводится тепловлажностная обработка. Таким образом, этот способ позволяет в процессе формования обеспечить напряжение спирального арматурного каркаса.

Рис. 22. Конструктивная схема вибросердечника: 1 — корпус; 2 — гидроцилиндры; 3 — клиновые замки; 4 — упоры; 5 — карданы; 6 — приводной электродвигатель; 7 — виброизолирующие пружины; 8 — рама

Изготовление напорных труб осуществляется из жестких бетонных смесей.

Данным способом производятся трубы диаметром от 300 до 1200 мм и длиной до 5 м. При формовании труб диаметром 300…600 мм применяют вибросердечники.

При использовании пневматических вибровозбудителей их число подбирается исходя из площади — 1 шт. на 2…3 м² площади наружного кожуха.

4. Кассетные установки

Кассетные установки получили широкое распространение для производства сплошных панелей перекрытий, пола, внутренних стен и перегородок, лестничных маршей. Кассетная установка состоит из многоместной формы — кассеты и машины для распалубки и сборки кассет (рис. 23). Одновременно может изготавливаться 10…12 изделий и более.

Рис. 23. Кассетная установка: 1 — кассета; 2 — машина для сборки-разборки кассет; 3 — стойка; 4 — балки; 5 — дорожки; 6 — отсеки кассеты; 7 — опорные ролики; 8 — гидроцилиндр; 9 — амортизаторы; 10 — упоры; 11 — механизм распалубки; 12 — штанга

Рис. 24. Схема кассетной установки: 1 — неподвижная стенка; 2 — разделительная стенка; 3 — эжектор; 4 — тепловая стенка; 5 — вибраторы; 6 — рабочие борта; 7 — подвижная стенка

Машина для распалубки и сборки кассет представляет собой жесткий портал, верхние балки которого снабжены одной призматической направляющей для движения роликоопор кассеты с ребордами, а вторая направляющая выполнена плоской под цилиндрические роликоопоры.

Кассета (рис. 24) состоит из отдельных вертикальных отсеков. Каждый отсек состоит из формовочного и теплового отсеков, куда подается пар при тепловлажностной обработке (ТВО). Между парно расположенными отсеками имеется разделительный лист (вертикальный отсек), отделяющий одно изделие от другого. Подвижная стенка кассеты шарнирно связана с силовой рычажной системой машины, которая обеспечивает перемещение стенок кассеты по направляющим. Полный ход подвижной стенки может составлять до 0,85 м. Машина имеет не менее двух автоматических механизмов запирания кассет для исключения самопроизвольного раскрытия в процессе формования и тепловой обработки.

Рис. 25. Схема установки вибровозбудителей на торцах разделительных листов кассетной формы: 1 — вибровозбудитель; 2 — разделительный лист; 3 — паровой отсек; 4 — изделие

В начале работы все стенки кассеты (рис. 25), кроме неподвижной, отведены в крайнее правое положение. Производится очистка и смазка первого рабочего отсека и укладка в него арматурного каркаса и закладных деталей. Затем осуществляется перемещение всех стенок до упора с неподвижной. Неподвижная стенка соединяется с первой разделительной стенкой, и открывается замок, соединяющий ее со следующей тепловой стенкой. Машина для распалубки и сборки посредством рычажной системы отводит в крайнее правое положение все стенки, связанные замками с подвижной. При этом открывается второй рабочий отсек. Далее описанный цикл повторяется, пока все отсеки не будут подготовлены к работе. После этого кассеты сверху заполняются бетонной смесью и включаются вибровозбудители для ее уплотнения. После окончания заполнения рабочих отсеков и уплотнения бетонной смеси в тепловые отсеки подают пар под давлением до 0,015 МПа. После окончания тепловой обработки кассетно-формовочная установка работает в обратной последовательности. Готовые изделия снимаются краном.

5. Оборудование для формования многопустотных панелей

Для формования многопустотных панелей применяют формовочные машины с вибрационными пустотообразователями или виброплощадки с механизмами-пустотообразователями без вибратора. Формовочные машины входят в состав поточно-агрегатных конвейерных линий.

Железобетонные изделия с пустотами могут быть выполнены в виде плит перекрытий, вентиляционных блоков и других изделий. Пустоты в изделиях также могут быть нужны для образования каналов для последующего получения напряженных железобетонных изделий (напряжение арматуры на готовое железобетонное изделие). Для изготовления многопустотных железобетонных изделий используются жесткие бетонные смеси (не менее 50 с) и специальные формовочные установки. Пустоты в изделии могут быть любой формы — квадратные, круглые, овальные и т.д. Наиболее распространены вкладыши круглого сечения. Для образования пустот при вибрационном уплотнении используются вкладыши (или пустотообразователи), которые могут быть активными (вибрационными) и пассивными (не имеющими вибровозбудителя).

Наибольшее распространение получили машины со встроенными вибраторами, например, при производстве многопустотных панелей в составе агрегатно-поточных или конвейерных линий.

Пустообразователи устанавливаются на формовочной машине. Одним из основных узлов формовочной машины является каретка, которая предназначена для перемещения пустотообразователей. В зависимости от типа технологической линии, в которой они используются, их конструкции могут иметь некоторые различия.

Конструктивная схема формовочной машины (с активными или пассивными пустотообразователями) представлена на рис. 26.

Рис. 26. Конструктивная схема формовочной машины: 1 — каретка; 2 — рельсовый путь; 3 — пустотообразователь; 4 — опорный ролик; 5 — форма с отверстием в поперечных бортах

Каретка формовочной машины предназначена для установки (введения) пустотообразователей (вибровкладышей) в форму.

Кинематическая схема формовочной машины представлена на рис. 27.

Рис. 27. Кинематическая схема формовочной машины: 1 — электродвигатель; 2 — муфта с тормозом; 3 — редуктор; 4 — рама; 5 — зубчатая передача; 6 — цевочное зацепление

Для повышения качества плит формовочные установки снабжаются вибропригрузами. Кроме того, применение активных пустотообразователей улучшает условия труда, значительно снижает вибрационные нагрузки на фундаменты формовочных установок. Одновальный вибровозбудитель (один или несколько) располагается внутри пустотообразователя. Корпуса вибровозбудителей жестко крепятся к пустотообразователю так, чтобы их ось совпадала с его осью. Валы вибровозбудителей связываются упругими муфтами.

Рис. 28. Пустотообразователь дебалансно-планетарного типа: 1 — труба; 2 — упругие втулки; 3 — промежуточные валы; 4 — хомуты; 5 — цилиндрический корпус подшипниковых опор; 6 — дебалансный вал

Недостатком такой конструкции является трудоемкость монтажа и демонтажа. От этого недостатка освобождены вибровозбудители дебалансно-планетарного типа. В этом случае вибровозбудители не крепятся к пустотообразователю, а корпус (бегунок) подшипниковой опоры дебалансного вала свободно прокатывается по внутренней поверхности трубы.

Пустотообразователь дебалансно-планетарного типа представлен на рис. 28.

Схемы расположения приводных электродвигателей вибрационных пустотообразователей представлены на рис. 29.

Рис. 29. Схемы расположения приводных электродвигателей активных пустотообразователей: а — со встроенным электродвигателем; б, в — с выносным электродвигателем

6. Передвижные (скользящие) виброформы

Представляют собой непрерывно или последовательно перемещающийся вдоль длины формуемого изделия элемент формы, с установленными на нем вибровозбудителями. В процессе изготовления изделия обеспечивается немедленная его распалубка (рис. 30).

Рис. 30. Схема передвижной виброформы: 1 — электродвигатель; 1— синхронизатор; 3 — бункер; 4 — вибросекции; 5 — виброблоки; 6 — стабилизаторы; 7 — пружинная подвеска

Для предупреждения разрешения (оплывания) отформованного участка изделия (близкого к виброформе и находящегося под действием вибрации) виброформы оборудованы бортами-стабилизаторами.

При наружном формовании широко используются навесные электромеханические и пневматические вибровозбудители с круговыми и направленными колебаниями.

7. Оборудование для непрерывного стендового формования железобетонных изделий

Непрерывное формование железобетонных изделий (пустотных, ребристых и сплошных панелей перекрытия, сплошных плит, ригелей, свай) осуществляется на стендах, представляющих собой полосы длиной от 90 до 200 м, специальными машинами, которые перемещаются вдоль стенда-полосы. Уплотнение бетонной смеси осуществляется в ограниченном объеме, а за перемещающейся машиной остается бетонная полоса заданного профиля с постоянным сечением. Для получения изделий требуемой длины после тепловой обработки, которая проводится на месте формования, стенды снабжены механическими пилами с алмазными дисками. По способу уплотнения бетонной смеси различают машины с вибрационным уплотнением — слипформеры и машины, использующие экструзионное уплотнение — экструдеры. Данная технология имеет существенное преимущество при формовании пустотного настила в сравнении с традиционными технологиями производства железобетонных изделий.

Преимуществом слипформеров являются более широкий ассортимент в выборе продукции (колонны, ригели, пустотный настил, промышленные стеновые панели), а также быстрота переоснастки и переход к выпуску других изделий; недостатком — шум и вибрация.

Преимущества экструдеров заключаются в уменьшении расхода цемента, использовании жесткой бетонной смеси с нулевой осадкой конуса; значительно более низком уровне шума, менее 85 дБ; высоком качестве изделий и сокращении времени их твердения до 6 ч; недостатки — в сложности и продолжительности переоснастки при переходе на выпуск другой продукции до 10 ч.

Принципиальная схема вибрационной машины непрерывного формования с двухступенчатым вибрационным поверхностным уплотнением и активными пустотообразователями представлена на рис. 31.

Формование осуществляется на поддоне 1, над которым натянуты пряди преднапряженной арматуры 2. Нижний слой бетонной смеси подается при движении машины из бункера 3. Уплотнение смеси осуществляется поверхностным высокочастотным уплотнителем (вибратором) 4 и активными пустотообразователями 11. С бухты 6 по направляющим подается арматурная сетка. Из бун

кера 7 подается второй слой бетонной смеси, который уплотняется высокочастотным вибрационным уплотнителем 8. После обоих поверхностных уплотнителей установлены стабилизирующие плиты 5 и 9. Они улучшают уплотнение бетонной смеси и исключают возможность вдавливания ее из-под уплотнителя 8, обеспечивая заданную толщину формуемой панели. Отделка поверхности изделий производится заглаживающими валиками 10.

Рис. 31. Принципиальная схема вибрационной машины непрерывного формования

Перемещение слипформера вдоль стенда-поддона осуществляется от канатно-гидравлического привода со скоростью 1…3 м/мин и контролируется оператором.

Принципиальная схема шнекового экструдера показана на рис. 32.

Рис. 32. Принципиальная схема шнекового экструдера

Перемещение экструдера и формование изделия производится на стенде-поддоне 1 за счет силы реакции, возникающей при нагнетании бетонной смеси в формующую камеру. Вращение шнеков 8 осуществляется в одном направлении от привода 2, 3. Во внутренней полой части шнеков установлены центробежные вибровозбудители 10 , которые приводятся во вращение от высокочастотных электродвигателей через полые валы шнеков. За бункером установлен высокочастотный поверхностный вибрационный уплотнитель 5, а за ним стабилизирующая плита 6. С основной частью шнеков 8 через упругие резиновые втулки 9 соединены их стабилизирующие части 7. Бетонная смесь поступает из бункера 4 на лопасти шнеков 8 под собственным весом, которые нагнетают ее в формовочную камеру. Здесь под действием вибрации шнеков и поверхностного уплотнения осуществляется уплотнение смеси. Невибрируемые стабилизирующие части пустотообразователей 7 и стабилизирующая плита 6 проводят заглаживание поверхности изделия.

Таким образом, под действием прессующих давлений и вибрации производится формование и уплотнение бетонной смеси. Возникающая горизонтальная сила реакции перемещает экструдер со скоростью 1…1,5 м/мин вдоль стенда-поддона. Этот процесс формования совершается непрерывно, и за экструдером на стенде остается отформованная бетонная полоса заданного сечения. Ресурс работы экструдера определяется износом шнеков