Вибрационно-ударные колебания создают: сочетанием постоянного вибрирования с периодическим интенсивным встряхиванием колеблющейся бетонной массы; заменой эластичных пружин виброплощадки упругими прокладками; подъемом формы с бетоном на некоторую высоту и ее падением на жесткое основание; при уплотнении смеси сверху создают такие колебания, при которых виброплита периодически отрывается от поверхности формуемого изделия и падает, нанося удары по поверхности. Увеличение интенсивности вибрирования при виброударном и ударном уплотнении позволяет уменьшить частоты колебаний до 10…25 Гц.
По принципу действия вибровозбудителей и передачи колебаний бетону виброплощадки подразделяют на несколько типов
(рис. 10.3).
Одновальные виброплощадки с круговыми колебаниями применяются для изготовления изделий шириной до 1,2 м (рис. 10.3, а). Виброплощадка представляет собой жесткую раму 1, установленную на пружинах 4. Под рамой закреплен вал с дебалансами (неуравновешенными массами), являющийся рабочим органом вибровозбудителя колебаний 3. Вал приводится в движение электродвигателем через телескопическую шарнирную муфту. На раме установлена форма 2. Виброплощадки с вертикально направленными колебаниями с маятниковой подвеской вибраторов используют для уплотнения малогабаритных изделий и контрольных образцов бетона (рис. 10.3, б). В отличие от предыдущей виброплощадки вибратор 5 подвешен шарнирно, благодаря чему от вибратора к раме передаются только вертикальные колебания. Двухвальная виброплощадка с вертикально направленными колебаниями применяется для формования широкой номенклатуры плоских железобетонных изделий в одиночных и многоместных формах (рис. 10.3, в).
|
| ||||||||
| |||||||||
|
|
|
|
|
Рис. 10.3. Схемы вибрационных площадок
Вертикально направленные колебания образуются за счет синхронного вращения навстречу друг другу валов 6 с симметрично расположенными дебалансами. Возникающие при работе вибраторов горизонтальные силы взаимно уничтожаются, а вертикальные силы складываются и передаются формуемому изделию. Аналогичная по принципу действия виброплощадка на воздушной подушке (рис. 10.3, г) имеет резиновый герметизирующий контур 8,
в который через штуцер 9 нагнетается воздух. При этом создается такое давление в контуре, чтобы рама поднялась над упорами 7 на несколько миллиметров и в процессе работы не касалась их. Изменяя давление воздуха, можно в определенных пределах менять грузоподъемность виброплощадки. Воздушная подушка позволяет снизить вибрационное воздействие и уровень шума на работающих. Виброплощадки с ограничителем перемещения виброблока (рис. 10.3, д) используют для уплотнения смесей повышенной жесткости. Виброблок с вертикально направленными колебаниями 6 подвешен на пружинах 4 к раме 1. Между виброблоками и рамой устанавливают с небольшим зазором (меньшим амплитуды колебаний) упругие резиновые или стальные ограничители 10. При использовании ограничителей наблюдается виброударный режим работы и возбуждаются квазигармонические колебания, что повышает эффективность уплотнения бетона, но уменьшает срок службы виброплощадок.
Виброплощадки с двухвальным виброблоком крутильных колебаний используют для уплотнения смесей в изделиях больших сечений (рис. 10.3, е). Крутильные колебания образуются в системе путем установки дебалансов на двух валах со смещением на 180°. Валы вращаются синхронно навстречу друг другу, в результате чего появляется вращательный момент с изменяющимся направлением действия силы.
Виброплощадка, работающая по принципу вибропоршня, предназначается для формования изделий значительной высоты (рис. 10.3, ж). Уплотнение смеси происходит за счет непосредственной передачи вертикальных колебаний от двухвального виброблока 6 через раму 1 (вибропоршня) бетонной массе 12. Чтобы не происходило утечки цементного теста, между рамой и бортами формы 11 установлена эластичная уплотнительная прокладка 13. При вибропоршневом уплотнении бетона снижаются затраты энергии на уплотнение, так как уменьшается колеблющаяся масса
(не колеблется форма) и создаются более благоприятные условия труда.
Виброплощадки с горизонтально направленными колебаниями применяются при уплотнении бетона в длинномерных изделиях (балках, колоннах и др.) (рис. 10.3, з). Виброблок горизонтально-направленных колебаний 6 крепится к плоской плите 14, зажатой между пакетом пружин 15, соединенных специальным замком с торцевой стенкой продольной формы 16. Форма установлена на гибких опорах 17, которые не гасят продольные колебания. Для создания квазигармонических колебаний и повышения эффективности уплотнения в отдельных случаях между плитой и рамой формы ставят нелинейные ограничители колебаний.
С целью интенсификации уплотнения малоподвижных и жестких смесей на виброплощадках используют пригрузы, создающие давление на поверхность бетона 3...7 МПа. Пригрузы повышают качество уплотнения и примерно вдвое сокращают время виброобработки. Различают инерционные, безынерционные и подрессоренные пригрузы.
Инерционный пригруз представляет собой тяжелую плиту, которая опускается на поверхность формуемого изделия и своей массой создает давление на уплотняемую смесь. Этот вид пригруза элементарно прост по конструкции, но для создания давления
в 3∙103 МПа на площади 1 м2 требуется масса 300 кг, а соответственно на 10 м2 – 3 т. Инерционный пригруз своей массой гасит амплитуду колебаний и тем самым снижает интенсивность вибрации. Чтобы уменьшить колеблющуюся массу, применяют безынерционные пневматические и механические рычажные пригрузы. Безынерционные пригрузы имеют значительно меньшую массу и представляют собой либо ребристую жесткую плиту, соединяемую
с поддоном формы пневматическими цилиндрами, либо две жесткие плиты, между которыми располагают воздушную подушку или распорное рычажное устройство. Во втором случае верхняя плита при помощи тяг также соединяется с поддоном формы. Давление на поверхность уплотняемой смеси создается не массой пригруза,
а с помощью пневматических цилиндров, воздушных подушек или рычажных устройств (рис. 10.4).
Безынерционный пригруз опускают на поверхность бетона, верхнюю плиту соединяют тягами с поддоном и подают в резиновые подушки сжатый воздух. Увеличивающиеся в объеме подушки стремятся раздвинуть нижнюю и верхнюю плиты пригруза, но так как верхняя плита удерживается тягами, то нижняя плита перемещается и давит на бетон. Тот же принцип передачи давления применяется при использовании рычажного механизма, расположенного между двумя плитами. Подрессоренный пригруз работает по двухмассной колебательной схеме. Он состоит из верхней тяжелой плиты и нижней относительно легкой. Между этими плитами расположены эластичные рессоры, соединяющие их в одно целое. Хотя этот пригруз, как и инерционный, имеет большую массу, при уплотнении смеси не происходит значительного уменьшения амплитуды колебаний и интенсивности вибрации, так как рессоры дают возможность легкой нижней плите перемещаться и не гасить колебания.
Рис. 10.4. Схема безынерционного пригруза с пневматическими
подушками:
1, 2 – соответственно верхняя и нижняя плита пригруза; 3 – воздушные подушки; 4 – тяги; 5 – форма; 6 – виброплощадка; 7 – вибратор; 8 – бетон
Рис. 10.5. Схема виброштампования бетонной смеси:
1 – виброштамп; 2 – прижимная ограничительная рама; 3 – бортовая оснастка
Виброплощадки применяются для уплотнения бетона при изготовлении железобетонных плит и конструкций (рис. 10.5). Раствор загружается в емкость (форму), подвергается воздействию вибрации, в процессе которой бетон уплотняется, выходит воздух, происходит распределение компонентов материала по всем углам формы, после чего форму снимают и отправляют на сушку. Достоинства виброплощадок: позволяют интенсифицировать процесс изготовления конструкций, повысить прочность железобетонных изделий. Недостатки: большие габаритные размеры, металлоемкость, расход электроэнергии, шумность рабочего процесса.
Рис. 10.6. Схема виброплощадки
Порядок выполнения расчета
Чтобы рассчитать основные параметры виброплощадок
(рис. 10.6), необходимо определить:
– массу формуемого изделия, кг,
(10.2)
где b – ширина плиты; h – толщина плиты; l – длина плиты; 
– плотность бетонной смеси, кг/м3;
– грузоподъемность виброплощадки, Н,
; (10.3)
– массу вибрирующих частей, кг,
, (10.4)
где a – коэффициент присоединенной массы (a = 0,9…1 при 
, при 
м при угловой частоте 
); 
= 1,3…2,2 – конструктивный коэффициент металлоемкости, соответственно для блочных и рамных виброплощадок;
– вынуждающую силу вибровозбудителей, Н,
, (10.5)
где 
– амплитуда виброперемещений, достаточная для уплотнения бетонной смеси заданной жесткости на определенной угловой частоте (
= 0,3…0,56 для малоподвижных смесей; = 0,7…0,8 для жестких смесей при 
);
– жесткость комплекта упругих опор, Н/м,
(10.6)
где n = 30…60 – число дебалансов, число комплектов упругих опор;
– статический момент массы дебаланса, кг×м,
; (10.7)
– мощность привода, Вт,
(10.8)
где и – коэффициент, учитывающий направленность колебаний виброплощадки и потери на трение в вибровозбудителе (
для направленных колебаний, 
для круговых колебаний при центробежном возбудителе, м); h – КПД привода.
Контрольные вопросы для защиты лабораторной работы
1. Классификация виброплащадок.
2. Принцип работы виброплащадок.
3. Схемы виброплащадок.
4. Что называют тиксотропными превращениями?
Лабораторная работа № 11. Цилиндрические глубинные вибраторы
Цель работы. Определение: 1) инерционных характеристик вибромашины: m – масса вибромашины, приведенная к плоскости действия вынуждающей силы, кг; 2) усилий, действующих в конструкции, и динамических параметров: F – вынуждающая сила вибровозбудителя, Н; Х б – амплитуда виброперемещений в бетонной смеси, м; 3) мощности привода: P – мощность электродвигателя, кВт; 4) производительности вибрирования: R – радиус действия вибромашины.
Исходные данные для лабораторной работы №11
| Последняя цифра шифра зачетной книжки | d, м | h, м | w, рад/с | x o, м | m, кг |
| 0,10 | 0,50 | 1,5×10–3 | |||
| 0,12 | 0,60 | 1,8×10–3 | |||
| 0,14 | 0,70 | 2,0×10–3 | |||
| 0,16 | 0,80 | 2,2×10–3 | |||
| 0,18 | 0,90 | 2,4×10–3 | |||
| 0,20 | 0,95 | 2,6×10–3 | |||
| 0,22 | 1,00 | 2,8×10–3 | |||
| 0,24 | 1,20 | 3,0×10–3 | |||
| 0,26 | 1,40 | 3,2×10–3 | |||
| 0,28 | 1,60 | 3,5×10–3 |
= 4×104 Н×с/м3, 
= 30 кг, 
= 0,055, 
Общие теоретические сведения
Цилиндрические глубинные вибраторы применяют для уплотнения бетонных смесей при их укладке в монолитные и массивные строительные конструкции с различной степенью армирования (блоки, фундаменты, пазухи), а также при изготовлении железобетонных изделий (ферм, колонн, балок). Уплотнение осуществляется путем погружения их в массу бетонной смеси. Эти вибровозбудители подразделяются на ручные и подвесные, подвешиваемые на крюке грузоподъемного устройства. По типу центробежного механизма они делятся на дебалансные и фрикционно-планетарные. Для привода вибровозбудителей применяют электрические, пневматические, гидравлические двигатели и двигатели внутреннего сгорания.
Электрические ручные глубинные вибровозбудители конструктивно выполняются с вынесенным и встроенным двигателем. В конструкциях с вынесенным двигателем вращение от двигателя передается через гибкий вал посредством кулачковой муфты правого вращения на вибронаконечник – вибрационный механизм,
заключенный в цилиндрический корпус. Они комплектуются вибронаконечниками различных размеров. Вибровозбудители со встроенным двигателем состоят из вибронаконечника и рукоятки с выключателем, соединенных резинотканевым рукавом.
Основной сборочной единицей глубинных вибровозбудителей является вибронаконечник, выполненный в виде закрытого цилиндрического корпуса с расположенным в нем вибрационным механизмом, а в некоторых конструкциях и двигателем. Вал глубинного дебалансного вибровозбудителя приводится во вращение от вынесенного двигателя и опирается на подшипники, установленные
в его корпусе. При вращении вала с дебалансом возникают круговые колебания при параллельном движении оси вибровозбудителя, которые через подшипники передаются корпусу и через него бетонной смеси. Достоинствами таких возбудителей являются простота изготовления и эксплуатации и низкая стоимость.
Вибровозбудители фрикционно-планетарного типа с наружной и внутренней обкаткой представлены на рис. 11.1, а, б. Вращение от шпинделя 1 через шарнир 2 передается на вал 3 с дебалансом 5, взаимодействующим с поверхностью детали 6, вмонтированной в корпус. Каждая обкатка дебаланса 5 вызывает одно круговое колебание вибровозбудителя. Связь между частотой вращения вала п и частотой колебаний вибровозбудителя п квыражается зависимостями: для наружной обкатки n к = n / (D/d – 1); для
внутренней п к= n /(1 – D/d),где D и d – диаметры поверхностей обкатки, мм.
Это дает возможность при определенных соотношениях D / d, используя электродвигатели нормальной частоты, получать высокую частоту колебаний вибровозбудителя (пк = 10...20 тыс. кол./мин).
Высокая частота обкатки достигается при умеренной собственной частоте вращения дебаланса, а вынуждающая сила воспринимается непосредственно корпусом без участия подшипников.
|
|
Рис. 11.1. Общий вид и конструктивная схема глубинного
вибровозбудителя
Такие вибровозбудители наиболее эффективно применять при уплотнении бетонных смесей с мелким заполнителем. Для некоторых случаев использования имеет значение другое преимущество фрикционно-планетарных вибровозбудителей: возможность получения двухчастотной вибрации с применением дебалансов, неуравновешенных относительно собственной оси вращения. Тогда будут порождаться две основные компоненты радиальной силы: высокочастотная, соответствующая обкатке, и низкочастотная, соответствующая собственному вращению бегунка. Применение таких вибровозбудителей способствует увеличению радиуса их действия и производительности вследствие нахождения в заполнителе бетонной смеси частиц разных размеров.
Выбор размера вибронаконечника зависит от конкретных условий работы. Например, для уплотнения бетонной смеси в густоармированных и стесненных местах применяются вибронаконечники малого диаметра. При выборе принято считать, что расстояние между стержнями арматуры составляет: для густоармированных конструкций – 40...100 мм, среднеармированных – 100...300 мм, малоармированных – более 300 мм. С помощью глубинных вибровозбудителей можно уплотнять пластичные и малоподвижные бетонные смеси с осадкой стандартного конуса не менее 1 см. Радиус эффективного действия глубинных вибровозбудителей
в бетонной смеси увеличивается с ростом амплитуды в диапазоне от 0 до 3,5 мм при постоянной частоте вибрирования. Увеличение диаметра корпуса вибровозбудителя приводит к увеличению радиуса эффективного действия. Бетонная смесь на мелком заполнителе лучше уплотняется на более высоких частотах и меньших амплитудах колебаний. При увеличении крупности заполнителя целесообразно увеличение амплитуды колебаний.
На рис. 11.2 показан дебалансный вибровозбудитель со встроенным двигателем.
Рис. 11.2. Внешний вид и схемавибровозбудителя со встроенным электродвигателем
При включении пускателя 6 ток по кабелю 5 подается на двигатель 4 с насадкой 2, вращающейся на двух шарикоподшипниках, установленных в корпусе 3 с приваренным к нему наконечником 1. Колебания создаются дебалансом, расположенным между опорными подшипниками с жидкой циркулирующей смазкой. Благодаря отсутствию гибкого вала повышается их надежность в эксплуатации. Глубинные вибровозбудители со встроенным электродвигателем выпускаются также и для работы при подвешивании к грузоподъемному устройству. При диаметре корпуса 180 мм и мощности электродвигателя 3,0 кВт их масса составляет 250 кг. Они применяются преимущественно для уплотнения тяжелых бетонных смесей с осадкой стандартного конуса 1...3 см, укладываемых в армированные и малоармированные монолитные конструкции.
На рис. 11.3 представлена схема пневматического двухчастотного вибровозбудителя, работа которого основана на принципе планетарного обкатывания эксцентрично расположенного дебаланса 2 вокруг оси 1 корпуса 4 и вращения его вокруг своей продольной оси. Вибровозбудитель приводится в действие сжатым воздухом, действующим на лопатку 3. Камера, образованная бегунком
и осью, делится лопаткой на две полости. Сжатый воздух поступает по шлангу в правую полость камеры через отверстия в оси, что обеспечивает вращение бегунка. Выхлоп отработанного воздуха из левой полости происходит через отверстия в щитах и отводится по отводящему шлангу. Пуск и остановка пневмодвигателя осуществляется перекрытием пробкового крана. Такие вибровозбудители работают при давлении воздуха 0,4...0,6 МПа и его расходе 0,7...1,3 м3/мин с частотой 2300…14 000 кол./мин.
Для уплотнения очень больших объемов бетонной смеси в монолитных сооружениях при строительстве крупных гидроэлектростанций применяются подвесные глубинные вибровозбудители повышенной мощности и производительности. Они состоят из фрикционно-планетарного механизма и пристроенного асинхронного электродвигателя. На некоторых из них к нижней части корпуса приваривают лопасти, расположенные асимметрично в продольно-радиальных сечениях корпуса, что приводит к повышению производительности вследствие увеличения поверхности, передающей вибрацию бетонной смеси. Такие вибровозбудители подвешиваются на кран, кран-балку или трактор. Их применение исключает непосредственный контакт оператора с вибровозбудителями, избавляет бетонщиков от тяжелого ручного труда. При этом осуществляется комплексная механизация процессов укладки и уплотнения малоподвижных бетонных смесей на работах большого объема, повышаются производительность и качество бетонных работ. При изготовлении бетонных и железобетонных изделий в заводских условиях широко применяются вибрационные площадки и формовочные установки, в которых одной из основных сборочных единиц является вибровозбудитель.
Рис. 11.3. Схема пневматического двухчастотного вибровозбудителя
Конструктивно вибрационная площадка имеет один или несколько столов, на которых устанавливается заполненная бетонной смесью форма для последующего вибрирования. Преимущественное применение имеют виброплощадки с дебалансным вертикально или горизонтально направленным виброприводом.
Предназначены для уплотнения бетонных смесей на больших глубинах при проведении строительных работ (заливке больших количеств бетона, раствора). При погружении в бетонную смесь вынуждающие колебания машины разжижают бетон (тем самым облегчают выход воздуха из раствора), интенсифицируют заполнение полостей опалубки (формы). Достоинства глубинного циклического вибратора (рис. 11.4): простота конструкции, надежность
в работе. Недостатки: большой вес, значительное потребление электроэнергии, шумность в работе, необходимость в постоянном контроле рабочих параметров машины.
Порядок выполнения расчета
Чтобы рассчитать основные параметры глубинного цилиндрического вибратора, необходимо определить:
– массу вибромашины, приведенную к плоскости действия вынуждающей силы
, (11.1)
где 
– масса вибромашины, кг.
– вынуждающую силу вибровозбудителя, Н,
(11.2)
где – амплитуда виброперемещений, м; w – угловая частота вибрирования, рад/с;
– амплитуду виброперемещений рабочего органа в бетонной смеси, м,
, (11.3)
где = 0,3…0,4 – приведенная масса бетонной смеси, кг; 
– удельное диссипативное сопротивление бетонной смеси 
; 
– диаметр рабочего органа, м; 
– высота рабочего органа, м;
– мощность электродвигателя, кВт,
, (11.4)
где 
– внутренний диаметр подшипника вибровозбудителя, м;
– коэффициент трения в подшипнике;
– радиус действия вибромашины, м,
.
Рис. 11.4. Схема цилиндрической глубинной вибромашины
Контрольные вопросы для защиты лабораторной работы
1. Классификация цилиндрических глубинных вибромашин.
2. Принцип работы цилиндрических глубинных вибромашин.
3. Схемы цилиндрических глубинных вибромашин.
Лабораторная работа № 12. Плоскостные глубинные вибромашины
Цель работы. Определение: 1) инерционных характеристик вибромашины: m – масса вибромашины, приведенная к плоскости действия вынуждающей силы, кг; 2) усилий, действующих в конструкции, и динамических параметров: F – вынуждающая сила вибровозбудителя, Н; Х б – амплитуда виброперемещений в бетонной смеси, м; 4) мощности привода: P – мощность электродвигателя, кВт; 5) производительности вибрирования: Е – перепад амплитуд виброперемещений; D – дальность действия вибромашины, м.
Исходные данные для лабораторной работы № 12
| Последняя цифра шифра зачетной книжки | b, м | h, м | w, рад/с | х о, м | m, кг |
| 0,3 | 0,15 | 1,5×10–3 | |||
| 0,35 | 0,20 | 2,0×10–3 | |||
| 0,4 | 0,25 | 2,5×10–3 | |||
| 0,45 | 0,30 | 3,0×10–3 | |||
| 0,5 | 0,35 | 3,2×10–3 | |||
| 0,55 | 0,38 | 3,5×10–3 | |||
| 0,6 | 0,4 | 4,0×10–3 | |||
| 0,65 | 0,42 | 3,5×10–3 | |||
| 0,7 | 0,45 | 3,2×10–3 | |||
| 0,75 | 0,5 | 4,0×10–3 |
