Бетоносмесительные машины классифицируют главным образом по их основным технологическим признакам: способу перемешивания и режиму работы.

По способу перемешивания компонентов бетона все смесители подразделяются на:
а) Бетоносмесители гравитационного типа, в которых перемешивание основано на принципе свободного падения материалов под действием силы тяжести. Гравитационные бетоносмесители применяют преимущественно для приготовления подвижных смесей с крупным заполнителем (до 150 мм, а в отдельных случаях и выше). Для приготовления смесей малой подвижности (жестких смесей) гравитационные смесители менее приспособлены и требуют значительного увеличения продолжительности перемешивания.
б) Бетоносмесители с принудительно перемешивающими лопастями, укрепленными на одном или двух вращающихся валах (лопастные смесители), соответственно одно- или двухвальные; такие смесители могут готовить смеси любой консистенции, включая жесткие смеси и притом за более короткий цикл перемешивания. Однако область их применения ограничивается размерами крупного заполнителя, который из-за интенсивного износа активных частей машины обычно не должен превышать 40—80 мм. Смесители с принудительно перемешивающими лопастями применяют как для приготовления бетонных смесителей, так и строительных растворов.
в) Вибрационные бетоносмесители, у которых перемешивание достигается вибрированием корпуса вместе со смешиваемой массой. Вибрационные смесители в основном предназначаются для приготовления особо жестких смесей, применяемых для сборного железобетона.
г) Бетоносмесители с комбинированным перемешиванием, сочетающие различные способы образования смеси: свободное падение и вибрацию, свободное падение и принудительное перевешивание лопастями, принудительное перемешивание лопастями и вибрацию. Эти смесители могут готовить смеси любой консистенции.

Внутри этой группы бетоносмесители могут еще подразделяться по таким признакам, как форма смесительного барабана, способ выгрузки приготовленной смеси, конструкция рабочг органов и т. п.

По режиму работы бетоносмесительные машины независим от способа перемешивания разделяются на два типа —смесит ли цикличного и непрерывного действия. У машин цикличного действия загрузка всех компонентов бетона производится отдельными отдозированными порциями, подаваемыми в смесительный барабан только после выгрузки из него приготовленной перед этим смеси. Рабочий цикл смесителя цикличного действия разбивается на три протекающие последовательно одна за другой операции: загрузка в смесительный барабан отдозированных компонентов, перемешивание, выдача готовой смеси (замеса).

В смесителях непрерывного действия все операции совмещаются во времени и выдача готовой смеси происходит непрерывно. Такого типа смесители принципиально являются более прогрессивными по сравнению со смесителями гравитационного типа: они более компактны, имеют меньший вес, менее энергоемки и более производительны.

Внедрение машин непрерывного действия в последующем, по мере их усовершенствования, позволит сократить количество типоразмеров выпускаемых смесителей.

Главным параметром бетоносмесителей цикличного действия в настоящее время принят объем готового замеса в литрах вместо так называемой «емкости по загрузке» по прежней терминологии.

Главным параметром бетоносмесителей непрерывного действия является производительность в м3/ч готовой бетонной смеси.

В зависимости от степени подвижности бетоносмесители могут быть передвижные и стационарные. Передвижные смесители обычно имеют объем готового замеса в пределах 65—165 л.

Бетоносмесители для приготовления подвижных бетонных смесей

Для приготовления подвижных бетонных смесей применяют бетоносмесители цикличного и непрерывного действия гравитационного типа. Это наиболее распространенный тип смесителя, что объясняется простотой его конструкции и надежностью в эксплуатации.

Цикличные гравитационные бетоносмесители изготовляют с объемом готового замеса 65—3000 л. По способу установки рабочего органа — смесительного барабана они подразделяются на машины:
а) с наклоняющимся барабаном — грушевидной и двухконусной формы;
б) со смесительным барабаном с неизменным положением оси вращения — цилиндрической, двухконусной и грушевидной формы.

Гравитационные смесители с барабаном грушевидной формы (рис. 208) с объемом готового замеса 30—165 л выпускаются передвижными, а свыше 165 л — стационарными. Загрузка отдозированных компонентов и выгрузка готовой бетонной смеси производится через одно и то же отверстие — открытый торец верхней части вращающегося барабана.

Рис. 208. Гравитационный смеситель с барабаном грушевидной формы: 1 — электродвигатель; 2 — редуктор; 3 — смесительный барабан; 4 — зубчатый венец; 5 — траверса; 6 — штурвал для наклона траверсы; 7 — ковш; 8 — барабан механизма подъема ковша

Для комплексной механизации загрузки и отмеривания компонентов передвижные смесители с объемом замеса 100—165 л оборудуются скипом, скрепером, гидровесами и водомером. Смесители имеют привод от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания и устанавливаются на раме-салазках или колесном ходу. Такие смесители предназначаются для объектов с небольшим объемом бетонных работ.

Бетоносмесители с двухконусным наклоняемым барабаном (рис. 209) различают по системе загрузки составляющих, выгрузки, приготовленной смеси и конструкции привода наклона смесительного барабана. Такого типа бетоносмесители выпускаются с объемом готового замеса 330—3000 л.

Рис. 209. Бетоносмеситель с двухконусным наклоняемым барабаном:
а — общий вид; б — кинематическая схема

Двухконусный смесительный барабан (рис. 209, а) состоит из короткого (загрузочного) и длинного (разгрузочного) усеченных конусов, изготовленных из стальных листов. Оба конуса своими большими основаниями привариваются к цилиндрической обечайке, на которой посажен стальной зубчатый венец с поверхностями катания для опорных и поддерживающих роликов.

Внутренняя поверхность конусов и цилиндрической части барабана облицовывается сменными рубашками из износоустойчивой стали. К внутренней поверхности конических частей барабана на кронштейнах крепятся по четыре стальных лопасти, покрытые по краям износоустойчивой сталью. Процесс перемешивания компонентов смеси протекает в нижней части вращающегося барабана без подъема компонентов в верхнюю часть. При вращении такого барабана движение смеси прерывается лопастями, и смесь, откладываясь на склонах конусов, сбрасывается сплошной массой в цилиндрическую часть барабана, где образует мощный поток. Задача лопастей заключается в придании этому потоку смеси наибольшей однородности в минимально короткий срок.

Лопасть короткого конуса выполняется по форме цилиндрической .поверхности, а лопасть длинного конуса имеет две плоскости с плавным сопряжением по окружности. Такие лопасти создают в центральной части барабана перекрестные потоки, направленные вдоль его оси и повышающие интенсивность перемешивания и производительность бетоносмесителя при одновременном улучшении однородности смеси.

Смесительный барабан опирается на ролики, закрепленные на траверсе, которая своими полуосями опирается на стойки 8 опорной рамы.

Траверса вместе с барабаном при помощи привода наклона — поршневого толкателя, управляемого золотником (рис. 1209, б), может наклоняться (в пределах 60°) в положение выгрузки и возвращаться в положение загрузки и перемешивания.

Привод вращения барабана, состоящий из электродвигателя и редуктора, устанавливается непосредственно на площадке качающейся траверсы и передает движение смесительному барабану через его зубчатый венец. Привод наклона барабана может быть электрическим, гидравлическим и пневматическим с ручным или дистанционным и автоматическим управлением.

Электрический привод, с помощью которого осуществляется наклон траверсы с установленным на ней барабаном, состоит из фланцевого электродвигателя и редуктора, на конце выходного вала которого имеется шестерня, передающая крутящий момент на зубчатый венец барабана.

Гидравлический привод осуществляется с помощью цилиндра, шток поршня которого соединен с рычагом траверсы смесительного барабана. Масло в цилиндр через распределитель по трубопроводу подается специальным насосом.

Основой пневматического привода является воздушный цилиндр, шток которого связан с траверсой смесительного барабана бетоносмесителя.

В верхней полости цилиндра (см. рис. 209, б) находится воздух давлением 350 кн/м2 (3,5 аг). В момент разгрузки в нижнюю полость цилиндра подводится воздух давлением 700 кн/м2 (7 ат); он поднимает поршень со штоком и наклоняет траверсу со смесительным барабаном. По окончании разгрузки воздух давлением 700 /см/ж2 выбрасывается в атмосферу, а под действием воздуха давлением 350 кн/м2, находящегося в верхней полости цилиндра, барабан возвращается в исходное положение.

Пневматический привод бетоносмесителя оборудуется устройством для стопорения траверсы со смесительным барабаном в положении загрузки и перемешивания, чтобы избежать его самопроизвольного опрокидывания. Стопорный рычаг этого устройства, запирающий и освобождающий при разгрузке барабана траверсу, работает также с помощью сжатого воздуха.

Для автоматизации управления пневмоприводом он оборудуется электровоздушным клапаном, который связывается с командоэлектроаппаратом пульта в дозировочном отделении завода. При включении электровоздушното клапана сжатый воздух подается в нижнюю полость цилиндра. По окончании разгрузки клапан выключается и нижняя полость цилиндра сообщается с атмосферой. В первом случае сжатый воздух одновременно подается и в пневматическую камеру стопорного устройства, отодвигает шток стопора и освобождает траверсу от рычага. Во втором случае при сработке электровоздушного клапана сжатый воздух возвращает рычаг в первоначальное положение, и он упирается в траверсу.

Пневматический привод обусловливает простую кинематическую схему и удобство в эксплуатации. Его применение особенно целесообразно на бетонных заводах с дозировочной аппаратурой, имеющей пневмоэлектрическую систему управления, для работы которой необходим сжатый воздух.

Загрузка компонентов в смесительный барабан осуществляется при помощи загрузочного устройства, конструкция которого зависит от назначения бетоносмесителя.

Таблица 21.

В табл. 21 приведены удельные показатели гравитационных бетоносмесителей цикличного действия с грушевидным и двух-конусны‘М наклоняемым смесительным барабаном.

бетоносмесители с неизменным положением оси вращения смесительного барабана обычно изготовляют с объемом готового замеса от 165 до 1600 л. Рабочим органом такого смесителя является вращающийся барабан, ‘внутри которого по его окружности укреплены перемешивающие лопасти. При вращении барабана лопасти захватывают и увлекают за собой загруженный в барабан материал, поднимая его вверх, откуда он при определенном угле наклона лопастей отрывается от них и свободна падает в нижнюю часть барабана.

Рис. 210. Бетоносмеситель с цилиндрическим барабаном с неизменным положением оси вращения:
1 — бандаж; 2 — загрузочное кольцо; 3 — разгрузочное кольцо; 4 — ковш; 5 — облицовка; 6 — торцовая облицовка; 7 — лопасть

При этом траектории частиц материала, сходящих с соседних лопастей, пересекаются, частицы сталкиваются между собой и перемешиваются.

Смесительные барабаны у этих машин конструктивно выполняются:
а) цилиндрическими;
б) двухконусными с реверсивным вращением и
в) грушевидными.

Бетоносмесители с цилиндрическим смесительным барабаном (рис. 210) имеют два отверстия в торцовых стенках барабана: с одной стороны загрузочное, с другой — для выгрузки готовой смеси, осуществляемой при помощи разгрузочного лотка. Ввод лотка внутрь барабана для выгрузки готовой смеси производится в смесителях малой емкости вручную с помощью штурвала и системы шестерен, а в крупных смесителях — при помощи червячного редуктора.

На внешней поверхности барабана крепятся два бандажа и зубчатый венец, которые отливаются либо в одном блоке, либо раздельно. Смесительный барабан своими бандажами опирается на две пары вращающихся роликов. Вращение барабану сообщается от электродвигателя через клиноременную передачу, редуктор на валу привода, ведущую шестерню, находящуюся в зацеплении с зубчатым венцом барабана. Более прогрессивным и простым видом передачи является применяемая на новых моделях ‘бесшумная фрикционная передача, при которой смесительный барабан свободно опирается бандажами на две пары ведущих обрезиненных ролика. Эти ролики приводятся во вращение через червячный редуктор и заставляют вращаться барабан за счет развивающейся при этом силы трения.

Разгрузка приготовленной смеси через лоток продолжается до 40—60 сек, в то время как в бетоносмесителях с наклоняемым барабаном на эту операцию затрачивается в среднем 10—15 сек. В связи с этим бетоносмесители с цилиндрическим барабаном в последнее время вытесняются моделями с двухконусным реверсивным или с наклоняемым барабаном.

Реверсивные двухконусные бетоносмесители представляют собой разновидность смесителей с неизменным положением оси вращения смесительного барабана, у которых выгрузка готовой смеси производится двумя или тремя винтовыми лопастями при обратном вращении барабана. Применение реверсивного барабана позволяет исключить из конструкции машины два сложных узла — траверсу и механизм наклона барабана.

Таблица 22.

Удельные показатели бетоносмесителей с неизменным положением оси вращения смесительного барабана приведены в табл. 22.

Бетоносмесители со смесительными барабанами грушевидной формы с неизменным положением оси вращения барабана изготовляются в виде автобетономешалок, т.е. смесителей, установленных на шасси грузовых автомобилей или прицепах седельного типа (рис. 211). Автобетономешалки применяют для приготовления бетонной смеси в пути следования машины и для перевозки бетонной смеси, приготовленной на бетонном заводе. В условиях гидротехнического строительства авто бетономешалки могут быть использованы для обслуживания линейных объектов, расположенных на значительном расстоянии.

Рис. 211. Автобетономешалка

Автобетономешалки изготовляют со смесительными барабанами геометрической емкостью от 3 до 12 м3. Крупные модели вмещают до 9 м3 сухих компонентов и выдают до 7 м3 готовой бетонной смеси.

Автобетономешалка в основном состоит из смесительного барабана, установленного под углом 18—20°; трансмиссии; привода; дозировочного бака для воды (с отсеком для воды, необходимой для промывки барабана и рычагов управления). На внутренней поверхности смесительного барабана укреплены две спиральные лопасти, пересекающиеся на его оси вращения. Угол наклона смесительных лопастей подобран так, что при вращении барабана в одном направлении происходит перемешивание компонентов ,бетона, а при вращении его в обратном направлении — выгрузка приготовленной смеси. Суше компоненты загружаются в приемную воронку автобетономешалки при вращении ее барабана, захватываются смесительными лопастями и направляются в нижнюю часть барабана, где и протекает процесс перемешивания.

Приготовленная бетонная смесь при обратном вращении барабана поступает на разгрузочный лоток и подается к месту укладки. Смесительный барабан получает вращение от вала отбора мощности двигателя автомашины (через систему карданных валов и зубчатых передач) или от отдельного двигателя, устанавливаемого на шасси автомобиля рядом со смесительным барабаном.

По техническим условиям продолжительность перемешивания бетонной смеси должна быть не менее времени, указанного в табл. 23.

Таблица 23.

В зимнее время продолжительность перемешивания увеличивается на 25—50%.

На длительность перемешивания влияют кинематика и конструкция бетоносмесителя, а также состав смеси и ее свойства и порядок загрузки в смесительный барабан. Так, например, жесткие бетонные смеси требуют большего времени на перемешивание, чем пластичные. Смеси с мелким заполнителем (на мелких песках) перемешиваются труднее.

Длительность перемешивания зависит от многих факторов и должна устанавливаться на основе лабораторного анализа качества приготовленной бетонной смеси.

Повышению эффекта перемешивания способствует определенный порядок загрузки материалов в бетоносмеситель. Сухие компоненты лучше всего подавать в смесительный барабан одновременно, с тем чтобы период загрузки каждого из них был примерно одинаковым. Часть воды (в объеме 5—10% всей дозы) желательно вводить в бетоносмеситель до выпуска сухих компонентов и столько же по окончании их загрузки. Остальные 80—90% воды загружаются в смесительный барабан одновременно с остальными компонентами.

Мощность двигателя бетоносмесителя гравитационного типа (со свободным падением материалов) должна быть достаточной для преодоления сопротивлений, возникающих при вращении смесительного барабана. При загрузке машины подъемным ковшом учитывается также сопротивление, возникающее при его подъеме.

Теоретические обоснования работы бетоносмесителей, которые давали бы возможность точно определять необходимую мощность их двигателей, пока еще разработаны недостаточно, хотя этому вопросу уделяется значительное внимание.

Первое слагаемое формулы мощности определяет затраты мощности на трение в опорных роликах и их цапфах при вращении загруженного барабана, а второе —мощность, расходуемую на подъем смеси внутри барабана при его вращении.

Гравитационные бетоносмесители непрерывного действия предназначаются для приготовления бетонных смесей с осадкой стандартного конуса не ниже 2—4 см и крупностью заполнителя (щебня, гравия) до 150 мм.

Основными узлами смесителя являются смесительный барабан, загрузочная воронка, опорные и упорные ролики, рама и привод.

Смесительный барабан (рис. 212) имеет цилиндрическую форму с горизонтальной осью вращения; на внутренней поверхности барабана по винтовой линии расположены лопасти ковшового типа, предназначенные для перемешивания и перемещения смеси от загрузочного отверстия к разгрузочному.

Смесительный барабан опирается на четыре опорных ролика. Со стороны выходного конца барабана с торцов бандажа помещены упорные ролики для восприятия осевых нагрузок, появляющихся при перемещении смеси.

Подача сухих компонентов в смесительный барабан производится через загрузочную воронку. К вертикальной стенке загрузочной воронки крепится труба для подачи воды, заканчивающаяся устройством для равномерного распыления воды по сечению барабана. Вода в трубу поступает из дозатора, где она дозируется пробковым краном, установленным на питающем трубопроводе. Дозатор воды соединен вентилем с электромагнитным приводом с системой автоматики бетонного завода, который включает или выключает подачу воды по получении сигнала от общей системы автоматики завода.

Рис. 212. Барабан гравитационного бетоносмесителя непрерывного действия: а — продольный разрез; б — вид со стороны загрузочного отверстия; 1 — рама; 2 — смесительный барабан; 3 — редуктор; 4 — соединительная муфта; 5 — опорный ролик, 6 — упорный ролик; 7 — загрузочная воронка; в — ограждение привода; 9 — ограждение роликов и бандажа; 10 — ограждение муфты; 11 — электродвигатель; 12 — лопасти; 13 — сопло для подачи воды; 14 — патрубок подвода воды

Для приготовления жестких бетонных смесей применяют бетоносмесители с принудительным перемешиванием цикличного и непрерывного действия. Эти смесители выполняются:
а) в виде чаши, смонтированной на раме смесителя, в которой расположены смесительные лопасти, вращающиеся на вертикальных валах,— противоточные смесители;
б) со смесительным барабаном в виде полуцилиндра, внутри которого расположены один или два лопастных вала, — лопастные смесители.

Рис. 213. Бетоносмеситель принудительного перемешивания чашеобразный:
1 — смесительная чаша; 2 — рама; 3 — привод; 4 — станина; 5 — смесительные лопатки; 6 — неподвижные гребни; 7 — воздушный цилиндр привода

Бетоносмесители чашеобразные (рис. 213) лротивоточные цикличного действия со смесительными устройствами в виде лопастей, вращающихся в направлении, обратном вращению чаши имеют объем готового замеса 165—1700 л и применяются преимущественно на.заводах и полигонах сборного железобетона.

Компоненты бетонной смеси загружаются во вращающуюся чашу при помощи загрузочного устройства (ковша или бункера). Чаша опирается на раму смесителя через опорные ролики. К низу чаши прикреплен зубчатый венец, посредством которого осуществляется ее вращение. Смесительный механизм состоит из одного или двух вертикальных лопастных валов, которые при вращении чаши вращаются в противоположную сторону, образуя таким образом противоток. Конструкция смесительных лопастей предусматривает возможность изменения угла их установки. В чаше на специальных держателях укреплены неподвижные гребки — сбрасывающие и разгребные, которые очищают вертикальную стенку чаши от налипающей смеси и отбрасывают ее к смесительным лопаткам.

Готовый замес выгружается через отверстие в центральной части днища чаши, открываемое при помощи пневматического поршневого толкателя.

В последнее .время получают распространение так называе мые турбинные бетоносмесители (рис. 214), которые являются разновидностью чашеобразных бетоносмесителей. В турбинных смесителях -мертвое пространство в центре неподвижной чаши используется для установки смесительного механизма с приводом от герметически закрытого фланцевого электродвигателя Смесительный механизм выполнен в виде вращающейся турбины, на которой в различных уровнях прикреплены подрессоренные смесительные лопатки.

Конструктивно турбинные бетоносмесители проще-чашеобразных смесителей. Высокая скорость вращения их смесительных лопаток (порядка 3 м/сек) создает весьма интенсивное движение смешиваемой массы, в силу чего значительно сокращается продолжительность перемешивания и повышается производительность машины.

Лопастные бетоносмесители с полуцилиндрическим корпусом, внутри которого расположены один или два лопастных вала, могут быть цикличного и непрерывного действия.

Одновальные смесители выпускаются преимущественно с винтовыми лопастями и применяются для приготовления мелкозернистых смесей — строительных растворов, а также шлакобетона. В СССР такие смесители (растворосмесители) выпускаются с объемом готового замеса 30—1,200 л.

Одновальные лопастные смесители непрерывного действия входят в состав растворосмесительных установок. Для приготовления бетонных смесей преимущественно применяют двухваль-ные лопастные смесители (рис, 215), представляющие робой по-луцилиндрический горизонтально расположенный неподвижный корпус, в котором вращаются два лопастных вала.

Двухвальные бетоносмесители имеют производительность от 5 до 60 м3/ч и являются основным технологическим оборудованием передвижных и стационарных бетонных заводов и установок непрерывного действия. Основными узлами двухвального смесителя являются корпус, лопастные валы и привод смесителя.

Сварной полуцилиндрический корпус изготовлен из листовой стали и облицовывается внутри износостойкой сталью или футеровкой из стального литья. Корпус крепится на раме сварной конструкции и сверху закрывается крышкой. Внутри корпуса находятся два лопастных вала, вращающихся навстречу друг другу, со смесительными лопастями, расположенными по прерывистой винтовой линии и образующими дифференциальный шнек.

При таком расположении смесительных лопастей обеспечивается образование в смесителе интенсивных встречных потоков смешиваемой массы в поперечном направлении и медленное продвижение ее вдоль корпуса смесителя. Смесительные лопасти могут быть повернуты относительно оси вала в пределах от 0 до 90°, что позволяет регулировать производительность бетоносмесителя.

На процесс перемешивания существенное -влияние оказывает скорость продольного движения смеси, которая определяет продолжительность перемешивания, степень наполнения корпуса и производительность машины.

Скорость продольного движения смеси зависит от многих факторов, важнейшими из которых являются размеры и расположение лопастей, скорость вращения лопастных валов, вязкость смеси и крупность заполнителей.

Экспериментальными исследованиями установлено, что оптимальным расположением лопастей является угол их поворота, равный 45°. При меньшем угле увеличивается возможность заклинивания крупного заполнителя между лопастью и корпусом смесителя.

Рис. 215. Двухвальный бетоносмеситель непрерывного действия:
1 — открытая зубчатая пара; 2 — подшипник; 3 — корпус; 4 — отбойный конус; 5 — лопастной вал; б — лопатки; 7 — копильник; 8
рама; 9 — броцевая пдита

Увеличение угла поворота лопастей уменьшает продолжительность перемешивания за счет ускоренного продвижения смешиваемой массы, а также уменьшает интенсивность поперечных потоков, снижая качество смеси.

Наилучшее перемешивание достигается при наполнении корпуса смесителя готовой бетонной смесью на 0,28—0,34 объема зоны действия лопастей. Снижение, так же как и увеличение степени наполнения, приводит к ухудшению качества смеси.

Оптимальная скорость вращения лопастных валов находится в диапазоне 65—85 об/мин.

Привод смесителя состоит из электродвигателя, клиноременной передачи, редуктора и открытой зубчатой передачи, посредством которой обеспечивается вращение лопастных валов.

Загрузка компонентов смеси производится через приемную воронку, установленную в начале корпуса смесителя. Отдозированные компоненты непрерывным потоком поступают в верхнюю часть смесителя, в котором предусмотрена зона сухого перемешивания; в конце этой зоны в смеситель по трубопроводу подается вода.