МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
«ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ
Кафедра «Строительное материаловедение, специальные технологии
и технические комплексы»
МЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ
СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ
Методические указания к лабораторным работам для студентов,
обучающихся по направлению подготовки Строительство
Иваново 2015
УДК 691.621.926.37.002.5
Изложены теоретические сведения и дана методика выполнения лабораторных работ по дисциплине «Механическое оборудование предприятий строительной индустрии», на которых студенты самостоятельно проводят экспериментальные исследования, направленные на раскрытие теоретических положений.
Предназначено для студентов направления подготовки Строительство.
Составители: канд. техн. наук, доц. ,
канд. техн. наук, доц. ,
канд. техн. наук, доц.
Научный редактор д-р техн. наук, проф.
Введение
Лабораторный практикум – это наиболее значимый и результативный компонент специальной подготовки в области техники и технологии получения строительных материалов, предназначенный для приобретения навыков работы на реальном оборудовании, с аналогами которого будущему специалисту придется иметь дело в своей практической деятельности.
Лабораторный практикум позволяет решать следующие задачи:
· сформировать у будущих специалистов практические навыки обращения с изученными объектами, лабораторным оборудованием и привить им навыки экспериментальной деятельности;
· обучить студентов приемам экспериментального подтверждения теоретических положений;
· научить студентов проводить эксперименты, обрабатывать и анализировать полученные данные, оформлять результаты;
· развить интерес у студентов к экспериментальным исследованиям и привить им навыки самостоятельной творческой работы.
Порядок проведения каждой работы характеризуется общей последовательностью:
· краткое объяснение цели и задачи работы;
· инструктаж по технике безопасности в соответствии с особенностями данной работы;
· изучение студентами методики проведения работы;
· математическая обработка полученных результатов;
· оформление отчета;
· защита лабораторной работы.
Отчет о лабораторной работе является документом, отражающим результаты выполненного исследования с максимальной полнотой и объективностью. К оформлению научно-технической документации предъявляются следующие требования:
1. Отчет выполняется на бумаге стандартного размера (формат А4).
2. Поля оставлять по обеим сторонам.
3. Форма титульного листа приведена в приложении.
Лабораторная работа №1
Изучение устройства и работы шаровой мельницы. Расчет
технологических параметров
Краткие теоретические сведения
Для тонкого измельчения минеральных материалов применяются различные мельницы, которые отличаются конструкцией, характером работы, способами помола и т. д.
Наибольшее распространение получили барабанные мельницы. Измельчение в них осуществляется в результате использования удара и истирания свободно падающими мелющими телами (шары, цилиндры, стержни), находящимися во вращающемся барабане вместе с измельчаемым материалом.
Шаровые мельницы характеризуются рабочей длиной L и внутренним диаметром барабана D. Если L/D<3, то мельницы называются барабанными, если L/D>3 – трубными.
Шаровые барабанные мельницы бывают непрерывного и периодического действия; сухого и мокрого помола, работают в открытом и замкнутом циклах.
По футеровке барабана и мелющих тел шаровые мельницы бывают со стальной, кремниевой, фарфоровой футеровкой и мелющими телами. По способу загрузки и разгрузки материала – с загрузкой и выгрузкой через люк или полую цапфу; с загрузкой через полую цапфу, а разгрузкой через периферийное сито. Общий объем загрузки составляет 40-50 % от рабочего объема мельницы.
На эффективность работы шаровых мельниц оказывают влияние свойство размалывающего материала, размеры исходных кусков, заданная степень измельчения, способ загрузки, плотность и размер шаров, диаметр и угловая скорость барабана.
В зависимости от величины окружной скорости или числа оборотов барабана может возникнуть 3 вида движения шаров (каскадный, водопадный, сверхкритический). Каскадный – шары вместе с измельчаемым материалом поднимаются вдоль стенки барабана до величины угла естественного наклона, а потом скатываются вниз. Материал в этот момент измельчается истиранием. Водопадный – при более быстром вращении барабана шары под действием центробежной силы, прижимающей их к стенке барабана, поднимаются на большую высоту, а затем низвергаются в нижнюю часть мельницы. Измельчение в этом режиме происходит за счет истирания и удара падающих шаров. Сверхкритический режим движения – при дальнейшем увеличении скорости, когда центробежные силы превышают силы тяжести шаров, они прижимаются к стенке барабана и перемещаются вместе с ней. В этом случае прекращается измельчение материала.
Для более подробного изучения конструкций мельниц и расчета технологических параметров рекомендуется ознакомиться с литературой [1,3].
Цель работы
Ознакомиться с видами и конструктивными особенностями барабанных шаровых мельниц. Получить представление об устройстве и работе барабанных мельниц. Приобрести навыки в составлении кинематических схем и расчете технологических параметров мельниц.
Описание лабораторной установки
Лабораторная установка состоит из рамы, на которой располагается привод, состоящий из электродвигателя и редуктора, а также опорные ролики (рис.1).
Асинхронный двигатель трехфазного переменного тока 1 при работе передает вращающий момент через муфту 2 на редуктор 3. С редуктора 3 вращение через ременную передачу 4 передается одному из опорных роликов 5. На опорные ролики установлен барабан 6, который вращается на них.
Рис. 1. Шаровая мельница:
1 – электродвигатель; 2 – муфта; 3 – редуктор червячный; 4 – клиноременная передача; 5 – опорный ролик; 6 – барабан
Порядок выполнения работы
1. Изучить устройство и зарисовать схему лабораторной установки с обозначением всех основных узлов и деталей.
2. Посмотреть мельницу в работе.
3. Снять необходимые параметры (размеры барабана; скорости вращения барабана, двигателя, редуктора; замерить вес барабана, мелющих тел, измельчаемого материала; замерить потребляемую мощность электродвигателя).
4. Рассчитать основные параметры мельницы.
5. Результаты измерений и расчетов свести в таблицу.
Обработка результатов
1. Используя полученные экспериментальные данные и расчетные зависимости, определить следующие параметры.
Критическая скорость вращения барабана:
, об./мин. (1.1)
Оптимальная скорость вращения барабана (0,7
0,8), т. е.
, об./мин. (1.2)
Эффективность работы мельницы зависит от коэффициента загрузки (К3=0,26…0,32), который представляет собой отношение площади поперечного сечения слоя загрузки к площади сечения барабана:
или 
, (1.3)
где G – масса шаров, кг;
R – внутренний диаметр барабана, D/2, м;
L – длина барабана, м;
– коэффициент разрыхления загрузки: 
;
– плотность материала измельчающих тел, кг/м3.
Масса мелющих тел:
, кг, (1.4)
где 
− коэффициент заполнения барабана;
– плотность материала измельчающих тел, кг/м3;
V – геометрический объем барабана.
Производительность мельницы:
, т/ч, (1.5)
где 
− удельная производительность, т/кВт∙ч: 
;
− поправочный коэффициент на тонкость помола: =(0,5881,425) при остатке на сите 0,09 от 2 до 20%;
D – внутренний диаметр мельницы, м;
G – масса мелющих тел, т;
V – внутренний объем мельницы, м3.
Мощность двигателя мельницы:
, (1.6)
где 
=0,9÷0,94 – КПД мельницы.
2. Полученные расчетные величины и замеренные сводим в таблицу.
Показатели | Обозначение | Единицы измерения | Результаты | Примеч. | |
расчетные | фактические | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
Содержание отчета
1. Цель работы.
2. Описание лабораторного стенда.
3. Результаты испытаний.
4. Результаты вычислений.
5. Выводы.
Контрольные вопросы
1. Принцип действия и область применения барабанных мельниц.
2. Классификация барабанных мельниц.
3. Устройство и работа шаровой барабанной мельницы.
4. Расчет критической и оптимальной скорости шаровых мельниц.
5. Расчет производительности мельниц.
6. Расчет мощности на приводе мельниц.
7. Футеровка мельниц, загрузки и выгрузки материала из мельниц.
Лабораторная работа №2
Изучение устройства и работы винтового питателя и его основных
параметров
Краткие теоретические сведения
Винтовые питатели применяют для транспортирования пылевидных, порошкообразных и реже мелкокусочных материалов. Не рекомендуется транспортировать липкие и сильно уплотняющиеся, а также высокоабразивные материалы. Винтовые питатели имеют преимущества: простота устройства, несложность технического обслуживания, небольшие габаритные размеры, удобства промежуточной разгрузки, геометричность. Вместе с тем есть недостатки: высокий удельный расход энергии, значительное истирание и измельчение груза, повышенный износ винта и желоба, чувствительность к перегрузкам. Винтовые питатели могут быть с правым или левым направлением спирали, одно-, двух - или трехзаходными. Поверхность винта может быть сплошной, ленточной или прерывистой в виде лопастей фасонной формы. Спираль ленточного и лопасти лопастного винта укрепляют на стержнях, пропускаемых через отверстия вала. Вал винта лежит в промежуточных и концевых подшипниках.
Для более подробного изучения конструкций винтового питателя, его работы и расчетов основных параметров рекомендуется ознакомиться с литературой [1,3,4].
Цель работы
Изучить конструкцию винтового питателя и определить его основные параметры.
Описание лабораторной установки
Лабораторный винтовой питатель состоит из площадки 1, на которой смонтированы транспортирующее устройство и привод (рис. 2).
Привод питателя представляет собой асинхронный электродвигатель переменного тока со встроенным редуктором 2, выходной вал которого соединен с винтом через муфту 3. Винт установлен в подшипники качения. Материал загружается в бункер 5 и отбирается через выгрузочное отверстие 6 в бункер 7.
Рис. 2. Схема лабораторного стенда:
1 – площадка; 2 – электродвигатель с редуктором; 3 – муфта; 4 – корпус
конвейера; 5 – загрузочный бункер; 6 – разгрузочное отверстие;
7 – разгрузочный бункер
Порядок выполнения работы
Изучить конструкцию и принцип работы винтового питателя. Зарисовать схему лабораторного стенда. Используя весы и мерную емкость, определить объемную массу заданного материала. Измерить параметры винта: диаметр D, длину L и шаг S.
Включить питатель и измерить частоту вращения. Для заданного материала и угла наклона конвейера экспериментально определить производительность конвейера. Зафиксировать время транспортирования материала, определить коэффициент наполнения желоба:
, (2.1)
где 
– масса загружаемого материала;
– масса выгружаемого материала.
Обработка результатов
Используя полученные экспериментальные данные и расчетные зависимости, определяем следующие параметры винтового питателя.
Площадь сечения потока материала с учетом наполнения желоба:
. (2.2)
Скорость движения потока материала:
, м/с, (2.3)
где n – частота вращения винта, об./мин; S – шаг винта, м.
Теоретическая производительность винтового конвейера:
, т/ч, (2.4)
где D – диаметр конвейера, м; 
– объемная масса материала, т/м3;
n – частота вращения винта, об./мин; 
– коэффициент наполнения желоба;
ε – коэффициент отношения шага к диаметру: ε=0.8-1.0.
Необходимая мощность электродвигателя привода с использованием значения теоретической и экспериментальной производительности:
, кВт, (2.5)
где П – производительность, т/ч;
L – длина транспортирования по горизонтали, м;
H – высота подъема материала, м;
− коэффициент неравномерности: =0,15;
q – погонная масса вращающихся частей, т/м;
– скорость движения материала, м/с;
– коэффициент, учитывающий сопротивление в опорах винта (для подшипников качения =0,08, для подшипников скольжения =0,16).
Потребляемая мощность электродвигателя с учетом механических потерь:
, кВт, (2.6)
где 
=0,8 – КПД редуктора;
=1,2 ÷ 1,4 – коэффициент неучтенных потерь.
Полученные данные свести в таблицу.
Показатели | Обозначение | Единица измерения | Результаты | Примечание | |
расчет | факт | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
Содержание отчета
1. Цель работы.
2. Описание лабораторного стенда.
3. Результаты испытаний.
4. Результаты вычислений.
5. Вывод.
Контрольные вопросы
1. Как устроен и работает питатель?
2. Какие усилия возникают в подшипниках опор винта?
3. От чего зависит коэффициент наполнения желоба?
4. Как рассчитать диаметр винта при известной производительности питателя?
5. Как определить производительность питателя?
6. Как рассчитать мощность электродвигателя винтового питателя?
7. Типы винтов для транспортирования материалов с различными свойствами.
Лабораторная работа №3
Изучение устройства и работы смесителя для перемешивания жидких сред
Краткие теоретические сведения
Механические перемешивающие устройства состоят из трех основных частей:
- мешалки, являющейся рабочим элементом устройства;
- вертикального, горизонтального или наклонного вала, на котором закреплена мешалка;
- привода, с помощью которого вал приводится в движение.
Механические перемешивающие устройства применяются главным образом для перемешивания жидких сред, а также пастообразных материалов для получения эмульсий и суспензий.
Мешалки можно квалифицировать:
- по конструктивной форме;
- по типу создаваемого потока жидкости.
В зависимости от конструктивной формы мешалки различают: лопастные, пропеллерные, турбинные, специальные.
По числу оборотов их разделяют на быстроходные и тихоходные.
В зависимости от того, какой поток образуют мешалки в сосуде, их разделяют на мешалки, создающие тангенциальное, радиальное, аксиальное и смешанное течение.
Механическая мешалка, помещенная в центр сосуда, вызывает вращательное движение всего объема жидкости, находящейся в сосуде. При малых числах оборотов это приводит к незначительному понижению уровня жидкости у вала. С увеличением числа оборотов возникшая воронка у вала постепенно углубляется, достигая мешалки, а в предельном случае и дна. При работе мешалки на жидкость действуют центробежная сила и сила тяжести. Если центробежное ускорение преобладает над ускорением свободного падения, образуется воронка. В этом случае будет наблюдаться круговое движение всего содержимого сосуда над движением потока жидкости, стекающей с мешалки.
При работе может возникнуть случай, когда жидкость в сосуде будет вращаться с такой же мгновенной скоростью, как и мешалка. В этих условиях перемешивание окажется неэффективным.
Цель работы
Ознакомиться с видами и конструктивными особенностями механических перемешивающих устройств.
Определить влияние скорости вращения на образование воронки и расход мощности.
Описание лабораторной установки
Установка состоит из цилиндрической емкости 1, сверху которой устанавливается смеситель (рис. 3).
Рис. 3. Схема лабораторного смесителя:
1 – цилиндрическая емкость; 2 – съёмные мешалки; 3 – шток;
4 – электродвигатель постоянного тока; 5 – выпрямитель;
6 – автотрансформатор; 7 – ваттметр; 8 – тахометр
Смеситель содержит съемные мешалки 2, закрепленные на штоке 3. Шток с помощью втулки закреплен на валу электродвигателя постоянного тока 4. Ток переменного напряжения через автотрансформатор 6 поступает на выпрямитель 5, после которого попадает на электродвигаСкорость вращения мешалки фиксировалась тахометром 8, а подаваемая мощность – ваттметром 7.
Порядок выполнения работы
1. Изучить конструкцию мешалки и принцип ее работы.
2. Зарисовать схему лабораторного стенда.
3. Замерить уровень заливаемой жидкости в сосуде (60 – 100 мм), высоту установки смесителей относительно дна сосуда, размеры смесителя.
4. С помощью регулятора напряжения установить потребную мощность и провести замеры мощности N (Вт), высоты воронки h (м) и частоты вращения вала электродвигателя n (об./мин.).
5. Затем увеличивать мощность и снять показатели (n, h, N). Таким образом провести 5-6 замеров.
Обработка результатов
Используя полученные экспериментальные данные, определяем критерий мощности по формуле
, (3.1)
где r − плотность жидкости, кг/м3;
n – число оборотов вала, с-1;
dм – диаметр мешалки, м.
Определяем критерий Рейнольдса по формуле
. (3.2)
Строим зависимость 
.
Замеряем высоту воронки, определяем зависимость вида 
и 
.
Содержание отчета
1. Цель работы.
2. Описание лабораторного стенда.
3. Результаты испытания.
4. Результаты вычислений.
5. Выводы.
Контрольные вопросы
1. Принцип действия и область применения мешалок.
2. Классификация мешалок.
3. Конструкция и работа смесительного устройства.
4. Как определить безразмерный критерий мощности?
5. От чего зависит критерий мощности?
6. На какие составляющие расходуется мощность привода мешалки?
Лабораторная работа №4
Исследование параметров виброплощадки
Краткие теоретические сведения
Вибрационные площадки – один из основных видов оборудования для изготовления бетонных или железобетонных изделий.
Вибрационные площадки классифицируются по характеру колебаний, типу применяемых вибраторов, грузоподъемности, способу применения форм.
По характеру колебаний различаются виброплощадки с круговыми гармоническими колебаниями, с вертикально направленными колебаниями рамной и балочной конструкции, с горизонтально направленными колебаниями, ударно-резонансные с вертикально и горизонтально направленными колебаниями.
По типу вибраторов виброплощадки бывают с дебалансными (эксцентриковыми) бегунами, электромагнитными и гидравлическими.
Крепление форм к виброплощадке осуществляют с помощью механических, электромагнитных и пневматических устройств.
В технических характеристиках промышленных установок главными параметрами виброплощадок являются: статический момент дебалансов, частота колебаний и амплитуда колебаний.
Баланс сил системы можно записать:
, (4.1)
где Pu – сила инерции, развиваемая дебалансами вибратора, H;
Pв – сила, необходимая для поддержания колебаний подвесных частей, H;
Pпр – сила, необходимая для сжатия опорных пружин виброплощадки.
Наибольшую роль играют силы Pu и Pв, т. к. Pпр составляет незначительную величину относительно остальных.
Сила инерции, развиваемая вибратором, определяется:
, (4.2)
где К – кинетический момент дебалансов вибраторов, H×м;
w - угловая скорость дебалансов, с-1;
g – ускорение свободного падения тела: g = 9,81 м/с2.
Сила, необходимая для поддержания колебаний подвижных частей, определяется по формуле
, (4.3)
где G1 – сила тяжести вибрируемых частей площадки, H;
G2 – сила тяжести грузов, установленных на площадке, H;
– результирующее ускорение, м/с2.
Результирующее ускорение зависит от двух параметров и определяется:
, (4.4)
где A – амплитуда колебаний вибрируемых масс, м;
w - угловая скорость колебаний, с-1.
Угловая скорость колебаний дебалансов
, (4.5)
где n – частота вращения вала двигателя, мин-1.
Кинетический момент дебалансов определяется:
, (4.6)
где G – сила тяжести неуравновешенной части дебалансов, Н;
R – удаление центра тяжести неуравновешенной части дебалансов от оси вращения, м.
Для более подробного изучения конструкции виброплощадок и их расчетов рекомендуется ознакомиться с литературой [1,3,4].
Цель работы
Ознакомиться с устройством виброплощадки и получить представление о ее работе. Определить частоту и амплитуду работающей площадки при различных нагрузках.
Описание лабораторной установки
Лабораторная установка (рис. 4) состоит из неподвижной рамы 1 и подвижной рамы 2 (вибростола), которая закреплена на пружинных опорах 4. На подвижной раме снизу расположен электродвигатель 5, на осях которого установлены дебалансы. На вибростол помещается форма 3, которая заполняется на различную высоту.
Рис 4. Схема лабораторного стенда виброплощадки:
1 – неподвижная рама; 2 – подвижная рама (вибростол);
3 – форма с грузом; 4 – пружинные опоры;
5 – электродвигатель с дебалансом
Порядок выполнения работы
1. Изучить устройство и нарисовать схему установки.
2. Включить установку и измерить параметры (частоту и амплитуду) при снятой форме.
3. Заполнить форму и поставить ее на вибростол, измерить частоту и амплитуду. Форму заполняем до веса 2 кг, 4 кг, 6 кг, 8 кг.
Обработка результатов
Используя полученные экспериментальные данные вибратора при различных нагружениях, определяем по формуле (4.4) результирующее ускорение.
Определяем силу, необходимую для вибрирования формы:
, (4.7)
где 
, т. е. 
.
Полученные расчеты и замеренные величины заносим в таблицу.
Наименование параметров | Размерность | Величины параметров | |||
m1 | m2 | m3 | m4 | ||
Вес формы | кг | ||||
Амплитуда колебаний А | м | ||||
Угловая скорость колебаний w | 1/с | ||||
Результирующее ускорение а | м/с2 | ||||
Сила, необходимая для вибрирования, Pв | Н |
Строим график функций 
и 
.
Содержание отчета
1. Цель работы.
2. Описание лабораторного стенда.
3. Результаты испытания.
4. Результаты вычисления.
5. Выводы.
Контрольные вопросы
1. Назовите основные параметры виброплощадок.
2. Какие вибраторы применяются на виброплощадках?
3. Основное отличие виброплощадок с горизонтальными колебаниями от виброплощадок с круговыми и направленными колебаниями.
4. Как создаются силы инерции в вибраторе?
5. Какие характеристики влияют на выбор типа виброплощадок?
6. Что такое кинетический момент дебалансов вибратора?
7. Какие силы определяют нормальный режим виброплощадок?
Приложение
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ
Кафедра «Строительное материаловедение, специальные технологии
и технические комплексы»
Отчет
о лабораторной работе
по курсу:
на тему:
Выполнил студент:
группа:
Принял:
Иваново 2015
Библиографический список
1. Бауман, оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций / , , . – М.: Машиностроение, 1975. – 351 с.
2. Строительные машины: справочник / под ред. . – М.: Машиностроение, 1965. – 788 с.
3. Константопуло, и оборудование для производства железобетонных и теплоизоляционных материалов / . – М.: Высшая школа, 1974. – 368 с.
4. Силенок, оборудование предприятий строительной индустрии / . – М.: Стройиздат, 1973. – 374 с.
МЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ
СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ
Методические указания к лабораторным работам для студентов,
обучающихся по направлению подготовки Строительство
Составители: Николай Михайлович Ладаев,
Сергей Олегович Кожевников,
Евгений Валентинович Гусев
Научный редактор
Редактор
Корректор
Подписано в печать 01.04.2015. Формат 1/16 60х84.
Бумага писчая. Офсетная печать. Усл. печ. л. 1,40. Уч.-изд. л. 1,0.
Тираж 30 экз. Заказ №
ФГБОУ ВО «Ивановский государственный политехнический университет»
Издательский центр ДИВТ
153000, г. Иваново, Шереметевский проспект, 21
 |
