3. ВИБРАЦИОННЫЕ ФОРМОВОЧНЫЕ ПЛОЩАДКИ И УСТАНОВКИ

В производстве железобетонных изделий вибрационные формовочные площадки и установки получили гораздо более широкое применение, чем другие виды формовочного оборудования. Преимущество вибрационных площадок по сравнению с вибрационными установками заключается в их большей универсальности, поскольку на столах можно устанавливать формы различного вида. Недостатком вибрационных площадок является необходимость приводить в колебательное движение достаточно массивные столы, что требует применения больших вибровозбудителей.

По характеру вынуждающего воздействия вибрационные площадки и установки можно подразделить на машины с круговым, вертикально направленным и прямолинейным горизонтально направленным воздействием. По наличию или отсутствию периодических ударов их делят на безударные вибрационные и ударно-вибрационные. Первые могут быть с моногармонической или с бигармонической вибрацией. Вторые могут быть с соударениями стальных бойка и наковальни или с ударами через упругие прокладки. По способу возбуждения вибрации площадки и установки можно разбить на машины с центробежным возбуждением вибрации, с электромагнитным возбуждением, с кинематическим возбуждением и с принудительным виброприводом.

Преимущественное распространение имеют формовочные машины с центробежным виброприводом.

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

Рис. 1. Схема виброплощадки с круговым возбуждением

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

Конструкция этих машин довольно проста, но они не всегда обеспечивают достаточно равномерное распределение амплитуд перемещения по ширине стола. Ось дебалансов расположена ниже центра масс колеблющейся системы. Поэтому помимо круговой вибрации в плоскости правой проекции на рис. 1 стол с прикрепленной к нему формой с формуемым изделием совершает угловую вибрацию, фаза которой отличается на 90° от фазы вертикальной составляющей круговой вибрации. В далеко зарезонансном режиме амплитуда круговой вибрации

и амплитуда угловой вибрации

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

Рис. 2. Схема виброплощадки из унифицированных блоков с вертикальными колебаниями

Только центр массы совершает чисто круговую вибрацию. В такой системе существует тенденция вибрационного транспортирования бетонной смеси, которая усиливается при некоторых лерекосах стола. В настоящее время вибрационные площадки с круговой вынуждающей силой на предприятиях большой производительности применяют сравнительно редко. Их грузоподъемность, как правило, не превосходит амплитуда круговой вибрации частота составляет около 2800 кол/мин.

Наибольшее распространение имеют виброплощадки с дебалансным виброприводом вертикально направленного действия. Преимущественно выпускают вибрационные площадки блочного (секционного) типа, состоящие из унифицированных блоков с одним двухвальным вибровозбудителем 5, 6 (рис. 2), расположенным под столом 1 блока. Дебалансные валы отдельных блоков соединены между собой и с валами приводных двигателей 4 карданными валами 2. Два ряда дебалансных валов соединены синхронизатором 3, обеспечивающим их синфазное (в проекции на вертикаль) вращение в противоположные стороны.

Крепление формы к блокам можно осуществлять электромагнитами, притягивающие поверхности которых служат столами блоков, или пневмоприжимами, крюки которых захватывают закраины формы и прижимают ее к столам, или гидравлическими захватами. В некоторых случаях формы устанавливают на столах без крепления, но это при отсутствии упругой прокладки приводит к усиленному шуму из-за соударений подпрыгивающей формы с поверхностями столов.

В зависимости от статического момента массы дебалансов и от требуемой интенсивности вибрации грузоподъемность одного унифицированного блока составляет Блоки вибрационной площадки располагают в один или два ряда. На вибрационных площадках с вертикальной вибрацией можно формовать изделия из бетонных смесей жесткостью до 100 с. Грузоподъемность блочных вибрационных площадок хотя имеются единичные экземпляры большей грузоподъемности. Частота в большинстве машин составляет около 2800 кол/мин. Имеется небольшое число машин специального назначения с частотой около 1400 кол/мин. Известны также площадки малой грузоподъемности с частотой 4000 кол/мин. При частоте 2800 кол/мин амплитуды перемещения Общая мощность приводных асинхронных электродвигателей

Рис. 3. Схема ударно-вибрационной площадки с шатунным приводом и упругим звеном в шатуне

Блочные вибрационные площадки с вертикальной вибрацией имеют недостатки. Во-первых, как правило, не удается снизить шум этих машин до уровня, предписанного санитарными нормами. Во-вторых, для обеспечения достаточно равномерной эпюры амплитуд перемещения по поверхности формы изгибная жесткость последней должна быть высокой. -третьих, из-за наличия большого числа сравнительно недолговечных элементов (карданных валов, подшипников дебалансных валов, синхронизаторов, крепящих формы устройств) машины нередко простаивают на время замены вышедшего из строя узла. -четвертых, поскольку амплитуды ускорения составляютот 3 до 6 ускорений свободного падения, бетонная смесь при вибрировании без значительного безынерционного пригруза периодически подпрыгивает, отделяясь от днища формы, причем в образовавшийся просвет подсасывается воздух; поэтому не удается достаточно полно вытеснить воздух из бетонной смеси, что снижает качество изделия.

Последнего недостатка лишены ударно-вибрационные площадки, схемы которых приведены в табл. 1, схемы и 11) и 3. Возникающее при ударах направленное вверх ускорение формы, способствующее формованию изделия и уплотнению бетонной смеси, может быть довольно большим, а направленное вниз ускорение формы сравнительно мало, хотя и более продолжительно. Поэтому отрыв бетонной смеси от днища формы не происходит, а интенсивность уплотнения возрастает. Предпочтение следует отдавать схемам 3, которые обеспечивают хорошую виброизоляцию основания и позволяют использовать вибровозбудители с меньшим статическим моментом массы.

На рис. 3 приведена схема ударно-вибрационной площадки с кинематическим возбуждением. Рама 4 опирается на виброизоляторы 5 и несет шатунный привод 6. Шатун через упругое звено 8 соединен со столом 2, на котором установлена удерживаемая электромагнитами 9 форма с бетонной смесью. Между рамой и столом расположены упругие элементы 3 и упругие буферы 7, в которых при замыкании зазора происходят соударения. При надлежащем выборе параметров площадка может работать в ударно-резонансном режиме. Принятая первоначально весьма низкая частота была в последующих моделях значительно повышена до 900 кол/мин.

На ряде заводов железобетонных изделий используют вибрационные формовочные площадки и установки с прямолинейными горизонтальными колебаниями, направленными вдоль формы. Существует несколько конструктивных исполнений таких машин. Почти все они работают в околорезонансном режиме и приводятся в колебательное движение дебалансными вибровозбудителями. В некоторых установках используют дебалансные вибровозбудители со встроенными асинхронными

электродвигателями с короткозамкиутыми роторами. Такие машины наиболее просты, легки, компактны и удобны в эксплуатации, но их выпускают без устройств для регулирования скорости вращения двигателей, что затрудняет их настройку на требуемый околорезонансный режим. Однако, поскольку масса активной части машины (вибровозбудителя, жестко связанных с ним элементов и соколеблющейся доли пружин) значительно меньше (в 10—20 раз) массы пассивной части машин (формы, жестко связанных с нею элементов и соколеблющейся доли бетонной смеси), то собственная частота слабо зависит от массы пассивной части и настройка машины мало изменяется при формовании различных изделий. Действительно, собственная угловая частота системы

где массы соответственно активной и пассивной частей; с — суммарная жесткость пружин, соединяющих активную и пассивную части. Пусть Тогда при увеличении массы пассивной части в 2 раза собственная частота уменьшится лишь на 2,3%, а при уменьшении этой массы в 2 раза собственная частота возрастет на 4,4%. При весьма большом изменении массы пассивной части собственная частота изменяется слабо.

Рис. 4. Схема резонансной вибрационной установки с горизонтальными колебаниями

Другая конструкция установки с горизонтально направленными колебаниями схематически показана на рис. 4. Двухвальный дебалансный вибровозбудитель 12, развивающий прямолинейно направленную горизонтальную вынуждающую силу, прикреплен к плите 13. Его дебалансы приводятся во вращение от вынесенного электродвигателя 8 постоянного тока через клиноременную передачу 9 и карданный вал 11. Плита соединена со сварной рамой 1 группой пружин 10, скрепленных шпильками 14. Рама и форма 4 с бетонной смесью опираются на резиновые виброизоляторы 5. Рама имеет две щеки 15, в которые входят кронштейны формы, зажимаемые клиньями 2 под действием силы тяжести грузов 6, расположенных по концам рычагов 7, верхние концы которых шарнирно соединены со щеками. Когда необходимо освободить форму, гидроцилиндры 3 приподнимают грузы, вследствие чего рычаги прекращают зажим кронштейнов формы клиньями. Имеется устройство для регулирования скорости вращения электродвигателя.

На формовочных установках и площадках с продольными горизонтально направленными колебаниями вибрационное воздействие передается на бетонную смесь главным образом через днище и боковые стенки формы и через напряженные стержни арматуры, которые, как правило, расположены вдоль изделия. Следовательно, колебания бетонной смеси поддерживаются в основном возникающими в ней тангенциальными напряжениями. Значительные нормальные напряжения и отрыв бетонной смеси можно наблюдать только у сравнительно малых торцевых стенок формы. Благодаря этому почти полностью исключен подсос воздуха, что приводит к лучшей морозостойкости изделий.

Помимо этого вибрационные формовочные установки с продольно-горизонтальной вибрацией имеют следующие преимущества по сравнению с вибрационными площадками с вертикальной вибрацией: простоту конструкции, малые массу и потребляемую мощность, более низкий уровень шума, возможность использования более легких форм с меньшей изгибиой жесткостью, формование длинномерных изделий с достаточно равномерной эпюрой амплитуд вдоль формы.

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

Резонансные формовочные установки с горизонтальной вибрацией выпускают грузоподъемностью Были единичные случаи использования установок большей грузоподъемности. Частота вибрации в пределах 44—48 Гц при амплитуде перемещения формы хотя встречаются машины с частотой 24 Гц и амплитудой перемещения Как правило, на рассматриваемых установках формуют длинномерные или плоские изделия сравнительно небольшой толщины,

За последние десятилетия многие исследователи отмечали повышенную эффективность поличастотной и, в частности, двухчастотной вибрации при уплотнении и формовании бетонных смесей. В числе причин этого называли более равномерное распределение амплитуд вибрации в слое бетонной смеси, целесообразность различных вибрационных воздействий для разжижения цементного теста и для приведения в текучее состояние скелета бетонной смеси, возможность получения больших пиковых ускорений при небольших размахах перемещения.

Рис. 5. Схема ударно-вибрационной формовочной установки с двусторонними ударами по резиновым прокладкам

Ряд попыток создания двухчастотных вибрационных площадок с двумя группами центробежных вибровозбудителей, вращающихся с частотами около 48 и 72—96 Гц, не привел к удовлетворительным результатам. Мощные высокооборотные центробежные вибровозбудители оказались недолговечными. Этот недостаток отсутствует у формовочной установки с супергармоническим виброприводом, описанным в гл. XIV. Установка сообщает форме прямолинейные горизонтальные двухчастотные колебания, состоящие из первой и третьей гармоник; частота первой гармоники 27 Гц, третьей гармоники 81 Гц. Статический момент массы дебаланса специального маятникового вибровозбудителя Мощность выносного электродвигателя амплитуда перемещения первой гармоники третьей гармоники амплитуда ускорения первой гармоники третьей гармоники масса вибропривода грузоподъемность установки

В конструкции использованы прорезные пружины, обеспечивающие практически бесшумную работу и большое усиление третьей гармоники вблизи резонанса. Формовочная установка с супергармоническнм виброприводом при работе с пригрузом пригодна для формования железобетонных изделий высокой прочности, морозостойкости и водонепроницаемости с гладкой поверхностью.

Ударно-вибрационные режимы эффективны не только при вертикальных колебаниях формы, но и при горизонтальных. Известна конструкция ударно-вибрационной площадки с прямолинейными горизонтальными колебаниями, у которой центробежный вибровозбудитель соединен пружинами со столом виброплощадки и наносит по нему периодические удары через резиновую прокладку. Такая площадка имеет преимущества по сравнению с безударными резонансными: она менее чувствительна к изменениям условий работы, способна уплотнять более жесткие бетонные смеси, имеет комплект пружин меньшей суммарной жесткости. Однако она массивна из-за наличия стола; в ней усложнена задача прикрепления формы к столу вследствие необходимости противодействия ударным нагрузкам, а при достижении жесткого прикрепления формы ближний к вибровозбудителю конец изделия обогащается крупным заполнителем, а дальний — обедняется из-за нанесения односторонних ударов. Если форма жестко не связана со столом, то на бетонную смесь не передаются ударные импульсы.

Перечисленные недостатки отсутствуют у беспружинной ударно-вибрационной формовочной установки с двусторонними ударами по резиновым прокладкам (рис, 5).

Двухвальный дебалансный вибровозбудитель 1 со встроенными асинхронными электродвигателями, опирающийся на виброизоляторы 7, вибрирует в горизонтальном направлении. На поверхности корпуса и на внутренней стороне крюка 3 корпуса прикреплены резиновые плиты 2. Форму 4 устанавливают на виброизоляторы 5. На торце формы имеется скоба, поперечина 6 которой свободно входит в просвет между резиновыми плитами. Зазоры между поперечиной скобы и резиновыми плитами, жесткость этих плит и статический момент массы дебалансов назначают с таким расчетом, чтобы при работе вибровозбудителя система вошла в ударно-вибрационный режим с надлежащей интенсивностью ударов, наносимых поочередно в противоположных направлениях.

Преимуществами установки являются широкий спектр высших гармоник ускорения со значительными амплитудами и возбуждение ударами изгибных колебаний днища и стенок формы, что повышает эффективность формования; малая масса машины и удобство ее эксплуатации; повышенная долговечность вибровозбудителя и низкий уровень шума вследствие низкой частоты вращения (960 или 1440 об/мин); возможность формования изделий из подвижных и жестких смесей и малая чувствительность к изменениям условий работы; отсутствие громоздкого комплекта пружин. Масса ударно-вибрационного привода составляет при грузоподъемности угловой скорости дебалансов 1440 об/мин, их суммарном статическом моменте массы суммарной мощности электродвигателей Несколько схематизированные осциллограммы ускорения, скорости и перемещения формы этой установки приведены на рис. 6.

Рис. 6. Осциллограммы ускорения, скорости и перемещения формы ударно-вибрационной установки с двусторонними ударами

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

Рис. 7. Принципиальные схемы пригружающих устройств

Активным пригрузом (в отличие от перечисленных пассивных пригрузов) называют металлическую пластину с прикрепленным к ней вибровозбудителем. При использовании активного пригруза изделие подвергают одновременно динамическим воздействиям от двух источников — от формы и от пригруза. Существуют различные технологии с использованием пригрузов. В одних случаях пригруз накладывают немедленно после заполнения формы смесью, а в других случаях смесь предварительно некоторый промежуток времени уплотняют без пригруза.

На рис. 7 схематически представлены различные пригружающие устройства,

накладываемые на верхнюю поверхность формуемого изделия 5 (рис. 7, а), заключенного в форме 4, которая установлена на столе 1 вибрационной площадки. Последняя стоит на виброизоляторах 2, опирающихся на основание 3. Тяжелая плита 6 осуществляет инерционное пригружение.

Схема безынерционного пригружения показана на рис. 7, б—г, где сила, прижимающая пластину 7 к поверхности формуемого изделия, развивается упругими элементами, например пружинами 8 малой жесткости (рис. 7, б), нагруженными тяжелой плитой 9, или пружинами 10 (рис. 7, в), прижимаемыми поперечиной 11, которая притянута к выступам 12 стола натяжными устройствами 13, или резиновыми пневматическими подушками 14 (рис. 7, г), расположенными в распор между пластиной 7 и поперечиной 12, которая связана с выступами стола с помощью захватов 15. На рис. 7, д изображен активный пригруз, осуществляемый вибровозбудителем 16 через пластину 17. Активный пригруз можно сочетать с безынерционным.

При формовании железобетонных изделий из жестких смесей целесообразно применять пригрузы с регулируемой силой прижатия, чтобы к концу формования полностью предотвратить подпрыгивание изделия и его отрывы от днища формы виброплощадки с вертикальными колебаниями.