Производство бетонных смесей на заводах с большой производительностью позволяет достигнуть выработки до на одного рабочего в смену, что снижает стоимость приготовления бетонных смесей в 5–8 раз по сравнению с приготовлением их на мелких установках. Для доставки бетонных смесей к месту укладки применяются бетононасосы. Главным параметром этих насосов является производительность.
Нами предлагается кинематическая схема (рисунок 1) кулисного механизма с планетарной передачей для привода рабочего органа поршневого насоса при транспортирования бетонных смесей. С помощью предлагаемого бетононасоса возможно перемещение бетонов на расстояние до по горизонтали, а также подъем на высоту до
. Данная производительность является в два раза больше, чем серийные кривошипно-шатунные бетононасосы. Бетонная смесь (рисунок 1, а) из приемного бункера 1 подается лопастными устройствами 1 и 3, в котором она непрерывно перемещается, к всасывающему клапану 4 цилиндра 5 насоса. После заполнения цилиндра 5 всасывающий клапан 4 закрывается и открывается последующий клапан 6 нагнетания. Основная деталь бетононасоса — поршень 6, перемещающаяся в цилиндре 5. Поршень движется возвратно-поступательно и совершает движение под воздействием кривошипно-шатунного механизма (7, 8, 9) воздействующего на шток 7. При движении ползуна 12 вправо поршень 6 совершает рабочий ход, а при движении ползуна 12 влево происходит холостой ход.
Для преобразования вращательного движения кривошипа в возвратно-поступательное движение ползуна 12 применяется кулисный механизм
. Кривошип 9 вращается со средней угловой скоростью
, а кулиса
качается относительно точки
. Кулисный механизм позволяет получить большую скорость обратного хода, т. е. холостого хода. Для получения нужной основной скорости поршня служит коробка передач. Величину хода
поршня можно изменять в зависимости от изменения длины радиуса
кривошипа
(1)
При заданной величине хода поршня определяем длину радиуса кривошипа
, т. е.
. Кривошипно-шатунный механизм применяется для преобразования непрерывного вращения ведущего звена-кривошипа 9 в возвратно-поступательное движение ведомого звена — поршня в бетононасоса и, наоборот, для преобразования поступательного движения поршня 6 в непрерывное движения кривошипа 9. Перемещение ползуна 12, в кулисном механизме из одного крайнего положения
в другое
происходит при повороте кривошипа на угол
, а обратный ход коромысла — во время поворота кривошипа 9 на угол
. Углы
и
будем называть фазовыми углами соответственно прямого — рабочего и обратного — холостого ходов:
(2)
Разность между каждым из этих углов и обозначается углом
— размаха кулисы, которая определяется:
(3)
(4)
Отношение этих углов называется коэффициентом изменения скорости хода поршня:
(5)
отсюда находим угол размаха кулисы
(6)
В кривошипно-ползунных механизмах при разных звеньев фазовый угол может иметь величину от
практически примерно до
, т. е. коэффициент
изменения скорости хода поршня бетононасоса может изменяться в следующем интервале
.
Коэффициент увеличения средней скорости кулисы будет
(7)
Подставляя численные значения радиуса кривошипа, и
- межосевого расстояния кулисного механизма,
в уравнение (6) получим:
и, следовательно, разница в интервалах прямого и обратного
ходов возрастает по мере приближения межосевого расстояния кулисы к радиусу
.
По коэффициенту увеличения средней скорости определяем угол
размаха качающейся кулисы
:
Находим длину радиуса качающейся кулисы данного механизма:
(8)
а также параметр высоты катета кулисного механизма:
(9)
где - ход вершины
кулисы
кулисного механизма.
В обоих уравнениях (8) и (9) имеем по две неизвестных: радиуса качающейся кулисы (катета
) и хода
кулисного механизма, поэтому длину радиуса
кривошипа и межосевое расстояния
кулисного механизма подбираем таким образом, чтобы соблюдалось условие:
(10)
Подставляя численные значения радиуса кривошипа и межосевое расстояние
кулисного механизма, получим:
Принимаем радиус качающегося кулисы,
, тогда подставляем данное значение в уравнение (7) получим длину хода
качающейся кулисы:
Подставляя численные значения и
, получим:
Полученное данное численные значения хода кулисы подставляем в уравнение (9) получим высоту катета
кулисного механизма:
Рис. 1. Кинематическая схема кулисного механизма (а) и привода (б) рабочего органа поршневого насоса.
При этом если подставим полученные значения в уравнения (1), то получим:
,
подставляя численные значения ;
получим:
Решая данное уравнение будем иметь:
Принимаем , тогда подставляя
в уравнение (2) получим численное значения
:
Второе конструктивное условие ограничивает число сателлитов
и
планетарной передачи таким образом, чтобы зубья колес смежных сателлитов, устанавливаемых вокруг центрального
и коронного
зубчатого колеса не пересекались между собой. Условие соседства смежных сателлитов для заданной схемы планетарного редуктора пишется в виде:
(11)
Отсюда определяем максимальное количество расположение сателлитов в планетарном передаче:
По расчету вполне можно установить в данном планетарном редукторе количество сателлитов . Принимаем
.
Также второе конструктивное условие выполнено. Третьим конструктивным условием является обеспечение возможности сборки планетарного редуктора, когда
(12)
где: — произвольное целое число.
Из уравнения (12) находим произвольное целое число :
Подставляя численное значение ,
и
равный
,
и
.