Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építőgépek, Anyagmozgatógépek és Üzemi Logisztika Tanszék
Közlekedéstan II. ( Útépítési anyagok jellemzői, az adalékanyag előkészítés gépei )
Készítette: Dr. Rácz Kornélia egyetemi adjunktus
Budapest 2003 -2006.
TARTALOMJEGYZÉK Útburkolati anyagok ( beton aszfalt összehasonlítás ) . . . . . . . .
3
Adalékanyagok jellemzői . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 A cement és víz mennyiség hatása a szilárdságra . . . . . . . 5 A beton minősítése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Beton, vasbeton, feszített beton terhelhetősége . . . . . . . . . 7 Aprítás - törőgépek rendszerezése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Pofás törőgépek szerkezeti kialakítása . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Kúpos törőgép üzemi jellemzőinek szabályozása . . . . . . . 10 Rotoros törőgépek szerkezeti kialakítása . . . . . . . . . . . . . . 11 Kalapácsos törőgépek szerkezete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Centrifugális törőgép . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Adalékanyag osztályozás módszerei, rostalemezek . . . . . . . . . . 14 Síkrosták rendszerezése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Kényszerhajtású lengőrosták . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Irányított gerjesztésű vibrációs rosták . . . . . . . . . . . . . . . 17 Nehéz kivitelű kétsíkú rosta ( IFE ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Binder rendszerű rezonáns üzemű rosta . . . . . . . . . . . . 19 Rostasíkon szállított anyaghalmaz mozgatási módjai . . . . 20 Súrlódásos szállítás alapesetei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Mikrodobásos szállítás alapesetei . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
ÚTBURKOLATI ANYAGOK
Összetevők
Beton Adalékanyag Kötőanyag Adalékszerek Töltőanyag
A gyártás technológiai műveletei
Kötési folyamat
Újrahasznosítás
Aszfalt
homok + kavics ( zúzalék )
homok + zúzottkő ( kavics )
cement + víz
bitumen
vegyszerek ( sokféle )
adalékok ( ritkábban )
( kőporok )
mészkőliszt
hidratáció (vegyi átalakulás)
„ragasztás” ( hőre lágyuló )
adalékanyag előkészítés (aprítás, osztályozás, tisztítás ) adalékanyag mérlegelése –
adalékanyag szárítása ( adalékanyag osztályozása )
összetevők mérlegelése és adagolása keverés szállítás bedolgozás ( terítés, tömörítés ) érlelés, pihentetés
–
aprítás + kötőanyag adagolás
felmelegítés
A beton minőségét meghatározó adalékanyag jellemzők: • kőzetfizikai jellemzők (szilárdság, kopásállóság, vízfelvétel, stb.) • anyaghalmaz jellemzői (szemcse összetétel, szemcsealak, maximális szemcseméret, szennyezettség )
80 60
3
100
A szemszerkezeti összetétel és a cement-szükséglet kapcsolata
Finomsági modulus m A = 7,54
Cement adagolás, kg/m
Áthulló mennyiség, tömeg %
D = 32 mm-es, folytonos szemmegoszlású, adalékanyag határgörbéi (ME-04.19:1995) C
m B = 6,25 m C = 5,38
B
ll.
40
l.
A
20
0 0,063 0,125
0,25 0,5
1,0
2,0
4,0
8,0
16
32
A rostanyílás mérete (log lépték), mm
63
500 "C" szemeloszlás
Szilárdsági jel: C 25 Konzisztencia: KK
400
300
"B" szemeloszlás "A" szemeloszlás
200
8
12
16
24
32
Maximális szemcseméret, mm
Szemszerkezeti összetétel (szemeloszlás): Szabványos résnyílású szitasorral vizsgálva, az egyes rostalemezeken áthulló anyag mennyisége, tömeg%-ban.
Finomsági modulus ( m A , m B , m C ): A szemeloszlási görbe feletti területtel arányos, a szemszerkezeti összetételre jellemző mérőszám.
Cement adagolás ( m C ) kg / m 3
A cement és a víz mennyiség hatása a beton szilárdságára és a konzisztenciájára 500
C 25
F
400
"A" szemszerk. Cement: CEM 32,5 D max = 32 mm C 20
K
300
C 16 C 12
(220) 200
C 10
KK
C8
C6
FN 100
0,4
0,5 (110)
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
(165) Víz-cementtényezõ (v/c)
Adott cement mennyiségnél ( pl: 220 kg / m3 ) a vízadagolás növelésével:
– Növekszik a képlékenység ( Földnedves ⇒ Folyós ), ezért könnyebben
bedolgozható; – A beton szilárdsága jelentős mértékben lecsökken ( C 25 ⇒ C 10 ), ezért a képlékenység (bedolgozhatóság) növelésére nem több vizet, hanem képlékenyítő adalékszert alkalmaznak.
A beton szilárdsági jele ( pl. C 25 ) :
C - a próbatest típusa (henger, vagy kocka); 25 - minősítési érték, az 5 % alulmaradási való-
p (x)
BETON MINŐSÍTÉSE
színűséghez tartozó nyomószilárdság értéke.
s1
A minősítési érték ( R ) meghatározása: Beton próbatestek szilárdsági vizsgálatából, matematikai statisztikai módszerrel:
s2 > s1
• próbatestek készítése;
• beton érlelése (ált. 28 nap, de lehet 1, v. 7 nap is); • a próbatestek törővizsgálata; • az átlagos szilárdság, és a mért szilárdságok szórásának meghatározása; P (x) • a minősítési érték kiszámítása: 1,0
σ átl − t ⋅ s ≥ R (melyben: t - a minták számától függő tényező)
A minősítési érték értelmezése eltérő szórással gyártott betonoknál:
R σ 1,átl σ 2,átl
σ
s1 s2 > s1
0,5
Például: Ha jó a keverék minősége, vagyis kicsi a szórás ( PIROS ), kisebb átlagos szilárdsággal is biztosítható a kívánt „R” érték, mint a nagyobb szórással ( ZÖLD ) készített keveréknél.
0,05
R σ 1,átl σ 2,átl
σ
p (x) - norm. eloszlás gyakoriság függv. P (x) - valószínűségi változó eloszlása
Beton, vasbeton és feszítettbeton gerenda terhelhetősége A beton húzószilárdsága sokkal kisebb, mint a nyomó:
R h ≅ 0 ,1 ⋅ R ny
Nyomó igénybevétel
Terhelés
Húzó igénybevétel
Rh
R ny
BETON A hajlított betongerenda csak σh
σ
h
σh
σ ny
VASBETON
σa
Nagyobb mértékben terhelhető, mint a vasalatlan beton, mert a húzófeszültséget a betonacél felveszi. De az alsó, húzott övben a beton megrepedezik!
σ
h σ ny
FESZÍTETTBETON A feszítőhuzalokkal létrehozott nyomó, ( σf ) és a hajlítás okozta húzó-nyomó igénybevétel összegződik: • repedésmentes lesz a beton • legnagyobb mértékben ez terhelhető.
σh
σf σ
σf
σ ny
σh
TÖRŐGÉPEK Nyomással aprító gépek Pofás
Egyingás
Kúpos
Kétingás
Ütéssel aprító gépek Vízsz. tengelyű
Rotoros
Centrifugális
Kalapácsos
Pofás törőgépek szerkezeti kialakítása Kétingás (egyszerű lengőmozgású) törőgép 12
Egyingás (összetett lengőmozg.) törőgép
6
7
3 11
12
11
7
6
1
9
9
1
13
10
2
4
1. álló törőpofa 2. mozgó törőpofa 3. pofa tengely 4. nyomólap 5. hajtórúd (hajtóinga) 6. excenteres hajtótengely 7. lendkerék (ékszíjtárcsa) 8. résnyílás állító ék
5
4
2
8
9. vázszerkezet 10. támasztó csavarrugó 11. kopóbetétek 12. kiegyensúlyozó tömeg 13. résnyílás állító lemezek 14. villamos motor 15. ékszíjhajtás
4
10
A hajtás kinematikai vázlata 12
9
6
7 14
15 2 1
Kúpos törőgép üzemi jellemzőinek szabályozása 1. Törőkúp helyzete 2. Résnyílás aktuális értéke
6
3. Résnyílás beállítása 4. Hidraulikus nyomás 5. Teljesítmény felvétel 6. Számítógép
AUTO MAN
1
CAL
STOP
5
A
4
2
3
5
Rotoros törőgépek
4 6 8
4 5
2 7
1
3
MEGFELELŐ
1. vázszerkezet 2. forgórész (rotor) 3. törőelem 4. ütközőelemek 5. ütközőelem támasztó munkahenger 6. feladógarat 7. billenthető felsőváz 8. kopóbetétek 9. felsőváz billentő munkahenger
ROSSZ
„Mammut” röpítőtörő (Krupp) Kétrotoros törőgép forgásiránya
Dmax = 2 500 mm, Q = 2 300 t/óra, dmax = 25 mm, P = 3 500 kW;
KALAPÁCSOS TÖRŐGÉPEK Kalapácsok kialakítása a.
b.
Szerkezeti változatok
c.
a.
4
5
6
2
4
9
7
10
8
d.
e.
1
11
5
11
3
b. 15
12
12 4
7
8
5
f. 13 14
1. alsó vázszerkezet 6. kalapács-tengely 2. billenthető felsőváz 7. csapágyház 3. rotortengely 8. ékszíjtárcsa 4. kalapács 9. lendkerék 5. forgórész 10. ütközőlemez
1
11. rostélyrács 12. állítható ütközőelem 13. hidr. munkahenger 14. billenthető oldallap 15. csap
Szerkezeti kialakítás 5
CENTRIFUGÁLIS TÖRŐGÉP
8
4
9
7
1
3 6 2
1. villamos motor 2. ékszíjhajtás 3. rotor tengely 4. rotor 5. feladógarat 6. ürítő nyílás 7. bordázat 8. kopóbetét 9. vázszerkezet
5
4
3 100
Áthulló mennyiség, m %
100
Áthulló mennyiség, m %
Működési elv
80 60
csökkenõ fordulatszám
40 20 0 0,1
0,3
0,6 1,0
3,0
6,0 10
30
60 100
A szita lyukbõsége [mm], log lépték
80
növekvõ keménység
60 40 20 0 0,1
0,3
0,6 1,0
3,0
6,0 10
30
60 100
A szita lyukbõsége [mm], log lépték
A töret szemszerkezeti összetétele ( színes vonalak ) a rotor fordulatszámától, és a feladott anyag ( fekete szín) keménységétől függ
ADALÉKANYAG OSZTÁLYOZÁS MÓDJAI Mechanikus Dobrosták
Áramkészülékek
Mechanikus osztályozás alapelve Q
d1 Q r1
Q sz1
d2 Q r2 Q r3
d3
Q sz2 Q sz3
Anyagmennyiség ( Q ), %
Síkrosták
Hidraulikus Hidromechanizációs berend.
100
Q sz1
80
Q sz2
60 40
Q sz3
20 0
Q r3 d3 d2
Q r1 Q r2 d1
d max
Résnyílás ( log d ), mm
Rostalemezek: – anyag : acél (a, b), gumi (c, d), műanyag (c,d) – résnyílás alakja: négyzet, kör, hosszúkás a.
b.
c.
d.
SÍKROSTÁK Mikrodobás Rostasík elrendezése
Mozgás létrehozása
Szállítási mód Súrlódás
Soros Kényszerhajtású
Szabadlengésű (vibrációs) Út-gerjesztésű (rezonancia)
Párhuzamos
Vegyes
Tömegerő gerj.
Körgerjesztésű
Irányított gerj.
Forgattyús hajtás mozgásjellemzői r
Kényszerhajtású lengőrosták
x
II.
3
x~r
2
1
ω III.
I.
I.
l <8r
I.
III.
II.
l >8r
l/ r >8
vr = x& r = r ⋅ ω ⋅ sin ωt ar = &x&r = r ⋅ ω2 ⋅ cos ωt
- rω
2
4
ar
2r
Véges hajtórudas hajtás
Kényszerhajtású, excenteres rosta
l/ r <8
3
2
1r ( 1 − cos 2ωt )] 4l 1r 4 vr = x& r = r ⋅ ω ⋅[ sin ωt − sin 2ωt ] 2l r ar = &x&r = r ⋅ ω 2 ⋅ [cos ωt − cos 2ωt ] Körmozgású, vibrációs rosta l
xr = r ⋅ [( 1 − cos ωt ) −
xr = r ( 1 − cos ωt )
0
III.
2r
Végtelen hajtórudas hajtás
+ rω 2
II.
Kényszerhajtású Vibrációs rosták összehasonlítása: 0
180
360 ω t
l / r = 2,8 l / r = 15
1. Merev támasz
megtámasztás
NINCS
2. Exc. tengely
elmozdulás
gerjesztőerő
3. Exc. tárcsa
kiegyensúlyozás
gerj. erő változtatás
stabilitás
rugalmas alátám.
4. Rugó
Irányított gerjesztésű vibrációs rosták Egyenesvonalú irányított gerjesztés létrehozása:
Vibromotor szerkezeti kialakítása 2
Két azonos méretű kiegyensúlyozatlan tömeg ellentétes irányú forgatásával Fg1 Fg1 ω Fg1 Fg
ω
Fg
ωt = 0 F g = 2 ⋅ F g1
F g = 2 ⋅ F g1 ⋅ cos (ω t)
ω t = π/ 2 Fg = 0
1. tengely 5. rögzített excenter 2. motor forgórész 6. állítható excenter 3. motor állórész 7. védőburkolat 4. állórész tekercsfej
A metszet
Vibromotor
7
5
Fg1
Fg1
75 70 65 60
6
ω
Fg1
1
80
ω
ω
4 95 90 85
ω
α
3
A
3 A
Vibromotorokkal gerjesztett vibrációs rosta
Nézet
Nehéz kivitelű, kétsíkú vibrációs osztályozógép ( IFE gyártmány) 1. rostakeret 2. alapkeret 3. alátámasztó rugók
8
6
9
4. felső rostasík 5. motor
1
7
6. ékszíj áttétel 7. kardántengely
3 5
8. szinkronizáló fogaskerekes hajtómű 9. gerjesztő tömegek 10. szerelő
10
4
2
3 Jellemző adatok: Teljesítőképesség . . . 1000 - 1350 tonna/óra Rostasík felülete . . . . 3,0 r 9,0 m
Feladott anyag . . . . szemcsés vasérc Résnyílások . . . . . . 25 mm és 5 mm
BINDER rendszerű, rezonáns üzemű rosta 3
7
1
4
6
5
8
7
10 10
9
2
1. rostakeret 2. alapkeret 3. támasz 4. excenteres tengely 5. motor
A D2 D1 D3 ∆ A a3
λ <1 A2
∆ A a1
λ >1
∆ A f1 ∆ A f3
6. gerjesztő gumirugó 7. tároló gumirugó 8. irányítókar 9. alátámasztó gumirugó 10. kiegyensúlyozó tömeg
Visszaszabályozó képesség: A rezonancia előtti tartományban a tömeg megváltozásakor a rezgéskitérés amplitúdó sokkal kisebb mértékben változik, mint a rezonancia felettiben.
Magyarázat:
- Rezonancia: λ = 1 vagyis ω = α - A sajátrezgés szögsebessége: α =
0,7
0,9
1,0
λ = ω/ α
s m
- A csillapítás ( D ) a rostán lévő anyag tömegével egyenes arányban változik.
A rostasíkon fennmaradó anyaghalmaz mozgása Súrlódásos szállítás
Mikrodobásos szállítás
Ft = m a
S = µG
Ft = m a
A szemcsére ható erők:
G=mg
G=mg Az elmozdulás feltétele:
Ft ≥ S
Ft ≥ G
A határgyorsulás:
a r ≥ a1 = a 2 = µ⋅ g A szemcse mindkét irányban megcsúszik, de nem halad előre !
ar ≥ a3 =g
A szemcse a rostasíktól elemelkedik, de nem halad előre !
A szállítás feltétele:
A két irányban eltérő legyen a szemcsére ható erők eredője: - ferde rostasík - kitérő irányú mozgás - aszimmetrikus mozgás
A dobás kezdetén legyen a szemcse sebességének vízszintes összetevője is ( v x0 ≠ 0 )
Kényszerhajtás A szerkezet kialakítása és mozgatásának jellemző módszere:
Szabadlengés
Súrlódásos szállítás alapesetei A. ferde rostasík Modell, a szemcsére ható erőkkel:
Fs
Határgyorsulások:
β
Szemcse megcsúszás - csak az egyik irányban - mindkét irányban
Fg
Fs
G
α
(
)
a1 = µ o ⋅ g
a1 =
(
)
a2 = µo ⋅g
a2 =
a 1 = g ⋅ µ o ⋅ cos β − sin β
a
Ft
r
ω l
a 2 = g ⋅ µ o ⋅ cos β + sin β Mozgásjelllemzők
Fs
β
Ft G
B. aszimmetrikus mozgás C. kitérő irányú mozgás
a
a sz2
a sz1 t
l
r G
ω
µo ⋅g cos α + µ o ⋅ sin α µo ⋅g cos α − µ o ⋅ sin α
a
a sz2
a sz2
a sz1
t t a sz1
Mikrodobásos szállítás alapesetei Egyenesvonalú, irányított rezgés A szemcsére ható erők:
Kör rezgés Fg
y Fg sin ( α + β )
y v0
v0 Fg
β
ωt0 -β
Fg sin ( ω t 0 - β )
α β
β
x
m g cos β
ωt0 x
mg A0
m g cos β mg
Hajítási tényező: (gyorsulás arány)
A ⋅ ω 2 ⋅ sin (α + β ) Γ= g ⋅ cos β
A⋅ω 2 Γ= g ⋅ cos β
A dobás kezdete:
g ⋅ cos β ω t 0 = arc sin A ⋅ ω 2 ⋅ sin (α + β )
g ⋅ cos β ω t 0 = arc sin +β 2 A⋅ω
