close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Совершенствование конструкции агрегата и процесса вибрационного перемешивания бетонной смеси

код для вставкиСкачать
ФИО соискателя: Лобанов Дмитрий Викторович Шифр научной специальности: 05.02.13 - машины, агрегаты и процессы Шифр диссертационного совета: Д 212.018.02 Название организации: Братский государственный университет Адрес организации: 665709, г.Братск,
На правах рукописи
ЛОБАНОВ ДМИТРИЙ ВИКТОРОВИЧ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ АГРЕГАТА И
ПРОЦЕССА ВИБРАЦИОННОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ
БЕТОННОЙ СМЕСИ
Специальность: 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Братск 2012
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Братский государственный университет»
Научный руководитель:
кандидат технических наук, доцент
Ефремов Игорь Михайлович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор
Кузьмичев Виктор Алексеевич
доктор технических наук, профессор
Садович Марк Ашерович
Ведущая организация:
ФГБОУ ВПО «Тихоокеанский государственный университет» г. Хабаровск
Защита состоится 30 марта 2012 года в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д212.018.02 в Братском государственном университете,
ауд. 3203.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Братского государственного университета.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу:
665709, г. Братск – 9, ул. Макаренко 40,
БрГУ, диссертационный совет
Д212.018.02, ученому секретарю.
E-mail: efremov@brstu.ru
Тел: (3953) 32 – 53 – 63
Факс: (3953) 33 – 54 – 12
Автореферат разослан «___» февраля 2012 г.
Учёный секретарь
диссертационного совета,
кандидат технических наук, доцент
2
И.М. Ефремов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В настоящее время экономическое развитие
Российской Федерации определяет процессы, связанные с созданием конкурентоспособного производства в различных отраслях промышленности. Так,
например, одним из актуальных аспектов развития строительной индустрии
является монолитное строительство, немаловажная роль в котором отводится
приготовлению бетонных смесей на первоначальном этапе производства.
Анализ различных источников позволяет обнаружить многообразие
существующих промышленных бетоносмесительных машин, реализованных
на основе механической обработки с целью получения качественных
бетонных смесей, т.е. получения их максимально-однородными по составу.
Последнее позволяет выделить проверенный временем и множеством
научных трудов способ вибрационной обработки бетонных смесей, как в отдельно взятом случае, так и в совокупности с обычной механической активацией.
Способ вибрационной обработки бетонных смесей известен давно, а целесообразность вибрационного смешивания доказана в результате многочисленных работ ученых: д.т.н. А.Е. Десова, д.т.н. И.П. Керова, д.т.н. В.А.
Кузьмичева, д.т.н. Г.Я. Кунноса, д.т.н. Н.В. Михайлова, академика д.х.н. П.А.
Ребиндера, д.т.н. А.А. Серебренникова, д.т.н. Б.Г. Скрамтаева, д.т.н. М.А.
Талейсника, д.т.н. Н.Б. Урьева и других, а также коллективами научноисследовательских институтов ВНИИСтройдормаш, ВНИИСМ, НИИЖБ,
ИСиА Латвийской ССР, ВНИИГ им. Веденеева и др.
В настоящей работе рассматривается принципиально новая конструкция
роторно-вибрационного смесителя с вибровозбудителем сильфонного типа.
Смеситель позволяет интенсифицировать процесс перемешивания бетонных
смесей, снизить уровень вибрации на внешнюю среду, с одной стороны, и
максимально использовать вибрационные воздействия на обрабатываемой
материал, с другой.
Объектом исследования является: роторно-вибрационный смеситель с
вибровозбудителем сильфонного типа.
Предмет исследования: процесс вибрационного перемешивания бетонных смесей в предлагаемой конструкции смесителя.
Цель работы: теоретические и экспериментальные исследования процессов интенсификации приготовления бетонных смесей.
Реализация поставленной цели достигается решением следующих
задач:
выбором, обоснованием и разработкой метода и средства для измерения реологических параметров бетонных смесей;
разработкой математической модели процесса вибрационного взаимодействия вибровозбудителя с бетонной смесью;
проведением экспериментальных исследований по определению влияния параметров вибрации на изменение структурно-реологических свойств
бетонной смеси и качество их смешивания.
Научная новизна работы состоит в следующем:
– предложена классификация вибробетоносмесительных машин, позволяющая находить совместимые сочетания способов возбуждения, характера
3
колебаний и особенности конструкций, обеспечивающие проектирование надежных и долговечных установок;
– предложен комплексный критерий оценки изменения структурно-реологических свойств смесей при вибрировании – коэффициент удельного сопротивления;
– на основе метода физического моделирования и анализа размерностей
составлены критериальные уравнения, описывающие процесс взаимодействия вибровозбудителя сильфонного типа с бетонной смесью;
– в результате экспериментальных исследований определены значения коэффициентов критериального уравнения, что позволяет на основе теоретических расчетов определять рациональные кинематические и геометрические
параметры вибросмесителя по выбранному критерию;
– установлено, что размещение предложенной конструкции вибровозбудителя в камере смешивания обеспечивает сокращения сроков твердения, повышение прочности бетонных изделий, сокращение времени смешивания.
Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждаются: обработкой результатов исследований методами математической
статистики с использованием пакетов программ SOLIDWORKS, Mathcad 11,
CurveExpert 1.4, Advanced grapher 2.0; удовлетворительной сходимостью
результатов теоретических и экспериментальных исследований, проведенных
на экспериментальном роторно-вибрационном смесителе.
Практическая ценность работы и ее реализация:
впервые предложен способ виброперемешивания бетонных смесей с
использованием вибровозбудителя сильфонного типа, применение которого
позволяет снизить уровень вибрации на внешнюю среду, с одной стороны, и
максимально использовать вибрационные воздействия на обрабатываемой
материал, с другой;
предложены перспективные конструкции роторно-вибрационных
смесителей, защищенные тремя патентами РФ;
результаты разработок использованы в государственной строительной
компании «Сонсголон-Бармат» (Монголия, г. Улан-Батор), ООО «ММТИнжиниринг» (г. Иркутск), ФГУП «ГИПРОЖЕЛДОРСТРОЙ» (г. Москва), в
лекционных курсах, дипломном проектировании и при подготовке студентов,
магистров и аспирантов в Братском государственном университете и
Монгольском университете науки и технологий.
Апробация работы. Основные результаты работы рассмотрены в докладах на следующих конференциях: Всероссийской научно-технической
конференции с международным участием «Механики XXI веку» (г.Братск,
БрГУ, 2006 – 2007 гг.); Международной конференции «Вопросы развития
механики», (Монголия, г. Улан- Батор, 2009 г.); Международной научнотехнической конференции «Интерстроймех-2011», (Белоруссия, г. Могилев,
2011 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 научных работ, в
том числе в изданиях из перечня ВАК – 10, в других изданиях – 6, а так же 3
патента РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из
введения, 3-х глав, основных выводов, списка использованной литературы из
312 наименований. Объем работы составляет 113 страниц, 53 рисунка, 9
таблиц и 130 страниц приложений.
4
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении сформулирована актуальность темы диссертации, научная
новизна и практическая ценность работы.
В первой главе представлен сравнительный обзор и анализ основных
направлений в разработке средств реализации технологий, применяемых при
интенсификации процессов перемешивания бетонных смесей.
В первой части главы дана оценка состояния современного производства
бетоносмесителей по результатам анализа информационно-аналитического
поиска и обзора рынка современных бетоносмесителей. Информационно-аналитический поиск проводился с помощью Internet и позволил выявить 39
фирм-производителей 12 стран мира, выпускающих 98 различных по модификациям бетоносмесительных машин. Количественное и процентное соотношение найденных фирм-производителей бетоносмесительных машин по
странам мира, по режиму работы и принципу перемешивания компонентов, а
так же по типу перемешивающего механизма представлены на диаграммах
(рис. 1, рис. 2, рис. 3).
Рис.1. Количественное распределение найденных фирм-производителей бетоносмесительных машин по странам мира.
Рис. 2. Количественное распределение выпускаемых бетоносмесителей по режиму
работы и принципу перемешивания компонентов.
В целом аналитическо-информационный обзор позволил выделить следующее:
1. для создания бетоносмесителей
нового поколения необходима разработка национальных стандартов в данной отрасли, соответствующих международным ISO 18650 и DIN 459;
2. для оценки готовности смеси в
процессе смешивания необходимо создание контрольно-измерительных приборов, обеспечивающих мониторинг
изменения структурно-реологических Рис. 3. Количественное распределение
выпускаемых бетоносмесительных
свойств смешиваемого материала, и
установок по типу перемешивающего
разработка критерия оценки;
механизма.
3. для повышения интенсивности
и качества процессов смешивания необходимо создание конструкций с использованием прогрессивных физических эффектов, например, тиксотропных
превращений.
5
Во второй части главы представлена общая оценка состояния вопроса по
применению вибрации в процессах перемешивания бетонных смесей. Проведен анализ различных конструкций вибрационных смесителей, найденных в
литературных источниках, научных работах советских и российских авторов.
Патентно-лицензионный поиск проводился с помощью Internet в базах данных патентных ведомств США, Германии, Европейского патентного ведомства, Японии, международных патентных заявок и патентного ведомства России «ФГУ ФИПС» в период 1938 по 2010 гг. в соответствии с ГОСТ Р15.01196. Динамика патентования вибробетоносмесителей, распределение патентов
по странам, а так же их количественное и процентное соотношение представлены на диаграммах (рис. 4, рис. 5, рис. 6, рис. 7).
Рис. 4. Динамика патентования
вибробетоносмесителей.
Рис. 5. Количественное распределение найденных патентов по странам.
Рис. 6. Количественное распределение конструкций вибробетоносмесителей по трем
основным групповым признакам.
Рис. 7. Количественное распределение по
типу вибровозбудителей.
Проведенный патентно-информационный поиск позволил разработать
классификацию вибросмесителей (рис.8), а его анализ показал, что большинство конструкций вибробетоносмесителей соответствует второму основному
классификационному признаку – вибросмесителям принудительного перемешивания с дебалансными вибровозбудителями. Предпочтение вибросмесителям принудительного перемешивания обусловлено их наиболее расширенной применимостью в производстве бетонных смесей, а популярность использования инерционных (дебалансных) вибровозбудителей объясняется
тем, что такие вибровозбудители наиболее просты в конструктивном исполнении, проверены временем и надежны в работе. Однако инерционные вибровозбудители обладают двумя недостатками, с точки зрения использования
их в смесителях: зависимостью амплитуды колебаний от вязкого и упругого
сопротивления среды, что отражается на интенсивности процесса смешивания; и необходимостью проектирования виброизолирующих устройств. Поэтому, рассматривая результаты информационного поиска с точки зрения
снижения уровня вибрации на внешнюю среду, с одной стороны, и макси6
мального использования вибрационных воздействий на обрабатываемую бетонную смесь, с другой, был проведен дополнительный анализ конструкций
вибровозбудителей, который позволил выявить новый вид вибровозбудителей – гофрированные осесимметричные сильфоны.
Анализ процесса вибрационного перемешивания, проведенный на основании литературных источников, показал,
что сокращение времени приготовления строительных смесей
может быть достигнуто за счет
увеличения интенсивности воздействия на смесь и максимально возможного разрушения
связей между частицами. Основными недостатками вибросмесителей является их низкая
эскплуатационная надежность.
Для повышения эксплуатационной надежности предлагается конструкция вибросмесителя, защищенная патентом
РФ № 2292943.
Конструкция роторно-вибрационного смесителя, содержит камеру 1 смешивания и ротор 2, выполненный с лопастями 3,4. Ротор 2 имеет привод
5 вращения. В центре камеры 1
Рис. 8. Классификация вибробетоносмесмешивания установлен вибрасительных машин.
тор 6 с механическим возбуждением колебаний от кривошипно-шатунного механизма 7. Вибратор 6 выполнен в виде диска 8 и сильфона 9. В смесителе имеются так же окна 10 и 11
загрузки и выгрузки материалов соответственно.
Так как вибратор выполнен в виде сильфона и расположен в нижней части камеры смешивания, то данное конструктивное решение позволяет защитить подшипники кривошипно-шатунного механизма от проникновения
пыли и смеси.
Наличие сильфона обуславливает
передачу вибрации на обрабатываемую смесь и максимально удовлетворяет требованиям виброзащиты объекта. Под действием вибрации и вращающихся лопастей ротора структура
смеси разрушается, что обеспечивает
свободное перемещение частиц компонентов и их перемешивание во всем
пространстве смесительной камеры с Рис. 9. Схема роторно-вибрационного
смесителя.
7
минимальными затратами энергии на силы сухого и вязкого сопротивления
до получения высокооднородной смеси.
В результате проведенного информационно-аналитического поиска и
выбора объекта исследований были сформулированы цели и задачи исследований.
Вторая глава диссертации посвящена теоретическим исследованиям
процесса взаимодействия вибровозбудителя сильфонного типа с бетонной
смесью и анализу его напряженно – деформируемого состояния.
В первой части главы подробно рассмотрен вопрос о выборе метода и
средства для измерения реологических параметров бетонных смесей. В соответствии с многочисленными работами бетонные смеси принято аппроксимировать известным реологическим уравнением Бингама-Шведова:
y p ; y ,
где – напряжение сдвига, Па; p – динамическая вязкость,
(1)
Н с
; y – прем2
дельное напряжение сдвига (в общепринятом виде обозначается 0 ), Па; –
скорость сдвига, с-1.
Отсутствие прямой зависимости основных технических характеристик
бетоносмесителя с реологическими параметрами, входящими в уравнение (1),
а так же ввиду сложности их определения в процессе смешивания, было
предложено в качестве обобщенного параметра, характеризующего процесс
вибросмешивания, использовать удельное сопротивление p перемешиванию,
которое может быть определено по формуле, предложенной К.М. Королевым:
n
N p 0 Fi Ri cos i cos i ,
(2)
i 1
где М – момент на перемешивающем органе смесителя, Н∙м; p – удельное
сопротивление бетонной смеси, Па; 0 – угловая скорость вращения ротора,
с-1; Fi – площадь i-ой лопасти, м2; Ri – радиус вращения i-ой лопасти относительно оси вращения ротора (расстояние от геометрического центра лопасти
до оси вращения ротора), м; i – угол наклона i-той лопасти в горизонтальной плоскости, град; i – угол наклона i-той лопасти в вертикальной плоскости, град.
Основными преимуществами использования удельного сопротивления
p бетонной смеси в качестве основного реологического параметра являются:
простота измерений величин удельного сопротивления p бетонной смеси и
конструкции прибора (реометра).
В Братском государственном университете на кафедре Подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования был создан реометр, состоящий из вала, выполненного в виде ротора с четырьмя лопастями,
с приводом вращения от электродвигателя постоянного тока со встроенным
тахометром (рис. 10).
Контроль над изменением частоты вращения вала реометра осуществлялся посредством компьютерной системной платы Gigabyte GA-7VT600(-L).
Непосредственный мониторинг частоты вращения вала реометра проводился
через базовую систему ввода-вывода системной платы – BIOS.
Удельное сопротивление p бетонной смеси определялось по формуле:
8
p
M кр
n
F
i
Ri
Pм ехР
Pэл Р I U ,
4 р h л bл R л 4 р hл bл R л 4 р h л b л R л
(3)
i 1
где M кр – величина момента на роторе реометра, Н∙м; Fi – площадь i-ой лопасти погруженной в смесь, м2; Ri , Rл – радиус вращения i-ой лопасти относительно оси вращения ротора (расстояние от геометрического центра лопасти
до оси вращения ротора), м; h л – высота
лопасти, м; bл – ширина лопасти, м;
Pм ехР – механическая мощность на валу
реометра, Вт; р – угловая скорость
вращения ротора реометра, с-1; PэлР –
электрическая мощность, потребляемая
процессом на вращение вала реометра,
Вт; – к.п.д. электродвигателя; I – сила тока в цепи электродвигателя реометра, А; U – напряжение в цепи элекРис. 10. Реометр: 1 – вал в витродвигателя реометра, В.
де ротора с четырьмя лопастями;
Для определения влияния вибра- 2 – электродвигатель постоянного
ции на характер изменения структурно- тока; 3 – выводы для подключения
реологических свойств бетонной смеси
электродвигателя к трехконтактному 12В разъему SYS_FAN
в зависимости от кинематических и
для
вентиляторов системной плагеометрических параметров вибросметы.
сителя был использован метод анализа
размерностей.
Проведенный анализ позволил вывести следующую функциональную
зависимость:
p f ( A , , g , , F ,V , D , d , h , H ) ,
(4)
-1
где A – амплитуда вибрирования, м; – частота вибрирования, с ; g – ускорение свободного падения, м/с2; – плотность смеси, кг/м3; F – активная
площадь поверхности контакта вибратора со смесью, м2; V – объем загрузки,
м3; D – внутренний диаметр камеры смешивания, м; d – внешний диаметр
вибратора, м; h – высота слоя смеси, м; H – высота вибратора, м.
Используя известные положения этого метода, было получено критериальное уравнение вида:
A 2
2 A2
c p
g
где
x
y
z
w
F A d h ,
V D H
(5)
2 A2
– определяемый критерий, характеризующий обратное отношеp
ние удельного сопротивления бетонной смеси к плотности и квадрату скорости вибрирования;
A 2
– определяющий критерий, характеризующий отноg
шение ускорения свободного падения к ускорению колебаний вибрации;
FA
– определяющий критерий, характеризующий передаточную способV
9
ность вибрационного воздействия на смесь поверхностью рабочего органа
d
h
,
– определяющие критерии-симплексы, характеризующие
D H
граничные условия исследуемого процесса; c – поправочный коэффициент,
вибратора;
учитывающий исходные структурно-реологические свойства смеси, и зависящие от состава минеральных компонентов, их физико-механических и физико-химических свойств, водоцементного отношения; x , y , z , w – степенные коэффициенты, определяемые экспериментально.
Установлено, что при растяжении-сжатии в процессе колебаний осесимметричная гофрированная оболочка (сильфон) испытывает неравномерные
деформации, значения которых убывают от места силового воздействия к месту закрепления сильфона. Как следствие вышесказанному, появляется необходимость учета неравномерности деформации сильфона в процессе колебаний и, следовательно, значение реальной амплитуды колебаний вибровозбудителя и коэффициента удельного сопротивления следует принимать с учетом их послойного распределения.
С учетом этого уравнение (5) примет вид:
2
n A i x
y
2
z
w
2
2
i 1 n A c A F A d h ;
(6)
n
g V D H pi
p
i 1 n
n
p
где n – число слоев; i p – среднее значение удельного сопротивления
i 1 n
p бетонной смеси из значений в каждом слое, Па; Ai – амплитуда вибрирова2
n
ния в каждом слое (срезе), м;
i 1
Ai
A – среднее значение амплитуд, м.
n
Критериальное уравнение (6) позволяет оценить характер разрушения
структуры бетонной смеси в чаше смесителя и, тем самым, выбирать рациональные геометрические параметры конструктивных элементов вибросмесителя в зависимости от поставленной цели.
В третьей части второй главы были проведены теоретические исследования напряженно-деформированного состояния сильфона с использованием
программного комплекса SOLIDWORKS.
Для исследований была выбрана осесимметричная гофрированная
оболочка вибровозбудителя,
представляющая собой
компенсаторный
сильфон (рис. 11),
который
можно
Рис. 11. Вибратор: 1 – сильфон; 2 – крышка сильфона; 3 –
классифицировать
шатун.
в соответствии с
ГОСТ Р50618-93, как универсальный цилиндрический с обниженными крайними гофрами.
10
С помощью программного комплекса SOLIDWORKS была разработана
компьютерная 3D модель, соответствующая натуральному образцу. В качестве материала сильфона при проведении расчетов была выбрана сталь AISI
321 – отожженная нержавеющая сталь по классификации США ввиду отсутствия отечественного марочника сталей в базе данных SOLIDWORKS. Эта
сталь является ближайшим аналогом стали 08Х18Н10Т, из которой изготовлен применяемый в смесителе сильфон.
В результате теоретических расчетов установлено, что величины эквивалентных напряжений принимают максимальные значения у оснований (во впадинах) гофр, минимальные
– на вершинах.
При этом осевая деформация сильфона, значения которой превышают
5мм (рис. 13, рис. 14), является недопустимой, так как
возникающие напряжения
Рис. 12. Общий вид конечно-элементной модели сильфона.
превосходят предел текучести.
Рис. 13. Эпюра распределения эквивалентных напряжений с осевой нагрузкой 402 Н
при максимальном перемещении 5 мм
Рис. 14. Эпюра результирующих перемещений с осевой нагрузкой 402 Н при максимальном перемещении 5 мм
Исследования напряженно-деформированного состояния сильфона с использованием указанных программных комплексов позволяют определять
пульсирующий цикл напряжений и те предельные значения осевых деформаций с учетом усталостной прочности материала, которые обеспечивают надежную эксплуатацию сильфонного вибровозбудителя. Для исследуемого
сильфона максимальная осевая деформация составляет 3мм.
Третья глава диссертации включает экспериментальные исследования,
позволяющие оценить качественную и количественную картину характера
разрушения структуры бетонной смеси в чаше смесителя под воздействием
вибрации, а также оценить влиянии вибрации на процесс смешивания с использованием вибровозбудителя сильфонного типа.
Для решения поставленной задачи была разработана методика проведения исследований, включающая следующие операции:
11
- подготовка компонентов для приготовления бетонной смеси и выбор
режимов работы смесителя;
- приготовление бетонной смеси;
- измерение величины коэффициента удельного сопротивления бетонной
смеси реометром в зависимости от кинематических и геометрических параметров вибросмесителя;
- определение прочности образцов бетона на сжатие в зависимости от
времени твердения.
Для проведения экспериментальных исследований был спроектирован и изготовлен вибросмеситель,
состоящий из камеры
смешивания, перемешивающего
устройства и вибровозбудителя
сильфонного ти- Рис. 15. Общий вид экспериментальной установки: 1 – камера
смешивания; 2 – ротор; 3 – лопасти; 4 – электродвигатель
па, представленпривода вращения ротора с лопастями; 5 – редуктор привода
ный на рис.15.
вращения ротора с лопастями; 6 – электродвигатель привода
В качестве
вибровозбудителя; 7 – вал привода вибровозбудителя; 8 – кривяжущего испольвошипно-шатунный механизм; 9 – вибровозбудитель.
зовался портландцемент Ангарского цементного завода марки М400 Д20. Мелким заполнителем являлся зуевский сортированный песок, добываемого карьером №1 братского месторождения. В качестве крупного заполнителя щебень диабазовый
фракции 10–20 мм.
Состав бетонной смеси был выбран в соответствии с ГОСТ 27006-86 в
следующих пропорциях Ц:П:Щ=1:2:3, В/Ц=0,5 по проектному классу БГС
В25 Ж1 ГОСТ 7473-94. Плотность бетонных смесей определялась в соответствии с ГОСТ 10181-2000. Формование и испытание образцов размером
100х100х100 мм проводились в соответствии с ГОСТ 10105-86 и ГОСТ
10181-2000.
В результате обработки экспериментальных значений коэффициентов
удельного сопротивления p , с использованием программ «CurveExpert 1.4» и
«Advanced grapher 2.0», были получены зависимости, которые наглядно отражают характер изменения структурно-реологических свойств бетонной смеси
используемого состава в процессе вибрирования и представлены на рис. 16,
17, 18, 19.
Для определения коэффициентов c , x , y , z , w , входящих в критериальное уравнение (6), использовалась программа «Mathcad». Многочисленные
эксперименты, результаты которых представлены на графиках и их анализ
позволили упростить решение задачи и ограничиться значениями высоты
слоя h 0,1 0,25 м и максимальными значениями амплитуды и частоты вибрирования равными Aв 3 мм, в 284,21 с -1 . В результате получено критериальное уравнение вида:
12
2
A2
2 A
701,37 p
g
2,409
A F V 0,003951
d
D
8,769
h
H 0,043
.
(7)
Рис. 16. График зависимости удельного сопротивления бетона p от интенсивности
вибрирования A 2 по слоям.
Рис. 17. График зависимости средних значений удельного сопротивления бетона p от
средних значений интенсивности вибрирования A 2 в смесителе в целом.
Необходимо отметить, что результаты проведенных реометрических исследований хорошо согласуются с многочисленными исследованиями других
авторов в области виброреологии. Это обстоятельство позволяет сделать вывод о том, использование в качестве вибровозбудителя сильфона с осесимметричной гофрированной оболочкой целесообразно в роторных (чашечных)
смесителях с целью интенсификации процессов смешивания.
Качество перемешивания определялось по прочности образцов бетона на
сжатие по истечении 3-х суток твердения – ударно-импульсным измерителем
прочности «Оникс – 2.5», а по истечении 28-ми суток твердения – разрушающим методом на прессе П-50 в соответствии с ГОСТ 10180-90 и ГОСТ
18105-86.
13
F A
.
Рис. 18. График зависимости p f V
Рис. 19. График зависимости средних значений удельного сопротивления бетона p от
высоты смеси h при различной интенсивности колебаний вибратора.
Эффективность виброперемешивания определялась по результатам
сравнения прочности бетонов, приготовленных в роторно-вибрационном смесителе с применением вибрации и без нее. Результаты исследований представлены на рис. 21, 22, 23, 24, 25.
14
Рис. 20. Зависимость прочности образцов
на сжатие от времени твердения (время
перемешивания 30 секунд, амплитуда вибрирования 1 мм).
Рис. 21. Зависимость прочности образцов
на сжатие от времени твердения (время
перемешивания 30 секунд, амплитуда вибрирования 2 мм).
Рис. 22. Зависимость прочности образцов
на сжатие от времени твердения (время
перемешивания 30 секунд, амплитуда вибрирования 3 мм).
Рис. 23. Зависимость прочности образцов
на сжатие от времени твердения (время
перемешивания 60 секунд, амплитуда вибрирования 1 мм).
Рис. 24. Зависимость прочности образцов
на сжатие от времени твердения (время
перемешивания 60 секунд, амплитуда вибрирования 2 мм).
Рис. 25. Зависимость прочности образцов
на сжатие от времени твердения (время
перемешивания 60 секунд, амплитуда вибрирования 3 мм).
15
Анализ результатов испытаний образцов бетона на сжатие свидетельствует об эффективности использования вибрации в процессах перемешивания,
а именно:
– обеспечивает повышение интенсивности процесса, что приводит к сокращению времени смешивания;
– обеспечивает ускорение процесса твердения бетона, особенно на ранних сроках, например, 3-и сутки твердения прочность вибрационных образцов была выше на 38% обычных (без применения вибрации), на 7-е – до 29%,
на 14-е – до 19%, и на 28-е – до 8%.
Виброперемешивание особенно важно применять при производстве
строительных блоков методом вибропрессования, где в качестве смесей используются смеси малой влажности (сухие смеси).
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
1. Предложена классификация вибробетоносмесительных машин, позволяющая находить совместимые сочетания способов возбуждения, характера
колебаний и особенности конструкций, обеспечивающие проектирование надежных и долговечных смесительных агрегатов.
2. Предложен комплексный критерий оценки изменения структурнореологических свойств смесей при вибрировании – коэффициент удельного
сопротивления.
3. На основе метода физического моделирования и анализа размерностей
составлено критериальное уравнение, описывающее процесс взаимодействия
вибровозбудителя сильфонного типа с бетонной смесью.
4. В результате экспериментальных исследований определены значения
коэффициентов критериального уравнения, что позволяет на основе теоретических расчетов определять рациональные кинематические и геометрические
параметры вибросмесителя по выбранному критерию; установлено, что размещение предложенной конструкции вибровозбудителя в камере смешивания
обеспечивает сокращения сроков твердения, повышение прочности бетонных
изделий, сокращение времени смешивания.
5. Результаты проведенных реометрических исследований хорошо согласуются с многочисленными исследованиями в области виброреологии. Это
обстоятельство позволяет сделать вывод о том, что использование в качестве
вибровозбудителя сильфона с осесимметричной гофрированной оболочкой
целесообразно в роторных (чашечных) смесителях с целью интенсификации
процессов смешивания. Рекомендуемые значения интенсивности вибрирования A 2 вибровозбудителем сильфонного типа должны составлять 150-200
м/с2.
6. Исследования напряженно-деформированного состояния сильфона, с
использованием указанных программных комплексов, позволяют определять
циклический характер изменения напряжений, а так же предельные значения
осевых деформаций с учетом усталостной прочности материала, которые
обеспечивают надежную эксплуатацию сильфонного вибровозбудителя.
7. Анализ результатов испытаний образцов бетона на сжатие свидетельствует об эффективности использования вибрации в процессах перемешивания, а именно:
16
– обеспечивает повышение интенсивности процесса, что приводит к сокращению времени смешивания;
– обеспечивает ускорение процесса твердения бетона, особенно на ранних сроках, например, 3-и сутки твердения прочность вибрационных образцов была выше на 38% обычных (без применения вибрации), на 7-е – до 29%,
на 14-е – до 19%, и на 28-е – до 8%.
8. Разработана проектная документация на конструкцию роторно-вибрационного смесителя с вибровозбудителем сильфонного типа, защищенная патентом РФ на изобретение.
9. Результаты разработок использованы в государственной строительной
компании «Сонсголон-Бармат» (Монголия, г. Улан-Батор), ООО «ММТИнжиниринг» (г. Иркутск), ФГУП «ГИПРОЖЕЛДОРСТРОЙ» (г. Москва), в
лекционных курсах, дипломном проектировании и при подготовке студентов,
магистров и аспирантов в Братском государственном университете и Монгольском университете науки и технологий.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
- в изданиях из перечня ВАК:
1. Ефремов, И.М. Новые роторные смесители с различными системами
вибровозбуждения / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов // Строительные и дорожные машины. – 2008. - №9. – С.7-9.
2. Ефремов, И.М. Вибробетоносмесители: путь длиной в 70 лет / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов // Строительные и дорожные машины. – 2009. - №10. –
С.15-19.
3. Ефремов, И.М. Современные технологии интенсификации процессов
перемешивания бетонных смесей / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов, К.Н. Фигура
// Строительные и дорожные машины. – 2011. - №1. – С.37-41.
4. Ефремов, И.М. Механическая активация бетонных смесей при интенсификации процессов / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов, К.Н. Фигура // Механизация строительства. – 2011. - №2. – С.6-8.
5. Ефремов, И.М. Вибрационные методы перемешивания бетонных смесей в аспекте патентно-информационного анализа / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов, К.Н. Фигура, И.В. Комаров, Р.Е. Никифоров // Механизация строительства. – 2011. - №4. – С.6-10.
6. Ефремов, И.М. Патентно-аналитический обзор и расширенная классификация бетоносмесительных машин в аспекте исследования вибрационных
технологий перемешивания бетонных смесей / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов,
К.Н. Фигура, И.В. Комаров // Системы. Методы. Технологии. – 2011. №2(10). – С. 38-45.
7. Ефремов, И.М. Современное бетоносмесительное оборудование в аспекте исследования способов механической активации бетонных смесей при
интенсификации процессов перемешивания / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов,
К.Н. Фигура, И.В. Комаров // Системы. Методы. Технологии. – 2011. №3(11). – С. 19-27.
8. Ефремов, И.М. Новый экспериментальный роторно-вибрационный смеситель / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов // Строительные и дорожные машины.
– 2011. - №9. – С.16-19.
9. Ефремов, И.М. Определение реологических показателей бетонных смесей по их критериальной значимости / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов, А.А.
17
Лиханов, Д.М. Ивасиив, К.Н. Фигура // Вестник машиностроения. – 2011. №9. – С.44-48.
10. Ефремов, И.М. Теоретические аспекты процесса смесеобразования бетонных смесей / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов, А.А. Лиханов, Д.М. Ивасиив //
Механизация строительства. – 2011. - №9. – С.16-17.
- в других изданиях:
11. Ефремов, И.М. Определение расхода мощности приводов вибрационного смесителя / И.М. Ефремов, В.С. Янин, Р.Е. Никифоров, В.М. Огородников, Д.В. Лобанов // Механики XXI веку: сб. докл. V Всерос. науч.-техн.
конф. с междунар. участием. – Братск: БрГУ, 2006. – С.82-84.
12. Ефремов, И.М. Определение расхода мощности приводов роторно-вибрационного смесителя с электромеханическим вибровозбудителем / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов // Механики XXI веку: сб. докл. VI Всерос. науч.-техн.
конф. с междунар. участием. – Братск: БрГУ, 2007. – С.82-85.
13. Ефремов, И.М. Анализ конструкций вибросмесителей в аспекте изучения перспективных технологических процессов перемешивания бетонных
смесей / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов // Mechanics Development Issues. International conference: collection of papers. – Ulaanbaatar, Mongolia: Mongolian
University of Science and Technology, 18-20 June, 2009. – P. 206-208.
14. Ефремов, И.М. Исследование и информационно-аналитический обзор
современных технических решений в конструировании новых вибробетоносмесительных машин / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов // Mechanics Development Issues. International conference: collection of papers. – Ulaanbaatar, Mongolia: Mongolian University of Science and Technology, 18-20 June, 2009. – P. 209213.
15. Ефремов, И.М. Расширенный классификационный анализ в аспекте создания вибробетоносмесителей нового поколения / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов // Mechanics Development Issues. International conference: collection of
papers. – Ulaanbaatar, Mongolia: Mongolian University of Science and Technology, 18-20 June, 2009. – P. 214-217.
16. Ефремов, И.М. Интенсификация процесса перемешивания бетонной
смеси в роторно-вибрационном смесителе / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов //
Интерстроймех-2011: материалы междунар. научн.-техн. конф. – Могилев:
ГУ ВПО «Белорусско-Российский Университет», 2011. – С. 79-82.
- патенты:
17. Патент РФ на изобретение RU 2292943 С1, МПК B01F11/00 Роторный смеситель с электромеханическим вибровозбудителем / Ефремов И.М.,
Лобанов Д.В., Савонь В.М., Янин В.С. - № 2005117300/15; заявл. 06.06.2005;
опубл. 10.02.2007, Бюл. №4 (II ч.); приоритет 06.06.2005.
18. Патент РФ на изобретение RU 2297274 С1, МПК B01F11/00 Роторный смеситель с механическим вибровозбудителем / Ефремов И.М., Лобанов Д.В., Савонь В.М., Янин В.С. - № 2005132688/15; заявл. 24.10.2005;
опубл. 20.04.2007, Бюл. №11 (II ч.); приоритет 24.10.2005.
19. Патент РФ на изобретение RU 2318586 С1, МПК B01F11/00 Ро-
торно-вибрационный смеситель с кольцевым магнитострикционным преобразователем / Ефремов И.М., Лобанов Д.В., Савонь В.М., Янин В.С. - №
2006107843/15; заявл. 13.03.2006; опубл. 10.03.2008, Бюл. №7 (II ч.); приоритет 13.03.2006.
18
Подписано в печать 27.02.2012
Формат 60 × 84 116
Печать трафаретная.
Уч.-изд. л. 1,25. Усл. печ. л. 1,25.
Тираж 150 экз. заказ 21
Отпечатано в издательстве ФГБОУ ВПО «БрГУ»
665709, Братск, ул. Макаренко, 40
19
Документ
Категория
Технические науки
Просмотров
141
Размер файла
2 354 Кб
Теги
кандидатская
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа