Обґрунтування параметрів і режимів роботи стрічкового змішувача гідроприводної штукатурної станції

створена і впроваджена у будівельне виробництво гідроприводна штукатурна станція зі шнековим змішувачем;

удосконалений технологічний процес інтенсивного перемішування та побудження товарних розчинних сумішей у бункері гідроприводної штукатурної станції за допомогою стрічкового шнекового розчинозмішувача;

обґрунтовані раціональні конструктивні та режимні параметри робочого органа змішувача і розроблена методика їх інженерних розрахунків;

розроблені рекомендації щодо забезпечення ефективності експлуатації змішувача у складі гідроприводної штукатурної станції;

результати дисертаційної роботи впроваджені в узагальнення держбюджетної тематики, затвердженої Міністерством освіти і науки України (номер державної реєстрації звіту 0207 U 000919), у навчальному процесі при підготовці фахівців зі спеціальності "Підйомно-транспортні, будівельні, дорожні, меліоративні машини та обладнання", у курсовому й дипломному проектуванні в Полтавському національному технічному університеті імені Юрія Кондратюка.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є самостійно виконаною науковою працею, в якій викладено авторський підхід до розв'язання проблеми підвищення ефективності будівництва шляхом удосконалення конструкції й параметрів засобів механізації опоряджувальних робіт. Положення та рекомендації, відображені в тексті дисертації й подані до захисту, отримані автором особисто. Висновки та основні положення дисертації мають самостійний характер. З наукових праць, опублікованих у співавторстві, в дисертаційній роботі використані лише ті положення, що належать здобувачеві особисто.

Автором теоретично обґрунтований характер силової взаємодії робочого органа стрічкового шнекового змішувача з будівельними розчинами різної рухомості; експериментально досліджені й визначені показники питомого гідродинамічного тиску на елементарну площу робочого органа змішувача; вивчений вплив фізико-механічних властивостей будівельних розчинів на основні техніко-економічні показники роботи розчинозмішувачів; розроблений і впроваджений у виробництво поворотний бункер зі стрічковим шнековим змішувачем у складі гідроприводної штукатурної станції СШ-4ГА.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків та рекомендацій забезпечена завдяки використанню системи законів класичної механіки. Прикладною складовою обґрунтованості наукових положень проведеного дослідження стало застосування фактичного матеріалу, одержаного автором у результаті тривалого періоду використання штукатурних станцій і розчинозмішувачів у будівельному виробництві. Достовірність висновків підтверджується збігом теоретичних та експериментальних досліджень при відхиленні не більше ніж 10%. Достовірність експериментальних даних при вивченні досліджуваних процесів забезпечена використанням статистичної обробки результатів вимірювань.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідались та були схвалені на наукових конференціях науково-педагогічних працівників ПолтНТУ (2004, 2005, 2006, 2007 рр.); Міжнародній науково-технічній конференції "Наукові основи створення високоефективних землерийно-транспортних машин" (м. Харків, 2004 р.); Міжнародній науково-технічній конференції "Вібрації в техніці та технологіях" (м. Полтава, 2005 р.); Всеукраїнській науково-технічній конференції "Транспорт. Дорожні та будівельні машини" (м. Кременчук, 2006 р.), а також були представлені на 64-й науково-технічній конференції Новосибірського державного архітектурно-будівельного університету (м. Новосибірськ, Росія, 2007 р.) та Міжнародній науково-практичній Internet-конференції "Ключові аспекти наукової діяльності - 2007" (www.rusnauka.com/ 3_KAND_2007/stroitelstvo/18776.doc.html [Цит. 2007, 20 березня]).

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації, визначені мета дослідження, завдання і методи їх розв'язання, охарактеризовані наукова новизна та практичне значення результатів роботи, подана інформація про їх апробацію і впровадження у практику.

У першому розділі "Аналіз стану питання, мета та задачі дослідження" на основі аналізу схем існуючих штукатурних станцій та змішувального обладнання, що входить до їх складу, запропоновані до розгляду декілька типів конструкцій розчинозмішувачів, які розглядаються у взаємозв'язку із властивостями розчинних сумішей, що перемішуються.

Значний досвід із розроблення методологічних підходів до вивчення властивостей будівельних розчинів, створення ефективних технологічних схем та засобів перемішування накопичений і детально висвітлений у працях відомих учених й інженерів: С.С. Атаєва, Ю.М. Баженова, В.Л. Баладінського, В.А. Баумана, Ю.І. Бєлякова, М.С. Болотських, Є.С. Болдакова, Д.П. Волкова, С.С. Добронравова, В.М. Євстифєєва, І.А. Ємельянової, Л.П. Камчатнова, К.М. Корольова, О.М. Лівінського, В.С. Ловейкіна, О.Г. Маслова, С.Н. Михайлової, І.І. Назаренка, Л.В. Назарова, В.В. Нічке, О.Г. Онищенка, Є.П. Парфенова, П.А. Ребіндера, К.П. Севрова, Л.І. Сердюка, В.Й. Сівка, В.Д. Топчія, В.І. Торкатюка, В.Г. Трухана, В.У. Уст'янцева, Л.А. Хмари, В.Г. Шухова та інших.

Аналізом попередніх досліджень установлено, що характер взаємодії розчинних сумішей із робочим органом змішувача під час перемішування поки що недостатньо вивчений і потребує більш детального теоретичного та експериментального дослідження.

Окреслені основні напрями забезпечення вимог ефективної роботи змішувачів штукатурних станцій - поліпшення ступеня перемішування, підвищення інтенсивності й ефективності процесу перемішування та надійності роботи. Як найбільш відповідну вказаним вимогам запропоновано схему поворотного бункера, обладнаного стрічковим шнековим змішувачем. Дана конструкція дозволяє, по-перше, приймати товарний розчин із самоскида без застосування пандусів; по-друге, інтенсивно перемішувати прийняту суміш і, по-третє, ефективно переміщувати (транспортувати) готовий розчин у напрямі камери-живильника розчинонасоса навіть при низькому рівні заповнення бункера (коли майже весь розчин використаний). Окреслено коло завдань теоретичних і експериментальних досліджень.

У другому розділі "Теоретичне обґрунтування робочих процесів і режимів роботи стрічкового змішувача гідроприводної штукатурної станції" вперше обґрунтовані закономірності, що пов'язують конструктивні параметри робочого органа змішувача у складі гідроприводної штукатурної станції, кінематичні характеристики його руху, а також властивості розчинної суміші з параметрами, котрі визначають величину потужності, що витрачається на доведення товарного розчину до кондиції, та транспортування до приймальної камери розчинонасоса.

Виходячи з основного рівняння динаміки для абсолютного руху частки розчину М по стрічці під дією прикладених сил (рис. 1), визначений механізм взаємодії часток розчину з робочим органом змішувача під час його обертання у суміші, що перемішується, з урахуванням впливу як лише стрічки шнека, так і за умови впливу стінок бункера. На цій основі встановлені диференціальні рівняння руху часток розчинної суміші для обох зазначених випадків:

(1)

де - кутова швидкість стрічки, с^-1; r, , - переміщення, м, швидкість, м/с, та прискорення, м/с², частки вздовж осі Mr; , , - відповідно вздовж осі M; z, , - відповідно вздовж осі Mz; g - прискорення вільного падіння, м/с²; N_ш, N_б - нормальні реакції стрічки шнека та бункера відповідно, Н; m - маса частки М, кг;  - кут нахилу шнекової стрічки до площини обертання, рад; k_f - коефіцієнт тертя з урахуванням адгезії розчинної суміші із стрічкою й стінками бункера (не "чисте" тертя ковзання розчину по сталі, а тертя ковзання основної маси суміші по тонкому шару розчину, який рухається разом із стрічкою, та по тонкому шару розчину на стінках бункера).

Розв'язок систем диференціальних рівнянь (1) з урахуванням залежностей між кутом та радіусом r, кроком стрічки h і полярним кутом , що визначає положення частки М відносно шнека, поданий у вигляді графіків функцій r, та z залежно від кута повороту стрічки шнека t для одного оберту останньої.

У першому випадку за проміжок часу, який відповідає повороту стрічки шнека на кут   радіан, частка розчину проходить по осі r відстань від R₁ до R₂ і залишає поверхню стрічки (графік функції r далі показаний штриховою лінією). При цьому переміщення вздовж осі z становить величину порядку 1,1R₂. Від'ємні значення функції свідчать про те, що в обертальному русі частка М рухається повільніше, ніж стрічка шнека.

У другому випадку фізичний зміст має розв'язок, обмежений кутом , де стрічка шнека проходить у безпосередній близькості до дна й стінок бункера. При цьому графіки руху частки М мають точки перегину дещо правіше від середини ділянки : величина переміщення по осі z, яка зростала досить швидко (на вертикальній осі залишена позначка R₁ для порівняння з розв'язком попередньої системи диференціальних рівнянь), після точки перегину зростає повільніше; з переміщенням по осі в обертальному русі відбувається протилежне: до точки перегину воно зменшується повільно, а після - досить швидко. Такий характер графіків можна пояснити таким чином: спочатку (на першій половині ділянки ) відбувається інтенсивне переміщення часток суміші в осьовому напрямі вздовж осі z; потім же, внаслідок дії сил ваги розчину, відбувається активне проковзування часток по стрічці шнека - величина переміщення по осі z зменшується, а від'ємні значення переміщення по модулю зростають.

З умови забезпечення необхідної величини переміщення суміші у змішувачі штукатурної станції до приймальної камери розчинонасоса виникає необхідність визначення середньої швидкості v_Z сер= , м/с, переміщення суміші вздовж осі шнека. Сумісний розгляд систем (1) із використанням математичного пакета Maple дозволяє одержати наближений вираз для середньої швидкості часток уздовж осі вала змішувача (осі z)

v_Z сер= , (2)

де R₁, R₂ - відповідно внутрішній та зовнішній радіуси шнекової стрічки, м.

Тут слід зауважити, що дане значення швидкості відноситься до об'єму суміші, яка активно переміщується стрічкою шнека (знаходиться в межах від R₁ до R₂). Але враховуючи, що питання забезпечення необхідної величини переміщення суміші до розчинонасоса постає, коли розчин майже весь використаний, площа S перерізу маси розчину в площині, перпендикулярній до осі z, може бути подана у вигляді сегмента круга радіусом R₂. Якщо Н - висота цього сегмента (тобто глибина розчину, що залишився у бункері), то середня величина об'ємного переміщення розчинної суміші (м³/год) уздовж осі z

. (3)

Аналіз фізичного процесу, який протікає у змішувачі внаслідок руху стрічки, показує, що основними упорами її руху в масі розчину будуть: опір унаслідок тертя розчину по стрічці та стінках бункера; опір зсування мас розчину одна відносно одної (тертя й зчеплення); опір від подолання власної ваги розчину. Ці упори залежатимуть як від фізичних властивостей суміші, що перемішується, так і від параметрів та режиму роботи змішувача: розмірів шнекової стрічки, швидкості її обертання, ступеня заповнення змішувача.

Таким чином, на елементарну ділянку стрічки діють: сили тертя суміші, яка переміщується стрічкою, по стінці бункера F₁ - унаслідок тиску суміші на стінку від складової власної ваги, F₂ - унаслідок дії відцентрової сили інерції маси суміші; F₃ - сила тертя по нижній грані елементарної ділянки стрічки dS у процесі переміщення розчинної суміші по ділянці dS; F₄ - сила опору зсування розчинної суміші, що переміщується ділянкою dS відносно суміші, яка розташована над ділянкою dS; F₅ - сила опору тертя верхньої кромки ділянки dS по розчинній суміші, що розміщена над кромкою; F₆ - сила опору тертя розчину по верхній кромці ділянки dS; F₇ - сила опору від власної ваги розчинної суміші, яка захоплюється елементарною ділянкою dS; F₈ - сила опору тертя розчинної суміші по ділянці dS унаслідок тиску складової власної ваги суміші, що захоплюється елементарною ділянкою dS; F₉ - сила від складової власної ваги розчинної суміші, яка захоплюється кронштейном; F₁₀ - сила опору тертя по кронштейну при обтіканні його розчином; F₁₁ - сила опору зсування розчину по бокових гранях стрічки.

Потужність Р, Вт, необхідна для подолання зазначених сил опору, дорівнює

(4)

де z₁, z₂ - відповідно кількість витків шнекової стрічки та кількість кронштейнів; - кутова швидкість обертання стрічки шнека, с^-1; - густина розчинної суміші, кг/м³; g - прискорення вільного падіння, м/с²; h - крок витків стрічки, м; R₁, R₂ - відповідно внутрішній та зовнішній радіуси шнекової стрічки, м; R₃ - радіус вала змішувача, м; R = 0,5(R₁ + R₂), м; k_f - коефіцієнт тертя розчинної суміші по стінці бункера та по стрічці; k = 1 + 0,5 f sin 2 - допоміжний коефіцієнт; - кут нахилу стрічки, рад; ₁, ₂ - відповідно початковий та кінцевий кути, на яких бункер щільно прилягає до стрічки шнека, рад; ₃ - кут входу стрічки в суміш, рад; k - коефіцієнт питомого опору зсування, Па; а - ширина кронштейна, м.

У результаті теоретичного дослідження впливу основного геометричного параметра стрічки шнека - кута нахилу до площини обертання - на показники ефективності роботи розчинозмішувача обґрунтоване значення кута , яке забезпечує максимальну циркуляцію мас розчину, а відповідно й інтенсивність перемішування суміші,

. (5)

У зв'язку з тим, що коефіцієнт тертя k_f розчинної суміші у процесі змішування змінюється, одержане за залежністю (5) значення кута нахилу стрічки буде оптимальним лише на певному етапі процесу змішування. Проте у випадку змішувача штукатурної станції необхідно призначати оптимальне значення для періоду інтенсивного змішування щойно прийнятого товарного розчину, оскільки саме цей етап потребує максимальної циркуляції мас розчинної суміші.

З метою визначення параметрів (коефіцієнтів тертя k_f та опору зсування суміші k), які описують фізико-механічні властивості розчинів різної рухомості у процесі перемішування в стрічковому шнековому змішувачі, була розроблена методика, що ґрунтується на встановленні сил опору, котрі діють на плоску прямокутну лопатку під час її руху в будівельному розчині. При цьому дослідження необхідно проводити у два етапи: на першому шляхом визначення сили опору F, Н, що виникає внаслідок руху в розчинній суміші лопатки, встановленої з кутом атаки  = 90, обчислюється коефіцієнт опору зсування суміші k, Па; на другому при визначенні сили опору F, Н, яка виникає внаслідок руху в розчинній суміші лопатки, встановленої з кутом атаки , відмінним від 90, знаходиться коефіцієнт тертя k_f

(6)

де F - сила гідродинамічного опору просуванню лопатки у розчинній суміші, Н; l, b - висота й ширина лопатки, м; с - ширина кронштейна, м; dx - переміщення, м; u - швидкість руху лопатки, м/с; - кут між швидкістю и та площиною лопатки; - густина розчинної суміші, кг/м³; g - прискорення вільного падіння, м/с²; а - висота суміші над пластиною, м.

У третьому розділі "Експериментальні дослідження робочих процесів стрічкового шнекового змішувача штукатурної станції" подані результати експериментальних досліджень для підтвердження достовірності запропонованих теоретичних залежностей, кількісної оцінки характеристик розчинних сумішей, визначення та обґрунтування раціональних конструктивних параметрів і режимів роботи змішувача штукатурної станції.

Визначення фізико-механічних характеристик розчинних сумішей - коефіцієнтів питомого опору зсуву k та тертя k_f - виконувалося згідно із запропонованим і теоретично обґрунтованим механізмом взаємодії з розчинною сумішшю прямокутної плоскої лопатки шляхом вимірювання сили гідродинамічного опору внаслідок руху останньої. Для цього був виготовлений дослідний стенд, котрий складається з прямокутного бака 1, на якому закріплені напрямна 2 й електродвигун 3, причому напрямна може бути піднята для зручності завантаження та розвантаження розчину. По напрямній вільно на опорах кочення за допомогою троса 4 рухається каретка 5. Трос 4 намотується на барабан 6 через систему блоків 7. Для вимикання привода при досягненні кареткою кінцевого положення встановлений вимикач 8. Електродвигун 3 підключений до мережі через перетворювач частоти струму. Це дозволяє отримувати різні числа обертів барабана 6, жорстко закріпленого на валу двигуна, і плавно змінювати швидкість руху каретки в широких межах. На каретці змонтовані лопатка 9, поворотний пристрій 10, електронний секундомір 11 та індуктивний датчик зусилля 12. Секундомір 11 встановлений на каретці таким чином, що вмикається під дією датчика початкового положення 13 і вимикається при проходженні датчика кінцевого положення 14. На відстані між датчиками каретка рухається рівномірно, без прискорення, оскільки датчик 13 встановлений на певній відстані від початкової точки руху каретки. Паралельно напряму руху лопатки у бакові встановлена стінка 15. Її положення може бути змінене за допомогою регулювальних гвинтів 16. Таким чином можна одержати необхідну величину проміжку між стінкою 15 та лопаткою 9.

Шляхом експериментальних досліджень установлено, що коефіцієнти k та k_f , котрі визначають величину споживаної під час змішування потужності, залежать як від рухомості розчинної суміші, так і від швидкості руху лопатки у ній. Причому найбільше від швидкості залежить коефіцієнт k для малорухомих розчинів. Також визначено, що коефіцієнт тертя k_f розчинних сумішей підвищеної рухомості (10 - 12 см) майже не залежить від швидкості руху лопатки і залишається сталим у всьому діапазоні робочих швидкостей.

Для прогнозування величини сили гідродинамічного опору, що діє на робочі органи розчинозмішувачів, проведений багатофакторний аналіз числових значень сумарної сили гідродинамічного опору F _ГД та питомого тиску р_ГД на лопатку дослідного стенда (рис. 4). Була встановлена така функціональна залежність:

(7)

де р_ГД - питомий тиск, Па; _рух - рухомість суміші, см; и - швидкість руху робочого органа, м/с; - кут атаки, ; х - зазор між бункером та робочим органом під час руху, м.

Графіки питомого тиску р_ГД для сумішей різної рухомості, побудовані за даними багатофакторної моделі (7), свідчать, що значною мірою на підвищення питомого тиску при рухові робочого органа змішувача у розчині впливає збільшення кута атаки від 0 до 45 - 60. Це явище можна пояснити значним зростанням ефективної площі проекції на площину, перпендикулярну до швидкості руху, а відповідно й лобового опору, внаслідок зміни кута атаки. Також на величину р_ГД значною мірою впливає рухомість розчину (значне підвищення тиску спостерігається при зменшенні рухомості від 10 до 8 см і нижче).

Графіки потужності, обчисленої за методикою врахування опорів, що діють на стрічку шнека з боку суміші (формула (4)), та одержаної у результаті лабораторних досліджень, мають певну розбіжність у значеннях. Ця розбіжність становить 10% для малорухомих сумішей за умови низької кутової швидкості обертання робочого органа змішувача. Причому експериментальні дані перевищують розрахункові. Але в межах основних робочих кутових швидкостей (3 с^-1) графіки збігаються досить точно, про що свідчить лінія їх перетину. Для кутових швидкостей більше 3 с^_1 знову з'являється розбіжність, яка зростає із збільшенням кутової швидкості , причому в цій області розрахункові дані більші за експериментальні.

З метою визначення резервів зниження енергоспоживання змішувача штукатурної станції був виконаний запис діаграм потужності, що споживається приводом розчинозмішувача. Одержані результати (таблиця) дозволили запропонувати наступний режим роботи змішувача штукатурної станції. Після приймання товарного розчину та додавання необхідних компонентів - плавний розгін робочого органа до кутової швидкості 4 с^-1; інтенсивне перемішування протягом оптимального часу змішування t ^опт; зниження швидкості обертання стрічки до  1 с^_1 з метою побудження суміші під час роботи розчинонасоса.

Також слід відзначити, що плавний розгін робочого органа змішувача на початку роботи усуває пікове підвищення навантаження, котре може призвести до виходу змішувача з ладу. Інтенсивне змішування з підвищеною кутовою швидкістю зменшує необхідний час t ^опт досягнення граничного коефіцієнта неоднорідності й тим самим збільшує ефективність використання змішувального обладнання штукатурної станції.

Таблиця

Раціональний час змішування

та інтегральна потужність процесу перемішування

У якості показника ступеня перемішування у процесі роботи змішувача штукатурної станції запропонований і теоретично обґрунтований коефіцієнт K_var неоднорідності рухомості суміші по всьому об'єму розчину, що знаходиться у бункері штукатурної станції,

, (8)

де - середня арифметична рухомість розчинної суміші в усіх п пробах, см, _рух і - рухомість і -тої проби, см.

Відповідно до запропонованої методики (залежність (8)) визначення якості робочого процесу змішувального обладнання штукатурної станції був досліджений етап інтенсивного змішування щойно прийнятого товарного розчину. Результати проведених досліджень підтверджують той факт, що для інтенсивного змішування з кутовою швидкістю  = 4 с^-1 значення оптимального часу змішування t ^опт становить  6 хв. Адже після досягнення цього часу середнє значення квадратичного відхилення не перевищує 0,068, що відповідає відхиленню рухомості розчину по всьому об'єму бункера в межах  0,5 см.

Теоретичні розрахунки свідчать, що при зниженні рівня розчину в бункері до рівня Н  0,1 м за умови кутової швидкості стрічки  = 1 с^-1 значення Q_Z наближається до максимальної подачі розчинонасоса Q (у нашому випадку Q = 4 м³/год). Таким чином, у разі необхідності експлуатації розчинонасоса на максимальній продуктивності наприкінці циклу перекачування при зниженні рівня розчину до Н  0,1 м потрібно збільшити кутову швидкість до  = 5 с^-1.

Отже, підвищення кутової швидкості обертання стрічки шнека наприкінці процесу відкачування розчину з бункера дозволяє забезпечити стабільну подачу суміші до камери-живильника розчинонасоса протягом усього часу роботи останнього.

У четвертому розділі "Впровадження результатів дослідження у виробничу практику" на основі вищенаведених теоретичних та експериментальних досліджень запропонована і створена нова конструкція гідроприводної штукатурної станції з поворотним бункером та стрічковим шнековим розчинозмішувачем. Використання даної конструкції дозволяє комплексно механізувати процес проведення опоряджувальних робіт від приймання товарного розчину до безкомпресорного соплування на оброблювані поверхні. Застосування об'ємного гідропривода знижує енерго- та металоємність штукатурної станції.

Станція містить раму 1, на якій змонтований поворотний бункер 2 зі стрічковим шнековим змішувачем 3 та його приводом 4. Поворот бункера-змішувача здійснюється за допомогою двох гідроциліндрів 5. На рамі встановлені також гідроприводний розчинонасос 6 з маслонасосною установкою 7. Усе основне обладнання розміщене в кабіні 8. У нижній частині по обох торцях бункера є дві цапфи для монтажу бункера на опорах рами. При цьому передня цапфа гідравлічно з'єднана з живильною камерою 9 і з розчинонасосом. У днищі бункера над живильною камерою встановлена знімна решітка 10 зі ступінчатими отворами, які служать для проціджування розчину, що подається в розчинонасос. Поряд із решіткою в днищі бункера передбачено вікно з кришкою, через котре наприкінці зміни має видалятися накопичений шлам.

Усередині бункера змонтований змішувач, який являє собою стрічковий шнек. На витках змішувача, що обертаються над проціджувальною решіткою, приварена пластина 11, до якої за допомогою болтів кріпиться металева щітка, котра видаляє шлам із поверхні решітки. Обидва кінці вала змішувача виходять за межі бункера. Гідравлічний привод змішувача складається з реверсивного швидкохідного маломоментного гідромотора 12 і двоступінчатого циліндричного редуктора типу Ц2У-160. Гідравлічна схема станції дає змогу здійснювати реверсивну роботу змішувача, що необхідно для підвищення ефективності перемішування розчинів під час їх доведення до потрібних кондицій. Усмоктувальний патрубок гідроприводного розчинонасоса гідравлічно з'єднаний із живильною камерою бункера-змішувача за допомогою гумотканинного рукава 13, який по обох кінцях із метою герметизації з'єднань обтиснутий спеціальними хомутами. Для того щоб при поворотах бункера-змішувача рукав 13 не зазнавав крутних деформацій, з'єднання цього рукава з передньою цапфою бункера виконано через проміжний патрубок 14, котрий герметично вгвинчений у цапфу із застосуванням гумового ущільнювального кільця та гальмується від поворотів за допомогою спеціального пальця, жорстко закріпленого на рамі. У штукатурній станції вперше використана конструкція гідроприводного розчинонасоса РНГ-4. Його вертикальна насосна колонка автоматичної дії містить поршень 11 зі штоком 12. Співвісно з поршнем розташований диференціальний золотник керування з робочими поясками 13 і 14 різного діаметра. Цей золотник кінематично пов'язаний із поршнем 11 за допомогою хвостовика, який нижньою частиною входить в отвір поршня й штока. Основний золотник також має диференціальну будову (робочі пояски 15 і 16 мають різні діаметри). Штокова порожнина 17 гідроциліндра постійно з'єднана з лінією напору масла, а поршнева порожнина 18 може за допомогою пояска 16 основного золотника з'єднуватися з лініями напору або зливу масла залежно від положення поршня 11, що забезпечує автоматичну роботу розчинонасоса.

Також у даному розділі запропонована науково обґрунтована методика розрахунку раціональних конструктивних параметрів бункера та стрічкового шнекового змішувача. На її підставі розроблена технічна документація на гідроприводну штукатурну станцію СШ_4ГА. Запропоновані рекомендації з подальшого вдосконалювання штукатурної станції.

У результаті виробничих випробувань на базі ВАТ "Полтавтрансбуд" цілком підтверджена своєчасність виконаних досліджень бункера із стрічковим змішувачем, а також доцільність застосування у якості привода робочих органів штукатурної станції гідрооб'ємного привода. Адже він забезпечує оптимальну роботу розчинонасоса у складі штукатурної станції (постійну швидкість руху поршня, малоімпульсну подачу протягом значної частини робочого циклу).

Стабільність подачі розчинів зниженої рухомості, низька пульсація подачі дозволили підвищити продуктивність праці, знизити втрати розчину, підвищити якість штукатурного шару. За результатами приймальних випробувань штукатурна станція СШ_4ГА була рекомендована для виготовлення дослідної партії.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз літературних джерел та виробничого досвіду використання штукатурних станцій показав, що існуючі конструкції даного обладнання характеризуються високою енергоємністю, що призводить до низької ефективності їх використання. Найбільш перспективним напрямом підвищення ефективності проведення робіт, пов'язаних із використанням будівельних розчинів в умовах міського багатоповерхового будівництва, як показали дані дослідження, є застосування гідроприводних штукатурних станцій, обладнаних поворотним бункером і стрічковим змішувачем, з метою комплексної механізації даного виду робіт.

Практична відсутність наукових досліджень, а також науково обґрунтованих методик розрахунку робочих параметрів саме поворотних бункерів, обладнаних стрічковими змішувачами, у складі гідроприводних штукатурних станцій з урахуванням особливостей їх роботи обмежує можливості подальшого підвищення ефективності роботи створюваних штукатурних станцій даного типу.

2. Теоретично обґрунтовані основні фізико-механічні властивості розчинних сумішей різної консистенції, які визначають характер взаємодії мас розчину з робочим органом змішувача, - коефіцієнт тертя k_f та коефіцієнт опору зсування k. Шляхом проведення експериментальних досліджень визначено, що основний фактор, який визначає названі фізико-механічні показники - рухомість розчинної суміші: збільшення рухомості суміші від 6 до 12 см зменшує коефіцієнт тертя k_f із 0,481 до 0,063 та коефіцієнт опору зсування k із 130 до 61 Па (за умови лінійної швидкості руху робочого органа змішувача и = 1 м/с).

3. За результатами проведення багатофакторного експерименту одержана адекватна (з вірогідністю 0,95) регресійна модель, котра надає можливість розрахунковим шляхом оцінити величину питомого тиску р_ГД на робочий орган змішувача внаслідок дії сили F _ГД гідродинамічного опору, залежно від рухомості суміші _рух, швидкості руху робочого органа и, кута атаки та величини зазору х між стінкою бункера та робочим органом. При цьому було встановлено, що головним чином на величину питомого тиску, а відповідно і на потужність, яка споживається змішувачем, впливають кут атаки , зазор х між робочим органом і бункером та головна характеристика розчинної суміші - рухомість _рух. Швидкість руху лопатки и при зміні в межах, що відповідають робочим швидкостям змішувачів, впливає на величину сили гідродинамічного опору значною мірою для малорухомих розчинів (4…6 см) і меншою мірою - для розчинів високої рухомості (10…12 см).

4. Із використанням експериментально-лабораторного змішувача досліджена залежність споживаної потужності від кутової швидкості обертання стрічки шнека та фізико-механічних характеристик суміші, що перемішується, котрі визначаються її рухомістю _рух. Результати підтвердили запропоновані теоретичні залежності з визначення потужності змішування Р.

5. За результатами теоретичних досліджень із подальшою експериментальною перевіркою обґрунтовані раціональні параметри робочого органа стрічкового змішувача поворотного бункера штукатурної станції: кут нахилу стрічки шнека до площини обертання  = 25…30, співвідношення внутрішнього R₁ та зовнішнього R₂ радіусів стрічки R₁ = = (0,7…0,72)R₂. Розроблений режим роботи стрічкового змішувача гідроприводної штукатурної станції після приймання товарного розчину, який складається із плавного розгону робочого органа до кутової швидкості 4 с^-1; інтенсивного перемішування та доведення до кондиції розчинної суміші з даною кутовою швидкістю; побудження суміші під час роботи розчинонасоса шляхом обертання стрічки шнека з кутовою швидкістю 1 с^-1; при зниженні рівня суміші у бункері до величини, що дорівнює ширині стрічки шнека, за умови необхідності забезпечення максимальної подачі розчинонасоса - підвищення кутової швидкості робочого органа змішувача до 5 с^-1.

6. За допомогою розробленої науково обґрунтованої методики оцінювання якості доведеної до товарної кондиції розчинної суміші визначений оптимальний час інтенсивного перемішування t ^опт, який відповідає вирівнюванню значення рухомості розчину по всьому об'єму бункера в межах  0,5 см, залежно від кутової швидкості обертання робочого органа змішувача. Установлено, що підвищення від 1 до 4 с^_1 зменшує значення t ^опт від 17 хв до 6 хв. Одержані дані підтверджені також за допомогою запису діаграм енергоспоживання привода стрічкового змішувача штукатурної станції.

7. Розроблені науково обґрунтовані основи проектування геометричних параметрів робочого органа, конструктивних і технологічних параметрів поворотного бункера у складі гідроприводної штукатурної станції, обладнаного стрічковим змішувачем.

8. На основі результатів проведених наукових досліджень створена й упроваджена у будівельне виробництво гідроприводна штукатурна станція нового покоління з поворотним бункером та стрічковим шнековим розчинозмішувачем. Використання даного обладнання надає можливість комплексно механізувати процес проведення опоряджувальних робіт від приймання товарного розчину до безкомпресорного соплування на будівельні конструкції. Застосування об'ємного гідропривода дозволяє знизити енергоспоживання станції на 13,3% порівняно з механічним приводом та підвищити продуктивність опоряджувальних робіт у 2,5  3 рази порівняно з ручним оштукатурюванням.

9. Річний економічний ефект від упровадження створеної гідроприводної штукатурної станції СШ_4ГА у будівельне виробництво порівняно з використанням поширеної гідроприводної станції СО-114А у цінах 2006 року становить 21 817 грн. на одну станцію.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Онищенко О.Г., Ващенко К.М. Розроблення конструкції бункера-змішувача на основі аналізу конструктивних особливостей машин для прийому, перемішування і видачі будівельних розчинів // Галузеве машинобудування, будівництво: Зб. наук. праць. - Полтава: ПолтНТУ, 2004. - Вип. 14. - С. 6-11. (Обґрунтована конструктивна схема поворотного бункера, обладнаного стрічковим шнековим розчинозмішувачем).

2. Онищенко О.Г., Ващенко К.М. Дослідження опору будівельних розчинів переміщенню робочих органів змішувача // Вісник ХНАДУ: Зб. наук. праць. - Харків: ХНАДУ, 2004. - Вип. 27.- С. 157-159. (Запропонована методика дослідження питомого тиску на робочі органи змішувачів від дії гідродинамічної сили опору розчину й одержані експериментальні дані для сумішей різної рухомості за умови зміни швидкості руху робочого органа).

3. Онищенко О.Г., Ващенко К.М. Визначення потужності подолання сил тертя при роботі стрічкового шнекового розчинозмішувача // Вібрації в техніці та технологіях. - Вінниця: ВДАУ, 2006. - Вип. 1. - С. 87-93. (Розроблена математична модель руху часток розчинної суміші при взаємодії із стрічковим робочим органом).

4. Онищенко О.Г., Ващенко К.М. Розрахунок потужності та визначення опорів, що виникають при роботі стрічкового шнекового розчинозмішувача // Вісник КДПУ: Зб. наук. праць. - Кременчук: КДПУ, 2006. - Вип. 1(36). - С. 58-63. (Визначені й обґрунтовані сили опору, що виникають при роботі стрічкового змішувача та визначають споживану потужність).

5. Онищенко О.Г., Ващенко К.М. Обґрунтування роботоздатності гідропривідної штукатурної станції // Галузеве машинобудування, будівництво: Зб. наук. праць. - Полтава: ПолтНТУ, 2006. - Вип. 17. - С. 8-12. (Запропонована гідравлічна схема гідроприводної штукатурної станції з поворотним бункером і регульованим диференціальним гідроприводним розчинонасосом та обґрунтована її роботоздатність).

6. Ващенко К.М. Оптимізація роботи розчинозмішувача за допомогою регулювання швидкості руху робочого органа // Східно-Європейський журнал передових технологій. - Харків: Технологічний Центр, 2006. - Вип. 5/2(23). - С. 43-45.

7. Онищенко О.Г., Ващенко К.М. Взаємодія робочих органів розчинозмішувачів із середовищем, що перемішується, у пристінковому шарі // Наукові нотатки: Зб. наук. праць. - Луцьк: Луцький ДТУ, 2006. - Вип. 18. - С. 268-275. (Експериментально досліджений вплив зазору між робочим органом та стінками бункера на величину сили опору просуванню робочого органа у суміші).

8. Онищенко О.Г., Ващенко К.М. Удосконалення геометричних параметрів стрічкового змішувача штукатурної станції // Сучасні проблеми будівництва (щорічний науково-технічний збірник). - Донецьк: Донецький ПромбудНДІпроект, 2006. - С. 283-287. (Теоретично обґрунтовані значення кута нахилу шнекової стрічки змішувача, які забезпечують максимальну циркуляцію мас суміші для різних значень її рухомості).

9. Онищенко О.Г., Ващенко К.М. Підвищення ефективності використання змішувачів із застосуванням керованого робочого органа // Вісник КДПУ: Зб. наук. праць. - Кременчук: КДПУ, 2007. - Вип. 1(42). - С. 79-81. (Запропоновані режими роботи розчинозмішувального обладнання, що дозволяють знизити навантаження на робочі органи під час запуску).

10. Керований робочий орган роторного змішувача: Деклараційний патент на корисну модель №14244 МПК В28С 5/16 Україна / О.Г. Онищенко, В.У. Уст'янцев, Б.О. Коробко, К.М. Ващенко.- № u 2005 09666; Заявл. 14.10.2005; Опубл. 15.05.2006.- Бюл.- 2006.- №5.- 3 с. (Обґрунтована доцільність використання робочого органа змішувача із змінними геометричними параметрами).

11. Гідропривідна штукатурна станція: Деклараційний патент на корисну модель №15888 МПК E04F 21/02 Україна / О.Г. Онищенко, К.М. Ващенко. - № u 2006 01088; Заявл. 06.02.2006; Опубл. 17.07.2006. - Бюл. - 2006. - №7. - 4 с. (Обґрунтований режим роботи привода маслонасосної установки штукатурної станції).