Підвищення ефективності використання системи "віброплощадка - привантажувач"

8

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Київський національний університет будівництва і архітектури

Косминський Ігор Владленович

УДК 666.9.033

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СИСТЕМИ «ВІБРОПЛОЩАДКА-ПРИВАНТАЖУВАЧ»

Спеціальність 05.05.02 - машини для виробництва будівельних матеріалів і конструкцій

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2011

ДИСЕРТАЦІЄЮ Є РУКОПИС

Робота виконана на кафедрі машин та обладнання технологічних процесів Київського національного університету будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, професор,

Гарнець Володимир Миколайович

Київський національний університет будівництва і архітектури

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор,

Маслов Олександр Гаврилович Кременчуцький

національний університет імені Михайла Остроградського

кандидат технічних наук, старший викладач

Зайченко Стефан Володимирович,

Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"

Захист відбудеться «21» квітня 2011 р. об 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.056.08 при Київському національному університеті будівництва і архітектури за адресою: 03680, м. Київ, Повітрофлотський проспект, 31.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університетету будівництва і архітектури за адресою: 03680, м. Київ, Повітрофлотський проспект, 31.

Автореферат розісланий «18» березня 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, к.т.н., доцент М.М. Ручинський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Залізобетонні конструкції сьогодні й у перспективі будуть відігравати значну роль у цивільному й промисловому будівництві. Досягнення високих показників якості залізобетонних виробів у значній мірі забезпечується ефективним ущільненням жорстких бетонних сумішей при технологічно-доцільних витратах в'яжучого. Тому питання вдосконалення ущільнюючого обладнання, методики підбору раціональних режимів ущільнення виробів різної геометрії з жорстких бетонних сумішей є актуальним, і потребує подальшого вивчення. Одним зі шляхів розв'язання цієї проблеми є використання привантажувачів, які дають змогу інтенсифікувати процес ущільнення за рахунок допоміжного тиску на суміш. У зв'язку із цим створення нових і вдосконалення існуючих ущільнюючих машин та дослідження їх динаміки з урахуванням впливу оброблюваного середовища залишається актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота є складовою частиною наукових досліджень кафедри машин і обладнання технологічних процесів Київського національного університету будівництва і архітектури в плані виконання держбюджетної науково-дослідної теми «Дослідження динаміки та підвищення надійності машин будівельної індустрії» (№ держреєстрації 0199U002033).

Мета і задачі роботи. Метою роботи є встановлення закономірностей руху системи “віброплощадка - бетонна суміш - привантажувач” та розробка на цій основі методів розрахунку та проектування привантажувачів для різних технологічних умов із можливістю регулювання режимів віброущільнення.

Для досягнення означеної мети передбачає вирішення наступних задач:

- виконати системний аналіз стану проблеми;

- вибрати та обґрунтувати математичну модель системи «віброплощадка - бетонна суміш привантажувач» на базі аналізу конструктивних рішень машин і особливостей їх роботи;

- виконати теоретичні дослідження на основі аналізу рівнянь руху, які моделюють робочі органи дискретними параметрами, а бетонну суміш - континуальною або дискретною системою;

- встановити закономірності руху системи «віброплощадка - бетонна суміш - привантажувач» з широким діапазоном варіювання параметрів;

- виконати експериментальну перевірку отриманих аналітичних залежностей та встановлені реальні величини раціонального привантаження з урахуванням впливу дотичних напружень на процес ущільнення;

- розробити основні положення методів розрахунку раціональних величин тиску привантажувача та визначити основні принципи створення обладнання подібного типу;

- впровадити результати досліджень та провести оцінку їх ефективності.

Об'єкт дослідження - робочий процес взаємодії елементів у системі «віброплощадка - бетонна суміш - привантажувач».

Предмет дослідження - параметри привантажувача, який дозволяє регулювати величини тиску на суміш, що ущільнюється.

Методи дослідження ґрунтуються на основних положеннях теорії механічних коливань і прикладної механіки та елементах методів математичної статистики.

Наукова новизна. Вперше розкриті закономірності руху системи «робочий орган - середовище - привантажувач» для різних геометричних розмірів виробу, що формується, при врахуванні напружено-деформованого стану середовища з визначенням граничної величини дотичних напружень, які сприяють інтенсифікації процесу доущільнення.

Запропоновано й перевірено новий принцип додаткового підсилення дії привантажувача на середовище. Реалізація додаткових зсувних напружень досягнута за рахунок встановлення на привантажувачі віброзбуджувачів направлених коливань.

Встановлено характер впливу оброблюваного середовища на динаміку роботи машини, що дало можливість забезпечити раціональні режими роботи.

Практичне значення отриманих результатів. Сформульовані основні принципи створення привантажувачів із керованим приводом; запропоновано нові конструктивні схеми машин подібного класу та система регулювання робочих параметрів привантажувача; розроблена методика розрахунку параметрів та режимів роботи привантажувачів.

Розроблені рекомендації для ефективного використання вібромашин із привантажувачем впроваджені в практичні розробки кафедр МОТП та ОПН (КНУБА), які використовуються в курсовому та дипломному проектуванні, у магістерських розробках; розроблені нові лабораторні роботи для дослідження впливу дотичних напружень на величину коефіцієнта ущільнення при використанні привантажувача зі змінним кутом розташування осей віброзбуджувачів.

Отримані результати досліджень використовуються в учбовому процесі при читанні лекційних курсів із дисциплін «Створення машин і обладнання будівельної індустрії» та «Машини для виробництва будівельних матеріалів, і конструкцій».

Достовірність наукових положень, висновків і отриманих результатів. Наукові дослідження, висновки й пропозиції, отримані в дисертаційній роботі, ґрунтуються на фундаментальних законах фізики, теорії механічних коливань і прикладної механіки, а також коректності використання математичного апарату й обчислюваних методів. Експериментальні дослідження проводились з використанням планування експериментів. Збіг результатів теоретичних та експериментальних даних до 15%, отриманих у роботі, свідчать про достатню їх адекватність.

Особистий внесок здобувача.

Основні результати теоретичних і експериментальних досліджень дисертаційної роботи отримані автором самостійно, а саме:

обґрунтовано та визначено вплив оброблюваного середовища на динаміку роботи машин;

розроблено новий принцип підсилення дії привантажувача на середовище реалізацією додаткових зсувних напружень в горизонтальній площині за допомогою, встановлених на привантажувачі, віброзбуджувачів направлених коливань зі змінним кутом розташування осей віброзбуджувачів;

створена математична модель, що адекватно відображує реальний рух системи “робочий орган - середовище - привантажувач”;

проведено комп'ютерний експеримент по дослідженню впливу дотичних напружень на величину тиску привантажувача;

виготовлена лабораторна модель привантажувача з пристроєм управління його роботою, підібрано вимірювальне обладнання для проведення лабораторних досліджень;

здійснено експериментальні дослідження;

розроблено методику розрахунку раціональної величини тиску привантажувача з врахуванням впливу оброблюваного середовища.

В опублікованих працях, що виконані в співавторстві, здобувачем виконано: у роботах [1-4] -аналіз конструкцій та принципів дії привантажувачів; у роботах [5-7] - аналітичні дослідження динаміки системи “віброплощадка-бетонна суміш - привантажувач”; у роботі [9] - вплив дотичних напружень на процес ущільнення.

Апробація роботи. Основні положення роботи висвітлювалися і обговорювалися на 64-70 науково-технічних конференціях Київського національного університету будівництва та архітектури та на засіданні кафедри „Конструювання машин та технологічного обладнання” Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського.

Доповідь на тему «Optimization of Parametrs and Movement Duties of Kentledges when Compacting Concrete Mix (Оптимізація параметрів руху при ущільненні бетонних сумішей з використанням привантажувача)» була надіслана на конференцію «Сontact mechanics» (Контактна механіка) яка відбувалась в Штудгарті, Німеччина та Ассізі, Італія в травні 1999 р.

Публікації. Основні результати роботи опубліковано в 12 наукових роботах якими є 9 статей у фахових наукових журналах та 3 патенти України на корисну модель.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та 4 додатків. Загальний обсяг роботи 177 сторінок машинописного тексту. Текст містить 10 таблиць, 60 рисунків та список використаних джерел з 115 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтовано актуальність досліджень, викладено мету, наукову новизну та зазначено кількість публікацій за темою досліджень.

У першому розділі «аналіз конструкцій та принципів дії привантажувачів. Постановка задач дослідження» зроблений аналіз поверхневої обробки при використанні привантажувача в процесі формування залізобетонних виробів, проведено огляд конструкцій та аналіз експериментальних досліджень, визначення параметрів подібних машин, наведені існуючі методи розрахунку параметрів і на основі цього здійснено технологічне та технічне обґрунтування необхідності підвищення ефективності використання системи «віброплощадка - бетонна суміш - привантажувач», сформульовані висновки та задачі дослідження.

Розвитку теорії та практики ущільнення бетонних сумішей присвячені роботи Баранова Ю.О., Гарнеця В.М., Гусева Б.В., Дєсова А.Е., Довжика В.Г., Кунноса Г.Я., Маслова О.Г., Назаренка І.І., Сівка В.Й, Чубука Ю.Ф., Яковенка В.Б. та інш.

В роботах Берзона Е.М., Давиденко Ю.О., Дєсова А.Е., Довжика В.Г., Зубанова М.П., Іванова Г.С., Капелянського Г.Д., Кутько Б.П., Лисняка В.П., Мельника Ю.Г., Палагіна Е.В., Сорокера В.І., Шмигальского В.Н., Юсубова Ф. Н. та інших широко висвітлено застосування привантажувача при ущільненні жорстких бетонних сумішей.

Виконаний аналіз дає можливість стверджувати, що застосування привантажувачів при виробництві залізобетонних виробів не викликає сумнівів. Проведений аналіз та висновки багатьох досліджень дозволяють стверджувати, що величина тиску привантажувачів у переважній більшості робіт залежить від параметрів ущільнення (амплітуди коливань віброплощадки та привантажувача), геометричних параметрів виробів і жорсткості суміші. При аналітичному визначенні величини маси привантажувача або його тиску на поверхню виробу, що формується, дослідники керуються у своїх розрахунках експериментальними даними, ураховуючи одні чинники та нехтуючи впливом інших, які, на їх думку, не мають суттєвого впливу на процес формування із застосуванням привантажувача. Так, зокрема, не розкрито механізм дії привантажувача, а саме ефект впливу за рахунок дотичних контактних напруг і їх розповсюдження по висоті виробу. Тому рекомендований діапазон значень основних технологічних та технічних параметрів не достатньо широкий, що не дає можливості їх використання при призначенні режиму ущільнення для інших можливих реальних випадків. У підсумку не забезпечується раціональний режим вібрування, що впливає на економічні показники та не використовуються повністю можливості такого виду формування. На основі проведеного аналізу вибрано напрям і сформульовано задачі дисертаційного дослідження.

У другому розділі «аналітичні дослідження динаміки системи „віброплощадка - бетонна суміш - привантажувач», зроблено аналіз математичних моделей системи, складових сил опору, що виникають при взаємодії робочих органів з оброблюваним середовищем, обґрунтовано розрахункові моделі взаємодії складових цієї системи. Проведено теоретичні дослідження динаміки системи з дискретним та континуальним моделюванням оброблюваного середовища, досліджено вплив привантажувача на динаміку віброплощадки та вплив дотичних напружень на процес завершального ущільнення.

Для дослідження динаміки системи „віброплощадка - бетонна суміш - привантажувач” одним із найважливіших чинників є правильне моделювання шару суміші. Виходячи з того, що привантажувач використовується на завершальному етапі формування, коли структура шару й, відповідно, його фізико-механічні й акустичні властивості стабілізовані, розглянута можливість моделювання шару бетонної суміші саме для цього етапу. Бетонна суміш, яка є пов'язуючим ланцюгом поміж робочим органом та привантажувачем, може бути розглянута як система з розподіленими, так і із зосередженими параметрами, які в повному обсязі віддзеркалюють сили опору, що виникають при коливаннях. Вибір тієї або іншої з розрахункових схем бетонної суміші повинен визначатися виходячи з конкретних умов формування.

Загальна розрахункова схема системи (рис. 1) представлена віброплощадкою масою mв, спирається на пружини жорсткістю св на якій встановлено форма з сумішшю масою mб. У роботі прийнято, що для завершувальної стадії ущільнення маса бетонної суміші може бути розподілена між віброплощадкою та привантажувачем із масою mпр із пружними елементами спр.

При моделюванні бетонної суміші у вигляді дискретної системи прийнято використовувати узагальнені координати. Координати представляють деякі, незалежні між собою, параметри і які однозначно визначають положення системи ( - повні комплексні вертикальні переміщення привантажувача та віброплощадки з положення статичної рівноваги О1 та О2). (рис. 1).

Сумарна енергія механічної системи складається з кінетичної та потенційної енергій.

Кінетична енергія системи:

(1)

Потенційна енергія системи є сумою потенційних енергій сил пружності:

(2)

де - потенційна енергія сил пружності віброплощадки,

- потенційна енергія сил пружності бетонної суміші,

- потенційна енергія сил пружності привантажувача,

mпр, mв - відповідно, маси привантажувача і віброплощадки,

()- уявна одиниця, вказує на зсув фази за рахунок дисипативних сил на 900 відносно пружних,

- коефіцієнт опору.

Рис. 1. - Розрахункова схема системи

Для подальшого аналізу скористаємося рівнянням Лагранжа ІІ роду - диференційними рівняннями руху механічної системи, які отримують при застосуванні лагранжевого формалізму.

Після нескладних перетворень, отримаємо рівняння руху мас віброплощадки та привантажувача:

( 3)

де F0, Fпр - збуджуючі сили вібраторів площадки та привантажувача,

еt - функція часу t, що вказує на коливальний характер руху.

За наявності сил тертя вільні коливання швидко згасають. Тому знайдемо розв'язання цих рівнянь у вигляді:

(4)

Знайдемо похідні виразів (4):

(5)

де ,- амплітуди переміщення віброплощадки та привантажувача ,

ш1, ш2 - коефіцієнти поглинання енергії.

Після підстановки виразів (4) і (5) до рівняння (3) знайдено відповідно:

 (6)

(7)

(8)

(9)

Таким чином, отримані вирази дозволяють у залежності від збуджуючих сил, коефіцієнтів жорсткості, маси коливальних частин віброплощадки та привантажувача, а також властивостей оброблювального середовища визначити амплітуди переміщень віброплощадки та привантажувача, коефіцієнти поглинання енергії.

Відповідно до схеми (рис. 1) складено рівняння поздовжніх коливань, де бетонний виріб представлений системою з розподіленими параметрами.

Рівняння руху шару суміші має вигляд:

(10)

Де

- швидкість поширення хвиль у шарі суміші,

рішення якого приймається у вигляді:

(11)

де А1, А2 -сталі величини, що визначаються із граничних умов:

при

z = 0

(12)

При

z = h

(13)

де F1, F2 - сили, які діють на верхньому й нижньому кінцях стовпа бетонної суміші, що розглядається відповідно до схеми розрахунку.

Після низки перетворень отримано вираз для амплітуди зміщення по висоті виробу, що формується:

(14)

Для амплітуд відносної деформації й динамічного тиску в шарах розглянутого стовпа бетонної суміші:

(15)

(16)

Отримані аналітичні залежності дозволяють визначити амплітуду вібропереміщення, тиск та відносну деформацію в будь-якому шарі стовпа бетонної суміші в залежності від конфігурації та геометричних розмірів виробу та властивостей середовища.

Для дослідження впливу привантажувача на динаміку віброплощадки було проведено розрахунки по формулам отриманим у роботі в залежності від зміни різних параметрів (амплітуди віброплощадки, висоти завантаження форми суміші, зміни тиску привантажувача та інше.). Розрахунок проводився за допомогою спеціалізованої математичної програми MathCAD .

На рис. 2 наведено криві зміни амплітуди коливань віброплощадки в залежності від висоти завантаження форми бетонною сумішшю (h = 0,1…0,6 м) при різних величинах привантаження та без нього. За відсутності тиску привантажувача зі зростом висоти стовпа бетонної суміші амплітуда віброплощадки зменшується та приймає мінімальне значення (хв.= 0,22 мм при h = 0,2 м ). Подальше збільшення висоти завантаження викликає значний зріст амплітуди робочого органу площадки і при h = 0,3 м досягає хв.= 0,6 мм, що перевищує амплітуду не завантаженої

Рис. 2. Залежність амплітуди коливань віброплощадки від висоти стовпа бетонної суміші

віброплощадки в 2,7 рази. Збільшення висоти стовпа бетонної суміші більше ніж на 0,3 м призводе до зменшення амплітуди коливань

Не менш складний характер носить залежність зміни амплітуди привантажувача від тиску привантажувача ( рис. 3). Діапазон зміни амплітуди привантажувача досить широкий ( від 0,1 до 2 мм).

Рис. 3. Залежність амплітуди коливань привантажувача від тиску привантажувача

Характер зміни амплітуд зміщення віброплощадки та привантажувача для кожної висоти зразка, який формується, різні. При висоті заповнення форми бетонною сумішшю 0,3 та 0,4 м амплітуда привантажувача та віброплощадки зі зростом величини привантаження монотонно зменшується.

Для висоти стовпа бетонної суміші 0,1; 0,2; 0,5; 0,6 м залежність зміни цих параметрів носить більш складний характер. Так, при величині тиску привантаження більше 0,005 МПа амплітуда зміщення, як правило, знижується по всьому діапазону висот стовпа бетонної суміші.

При використанні різних привантажувачів після завершення третього етапу ущільнення відбувається доущільнення структури за рахунок створення умов для реалізації мікрозсувних деформацій при збільшені нормального тиску.

При цьому можливо припустити, що руйнується частина мікропорових ходів або пор, виділяється повітря, що і створює передумови для зростання коефіцієнта ущільнення. Такому процесу сприяють дотичні напруження, які створюються в об'ємі виробу.

Питанню впливу дотичних напружень на процес ущільнення жорстких бетонних сумішей на сьогодні приділено недостатньо уваги. Хоча саме цілеспрямоване підсилення впливу дотичних напружень дає можливість підвищити якість ущільнення виробів.

У третьому розділі «Експериментальні дослідження взаємодії в системі «віброплощадка - бетонна суміш - привантажувач» описані експериментальні дослідження. Мета експериментальних досліджень полягала в перевірці теоретичних висновків щодо впливу дотичних напружень при формуванні виробів на віброплощадці із застосуванням привантажувача.

Для розв'язання поставленої мети, проведена реконструкція лабораторної віброплощадки для умов ущільнення виробів із використанням привантажувачів (рис. 4). Установка забезпечує формування фрагментів виробів із різними геометричними параметрами. Для визначення параметрів взаємодії середовища з робочим органом установки використовувалось тензометричне обладнання. Вимірювання тиску в бетонній суміші проводилося за допомогою датчиків тиску у вигляді месдоз, тарування яких здійснювалося за загальноприйнятою методикою.

Запис переміщення шарів суміші здійснювався за допомогою датчиків, які являють собою консольні пластинки з наклеєними на них чутливими елементами у вигляді тензорезисторів з'єднаних за напівмостовою схемою.

а) схема

б) загальний вигляд

Рис. 4 Експериментальна установка

Для перевірки теоретичних значень і встановлення необхідних характеристик процесу, були використані суміші, які рекомендовані для формування із привантажувачем.

Умови для проведення дослідів були наступні: форму віброплощадки заповнювали бетонною сумішшю визначеними порціями та ущільнювали кожну з них 15…20 с, після чого встановлювали привантажувач та вимірювали амплітуду коливань площадки та привантажувача. Дослідження проводили при різних комбінаціях частот та амплітуд коливань. Висоту стовпа суміші змінювали в межах 0,1…0,5 м, а величину статичного тиску привантажувача регулювали в діапазоні 0,0001…0,009 МПа.

При визначенні раціонального привантаження використовувався набір вантажів, що дозволяло варіювати величину привантаження від 0 до 8,3 10-3 МПа.

У табл. 1 наведені приклади результатів досліджень по визначенню раціональної величини привантаження. В табл. 2 наведено числові значення експериментальних та розрахункових, які дотичних та нормальних напружень отримані при ущільненні бетонної суміші при висоті виробу від 0,01 до 0,49 м, ф0 = 2 кПа, ц =200, Рпр = 8,33 Ч 10 -3 МПа, щ =314 с.

Таблиця 1. Визначення раціонального привантаження (висота суміші 0,5 м)

Привантаження, Рпр, МПа	Нормальні напруження, у, Па	Дотичні напруження, ф, Па	Коефіцієнт ущільнення, Кущ
0	2,787	2,006 103	0,906
6,94410-4	3,841 103	1,059 104	0,920
1,389 10-3	1, 169 104	2,814 104	0,927
2,778 10-3	2,344 104	5,444 104	0,956
5,556 10-3	2,699 104	6,238 104	0,979
6,944 10-3	2,701 104	6,242 104	0,980
8,333 10-3	2,687 104	6,211 104	0,976

Таблиця 2. Числові значення дотичних та нормальних напружень, які отримані експериментально та розрахунковим шляхом

Дотичні напруження, ф, Па	Розходження значень дотичних напружень, %	Нормальні напруження, у, Па	Розходження значень нормальних напружень, %
Експериментальні	Розрахункові		Експериментальні	Розрахункові
5,54 104	6,37104	- 13,1	2,5 104	2,76104	+ 7,1
5,64 104	6,56104	- 14,4	2,62 104	2,85104	- 8,4
5,78 104	5,36104	+ 8,2	2,1 104	2,31104	+ 9
3,03 104	3,33104	- 9,6	1,26 104	1,41104	- 10
1,32 104	1,44104	- 8,2	5,3 103	5,54103	- 7
5,4 103	6,29103	- 14,1	1,7 103	1,93103	- 12,2
1,49 104	1,35104	+ 10	4,4 103	5,12103	- 14
3,65 104	3,35104	+ 9	1,56 104	1,41104	+ 10,08
6,48 104	5,84104	+ 11,7	2,73 104	2,53104	+ 8,1
8,74 104	7,8 104	+ 12,5	3,7 104	3,4104	+ 9,2
7,9 104	8,49104	- 7,2	4,1 104	3,7104	+ 11,07
7,14 104	6,21104	+15,1	2,44 104	2,7104	- 10,02

Визначено раціональну величину привантаження для створення дотичних та нормальних напружень та коефіцієнту ущільнення (табл. 1). Так за відсутності привантажувача величина дотичних напружень складає ф = 2,006 103 Па, коефіцієнт ущільнення 0,906, натомість при величині тиску привантажувача Р = 2,7710-3 МПа, вказані параметри збільшуються, зокрема величина дотичних напружень майже в 2,5 рази. Але збільшення величини привантаження має певну межу (6,94…7,110-3 МПа), при якій дотичні та нормальні напруження та коефіцієнт ущільнення досягають максимуму, після якого не спостерігається їх зростання, так при величині Р = 8,3310-3 МПа згадані показники зменшуються .

Таким чином, моделювання бетонної суміші як системи з розподіленими параметрами та врахування її динамічних властивостей за гіпотезою Сорокіна Є.С. дає достатнє співпадання результатів, отриманих експериментально та розрахунковим шляхом для різних умов та режимів формування (розбіжність складає біля 15 %), що свідчить про достовірність прийнятої моделі.

У четвертому розділі «Практична реалізація досліджень та методика оцінки їх ефективності» наведено алгоритм методики розрахунку: раціональної величини привантаження та врахування поздовжніх зсувів бетонної суміші, які виникають від вимушуючих сил привантажувача які виникають від вимушуючих сил привантажувача, розглянута динаміка поведінки та стабілізація режиму коливань привантажувача, запропоновано рекомендовані конструкції привантажувачів, здійснено оцінку ефективності виконаних досліджень.

Теоретичне та експериментальне вивчення характеру руху системи, що розглядається при формуванні виробів різної висоти з використанням привантажувача показало, що цей процес не завжди є стійким та супроводжується значним змінами режиму коливань, які викликані резонансними явищами в системі. Вони мають особливість, яка пов'язана з хвильовими явищами в середовищі ущільнення та разом з тим мають сталий характер і тривають на протязі всього періоду обробки, починаючи з періоду, коли суміш, як динамічна ланка в системі, набуває відповідну жорсткість.

При проведенні досліджень на певних діапазонах висот, це призводило до появи відривних коливань, що негативно впливало на якість виробів, які формувалися, а разом з тим на експлуатаційну надійність всієї машини. Отже, успішне використання привантажувача при змінних умовах формування можливо лише при стабілізації режиму робочого органу, якій здійснюється диференційовано, з врахуванням конкретних умов.

Стабілізації режиму коливань можливо досягти за допомогою таких методів, як:

- регулюванням коефіцієнта динамічності що являє собою підкореневий вираз формули (17);

- застосуванням динамічного гасителя коливань.

(17)

При побудові графіка (рис.5) можна побачити, що в зоні значення коефіцієнта динамічності доволі значні, але на шляху наближення до - швидко знижуються. За умови додаткова маса є динамічним гасителем для маси та л = 0, після чого величина коефіцієнта динамічності м'яко зростає. Починаючи зі значень

коефіцієнт л змінюється не суттєво, що є свідоцтвом вирівнювання впливу параметрів вібратора в цій зоні.

Рис. 5. Залежність для привантажувача

Для визначення необхідної величини коефіцієнта динамічності в реальних умовах було розглянуто, як змінюється амплітуда коливань привантажувача зі зміною л при взаємодії привантажувача та бетонної суміші. Графіки на рис.6 побудовані для співвідношення mдм/mпр =0,3 та частоти 293 рад/c.

При співвідношенні mдм/mпр =0,3 амплітуда значно зменшується та майже завжди менше розрахункової величини амплітуди. Перепади величини зміщення на кривій ( рис.6) є доволі значні

.

При подальшому збільшенні вплив його знижує величину амплітуди коливань. Після спостерігається деяке, незначне, зростання амплітуди та стабілізація її на всьому діапазоні змін для різних висот.

Рис. 6. Амплітуда коливань привантажувача при співвідношенні власної та вимушеної частот при mдм/mпр =0,3 та .

Таким чином, аналізуючи криві на рис. 6, можливо припустити, що існують дві зони , в яких можливо експлуатувати машину. Перша - це зона віброізольваної маси mдм. При цьому необхідно щоб підбір співвідношення mдм/mпр був раціональним. Таке співвідношення знаходиться в діапазоні 0,35…0,45.

Друга - зона співвідношень

.

В цій зоні система стає не чуттєвою до зміни динамічного впливу стовпа бетонної суміші.

Вибір співвідношення параметрів установки у відповідності з умовою

забезпечує сталість амплітуди коливань привантажувача, незалежно від висоти стовпа бетону. Разом з тим, амплітуда коливань допоміжної маси (18), залежить від висоти та динамічних властивостей бетонної суміші:

(18)

При розробці привантажувача були запропоновані основні принципи, які враховані при його створенні:

- забезпечення санітарних норм по рівню шуму під час експлуатації агрегату та максимальної зручності обслуговування і ремонту агрегату;

- мінімізація витрат ручної праці при експлуатації привантажувачів;

- припускається можливість зміни робочих органів привантажувачів та регулювання ущільнюючих тисків;

- забезпечення однакової ефективністі ущільнення по всьому об'єму будівельної суміші та передача максимуму енергії від робочого органу до оброблюваного середовища;

Результати теоретичних і експериментальних досліджень взаємодії привантажувача з середовищем знайшли відображення у створенні конструктивних схем нових машин, на які отримано патенти на корисну моделі "Установка для формування залізобетонних виробів" та "Установка регулювання величини додаткового тиску при формуванні залізобетонних виробів".

У результаті виконання роботи було застосовано новий підхід до створення привантажувачів з врахуванням впливу поздовжніх зсувів бетонної суміші, які виникають при спільній дії вимушуючих сил ущільнюючої установки та привантажувача.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Встановлено, що при експлуатації формувально-ущільнюючих комплексів «віброплощадка-приватажувач» ефективнсть системи в цілому для завершувального стану визначається нормальними і дотичними напруженнями, що виникають в шарах бетонної суміші.

2. Аналіз та оцінка існуючих конструкцій вібраційних площадок із використанням привантажувачів підтвердили доцільність їх використання. Широке застосування таких систем стримується відсутністю загальноприйнятих методів визначення нормальних і дотичних напружень та фізичних моделей, які адекватно відображають реальний процес.

3. На основі обгрунтування та вибору фізичної моделі системи „ віброплощадка - бетонна суміш - привантажувач” складені рівняння руху, визначені основні параметри в різних режимах роботи при врахуванні бетонної суміші з дискретними та розподіленими параметрами, що в достатній мірі відображує фізичну сутність і характерні особливості процесу ущільнення.

4. Аналітичний опис процесу дозволив встановити закономірності руху досліджуваної системи, визначити амплітуди вібропереміщення, тиск та відносну деформацію у будь-якому шарі стовпа бетонної суміші з урахуванням її складу, конфігурації та геометричних розмірів виробу.

5. Виявлено, що ефективним режимом роботи привантажувача є зони, близькі до резонансу загальної системи, за якими найбільша частина енергії передається від привантажувача до ущільнюваної суміші.

6. Прийнята в роботі гіпотеза впливу дотичних напружень на процес ущільнення, а також підсилення його ефекту, підтверджена експерементально і покладена в основу прогнозування режимів процесу ущільнення з використанням привантажувача на завершальному етапі формування.

7. Встановлено характер зміни амплітуди коливань віброплощадки по висоті стовпа суміші в залежності від величини тиску привантажувача. Так, наприклад, для h = 0,3 м та жорсткості суміші 30 с без привантаження амплітуда коливань становить: х0 = 0,56 мм, а з привантатажувачем з величиною тиску 0,005 МПа відповідно х0 = 0,49 мм, тобто значення амплітуди коливань за наявності привантажувача зменшується на 9 %. Подібна закономірність також характерна при підвищенні жорсткості суміші та величини тиску привантажувача.

8. Порівняльний аналіз співставлення амплітуд коливання віброплощадки та привантажувача розрахованих за отриманими аналітичними залежностями та перевірені експерементальним дослідженнями, показав розбіжність в їх значеннях в межах до 15 %, що підтверджує достовірність обраної математичної моделі системи „ віброплощадка - бетонна суміш - привантажувач”.

9. На основі результатів виконаних досліджень розроблено алгоритм і методику вибору раціональної величини привантаження та розрахунку основних параметрів системи „віброплощадка - бетонна суміш - привантажувач”.

9. Запропоновані вібромашини з застосуванням привантажувачів, новизна яких підтведжена патентами України на корисну модель, застосування яких дає можливість підвищити якість ущільнення виробів, а також реалізувати регулювання величини тиску на завершувальній стадії формування виробів.

10. Технічний рівень машини у відповідності до загальноприйнятої методики, було визначено шляхом порівняння оціночних показників нової конструкції з відомими зразками машин, що випускаються серійно або є найбільш поширеними у виробництві. Результатами порівняння за питомими показниками є:

- перехід на ущільнення жорстких бетонних сумішей зі жорсткістю 31-60 с;

- зменшення часу тривалості ущільнення з 180 с до 120 с.

Продуктивність установки у порівнянні з існуючою технологією більше в 1,25…1,3 рази.

11. Рекомендовано здійснювати стабілізацію амплітуди коливань привантажувача допоміжною масою при розташуванні віброзбуджувача коливань на ній, при налаштуванні цієї маси на режим біля резонансу.

12. Результати роботи впроваджені у виробництво та навчальний процес в дисциплінах «Машини для виробництва будівельних матеріалів», «Синтез машин і обладнання будіндустрії», в курсовому та дипломному проектуванні.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Косминський І.В. Привантажі в технології ущільнення бетонних сумішей. / Назаренко І.І., Косминський І.В.// Науково-технічний журнал “Техніка будівництва”, Київ, КДТУБА, №1, 1997, 64-65с.

2. Косминський І.В. Дослідження впливу привантажа на динаміку віброплощадки./ Косминський І.В.// Науково- технічний журнал ”Гірничі, будівельні, дорожні та меліоративні машини” , Київ, КДТУБА, №54, 1999, 30 - 33 с

3. Косминський І.В. Теоретичні дослідження динаміки привантажувача./ Косминський І.В.// Науково- технічний журнал “ Гірничі, будівельні, дорожні та меліоративні машини”, Київ, КНУБА, №55, 2000, 84-90 с.

4. Косминський І.В. Аналіз існуючих конструкцій привантажів та методи х розрахунку./ Назаренко І.І., Косминський І.В. //Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури ”Будівельні, дорожні машини та обладнання”, Макіївка, ДонДАБА, 2000-5(25), 97 -98 с.

5. Косминський І.В. Аналіз руху динамічної системи: “віброустановка - бетонна суміш - привантажувач”./ Назаренко І.І., Косминський І.В.// Науково- технічний журнал “ Техніка будівництва””, Київ, КНУБА, №10, 2001, 16 - 20 с.

6. Косминський І.В. Довантажувачі в технології бетону ./ Косминський І.В.// Науково- технічний журнал “ Техніка будівництва”, Київ, КНУБА, №13, 2002, 93-96с.

7. Косминський І.В. Дослідження робочих процесів вібромашин зі змінним режимом руху./ [Назаренко І.І., Баранов Ю.О., Ручинський М.М., Свідерський А.Т., Косминський І.В., та інш.]//Науково- технічний журнал “ Техніка будівництва”, Київ, КНУБА,№15,2004, 22-31 с.

8. Косминський І.В. Вплив властивостей середовища на визначення параметрів привантаження./ Гарнець В.М., Косминський І.В. //Науково- технічний журнал “ Техніка будівництва”, Київ, КНУБА,№15,2004,с.86 - 91.

9. Косминський І.В. Врахування впливу дотичних напружень в системі «віброплощадка - бетонна суміш - привантажувач»./ Гарнець В.М., Косминський І.В. // Науково- технічний журнал “ Техніка будівництва””, Київ, КНУБА, №19, 2007, 74 - 75 с.

10. Пат. 53931 А UА Україна, МПК В28В 1/08. Ущільнююча установка з пристроєм, що застосовується для додаткової дії тиском на поверхню виробу, що формується/ Назаренко І.І., Баранов Ю.О., Косминський І.В., Корнійчук Б.В. - №2002032163 заявл. 18.03.2002; опубл. 17.02.2003, Бюл. №2.

11. Пат. 24589 U UА Україна, МПК В28В 1/08. Установка для формування залізобетонних виробів/ Гарнець В.М., Косминський І.В. - № u200700733 заявл. 24.01.2007; опубл. 10.07.2007, Бюл. №10.

12. Пат. 28467 U UА Україна, МПК В28В 1/08. Установка регулювання величини додаткового тиску при формуванні залізобетонних виробів /Косминський І.В., Гарнець В.М., - № u200708903 заявл. 02.08.2007; опубл. 10.12.2007, Бюл. №20

привантажувач система віброплощадка

АНОТАЦІЯ

І.В. Косминський Підвищення ефективності використання системи «віброплощадка-привантажувач». - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.02-машини для виробництва будівельних матеріалів і конструкцій - Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, 2011.

Дисертація присвячена дослідженню робочих процесів системи «віброплощадка - бетонна суміш - привантажувач » з урахуванням зміни і впливу дотичних напружень на ефективність ущільненні бетонних сумішей та розробку рекомендацій щодо створення віброущільнюючих машин. Проведено аналіз існуючих установок з використанням привантаження та методики їх розрахунку. Обґрунтована схема системи і складено її математичну модель. Виконано теоретичні і експерементальні дослідження з визначенням діючих напружень і зв'язку їх з величиною привантаження.

Розроблено методи режимної стабілізації системи. Запропоновано методику розрахунку динамічних систем подібного типу і нові конструкції установок з привантаженням ефективної дії.

Ключові слова: система «віброплощадка - бетонна суміш - привантажувач», привантажувач, дотичні напруження, ущільнення, жорстка бетонна суміш.

АННОТАЦИЯ

И.В. Косминский «Повышение эффективности использования системы «виброплощадка - пригруз». - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.02 -машины для производства строительных материалов и конструкций -Киевский национальный университет строительства и архитектуры, Киев, 2011.

Диссертация посвящена исследованию рабочих процессов системы «виброплощадка - бетонная смесь - пригруз» с учетом изменения и влияния касательных напряжений на эффективность уплотнении бетонных смесей и разработку рекомендаций по созданию подобных машин.

Произведен анализ существующих установок с использованием пригруза и методики их расчёта. Обоснована схема уплотняющей установки, составлена математическая модель системы «виброплощадка - бетонная смесь - пригруз».

Разработан алгоритм расчёта математической модели и проведён эксперимент по исследованию данной системы, на основе которого получены аналитические зависимости по определению параметров системы.

Выполнены практические исследования по определению касательных напряжений и связи их с величиной пригружения. Определено время рационального уплотнения при учёте этих параметров.

На основании проведённых исследований разработана методика расчёта динамических систем подобного типа, а также предложено усовершенствование привода пригруза и перспективные конструкции установок с пригрузом.

Ключевые слова: система « виброплощадка - бетонная смесь - пригруз», пригруз, касательные напряжения, уплотнение, жесткая бетонная смесь.

THE SUMMARY

Kosminsky I.V. More efficient use of "shaking table- device for providing additional pressure». - Manuscript.

Thesis for the degree of candidate of technical sciences, specialty 05.05.02 Machines for the production of building materials and structures, Kiev National University of Construction and Architecture, Kiev, 2011.

The dissertation is devoted to research workflow system "shake table - concrete mix - device for providing additional pressure " to reflect the changes and the impact of shear stress on the sealing performance of concrete mixtures and to develop recommendations for creating vibratory compacting machines. The analysis of existing facilities using device for providing additional pressure and methods of their calculation. Grounded circuit system and made it a mathematical model. Theoretical and experimental study to determine the operating stresses and their connection with the value device for providing additional pressure.

The methods of the regime of stabilization of the system. The method of calculating the dynamic systems of this type, and new construction installations device for providing additional pressure effective action.

Key words: «shake table - concrete mix - device for providing additional pressure», device for providing additional pressure, shear stress, compression, hard concrete mix.

Размещено на Allbest.ru