автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация технологических процессов производства асфальтобетонных смесей при ультразвуковой обработке битума

На правах рукописи

МОРЩИЛОВ МАКСИМ ВИТАЛЬЕВИЧ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКЕ БИТУМА

Специальность 05.13.06-Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 1 ОКТ 2009

Москва - 2009

003478774

Работа выполнена на кафедре «Технологии конструкционных материалов» в Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете)

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Член-корреспондент РАН доктор технических наук, профессор Приходько Вячеслав Михайлович, ректор МАДИ(ГТУ ) Доктор технических наук, профессор Марсов Вадим Израилевич профессор МАДИ(ГТУ) Кандидат технических наук Рухман Андрей Александрович, Заведующий лабораторией физического оборудования НИИ «МИР ПРОДМАШ», г.Москва

Ведущая организация: Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана (МГТУ им.Н.Э.Баумана), г. Москва.

Защита состоится 20 октября 2009г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.126.05 при Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете)по адресу:

125329 ГСП А-47, Москва, Ленинградский пр., д.64. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ(ГТУ) Текст автореферата размещен на сайте Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета): www.madi.ru

Автореферат разослан 18 сентября 2009г. Отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направлять в адрес совета института.

Ученый секретарь ,

диссертационного совета, л, //

кандидат технических наук, доцен л^АЩ^Л Михайлова Н.В.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

Важным направлением модифицирования битума является повышение адгезии вяжущего к каменным материалам и придание вяжущему материалу устойчивости к термоокислительной деструкции - одному из факторов, приводящему к коррозии асфальтобетона в процессе эксплуатации дорожных покрытий. Повышение адгезии гидрофобного вяжущего материала битума к достаточно хорошо смачиваемым водой каменным материалам пород может быть достигнуто введением в композиционное асфальтовое вяжущее поверхностно-активных веществ, а также виброаккустическим воздействием на него, одним из которых является ультразвуковое воздействие (УЗ). Анализ УЗ-воздействия на свойства битума, построен на основе проведенных испытаний образцов. Причем количество как первичных, так и вторичных факторов, весьма значительно, что приводит к необходимости систематизации и разработки системы автоматизации анализа и обработки экспериментальных данных по оценке влияния УЗ-сбработки битума. В настоящее время большое внимание уделяется разработке систем поддержки принятия решений в различных областях знаний. Однако на практике недостаточно полно используется спектр математических методов с развитыми формами визуализации данных. Поэтому актуальным представляется создание интегрированной базы данных экспериментальных, аналитических и экспертных зависимостей.

Диссертация посвящена решению проблемы автоматизации и создания открытого программно-моделирующего комплекса для повышения эффективности управления технологическими процессами изготовления асфальтобетонных смесей при ультразвуковой обработке битума.

Цель и основные задачи исследования

Целью работы является совершенствование технологии производства асфальтобетонных смесей с применением ультразвуковой обработки битума, путем автоматизации проведения испытаний и управления технологическими параметрами.

В соответствии с поставленной в диссертации целью решаются задачи:

• анализ производственных процессов изготовления асфальтобетонных смесей;

• анализ экспериментальных, аналитических и экспертных зависимостей по оценке влияния УЗ-обработки на свойства битума;

• анализ и систематизация структур данных по оценке влияния УЗ-обработки на свойства битума;

• разработка инструментальной среды статистического анализа функциональных взаимосвязей между характеристиками битума;

• разработка базы данных экспериментальных исследований по оценке влияния УЗ-обработки на свойства битума;

• разработка методики выбора способов установки ультразвукового оборудования;

• программно-моделирующий комплекс обработки и анализа результатов экспериментов по оценке влияния УЗ-обработки битума;

• оценка экономической эффективности внедрения УЗ-обработки битума при производстве асфальтобетонных смесей.

Методы исследования

Теоретической основой диссертационной работы являются общая теория систем, теория баз данных, методы оптимизации, автоматизация сбора данных по ультразвукозой обработке битума, включение в технологический процесс приготовления асфальтобетона ультразвуковой обработки битума, регрессионный анализ, дисперсионный анализ и другие методы многомерного статистического анализа.

Научная новизна

Научную новизну работы составляет методы и модели автоматизации анализа и обработки экспериментальных данных испытаний свойств битума для выбора технологических режимов УЗ-обработки.

На защиту выносятся:

• систематизация структур данных по оценке влияния УЗ-обработки на свойства битума;

• инструментальная среда статистического анализа функциональных взаимосвязей между характеристиками битума;

• аналитические зависимости напряжения сдвига и динамической вязкости;

• база данных экспериментальных исследований по оценке влияния УЗ-обработки на свойства битума;

• методики выбора способов установки ультразвукового оборудования;

• программно-моделирующий комплекс обработки и анализа результатов экспериментов по оценке влияния УЗ-обработки битума;

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов

Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов, изложенных в работе, определяется корректным использованием современных математических методов, согласованным сравнительным анализом аналитических и экспериментальных зависимостей. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения разработок в ряде крупных организаций.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования. Разработан программно-моделирующий комплекс, позволяющий в интерактивном режиме использовать экспериментальные данные и теоретические и эмпирические зависимости по анализу ультразвукового воздействия на свойства битума. Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в ЗАО «Союз-Лес», ЗАО Научно-производственная внедренческая фирма «СВАРКА», а также используются в учебном процессе МАДИ(ГТУ). Результаты внедрения и эксплуатации подтвердили работоспособность и эффективность разработанных технологий повышения качества асфальтобетонных смесей при УЗ-сбработке битумов.

Апробация работы

Содержание разделов диссертации докладывалось и получило одобрение:

• на республиканских и межрегиональных научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах (2000-2009 гг.};

• на совместном заседании кафедры «Автоматизированные системы управления» и «Технологии конструкционных материалов» МАДИ(ГТУ).

1. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ И МОДЕЛЕЙ УЗ-ОБРАБОТКИ БИТУМА

В диссертации проведен анализ основных проблем оценки характеристических свойств битума, а также анализ результатов Российских и зарубежных научных школ, которые также занимаются проблематикой влияния на битум.

Изучению физических фазовых и структурных превращений в битумах уделялось до недавнего времени гораздо меньше внимания, чем химическим превращениям. Это обусловлено чрезвычайной сложностью химического состава и полимолекулярностью битумов, изменяющимися в широких пределах в зависимости от природы битумного сырья и технологии его переработки, что вызывает множественность превращений структуры битумов.

Из-за сложности состава не удается выделить с достаточной чистотой отдельные компоненты битумов. Поэтому выделяют три основные группы: асфальтены, смолы, высокомолекулярные углеводороды (масла), свойства которых наиболее подробно описаны в работах акад. С.Р.Сергиенко, А.С.Колбановской, Д.А.Розенталя, Р.Б.Гуна, З.И.Сюняева, Ю.В.Поконовой и др. Кроме того, если речь идет о кристаллических надмолекулярных структурах, то их разновидности и совершенство определяются многочисленными параметрами, в том числе температурой, временем, концентрацией,

которые рассмотрены в работах Д.О.Гольдберга, С.Э.Крейна, П.Эткинса и др.

Комплексные исследования структурно-механических свойств битума проведены Н.В.Михайловым и его сотрудниками (С.Л.Шалыт, С.К.Носков, П.И.Торшенина), Н.В.Горелышевым, А.С.Колбановской, К.М.Руденской, А.В.Руденским, ВАЗолотаревым,. В.Д.Псртнягиным а также Ф.Эйрихом, М. Рейнером и С.Van der Рое!. В результате этих исследований были впервые получены полные реологические кривые и разработаны новые качественные характеристики битумов.

Асфальтобетонные заводы (АБЗ) являются основными производственными предприятиями дорожного хозяйства и предназначены для приготовления различных асфальтобетонных смесей для строительства, реконструкции и ремонта слоев асфальтобетонного покрытия.

Схема асфальтосмесительной установки непрерывного действия

а

1 - бункеры-дозатор, 2 - сборный конвейер, 3 - конвейер с контролем влажности, 4 - сушильно-смесительный барабан, 5 - дозатор и подача старого асфальтобетона, 6 - смесительная зона, 7 - бункер ожидания скипа, 8 -пылесос-вентилятор, 9 - накопительный бункер, 10 - кабина управления, 11-

силос мингюрошка, 12 - бункер старого асфальтобетона, 13 - конвейер с контролем влажности, 15 - пылеуловитель и силос пыли, 16 - битумный бак-цистерна, 17 - нагреватель масла, 18 - конвейер сушильного барабана

Рис.1.

Однако перечень выполняемых на АБЗ технологических операций, а, следовательно, и номенклатура технологического оборудования АБЗ, значительно шире просто комплекса операций по приготовлению смесей и перечня необходимого для приготовления их оборудования. АБЗ - это сложнейшая система, состоящая из комплекса машин, оборудования (рис.1.), со сложной автоматизированной частью производства.

В диссертации проведен анализ влияния УЗ на предмет их включения в общий контур моделирования характеристик битума.

В рамках проводимых в МАДИ(ГТУ) исследований, были предприняты попытки найти способ измерения вязкости битума непосредственно после проведения ультразвуковой обработки. В качестве постановочного эксперимента был проведен замер вязкости битума БНД 60/90 с помощью экспресс-анализатора консистенций ЭАК-1 М. Анализатор предназначен для измерения условной вязкости объекта, дающий представление о его консистенции. Замеры вязкости проводились на битуме, нагретом до 150 °С, после его озвучивания 30, 60 и 180 секунд.

Предложенный способ измерения вязкости позволил подтвердить данные полученные другими исследователями, но вышеописанный способ измерения вязкости очень условный, в виду того, что анализ вязкости ведется по косвенным показателям.

Проведен анализ статистических методов на предмет применимости к решению проблем моделирования влияния УЗ на характеристики битума. В диссертации используется вся совокупность статистических методов, включив их в контур автоматизированной системы поддержки принятия решений по управлению технологическими режимами выпуска битума и асфальтобетонной смеси.

Поскольку одной из основных проблем является оценка значимости влияния УЗ-обработки, а этот показатель является качественным, то для статистически значимых выводов необходимо использование дисперсионного анализа.

Оценка одновременного влияния таких факторов как мощность УЗ-установки, время обработки, температурный режим на отдельные показатели, такие как полярные свойства битумов, диэлектрическую проницаемость, вязкость и другие, определяет необходимость использования классических моделей множественной линейной и нелинейной регрессии.

Поскольку количество факторов и показателей, которые используется при поддержке принятия решений по выбору технологических режимов обработки весьма существенно, стоит проблема выделения значимых факторов и определения общностей. Объединяя показатели в отдельные связанные группы, необходимо использование факторного анализа.

В диссертации проведен анализ наиболее значимых теоретических моделей. Так, ротационный метод вискозиметрии заключается в том, что исследуемая жидкость помещается в малый зазор между двумя телами, необходимый для сдвига исследуемой среды. Одно из тел на протяжении всего опыта остаётся неподвижным, другое, называемое ротором ротационного вискозиметра, совершает вращение с постоянной скоростью.

Ротационный метод вискозиметрии принципиально подходит для целей экспресс анализа вязкости битума. Но техническое осуществление этого способа затруднено сложностью проектирования необходимого расположения стрежневого излучателя в схеме.

Одна из основных задач работы заключается в создании автоматизированной системы, позволяющей повысить эффективность и статистическую значимость принимаемых решений по наличию влияния параметров управления технологическими режимами на свойства битума.

Для создания сценария принятия решений и макета системы поддержки принятия решений (СППР) по управлению технологическими режимами УЗ-обработки битума предлагается использовать инструментальные средства системы «СОТА», представляющей универсальный браузер разнородных расчетных приложений с возможностью создания алгоритмической структуры программных приложений и формирования механизмов обмена результирующими данными.

Специфическими средствами, необходимыми для управления данными в системе, являются:

• база данных с соответствующей системой управления базой данных - для обеспечения механизма доступа к данным;

• справочник данных - для поддержки определений данных и описания их типов и источников в системе;

• средство запроса - для интерпретации запросов на данные (от разнообразных компонентов) определения стратегии получения ответов и другие;

Наличие механизма явного управления моделями и поддержка деятельности, связанной с моделированием, является специфическими чертами систем поддержки принятия решений, которые отличают их от традиционных систем обработки информации. Управление моделями обеспечивается с помощью следующих средств:

системы управления базой моделей, используемой для поиска, генерации, преобразования параметров и реструктурирования моделей, включения "справочника модели" с целью поддержки информации о доступных моделях;

блока выполнения моделей, предназначенного для управления прогонкой модели и осуществления связи между моделями;

интерфейса с базой данных, используемого для поиска элементов данных в базе, прогонке моделей и хранения выходной информации модели с целью дальнейшей обработки, рассмотрения или использования ее в качестве входных данных другой модели.

Проведенный анализ информационных технологий и основных технологических проблем обработки битума, а именно, оценки влияния УЗ-обработки на свойства битума ставит задачи

структуризации экспериментальных и аналитических зависимостей, а также экспертных оценок по оценке влияния УЗ-обработки на свойства битума.

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И МОДЕЛЕЙ АНАЛИЗА ВЛИЯНИЯ УЗ-ОБРАБОТКИ БИТУМА

Во второй главе излагаются принципы формирования структур данных для решения задачи интеграции отдельных экспериментальных зависимостей по оценке влияния УЗ-обработки.

Однако все модели экспериментальных данных представлены в различном виде, что диктует решение двух задач: структуризации данных табличного вида в единую форму и, по возможности, в реляционную модель; разработки единой схемы вычисления параметров регрессионных, дисперсионных, факторных и других моделей.

Для исследования влияния УЗ-обработки на вязкостные свойства битумов на пластовискозиметре ПВР-2 в работе был проведен эксперимент, принцип работы которого основан на определении крутящего момента при постоянной скорости вращения одной из измерительных поверхностей в рабочем узле, состоящем из двух коаксиальных цилиндров.

Влияние индекса битума на напряжение сдвига и динамическую

вязкость

п

г»м«ж 9е; »^Се.

Рис.2.

Величина напряжения сдвига определялась по формуле

г = Р А, Па, где V - сдвигающая сила, Н, з А - коэффициент рабочего узла, равный 1507,8 м2. Вязкость битума определялась по

известной зависимости т] = -. где у - скорость сдвига, с \ известная

7

для каждой скорости вращения двигателя прибора. В качестве объектов исследования были выбраны битумы индексов 5 и 7, испытания проводились при температуре 20°С.

Дисперсионный анализ показал (рис.2.), что для битумов различных индексов (В5 и В7) имеется существенное различие как в напряжении сдвига, так и в динамической вязкости. В связи с этим построение зависимостей выполнялось отдельно для каждого индекса.

Так, множественная регрессия напряжения сдвига от наличия УЗ-обработки и скорости сдвига одновременно дала результаты, приведенные в таблице 1.

Таблица 1.

Итоги регрессии для напряжения сдвига

Рэс) (ТЗ_2-3_Таблица1 Я= ,94124596 К2= ,88594395 Р(219)=34,954 р | ! | БЕТА | Стд.Ош. 1 В | Стд.Ош. | 1(9) | р-уров. \

[Св.член [ Г ' " ¡4,746011 Г0,039844 119,1160 р.ОООООО '

I " Щ [0,075154 '0,112574 Д000538 |0,000807_ 0,6676 :0 521137 | ~ V ~ |о,938241 [о,112574' 10^458946 ¡0055066 ГвТз344' ¡0,000016 •

Значения множественного коэффициента корреляции (0,94) и Р-отношения (35,95) говорят о наличии существенной линейной зависимости: Рэс1=4,746+0,000538*иг+0,458946*\Л

Аналогичный результат получен для оценки динамической вязкости. При этом пс!=5,124216+0,000256*1)2-0,252490Л/. Таким образом, исключая влияние скорости сдвига можно найти зависимость динамической вязкости от напряжения сдвига и наличия УЗ-обработки.

Анализ представленных зависимостей показал, что в результате УЗ-обработки вязкость битума № 7 несколько увеличивается, причем с течением времени различие с исходной величиной (до озвучивания) уменьшается. Подобное явление можно объяснить возникновением в битуме повышенного количества мелких блоков асфальтенов за счет разрыва межмолекулярных связей при озвучивании битума, что увеличивает вязкость битума № 7 (марка БНД-60/90). Для битума № 5 (марка БНД-130/200) УЗ-обработка, рассредоточивая асфальтеновые блоки в среде, приводит к некоторому снижению вязкости за счет уменьшения неоднородности структуры битума,

Проведен анализ экспериментов, где главным рабочим органом при определении диэлектрической проницаемости (ДП) битумов являлся специально изготовленный конденсатор, обкладками которому служили две медные пластины площадью по 2 см2 каждая. Зазор между обкладками составлял 2,5 см. Определение ДП сводилось к измерению электрической емкости конденсатора, погруженного в исследуемый битум. Величина ДП битума (ех)

С С

вычислялась на. основании —где Сх - общая емкость

Чг

конденсатора при заполнении межэлектродного пространства

битумом, пф; Сп - емкость проводников конденсатора, пф; Ск - емкость собственно конденсатора или межэлектродная емкость, пф .

Величина емкости конденсатора при заполнении его воздухом. Св определяется как Се=СГ1+Ск. Этот показатель можно определить, включив пустой конденсатор в прибор Е-12-1А и установив значение емкости.

Постоянная конденсатора Ск определялась после измерения его емкости при заполнении межэлектродного пространства жидкостью с известной заранее ДП (в данном случае - бензол, еб= 2,28) как С- - С

С. = —--, где Сб - общая емкость конденсатора, заполненного

бензолом; Св - то же на воздухе; 1 - ДП воздуха. При всех измерениях погрешность не превышала 1,0%.

Опыты по определению ДП проводили на битумах индексов 5...8, охватывающих диапазон вязкости от БНД-130/200 до БНД-40/60. Характер изменения ДП в процессе ультразвуковой обработки битумов представлен на рис.3.

Данный анализ наглядно показал зависимость диэлектрической проницаемости от воздействия УЗ.

Оценка влияния на диэлектрическую проницаемость

148,5 .

1-Е,О

147,5

147.0

% КБ,5 '

I |

I :

14S.ll I !

145,5 | Ы5.С }

144,5 !----

АН !! №

Рис.3.

' е медианз Г13 ?5%-75%

х Р^МЗ* Зе? б&ср

Полярные свойства битумов непосредственно отражается на их адгезионных свойствах. В соответствии с этим исследовалось влияние изменения активности битумов в результате УЗ-обработки на показатель сцепления с поверхностью минерального материала, определяемый методом красителей (ГОСТ 11509-65). Нанесение битума на нагретую до необходимой температуры поверхность минерального материала производилось сразу же по окончании озвучивания битума. Оценка адгезии проводится по потери массы нанесенного на образец битума до и после испытания и по потери

площади охвата битумом поверхности каменного материала до и после испытания.

Наличие/отсутствие УЗ при нанесении на гранит/мрамор при различных температурах

средни«

Токущ. ^жгРП.'ТРДЯМО.цгЖи

ДакомпоэифЯ юогяэы бврТПС СТОЛбцЫ М|И»|0У5ДСв»рЙ'МИк<» Мûà ПЛС|

ОГТ. Мг* средние Т«уЩ аффект Р{5.й8>>60753,с«154875 декомпыиция гипотезы Веотик. сто/т!ць ргмы 0.96 дсве^шьныкжтервалоа

РИС.4.

Полученные данные (рис.4.) свидетельствуют о том, что адгезионная способность битумов возрастает под действием ультразвука, а прирост показателя сцепления практически не зависит от природы минерального материала.

а. б.

Рис.5.

Анализ полученных результатов позволяет сделать некоторые важные выводы. Во-первых, рост показателя ДП битумов при ультразвуковом воздействии свидетельствует о разрушении ассоциатов полярных молекул битума и высвобождении полярных групп, которые могут участвовать во взаимодействиях с поверхностью минеральных материалов. Во-вторых, снижение ДП по завершении ультразвуковой обработки битума в течение 5... 10 минут до исходного значения указывает на то, что образовавшиеся активные группы способны к своеобразной рекомбинации, приводящей к

восстановлению первоначальной структуры битума. Подобное поведение битумов, активированных ультразвуком, предъявляет определенное технологическое требование для реализации их свойств в асфальтобетонной смеси, заключающееся в необходимости объединения обработанного ультразвуком битума с минеральными материалами непосредственно по окончании воздействия.

Существующие методики оценки качества битума, в основном, основываются на экспертных оценках адгезии. Также существуют методики сравнительного анализа вязкости. Однако они не учитывают возможность количественной оценки в случае множественного выбора. Для сравнительного анализа адгезионных свойств битума с различной технологией обработки, в том числе и УЗ-обработки, в работе предлагается метод идеальный точки.

Методика идеальной точки основана на следующем отношении -QcRm, у, /ей. Положим у*,=тах у,. В результате получим точку У*=(У*1. У*г I ■ ■ >У*т) как решение обычной задачи одномерной оптимизации. В предположении замкнутости Q , такая точка существует. Однако идеальная точка у*(0)=(у*1, у* г ,---.у*ш) как правило не принадлежит множеству Q . При этом справедливо соотношение: VyeQ у*Ру. Функция выбора в методе идеальной точки задается уравнением CX(Y)=arg min р(у, у*), где р - некоторая метрика. В качестве метрики может быть использована не только -

¡п п

евклидова - p(a,b) = -fy)2, но и равномерная - p(a,b) = Y)(*i-b\

УЫ |=1

и обобщенная - р(а,Ь) = тах\а(-Ь^\. На рис.5, представлена

иллюстрация решения задачи выбора варианта УЗ-обработки битума по методу идеальной точки.

Метод дает возможность сравнительного анализа качества адгезии по невзвешенным характеристикам потери массы и потери площади.

3. РАЗРАБОТКА БАЗЫ ДАННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОЦЕНКЕ ВЛИЯНИЯ УЗ-ОБРАБОТКИ НА СВОЙСТВА БИТУМА

В третьей главе диссертации рассматриваются вопросы включения в систему автоматизации базовых моделей для оценки влияния УЗ обработки.

В диссертации проведен анализ отдельных экспериментальных зависимостей оценки влияния УЗ-обработки. Ниже приведена сводная таблица экспериментов по выявлению взаимосвязи показателей УЗ-обработки битума (табл.2.).

Проведенный в диссертации анализ структур данных (полученных лично автором и другими исследователями) показал, что имеется возможность интеграции нескольких таблиц в одну с целью более глубокой и всесторонней обработки сведенных в общую структуру

данных. Кроме того структурированные данные возможно дополнять новыми таблицами, что ставит задачу создания интегрированной базы данных различных экспериментальных, экспертных и аналитических зависимостей, которые будут являться результатами новых экспериментов.

Таблица 2. Список экспериментов___

1. Влияние УЗ обработки битумов на зависимость скорости деформации от напряжения сдвига

2. Влияние Уз обработки битумов на зависимость вязкости от скорости деформации

3. Влияние УЗ обработки битумов на зависимость диэлектрической проницаемости от температуры

4. Влияние УЗ обработки битумов на зависимость диэлектрической проницаемости от температуры

5. Влияние длительности УЗ обработки при температуре + 120 ОС на диэлектрическую проницаемость битумов

6. Влияние УЗ-обработки битума 7 на изменение его диэлектрической проницаемости во времени, при температуре испытания 1-100 ОС, 2-120 ОС, 3-140 ОС (ультразвук включен в течение 5 минут, после этого выключен)

7. Влияние УЗ-обработки битумов при различных температурах на показатель диэлектрической проницаемости

8. Зависимость поверхностного натяжения от температуры при УЗ-о5ра5стке битумов

9. Влияние УЗ-обработки битумов различной вязкости на сцепление с поверхностью гранитных материалов

10. Влияние УЗ-обработки битумов различной вязкости на сцепление с поверхностью мраморных материалов

11. Изменение парамагнитных свойств битумов при. УЗ-еоздействии.

12. Измерение концентрации парамагнитных центров битума в зависимости от его содержания в асфальтовом вяжущем на кварцевом порошке

13. I Изменение концентрации парамагнитных центров битума в зависимости от | его содержания в асфальтовом вяжущем на известняковом порошке

14. ! Показатели парамагнитных свойств битумов и асфальтовых вяжущих

Предлагается универсальная модель расчета и сравнительного анализа эмпирических зависимостей, открытая для включения, как новых экспериментальных данных, так и новых моделей (рис.6.). Общая схема реализована на основе создания параметризуемых макросов пакета 31аиз1"|са, включенных в гибридную среду системы автоматизации.

Предложенная схема автоматизации обладает развитыми средствами визуализации данных и позволяет оперативно проводить анализ адекватности новых моделей. На основе проведенного сравнительного анализ классических моделей отработана методика оценки эффективности моделей с использованием методов регрессионного, дисперсионного и факторного анализа.

Структура экспериментальных данных и модельных экспериментов

Модели расчета

БД Экспериментов

Мое! 1 Мое! 2

Мое! п

Сравнительный анализ по точности

Рис.6.

Все полученные результаты исследований сведены в единую статистическую базу данных, включающую первичную (исходную), вторичную (расчетные характеристики регрессионных моделей погружения) и производные от них по сравнительному анализу и оценке значимости влияния факторов.

Решена задача отработки форм представления результатов сравнительного анализа, и создания универсальной методики, позволяющей сформировать требования к созданию системы автоматизации производства битума.

В связи с данной целью возникает необходимость представления всех структур данных в единой форме, как параметрические функционалы характеристик:

Р(Х1, Хз ,..., Хп|Хп+1=Хп+1*, Хп*2=Хп+2* >•■•> Хп+т=Хп+т*)

где XI, х2,..., хп - варьируемые параметры;

хп+1=хп+1*, хп+2=хп+2*хп+т=хп+т*- неизменяемые параметры.

Таким образом, при различных комбинациях варьируемых параметров можно иметь возможность автоматического построения вторичных таблиц и соответственно формирования вторичных функционалов для возможности запуска приложений анализа и аппроксимации результатов.

В диссертации выполнена систематизация всех используемых факторов и показателей свойств битума, сведенных в таблицу 3.

Общая схема оценки характеристик битума может быть представлена в виде «черного ящика», где с учетом проведенной классификации используются обозначения:

У=(\/1, ..., 14) - входные контролируемые управляемые; £/=(£Л, и г,..., (Л) - входные контролируемые неуправляемые; 2=(2Ь 2г, ..., 2^) - входные неконтролируемые; У=(У1, У2.....Ук) - выходные.

Таблица 3.

Сводная таблица параметров____

| Обозначение j параметра Краткое описание параметра и единицы измерения

сх общая емкость конденсатора при заполнении межэлектродного пространства битумом, пФ.

Ниглы глубина проникая иглы, 1/10 мм.

J* интенсивность сигнала для исследуемой пробы, мм.

J3 интенсивность сигнала для эталона, мм.

Tlx масса исследуемой пробы, г.

n количество циклов нагружений.

N* концентрация паромагнитных частиц, г"1

Пдингм динамическая вязкость.

Рсдаига напряжение сдвига, Па.

ty3 время ультразвуковой обработки, сек.

битум а температура битума, аС

f »■выя. время выдержки смеси после обработки битума ультразвуком

W температура окружающей среды при которой проводятся испытания, °С.

t -стар. время старения битума, час.

Уд«Ь. скорость деформации, с*1'

„ a концентрация битума в асфальтовом вяжущем, %

aa«b. содержание битума в асфальтовом бетоне, %

Уо i плотность, кг/м".

AHX ширина сигнала для исследуемой пробы, им.

ДНз ширина сигнала для эталона, мм.

При анализе рассматриваются схемы, в которых объединяются входные контролируемые (управляемые и неуправляемые) Х=(У, и). К управляемым переменным относятся те, с помощью которых происходит целенаправленное изменение режимов исследуемого процесса. Контролируемые переменные могут быть качественными и количественными. Схемы анализа предполагают, что 2. и У являются случайными величинами, при этом У=<р(Х, 2) является некоторой детерминированной функцией, определяемой как

М(Х1У)=1ц>{Х,2}а{2\Х)йг, где и>(2\Х) - плотность п-мерной случайной величины 2 при фиксированном значении X. Величина М(Х|У) как функция от X представляет функцией отклика.

Входные переменные (базовые): время обработки УЗ, мощность УЗ, температура битума, время выдержки смеси после обработки, битума ультразвуком и др.

Выходные; адгезия, вязкость.

Выходные вторичные параметры, такие как парамагнитные свойства. Они также являются предметом анализа и являются

обычными выходными, но для них еще имеют место аналитические зависимости для анализа непосредственно адгезии, как основной характеристики битума.

Приведенные показатели, таблицы результатов испытаний и найденные зависимости являются основными при формировании базы данных по оценке характеристик битума.

Для информационно-логической модели взаимодействия предлагается доменно-ориентированная структура модели данных. Выделены следующие базовые домены: оценки параметров, описание эксперимента, экспериментальные данные, физические свойства материалов. На их основе построены составные домены. Все атрибуты составных доменов образуются в результате наследования атрибутов от связанных с ними доменов.

С целью адекватного представления объектных моделей в работе предлагается модель данных, основанная на использовании математической теории категорий. Любой объект предметной области будем ассоциировать с некоторой универсальной сущностью Е.

Каждый экземпляр сущности характеризуется множеством атрибутов А = {А, А2..., Ап}. Атрибуту соответствует область возможных значений. Между множеством атрибутов и областями возможных значений задается отображение вида: Dom: А -* D, где D = {Di, D2,Dn} - области возможных значений; D, - область возможных значений.

Таким образом, атрибуту А, соответствует область значений Dom(Aj). Дня идентификации элементов из множества объектов Е выделяется номерное множество N. С множеством экземпляров сущности Е свяжем атрибут Е, который обозначает отношение принадлежности объекта предметной области к множеству экземпляров сущности Е и задает идентификатор экземпляра сущности.

Множество N можно ассоциировать с универсальным множеством идентификаторов экземпляров сущности. Это требует разработки соответствующей нумерации экземпляров сущности (N-»E). В качестве области значения атрибута Е рассматривается подмножество N (Dom(E) с N). В качестве атрибута объектов, наряду с атрибутом Е, может использоваться атрибут Е', значения которого ссылаются на другие объекты из множества Е (Dom(E') с Dom(E)). Такой атрибут рассматривается как ссылочный атрибут или атрибут связи. Таким образом, множество N рассматривается так же как элемент множества D (N е D). Предложенный объектно-ориентированный подход для создания системы баз данных позволил повысить уровень совместимости и целостности данных за счет использования типового интерфейса, типовых доменов и отношений между ними и создать условия для расширения системы методов и моделей за счет стандартизации доменов и свойств системной

открытости, используя объектно-ориентированные языки программирования.

4. АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ АНАЛИЗА ВЛИЯНИЯ УЗ-ОБРАБОТКИ НА СВОЙСТВА БИТУМА

В четвертой главе проведена апробация разработанных методов и моделей, а также показана экономическая эффективность использования УЗ-обработки битума в процессе производства асфальтобетонных смесей.

Приведено описание программной реализации методики расчета режимов управления технологическими процессами обработки битума в системе «COTA».

Инструментальные средства гибридной среды позволяют формировать алгоритмическую структуру программных приложений за счет задания переходов между приложениями по условиям его завершения с использованием стандартизованного интерфейса, что и создает пользовательский сценарий. Все механизмы направлены на оперативное создание методик, имея типовой, отработанный набор универсальных приложений.

Кроме механизмов создания сценариев в диссертации разработана модель структуризации сценариев, которая позволяет реализовать синхронизацию приложений.

В ходе лабораторных исследований определялись вначале основные показатели свойств исходного необработанного битума, а затем эти показатели определялись после воздействия на него ультразвука.

Анализ данных показал, что наибольшее воздействия ультразвука выявлено для показателей вязкости при 150 °С; остальные показатели (глубина проникания иглы при 0 и при 25 °С, температура размягчения по кольцу и шару (КИШ), растяжимость при 25°С) остаются без изменения с увеличением времени активации битума ультразвуком. Зто связано с тем, что активация битума ультразвуком носит временной характер, а стандартные методики определения этих показателей предполагают исследование битума в остывшем состоянии.

Анализ также показал, что существует порог времени обработки, после которого нецелесообразно продолжать УЗ-обработку. При этом временной фактор связан с непрерывностью технологического процесса изготовления асфальтобетонной смеси, что позволяет выбрать различные предложенные способы перехода на УЗ-обработку, приведенные на рис.8.

Проведены исследования, которые позволили получить зависимость времени УЗ-обработки от производительности насоса (насос во всех случаях один и тот же) установленного по одной из выше представленных схем. В результате даны рекомендации по выбору схемы установки УЗ-оборудования (рис.8.).

Диаграмма рассеяния (ТаСлицэ данный 6\Л12с)

Н25 =7Э.0502+0.0023*х НО = 27,1506+0.0015-х №1=49,1747-0,0007-Х Гй$ = 65,326340,0174-Х N = 52.1923-0,1399^ Айд =32,1004+0,1602-х

20 40 60 60 100 120 140 160 180 200

Айд

Рис. 7.

Способы установки ультразвукового оборудования

р=5Г) 3-Й СПОСОБ

1 4

1-Й СПОСОБ

! 1 1 1

4 у

И

4-И СПОСОБ

ц

-Ц-

ТТу

3-И СПОСОБ

л

1

1-й способ - проточный; 2-й способ - с применением накопительного бункера; 3-й способ - с применением циркуляции в замкнутом контуре; 4-й способ - с применением циркуляции в контуре с накопительной емкостью.

Рис. 8.

В диссертации проведен расчет экономической эффективности УЗ-обработки битума, расчет стоимости готовой

продукции, и окупаемости внедрения ультразвуковой технологии по обработке битума.

График окупаемости внедрения ультразвуковой технологии в технологический процесс АБЗ

Изменение по месяцам

- процесс боа УЗ

- процесс с УЗ

Рис. 9.

Итогом проведенного расчета явилось, то, что при внедрении ультразвуковой технологии происходит снижение общей стоимости материалов используемых при производстве асфальтового бетона порядка 35 руб. на каждую тонну производимого асфальтобетона. При этом через два года и два месяца АБЗ с ультразвуковой установкой начнет приносить прибыль (рис.9.).

В заключении представлены основные результаты работы.

Приложение содержит документы об использовании результатов работы.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 печатных работ, которые приведены в списке публикаций.

Основные выводы и результаты работы

1. Проведен анализ производственных процессов изготовления асфальтобетонных смесей. На основе проведенного анализа выделены основные технологические операции, где ультразвук используется максимально эффективно с технологической и экономической точек зрения, и позволяет улучшить эксплуатационные характеристики асфальтобетонных смесей.

2. На основании экспериментальных, аналитических и экспертных зависимостей по оценке влияния ультразвука на свойства битума предложена классификация методов и моделей УЗ-обработки для проведения более глубокого статистического анализа функциональных зависимостей между различными характеристиками битума.

3. Систематизация структур данных по оценке влияния УЗ-обработки на свойства битума привела к необходимости создания интегрированной базы данных результатов испытаний, которая позволяет хранить, получать быстрый доступ ко всем данным и обрабатывать результаты, полученные в ходе различных испытаний.

4. Разработана инструментальная среда статистического анализа функциональных взаимосвязей между характеристиками битума, позволяющая пользователям включать новые методы и модели без перепрограммирования приложений по оценке влияния УЗ-обработки, что значительно сокращает время на обработку результатов экспериментов.

5. Проведена апробация методов регрессионного, дисперсионного и факторного анализа результатов испытаний. Отработаны новые формы представления результатов испытаний. Получены новые регрессионные зависимости. Все это позволяет с большей эффективностью обрабатывать как ранее полученные, так и новые данные.

6. Для сравнительного анализа способов обработки битума предложена модель идеальной точки, позволяющая реализовать множественный выбор на основании одного из основных показателей качества битума - адгезии.

7. Разработана методика выбора ультразвукового оборудования, позволяющая учесть влияние временного фактора УЗ-обработки на вязкостные и адгезионные свойства битума. Данная методика позволяет оптимально подобрать место и способ установки УЗ оборудования на АБЗ с целью улучшения качества получаемой готовой продукции.

8. Созданные программные средства моделирования, технология и оборудование по ультразвуковой обработке битума при производстве асфальтобетонных смесей, внедрены на ЗАО «Союз-Лес», ЗАО Научно-производственная внедренческая фирма «СВАРКА»; по результатам экономического расчета срок окупаемости внедрения выше указанного комплекса мер произойдет через два года и два месяца.

Публикации по теме диссертационной работы

1.Морщилов М.В., Нигметзянов Р.И., Приходько В.М. Изменение вязкости битума под действием ультразвука. Новые и нетрадиционные технологии в ресурсо- и энерго-сбережении: материалы научно-технической конференции, 19-20 мая 2009 г., г. Одесса. - Киев: ATM Украины. - 2009. - 188 с.

2. Кудряшов Б.А., Морщилов М.В., Приходько В.М. Разработка и применение спаренной ультразвуковой колебательной системы. Инженерия поверхности и реновация изделий: Материалы 9-й Международной научно-популярной конференции, 25-29 мая 2009 г., г. Ялта. - Киев: ATM Украины, 2009. - 258 с.

3. М.В. Морщилов, В.М. Приходько, О.В. Селиверстова. Анализ влияния ультразвуковых воздействий на свойства материалов// Вестник МАДИ(ГТУ) - выпуск 3(18) - 2009 г. . -С36-41.

4. Морщилов М.В. Системный анализ методов и разработка моделей оценки влияния ультразвуковой обработки на свойства битума // Новые технологии производства и управления в промышленности и образовании: сб.науч. тр. МАДИ(ГТУ). - М., 2009. -С4-10.

5. Морщилов М.В., Селиверстова О.В. Выбор способов установки ультразвукового оборудования II Новые технологии производства и управления в промышленности и образовании: сб.науч. тр. МАДИ(ГТУ). - М., 2009. -С11-18.

Подписано в печать 15 сентября 2009 г. Формат 60x84/16 Усл.печ.л 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 45 "Техполиграфцентр" Россия,125319,г.Москва,ул. Усиевича, д. 8а. Тел./факс: 8(499)152-17-71 Т. 8-916-191-08-51

ВВЕДЕНИЕ.

1. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ И; МОДЕЛЕЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ БИТУМА.

1.1. Общие сведения о битумах.

1.2. Общие сведения о битумах.

1.2.1. Строение битума.

1.2.2. Свойства битума.

1.3. Производство асфальтобетонных смесей.

1.4. Ультразвуковая установка для улучшения физико — химических свойств битумов.

1.4.1. Основные узлы ультразвукового оборудования.

1.4.2. Система мониторинга и поддержания заданного режима.

1.4.3. Обзор промышленно выпускаемых ультразвуковых химических реакторов.

1 1.5. Анализ статистических методов обработки данных.

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И МОДЕЛЕЙ АНАЛИЗА ВЛИЯНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ БИТУМА.

2.1. Стандартные методы испытаний свойств битума.

2.2. Вязкостные свойства битумов.

2.2.1. Напряжение сдвига.

2.2.2. Динамическая вязкость.

2.3. Адгезионные свойства битума.

2.4. Полярные свойства битума.

2.5. Показатели парамагнитных свойств.

2.6. Многокритериальная постановка задачи.

Выводы по главе 2.

3. РАЗРАБОТКА БАЗЫ ДАННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ | ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОЦЕНКЕ ВЛИЯНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ I ОБРАБОТКИ НА СВОЙСТВА БИТУМА.

3.1. Анализ семантических свойств и структуризации данных по испытаниям битума.

3.2. Семантическое моделирование данных.

3.3. Категорная модель данных УЗ-обработки битума.

3.3.1. Категорная модель и организация данных.

3.3.2. Учет индивидуальных семантических свойств данных в доменно-ориентированной организации данных.

3.3.3. Таблицы базы данных ультразвуковой обработки битума.

3.4. Оценка семантических свойств доменов для обеспечении целостности

Выводы по главе 3.

4. АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ АНАЛИЗА ВЛИЯНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ НА СВОЙСТВА БИТУМА.

4.1. Анализ основных показателей свойств битума.

4.2. Способы реализации предлагаемой системы на АБЗ.

4.3. Разработка системы автоматического регулирования вязкости битума

4.4. Оценка экономической эффективности внедрения УЗ обработки.

Выводы по главе 4.

По данным Росавтодора, общая протяжённость дорожной сети России составляет 122 ООО км. На сегодняшний день, существует программа развития дорожной? сети в России, в соответствие с которой, к 2010 г. предполагается построить и реконструировать 3,7 тыс. км федеральных автомобильных дорог. Протяженность федеральных и территориальных дорог высших (I и II) категорий увеличить до 35,8 тыс. км. Долю федеральных дорог с превышением нормативной загрузки снизить с 26,1% в 2000 г. до 25%.

Исправная работа дороги на 50% зависит от качества: асфальтобетона, ведь этот слой замыкающий,, принимающий на себя осадки,, перепады; температур, колоссальные транспортные нагрузки. А интенсивность, движения; в наши, дни очень высокая: По этому, вопрос качества асфальтобетона;стоит очень остро:

Если выпустить асфальтобетон; с недостаточным содержанием битума, то- влага будет попадать в поры. При четырех градусах мороза вода, расширяясь, разорвет асфальтобетон. И на следующий год это проявится; выкрашиванием. Нередко можно наблюдать аналогичный брак и в результате использования плохого битума. Некачественный битум снижает показатель сцепления вяжущего с поверхностью каменных материалов, т.е. вяжущее перестает выполнять основную возложенную на него функцию - склеивать, зерна; А его низкотемпературные свойства^ не «вписывающиеся» в стандартные, поспособствуют образованию трещин на: покрытии. Между температурой хрупкости битума, при которой он:теряет все свои эластичные свойства, и стойкостью асфальтобетона к растрескиванию; существует прямая связь. •

Исходя из выше сказанного представленная работа имеет своей целью найти методические подходы к снижению вероятности использования при приготовлении асфальтобетонных смесей битумов низкого качества, дабы в итого увеличить долговечность асфальтобетонных покрытий.

Целью работы; является совершенствование технологии производства асфальтобетонных смесей5 за счет автоматизации проведения- испытаний? и анализа результатов по оценке влияния УЗ-обработки на свойства битума. В соответствии с поставленной в диссертации целью решаются задачи: анализ; производственных процессов- изготовления асфальтобетонных смесей; анализ? экспериментальных, аналитических и экспертных зависимостей по оценке влияния УЗ-обработки на свойства битума; анализ и систематизация структур: данных по оценке' влияния УЗ-обработки на свойства битума; разработка; инструментальной среды статистического анализа; функциональных взаимосвязей между характеристиками битума; разработка базы данных экспериментальных исследований по; оценке влиянижУЗ-обработки:на^свойства битума; разработка методики выбора способов установки ультразвукового оборудования; программно-моделирующий < комплекс обработки? и? анализа результатов экспериментов по; оценке влияния УЗ-обработки битума; оценка экономической эффективности; внедрения УЗ-обработки битума при производстве асфальтобетонных смесей;

Научную новизну работы составляет методы и модели автоматизации; анализа и обработки экспериментальных данных испытаний свойств битума для выбора технологических режимов УЗ-обработки.

В первой главе диссертации проведен анализ основных проблем оценки характеристических свойств битума, а также анализ результатов Российских и зарубежных научных школ, которые также занимаются проблематикой-влияния на битум. Изучению физических фазовых и структурных превращений в битумах уделялось до недавнего времени; гораздо меньше внимания, чем химическим превращениям. Это обусловлено чрезвычайной1 сложностью химического состава и полимолекулярностью битумов, изменяющимися в широких пределах в зависимости от природы битумного сырья и технологии его переработки, что вызывает множественность превращений структуры битумов.

Из-за сложности состава не удается выделить с достаточной чистотой отдельные компоненты битумов, поэтому выделяют три основные группы: асфальтены, смолы, высокомолекулярные углеводороды (масла), свойства которых наиболее подробно описаны в работах акад. С.Р.Сергиенко, А.С.Колбановской, Д.А.Розенталя, Р.Б.Гуна, З.И.Сюняева, Ю.В.Поконовой и др. Кроме того, если речь идет о кристаллических надмолекулярных структурах, то их разновидности и совершенство определяются многочисленными параметрами, в том числе температурой, временем, концентрацией, которые рассмотрены в работах Д.О.Гольдберга, С.Э.Крейна, П.Эткинса и др.

Проведен анализ статистических методов на предмет применимости к решению проблем моделирования влияния УЗ на характеристики битума. В диссертации используется вся совокупность статистических методов, включив их в контур автоматизированной системы поддержки принятия решений по управлению технологическими режимами выпуска битума и асфальтобетонной смеси.

Поскольку одной из основных проблем является оценка значимости влияния УЗ-обработки, а этот показатель является качественным, то для статистически значимых выводов необходимо использование дисперсионного анализа.

Оценка одновременного влияния таких факторов как мощность УЗ-установки, время обработки, температурный режим на отдельные показатели, такие как полярные свойства битумов, диэлектрическую проницаемость, вязкость и другие, определяет необходимость использования классических моделей множественной линейной и нелинейной регрессии.

Поскольку количество факторов и показателей, которые используется при* поддержке принятия решений' по выбору технологических режимов обработки весьма существенно, стоит проблема выделения значимых факторов и определения общностей. Объединяя показатели в отдельные связанные группы, необходимо использование факторного анализа.

Во второй главе излагаются принципы формирования структур данных для решения задачи интеграции отдельных экспериментальных зависимостей по оценке влияния УЗ-обработки.

Однако все модели экспериментальных данных представлены в различном виде, что- диктует решение двух задач: структуризации данных табличного вида в единую форму и, по возможности, в реляционную модель; разработки единой схемы вычисления параметров регрессионных, дисперсионных, факторных и других моделей.

Для- исследования влияния- УЗ-обработки на вязкостные свойства битумов на пластовискозиметре ПВР-2 в работе был проведен эксперимент, принцип работы которого основан на определении крутящего момента при постоянной скорости вращения, одной из измерительных поверхностей в рабочем узле, состоящем из двух коаксиальных цилиндров;

В третьей главе диссертации рассматриваются вопросы включения в систему автоматизации базовых моделей для оценки влияния УЗ обработки.

В диссертации, проведен анализ отдельных экспериментальных зависимостей оценки влияния УЗ-обработки.

Проведенный в диссертации анализ структур данных (полученных лично автором и другими исследователями) показал, что имеется возможность интеграции нескольких таблиц в одну с целью более глубокой и всесторонней обработки сведенных в общую структуру данных. Кроме того структурированные данные возможно дополнять новыми таблицами, что ставит задачу создания интегрированной базы данных различных экспериментальных, экспертных и аналитических зависимостей, которые будут являться результатами новых экспериментов.

В четвертой главе проведена апробация разработанных методов и моделей, а также показана экономическая эффективность использования УЗ-обработки битума в процессе производства асфальтобетонных смесей.

Приведено описание программной реализации методики расчета режимов управления технологическими процессами обработки битума в системе «GOTA».

Инструментальные средства гибридной среды позволяют формировать алгоритмическую структуру программных приложений за счет задания переходов между приложениями по условиям его завершения с использованием стандартизованного интерфейса, что и создает пользовательский сценарий. Все механизмы направлены, на оперативное создание методик, имея типовой, отработанный набор универсальных приложений.

Кроме механизмов создания сценариев в диссертации разработана модель структуризации сценариев, которая позволяет реализовать синхронизацию приложений.

В ходе лабораторных исследований определялись, вначале основные показатели свойств исходного необработанного битума, а затем эти показатели определялись после воздействия на него ультразвука.

Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов определяется корректным использованием современных математических методов и моделей; согласованностью результатов1 аналитических и имитационных моделей процессов. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения, совпадением статистических данных и данных полученных теоретически.

Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в ряде промышленных предприятий, а также используются при организации учебного процесса в МАДИ (ГТУ).

Содержание отдельных разделов и диссертации в целом было доложено и получило одобрение:

• на научно-методических конференциях МАДИ(ГТУ) (2006-2009г.г.);

• на заседании кафедры АСУ МАДИ(ГТУ).

Совокупность научных положений, идей и практических результатов исследований в области автоматизации технологических процессов приготовления асфальтобетонных смесей при ультразвуковой обработке битумов в условиях конкуренции составляет актуальное научное направление.

Материалы диссертации отражены в 5 печатных работах.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 223 страницах машинописного текста, содержит 103 рисунка, 55 таблиц, список литературы из 113 наименований и приложения.

Выводы по главе 4

1. .Проведен анализ основных показателей свойств битумов после ультразвуковой обработки с целью выявления показателя, на который ультразвук влияет наибольшим образом.

2. Рассмотрены схемы внедрения ультразвукового оборудования в технологических процесс АБЗ, для оценки оптимального места установки.

3. Для осуществления автоматического контроля вязкости разработана схема автоматического регулирования вязкости битума обрабатываемого ультразвуком.

4. Проведена оценка экономической эффективности предлагаемой модернизации технологического процесса производства асфальтобетонных смесей с использованием ультразвуковой обработки битума.

Заключение

1. Проведен анализ производственных процессов изготовления асфальтобетонных смесей, на основе которого выделены основные технологические операции, где ультразвук используется максимально эффективно с технологической и экономической точек зрения, и позволяет улучшить эксплуатационные характеристики асфальтобетонных смесей.

2. На основании экспериментальных, аналитических и экспертных зависимостей по оценке влияния ультразвука на свойства битума предложена классификация методов и моделей УЗ-обработки для проведения более глубокого статистического анализа функциональных зависимостей между различными характеристиками битума.

3. Систематизация структур данных по оценке влияния УЗ-обработки на свойства-битума привела к необходимости создания интегрированной базы данных результатов испытаний, которая позволяет хранить, получать быстрый доступ ко всем данным и обрабатывать результаты полученные в ходе различных испытаний.

4. Разработана инструментальная среда статистического анализа функциональных взаимосвязей между характеристиками битума, позволяющая пользователям включать новые методы и модели без перепрограммирования приложений по оценке влияния УЗ-обработки, что значительно сокращает время на обработку результатов экспериментов.

5. Проведена апробация методов регрессионного, дисперсионного и факторного анализа результатов испытаний. Отработаны новые формы представления результатов испытаний. Получены новые регрессионные зависимости. Все это позволяет с большей эффективностью обрабатывать как ранее полученные, так и новые данные.

6. Для сравнительного анализа способов обработки битума предложена модель идеальной точки, позволяющая реализовать множественный выбор на основании одного из основных показателей качества битума — адгезии.

7. Разработана методика выбора ультразвукового оборудования, позволяющая учесть влияние временного фактора УЗ-обработки на вязкостные и адгезионные свойства битума. Данная методика позволяет оптимально подобрать место и способ установки УЗ оборудования на АБЗ с целью улучшения качества получаемой готовой продукции.

8. Созданные программные средства моделирования, технология и оборудование по ультразвуковой обработке битума при производстве асфальтобетонных смесей, внедрены на ЗАО «Союз-Лес», ЗАО Научно-производственная внедренческая фирма «СВАРКА»; по результатам экономического расчета срок окупаемости внедрения выше указанного комплекса мер произойдет через два года и два месяца.

1. Абдурагимова Л.А., Ребиндер I I.A., Серб-Сербина H.H. Упруговязкостные; свойства тиксотропных структур // Коллоидный журнал. -1955.-17, №3.-С. 184-195.

2. Абрамов A.A. Моделирование информационных; процессов в системе управления промышленными предприятиями; — М., 1997. — 130с.

3. Абрамов О .В. Мощный ультразвук в жидких и твердых металлах. — М.: Наука, 2000. - 327с.

4. Абрамов O.Bi, Абрамов В.О., Артемьев В.В., Градов О.М., Коломеецг H.H., Приходько В.М., Эльдарханов A.C. Мощный ультразвук в металлургии и машиностроении. -М.: Янус-К, 2006. 687с.

5. Абрамов OiBi, Хорбенко И;Г., Свегла С. Ультразвуковая обработка материалов. — М.: Машиностроение, 1984. 256с.

6. Аверин В Н., Кручинин И:А. Эффективность компьютеризации производственных систем. -М-: Машиностроение, 1991. — 187 с.

7. Андерсон Т. Статистический анализ временных рядов. М. Мир 1976-755 с.

8. Асфальтобетонные и цементобетонные заводы. Справочник. Колышев В. И. "Транспорт", 1982 г.

9. Бахрах Г.С. Учет процесса старения, при проектировании состава битумоминеральных смесей // Автомобильные дороги.-1973, № 9: -С. 8-9.

10. Богуславский A.M. Напряжения и деформации в асфальтобетоне при механическом и температурном воздействии // Труды МАДИ. М.: МАДИ,' 1982.-с. 73-81.

11. Богуславский. A.M., Богуславский* JI.A. Основы реологии асфальтобетона. М: Высшая школа, 1972. - 199 с.

12. Богуславский A.M., Ефремов Л.Г. Асфальтобетонные покрытия. -М:: МАДИ, 1981. 145 с.

13. Волков М.И, Пушкаренко A.C. Влияние пластифицирующей добавки на основе остатков от регенерации- отработанных смазочных масел на свойства битумов // Труды Гипродорнии. М.: Гипродорнии, 1979: - Вып. 24. - с. 48-53.

14. Горелышев Н.В. Физико-химические методы характеристики и структуры дорожно-строительных материалов. М.: Автотрансиздат, 1961. -93с.

15. Гохман Л. М., Гурарий Е. М. Исследование влияния соотношения фаза: среда в битумах на их свойства // Совершенствование технологии строительства асфальтобетонных и-других черных покрытий. — М:, 1981. С. 10— 22 (Препринт/СоюзДорНИИ: Л69036).

16. Гохман Л.М. Полимерные материалы в строительстве покрытий автомобильных дорог. М.: Стройиздат 1981 - 216 с.

17. Гохман Л.М., Амосова H.B. Исследование влияния качества битума на процесс старения > в тонких слоях // Нефтепереработка и нефтехимия. -1988, №2.- с. 6-8.

18. Гохман Л.М., Гершкохен СЛ. Хрупкость органических вяжущих после многократного« растяжения при отрицательных температурах // Автомобильные дороги. Информационный, сборник. /Информавтодор. -М. 1997-Вып. 10, с.1-18.

19. Грудников И.Б., Современная технология производства окисленных битумов, М., 1980.

20. Гун Р.Б., Нефтяные битумы, М., 1973.

21. Диброва И.А. Битумо-резиновые дисперсии новый вяжущий материал для строительства дорожных покрытий //Автомобильные дороги. -1971, № 1. - с. 15-17.

22. Донской A.B., Келлер1 O.K., Кратыш Г.С. Ультразвуковые электротехнологические установки. Л., из-во «Энергия», 1968 г.

23. Зимон А. Д. Адгезия жидкости и смачивание. М: Химия, 1974, 69 с.

24. Зинченко В.Ф., Соломенцев А.Б., Бабаев В.И., Королев^ И.В. Улучшение качества асфальтобетона введением ПАВ в битум. // Автомобильные дороги. -1991, №8 с. 17-19.

25. Золотарев В.А. Битумы, модифицированные полимерами типа СБС: особенности состава, структуры и свойств. Харьков.: ХНАДУ, 2003. -17 с.

26. Золотарев В.А. Влияние температуры и группового состава на растяжимость битумов // Наука и техника в дорожной отросли. 2002, № 2. -с. 12-13.

27. Золотарев В.А. Долговечность дорожных асфальтобетонов. -Харьков: Вища школа. -1977. 116 с.

28. Золотарев В.А. Когезия битума основа: температурной и временной зависимости прочности асфальтобетона // Автомобильные дороги. - 1995, № 10-11.- с.25-27.

29. Золотарев В.А. О взаимосвязш реологических свойств; битумов« и асфальтобетонов // Наука и техника в дорожной отросли. 2002, № 4. - с.3-6.

30. Золотарев« В.А., Агеева Е.Н. Об оценке адгезии; битума к поверхности минерального? материала // Автомобильные дороги; 1995; № 12,-с. 13-15.

31. Золотарев ВА, Веребская Е.А., Виноградов Г.В. Поведение битумов? разных структурно-реологических типов при циклических режимах деформирования//Коллоидный;журнал: 1978; № 6. - с. 1077-10831

32. Иваньски М., Урьев Н.Б. Исследование процесса старения щебнемастичного асфальтобетона // Наука и техника в дорожной отрасли; 2002, И 4. с. 26-29.

33. Изучение структуры нефтепродуктов на примере нефтяных битумов рентгеновскими методами/Бодан А. Н;,,Еодун Б. А., Прошко: В; Я. // Нефтепереработка и нефтехимия; Киев: Наукова думка, 1975. Вып. 13. С. 112— 114.

34. Инваньски М, Урьев Н.Б. Асфальтобетон; как композиционный? материал.М;, Технополиграфцентр, 2007 г.

35. Казанцев В.Ф. Расчет ультразвуковых преобразователей7 для технологических установок. Mi: Машиностроение; 1980-.- 44с.

36. Казанцев В.Ф., Панов A.M. Методы измерения сопротивления нагрузки в технологических процессах // Создание и применение аппаратуры для-ультразвуковых технологических процессов в машиностроении? / НТО МАШПРОМ. М., 1978; - Ч. II.- С. 145-152.

37. Колбановская А. С, Михайлов В. В. Дорожные битумы: М.: Транспорт, 1973. 261'с.

38. Колбановская А.С., Гезенцвей Л.Б., Михайлов В.В. Роль тонких слоев битума в. процессах структурообразования дисперсныхбитумоминеральных материалов. // Коллоидный журнал. 1963. - Т. XX, № 3. - с. 25 - 29.

39. Колбин М. А., Васильева Р. В., Шкловский Я. А. Определение ; группового химсостава битумов методом ЛЖАХ // Химия и технология * топлив и масел. 1976. № 2. С. 48—55.

40. Королев И.В. О' минеральной пленке на минеральных зернах ' асфальтобетона // Автомобильные дороги. -1981, № 7. с: 23-24.

41. Котлярский Э:В., Воечко O.A. Долговечность дорожных асфальтобетонных покрытий и факторы, способствующие разрушению структуры асфальтобетона в процессе эксплуатации. М.: МАДИ, 2007. - 135 с.

42. Кучма МИ. Поверхностно-активные вещества в дорожном строительстве. М.: Транспорт, 1980. - 191 с.

43. Леонович И.И., Колосковая Я.В. Учет свойств асфальтобетона при диагностике автомобильных дорог // Строительство и, эксплуатация автомобильных дорог. Тр. / БелдорНИИ. / Минск, 2002. Вып. 14, с. 111-121.

44. Махонин Г. М., Петров А. А. Исследование структуры асфальтенов методом рентгеновской дифрактометрии // Химия и технология топлив и масел. 1975. № 12. С. 21—24.

45. Миттел К. Л., Мукердеи П. Широкий мир мицелл // Мицеллообразование, солюбилизация и микроэмульсии. М.: Мир. 1980. С. 12—31.

46. Ольков П. Л. Поверхностные явления в нефтяных дисперсных системах и разработка новых нефтепродуктов: — Автореф. дис. д-ра техн. наук; 05.17.07. Уфа: УНИ, 1983. 47 с.

47. Патент РФ 16087. Портативная комплексная установка высокоэффективного технологического ультразвукового оборудования / Приходько В.М., Кудряшов Б.А., Нигметзянов Р.И., Фатюхин Д.С., и др.; Опубл. 10.12.2000. Бюл. №34.

48. Патент РФ 43795. Устройство для получения< кавитации в, жидкостях при их проточной подаче / Коломеец Н.П.; Опубл. 21.10.2004.

49. Патент РФ 44540. Ультразвуковая установка для обработки жидких сред / Новик A.A., Вешняков C.B., Коломеец Н.П. и др.; Опубл. 05.11.2004.

50. Печеный Б. Г. Битумы и битумные композиции. М.: Химия, 1990. 256 с.

51. Печеный Б.Г. Исследование структуры битумов с помощью диэлектрических измерений. Труды Союздорнии, вып. 49, М., 1971 г.

52. Поконова Ю. В. Химия высокомолекулярных соединений нефти. Л.: Изд-во ЛГУ, 1980. 171 с.

53. Потанин A.A., Урьев Н.Б., Мевис Я., Манденаерс П. Реологическая кривая концентрированных слабоагрегированных суспензий // Коллоидальный журнал. -1989. Т. 51. - № 3. - с. 480 - 489.

54. Приходько В. М., Сазонова 3. С. Технологическое применение ультразвука в ремонтном производстве. М.: МАДИ (ТУ), 1995. - 119с.

55. Приходько В.М. Ультразвуковые технологии при производстве и ремонте техники. М.: Изд-во «Техполиграфцентр», 2000. - 253с.

56. Приходько В.М. Ультразвуковые технологии при производстве, эксплуатации и ремонте техники. М.: Изд-во «Техполиграфцентр», 2003. — 253с.

57. Приходько В.М., Буслаев А. П., Норкин С. Б. Моделирование процессов ультразвуковой очистки. -М.: МАДИ (ТУ), 1999. 132с.

58. Прицкер А. Введение в имитационное моделирование и язык С ЛАМ II: Пер. с англ. М.: Мир, 1987. - 646с.

59. Проблема адгезии: органические вяжуище-каманные материалы. Отчет технической комиссии RILEM 17В. 1979, - № 3. — с. 69.

60. Ребиндер П.А. Поверхностно-активные вещества. М.: Знание, 1962. - 46 с.

61. Ребиндер ПА Поверхностные явления в дисперсных системах. М: Наука, 1979,-384 с.

62. Рейнер М. Деформация и течение. Введение в реологию. Изд. нефтяной и горно-топливой лит. -М.: 1963. 381 с.

63. Розенталь Д. А., Березников А. В., Кудрявцева И. Н. Битумы. Получение и способы модификации. JI. 1979. 80 с. (Препринт/ЛТИ им. Ленсовета: М-18414).

64. Розенталь Д: А., Посадов О; Г., Паукку А. Н. Методы определения и расчета структурных параметров фракций тяжелых нефтяных остатков. Л.' 1981. 83 с. (Препринт/ЛТИ им. Ленсовета: М-42591).

65. Руденская И.М., Руденский A.B. Органические вяжущие для дорожногостроительства. М.: Транспорт, 1984. - 229 с.

66. Руденский A.B. Дорожные асфальтобетонные покрытия: М. Транс порт, 1992.- 254 с.

67. Руденский A.B. Обеспечение эксплуатационной надежности' дорожных асфальтобетонных покрытий. М.: Транспорт, 1975. 63 с.

68. Руденский A.B. Оценка адгезионных свойств* битумов ультразвуковым методом // Автомобильные дороги. 1994, № 12. - с. 21-22.

69. Руденский A.B., Руденская И.М. Реологические свойства битумомине-ральных материалов. М.: Высшая школа, 1971. - 130 с.

70. Руденский A.B., Руденская ИМ. Повышение эффективности использования материалов на основе органических вяжущих // Минавтодор* РСФСР. -М.: ЦБНТИ: 1983, №2. 54 с.

71. Самарский A.A., Михайлов А.П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. М.: Наука. Физматлит, 1997.-320 с.

72. Семененко М. Введение в математическое моделирование -М.:Солон-Р, 2002. 112с.

73. Сергиенко С. Р., Таимова Б. А., Талалаев Е. И. Высокомолекулярные соединения нефти. М.: Наука, 1979. 270 с.

74. СНиП №-2-82 часть 4, глава 2, том 4.

75. Сюняев 3. И. Нефтяные дисперсные системы. М. 1981. 84 с. (Препринт/ МИНХГП им. М. И. Губкина: JI-105549).

76. Технологическое оборудование асфальтобетонных заводов. Тимофеев В. А. "Машиностроение", 1981 г.

77. Углова Е.В., Илиополова С.К., Мардиросова И.В. Старение асфальтобетона в условиях юга России // Автомобильные дороги. 1993, № 4. - с. 26-28.

78. Ультразвуковая технология. Под ред. Б.А. Аграната. М., из-во «Металлургия», 1974г.

79. Урьев Н.Б. Высококонцентрированные дисперсные системы. М.: Химия, 1980.-320 с.

80. Урьев Н.Б. Динамика контактных взаимодействий в дисперсных системах // Коллоидный журнал. 1999. - Т. 61, № 4. - с. 455-462.

81. Урьев Н.Б. Физико-химическая динамика дисперсных систем // Природа. 2000, № 10. - с. 20-27.

82. Урьев Н.Б. Физико-химическая динамика дисперсных систем // Успехи химии. 2004, 73 (1). - с. 39-62.

83. Урьев Н.Б. Физико-химическая механика в технологии дисперсных систем М. Знание, 1975. - 64 с.

84. Урьев Н.Б., Иваньски М. Асфальтобетон как композиционный материал. М.: Техполиграфцентр, 2007. — 668 с.

85. Уткин В.И. Скользящие режимы в задачах оптимизации и управления. М.: Наука, 1981. — 368 с.

86. Френкель Я. И. Кинетическая теория жидкостей. JL: Наука, Ленингр. отдел. 1975. 592 с.

87. Фридман В.М., Котлярский Л.Б., Новицкий Б.Г. Ультразвуковая химико-технологическая аппаратура. М., из-во «Энергия», 1964 г.

88. Худякова Т.С., Розентадь ДА., Машкова И.А. и др. Влияние минерального материала на адгезионную прочность битумоминеральных смесей // Химия и технология топлив и масел.-1990; №12. с. 28-291

89. Шалыт С.Я., Михаилов Н.В., Ребиндер Г1.А. Зависимость кривых течения и вязкостных характеристик битумов от температуры // Коллоидный: журнал. 1957. - 19, № 1. - с. 20- 28.

90. Шеффе F. Дисперсионный анализ. М.; Наука, 1980: 512 с98: Шор Г. И., Климов К. И., Лапин В. П: Исследование структурных превращений в жидких нефтепродуктах // Химия и технология топлив и масел. 1977. № 8: С. 48—52.

91. Щукин Е.Д., Амелина Е.А., Перцов А.В. Коллоидная химия:. М.: Высшая;школа, 2006. - 444 с.100; Эйрих Ф; Реология;теория иприложениям М;: И.Л., 1962. - 824 с.

92. Busby E.0.6 Rader L.F. Flexural stiddness properties o£asphalt concrete at low. temperatures // Proceedings Association Asphalt Pavements Technology. W2,-P.162-183.

93. Ghoquet: F.S. The search for an ageing tests based' on changes in the generic composition of bimminous. II Procedings of International! Symposium Chemistry of Bitumens. Roma, 1991, Т. II, p. 787-798.

94. GawelL, Kalabinska M., Ptfat J. Asfalty drogowe. WKiL, 2001, 255 s.

95. Monismith C.L., Hicks R.G.,. Finn F.N.:. Accelerated Load Tests for Asphalt-Aggregate Mixtures and Their Role in AAMAS. Proceedings Association Asphalt Paving Technologistst-1991. Vol. 60. p. 357-396.

96. Neumann H. I. Kolloidchemische Untersuchungen an Asphaltenen // Brcn-stoffchemic. 1965: V. 46. N 9: S. 275—277.

97. Performance Graded Asphalt Binder Specification and Testing Asphalt Institute. Superpave Series № 1 (SP-1), 65 p.

98. Pfeiffer I. Ph. The Properties of Asphaltic Bitumens. Elservier: New-Yorkr Amsterdam, London, 1950. 285 p.

99. Sole A. Ductility as indicator of bitumen quality? // 3rd Eurobitume Symposium "Bitumen flexible and durable". The Hague. 11-13 September 1985, -p. 16-20.

100. Valleerga B.A.: Introduction to Symposium. Asphalt Deficiencies Related to Asphalt Durability. Symposium Asphalt Durability : Source and InService Effects // Proceedings Association Asphalt Paving Technologists, 1981, Vol. 50,-p. 245-261.

101. Van der Berg F. Olexobit A polymer modified bitumen. Third Eurobitumen Symposium 1985, "Bitumen flexible and durable", Vol.1, Summaries and papers, The Haque, 13 September 1985, p. 664 - 667.

102. Van der Poel C. General System Describing the Visco-Elastic Properties of Bituminous and its Relation to Routine Test Data. // Journal of Asphalt Chemistry, 1954, №4, p. 221-236.