автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Обобщение и развитие научных представлений о механизме приготовления сырых песчано-глинистых смесей, оптимизация его энергетических, технологических параметров и конструкций смесителей

На правах рукописи УДК 621.742.4

Ершов Михаил Юрьевич

Обобщение и развитие научных представлений о механизме приготовления сырых песчано-глинистых смесей, оптимизация его энергетических, технологических параметров и конструкций смесителей

Специальность 05.16.04. Литейное производство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2005

Работа выполнена на кафедре «Машины и технология литейного производства» имени профессора Аксёнова П.Н. в Московском государственном техническом университете «МАМИ».

Научный консультант: заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор

Ведущая организация:

Трухов А.П.

Жуковский С.С,

Васильев В.А.,

Матвеенко И.В.

ОАО «КамАЗ - Металлургия».

Защита состоится 19 мая 2005 года в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 212.140.02 в Московском государственном техническом университете «МАМИ» по адресу: 107023, ГСП, г. Москва, Б.Семёновская ул., 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного технического университета «МАМИ».

Ваши отзывы на автореферат диссертации, заверенные печатью, в двух экземплярах просим направлять по указанному выше адресу или по электронной почте E-mail: mitlp@mami.ru.

Автореферат разослан 8 апреля 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Максимов Ю.В.

Общая характеристика работы

Актуальность. Диссертация посвящена научно технической проблеме улучшения качества сырых песчано-глинистых смесей (СПГС) и уменьшения потребления электроэнергии в смесеприготовлении, актуальность которой возросла в последнее десятилетие в связи с резким ростом цен на электроэнергию, транспорт и материалы Способ литья в сырые песчано-глинистые формы распространен во многих отраслях промышленности, им производится до 70% от валового выпуска отливок Для получения одной тонны отливок этим способом приготавливают около десяти тонн формовочной смеси Затраты электроэнергии на подготовку и приготовление смеси при этом становятся соизмеримыми с затратами на плавку Требования по повышению качества смеси обусловлены значительной долей брака отливок (30 - 40%) по вине формовочной смеси и высоким расходом (1 г на 1 т отливок) свежих формовочных материалов

Большой вклад в разработку отдельных аспектов данной проблемы внесли Аксенов П Н , Берг П П , Бречко А А Васильев В А , Жуковский С С , Ивакин Р И , Илларионов И Е , Кваша Ф С , Корнюшкин О А , Марков В А , Матвеенко И В , Ромашкин В Н , Серебряков С П , Туманова Л Пи др Научные труды этих ученых в целом предварили постановку научной задачи о разработке обобщенных представлений о механизме смешивания СПГС На необходимость разработки названной проблемы указывало разнообразие типов смесителей, применяемых в литейных цехах, и тенденция развития их конструкций, заключающаяся в последовательном переходе от тихоходных к скоростным смесителям Отсутствие единого научного подхода удлиняло процесс развития конструкций смесителей, которые не всегда обеспечивали требуемое качество смеси, низкую энергоемкость процесса и высокую производительность Разработка обобщенного механизма приготовления СПГС для аппаратов различных типов представляет несомненный научный интерес и является актуальной, поскольку на его основе становится возможным создание перспективных конструкций смесителей, соответствующих передовому уровню развития техники дпя смешивания, а в ряде случаев превосходящих его

В практическом отношении решение названной проблемы позволяет получить экономию электроэнергии и формовочных материалов, снизить брак по

вине формовочной смеси, повысить качество поверхности отливок и их размерную точность, уменьшить металлоёмкость изделий и машин В экологическом отношении происходит сокращение безвозвратных потерь энергии и материалов, уменьшение вредного воздействия на человека.

Цель и задачи работы. Повышение качества СПГС и разработка конструкторских и технологических решений, обеспечивающих снижение энергопотребления, на основании обобщения и развития научных представлений о процессе смесеприготовления.

Для достижения цели работы были поставлены следующие основные научные, технологические и конструкторские задачи:

1. Обобщение и развитие научных представлений о процессе приготовления (смешивания) СПГС с учётом особенностей распределения влаги и формирования оболочек глинистого связующего в течение рабочего цикла.

2. Разработка научно-обоснованной методики расчёта длительности цикла смешивания для аппаратов различных типов.

3. Разработка научных представлений о минимизации затрат энергии на приготовление смеси, проведение обобщающего анализа энергопотребления у смесителей различных типов и их ранжирование по экономичности.

4. Разработка научно-обоснованной методики расчёта основных конструктивных и технологических параметров роторных смесителей формовочных материалов и создание на её основе образцов новой техники.

5. Разработка комплексной методики оценки рабочих процессов смесителей, проведение сравнительных испытаний смесителей и получение на их базе практических рекомендаций по совершенствованию технологического процесса смесеприготовления.

Объект и предмет исследований. Основным объектом исследований являются широко применяемые в литейном производстве сырые песчано-глинистые смеси, а также пески и глины, используемые для их приготовления. Предметом исследований являются свойства СПГС и формовочных материалов, рабочие процессы промышленных смесителей различных типов, технологии и оборудование для приготовления СПГС.

Экспериментальная часть работы выполнялась в литейных цехах машиностроительных заводов: АМО ЗиЛ, ОАО ВАЗ, ОАО «Саранский

центролит», ОАО «Автоцветлит», ОАО «Анжерский машиностроительный завод», ОАО «Копейский машиностроительный завод» и др. Выполненные в диссертации научные и практические разработки вошли в Федеральную программу «Ресурсосберегающие технологии машиностроения» (Отв. МГТУ «МАМИ», план 1992 - 1995 гг.).

Научная новизна:

Новизна научной идеи состоит в обоснованном применении энергосберегающих технологий и средств, созданных в результате обобщения и развития научных представлений о механизме приготовления СПГС при условии улучшения качества смеси.

1. Разработаны представления о структуре зёрен СПГС, заключающиеся в том, что зерно смеси рассматривается как слоистое тело, состоящее из твёрдой кристаллической сердцевины, на поверхности которой находится плёнка аморфного кремнезёма (АК) и глинистая оболочка, связанная с кристаллической сердцевиной через активные центры плёнки АК. Теоретически обоснован и экспериментально подтверждён механизм активации ранее сформированных и увлажнённых глинистых оболочек, от полноты которой зависит уровень служебных свойств смеси.

2. Выявлен обобщённый механизм приготовления СПГС, взаимодействие зёрен смеси в котором имеет радиальный, тангенциальный или вращательный виды. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены области реализации каждого из видов взаимодействия в зависимости от плотности смеси и соответствующего ей координационного числа, а также соответствие между видами взаимодействия зёрен и рабочими процессами смесителей различных типов.

3. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена определяющая роль в процессе увлажнения смеси: механического перемещения влажных комков на стадии смешивания; а также диффузионного и капиллярного процессов влагопереноса на стадии её вылёживания. Экспериментально определены количественные характеристики влагопереноса, которые использованы при разработке расчётной методики процесса увлажнения смеси.

4. Объяснение явлений: нарастания прочности при вылёживании, снижения прочности смеси при нагреве, точечного распределения глины на поверхности

зёрен и образования в свежей смеси глинистых конгломератов (крупинок) - с использованием представлений о слоистом строении зёрен смеси и связанных с этим особенностей распределения влаги в глинистых оболочках, приводящих к снижению механических свойств смеси и удлинению рабочего цикла смешивания.

5. Разработана математическая модель формирования глинистых оболочек на зёрнах формовочной смеси, реализованная в программе для ПЭВМ, которая учитывает вероятностный характер взаимодействия зёрен в процессе приготовления смеси и позволяет определять число актов циклического изменения плотности смеси для формирования заданной величины площади поверхности зерна с учётом плотности смеси и содержания глины. Получены математические зависимости для определения числа актов взаимодействия зёрен при условии достижения заданной степени обработки, с использованием которых создана методика расчёта длительности цикла смешивания, учитывающая тип смесителя и технологические параметры его рабочего процесса.

6. Разработана комплексная методика сравнительной оценки рабочих процессов смесителей СПГС, которая включает методики: оценки свойств при домешивании, оценки свойств и энергетических параметров при длительном цикле смешивания, микроскопических исследований, оценки специальных свойств, совокупность которых позволяет сравнивать рабочие процессы смесителей с различных сторон и получать качественно новые научные выводы о физической природе механизма смешивания.

7. Экспериментально установлена и теоретически объяснена зависимость плотности глинистых оболочек от толщины, на основании которой разработана уточнённая методика расчёта толщины оболочек и получена зависимость от среднего диаметра зёрен.

Достоверность научных положений и результатов исследования.

Теоретические положения обобщенного механизма базируются на современных представлениях физико-химической теории дисперсных систем, подтверждены обширными микроскопическими исследованиями структуры оболочек зёрен смеси, расчётами и взаимосвязью свойств оболочек с физико-механическими свойствами смеси. Процесс увлажнения смеси рассмотрен с позиций теории сушки. Для моделирования случайного процесса взаимодействия

зерна шаровой формы с глинистым связующим применён метод Монте-Карло. Оценка работы нанесения глинистых оболочек выполнена с использованием положений реологии. Применена методика планирования экстремального эксперимента, результаты статистически обрабатывались, их достоверность проверялась с использованием статистических гипотез. Обработка экспериментальных данных и расчёты выполнены с широким привлечением вычислительных методов.

Практическая значимость результатов работы.

1. На основании обобщённых представлений о механизме приготовления СПГС разработан метод расчёта длительности рабочего цикла и создана программа моделирования процесса нанесения связующего на зёрна формовочной смеси «МС v. 2».

2. Создана методика определения количества циклов переноса для полного увлажнения смеси, учитывающая геометрические размеры увлажнённых комков, содержание глины и среднюю влажность смеси.

3. Разработана методика расчёта основных конструктивных и технологических параметров роторных смесителей, на основе которой созданы программы для ПЭВМ: расчёта конструктивных и технологических параметров роторных смесителей «RM v.l» и расчёта рабочих органов смесителей формовочных материалов «Rotor v.2>v С использованием методики разработаны конструкции смесителей, внедрённые в производство.

4. Создана база данных смесителей формовочных материалов «Mixers», в которой наряду с традиционными включены параметры, характеризующие энергопотребление.

5. Выполнено ранжирование 9 типов смесителей по удельной мощности рабочих процессов. Определены направления создания новых конструкций смесителей, обеспечивающих снижение удельной работы смешивания при повышении производительности смесителей.

Реализация теоретических и практических результатов работы происходила по трём основным направлениям.

Первое направление - разработка высокоэффективных смесителей роторного типа. Совместно с ФГУП «НИИТуглемаш» спроектированы,

изготовлены и внедрены на ОАО «Анжерский машиностроительный завод» и ОАО «Копейский машиностроительный завод» смесители роторного типа.

Второе направление - модернизация действующих литейных смесителей с целью повышения их эффективности. Разработан ряд модернизированных конструкций бегунов, пять из которых защищены авторскими свидетельствами и патентами. Конструкции внедрены на АМО ЗиЛ, НПО «Машиностроения» г. Реутов, ПК «Мосжилпромкомплект» и др.

Третье направление - разработка пакета прикладных программ с элементами САПР технологии и решений по совершенствованию технологии смесеприготовления. Пакет прикладных программ использовали при разработке роторных смесителей и модернизации бегунов. Рекомендации по совершенствованию технологии смесеприготовления, полученные с использованием программ, приняты на заводах ОАО «Автоцветлит» г. Мелитополь, ОАО «Транспневматика» г. Первомайск, ОАО «Нижегородский теплоход» г. Бор.

Практические достижения отмечены бронзовой (1982 г) и серебряной (1984 г) медалями ВДНХ СССР.

Личный вклад автора состоит в обобщении теоретических и экспериментальных исследований, выполненных автором самостоятельно и совместно с аспирантами и студентами, у которых автор был научным руководителем. При этом автором поставлены: научная проблема и задачи исследований; разработаны: обобщённая модель смешивания, основные расчётные методики и программы; решены частные научные и технические задачи. Автор принимал непосредственное участие в создании образцов новой техники и экспериментальных установок, проводил исследования в лабораториях и на производстве, участвовал в промышленных испытаниях и внедрении разработок.

Основные положения, выносимые на защиту-

Автор защищает научные основы проблемы улучшения качества СПГС и уменьшения потребления электроэнергии в смесеприготовлении, а именно: - обобщённый механизм приготовления СПГС в смесителях различных типов, теоретические основы радиального, тангенциального и вращательного видов взаимодействия зёрен;

- уточнённые теоретические представления о распределении влаги в глинистых оболочках зёрен СПГС и методику расчёта увлажнения смеси;

- выявленный механизм активации сформированных глинистых оболочек на зёрнах оборотной СПГС;

- математическую модель смешивания, учитывающую вероятностный характер взаимодействия зёрен смеси и метод расчёта увлажнения смеси;

- выявленную зависимость плотности глинистых плёнок от толщины и метод расчёта толщины оболочек с её использованием;

- выявленные зависимости основных конструктивных параметров роторных смесителей, математическую модель взаимодействия пакета смеси с лопастью ротора и созданные с их использованием методики расчёта:

- комплексную методику сравнительной оценки рабочих процессов смесителей.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на: IV и V съездах литейщиков России (г. Москва, 1999 и 2001 гг.); Национальной конференции литейщиков Венгрии (г. Шопрон, 1985 г.); Международных научных симпозиумах (г. Москва, 2000 и 2002 г.г.); Международных, Республиканских и региональных конференциях в городах: Барнауле (1988, 1999, 2000, 2001 и 2003 г.г.), Владимире (1988 и 1989 г.г.), Минске (1987 г), Москве (1988, 1989, 1990, 1992, 1996, 1999, 2000 и 2001 г.г.), Одессе (1990 и 1998 г.г.), Чебоксарах (1989г), Челябинске (1988 г); научно- техническом совещании «Чепельского чугунно- и сталелитейного завода» (Будапешт, 1985 г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 72 работы, получено шесть авторских свидетельств, один патент РФ и три патента РФ на полезную модель. Без соавторов опубликовано 36 работ и один патент РФ на полезную модель.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, изложена на 334 страницах, содержит 88 рисунков, 37 таблиц, 25 приложений и библиографию из 205 наименований.

Основное содержание работы.

1. Развитие и состояние научно-технической проблемы улучшения качества СПГС и уменьшения потребления электроэнергии в смесеприготовлении.

Ретроспективный анализ состояния технологии и оборудования для приготовления СПГС показал, что их развитие происходило в большей части спонтанно, для каждого типа смесителей разрабатывались свои представления о механизме смешивания. Приоритетной задачей на различных этапах развития было повышение качества формовочной смеси, сопутствующие задачи связывались с повышением производительности, улучшением условий труда, автоматизацией,, экологичностью. Задача создания экономичных смесителей, обеспечивающих высокое качество смеси, длительное время оставалась на втором плане.

Постепенно укоренилось представление о разнообразии механизмов смешивания и рабочих процессов смесителей. Наиболее значимыми среди них являются: механизм Ивакина Р.И., сводящийся к взаимодействию зёрен, и механизм Зороховича И.З., рассматривающий послойное движение смеси. На различных этапах развития в промышленности одновременно использовали несколько типов смесителей, зачастую в пределах одного предприятия. Имели место примеры последовательной установки (один за другим) смесителей двух типов, что позволяло сгладить недостатки каждого из них, но приводило к перерасходу электроэнергии на смешивание.

Увеличение числа типов и моделей смесителей породило необходимость их сравнения. Главными при сравнении были показатели качества смеси, которые связывали с длительностью цикла смешивания. В связи с удорожанием энергоносителей и исходных материалов наряду с параметрами качества смеси и длительностью цикла стали учитывать удельные: мощность и работу смешивания. Результаты сравнения энергетических параметров смесителей показали их существенное различие. При этом статистически обоснованное время цикла связывают с готовностью смеси и рациональностью расходования исходных материалов для заданного типа смесителя, а удельные - мощность и работу смешивания - с потреблением энергии. В результате выполненного

анализа типы смесителей разделены на три группы: с высокой, средней и низкой величинами удельной мощности, в интервале от 20 до 100 Вт/кг.

При объяснении ряда явлений и зависимостей с позиций существующих теоретических представлений о рабочем процессе смешивания СПГС имели место затруднения, к числу которых относятся- различие величин удельной работы смешивания у однотипных смесителей с одинаковыми рабочими процессами, в пять раз у барабанных; в три раза у бегунов; в два раза у скребковых и смесителей СоЛ:гаш1х; в 1,6 раза у роторных смесителей;

- противоречие между различными теоретическими представлениями о механизме процесса смешивания СПГС и одинаковым результатом этого процесса - получение сформированных глинистых оболочек, определяющих заданный уровень служебных свойств смесей;

- известные представления не учитывали процесс увлажнения смеси и состояние оболочек.

Из анализа этих и других противоречий вытекает, что существует научная проблема в теории литейных процессов, заключающаяся в необходимости обобщения и развития знаний о технологических процессах и оборудовании для приготовления СПГС, обеспечивающих повышение качества смеси при одновременном снижении энергопотребления.

В результате проведенного анализа была сформулирована цель и поставлены задачи исследования (см. с. 4).

2. Развитие научных представлений о процессе приготовления СПГС и разработка обобщённого механизма приготовления смеси.

При разработке обобщённой модели приготовления СПГС использовались представления о структурно-скелетном теле, состоящем из огромного числа микроскопических частиц (зерен), на поверхности которых находится оболочка глинистого связующего. Такая модель объясняет взаимосвязь микро- и макропараметров смеси. На основании анализа обширных сведений об удельной поверхности песков, результатов собственных микроисследований и расчётов уточнены физические представления о зёрнах формовочной смеси как о слоистом теле, состоящем из кристаллического ядра, на поверхности которого расположена тонкая дисперсная структура аморфного кремнезёма (АК), закрытая

коллоидной оболочкой из увлажнённой глины, связанной с ядром через активные центры АК Масса АК составляет 0,1 - 0,01% от массы ядра, а удельная поверхность превосходит внешнюю поверхность ядра в 104 раз Адгезия глинистой оболочки к поверхности ядра зависит от степени гидратации АК, последняя определяет прочность и другие служебные свойства смеси.

Табл. 1. Схемы трёх основных видов взаимодействия зёрен в процессе приготовления смеси.

Центральным звеном механизма приготовления СПГС являются акты сближения зёрен, происходящие при увеличении плотности смеси, и расхождения - при её уменьшении. В результате многократных актов взаимодействия зёрен происходит формирование структур оболочек При каждом акте на поверхности оболочки остаётся «след», конфигурация которого зависит от характера взаимодействия. «Следы» эти сохраняются на поверхности оболочек приготовленной смеси и распознаются с помощью микроскопических исследований. В работе установлена зависимость структуры оболочек от

рабочего процесса и типа смесителя. В результате систематизации «следов» выявлено три основных вида взаимодействия: радиальное, тангенциальное и вращательное. В табл. 1 (на схемах) показаны основные зёрна 1 шаровой формы, взаимодействующие между собой через частички увлажненной глины 2, соседние зёрна 3, стрелки 4, показывающие направление движения взаимодействующих зёрен, ось 5, соединяющая центры зёрен. Характер движения взаимодействующих зёрен зависит от координационного числа рассчитанного по данным Гуляева Б.Б. и Корнюшкина О.А.

Радиальное взаимодействие характерно для бегунов, в которых приготовление смеси связано с её уплотнением катками и рыхлением плужками. Плотность смеси под катком более 1200 кг/м3, а соответствующие ей координационные числа более трёх. Из-за стеснённости сближение зёрен происходит по одной прямой, раздавливается зёрнами и прилипает к ним с

образованием манжеты. При расхождении зёрен манжеты разрушаются с образованием характерных «следов» в виде микрократеров 6 на оболочках зёрен, которые хорошо различимы но их светлым гребням, возникающим по периметру манжеты. Для радиального взаимодействия характерны плотные, надёжно прикреплённые к зерну оболочки.

Тангенциальное взаимодействие наблюдается при плотностях 900 — 1000 кг/м , которым соответствует Пь близкое к двум. Контакт зёрен с соседними в двух течках предотвращает их относительный поворот и обеспечивает большую свободу их перемещения. В результате сближение зёрен происходит по параллельным траекториям, а образующиеся при этом «следы» имеют форму «языков», которые помечены на снимках значком (Л). Такой вид взаимодействия характерен для центробежных, лопастных, роторных и смесителей с рыхлящими катками, средняя плотность смеси в которых не превышает 1000 кг/м3. При тангенциальном взаимодействии имеет место рыхлая, слабо связанная с зерном, оболочек, образование которой происходит в результате послойного разрушения частичек глины. Сместившиеся слои располагаются на поверхности зерна в виде наклонённых ярусов, при этом между ними остаются микропоры, снижающие плотность оболочки.

Вращательное взаимодействие реализуется в случае выполнения следующих условий. Одно из взаимодействующих зёрен жёстко связано с

несколькими неподвижными соседними зёрнами, сближение зёрен происходит под углом к оси 5 (не центральное взаимодействие), движущееся зерно не контактирует с соседними зёрнами и обладает достаточным запасом кинетической энергии для преодоления сил адгезии с частичкой увлажнённой глины. Названные условия наилучшим образом выполняются в центробежных и роторных смесителях, в которых смесеприготовление происходит в результате остановки потока летящих частиц. Создаваемый ротором поток смеси имеет плотность 300 - 700 кг/^ пк меньше 1, скорость потока не более 20 м/с. При остановке потока преградой происходит уплотнение смеси до 900 - 1100 кг/м3, Пк = 2 - 3 . Разрушение в оболочке при вращении зерна происходит последовательно, по границам чешуек или частиц, которые остаются как на неподвижном, так и на вращающемся зерне. В результате на поверхности оболочки наблюдается чередование выступающих мелких частиц 7 или углублений 8, образовавшихся при вырывании. Оболочки при этом имеют рыхлую структуру.

Распределение влаги между компонентами смеси рассматривается в работе с применением аппарата теории сушки Лыкова А.В. и принятой модели слоистого строения зерна. Это позволило, с единых позиций и по-новому, объяснить ряд известных из практики затруднений, возникающих в смесеприготовлении: недостаточную прочность после смешивания, её возрастание при вылёживании, потерю прочности при нагреве и др. Распределение влаги в объёме замеса происходит в результате механического перемещения влажных комков, а увлажнение оболочек - в результате капиллярного и диффузионного движения воды, которые имеют малую скорость и дистанцию действия, но играют существенную роль в формировании свойств смеси. Теоретически и экспериментально установлено, что в интервале средней влажности смеси 2,5 - 5% и при содержании глины 8 - 14% в последней удерживается воды в 100 раз больше, чем в песке. Это означает, что практически вся добавляемая в смесь вода идёт на смачивание глины, которая является носителем влаги в смеси. Неравномерное распределения влаги между песком и глиной является главной причиной точечного распределения свежей глины на поверхности зёрен оборотной смеси и образования конгломератов (крупинок), размер которых в несколько раз превышает размер зёрен, что в свою очередь

вызывает снижение механических свойств смеси и удлиняет рабочий цикл смешивания. Потеря прочности, при нагреве смеси в обороте, связана с особенностями гидратации плёнки АК, число активных центров которой возрастает по мере увеличения количества адсорбированной влаги и резко сокращается при температуре более 50° С. Нагрев смеси вызывает усадку геля АК, в результате ослабевает связь глинистой плёнки с поверхностью зерна, что приводит к снижению прочности смеси. Возврат активности плёнки АК происходит после охлаждения смеси, за счёт поглощения влаги через глинистую оболочку, играющую роль буфера, что существенно удлиняет процесс. Данные механизмы подтверждены производственной практикой (набор прочности при вылёживании смеси) и лабораторными испытаниями (активация при домешивании).

Нарастание прочности смеси в процессе вылёживания указывает на длительность диффузии влаги в пределах глинистой оболочки. За время смешивания влага успевает проникнуть только в глинистую оболочку, но не активирует плёнку АК. Снижение прочности при этом имеет две причины. Концентрация всей влаги в глинистой оболочке снижает её когезионную прочность, а негидратированная плёнка АК не имеет достаточного количества активных центров, что снижает адгезионную прочность. Интенсифицировать этот процесс можно за счёт механической активации, предварительно увлажнённой смеси или вакуумным способом. Следовательно, активация уже увлажнённых оболочек на зёрнах смеси является важной составляющей процесса приготовления смесей. Таким образом, процесс смесеприготовления должен рассматриваться не только как результат распределения увлажнённого связующего по поверхности зёрен песка и оборотной смеси, но и активации уже сформированных оболочек оборотной смеси, без выполнения которой невозможно достижение смесью уровня свойств, заданного её составом.

В диссертации разработан расчётный метод оценки распределения влаги в смеси, в котором процесс влагообмена рассматривается как совокупность последовательных актов взаимодействия влажного кома с сухой смесью. Интенсификация процесса распределения влаги достигается за счёт использования рыхлителей, способствующих получению в смеси влажных комков малых размеров. Чем меньше размер таких комков, тем больше

относительный объём увлажнённой смеси и требуется меньшее число актов для полного увлажнения смеси. Наиболее эффективными в настоящее время являются роторные смесители, в которых имеет место наибольшее разрыхление смеси.

3, Математическая модель приготовления СПГС и метод расчёта длительности цикла смешивания.

Использование обобщённого механизма приготовления СПГС при определении длительности цикла смешивания позволило разработать математическую модель приготовления СПГС, практическим выходом которой стал метод расчёта длительности цикла смешивания. Обобщённый механизм учитывает технологические особенности различных смесителей и построен на рассмотрении единичного акта взаимодействия зёрен смеси, в результате которого происходит обработка поверхности зёрен (нанесение глинистого связующего или активация уже имеющихся оболочек). Главным технологическим параметром механизма является плотность смеси, от которой зависит характер взаимодействия зёрен, площадь пятна контакта и их число. В модели принято, что приготовление смеси представляет собой совокупность большого числа случайных контактов между зёрнами. Такой подход применён впервые и путём использования метода Монте - Карло для моделирования случайных процессов. От акта к акту зерна поворачиваются относительно друг друга произвольным образом, в результате чего происходит увеличение обработанной площади. Эквивалентом площади поверхности зерна в модели принят большой квадрат с нормированной стороной 1000 единиц, а площади пятна контакта - малый квадрат. Площадь пятна контакта, а следовательно, и сторона малого квадрата, для заданных условий принимались одинаковыми. Моделирование осуществлялось графическим методом, в котором единичному акту взаимодействия зёрен соответствовало наложение малого квадрата на большой. Положение каждого малого квадрата определено координатами XI и У1, привязанными к его левому нижнему углу. Случайный характер взаимодействия зерен в модели достигали присваиванием координатам значений из генератора случайных чисел, с равномерным распределением в диапазоне от 0 до 999. Если часть площади малого квадрата выходила за стороны большого квадрата, то она переносилась к противоположным сторонам по определённому

алгоритму. Выбранная схема переноса обусловлена замкнутостью поверхности зерна, которой эквивалентен большой квадрат. Для выполнения моделирования была разработана программа «МС V 2», с помощью которой рассчитывали число актов взаимодействия в зависимости от площади пятна единичного контакта и обработанной (покрытой) площади поверхности зерна.

В результате статистической обработки результатов численного моделирования получены зависимости обработанной (покрытой) площади поверхности зерна от числа актов при заданных размерах пятна контакта При согоставлении результатов численного и физического экспериментов принимали во внимание зависимость координационного числа от плотности смеси. В математической модели одному акту сближения зёрен смеси соответствует одно пятно контакта; в физическом эксперименте при уплотнении смеси зёрна взаимодействуют по нескольким пятнам контактов, количество которых равно координационному числу. Для определения числа пятен контакта на зерне число уплотнений умножали на координационное число. Полученные в результате моделирования математические зависимости положены в основу методики расчёта длительности цикла смешивания, которая применима к различным смесителям и учитывает технологические особенности их рабочих процессов.

Разработанные теоретические представления позволили систематизировать рабочие процессы смесителей по удельной мощности и характерной плотности смеси в рабочей зоне. Характерной названа плотность, при которой реализуются вращательный, тангенциальный и радиальный виды взаимодействия зёрен, а координационное число принимает значения 1, 2 и 3. В табл. 2 систематизировано положение типов смесителей относительно шкалы потребляемой удельной мощности и шкалы характерной плотности смеси. Шкала удельной мощности формирует столбцы, а шкала характерной плотности -строки таблицы. В образовавшихся ячейках расположены типы промышленных смесителей, соответствующие данным параметрам. Три ячейки: А, Б и В - этой таблицы не заняты. Это означает, что смесители с характеристиками, соответствующими данным ячейкам, Е настоящее время не существуют

В работе выполнена оценка перспективности создания смесителей, соответствующих свободным ячейкам. Рабочий процесс смесителей с низкой удельной мощностью (ячейка А) должен обеспечивать изменение плотности

смеси с высокой частотой. Это необходимо потому, что при малых значениях плотности и координационного числа количество рабочих актов составляет несколько тысяч. Приготовление смеси в этих условиях за сравнительно короткое время (120 с) возможно при частоте рабочих актов около 100 Такие частоты могут обеспечить вибрационные рабочие органы. Удельная работа смешивания у таких смесителей не будет превышать 5 кДж/кг при цикле до 120 с.

Табл. 2. Систематизация рабочих процессов смесителей по удельной мощности и характерной плотности..

У смесителей со средней и высокой удельной мощностями (ячейки Б и В) для получения готовой смеси необходимо выполнить 1500 актов циклического изменения плотности смеси, которая должна составлять 1200 - 1300 кг/м3. Такие смесители могут быть экономичными = 5 кДж/кг) при рабочем цикле менее 60 с, что предполагает изменение плотности смеси с частотой 25 с"1. Рабочие органы с такими характеристиками сложны и малоэффективны, поэтому такие смесители неперспективны.

4. Работа по формированию глинистых оболочек на зёрнах СПГС.

Задача минимизации затрат энергии на приготовление смеси представляет научный и практический интерес, поскольку её решение объясняет различие в потреблении энергии смесителями различных конструкций. Энергия, подводимая к смеси, затрачивается на внедрение зёрен в глину или оболочку другого зерна, разрушение образовавшихся связей, перемещение слоев смеси относительно друг друга. Перечисленные затраты энергии являются производными от технологического процесса смесеприготовления, а их суммарная величина равна работе технологического процесса Для оценки энергопотребления

смесителей принято использовать удельную работу смесеприготовления которая может быть представлена двумя слагаемыми в соответствии с выражением.

А)Д — Ач х + Ат п (О

Величина работы холостого хода зависит от конструкции смесителя, а работа, затрачиваемая на осуществление технологического процесса от

свойств и состояния смеси в процессе приготовления В идеальном случае, для приготовления смеси достаточно затратить некую работу, идущую только на формирование глинистых оболочек. При этом предполагается, что свежие добавки равномерно распределены в оболочках зёрен смеси, обеспечивая тем самым необходимый уровень служебных свойств Представления о работе по формированию глинистых оболочек созданы на основании рассмотрения единичного акта внедрения зерна в глинистую прокладку. В результате действия сил внутреннего трения в смеси, её прочности и различного воздействия на смесь рабочих органов работа технологического процесса оказывается больше чем работа по формированию глинистых оболочек и зависит от свойств компонентов смеси и механизма их нанесения на зёрна смеси.

Работу по формированию оболочек определяли, как произведение работы одного акта внедрения зерна в глинистую прокладку на число актов для полного покрытия зерна. Получено выражение (2) для определения величины удельной (на единицу массы) работы по формированию оболочек, которая зависит от состояния и характера взаимодействия зерен в процессе смешивания. Состояние смеси характеризуют коэффициент взаимодействия и напряжение внедрения а характер взаимодействия - коэффициент глубины и относительная глубина внедрения (Ц).

Параметры для расчёта работы по формированию оболочек определяли на лабораторной установке путем внедрения шарового индентора в глинистую пасту. Задачей физического моделирования в этом случае являлось определение напряжений, возникающих в глинистой пасте при внедрении зерна. Существенное возрастание сопротивления внедрению наблюдалось при увеличении начальной скорости внедрения Важно заметить, что при небольших

скоростях нагружения зависимость близка к линейной во всём интервале деформаций, а с увеличением скорости - только на начальном его участке цо Ь = 0,1.

Расчёты показали, что величина работы одного акта изменяется в зависимости от глубины внедрения на 3 - 5 порядков. Сильное влияние на величину работы одного акта внедрения оказывает размер зерна, с уменьшением которого работа убывает. Это обстоятельство не имеет практического значения для технологических процессов, в которых происходит взаимодействие летящих зёрен, но находит приложение к процессам принудительного внедрения зёрен под действием внешних сил.

Характер взаимодействия зёрен в процессе смесеприготовления учитывает коэффициент взаимодействия а, значения которого для четырёх случаев приведены ниже. Случаи 1 и 2 соответствуют взаимодействию двух зёрен без прокладки, случаи 3 и 4 - взаимодействию зерна с глинистой прокладкой.

Вид взаимодействия и состояние поверхности зёрен а

1. Одно из зёрен чистое, другое имеет глинистую оболочку. 1,56

2. Оба зерна имеют глинистую оболочку. 0,98

3. Глинистая прокладка и чистое зерно. 0,98

4. Глинистая прокладка и зерно с глинистой оболочкой. 0,62

Из расчётов следует, что при взаимодействии чистого зерна необходимо затратить работу, в четыре раза большую, чем в случае покрытого оболочкой (случаи 1 и 2, 3 и 4). Данное обстоятельство согласуется с логикой, особенно при рассмотрении процесса смесеприготовления на микроуровне. Для случая 4 необходимо затратить меньшую работу, т.к. оболочки на зёрнах уже сформированы, а свежая глина наносится в результате взаимодействия зерна с мягкой переувлажнённой прокладкой. Для случая 1, напротив, необходимо затратить большую работу, поскольку нанесение оболочек на чистое зерно происходит за счёт его внедрения в уже сформированную оболочку.

Расчёты показали заметное влияние коэффициента взаимодействия на глубину внедрения зерна при роторном смесеприготовлении. Летящее зерно, диаметром 0,2 мм при скорости 2,8 м/с, за счёт кинетической энергии, внедряется в глинистую прокладку при соотношении влажностей Г/В = 1/1 на 0,25Я. Из расчётов следует, что в роторном смесителе внедрение зёрен происходит на

небольшую глубину, в результате получается небольшое пятно контакта, поэтому для формирования оболочек требуется большое число актов взаимодействия. Для зёрен, имеющих одинаковую начальную скорость, относительная глубина внедрения не зависит от диаметра, а зависит только от характера взаимодействия, с увеличением толщины глинистой прослойки глубина возрастает.

Разработанные теоретические представления использованы для оценки скорости полёта зёрен смеси в роторном смесителе, величина которой не должна превышать 18-20 м/с во избежании разрушения плёнок связующего на зёрнах или самих зёрен.

5. Методика расчёта основных конструктивных и технологических параметров роторных смесителей.

Разработана методика расчёта основных конструктивных и технологических параметров роторных смесителей, в основу которой положены: закономерности между технологическими и конструктивными параметрами промышленных роторных смесителей и математическая модель механического взаимодействия лопасти ротора со смесью. Методика реализована в компьютерных программах «RM v.2» и «Rotor v.2». Наиболее важными являются аналитические зависимости: диаметра чаши смесителей от массы замеса; кратности обработки смеси ротором и плужками от соотношения размеров ротора, плужков и чаши; мощности привода донных плужков с постоянным и изменяющимся углом наклона от их размеров и частоты вращения.

Для смесителей с цилиндрической чашей, по центру которой проходит вертикальный вал, с установленными на нём рабочими органами: катками, плужками, рыхлителями и роторами - получена аналитическая зависимость диаметра чаши D4 от номинальной массы замеса и плотности смеси. В зависимости от применяемых рабочих органов изменяется средняя плотность смеси, и как следствие, уровень её засыпки, который удобно выражать в долях от диаметра чаши hCM=Kd-D4. V бегунов уровень смеси по отношению к диаметру чаши составляет ЛГ,/=0,05, у роторных смесителей достигает Á^=0,4. Для смесителей различных типов уровень засыпки изменяется в восемь раз, а плотность смеси в полтора, поэтому оказывает большее влияние на изменение массы замеса. Диаметр чаши всех типов промышленных смесителей не

превышает трёх метров, наибольшая масса замеса достигает шести тонн у роторных смесителей.

Приготовление смеси происходит в результате периодических изменений её плотности. Число изменений плотности единичного объёма смеси в цикле смешивания принято называть кратностью обработки. Общая кратность обработки смеси складывается из кратности обработки всеми органами. В результате экспериментального исследования рабочего процесса роторных смесителей установлено, что объем смеси в чаше разделен на три зоны: разгона, полета и покоя. В зоне разгона смесь захватывается периферийной частью лопасти, разгоняется, перемещаясь по её поверхности, и выбрасывается со стороны боковой или тыльной кромки. В зоне полета движение частичек смеси происходит веером, при этом они мало взаимодействуют между собой. В зоне покоя смесь перемещается вместе с чашей, относительно которой она оказывается неподвижной. Динамическое воздействие на смесь осуществляется дважды на границах зон разгона и остановки смеси. При разгоне смесь уплотняется под действием сил инерции, в зоне полёта разрыхляется, а при ударе о зону покоя вновь уплотняется. Динамическое воздействие проявляется в том, что под действием инерционных сил зёрна взаимодействуют с увлажненной глиной, при этом на них формируются оболочки.

Кратность обработки ротором КОР линейно зависит от длительности смешивания и частоты вращения чаши, и нелинейно от А - соотношения диаметров ротора и чаши Л,; (А=ВрЮч). В интервале больших значений А>0,4 КОР увеличивается всего на 4%, в интервале 0,3>А>0,4 на 12%. Вследствие этого, диаметр ротора не следует увеличивать до размеров радиуса чаши. т.к. это мало эффективно и приводит к существенному возрастанию потребляемой мощности, осложняет его балансировку и повышает износ вследствие высокой скорости взаимодействия со смесью. Частоту вращения чаши не следует увеличивать свыше 60 , т.к. это приводит к увеличению размеров привода и перерасходу энергии. В диапазоне частот вращения 40-60 мин"1 и значении А>0,3 КОР за одну минуту смешивания изменяется от 70 до 120, что является вполне достаточным уровнем.

Число донных плужков в работе определяли из условия их эффективного воздействия на смесь. Движение донного плужка вызывает образование за ним

зоны полёта смеси, размеры которой зависят от частоты вращения и конструктивных параметров плужка. Число плужков выбирают из условия соприкосновения зон полёта, их перекрытие или удаление друг от друга снижает кратность обработки донными плужками.

Стабильная работа ротора обеспечивается при равномерной подаче смеси, за счёт одинаковой по фронту ротора вертикальной составляющей скорости полёта смеси, которая увеличивается по мере удаления от оси вращения, и увеличении угла наклона плужка. Постоянство вертикальной составляющей обеспечивается за счёт переменного наклона донного плужка в соответствии с полученной зависимостью.

Использование плужков с изменяющимся профилем на фронте ротора эффективно для небольших и крупных смесителей за счёт улучшения условий работы ротора и экономии потребляемой электроэнергии. Для смесителей с массой замеса до четверти тонны, на которых используются двигатели мощностью до 10 кВт, экономия за счёт использования плужков с переменным профилем составляет 65 - 70%. Для крупных смесителей с двигателями в десятки кВт экономия составляет 30 - 50%. Это позволяет получать ощутимую экономию для всего ряда смесителей независимо от их размера.

С использованием аппарата преобразования матриц однородных координат разработана математическая модель движения пакета формовочной смеси по лопасти ротора, учитывающая действующие на пакет активные силы, реакции связей, переносную и кориолисову силу инерции. По модели составлена программа расчёта роторных рабочих органов смесителей формовочных материалов «Rotor v.2». В результате моделирования установлено, что увеличение частоты вращения ротора вызывает пропорциональное возрастание скорости схода пакета с лопасти и рост потребляемой мощности, при этом траектория движения остается неизменной. Частота вращения чаши и коэффициент трения практически не оказывают влияния на скорость схода пакета и траекторию движения. Сход пакетов с лопасти происходит веерообразно, при этом пакеты во время движения по лопасти и полета не сталкиваются между собой. Угол наклона лопасти сильно изменяет траекторию движения пакета и его скорость схода с лопасти. При углах наклона более 60° наблюдается эффект трамплина, при котором пакет покидает лопасть, не

достигая ее тыльного края. В случае фронтального расположении лопасти наиболее полно используется энергия ее взаимодействия с гакетом, скорость схода пакета с лопасти в этом случае зависит от координат входа, при этом на краю лопасти существует оптимальная зона входа смеси на лопасть.

6. Комплексная методика сравнительной оценки рабочих процессов смесителей формовочных материалов.

В диссертации разработана комплексная методика сравнительной оценки рабочих процессов смесителей, суть которой заключается в рациональном сочетании известных и новых методик, совокупность которых позволяет сравнивать рабочие процессы с различных сторон, с целью получения достоверной и наиболее полной информации. Главной задачей методики является динамический контроль за ходом процесса смешивания. При этом измерение параметров производилось по трём группам свойств: оценка динамики взаимосвязанного изменения свойств смеси в процессе приготовления, оценка однородности распределения компонентов смеси, оценка потребляемой мощности. Экспериментальные результаты, полученные в результате применения комплексной методики позволили сделать качественно новые выводы о рабочих процессах смесителей и самой формовочной смеси. Комплексная методика включает в себя следующие разделы: методику оценки свойств при домешивании, методику испытаний при длительном цикле смешивания, методику измерения энергетических параметров, методику микроскопических исследований, специальные методики.

Комплексную методику применяли для сравнения промышленных смесителей на предприятиях: ОАО КамАЗ, АМО ЗиЛ, ОАО ВАЗ, ОАО «Саранский центролит», ОАО «Автоцветлит», ОАО «Анжерский машиностроительный завод», ОАО «Копейский машиностроительный завод» и др. Результаты заводских испытаний использованы в сопоставительном анализе рабочих процессов смесителей, на основании которого разработан и проверен обобщённый механизм приготовления СПГС.

Для оценки не предусмотренных ГОСТами свойств смеси, ряда параметров глинистых паст и в других случаях использовались специальные методики: оценки комковатости смеси и прочности комков; определения плотности глинистых паст в тонких плёнках; определения влажности и содержания

активной глины путём вдавливания индентора (АС СССР №1653884); определения трещиноустойчивости безопочных форм (АС СССР № 1225674).

С использованием комплексной методики получены экспериментальные результаты, имеющие научное и практическое значение. Наиболее значимыми для работы среди этих результатов являются следующие:

1. Установлено, что плотность глинистых оболочек зависит от рабочего процесса смесителя. На зёрнах смеси, приготовленной в роторном смесителе, формируются рыхлые и хрупкие оболочки, которые разрушаются в результате силового уплотнения смеси. Плотность оболочек удаётся повысить за счёт предварительного смешивания свежего песка и глины в бегунах. Рекомендации по приготовлению смеси приняты на ОАО «Автоцветлит» г. Мелитополь.

2. В результате совместного использования методик длительного смешивания и микроисследований установлено, что длительность применяемых в производстве циклов недостаточна для полного усвоения свежей глины оболочками смеси, что приводит к неэффективному использованию свежих добавок и недостаточному уровню физико-механических свойств смеси. Предложен превентивный способ повышения прочностных параметров смеси, основанный на формировании окатанных оболочек.

3. Установлено, что мощность холостого хода промышленных смесителей составляет 10 - 36% от номинальной мощности двигателя и возрастает у тихоходных смесителей с увеличением массы катков, а у быстроходных - с увеличением массы ротора. Скорость нарастания мощности в процессе перемешивания неравномерна: снижающаяся для тихоходных смесителей и нарастающая для скоростных. Получена факторная модель зависимости мощности от состава смеси, из которой следует, что возрастание мощности пропорционально содержанию активного бентонита и влажности. Наиболее сильное влияние на потребляемую мощность оказывают прочность смеси на срез и уплотняемость, с увеличением которых мощность возрастает.

7. Использование теоретических положений при разработке научно-

технических решений и их внедрение в промышленность.

Использование теоретических положений осуществлено по трём основным направлениям: разработка высокоэффективных смесителей роторного типа, модернизация действующих литейных смесителей с целью повышения их

эффективности, разработка прикладных программ компьютерного проектирования технологии и оборудования. Актуальность первого направления связана с разработкой импортозамещающей техники Актуальность второго направления перманентна, его разработка позволяет в кротчайшие сроки получить экономический эффект, так как реализуется на базе существующих технологических процессов и технологического оборудования. Актуальность третьего направления обусловлена развитием научных представлений о литейных процессах.

Совместно с ГУЛ «НИИТуглемаш» разработан, изготовлен, прошёл опытно-промышленное опробование и используется в производстве универсальный смеситель формовочных материалов МТ100, конструкция которого защищена свидетельством на полезную модель ЯИ №13473 и1. Смеситель внедрён на двух заводах: ОАО «Анжерский машиностроительный завод» и ОАО «Копейский машиностроительный завод», экспонировался на отраслевых и всероссийской выставках.

Обширный экспериментальный материал, полученный на опытно-промышленном образце скоростного смесителя МТ100, с одной стороны, подтвердил основные теоретические положения, разработанные в данной диссертации, с другой - явился основой для дальнейшего углубления этих положений. Длительное и успешное использование смесителей этой модели на Копейском и Анжерском заводах позволило разработать на её базе роторно-вибрационный смеситель (патент ЯИ 38305 И1), который по своим показателям превосходит роторные. Конструктивные и технологические параметры этого смесителя рассчитаны с использованием пакета прикладных программ. Рабочие чертежи разработаны в МГТУ «МАМИ», опытно-промышленный образец изготавливается на заводе в Подмосковье.

Совместно с ОГМ литейного цеха №3 ЗиЛа, разработан и изготовлен опытно-промышленный смеситель (патент ЯИ № 38648 ТЛ), который прошёл испытания с января 2000 г по май 2002 г. Смеситель с дисковыми катками (АС СССР № 872003), разработанный и изготовленный в МАМИ, прошёл лабораторные испытания в 1982 - 1985 годах, с 1995 года используется для приготовления стержневых смесей на НПО «Машиностроения» г. Реутов, годовой экономический эффект в 1995 - 96 годах составил 3740 у.е. Чертежи

смесителя такого типа переданы на Павлодарский тракторный завод в 1991 г, экономический эффект 56400 рублей В 1982 году на ПК «Мосжилпромкомплект» смеситель 1А12 переоснащен дисковыми катками В 1984 - 85 годах лабораторный смеситель с дисковыми катками прошел успешные испытания на кафедре литейного производства в Мишкольцком университете тяжелой промышленности (Венгрия) Смесители с рыхлящими катками (АС СССР № 1113203 и №1360875), разработанные и изготовленные в МГТУ «МАМИ», прошли успешные лабораторные испытания в 1984 - 1988 годах

Разработан пакет прикладных программ с элементами САПР технологии, состоящий из четырех программ моделирования процесса нанесения связующего на зерна формовочной смеси «МС v 2», расчета роторных рабочих органов смесителей формовочных материалов «Rotor v 2», расчета конструктивных и технологических параметров роторных смесителей «RM v 1» и база данных смесителей «Mixers v 2»

Рекомендации по совершенствованию технологии смешивания, полученные на основании расчетов по программе «Rotor v 1», приняты на ОАО «Автоцветлит» г Мелитополь в 1990 г Программа «Rotor v 1» передана для использования на ОАО «Гранспневматика» г Первомайск в 1999 г На ОАО «Нижегородский теплоход» г Бор, Нижегородской области даны практические рекомендации по модернизации смесеприготовительного отделения с экономическим эффектом 100 тыс рублей (1999 г)

Кроме того, по месту выполнения работы в учебно-производственной лаборатории кафедры «Машины и технология литейного производства» Московского государственного технического университета «МАМИ» используется скоростной смеситель формовочных материалов, пакет прикладных программ используется в курсе «Оборудование литейных цехов», анализ конструкций смесителей и структуры смесеприготовительных систем включен в учебник для ВУЗов «Технология литейного производства» - М «Академия» -2005

Общие выводы и результаты работы.

1 Обоснована и решена научная проблема в теории литейных процессов, заключающаяся в улучшении качества при одновременном уменьшении

потребления энергии в смесеприготовлении, за счет применения

энергосберегающих технологий и средств, созданных в результате обобщения и развития научных представлений о механизме приготовления смеси.

2. Разработаны обобщённые представления о радиальном, тангенциальном и вращательном типах взаимодействия зёрен в механизме приготовления СПГС, в котором смесь рассматривается как структурно-скелетное тело, состоящее из зёрен с коллоидными глинистыми оболочками на поверхности, от состояния которых зависят основные свойства смеси. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены области реализации каждого из типов взаимодействия в зависимости от плотности структурно-скелетного тела (смеси) и соответствующего ей координационного числа, а также соответствие между типами взаимодействия зёрен и рабочими процессами смесителей различных типов.

3. Уточнены представления о СПГС, заключающиеся в том, что зерно смеси рассматривается как слоистое тело с твёрдой кристаллической сердцевиной, на поверхности которой находится плёнка АК и глинистая оболочка, связанная с сердцевиной через активные центры плёнки АК. Экспериментально обоснована роль механической активации ранее сформированных и увлажнённых глинистых оболочек, от полноты которой зависит уровень служебных свойств смеси.

4. Дано новое объяснение явлениям, связанным с распределением влаги в оболочках смеси, а именно: нарастание прочности при вылёживании после смешивания, снижение прочности смеси при нагреве, точечное распределение глины на поверхности зёрен и образование в свежей смеси глинистых конгломератов (крупинок), размер которых в несколько раз превышает размер зёрен .

5. Обосновано теоретически и подтверждено экспериментально, что в период смешивания определяющую роль в увлажнении смеси играет механическое перемещение влажных комков в объёме смеси под воздействием рабочих органов, а в период вылёживания - диффузионный и капиллярный влагоперенос, приводящий к улучшению свойств смеси. Создана методика определения количества циклов перемещения объёмов смеси для её увлажнения, учитывающая геометрические размеры увлажнённых комков, содержание глины и среднюю влажность смеси.

6. Разработана математическая модель формирования глинистых оболочек на зёрнах формовочной смеси, реализованная в программе для ПЭВМ, которая учитывает вероятностный характер взаимодействия зёрен в процессе приготовления смеси и позволяет определять число актов циклического изменения плотности смеси для формирования заданной величины площади поверхности зерна с учётом плотности смеси и содержания глины. С использованием математических зависимостей, полученных по результатам численного моделирования, создана методика расчёта длительности цикла смешивания, учитывающая тип смесителя и технологические параметры его рабочего процесса.

7. В результате систематизации данных о промышленных смесителях получены зависимости между технологическими и конструктивными параметрами. Наиболее важными являются аналитические зависимости: диаметра чаши смесителей от массы замеса; кратности обработки смеси ротором и плужками от соотношения размеров ротора, плужков и чаши; мощности привода донных плужков с постоянным и изменяющимся углом наклона от их размеров и частоты вращения. Разработана математическая модель движения пакета формовочной смеси по лопасти ротора, учитывающая действующие на пакет активные силы, реакции связей, переносную и кориолисову силу инерции.

8. Разработана методика расчёта основных конструктивных параметров роторных смесителей, в основу которой положены закономерности между технологическими и конструктивными параметрами промышленных роторных смесителей и математическая модель механического взаимодействия лопасти ротора со смесью. Методика реализована в компьютерных программах «RM v.2» и «Rotor v.2», которые применяли для расчёта скоростных смесителей моделей МТ-100 и МТ-100В.

9. Разработан, изготовлен, прошёл опытно-промышленное опробование и используется в промышленности универсальный смеситель формовочных материалов модели MT100, конструкция которого защищена свидетельством на полезную модель RU №13473 U1. Смеситель внедрён на двух заводах: ОАО «Анжерский машиностроительный завод» и ОАО «Копейский машиностроительный завод».

10 Разработан, изготовлен и прошел опытно-промышленное опробование в условиях АМО ЗиЛ смеситель с рыхлящими катками Разработана серия модернизированных конструкций бегунов, снабжённых рыхлителями, которые повышают интенсивность процесса смешивания, улучшают качество приготавливаемой смеси и снижают на 20 - 25% потребляемую мощность Бегуны с дисковыми катками внедрены на НПО «Машиностроения» (г Реутов) и проходили опробование на Павлодарском тракторном заводе и ПК «Мосжилпромкомплект» Все конструкции защищены охранными патентными документами, а две из них отмечены медалями ВДНХ СССР

11. Создан пакет из четырёх взаимосвязанных прикладных программ, с использованием которого спроектированы универсальный смеситель МТ100 (Св RU № 13473 Ш) и роторно-вибрационный смеситель МТ100В (Патент RU № 38305 U1) Программа «Rotor v2» передана для использования на ОАО «Транспневматика» г. Первомайск

12 Разработана комплексная методика сравнительной оценки рабочих процессов смесителей формовочных материалов, которую применяли для сравнения промышленных смесителей на ОАО «КамАЗ», АМО ЗиЛ, ОАО «Саранский центролит», ОАО «Автоцветлит» г. Мелитополь, ОАО «Анжерский машиностроительный завод», ОАО «Копейский машиностроительный завод» и других предприятиях Результаты заводских испытаний использованы в сопоставительном анализе рабочих процессов смесителей, на основании которого разработан и проверен обобщённый механизм приготовления СПГС С использованием комплексной методики получены экспериментальные результаты, имеющие научное и практическое значение.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

Всего по теме диссертации опубликовано более 70 научных работ, ниже приведен список наиболее значимых работ.

1 Ершов М Ю , Тот Л Оптимизация рабочего процесса каткового смесителя // ONTODE -1985 - № 8 С 172-174

2 Ершов М Ю , Тот Л Сравнительные исследования Катковых смесителей // Материалы международной конференции XI MAGYAR ONTONAPOK - Sopron - 1985 С 254 - 261

3 Ершов М Ю , Тот Л Возможности экономии энергии при подготовке смеси содержащей бентонит // ONTODE - 1986 - № 1 - С 5 - 7

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

Ьршов М Ю , Тот Л Исследование служебных свойств формовочных смесей, приготовленных на смесителе с дисковыми катками /' (М ЮОЬ 1986 № 7-8 - С 165 -168

Ершов М Ю , Тот Л , Андрашне Р Исследование песчано бентонитных смесей с помощью сканирующего микроскопа//ОМТООР - 1989 - № 6 С 133 136

Ершов М Ю , Зимирев С А Сравнительное иссчедование смесителей с цилиндрическими и рыхлящими катками // Передовой производственный опыт и научно-технические достижения - 1989 - №6 - С 7 - 9

Ершов М Ю , Тот Л Экспрессный контроль влажности и активного бентонита в формовочных смесях // Современные направления повышения качества литых заготовок при литье в песчаные формы, Материалы сем М МДНТП им Ф Э Дзержинского, 1990 -С 20-23

Ершов М Ю , Джесри А , Ортов Г М Божкова Л В Теоретическое и экспериментальное исследование рабочего процесса роторного смесителя // Деп ВНИИТЭМР, Сб ВИНИТИ, деп научн раб - 1990 -№ 9, С 102

Ершов М Ю Сравнительный анализ промышленных смесителей // Научно- технический прогресс в автостроении и Материалы

республиканской - М - 1992

С 52-53

Ершов М Ю Приготовление песчано-1 линистых смесей//Литейное производство -1998

- № 2 - 3 - С 17-21

Ершов М Ю , Трещалин А В , Миронов А В

смесителей // Литейное производство - 1998 - № 2 - 3 - С 24-25

Ершов М Ю , Трещалин А В , Еремин С В Процесс нанесения глинистой оболочки на

кварцевый песок // Литейное производство - 1998 -№2-3 -С41-42

Ершов М Ю Состояние и перспективы сырых песчано-

глинистых смесей // Материалы IV съезда литейщиков России - М , 1999 - С 191 - 194

Трещалин А В , Ершов М Ю , Миронов Ю А Высокоскоростное смешивание -

эффективный способ получения сложных стержней из ХТС в мелкосерийном

производстве // Материалы IV съезда литейщиков России - М , 1999 - С 211 - 214

Ершов М Ю Физическая модель смесеприготовления // Автотракторостроение,

промышленность и высшая школа Материалы XXVII научно-технической конференции

ААИ -М -1999 -С 55-56

Ершов М Ю Создание и анализ базы данных по смесеприготовительному оборудованию // Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий / Материалы Международной конференции Российской научной школы Ч 2

- М НИИ «Автоэлектроники» - 1999 - С 100 - 102

Ершов М Ю , Грещалин А В Разработка ресурсосберегающих смесителей для литейных цехов предприятий угольного машиностроения // Горный информационно-аналитический бюллетень - 1999 - №5 - С 12 - 14

Ершов М Ю Преимущества скоростного приготовления сырых песчано-глинистых смесей // Сборник научных трудов Т 1 Техника, технология и перспективные материалы / Под ред А Д Шляпина, О В Таратынова - М МГИУ, 1999 - С 198 - 202

19 Ершов М Ю Микроскопические исследования сырых песчаных формовочных смесей // Литейное производство - 2000 - №7 - С 32 - 35

20 Ершов М Ю Модернизация бегунов путь интенсификации смесеприютовления / Справочник -2000 №9 -С 11 - 14

21 Ершов М Ю Трещалин А В Приготовтение формовочных материалов скоростными смесителями роторного типа//Справочник-2001 №3 -С 20-24

22 Ершов М Ю Моделирование процесса нанесения связующего на зерна формовочной смеси // Машиностроитель - 2000 - №11 - С 28 - 29

23 Ершов М Ю Устройства для рыхления смеси при ее приготовлении в бегунах // Изобретатели - машиностроению -2000 -№3 -С 32-33

24 Ершов М Ю Комплексная методика сравнительной оценки смесителей формовочных материалов // Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки кадров Материалы XXXI научно-технической конференции ААИ -М -2000 -С 3 334

25 Ершов М Ю Улучшение экологической обстановки в смесеприготовительных отделениях литейных цехов // «Производство Технология Экология», Материалы международной конференции - М «СТАНКИН», - 2000 -С 76 - 79

26 Ершов М Ю , Трещалин А В Опыт разработки и освоения смесителя формовочных материалов // Литейное производство - 2000 - №11 С 12 - 14

27 Ершов М Ю , Трещалин А В Промышленный образец роторного смесителя // «Проблемы и перспективы развития литейного производства», Сб грудов МНПК Вьш 2, Барнаул, 2000 -С 130-131

28 Ершов М Ю Адаптация типовой циклограммы к скоростным смесителям // «Проблемы и перспективы развития литейного производства», Сб трудов МНПК Вып 2, Барнаул, 2000 -С 162-165

29 Ершов М Ю , Трещалин А В Экономичные технологии смесеприготовления // «Проблемы и перспективы развития литейного производства» Сб трудов МНПК Вьга 2, - Барнаул, 2000 -С 166-168

30 Ершов М Ю Развитие представчений о механизме формирования оболочек на зернах сырых песчано-глинистых смесей // Материалы V Съезда литейщиков России - М , 2001

С 276-281

31 Ершов М Ю , Божкова Л В Филонов Д В Прикладные программы по смесеприготовлению // Материалы V Съезда литейщиков России - М , - 2001 - С 281 -285

32 Ершов М Ю , Кольцов С Н , Филонов Д В Методика и программы расчета конструктивных и технологических параметров роторных смесителей // Материалы Международной конференции и Российской научной школы Ч4-М МАМИ -2001 -С12-15

33 Ершов М Ю Толщина и плотность оболочек формовочной смеси // Проблемы и перспективы развития литейного сварочного и кузиечно-штамповочного производств / Сб научных трудов 3-ей МНПК - Барнаул 2001 - С 67 -72

34 tpmoB М Ю Развитие представлений о строении зерен кварцевого песка // Проблемы и перспективы развития литейного сварочного и К) знечно штамповочного производств / С б научных трудов 3-ей МНПК Барнаул 2001 - С 72 - 78

35 Ершов МЮ Смесите-ш с рыхлящими катками // Литейщик России 2002 - №7 8 С 35-58

36 Ершов М Ю Рочь активации в процессе приготовчения формовочных смесей // Прогрессивные процессы и оборудование в литейном / Сб научных трэдов международной научно-технической конференции под ред А П Трухова и М Ю Ершова - М МГТУ «МЛМИ» - 2002 - С 27-32

37 Ершов M Ю , Ксенофонтов С А Экспериментальная проверка расчетного метода определения длительности цикта смешивания //Прогрессивные технологические процессы и оборудование в литейном производстве / Сб научных трудов международной научно технической конференции под ред А П Трухова и М Ю Ершова - М МГТУ «МАМИ > - 2002 - С 3 2-38

38 Ершов М Ю Метод расчета длительности цикла смешивания // Ползуновский альманах, 2003 - № 3 4 - Барнаул - С 38 -40

39 Ершов М Ю Расчет основных конструктивных параметров роторных смеситечей // Ползуновский альманах - 2003 - № 3 - 4 Барнаул - С 59 - 60

40 Ершов М Ю Новый взгляд на распредечение влаги при смешивании песчано-глинистых смесей // Литейщик России 2004 - № 2 - С 20 - 25

41 Ершов М Ю Проблема экономии энергии в смесеприготовлении и пути ее решения // Литейщик России - 2005 - № 3 С31-35

42 Ершов М Ю Филонов Д В Программа моделирования процесса нанесения связующего на зерна формовочной смеси // Роспатент, Св об официальной регистрации программы для ЭВМ, № 200061748 от 16 08 2000г

43 Ершов М Ю ФилоновД В Программа расчета роторных рабочих органов смесите чей формовочных материалов (RO TOR v 2) // Роспатент, Св об официальной регистрации программы дчя ЭВМ, К° 200061749, от 16 08 2000г

44 Ершов М Ю , Лизунов В И , Филонов Д В Программа расчета конструктивных и технологических параметров роторных смесителей «RM v 1» // Минобразования РФ ОФАП Св об отраслевой регистрации разработки №2349 17 марта 2003 г, № гос регистр 50200300127, июня 2004 г

45 Ершов М Ю ФичоновДВ, СучеймановА В База данных «Смесители формовочных материалов (MIXPRS DB)» // Минобразования РФ, ОФАП, Св об отраслевой регистрации разработки JV2349 17 марта 2003 г № ¡ ос peí истр 50200300127 26 февраля 2003 г

По теме диссертации получены авторские свидетельства СССР № № 872003 1113203

1225674, 1360875, 1653884, патент РФ 2002546 и патенты РФ на полезную модель RL 13473

U1 RU 38305 Ш RU 38648 U1

Резюме

Ершов Михаил Юрьевич

Обобщение и развитие научных представлений о механизме приготовления сырых песчано-глинистых смесей, оптимизация его энергетических, технологических параметров и конструкций смесителей.

Ключевые слова: Сырая песчано-глинистая смесь, бентонит, приготовление смеси, активация, распределение влаги, цикл смешивания, смеситель формовочных материалов.

Цель работы. Повышение качества СПГС и разработка конструкторских и технологических решений, обеспечивающих снижение энергопотребления, на основании обобщения и развития научных представлений о процессе смесеприготовления.

Объект » предмет исследований. Основным объектом исследований являются широко применяемые в литейном производстве сырые песчано-глинистые смеси, а также пески и бентониты, используемые для их приготовления. Предмет исследований - свойства СПГС и формовочных материалов, рабочие процессы промышленных смесителей различных типов, технологии и оборудование для приготовления СПГС.

Разработаны обобщённый механизм приготовления СПГС в смесителях различных типов и теоретические основы радиального, тангенциального и вращательного видов взаимодействия зёрен, а также установлено соответствие между видами взаимодействия зёрен и рабочими процессами смесителей различных типов. Уточнены теоретические представления о распределении влаги в глинистых оболочках зёрен СПГС и разработана методика расчёта увлажнения смеси. Выявлен механизм активации сформированных глинистых оболочек на зёрнах оборотной СПГС. Разработана математическая модель смешивания, учитывающая вероятностный характер взаимодействия зёрен смеси и метод расчёта увлажнения смеси. Выявлена зависимость плотности глинистых плёнок от толщины и метод расчёта толщины оболочек с её использованием. Выявлены зависимости основных конструктивных и технологических параметров роторных смесителей, разработана математическая модель взаимодействия пакета смеси с лопастью ротора и созданы с их использованием методики расчёта. Разработана комплексная методика сравнительной оценки рабочих процессов смесителей.

Разработаны высокоэффективные смесители роторного типа, внедрённые в производство. Модернизированы действующие смесители и даны рекомендации по совершенствованию технологического процесса смешивания СПГС, принятые на ряде предприятий. Разработан пакет прикладных программ, использованный при проектировании смесителей и совершенствовании технологии смесеприготовления.

Summary Ershov Mikhael J

Generalization and development of scientific representations about the mechanism of preparation of green sand-clay mixtures, optimization of its power, technological parameters and designs of mixers

Keywords green sand-clay mixtures (GSCM), bentonite, preparation of a mixtuies, activation, distribution of a moisture, a cycle of mixing, the mixer of forming materials

Aim of the work. Improvement of quality GSCM and development of the design and technological solutions provide decrease power on the base of generalization and development of scientific representations about process preparation of mixtures

Object and subject matter the research The basic ob]ect of researches are GSCM, and also sand and bentonites, used for preparation mixtures A subject of researches - properties GSCM and forming materials working processes of industrial mixers of various types technologies and the equipment for preparation GSCM

The generalized mechanism of preparation GSCM in mixers of various types and theoretical bases of radial, tangential and rotary kinds of interaction of grains are developed, and also conformity between kinds of interaction of grains and working processes of mixers of various types is established

Theoretical representations about distribution of a moisture in clay environments of grains GSCM are specified and the method of calculation of humidifying of a mixers is developed The mechanism of activation of the generated clay environments on grains production GSCM is revealed

The mathematical model of mixing considering likelihood character of interaction of grains of a mixers and a method of calculation of humidifying of a mixtures is developed Dependence of density clay environments from thickness and a method of calculation of thickness of environments is revealed

Dependences of the basic constructive and technological parameters rotary mixers are revealed, the mathematical model of interaction of a package of a mixtures with the blade of a rotor is developed and are created of a techniques of calculation The complex technique of a comparative estimation of working processes of mixers is developed

Highly effective rotary mixers have included in manufacture are developed Operating mixers are modernized and recommendations are given on perfection of preparation GSCM accepted in manufactures The package of applied programs used at designing of mixers and perfection of preparation GSCM is developed

05.46

Ершов Михаил Юрьевич.

«Обобщение и развитие научных представлений о механизме приготовления сырых песчано-глинистых смесей, оптимизация его энергетических, технологических параметров и конструкций смесителей». Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва, МАМИ, 2005. 36 с.

Подписано в печать / С9 О^?. Заказ - Тираж 100.

Усл. п. л. 1,6 Уч.-изд. л. 2,2

Бумага типографская Формат 60x90/16

МГТУ «МАМИ», Москва, ] 07023,Б. Семёновская ул. 38.

478

Введение

1. Развитие и состояние научно-технической проблемы приготовления сырых песчано-глинистых смесей в литейном производстве

1.1. Выбор параметров для сопоставительного анализа смесителей

1.2. Развитие конструкции смесителей и теории их рабочих процессов

1.3. Сопоставительный анализ смесителей роторного типа

1.4. Сопоставительный анализ технологических характеристик смесителей и формулирование научно-технической проблемы 55 Выводы по первой главе, цель работы и задачи исследований

2. Развитие научных представлений о процессе приготовления СПГС и разработка обобщённой модели смешивания

2.1. Развитие представлений о строении и свойствах исходных компонентов смеси

2.2. Обобщённый механизм приготовления СПГС

2.3. Развитие представлений о толщине оболочек и их плотности

2.4. Развитие представлений о распределении влаги при смешивании

2.5. Влияние активации глинистых оболочек на свойства смеси и варианты процессов смесеприготовления 114 Выводы по второй главе

3. Математическое моделирование смешивания и метод расчёта длительности цикла

3.1. Математическая модель нанесения активации) оболочек связующего

3.2. Экспериментальная проверка математической модели нанесения (активации) оболочек связующего

3.3. Методика расчёта длительности цикла смешивания 150 Выводы по третьей главе

4. Работа по формированию глинистых оболочек на зёрнах формовочной смеси

4.1. Теоретические представления о работе по формированию глинистых оболочек на зёрнах смеси

4.2. Экспериментальное моделирование процесса взаимодействия зерна с глиной ф 4.3. Расчёт работы по формированию глинистых оболочек

Выводы по четвёртой главе

5. Общая методика расчёта роторных смесителей

5.1. Основные технологические и конструктивные зависимости для роторных смесителей.

5.2. Программа «RM v.2» расчёта роторных смесителей.

5.3. Математическая модель взаимодействия лопасти ротора со смесью

5.4. Компьютерное моделирование процесса движения пакета смеси по лопасти ротора и экспериментальная проверка модели.

Выводы по пятой главе

6. Использование теоретических положений при разработке научно-технических решений и их внедрение в промышленность

6.1. Разработка универсального смесителя формовочных материалов и его опытно-промышленное опробование.

6.2. Модернизация бегунов с целью повышения качества смеси и снижения энергозатрат.

6.3. Пакет прикладных программ для моделирования технологического процесса смешивания и расчёта конструкций смесителей.

Выводы по шестой главе

7. Комплексная методика сравнительной оценки рабочих процессов смесителей формовочных материалов.

7.1. Методика оценки свойств при домешивании

7.2. Методика испытаний при длительном цикле смешивания

7.3. Методика измерения энергетических параметров

7.4. Методика микроскопических исследований

7.5. Специальные методики 301 Выводы по седьмой главе 306 Заключение 309 Литература 318 Приложения

Диссертация посвящена научно-технической проблеме снижения энергопотребления в смесеприготовлении при одновременном повышении качества сырых песчано-глистых смесей (СПГС), актуальность которой возросла в последнее десятилетие в связи с резким ростом цен на электроэнергию, транспорт и материалы. Проблема энергосбережения особенно остро стоит в крупных промышленных центрах. Например, в Москве за последние десять лет реализовано две целевые программы по энергосбережению, а на период 2004 - 2010 годов разработана третья. Основной упор в этой программе сделан на внедрение новых энергосберегающих технологий, поставлена задача к 2010 году сократить расход электроэнергии более чем на 14%.

Способ литья в сырые песчано-глинистые формы распространён во многих отраслях промышленности, им производится до 70% от валового выпуска отливок. Для получения одной тонны отливок этим способом приготавливают около десяти тонн формовочной смеси, что (по данным Маркова В.А.) в масштабах России составляет более 140 млн. тонн смеси в год. Затраты электроэнергии на подготовку и приготовление смеси при этом становятся соизмеримыми с затратами на плавку. В практическом отношении решение названной проблемы позволяет напрямую получить экономию электроэнергии и формовочных материалов, снизить брак по вине литейных форм, повысить качество поверхности отливок и их размерную точность, уменьшить металлоёмкость изделий и машин. В экологическом отношении происходит сокращение безвозвратных потерь энергии и материалов, уменьшение вредного воздействия на человека.

Большой вклад в разработку отдельных аспектов данной проблемы внесли Аксёнов П.Н., Берг П.П., Бречко А.А., Васильев В.А., Жуковский С.С., Ивакин Р.И., Илларионов И.Е., Кваша Ф.С., Корнюшкин О.А., Марков В.А., Матвеенко И.В., Ромашкин В.Н., Серебряков С.П., Туманова Л.П. и др.

Научные труды этих учёных в целом предварили постановку научной проблемы о разработке единого механизма смешивания СПГС. На необходимость разработки данной роблемы указывало разнообразие, типов смесителей, применяемых в литейных цехах, и тенденция развития их конструкций, заключающаяся в последовательном переходе от тихоходных к скоростным смесителям. Отсутствие единого научного подхода удлиняло процесс развития конструкций смесителей, которые не всегда обеспечивали низкую энергоёмкость процесса, высокую производительность и требуемое качество смеси. Обобщённая модель смешивания для аппаратов различных типов, созданная в результате теоретической проработки проблемы, представляет несомненный научный интерес и актуальна, поскольку с её помощью удаётся создавать перспективные конструкции смесителей.

Известно более десяти различных типов смесителей применяемых для приготовления СПГС. В нашей стране парк смесителей в основном представлен катковыми, в меньшей степени центробежными, роторными, барабанными и другими конструкциями. В странах Западной Европы, роторные смесители практически вытеснили все остальные типы по причине их экономичности, высокого качества смеси и экологичности. В России внедрение импортных скоростных смесителей сопряжено с экономическими трудностями. В связи с этим разработка импортозамещающей техники, созданной на основе разработки научной проблемы, актуальна для отечественной промышленности.

Целью работы является разработка конструкторских и технологических решений, обеспечивающих снижение энергопотребления при одновременном повышении качества сырых песчано-глинистых формовочных смеси на основе развития научных представлений о процессе смесеприготовления. Для достижения цели работы были поставлены следующие основные научные, технологические и конструкторские задачи:

1. развитие научных представлений о процессе приготовления (смешивания) СПГС с учётом особенностей распределения влаги и формирования оболочек глинистого связующего в течении рабочего цикла;

2. разработка научно-обоснованной методики расчёта длительности цикла смешивания для аппаратов различных типов;

3. разработка научных представлений о минимизации затрат энергии на приготовление смеси, проведение обобщающего анализа энергопотребления у смесителей различных типов и их ранжирование по экономичности;

4. разработка научно-обоснованной методики расчёта основных конструктивных и технологических параметров роторных смесителей формовочных материалов и создание на её основе образцов новой техники;

5. разработка комплексной методики оценки рабочих процессов смесителей, проведение сравнительных испытаний смесителей и получение на их базе практических рекомендаций по совершенствованию технологического процесса смесеприготовления.

Выполненные в диссертации научные и практические разработки вошли в Федеральную программу «Ресурсосберегающие технологии машиностроения» (Отв. МГТУ «МАМИ», план 1992 - 1995 г.г.).

Автор защищает научные основы проблемы снижения энергопотребления в смесеприготовлении при одновременном повышении качества СПГС, на базе которых созданы конструкции скоростных смесителей и разработан комплекс технологических методов и средств.

1. Потенциальные возможности СПГС наиболее полно могут быть реализованы на основе рассмотрения её как структурно-скелетного тела, плотность которого в процессе приготовления подвергается периодическим изменениям. В результате изменения плотности происходит формирование глинистых оболочек, связующие свойства которых в значительной степени зависят от времени их увлажнения и характера взаимодействия зёрен. Именно при таком подходе открывается возможность управления рабочим процессом смесителя для достижения наилучшего качества смеси при условии экономии энергии и материалов.

2. Проблема снижения энергопотребления при одновременном повышении качества смеси решена в работе на основе оптимизации зависимости параметров качества смеси от длительности цикла смешивания. При этом учитываются состав смеси, особенности рабочего процесса и удельная мощность, соответствующая данной конструкции смесителя.

3. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что процесс распределения влаги в смеси представляет собой совокупность механического переноса увлажнённых комков в сочетании с капиллярным и диффузионным движением жидкости, при этом скорость и дистанция действия последних минимальна в сравнении с механическим переносом. В результате механического переноса влаги происходит частичное увлажнение оболочек - полное увлажнение происходит при длительном вылёживании или их механической активации.

В диссертации приведены новые научные положения:

1. Разработан обобщённый механизм смешивания, в котором СПГС рассматривается как структурно-скелетное тело состоящее из зёрен, имеющих слоистое строение, в виде твёрдой кристаллической сердцевины с плёнкой аморфного кремнезёма (АК) и глинистой оболочки, связанной с кристаллической сердцевиной через активные центры плёнки АК. За основу модели принят акт сближения зёрен, происходящий по одному из видов взаимодействия: радиальному, тангенциальному или вращательному. Теоретически и экспериментально установлены условия реализации каждого из видов, в зависимости от плотности смеси и соответствующего ей координационного числа.

2. На основании представлений о зерне смеси как о слоистом теле определено влияние капиллярного и диффузионного движения жидкости на формирование основных служебных свойств смеси. Создана методика определения количества циклов переноса для увлажнения смеси, учитывающая геометрические размеры увлажнённых комков, содержание глины и среднюю влажность смеси.

3. Экспериментально установлена зависимость плотности глинистых оболочек от толщины, на основании которой разработана уточнённая методика расчёта толщины оболочек и получена зависимость от среднего диаметра зёрен.

4. На основании численного моделирования случайного процесса взаимодействия зёрен в обобщённой модели установлены зависимости активированной или покрытой оболочкой площади поверхности зерна от числа актов взаимодействия и размера пятна контакта. Применимость данной модели к реальным смесям подтверждена экспериментально с учетом плотности смеси и соответствующего координационного числа. Разработана методика расчёта длительности цикла смешивания, учитывающая характер рабочего процесса смесителя, через размер пятна контакта при взаимодействии зёрен и их число в зависимости от плотности смеси.

5. Введено понятие работы по формированию глинистых оболочек на зёрнах формовочной смеси, величина которой определяется как произведение работы одного акта внедрения зерна в глинистую прокладку на число актов для полного покрытия зерна. Получены экспериментальные зависимости работы одного акта от глубины и скорости внедрения зерна в глинистую прокладку, состояние зёрен смеси и глины.

6. Экспериментально установлена и теоретически обоснована роль механической активации глинистых оболочек в формировании служебных свойств СПГС.

7. Разработана комплексная методика исследования рабочих процессов смесителей, включающая изучение структуры оболочек зёрен, взаимосвязанное изменение физико-механических параметров смеси, её однородность и энергопотребление. Сравнительные испытания смесителей по данной методике позволили получить практические рекомендации по совершенствованию технологического процесса смешивания.

Теоретические положения обобщённой модели базируются на современных представлениях физико-химической теории дисперсных систем, подтверждены обширными микроскопическими исследованиями структуры оболочек зёрен смеси, расчётами и взаимосвязью свойств оболочек с физико-механическими свойствами смеси. Процесс увлажнения смеси рассмотрен с позиций теории сушки. Для моделирования случайного процесса взаимодействия зерна шаровой формы с глинистой пастой применён метод Монте-Карло. Оценка удельной работы смешивания выполнена с использованием положений реологии. Применена методика планирования экстремального эксперимента; результаты статистически обрабатывались, проверялась их достоверность и воспроизводимость. Обработка экспериментальных данных выполнена с широким привлечением вычислительных методов.

Практическая значимость результатов работы состоит в следующем:

1. На основании обобщённой модели разработан метод расчёта длительности цикла смешивания с использованием программы «Моделирование процесса нанесения связующего на зёрна формовочной смеси (МС v.2)».

2. Разработана комплексная методика расчёта основных конструктивных и технологических параметров роторных смесителей, на основе которой создано две программы для ПЭВМ: расчёта конструктивных и технологических параметров роторных смесителей «RM v.l» и расчёта рабочих органов смесителей формовочных материалов «Rotor v.2». С использованием методики разработаны конструкции смесителей, внедрённые в промышленность.

3. Создана база данных смесителей формовочных материалов «Mixers», в которой наряду с традиционными включены параметры, характеризующие энерогопотребление.

4. Выполнено ранжирование промышленных типов смесителей по удельной мощности и статистически обоснованному времени смешивания, на основании которого выявлены экономичные смесители, обеспечивающие высокое качество смеси. Разработаны высокопроизводительные смесители с низким уровнем удельной работы смешивания и высоким качеством смеси.

Реализации теоретических и практических результатов работы происходила по трём основным направлениям.

Первое направление - разработка высокоэффективных смесителей роторного типа. Работы по внедрению скоростного смесителя выполнены совместно с НИИуглемашем на заводах угольного машиностроения ОАО «Анжеромаш» и Копейском машиностроительном заводе в 1999г. На опытном заводе МГТУ «МАМИ» (г. Ивантеевка) изготовлен и прошёл испытания роторно-вибрационный смеситель по патенту на полезную модель № 38305.

Второе направление — модернизация действующих литейных смесителей с целью повышения их эффективности. Опытно-промышленный смеситель по заявке № 2004104845/20(005744) на патент РФ на полезную модель разработан и изготовлен ОГМ литейного цеха №3 ЗиЛа, прошёл испытания с января 2000 г по май 2002 г.

Смеситель с дисковыми катками по АС СССР № 872003, разработанный и изготовленный в МАМИ, прошёл лабораторные испытания в 1982 - 1985 годах, с 1995 года используется для приготовления стержневых смесей на НПО «МАШИНОСТРОЕНИЯ» г. Реутов, годовой экономический эффект в 1995 - 96 годах составил 3740 у.е. Чертежи смесителя такого типа переданы на Павлодарский тракторный завод в 1991 г, экономический эффект 56400 рублей. В 1982 году на ПК «Мосжилпромкомплект» смеситель 1А12 и переоснащён дисковыми катками. В 1984 - 85 годах лабораторный смеситель с дисковыми катками проходил испытания на кафедре литейного производства в Мишкольцком университете тяжёлой промышленности (Венгрия).

Смесители с рыхлящими катками по АС СССР № 1113203 и №1360875, разработанные и изготовленные в МГТУ «МАМИ», прошли лабораторные испытания в 1984 - 1988 годах.

Третье направление - разработка прикладных программ с элементами САПР технологии и решений по совершенствованию технологии смесеприготовления. Рекомендации по совершенствованию технологии смешивания, полученные на основании расчётов по программе «Rotor v.l», приняты на заводе «АВТОЦВЕТЛИТ» г. Мелитополь в 1990 г. Программа «Rotor v.l» передана для использования на ОАО «ТРАНСПНЕВМАТИКА» г. Первомайск в 1999 г. Программы «Rotor v.2» и «МС v.2» внесены в реестр изобретений Восточного административного округа г. Москвы, свидетельства № РИ 020150 и № РИ 020151. На ОАО «Нижегородский теплоход» (г. Бор, Нижегородской области) даны практические рекомендации по модернизации смесеприготовительного отделения с экономическим эффектом 100 тыс. рублей (1999 г).

Кроме того, по месту выполнения работы на кафедре «МиТЛП» в учебно-производственной лаборатории кафедры «Машины и технология литейного производства» Московского государственного технического университета «МАМИ» используется скоростной смеситель формовочных материалов; в учебном процессе используются пакет прикладных программ: «Mixers», «RM v.l», «Rotor v2» и «МС v.2» в курсе «Оборудование литейных цехов»; анализ конструкций смесителей и структуры смесеприготовительных систем включён в учебник «Технология литейного производства. Литьё в песчаные формы», выпущенный издательским центром «Академия» в 2004 г.

В диссертации обобщены теоретические и экспериментальные исследования, выполненные автором самостоятельно и совместно с аспирантами и студентами, у которых автор был научным руководителем. При этом автором поставлены: научно-техническая проблема и задачи исследований; разработаны обобщённая модель смешивания, основные расчётные методики и программы; решены частные научные и технические задачи. Автор принимал непосредственное участие в создании образцов новой техники и экспериментальных установок, проводил исследования в лабораториях и на производстве, участвовал в промышленных испытаниях и внедрении разработок.

Материалы диссертации доложены на IV и V съездах литейщиков России (г. Москва, 1999 и 2001 г.г.); Национальной конференции литейщиков Венгрии (г. Шопрон, 1985 г.); Международных научных симпозиумах (г. Москва, 2000 и 2002 г.г.); Международных, Республиканских и региональных конференциях в городах: Барнауле (1988, 1999,2000,2001 и 2003 г.г.), Владимире (1988 и 1989 г.г.), Минске (1987 г), Москве (1988,1989,1990, 1992,1996,1999, 2000 и 2001 г.г.), Одессе (1990 и 1998 г.г.), Чебоксарах (1989г), Челябинске (1988 г); научно- технических совещаниях «Чепельского чугунно- и сталелитейного завода» (Будапешт, 1985 г), завода «Автоцветлит» (г. Мелитополь, 1990 г), ОАО «ТРАНСПНЕВМАТИКА» (г. Первомайск, 1999 г), ОАО «Нижегородский теплоход» (г.Бор, 1999г). Практические достижения отмечены бронзовой (1982 г) и серебряной (1984 г) медалями ВДНХ СССР.

По теме диссертации опубликовано 72 работы, получено шесть авторских свидетельств, один патент РФ и три патента РФ на полезную модель. Без соавторов опубликовано 35 работ и один патент РФ на полезную модель.

Работа выполнена в Московском Государственном Техническом Университете «МАМИ» на кафедре «МиТЛП» им. проф. Аксёнова П.Н., на которой автор работает в должности профессора, а в 1997 - 2000 г.г. был докторантом. На различных этапах работы автор получал ценные замечания и советы от научного консультанта заслуженного деятеля науки РФ, д. т. н., профессора Трухова А.П. и коллег, особенно профессоров к.т.н. Мысовского B.C. и к.т.н. Благонравова Б.П. В работе участвовали аспиранты: Джесри A.M. (Сирия) 1989 - 1991 гг., Трещалин А.В. 1998 - 2000 гг.; широко привлекались студенты, использовавшие результаты в специальных частях дипломных проектов. С аспирантами и многими студентами автор имеет совместные публикации.

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и приложений, изложена на 334 страницах, содержит 88 рисунков, 37 таблиц, 25 приложений и библиографию из 205 наименований.

Выводы по седьмой главе.

1. Разработана комплексная методика сравнительной оценки рабочих процессов смесителей формовочных материалов, включающая в себя следующие разделы: методику оценки свойств при домешивании, методику испытаний при длительном цикле смешивания, методику измерения энергетических параметров, методику микроскопических исследований, специальные методики.

2. Комплексную методику применяли для сравнения промышленных смесителей на КамАЗе, ЗиЛе, Саранском центролите, ОАО «Автоцветлит» г. Мелитополь, Анжерском и Копейском заводах угольного оборудования и других предприятиях. Результаты заводских испытаний использованы в сопоставительном анализе рабочих процессов смесителей, на основании которого разработан и проверен обобщённый механизм приготовления СПГС.

3. Методика оценки свойств при домешивании основана на 30-минутном домешивании в лабораторных бегунах, приготовленной в промышленном аппарате смеси, и позволяет определить степень реализации свойств смеси по сравнению с уровнем, определенным её составом.

4. Испытания при длительном цикле смешивания позволяют динамично контролировать рабочий процесс смесителей по трём группам параметров: взаимосвязанному изменению свойств смеси, однородности состава и потреблению энергии. Определяли температуру (в момент взятия проб), прочность на сжатие, срез и разрыв, газопроницаемость, насыпной вес, текучесть, уплотняемость, влажность на пробах, отбираемых с изменяемой периодичностью, согласованной со скоростью изменения свойств. Физико-механические свойства смеси сопоставляли с результатами измерения мощности и микроскопических исследований.

5. Разработана, изготовлена и применена в производственных и лабораторных условиях переносная лабораторная установка для измерения мощности потребляемой приводом смесителей. С применением установки получены зависимости изменения потребляемой мощности для пяти моделей промышленных смесителей.

6. Совместное применение бинокулярной лупы и электронного микроскопа позволило расширить технические возможности метода микроскопических исследований, в целом, и получить ряд новых научных результатов о структуре оболочек смеси. Впервые установлены радиальный, тангенциальный и вращательный типы взаимодействия зёрен по «следам» этих взаимодействий в структуре оболочек.

7. Для оценки не предусмотренных ГОСТами свойств смеси, ряда параметров глинистых паст и в других случаях использовали специальные методики: оценки комковатости смеси и прочности комков; определения плотности глинистых паст в тонких плёнках; определения влажности и содержания активной глины путём вдавливания индентора (АС СССР №1653884); определения трещиноустойчивости безопочных форм (АС СССР № 1225674).

8. С использованием комплексной методики получены экспериментальные результаты, имеющие научное и практическое значение. Наиболее значимыми для работы, среди этих результатов являются:

8.1. Установлено, что плотность глинистых оболочек зависит от рабочего процесса смесителя. На зёрнах смеси, приготовленной в роторном смесителе, формируются рыхлые и хрупкие оболочки, которые разрушаются в результате силового уплотнения смеси. Плотность оболочек может быть повышена за счёт предварительного смешивания свежего песка и глины в бегунах. Обратная последовательность использования смесителей для приготовления смеси приводит к отслоению оболочек и ухудшению свойств смеси. Рекомендации по приготовлению смеси приняты на ОАО «Автоцветлит» г. Мелитополь.

8.2. В результате совместного использования методик длительного смешивания и микроисследований установлено, что длительность применяемых в производстве циклов недостаточна для полного усвоения свежей глины оболочками смеси, что приводит к неэффективному использованию свежих добавок и недостаточному уровню физико-механических свойств смеси. Предложен превентивный способ повышения прочностных параметров смеси, основанный на формировании окатанных оболочек.

8.3. Установлено, что мощность холостого хода промышленных смесителей составляет 10 - 36% от номинальной мощности двигателя и возрастает у тихоходных смесителей с увеличением массы катков, а у быстроходных с увеличением массы ротора. Темп нарастания мощности в процессе перемешивания неравномерен: снижающийся для тихоходных смесителей и нарастающий для скоростных. Получена факторная модель зависимости мощности от состава смеси, из которой следует, что возрастание мощности пропорционально содержанию активного бентонита и влажности. Наиболее сильное влияние на потребляемую мощность оказывают прочность смеси на срез и уплотняемость, с увеличением которых мощность возрастает.

8.4. При микроскопических исследованиях применяли бинокулярные лупы и электронные микроскопы,, возможности которых дополняют друг друга, а их совместное применение расширяет технические возможности метода микроисследований в целом.

Заключение.

В диссертации поставлена и решена научно-техническая проблема снижения энергопотребления в смесеприготовлении при одновременном повышении качества сырых песчано-глистых смесей (СПГС), актуальность которой возросла в последнее десятилетие в связи с резким ростом цен на электроэнергию, транспорт и материалы.

Опираясь на обширные теоретические, экспериментальные и практические данные, в работе выполнен сравнительный анализ смесителей, используемых в промышленности для приготовления СПГС. В результате анализа выявлены затруднения существующих теоретических положений о рабочих процессах смешивания, сформулировано существо научно-технической проблемы по снижению энергопотребления в смесеприготовлении, определена цель работы, заключающаяся в разработке конструкторских и технологических решений, обеспечивающих снижение энергопотребления при одновременном повышении качества СПГС. Разработаны обобщённые теоретические представления о рабочем процессе смешивания, новизна которых заключается в раскрытии механизма взаимодействия зёрен в зависимости от плотности смеси; учёте случайного характера взаимодействия зёрен; выявлении роли фильтрационного и диффузионного влагопереноса в процессе увлажнения смеси. Определены пути снижения энергозатрат при смешивании. С использованием новых теоретических положений разработан ряд методик для определения технологических параметров рабочих процессов, расчёта конструктивных параметров роторных смесителей и созданы конструкции смесителей, защищённые патентами и авторскими свидетельствами, ряд из которых внедрён в промышленность.

Основные научные, технические и практические результаты работы изложены ниже.

1. С использованием представлений о смеси как структурно-скелетном теле разработан обобщённый (для различных смесителей и рабочих процессов) механизм формирования глинистых оболочек на зёрнах СПГС, в котором зерновая основа рассматривается как совокупность рабочих тел, а глинистые оболочки как коллоидная фаза, от состояния которой зависят основные свойства смеси. Выявлены три основных вида взаимодействия зёрен в процессе формирования глинистых оболочек: радиальный, тангенциальный и вращательный. Каждому виду соответствует характерная форма отпечатка («следа»), радиальному - в виде кратера, тангенциальному -в виде клиновидного «языка», вращательному - в виде ультрамикронеровностей. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены области реализации каждого из видов взаимодействия в зависимости от плотности структурно-скелетного тела (смеси) и соответствующего ей координационного числа, а также соответствие между видами взаимодействия зёрен и рабочими процессами смесителей различных типов.

2. В работе уточнены представления о СПГС, заключающиеся в том, что зерно основы рассматривается как слоистое тело, состоящее из твёрдой кристаллической сердцевины, на поверхности которой находится плёнка АК и глинистая оболочка, связанная с кристаллической сердцевиной через активные центры плёнки АК. Процесс формирования оболочек включает их увлажнение, нанесение свежих добавок и механическую активацию. Экспериментально обоснована роль механической активации ранее сформированных и увлажнённых глинистых оболочек, от полноты которой зависит уровень служебных свойств смеси. Дано новое объяснение явлениям, связанным с распределением влаги в оболочках смеси, а именно: нарастание прочности при вылёживании, снижение прочности смеси при нагреве, точечное распределение глины на поверхности зёрен и др.

3. Вскрыты и объяснены явления, приводящие к снижению механических свойств смеси и удлинению рабочего цикла смешивания СПГС, а именно: точечное распределение свежей глины на поверхности зёрен оборотной смеси и образование в свежей смеси глинистых конгломератов (крупинок), размер которых в несколько раз превышает размер зёрен.

3.1. Исследовано и описано свойственное процессу приготовления оборотных j' смесей явление точечного распределения свежей глины на поверхности зёрен смеси. Предложено различать три стадии превращения глинистых блоков в оболочку. На первой стадии частички глины прилипают к поверхности оболочки и выступают над ней, на второй увлажняются за счёт запаса влаги в оболочке и срастаются с ней, на третьей размазываются по поверхности, превращаясь в оболочку. Точечное распределение свежей глины на поверхности зерна, приводит к снижению прочности смеси.

3.2. Исследовано и описано свойственное процессу приготовления свежих смесей явление образования конгломератов (крупинок) из слипшихся зёрен и глины, размер которых в несколько раз превышает размеры зёрен смеси. Сердцевина крупинок формируется в результате слипания сильно увлажнённой глины с зёрнами песка, наружный слой - в результате прилипания зёрен или глины. Сухие частички глины или зёрна, прилипая к влажной и клейкой сердцевине, активно впитывают воду из её поверхностного слоя и подсушивая упрочняют его. Клеящие свойства крупинок с прилипшим поверхностным слоем снижаются, а прочность возрастает, что делает их устойчивыми против разрушения. Разрушение крупинок происходит либо в результате отрыва зёрен с их поверхности, либо в результате их дробления. Связывание крупинками активной глины и влаги приводит к снижению механических свойств и удлинению технологически обоснованного цикла смешивания. На практике, длительность рабочего цикла меньше технологически обоснованного, поэтому в смеси присутствует в виде балласта, зачастую, значительное количество крупинок.

4. Процесс распределения влаги в смеси рассматривается как совокупность механического переноса увлажнённых комков в сочетании с капиллярным и диффузионным движением жидкости, скорость и дистанция действия последних минимальна в сравнении с механическим переносом.

Обосновано теоретически и подтверждено экспериментально, что определяющую роль в увлажнении смеси в период смешивания играет механическое воздействие на смесь рабочих органов, а диффузионный и капиллярный процессы приводят к улучшению свойств смеси на стадии её вылёживания. Создана методика определения количества циклов переноса для полного увлажнения смеси, учитывающая геометрические размеры увлажнённых комков, содержание глины и среднюю влажность смеси.

5. Разработана математическая модель формирования глинистых оболочек на зёрнах формовочной смеси, центральным звеном которой является единичный акт внедрения зерна в глину или зёрно с глинистой оболочкой. Модель учитывает вероятностный характер взаимодействия зёрен в процессе приготовления смеси и позволяет определять число актов циклического изменения плотности смеси для формирования заданной величины площади поверхности зерна с учётом плотности смеси и содержания глины. Разработана программа моделирования процесса нанесения связующего на зёрна формовочной смеси (МС v.2), защищённая свидетельством № 2000610748 Роспатента РФ. Выполнено численное моделирование процесса формирования оболочек на зёрнах смеси, по результатам которого получены математические зависимости для определения числа актов взаимодействия от относительной площади пятна контакта или глубины внедрения зерна. Сопоставление результатов математического моделирования и физического эксперимента на различных смесителях с использованием свежих компонентов и оборотных смесей дали удовлетворительное совпадение. Физический эксперимент подтвердил правомерность принятого в работе методического подхода к решению задачи об определении длительности цикла смешивания численным методом и позволил определить значения относительной глубины внедрения зерна в зависимости от рабочего процесса смесителя. Выполнена систематизация рабочих процессов смесителей по характерной плотности смеси и удельной мощностью затрачиваемой смесителем на получение данной плотности, на основании которой определено направление создания перспективных и экономичных смесителей. Создана методика расчёта длительности цикла смешивания, которая учитывает тип смесителя, плотность смеси, относительную глубину внедрения зёрен и относительную площадь сформированной глинистой оболочки.

6. Для оценки энергопотребления в процессе смешивания введено понятие работы затрачиваемой на формирование глинистых оболочек на зёрнах смеси. Величина удельной работы по формированию оболочек определяется, как произведение работы одного акта внедрения зерна в глинистую прокладку на число актов, необходимых для полного покрытия зерна. Причём работа одного акта возрастает пропорционально квадрату относительной глубины внедрения зерна в глину, а число актов меняется обратно пропорционально названной величине. Получено уравнение для определения величины удельной (на единицу массы) работы смесеприготовления, которая зависит от состояния и характера взаимодействия зерен в процессе смешивания. С использованием разработанных математических зависимостей определена скорость полёта зёрен смеси в роторном смесителе, величина которой не должна превышать 18-20 м/с во избежание разрушения плёнок связующего на зёрнах или самих зёрен.

7. В результате систематизации данных о промышленных смесителях получены зависимости между технологическими и конструктивными параметрами, наиболее важными из которых являются:

7.1. Зависимость диаметра чаши смесителей от массы замеса, учитывающая значение плотности смеси и конструктивные особенности катковых, переходных и роторных смесителей.

7.2. Зависимости кратности обработки смеси ротором и плужками от соотношения размеров ротора, плужков и чаши.

7.3 Зависимости мощности привода донных плужков с постоянным и изменяющимся углом наклона от их размеров и частоты вращения, определены значения углов наклона плужка, обеспечивающие улучшение работы ротора и уменьшение (более чем в два раза) мощности привода.

С использованием установленных в работе зависимостей создана методика расчёта роторных смесителей и разработана программа расчёта конструктивных и технологических параметров роторных смесителей «RM v.l» (государственный регистрационный № 50200400640). Программа включена в реестр ОФАП Минобразования РФ, Св. № 3642 и использована для расчёта скоростного универсального смесителя МТ 100.

8. С использованием аппарата преобразования матриц однородных координат разработана. математическая модель движения пакета формовочной смеси по лопасти ротора, учитывающая действующие на пакет активные силы, реакции связей, переносную и кориолисову силу инерции. Составлена программа расчёта роторных рабочих органов смесителей формовочных материалов «Rotor v.2», защищенная свидетельством Роспатента №200061749 и включенная в реестр изобретений Восточного административного округа г. Москвы под номером РИ 020149. В результате моделирования, с использованием программы «Rotor v.2» установлены следующие основные закономерности:

8.1 Увеличение частоты вращения ротора вызывает пропорциональное возрастание скорости схода пакета с лопасти и рост потребляемой мощности, при этом траектория движения остается неизменной.

8.2. Частота вращения чаши и коэффициент трения практически не вызывают влияния на скорость схода пакета и траекторию движения.

8.3. Сход пакетов с лопасти происходит веерообразно, при этом пакеты во время движения по лопасти и полета не сталкиваются между собой.

8.4. Угол наклона лопасти сильно изменяет траекторию движения пакета, его скорость схода с лопасти. При углах наклона более 60° наблюдается эффект трамплина, при котором пакет покидает лопасть, не достигая ее тыльного края.

8.5. В случае фронтального расположении лопасти наиболее полно используется энергия ее взаимодействия с пакетом, скорость схода пакета с лопасти в этом случае зависит от координат входа, при этом на краю лопасти существует оптимальная зона входа смеси на лопасть.

9. Работа по реализации теоретических положений происходила по трём основным направлениям: разработка высокоэффективных смесителей роторного типа; модернизация действующих литейных смесителей с целью повышения их эффективности; разработка пакета прикладных программ с элементами САПР технологии. Среди полученных результатов наиболее значимыми являются:

9.1. Разработан, изготовлен, прошёл опытно-промышленное опробование и используется в промышленности универсальный смеситель формовочных материалов, конструкция которого защищена свидетельством на полезную модель RU №13473 U1, с приоритетом от 01 10 1999г. Смеситель внедрён на двух заводах: ОАО «Анжерский машиностроительный завод» и ОАО «Копейский машиностроительный завод».

9.2. Разработана серия модернизированных конструкций катковых смесителей, снабжённых рыхлителями, которые повышают интенсивность процесса смешивания, улучшают качество приготавливаемой смеси и снижают на 20 - 25% потребляемую мощность. Смеситель с дисковыми катками внедрён на НПО «Машиностроения» г. Реутов и проходил опробывание на Павлодарском тракторном заводе и ПК «Мосжилпромкомплект». Все конструкции защищены охранными патентными документами, а две из них отмечены медалями ВДНХ СССР.

9.3. Разработан, изготовлен и прошёл опытно-промышленное опробование в условиях АМО ЗиЛ смеситель с рыхлящими катками, конструкция которого защищена патентом на полезную модель RU №38305 U1, с приоритетом от 24 февраля 2004 г.

9.4. Создан пакет из четырёх взаимосвязанных прикладных программ, с использованием которого спроектированы универсальный смеситель МТ100

Св. RU № 13473 U1) и роторно-вибрационный смеситель МТ100В (Патент RU № 38305 U1). Программа Rotor v.2 передана для использования на ОАО «Транспневматика» г. Первомайск (протокол НТС от 02.11.1999 г).

10. Разработана комплексная методика сравнительной оценки рабочих процессов смесителей формовочных материалов, включающая в себя следующие разделы: методику оценки свойств при домешивании, методику испытаний при длительном цикле смешивания, методику измерения энергетических параметров, методику микроскопических исследований, специальные методики. Комплексную методику применяли для сравнения промышленных смесителей на ОАО «КамАЗ», АМО ЗиЛ, Саранском центролите, ОАО «Автоцветлит» г. Мелитополь, ОАО «Анжерский машиностроительный завод», ОАО «Копейский машиностроительный завод» и других предприятиях. Результаты заводских испытаний использованы в сопоставительном анализе рабочих процессов смесителей, на основании которого разработан и проверен обобщённый механизм приготовления СПГС. С использованием комплексной методики получены экспериментальные результаты имеющие научное и практическое значение. Наиболее значимыми для работы среди этих результатов являются:

10.1 Установлено, что плотность глинистых оболочек зависит от рабочего процесса смесителя. На зёрнах смеси приготовленной в роторном смесителе формируются рыхлые и хрупкие оболочки, которые разрушаются в результате силового уплотнения смеси. Плотность оболочек может быть повышена за счёт предварительного смешивания свежего песка и глины в бегунах. Обратная последовательность использования смесителей для приготовления смеси приводит к отслоению оболочек и ухудшению свойств смеси. Рекомендации по приготовлению смеси приняты на ОАО «Автоцветлит» г. Мелитополь.

10.2. В результате совместного использования методик длительного смешивания и микроисследований установлено, что длительность применяемых в производстве циклов недостаточна для полного усвоения свежей глины оболочками смеси, что приводит к неэффективному использованию свежих добавок и недостаточному уровню физико-механических свойств смеси. Предложен превентивный способ повышения прочностных параметров смеси, основанный на формировании окатанных оболочек.

10.3 Установлено, что мощность холостого хода промышленных смесителей составляет 10 — 36% от номинальной мощности двигателя и возрастает у тихоходных смесителей с увеличением массы катков, а у быстроходных с увеличением массы ротора. Темп нарастания мощности в процессе перемешивания неравномерен: снижающийся для тихоходных смесителей и нарастающий для скоростных. Получена факторная модель зависимости мощности от состава смеси, из которой следует, что возрастание мощности пропорционально содержанию активного бентонита и влажности. Наиболее сильное влияние на потребляемую мощность оказывают прочность смеси на срез и уплотняемость, с увеличением которых мощность возрастает. 10.4. На основании собственных микроскопических исследований и с привлечением научных результатов из коллоидной химии показано, что поверхность зёрен кварцевого песка образуют неровности трёх уровней: выпуклости и впадины (10"4 - 10"5 м), соизмеримые с размером зёрен; 7 микронеровности и микротрещины (10" - 10* м), размеры которых на 2 - 3 порядка меньше размеров зёрен; микрокапилляры в плёнке АК (10"8 - 10'9 м), размеры которых на 2 порядка меньше микронеровностей и соизмеримы с размерами микрокапилляров в глинистых минералах. При этом установлено экспериментально и подтверждено расчётом, что микрокапилляры в плёнке АК играют определяющую роль в формировании общей поверхности зёрен.

1. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. / 2-е изд. - Новосибирск.: Наука, 1986. -305с.

2. Аксёнов Н.П., Аксёнов П.Н. Оборудование литейных цехов. М.: Машгиз, 1949. - Т1 - 316с.; Т2 - 534с.

3. Аксёнов П.Н. Литейное производство. М.: Машгиз, 1950. - 551с.

4. Аксенов П.Н. Оборудование литейных цехов. М.: Машиностроение, 1968. -458с.

5. Андрияшина Н.Н. Влияние ультразвука на связующие свойства глинистых минералов // Литейное производство. 1979. - №3. - С 17-18.

6. Айлер Р. Химия кремнезёма. М.: «Мир», 1982. Ч. 1. - 416 е., Ч. 2 - 712 с.

7. АС СССР № 1653884, кл. В 22 С 1/00. Устройство для определения свойств песчано-бентонитовых формовочных смесей / Ершов М.Ю., Волкомич А.А., Карпун В.А., Левенте Тот, Чикунов В.М., Башкиров М.Л., Белкина О.Л. / от 24.05.89.

8. АС СССР № 1225674, кл. В 22 С 11/00. Устройство для определения трещиноустойчивости безопочных форм / Трухов А.П., Горилей А.С., Ершов М.Ю., Туманова Л.П. и Чикунов В.М. / от 13.12.83.

9. АС СССР № 1113203 кл. В 22 С 5/04. Смеситель формовочных материалов. / Ершов М.Ю., Дымченко В.В., Пугачёв М.А. / от 22.06.82.

10. АС СССР № 1360875, кл. В 22 С 5/04. Каток смесителя формовочных материалов. / Ершов М.Ю., Венёвцев И.А., Зимирев С.А. / от 20.02.86.

11. АС СССР № 872003, кл. В 22 С 5/04. Каток смесителя формовочных материалов. / Ершов М.Ю., Трещалин Н.М., Мазаев А.Д. / от 14.02.80.

12. Баландин Г.Ф. Основы теории формирования отливки. М.: Машиностроение, 1976. -4.1 - 328с; 1979. 4.2 - 335с.

13. Баландин Г.Ф. Проблемы технологии и повышения эффективности литейного производства.// Изв. вузов. Машиностроение. 1986. - №2- С.З - 8.

14. Барышевский Л.М., Сухомлинов С.М. Опыт эксплуатации отечественных бегунов непрерывного действия на заводе Ростсельмаш // Литейное производство. 1978. - №11. - С. 29 - 30.

15. Бентонит Тарасовского месторождения. Ильин В.К. и др. // Литейное производство. 1995. - №6. - С.17.

16. Берг П.П. Качество литейной формы. М.: Машиностроение, 1971. — 286с.

17. Берг П.П. Формовочные материалы. М.: Машгиз, 1963. - 408с.

18. Березина Л.В. Исследование технологии приготовления формовочных и стержневых смесей в центробежно-лопаточном смесителе. Дисс. канд. тех. наук. Рыбинск.: 1999. - 158 с.

19. Берман М.А., Гольденберг Л.Г., Пыльнев В.Г. Вибрационная интенсификация процесса перемешивания в катково-лопастных смесителях. / Вибрационная техника. Материалы семинара. М.: 1985. - С. 91 - 95.

20. Бертольд Холь. Современные установки фирмы Айрих для приготовления формовочной смеси.// IV съезд литейщиков России, тезисы докладов.: 1999. - С. 186 - 189.

21. Бех Н.И. Новые региональные формы объединений путь к решению проблем литейного производства // Литейное производство - 1995. - №10 - С.2 -4.

22. Бибик Е.Е. Реология дисперсных систем. Л.: Изд.ЛГУ, 1981. - 171с.

23. Бобряков Г.И. Литейное производство автомобильной отрасли // Литейное производство. 1999. - №8. - С.8 - 12.

24. Божкова Л.В. Математическое моделирование движения детали при вибрации // Сборка в машиностроении. 2004. - №8. - С.9 -11.

25. Боровский Ю.Ф. Классификация смесей.// Литейное производство. -1980. -№12. С.14 - 15.

26. Боровский Ю.Ф. Кругооборот формовочной смеси в литейном производстве // Специальные способы литья. -Л.: Машиностроение, 1976. С.51 - 63.

27. Боровский Ю.Ф., Шергин И.В. Сравнительная характеристика Люберецких и Лужских формовочных песков. // Литейное производство. -2000. -№1. С.21-22.

28. Бремер III. Evacterm технология. Одновременное смешивание и охлаждение формовочной смеси в условиях вакуума. // Литейщик России. -2003.-№7.-С. 18-23.

29. Бречко А.А., Великанов Г.Ф. Формовочные и стержневые смеси с заданными свойствами. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1982. - 216с.

30. Бречко А.А., Великанов Г.Ф., Примак И.Н. Формирование структурно-механических свойств смесей // Литейное производство. -1981. №6. -С. 14-15.

31. Бречко А.А., Гуляев Б.Б. Выбор смесителей для различных формовочных смесей // Литейное производство. 1970. - №5. - С.20-22.

32. Бречко А.А., Гуляев Б.Б. Механическая активация формовочных смесей // Литейное производство. -1972. -№3. С. 16-17.

33. Булычёв С.И, Алёхин В.П. Испытания материалов непрерывным вдавливанием индентора. М.: Машиностроение, 1990. - 224с.

34. Бусленко Н.П., Голенко Д.И., Соболь И.М. Метод статических испытаний. (Метод Монте-Карло). М.: Физматгиз, 1962. - 126 с. 35

35. Валисовский И.В. Пригар на отливках. М.: Машиностроение, 1982. -150с.

36. Васильев В.А. Физико-химические основы литейного производства: Учебник для ВУЗов. -М.: Изд-во МГТУ, 1994. 320с.

37. Васин Ю.П., Васина З.М. Адгезионные свойства поверхности зёрен кварцевого песка: Сб. науч. тр. ЧПИ. №264. Челябинск: 1981. - С.З - 16.

38. Великанов Г.Ф., Примак И.И., Бречко А.А. Прочность формовочных смесей // Литейное производство. -1986. №3. -С. 10 - 12.

39. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Знание, 1977. - 64с. 41

40. Волков О.А., Поручиков Ю.П. Усреднение состава смеси в бегунах // Известия вузов. Машиностроение. 1974. - № 2. - С. 142 - 145.

41. Волкомич А.А. Современные техпроцессы и оборудование при производстве отливок в разовых формах. // Труды пятого съезда литейщиков России.-М.: 2001.-С.261 -263.

42. Волкомич А.И., Лакшин А.П., Хазин Д.Л. Литейные машины. М.: МАШГИЗ, 1959. -464с.

43. Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов. М.: «Высшая школа», 1978.-384с.

44. Галкин Г.П. Разработки в области формовочных материалов и смесей. // Литейное производство. 2000. - №6. - С.26 - 27.

45. Галкин Г.П., Калашникова А.Я. Проблемы применения единых сырых песчано-глинистых смесей // Литейное производство. 1984. - №12. - С.4 - 5.

46. Гезелл В. Исследование смесителей и дезинтеграторов / Сборник 23-го Международного конгресса литейщиков. М.: Машиностроение, 1958. - С. 251 -266.

47. Гини Э.Ч. Прогноз некоторых тенденций развития литейного производства России // Литейное производство. 1995. - №11. - С. 12 - 17.

48. Горский А.И. Расчёты машин и механизмов автоматических линий литейного производства. М.: Машиностроение, 1978. - 551с.

49. Гришенков Ю.А., Тарский В.Л. Обеспечение литейного производства России технологическим оборудованием // Литейное производство. 1995. - № 4-5. - С.54 - 55.

50. Грузман В.М. Возможность снижения расхода связующего // Литейное производство. 1998. - №10. - С.27.

51. Гуляев Б.Б. Теория литейных процессов. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1976. - 216 с.

52. Гуляев Б.Б., Великанов Г.Ф., Бречко А.А. Структура формовочной смеси // Прогрессивные процессы изготовления отливок. -Л.: 1984. -С.42 45.

53. Гуляев Б.Б., Корнюшкин О.А., Кузин А.В. Формовочные процессы. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1987. - 264 с.

54. Дегтяренко Г.И., Волков В.Н. Современное смесеприготовительное оборудование. Опыт применения турбовихревых смесителей конструкции «Литаформ». // VI Съезд литейщиков России. Труды съезда, т.2, Екатеринбург. 2003. - С.208-209.

55. Дерягин Б.В., Чураев Н.В. Смачивающие плёнки. М.: Наука, 1984. -160с.

56. Джесри Абдульменем. Уточнение механизма приготовления песчано-глинистых смесей в роторном смесителе с целью экономии энергии и материалов. Дисс, канд. тех. наук. -М.: 1991. 108 с.

57. Дибров И.А. Краткая история, состояние и перспективы развития литейного производства России // Литейное производство. 2000. -№6. - С. 35 -38.

58. Динамический смеситель Dozamet / Проспект фирмы «Центрозап». -Мицкевича, 29. 40085. Катовице. Польша.

59. Длезек И. Зависимость свойств стержневых смесей от состояния поверхности зёрен кварцевых песков // Литейное производство. 1977. - №12. -С.12- 14.

60. Дорошенко С.П. Основы выбора смесей / Развитие методов и процессов образования литейных форм. М.: Наука, 1977. - С.23 - 25.

61. Дунин-Барковский И.В., Смирнов Н.В. Теория вероятностей и математическая статистика в технике. -М.: Наука, 1955. 556с.

62. Ершов М.Ю. Микроскопические исследования формовочных материалов и смесей. // Литейное производство. 2000. - №7. - С.32 - 35.

63. Ершов М.Ю. Моделирование процесса нанесения связующего на зёрна формовочной смеси. // Машиностроитель. 2000. -№11.- С.28 - 29.

64. Ершов М.Ю. Модернизация бегунов путь интенсификации смесеприготовления в литейном производстве. // Справочник. Инженерный журнал. - 2001. - №3. - С.11 - 14.

65. Ершов М.Ю. Новый взгляд на распределение влаги при смешивании песчано-глинистых смесей. // Литейщик России. 2004 - №2. - С.20 - 25.

66. Ершов М.Ю. Приготовление песчано-глинистых смесей // Литейное производство. 1998. - №2-3. - С. 17 - 21.

67. Ершов М.Ю. Приготовление формовочных материалов скоростными смесителями роторного типа. // Справочник. Инженерный журнал. 2000. -№9. - с.20 - 24.

68. Ершов М.Ю. Развитие представлений о механизме формирования оболочек на зёрнах сырых песчано-глинистых смесей / Труды пятого Съезда литейщиков России. М.: «Радуница», 2001. - С.275 - 281.

69. Ершов М.Ю. Смесители с рыхлящими катками. // Литейщик России. -2000 №7 - 8. - С.35 - 38.

70. Ершов М.Ю. Состояние и перспективы технологии приготовления сырых песчано-глинистых смесей / IV Съезд литейщиков России. М.: 1999. - С. 191 -194.

71. Ершов М.Ю. Теоретические основы технологии приготовления формовочных смесей / Электронный сборник избранных докладов. М.: 1999.

72. Ершов М.Ю., Джесри А. Математическое моделирование рабочего процесса роторного смесителя / Материалы МНПК. Чебоксары: 1989. - С.

73. Ершов М.Ю., Трещалин А.В. Опыт разработки и освоения смесителя формовочных материалов. // Литейное производство. 2000. -№11. - с. 12 - 14.

74. Ершов М.Ю., Филонов Д.В. Программа моделирования процесса нанесения связующего на зёрна формовочной смеси (МС v.2) // Роспатент, Св. об официальной регистрации программы для ЭВМ, № 200061748, от 16.08 2000г.

75. Ершов М.Ю., Филонов Д.В. Программа расчёта роторных рабочих органов смесителей формовочных материалов (ROTOR v.2) // Роспатент, Св. об официальной регистрации программы для ЭВМ, № 200061749, от 16.08 2000г.

76. Ершов М.Ю., Филонов Д.В., Сулейманов А.В. «Смесители формовочных материалов (MIXERS DB v.2)» База данных для ЭВМ // Минобразования РФ, ОФАП, Св. об отраслевой регистрации разработки №3638, 03 июня 2004 г, № гос. регистр 50200400636, 18 июня 2004г.

77. Жуковский С.С. Прочность литейных форм. М.: Машиностроение, 1989. -288с.

78. Жуковский С.С., Ромашкин В.Н. О шаровой модели формовочной смеси // Литейное производство 1986. - №3. -С. 12-13. 76

79. Зимон А.Д. Адгезия жидкости и смачивание. -М.: Химия, 1974. 416 с.

80. Зорохович И.З. Опыт пуска и наладки маятникового смесителя // Литейное производство 1952. - №7. - С. 10 - 11.

81. Зорохович И.З. Сравнительные исследования основных типов смесителей для формовочных смесей. Дисс, канд. тех. наук. М.: - 1956.

82. Зубчанинов В.Г. Основы теории упругости и пластичности. М.: Высшая школа, 1984.-438с.

83. Ивакин Р.И. Механизм и кинетика процесса обволакивания при смешивании песчано-глинистых формовочных материалов // Литейное производство. 1982.-№10. - С. 14- 15.

84. Ивакин Р.И. О рабочем процессе смешивающих бегунов // Литейное производство. 1963г. - №7. С.20 - 21.

85. Ивакин Р.И. Элементы теории смешивания формовочных материалов // Литейное производство. 1965. - №9. - С.32 - 33.

86. Илларионов И.Е., Васин Ю.П. Формовочные материалы и смеси. -Чебоксары.: Изд. Чуваш. Ун-та, 1992. 4.1. -223 е.; 1995. 4.2. -288с.

87. История развития Кечкеметского и Шопронского литейных заводов. Ершов М.Ю., Халас И., Шашгат И., Тот Л. //Литейное производство 1988. - № 4.-С.34-35

88. Калашникова А.Я. Влияние глин и бентонитов на технологические свойства формовочных смесей // Технологические свойства формовочных смесей. -М.: Наука, 1968. С.109 - 112.

89. Калашникова А.Я., Галкин Г.П. Формовочные материалы и смеси для прогрессивных технологических процессов изготовления форм и стержней. -М.: НИИМАШ, 1976. 60 с.

90. Кафаров В.В. и др. Стохастическая модель неидеального смесителя // ТОХТ. -1968. №5. - С. 793 - 795.

91. Кафаров В.В., и др. Системный анализ процессов химической технологии. Процессы измельчения и смешивания сыпучих материалов. М.: Наука, 1985. - 440 с.

92. Кваша Ф.С. Влияние факторов смесеприготовительной системы на расход формовочных материалов // Литейное производство. 1987. - № 2. - С. 24 - 26.

93. Кваша Ф.С., Наседкин В.В., Воронцова Т.В. Влияние термостойкости бентонитов на их расход в высокопрочных смесях. // Литейное производство. -2000. № 11.-С.9- 10.

94. Кваша Ф.С., Туманова Л.П. Стабилизация состава единых формовочных смесей для автоматических линий и пути сокращения расхода формовочных материалов // Литейное производство. -1981. № 11. - С. 9 - 10.

95. Кваша Ф.С., Туманова Л.П., Зильберман А.Г. Растровая электронная микроскопия песчано-глинистых смесей // Литейное производство. -1976. № 11.-С. 17-18.

96. Кваша Ф.С. Стабилизация состава и свойств песчано-глинистых формовочных смесей: учебное пособие. М.: МГИУ, 2003. - 108с.

97. Комиссаров В.А., Калашникова А.Я. Состояние и перспективы развития формовочных материалов и смесей. // Литейное производство. -1980. № 1. -С. 16-18.

98. Конкин В.Е., Чудновский И.Д. Изменение свойств смеси при разрыхлении и транспортировании // Литейное производство. 1977. - № 1. -С. 16-17.

99. Корнюшкин О.А. Научные школы процессов литья / IV съезд литейщиков России. М.: «Радуница», 1999. - С 7 - 15.

100. Красников В.Ф. Рыхлители формовочных смесей // Литейное производство. -1972. № 12. - С. 11.

101. Кремнёв Л.А., Магрилова И.М., Суханова Р.А. Исследование структуры формовочных смесей // Литейное производство. 1971. - № 9. - С.39.

102. Круглицкий Н.Н. Основы физико-химической механики. Киев.: «Вища школа», 1976. - Ч. 1.- 246 с; 4.2. - 208 с.

103. Круглицкий Н.Н., Ничипоренко С.П., Пробченко В.И. Образование и развитие структур в водных дисперсиях глинистых минералов // Физико-химическая механика дисперсных структур. М.: Наука, 1966. - С. 158 - 165.

104. Кузьмин Н.Н., Лосицкая Т.М., Иванова А.В. Сухая прочность формовочных песчано-бентонитных смесей. // Литейщик России. 2004. - №4. -С 21-23.

105. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика. М.: Наука, 1973. - 208с.

106. Лукьянов П.И. Аппараты с движущимся дисперсным слоем. -М.: Машиностроение, 1974. 181с.

107. Лыков А.В. Теория сушки. М.: «Энергия», 1968. - 472с.

108. Лясс A.M. О некоторых свойствах плёнок связующих и прочности формовочных смесей // Литейное производство. -1959. №6. - С. 8 - 15.

109. Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. М.: Машиностроение, 1973. - 216 с.

110. Марков В.А. Разработка концепции интегрального механизма формирования свойств, состава песчано-глинистых смесей (ПГС) и смесеприготовительного оборудования. Дисс. док. тех. наук. Барнаул.: 1996. -348 с.

111. Марков В.А., Маркова А.В. Концепция механизма формирования свойств песчано-глинистых смесей.// Литейщик России. 2002. - №7 - 8. - С. 45 - 47.

112. Матвеенко И.В, Исагулов А.З, и др. Динамические и импульсные процессы и машины для уплотнения литейных форм. Алматы.: Гылым, 1998. -С. 37-42.

113. Матвеенко И.В. Проблемы обеспечения литейных цехов оборудованием.// Литейное производство. 1995. -№4 - 5.-С. 56-57.

114. Матвеенко И.В., Карпенко В.М. Непрерывный контроль реологических свойств и состава смесей в процессе их приготовления.// Литейное производство. -1995. №4 - 5. С.30 -31.

115. Медведев Я.И., Валисовский И.В. Технологические испытания формовочных материалов. М.: Машиностроение, 1973. - 312с.

116. Меерович М.Я., Боровский Ю.Ф., Воронин М.П. Долговечность песчано-глинистых смесей.// Технологические свойства формовочных смесей. М.: Наука, 1968.-С.141-145.

117. Мельников А.П. Повышение качества и конкурентоспособности литейного оборудования на основе внедрения новых технологий. // Литейщик России. 2003. - №10. - С. 24 - 32.

118. Методы испытаний технологических свойств смесей. ГОСТ 29234.1-91, ГОСТ 29234.4-91, ГОСТ 29234.5-91, ГОСТ 29234.11-91, ГОСТ 23409.9-78, ГОСТ 23409.13-78, ГОСТ 23409.17-78.

119. Минаев А.А. История развития техники и технологии литейного производства// Автореф. Дис. канд. тех. наук. М.: 1980. - 21с.

120. Минкнер У. Проект оптимизации участка приготовления формовочной смеси с учётом её свойств и производственных затрат на примере одного изкрупных немецких литейных заводов. // Литейщик России. 2004. - №5. - С.11 -15.

121. Мухоморов И.А. Бинокулярный метод определения качества формовочной смеси // Литейное производство. 1997. - №6. - С. 17 - 18.

122. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1971. - 365 с.

123. Новое оборудование и технология в литейном производстве автомобильной промышленности ФРГ // Литейное производство. 1986. -№11. -С. 19-23.

124. Обеспечение стабильности параметров формовочных смесей разными смесеприготовительными системами / Аксёнов П.Н., Киян Э.Ф., Белоусов А.В., Туманова Л.П. // Литейное производство. 1975. - №11. - С. 12 - 15.

125. Оборудование для смесеприготовления и изготовления стержней. Обзор. Семёнов Н.Я., Онуфриев И.А., Ракогон В.Г., Серебряков В.В. и др. М.: НИИмаш, 1981.-48с.

126. Овчинников В.В., Руденко А.Б. Международная выставка литейного оборудования.// Литейное производство. 1984. - №12. - С. 31 - 33.

127. Оолитизация формовочных смесей / Аксёнов П.Н., Кваша Ф.С., Чудин Ю.Г., Мирзоян С.М. // Литейное производство. 1976. - №5. - С. 19 - 20.

128. Орлов Г.М. Автоматизация и механизация процесса изготовления литейных форм. -М.: Машиностроение, 1988. -264с.

129. Орлов Г.М., Конкин В.Е. Влияние комковатости смеси на её основные свойства.// Литейное производство. 1976. - №2. - С.34.

130. Патент на полезную модель № 38305, МПК 7 В 22 С 5/04. Смеситель формовочных материалов. Ершов М.Ю., Лизунов В.Ю., Горячева С.В. / от 24.02.2004.

131. Патент на полезную модель № 38648, МПК 7 В 22 С 5/04. Смеситель формовочных материалов. Ершов М.Ю. / от 24.02.2004.

132. Паттерсон В., Бениш Д. Влияние глины на свойства сырых формовочных смесей. Сборник 24-го Международного конгресса литейщиков. М.: Машиностроение. 1960. - С. 220 - 237.

133. Пельчарски С. Некоторые явления, возникающие в процессе приготовления формовочных смесей. // Литейное производство. 1964. - №7. -С. 12-13.

134. Пинегин С.В. Контактная прочность в машинах. М.: Машиностроение, 1965.-286 с.

135. Позднев Ю.Д. и др. Установка для автоматического контроля свойств единых смесей.// Литейное производство. 1976. - №7. - С. 15-16.

136. Позднев Ю.Д. Физико-химические свойства бентонитов.// Литейное производство 1966. - №8. - С. 16-19.

137. Позднев Ю.Д., Гаврилов А.С., Валтерс О.В. Новые разработки НПО «НИИтракторсельхозмаш» в области смесеприготовления. // Литейное производство. 1990. - №7. - С. 14 - 15.

138. Поплавский В.И. Определение качества смешивания песчано-смоляных смесей. // Литейное производство. 1.980. - №2. - С. 23 - 24.

139. Привалов В.И. Модернизация установки мод. 15411 для приготовления плакированных смесей. // Литейное производство. 1991. - №12. - С. 25 - 26.

140. Применение поляризационного микроскопа для исследования формовочных материалов и смесей. Шергин И.В. и др. // Литейное производство. 1995. - №10. - С. 19 - 20.

141. Продукция Волковысского завода литейного оборудования. Каталог. -М.: ВНИИТЭМР, 1990. 52 с.

142. Проспект фирмы "Beardsley and Piper" 5501 West Grand Avenue, Chicago, Illinois.

143. Проспект фирмы "Simpson mix-mullers National Engineering Company" Chicago. Illinois. 60606. USA. Bulletin M691.

144. Проспект фирмы AMK "GISAG". Таубенштрассе 7-9. 109. Берлин. ГДР.

145. Ральф Грим. Минералогия и практическое использование глин. / Под редакцией В.П. Петрова. М.: Мир, 1967. - 51 Ос.

146. Рекшинская Л.Г. Атлас электронных микрофотографий глинистых минералов и их природных ассоциаций в осадочных породах. М.: Недра, 1966. -230 с.

147. Ромашкин В.Н. Облицовочные смеси. ч.1 О некоторых физико-химических свойствах песков, определяющих особенности состава облицовочных смесей. // Литейщик России. 2004. - №4. - С. 24 - 28.

148. Рубцов Н.Н., Балабин В.В., Воробьем М.И. Литейные формы. М.: Машгиз, 1959.-557с.

149. Сафронов В.А. и др. Активированный бентонит. // Литейное производство. -1976. №8. - С. 26. 147

150. Сафронов В.А. и др. Реологические свойства бентонитных суспензий для формовочных смесей. // Литейное производство. -1989. №5. - С.9 -11.

151. Свидетельство на полезную модель №13473, MJIK 7 В 22 С 5/04. Смеситель формовочных материалов. Ершов М.Ю., Трещалин А.В. / от 20.04.2000.

152. Свиридова Г.А., Ануфриева А.Ф. Формовочные смеси для автомобильных отливок. // Литейное производство. 1976. - №8. - С. 26.

153. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука, 1981. - 448 с.

154. Серебряков С.П. Рабочий процесс центробежно-планетарного смесителя. // Литейное производство. 1995. - №2. - С. 20 - 21.

155. Серебряков С.П. Разработка теории, технологии и машин центробежно-планетарного приготовления формовочных и стержневых смесей. Дисс. докт. тех. наук. Рыбинск.: 1996. - 287 с.

156. Серебряков С.П., Афанасьев А.Г. Параметры приготовления песчано-глинистых смесей.// Литейное производство. 1994. - №8. - С. 27 - 28.

157. Серебряков С.П., Афанасьев А.Г., Колобков Ю.А. Экономия формовочных материалов при смесеприготовлении центробежными методами // Литейное производство. 1997. - №4. - С. 20.

158. Серебряков С.П., Березина Л.В. Анализ зерновой структуры материалов по электронным фотографиям. // Литейное производство. 2000. - №12. - С. 11 -12.

159. Серебряков С.П., Соседов С.А., Дмитриев А.В. Приготовление формовочных и стержневых смесей в центробежно-планетарном смесителе. // Литейное производство 1995. - №4 - 5 - С. 59 - 60.

160. Синчугов Ю.Д., Мысовский B.C., Калита А.И. Стабилизация свойств смесей в цехах массового производства. // Литейное производство. 1974. -№7.-С. 38-40.

161. Смеситель Contra-mix. Проспект фирмы Badische Maschinenfabrik, Durlach GmbH.-1991.

162. Соболь И.М. Метод Монте-Карло. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1968. - 64с.

163. Современные центробежные смесители периодического действия. Матвеев Н.А. и др. // Литейное производство 1973. - №8. - С. 34 - 37.

164. Сопротивление материалов с основами теории упругости и пластичности / Варданян Г.С., Андреев В.И. и др. М.: Изд-во ассоциации строительных вузов, 1995.-464 с.

165. Степанов А.А., Копчук П.А., Боровский Ю.Ф. Модель структуры рыхлой единой формовочной смеси. // Известия ВУЗов, Чёрная металлургия 1979. -№6.-С. 105- 107.

166. Степанов Ю.А., Семёнов В.И. Формовочные материалы. М.: Машиностроение, 1969. - 157 с.

167. Сухомлинов С.М., Беликов О.А. Моделирование процессов в смесителях периодического и непрерывного действия. // Литейное производство. 1976. -№12.-С. 6-8.

168. Тарасевич Ю.И., Овчаренко Ф.Д. Адсорбция на глинистых минералах. Киев.: Наукова думка, 1975. 351 с.

169. Технология литейного производства: Формовочные и стержневые смеси // Под ред. С.С. Жуковского и др.: Учебное пособие для ВУЗов. Брянск: Изд-во БГТУ, 2002. - 470 с.

170. Типаж технологического оборудования для литейного производства на 1991-1995гг. Минстанкопром. НПО «ВНИИЛИТМАШ». М.: 1990. - 120 с.

171. Титов Н.Д., Степанов Ю.А. Технология литейного производства. М.: Машиностроение, 1974. - 472 с.

172. Трещалин А.В., Ершов М.Ю., Миронов А.В. Сравнительный анализ бескатковых смесителей // Литейное производство 1998. №2 - 3. - С. 24 - 25.

173. Трухов А.П., Аксенов П.Н. Аналитический расчет зоны конденсации в литейной форме. // Литейное производство. 1972. - № 5. - С. 23 - 25.

174. Туманова Л.П., Терентьев Л.Л. Использование отходов системы вентиляции в формовочных смесях. // Литейное производство. 1989. - №12. -С. 15-16.

175. Формовочные материалы и смеси для прогрессивных технологических процессов изготовления форм и стержней. Галкин Г.П., Костюков А.А., Наседкин В.В., Нестеров А.П. // Литейщик России. 2002. - №5. - С. 24-29.

176. Формовочные материалы и технология литейной формы. Справочник // под общей ред. Жуковского С.С. М.: Машиностроение, 1993. - 432с.

177. Центробежный смеситель ТМ 285. Проспект фирмы "BMD" GmbH, Karlsruhe Durlach, West-Germany. 1975.

178. Штольцель К. Технологические процессы литейного производства. Теоретические и практические основы. М.: Машиностроение, 1975. - 255с.

179. Шумихин B.C., Бурман П.Н. Состояние и тенденция выпуска отливок за рубежом. // Литейное производство. 1990. - №11. - С. 34 - 35.

180. Яблонский А.А. Курс теоретической механики. Ч 2. Динамика. М.: Высшая школа, 1984. - 358 с.

181. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1971. — 464 с.

182. Aktuelle Anwendungstrends der Form und Kernherstellverfahren; Altsandegenerierung und Reststoffentsorgung Tiel 1. Weiss R., Kleinheyer U. «Gitsserei» 1987, 74, №21, 629 - 633.

183. Eirich Intensive Mixer. Проспект фирмы / Maschinenfabrik Gustav Eirich / Postfach 1160, D-74732 Hardheim.

184. First report of Working Group P12 review of sand mixers // Brit. Foundry man 1980. 73, №7. - p 174 - 193. (180).

185. Formstoffmischer 1250 und 2500/ Проспект фирмы Gisag AG. / Gerhard-Ellrodt-Strasse 21, Leipzig, 1997.

186. Hespers W., Kleinheyer U. Stand der Technik und Kriterien der Entwicklung von Formstoffen in der Bundersrepublik Deutschland. «Gitsserei» 1978, 65, №21, 571 -578.

187. Jersov M.J., Toth L. Examination of the properties of bentonite bonded green sand mixtures prepared disc mixer. // Ontode 1986. №7-8. - p. 165-168.

188. Jersov M.J., Toth L. The optimation of operations of edre runners. // Ontode 1985/-№8.-p. 172-174.

189. Jersov M.J., Toth L. The possibilities of material and energy savings at the preparation of moulding mixtures with bentonite. // Ontode 1986. №1. - p.5-7.

190. Jersov M.J., Toth L., Roosz A. The examination of bentonite containing moulding mixtures by means of a scanning electron microscope. // Ontode 1989. -№6. -p.133-136. (179).

191. Kovats M. Bako К. Ontodei berendezesek. Tankonyvkiado, Budapest, 1982. -396c.

192. Mixers Rotomax. Проспект фирмы C.T.R. Fondarc, ZA Portes de Tavers -France.

193. Mixing equipment and agitator therefore for use with granular material and method of producing prepared granular material. Colin R., Pederson P. Pettibone Corp. Пат. 4361404, США. Заявл. 06.04.81.

194. Rotary mixer type WM. Проспект фирмы Kunkel-wagner, Prozesstechnologie GmbH //Hannoversche Strabe 59, Germfny, 2001.

195. Smith R.J. Selecting a Muller for a Green Sand Operation // Modern Casting. 1990.-№6. -p. 66-68.

196. Space YR. Проспект фирмы Space / Piazza Parravicino, 3, Tornavento -Lonate Pozzolo (VA) Italia, 2001.

197. Toth L. Ontodei depek es berendezesek. Tankonyvkiado, Budapest, 1989. -448c.

198. Turbine Mixer SAM for Clay-bonded Sand. / Georg Fischer Disa AG, Swetzerland, 1997.

199. Urzadzenie do mieszania materialov sporoszkowanych lub ziariztych. Grabarczyk Z., Piechota S. Dolnoslaskie zaklady Metalurgiczne «Dozamet», Пат. 114570, ПНР.

200. Werifikacja roznych koncepcji urzadzenia do badania wptuwu poslizcu kraznikow na efekt mieszania mazy w mieszarce. Sodzon L. «12 Symp. nauk. okaz. Dnia odlev., 1986». Krakov, 1986, 197-203.

201. Wetzel Fritz. Mixer for granular material Stots Akt. Ges. Англ. пат. кл. В 1С, №1244568, заявл. 26.06.69.

202. Intensiv mixer IM 285 "BMD" GmbH, Karlsruhe - Durlach, West-Germany.