автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Определение параметров затирочных машин с лопастными рабочими органами

ВВЕДЕНИЕ.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАБОТЕ ТЕРМИНЫ.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1. Требования, предъявляемые к качеству бетонной поверхности.

1.2. Методы оценки качества отделки поверхности железобетонных изделий.

1.3. Обзор конструкций заглаживающих машин.

1.4. Обзор исс ледований процесса заглаживания бетонных поверхностей.

1.5. Обзор существующих конструкций заглаживающих машин.

1.5.1. Портальные заглаживающие машины.

1.5.2. Мостовые заглаживающие машины.

1.5.3. Консольные заглаживающие машины.

1.5.4. Подвесные заглаживающие машины.

1.5.5. Обзор конструкций ручных заглаживающих машин.

1.5.6. Загирочиые машины с лопастным рабочим органом.

1.5.7. Самоходные заглаживающие машины.

1.6. Характеристика применяемых в строительстве составляющих бетонных смесей.

1.6.1. Основные физико - механические свойства бетона.

1.6.2. Подбор состава бетона.

1.6.3. Жесткость и подвижность бетона.

1.7. Сравнительная оценка подвижных и жестких бетонных смесей.

Выводы по 1 главе.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАТИРОЧНОЙ МАШИНЫ С ЛОПАСТНЫМ РАБОЧИМ

ОРГАНОМ.

2.1. Общая постановка задачи.

2.2. Режимы заглаживания, обеспечивающие отсутствие макродефектов.

2.3. Определения перемещаемого лопастью массы бетонной смеси.

2.4. Плоскости действия составляющих сил затирки лопастным рабочим органом.

2.5. Определение соотношения скоростей рабочего органа поверхностного слоя затираемого изделия.

2.6. Силы, реакций затираемой смеси на рабочий орган.

2.7. Влияние основных параметров лопастных затирочных машин на эффективность затирки.

2.7.1. Число лопастей.:.

2.7.2. У гол наклона лопастей а.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В БЕТОННЫХ СМЕСЯХ НАХОДЯЩИХСЯ В ЗОНЕ ДЕЙСТВИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ЗАГЛАЖИВАЮЩИХ МАШИН.

3.1. Общая схема рабочего процесса заглаживающих машин и их особенности.

3.2. Общие сведения о жестких бетонных смесях.

3 .3. Особенности затирки бетонных поверхностей из жестких бетонных смесей с лопастным рабочим органом.

3.4, Мощность, привода рабочих органов заглаживающих машин.

3.5. Определение суммарной мощности приводов лопастных затирочных машин.

3.6. Производительность заглаживающих машин.

3.7. Износ-тонкость рабочих органов заглаживающих машин.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЗАТИРАЕМОГО ОРГАНА В ВИДЕ ЛОПАСТЕЙ.

4.1. Методика определения заглаживающей способности.

4.2. Заглаживающая способность при различных скоростях.

4.3. Оптимизация формы лопастного рабочего органа.

Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА

ЗАТИРАНИЯ.

5.1. Методика проведения исследований.

5.2. Подбор основных геометрических размеров заглаживающих лопастей.

5.3. Экспериментальные исследование моделей лопастных затирочных рабочих органов.

5.4. Результаты исследований и их анализ.

Выводы по главе 5.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.5. СФОРМУЛИРОВКА ПОКАЗАТЕЛЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЛОПАСТНОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА НА

ЖЕСТКИЕ БЕТОННЫЕ СМЕСИ ПРИ ИХ ЗАТИРКЕ.

В Российской Федерации строительство является одним из ведущих звеньев государственной экономики в промышленном и гражданском строительстве, автомобильных дорог и аэропортов, гидротехническом и энерготехническом строительстве. Основная масса всех строительных работ выполняется механизированными способами с применением разнообразных строительных машин и оборудования.

До настоящего времени, несмотря на высокий уровень механизации строительно - монтажных работ, доходящий до 90 .98 %, и систематическое пополнение парка строительных машин, большинство малообъемных доделочных и вспомогательных операций в строительстве производится вручную.

Поэтому одним из основных направлений технического прогресса в области дальнейшего сокращения ручного труда, ликвидации тяжелых ручных операций и производительности труда рабочих является максимальное оснащенные строительных организаций ручными машинами всех типоразмеров.

При эчом должен быть обеспечен правильный подбор ручных машин с учетом технических характеристик и характера выполняемых технологических операций, а также внедрение рациональною, прогрессивного способа обеспечения рабочих исправными ручными машинами непосредственно на строительных объектах через стационарные и передвижные- раздаточные пункты -- мастерские,

В решении задачи повышения эффективности капитальных вложений важная роль принадлежит дальнейшей индустриализации строительного производства, в том числе механизации железобетонных работ. Общий объем производства и номенклатура железобетонных изделий очень велики.

За прошедшие годы значительная часть устаревших по своим параметрам машин и оборудования снята с производства. Появились новые эффективные типы машин: автобегоновозы и автобетоносмесители для доставки бетона, гидравлические стационарные бетононасосы и автобетононасосы для распределения и укладки бетона, комплексные бетоносмесительиые установки, новые эффективные вибраторы, новые типы и марки машин для заглаживания бетонных поверхностей.

Обновлены новые типы машины для заглаживания поверхностей не затвердевших бетонных изделий: автономные самоходные заглаживающие машины; портальные, мостовые, эстакадные, плоско - или объемно -.рамные; стационарные заглаживающие- машины ~ портальные, арочные, консольные., рамные, подвесные; навесные заглаживающие машины (на формовочном агрегате, бетоноукладчике, дорожной машине и т.д); переносные заг лаживающие машины: ручные заглаживающие машины с механизированным приводом передвижения; ручной заглаживающий инструмент;

Разнообразие условий производства, различные объемы и темпы работ, местные, в том числе климатические условия вызывали существенное увеличение типов, типоразмеров и марок машин оборудования.

В настоящее время около 120 научно - исследовательских и учебных институтов и свыше 50 проблемных лабораторий страны работают над вопросами повышения эффективности производства и применения сборного железобетона. Вопросами усовершенствования существующих и создания новых заглаживающих машин занимаются институты: ВНИИжелезобетона,

ЦНИИЭПжилища, ВНИИстроммаш, Гипростроммаш, Энерготехпром, СПбГАСУ и др.

Большая группа заглаживающих машин предназначена для гладкой или декоративной обработки бетонных и каменных поверхностей. Причем машины, обрабатывающие свежеуложенные или в незначительной мере затвердевшие бетонные поверхности, нашли наибольшее распространение в различных областях строительства.

Отмеченные обстоятельства и то, что площадь поверхностей, требующих заглаживания, к настоящему времени превысила 1.5 млр. кв метров в год и продолжает увеличиваться, сделали проблему заглаживания одной из самых актуальных.

Современное производство железобетонных изделий для жилищного, промышленного, коммунального и других видов строительства, неотъемлемо связано с отделкой поверхности этих изделий. В связи с этим существует целый ряд требований, предъявляемые к поверхностям изделий, изготовленных из железобетона, которые в последствии будут подвергаться окрашиванию, оклейке обоями, укладки линолеума и т.п.

После приготовления железобетонных изделий трудоемкие штукатурные и другие отделочные работы по ним должны быть сведены к минимуму. Исходя из этих предпосылок, в настоящее время на заводах железобетонных изделий находят распространения заглаживающие машины сменными рабочими органами в виде: вращающегося диска, валка, имеющего привод собственного вращения, а также брусовые рабочие органы, совершающие возвратно - поступательные или круговое движение. Область применение указанных машин зависит от состава бетонных смесей, требуемого качества поверхности, производительности работ, а также технологии производства на данном предприятии.

Все возрастающему использованию бетонных и железобетонных конструкций во всех видах зданий и сооружений сопутствуют возрастающие требования к качеству поверхности, определяющему эксплуатационные свойства и стоимость отделки бетонной поверхности.

Проблема настоятельно требует совершенствования используемых и разработки новых перспективных технологий механической (автоматической) обработки поверхностей как свежеуложенного в конструкции, так и затвердевшего бетона.

Механическая обработка поверхности свежеуложенного в конструкции, а также зачистки, затирки, шлифовки и полировки затвердевшего бетона выполняется различными способами и оборудованием с достижением разного качества поверхности и эффективности производства работ. При этом среди способов обработки вызывает особый интерес обработки плоских поверхностей бетона с применением лопастных рабочих органов. Это вызвано тем, что машины с лопастными рабочими органами наиболее распространены во всех способах обработки поверхности частично затвердевшего бетона, но из-за отсутствия методов оптимизации параметров работы, они часто несовершенны в их конструкционном исполнении и применяют далеко не всегда эффективно.

Исходя из этих предпосылок, в диссертационной работе поставлен вопрос исследование параметров затирочных машин с лопастным рабочим органом применительно к бетонным смесям средней и высокой жесткости.

Автор диссертационной работы рассматривает эти вопросы с точки зрения имеющихся в этой области, достижений в России. В основу исследования были положены труды ученных Болотного А.В, Батулова А.И, Фарах Аши Фараха, Тура В.А, Лазурева М.А, Во Куанг Зема, Подпригоры А.Г, Мамаева Л.А, Добжинского М, Ярослава Райчыка, Рысс - Березарка С.А.

Цель диссертационной: работы:

- развитие теории механической обработки поверхностей железобетонных конструкций лопастными рабочими органами, определение параметров лопастных затирочных машин различного типа, а также научное обоснование рациональных значений этих параметров.

Для достижения поставленных целей были сформулированы и решены следующие задачи:

- выполнен анализ существующих методов определения параметров заглаживающих машин;

- на основе анализа работ, выполненных ранее в этой области другими учеными и разработанных новых методик исследования, созданы предпосылки для выполнения теоретических исследований с целью выявления рациональных параметров лопастных затирочных машин: соотношения геометрических и кинематических параметров., формы лопастных рабочих органов, коэффициентов перекрытия проходов, угла наклона а лопастей; выявление влияния шероховатости поверхности бетонных конструкций на их эксплуатационные свойства;

- разработаны методики для определения заглаживающей способности лопастных затирочных машин.

Объект исследования диссертационной работы составляет:

- определение основного параметра лопастных затирочных машин -. заглаживающей способности в случае использования лопастных рабочих органов с простым движением; повышение эффективности процесса заглаживания за счет применения рациональных параметров лопастных затирочных машин и совершенствования геометрической формы рабочих органов - лопастей при однопроходной и при многопроходной обработки бетонных поверхностей.

Методы исследования.

Теоретическая исследования возможностей лопастных затирочных машин.

Моделирование процесса заглаживания на основе анализа и изучения ранее выполненных исследований с использованием математического аппарата и компьютерного технологий, проведение экспериментальных измерений и лабораторных исследований процесса заглаживания поверхности бетонного изделия, а также производственной проверки предлагаемых рекомендации в области модификации структуры и оптимизации параметров движения лопастных рабочих органов.

Научная новизна результатов исследований заключается в следующем:

- сформулированы показатели эффективности воздействия лопастного рабочего органа на жесткие бетонные смеси при их затирке;

- разработаны методики проведения эксперимента по определению влияния структурно - реологических свойств бетонной смеси на качество обработки поверхностей, получены зависимости шероховатости от эффективности воздействия;

- определена рациональная геометрическая форма рабочей поверхности лопасти;

Достоверность результатов исследований подтверждается наличием удовлетворительной сходимости значений, полученных при одновременном использовании нескольких разработанных методик (вычисление средне интегральных величин, непосредственное выполнение заглаживающей способности для каждой точки обработанной поверхности, компьютерное моделирования).

Далее с помощью полученных уравнений Spo представляется возможность проанализировать различные режимы взаимодействия системы со средой и найти оптимальное сочетание параметров, обеспечивающие эффективнейшие режимы работы машины. При этом необходимо также проверить правомерность принятых решений (адекватность полученных закономерностей). Эта процедура заключается в проверке - интенсификации теоретически найденных значений, каких - либо результатов и закономерностей процесса с реальным путем сопоставления идентичных расчетных и экспериментальных данных.

Практическая значимость диссертации заключается в следующем:

- определен рациональный угол наклона а лопасти;

- даны рекомендации по применению оптимальных геометрических и скоростных параметров для лопастных затирочных машин;

- сделаны выводы о возможности и перспективности использования обработки частично затвердевших бетонных поверхностей затирочными машинами с лопастными рабочими органами, совершающими определенные плоскопараллельные движения в горизонтальной плоскости;

- определены зоны наиболее вероятного повышенного износа рабочих органов лопастных затирочных машин с простым движением лопасти;

- определена заглаживающая способность лопастных машин;

- определена рациональная геометрическая форма лопастного рабочего органа,

На защиту выносятся:

- результаты обобщения и анализа опыта механической обработки поверхностей бетонных и железобетонных конструкций, позволяющие сформулировать цель и задачи исследования;

- результаты анализа влияния геометрической формы, размеров и расположения рабочих органов лопасти на эффективность его воздействия при обработке поверхностей бетонных конструкций;

- экспериментальные зависимости качества обработки поверхности бетонного изделия от особенностей воздействия лопастного рабочего органа, полученные в результате лабораторных исследований;

- рекомендации, позволяющие рационально применять лопастные рабочие органы.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАБОТЕ ТЕРМИНЫ.

По В.А. Болотном)7)

1. Затирочные машины - сохранить за машинами, предназначенными для обработки твердой бетонной или другой поверхности, предварительно офактуренной слоем раствора.

2. Отделочные машины - следует подразумевать машины для шлифования, шпаклевки, окраски поверхности и т. д.

3. В случаях когда, машина выполняет, кроме заглаживания не затвердевшей бетонной поверхности, дополнительные функции (например: придание поверхности специальных физико - механических свойств, декоративного вида и т. д.) такие машины рекомендуется называть машины для заглаживания и придания поверхности равномерной шероховатости, машины для пропитки и заглаживания поверхности и т. д.

4. Заглаживающая способность рабочего органа Spo - это путь, на протяжении которого рабочий орган воздействует' на каждую элементарную площадку обрабатываемой поверхности.

5. Ручными машинами называют машины, у которых главное движение (движение рабочего органа) производится двигателем, а вспомогательное (подача) и управление выполняются непосредственным воздействием оператора вручную {'11 j.

6. Деформация - изменение размеров и формы материалов под нагрузкой. Если после снятия нагрузки образец материала восстанавливает свои размеры и форму, то деформацию называют упругой, если же он частично или полностью сохраняет изменение формы после снятия нагрузки, то такую деформацию называют пластической [111.

7. Реология - наука, изучающая деформации и течение структурированных вязкопластичных систем [11].

Основные результаты исследований.

1. В данной работе сделана попытка, оптимизировать выбор лопастного органа затирочных машин на основе изучения закономерностей его взаимодействия с уплотненной частично затвердевшей бетонной смесью и установления численных значений критериев, характеризующих процесс затирки.

2. Изучение различные затирочные машин, применяемые в дорожном, аэродромном строительстве и производстве сборного железобетона, Показано, что наиболее приемлемым заглаживающим рабочим органом для затирки жестких смесей (с жесткостью 100. 150 с) является лопасти с простым - поступательным движением, обладающим высокой стабильностью процесса отделки поверхностей большой площади за один проход.

3. Установлено, что качество поверхности железобетонных элементов зависит не только от параметров (W- угловой скорости, м/с;, АР- давлений. Па; W скорости заглаживания, м/с; Spo - заглаживающей способности, м). но и от профиля т.е. геометрических размеров лопастей.

4.Показано, что на всех исследуемых режимах лопасти заглаживает поверхность в пределах класса 4-III. При <х=5". по мере увеличение скорости заглаживания качество отделки улучшается до определенного предела. Однако дальнейшее увеличение утла до 10° приводит к ухудшению качества затирки из-за высоких давлений на поверхность и чрезмерного ее разжижения.

5. Разработана методика определения заглаживающей способности лопастного рабочего органа затирочных машин, а также рациональных формы и геометрических параметров лопастей.

6. Составлены практические рекомендации по обоснованию рабочих параметров лопастных затирочных машин для обработки поверхностей изделий и конструкций, изготовленных из жестких бетонных смесей.

5.5. Сформулировка показателя эффективности воздействия лопастного рабочего органа на жесткие бетонные смеси при их затирке.

Эффективность- нормированный по отношению к затратам ресурсов результат действия системы на определенном интервале времени. Эффектив-ность-это результативность. В процессе обработки железобетона затратным ресурсом является расход энергоносителя, так как рабочий процесс лопастной затирочной машиной (ЛЗМ) представляет собой управляемый энергетический процесс. Поэтому показатель эффективности рабочего процесса ЛЗМ должен учитывать одновременно количество готовой продукции (обработанной бетонной поверхности) и затраты энергоносителя. А критерием эффективности рабочего процесса ЛЗМ, являющимся и его целевой функцией, будет максимум показателя эффективности. В качестве такого критерия принята максимальная удельная техническая производительность при затирке бетонной поверхности м /кг. Координаты одновременного рабочего процесса ЛЗМ и ее энергетического потока, то они характеризуют и энергетический показатель рабочего процесса. Отношение выходной координаты энергетического потока к входной, энергетический показатель рабочего процесса ЛЗМ характеризует эффективность использования энергетического потенциала ЛЗМ.

Рассматриваемая положения, сформулированные на принципах системотехники, определяющие понятие критерия эффективности, можно утверждать, что этим положениям полностью соответствует критерий эффектив-ности-максимум энергетического показателя.

Принятый критерий позволяет оценить показатели эффективности и качества функционирования ЛЗМ, как технического объекта, определить оптимальную структуру и параметры объекта, организовать оптимальное управление его рабочим процессом.

1. Ахвердов И.Н. Основы физики бетона, М.: Стройиздат, 198.1.-464с.

2. Ахвердов И.Н. Теоретические основы бетоноведения: Учеб пособие.- Минск: Выш шк., 1991.-188с.: ил. Александрович А.И., Векшин Б.С., Потапов И.Н. Тензор коэффициентов трения анизотропных поверхностей. Трение и износ.- 1985 (6), 996-1004

3. Ашмарин И.П. и др. Быстрые методы статической обработки и планирования эксперимента. Л.: 1975.

4. Баженов Ю.М. Технология бетона. М,: Стройиздат, 1978,-455с.

5. Баженов Ю.М., Комар В.Г. Технология бетонных и железобетонных изделий. -М.: Стройиздат, 1984,-672с. Болотный А.В. Выбор вида рабочего органа машины для заглаживания незатвердевших бетонных поверхностей .// Изв. вузов. Cip-B0.-1995.-№11.-С. 135-141: ил.

6. Болотный А.В, Заглаживание бетонных поверхностей.-Л.: Стройиздат., Ленингр. отд-ие 1979.-126с.

7. Левицкий Е.Ф., Чернигов В.А. Бетонные покрытия автомобильных дорог.-М. :Трансп., 1980.-288с. Леонтьев Н.Л. Техника статических вычислений.-Л.: 1968. Макридин П.И. Заводская отделка строительных изделий и конструкций.-Пенза:, 1996.

8. Машины для отделочных работ / О.М. Максимова. М.С. Стесни., И.й. Тищенко; Под ред. С.П. Епифанова и др.; Центр, н.-и. И проект.-эксперим. Ин-т орг.механизации и техн. помощи стр-ву.-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Стройиздат, 1984.~224с.: ил.

9. Справ. пособие по строит, машинам).

10. Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента.-М.: 1971.

11. Указания но применению оборудования для отделки поверхности незатвердевших железобетонных изделий / Всесоюз. науч.-исслсд. ин-т технологии сбор, железобетон, конструкций и изделий.-М. 1971.-172с.

12. Хаютин Ю.Г. Монолитный бетон: (Технология пр-ва работ ).-М.: Стройиздат, 1984.-447с.: ил.

13. Шульц В.В. Форма еегесвенного износа деталей машин и инст-румеита.-Л.Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990.-208с.: ил.

14. Алексейцев B.C. Разработка вибрационных методов обработки свежеотформованных бетонных изделий: Дис.канд.техн.наук. Моск.инженер.-строит.ин-т.-М,, 1981 .-148с.: ил.

15. Батулов А.И. Исследование процесса заглаживания поверхности свежеотформоваш ых пространственных конструкций: Дис. канд. техн. паук. Ленингр. инженер.-строит, ин-т.-Л. 1971.

16. Болотный А.В.Теоретическое обоснование электро-щупцового измерения шероховатости поверхности железобетонных изделий //Исследование рабочего процесса строительства каналов.-Л. 1968. -С. 14-32. -(С б. тр. Ленингр. инженер-строит.ун.-га:№53).

17. Мамаев Л.А. Исследование процессов рельефной обработки бетонных поверхностей: Дис.канд.техн.наук / Ленингр. инженер.-строит. ин-т.-Л., -177с.:ил.

18. Дис.канд.техн.наук / Ленингр. инженер.-строит. ин-т.-Л., 1983.-187с.:ил.

19. Во Куанг Зием. Оптимизация параметров машин для обработки незатвердевших бетонных поверхностей. имеющих водостойкие добавки: Дис-с. канд.техн. наук / Ленингр. инженер. -строит. ин-т.-Л .,1 987

20. Рысс-Березарк С.А. Определение параметров заглаживающих машин с дисковым рабочим органом с простым и сложным движением: / Дисс. канд.техн.наук. / С-Петерб.гое.архитек-т}ф.-строит.>и-т.-Санкт-Петербург., 1999 .-167с. :ил.

21. Райчык Я. Научные основы выбора рациональных параметров машин с дисковыми рабочими органами для обработки бетонных поверхностей: Дис. д-ра техн. наук / С-Петерб.гос. архи-тектур.-строит.\'н-т.-Санкт-Петербург., 1998.-241 слил.

22. Райчык Я. Научные основы выбора рациональных параметров машин с дисковыми рабочими орг анами для обработки бетонных поверхностей: Дис. д-ра техн. наук С-Петерб.гос. архи-тектур.-строит.ун-т.-Санкт-Петербург., 1998.-241 слил.

23. Райчык Я. Оптимизация параметров заглаживающий машин для обработки поверхностей изделий, отформованных из пластичных бетонных смесей в условиях ПНР: Дис. канд. техн. наук / Ленингр.инженер.-строит .ин-т.-Л., 1989.-230с.лиг

24. Подпригора А.Г. Определение оптимальных параметров и режимов работы для заглаживания изделий, отформованных из легких бетонов: Дисс.кандлехн.наук / Ленингр.инженер.-строит, ин-ть,-Л., 1989

25. Фарах Аши Фарах. Исследование бруеовых заглаживающих машин: Дис. канд. техн. наук / Ленингр.политехн.ин-г им.М.И. Калинина.-Л., 1977.-196с.:ил.

26. Поверхность бетонной смеси обработанной лопастным рабочим органом в виде параллелограмма.

27. Поверхность бетонной смеси обработанной лопастным рабочим органом в виде иараллсло! рамма.

28. Поверхность бетонной смеси обработанной лопастным рабочим органом в виде параллелограмма.

29. Поверхность бетонной смеси обработанной лопастным рабочим органом в виде трапецеидальной формы с уменьшающей ширины по мере удаления от оси вращения.

30. Поверхность бетонной смеси обработанной лопастным рабочим органом в виде трапецеидальной формы с уменьшающей ширины по мере удаления от оси вращения.

31. Поверхность бетонной смеси отработанной лопастным рабочим органом в виде трапецеидальной формы с увеличивающей ширины по мере удалении от оси вращения.

32. Поверхность бетонной смеси обработанной лопастным рабочим органом в виде трапецеидальной формы с уве.шчивающей ширимы по мере удаления от оси вращения.204