автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Повышение эффективности оборудования для обработки каменных и бетонных поверхностей

Введение

Глава I: Развитие польского каменного сырья, каменных, камнеподобных и бетонных материалов и изделий

1.1. Характеристика польского каменного сырья

1.2. Анализ материалов и изделий из строительного камня и бетона

1.3. Применение архитектурного бетона и отходов от обработки природного камня

1.3.1. Обзор технологии производства терразитовых покрытий

1.4. Выводы

Глава II. Развитие технологических процессов и оборудования для обработки каменных и бетонных поверхностей

2.1. Получение и обработка поверхности каменных облицовочных плит

2.2. Ударный и термический способ обработки, распиловка блоков на плиты из каменных и камнеподобных материалов

2.3. Технологический процесс распиловки блоков и раскрой плит, развитие технологического оборудования

2.4. Исследование водоструйного метода резки и развитие шли-фовально-полировальных машин при обработке каменных и бетонных поверхностей

2.5. Выводы

Глава III Теоретический анализ способности воздействия шлифовальных дисков на обрабатываемую поверхность и пути повышения эффективности оборудования 3.1. Воздействие дискового рабочего органа на обрабатываемую поверхность

Анализ эффективности воздействия на обрабатываемую поверхность дисковых рабочих органов, имеющих применяемую на практике и модифицированную геометрическую конструкцию

Оптимизация показателей способности воздействия дисковых рабочих органов на обрабатываемую поверхность каменных, камнеподобных и бетонных изделий Математические модели для показателей способности воздействия на обрабатываемую поверхность дисковым рабочим органом с вращательным и поступательным движениями

Анализ влияния перекрытий проходов на эффективность воздействия сплошного диска на обрабатываемую поверхность Выводы

Экспериментальные исследования проверки теоретических закономерностей эффективности оборудования для обработ ки поверхностей природного камня, камнеподобных и бетон ных изделий

Исследования корреляции эффектов воздействия на поверх -ность природного и искусственного камней с расчетными показателями способности воздействия дискового рабочего органа

Методика проведения экспериментов

Анализ степени корреляции эффектов воздействия дискового рабочего органа с теоретической способностью его воздействия

Технико-экономические показатели оптимальных парамет

Современное гражданское и промышленное строительство - это объекты с отделочным цветным, односторонне светопроницаемым стеклом и природным, предварительно обработанным камнем, камнеподобным и бетонным материалами. Широкое применение природного камня известно и в мемориальном строительстве, а также при возведении вокзалов, аэропортов, станций метрополитена, подземных и надземных пешеходных переходов, набережных и других сооружений.

И хотя, промышленность искусственного камня (бетона во всех его разновидностях, керамики, каменного литья), обладающего рядом преимуществ перед природным, природный камень никогда не потеряет своего значения, так как обладает по сравнению с другими строительными материалами высокой механической прочностью, долговечностью и декоративно -художественным качествами. При этом, перед инженерами стоит задача умело и рационально сочетать природный и искусственный камень, эффективно его использовать в широком спектре строительства.

Использование природного камня и камнеподобных материалов в строительстве зависит от их естественных характеристик, месторождений в конкретной стране, стоимости импорта, а также от возможностей и качества обработки поверхности материала, которая должна являться декоративной частью объекта строительства. Производство правильной добычи, распиловки и обработки поверхности природного камня позволяют раскрыть содержимое в нем богатство декоративных свойств. В этом смысле, обработка поверхности строительного камня схожа обработке полудрагоценных и драгоценных камней.

Имеющиеся залежи строительного камня как в Польше, так и в России позволяют полностью удовлетворить все возрастающие потребности строительства. И независимо от того, кто является инвестором, отечественная или зарубежная фирма, используются, например в Польше природные камни, 6 обрабатываемые на местных заводах. Поэтому целесообразным является краткое описание этого сырья в Польской Республике.

Современные технологии позволяют получать большую разновидность декоративного бетона, в том числе облицовочные и выстилочные плиты, а также другие архитектурно- строительные изделия. Огромное значение приобретает при этом использование отходов от обработки природного камня для создания отделочного слоя на железобетонных стеновых панелях, изготовления мозаичных художественных плит, применяемых для устройства покрытий полов и т.п.

Желаемое качество поверхности природного камня и камнеподобных материалов, бетонных и железобетонных изделий для нужд строительства получается путем технологических операций шлифовки и полировки. Технологии этих обработок определяются как характеристиками обрабатываемого материала, так и операциями добычи и распиловки камня в соответствующие блоки и плиты, а в случае камнеподобных материалов и бетонных и железобетонных изделий для нужд строительства - технологией их производства.

Краткая характеристика каменного строительного сырья Польши, а также каменных и камнеподобных строительных материалов изложены в 1 главе диссертации. Дано краткое описание технологии производства терра-зитовых покрытий полов и панелей.

Стремление к повышению качества и уменьшению стоимости обработки привело к широкому развитию оборудования и их рабочих органов для шлифовки и полировки поверхности природного строительного камня, камнеподобных материалов и бетонных и железобетонных изделий. Обзор способов добычи и распиловки строительного камня в соответствующе блоки и плиты, а также более распространенных решений конструкций станков и их оборудования для распиловки, шлифования и полирования поверхности камня, их развитие приведен во II главе. 7

Качество, стоимость шлифовки и полировки данного природного камня, камнеподобных материалов, бетонных и железобетонных изделий определяются эффективностью воздействия рабочего органа станка на обрабатываемую поверхность. В III главе дан теоретический анализ эффективности воздействия для полученных геометрических конструкций шлифовальных и полировальных рабочих органов по прямолинейному технологическому маршруту их перемещения. Для решения этих вопросов применена разработана специальная компьютерная программа моделирования геометрической конструкций и оптимизации параметров движения дисковых рабочих органов для обработки каменных и бетонных поверхностей, даны более эффективные параметры движения для конкретного рабочего органа, а также теоретически определены лучшие системы обработки.

В главе IV изложены результаты экспериментальных исследований, в которые заложена проверка теоретических закономерностей воздействия рабочего органа на поверхность каменной плиты путем измерений зарисовки поверхности с применением новейшего измерительного прибора, а также эффективности применения оптимальных перекрытий проходов и разработанной геометрической конструкции рабочего органа при обработке поверхности терразитовой плиты. В результате экспериментов выявлены направления повышения эффективности оборудования для обработки природного камня, камнеподобных материалов, бетонных и железобетонных изделий.

Тема диссертации является актуальной, так как проблема качества строительной продукции в настоящее время стоит остро. Важную роль в современном промышленном и гражданском строительстве играет качество строительной продукции, которое можно повысить за счет внедрения высокоэффективного оборудования. Снижение трудоемкости работ, стоимости изготовления шлифованных каменных, бетонных и 8 железобетонных изделий путем повышения эффективности оборудования, является одной из главных задач современного строительного производства.

За последние годы, как в Польше, так и в России появилось много фирм, занимающихся производством и продажей машин и оборудования для дорожного, гидромелиоративного, аэродромного и гражданского строительства, заводов ЖБИ и строительных предприятий, в том числе станки и инструменты для обработки поверхности каменных, бетонных и железобетонных изделий. Это в большинстве случаев технически несовершенные машины и оборудование, но предлагаемые как самые современные с высокой эффективностью. Отсутствие критерий объективной оценки и методов их работоспособности ведет к ограниченности использования и экономическим потерям. Недостаточно развиты методики расчета эффективности, учитывающие условия работы оборудования, его производительность, надёжность, объемы работ и номенклатуру изделий, экономическую ситуацию, требования рынка и др.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности рабочих органов оборудования для обработки каменных и бетонных поверхностей путем определения его рациональных геометрических форм рабочих органов и режимов их работы с разработкой методов оценки их эффективности.

Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:

- провести анализ существующих конструкций машин и оборудования, рабочих органов для обработки каменных и бетонных поверхностей;

- исследовать основные рабочие процессы шлифования поверхности каменных, камнеподобных, бетонных и железобетонных изделий;

- на основе анализа рабочих процессов разработать методику определения эффективности различных по геометрической конструкции видов рабочих органов шлифовальных машин и оборудования; 9

- разработать методику для выбора оптимальной формы шлифующей поверхности рабочих органов оборудования для обработки поверхности каменных, камнеподобных, бетонных и железобетонных изделий;

- разработать методику для выбора оптимальных проходов перекрытий рабочего органа по обрабатываемой поверхности и выбора наиболее эффективного маршрута его технологического движения.

Объект и методы исследования составляют:

-показатели способности воздействия рабочих элементов шлифовальных и полировальных дисков на обрабатываемую поверхность каменных, камнеподобных, бетонных и железобетонных изделий;

-рабочие параметры шлифовально-полировальных станков и оборудования для обработки поверхности строительных изделий;

-повышение эффективности процессов шлифования и полирования поверхностей каменных, камнеподобных, бетонных и железобетонных изделий за счет применения оптимальных геометрических конструкции и параметров работы дисковых абразивных инструментов.

Методология исследования включает в себя:

-использование компьютерной программы моделирования геометрической конструкции и оптимизации параметров движения дисковых рабочих органов машин для обработки плоских поверхностей;

-использование методов многофакторного анализа исследуемых явлений и математической статистики при обработке результатов наблюдений;

-проведение инструментальных измерений и производственных исследований процесса воздействия шлифовального инструмента на обрабатываемую поверхность;

-проведение экспериментальной проверки предлагаемых рекомендаций в области модификации геометрической конструкции и оптимизации параметров движения дисковых рабочих органов. Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

10

-разработаны критерии оценки эффективности воздействия дискового шлифовального инструмента на обрабатываемую поверхность и сформулированы показатели способности воздействия рабочих органов шлифовально-полировальных машин и оборудования;

-разработана методика рационализации технологического процесса обработки плоских поверхностей дисковыми рабочими органами с использованием математических моделей;

-экспериментально установлена взаимосвязь теоретической характеристики способностей воздействия дискового рабочего органа и эффектов его абразивного воздействия на поверхность изделия.

Достоверность результатов исследований подтверждаются удовлетворительной сходимостью теоретических положений и экспериментальных данных, а также результатами проверки работоспособности и эффективности предложенных конструктивных и технологических разработок в производственных условиях.

11

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. В диссертации созданы и экспериментально проверены основы теории воздействия дисковых рабочих органов на обрабатываемую поверхность и разработаны методы теории и практики технологии абразивной обработки поверхностей каменных, камнеподобных, бетонных и железобетонных изделий: -анализа показателей эффективности обработки с помощью применяемых дисковых рабочих органов и систем обработки поверхности; -моделирования структуры поверхности дисковых рабочих органов и оптимизации показателей эффективности обработки для данной структуры дискового рабочего органа путём подбора скоростей и технологических маршрутов его движения по обрабатываемой поверхности.

2. Разработанная компьютерная программа моделирования геометрической конструкции и оптимизации технологических маршрутов движения дисковых рабочих органов позволила выявить параметры эффективности воздействия на обрабатываемую поверхность изделия и показать влияние геометрической формы, размеров и расположения рабочих элементов диска (геометрической конструкции дискового рабочего органа), а также систем обработки, на формирование фронта и показателей эффективности его воздействия при абразивной обработке поверхности каменных, камнеподобных и бетонных изделий. Установлено, что из 11-ти рассмотренных геометрических конструкции поверхности дисковых рабочих органов только модифицированные автором геометрические конструкции позволяют получить необходимые значения показателей эффективности и фронт обработки поверхности с применением перекрытий проходов.

3. Определены направления улучшения показателей абразивной обработки поверхностей геометрической конструкции дисковым рабочим органом и разработаны новые геометрические конструкции поверхности дисковых рабочих органов, обеспечивающие хорошие показатели эффективности обработки с применением перекрытий одного прохода по обрабатываемой

152 поверхности.

4. Разработана методика оптимизации параметров технологии абразивной обработки плоских поверхностей каменных, камнеподобных, бетонных и железобетонных изделий с применением полученных автором математических моделей показателей способности, учитывающих конструкционную характеристику дискового рабочего органа и кинематические пара метры его работы (скорость собственного вращения диска, маршруты дви жения центра диска и скорости только поступательного движения центра диска).

5. Производственными экспериментами установлена зависимость показателя шероховатости обрабатываемой поверхности изделия от показателя способности воздействия дискового рабочего органа.

6. Постановкой производственных экспериментов показан примерный ход совершенствования систем автоматической обработки поверхности бетонных изделий на примере шлифования поверхности терразитовой плиты.

7. Производственными экспериментами подтвержден технико-экономический эффект применения при обработке поверхности бетонного изделия теоретически обоснованной геометрической конструкции поверхности дискового рабочего органа и оптимизации перекрытий его проходов.

153

1. Берлин Ю.А., Сычев Ю.И.: Металловедение для каменообработчиков,- Л.: Стройздат, 1986. С. 97.

2. Болотный А.В.: Заглаживание бетонных изделий. Л.: Стройиздат, 1979. -128 с.

3. Малин В.И.: Наружная и внутренняя облицовка зданий природным камнем. Высшая школа. Москва. 1985. - С. 279.

4. Райчык Я.: Научные основы выбора рациональных параметров машин с дисковыми рабочими органами для обработки бетонных поверхностей. Док. Диссертация. С. Петербургский Государственный Архитектурно-строительный университет, 1999. С. 267.

5. Райчык 3.: Экономический аспект переработки природного камня. //Тезисы докладов научно-технической конференции в рамках проблемы „Наука и мир,,. Брест 1995. - с. 119-120.

6. Райчык Я., Райчык 3. Заглаживание бетонных поверхностей машинами с дисковыми рабочим органам: Материалы. Научно-технической конференций посвященной 30-летю института. Брест, 1996.-ч II.-С. 68 - 69.

7. Bordyn S.: Czas marmuru i granitu //Materialy budowlane: 1995. № 1. -s. 21-23.

8. Burghard- Worfel H ., Alkire T.D., Doll F.: Nowe technologie potrzebuj^ wody.// Kamien naturalny:1996.- № 1 s. 20 - 24.

9. Chudzicki M.: Kamien naturalny w budownictwie.//Kamien naturalny: 1997,-№ 11. s. 31 - 34.

10. Doll F., Hafner W.: fascynacja strumieniem wodnym: przegl^d produkowanych maszyn. //Kamien naturalny: 1966. № 4. s. 13-16.

11. Ganster U., Brell M.: Maszyny do szlifowania, polerowania i frezowania. //Kamien naturalny: 1966. № 9. s. 24 - 25.

12. Gerloff M.: Technika ci^cia wodno strumieniowego 5 lat doswiadczen.154

13. Kamien naturalny. 1966. № 4. s. 19 - 20.

14. Goralczyk S.: Stan i kierunki normalizacji kamienia budowlanego w Polsce. Podstawowe cele i zadania. //Kamien naturalny w budownictwie. PIG Warszawa. 1998,- S. 120.

15. Hogan G.: Ci^cie twardego granitu. //Kamien naturalny. 1997. № 10 -s. 23-25.

16. Jakubowski G.: Polski kamien naturalny Wyd. PIKIEL, Warszawa 1997. -S. 132.

17. Jamrozy Z.: Beton i jego technologie. Wyd. PWN. Warszawa. 2000. S. 485.

18. Jedrzejczak E.: Kamien w Polsce. //Kamien naturalny. 1996. № 3. s. 33-38.

19. Jedrzejczak E.: Klasyfikacja i wlasnosci surowcow skalnych .//Kamien naturalny. 1966. № 6. s. 33-36.

20. Jedrzejczak E .: Granit masywu Strzegom-Sobotka. //Kamien naturalny: 1996. №7.-s. 33-35.

21. Jedrzejczak E.: Granit masywu Strzelinskiego. //Kamien naturalny. 1996. № 9. -s. 27-31.

22. Jedrzejczak E.: Granit masywu Michalowice. //Kamien naturalny. 1996. № 8 -s. 28 30.

23. Jedrzejczak E.: Granit masywu Karkonoskiego. //Kamien naturalny. 1996. №10.-s. 32 35.

24. Jedrzejczak E.: Drobne wyst^pienia skal granitowych w Polsce. //Kamien naturalny. 1996. № 11. s. 27 - 30.

25. Jedrzejczak E.: Sjenity. //Kamien naturalny. 1997. № 1. s. 31 - 34.

26. Jedrzejczak E.: Andezyty. //Kamien naturalny. 1997. № 4. s. 29 - 31.

27. Jedrzejczak E.: Granity. //Kamien naturalny. 1997. № 9. s. 33 - 35.

28. Krol I.: Elewacje z kamienia. //Przewodnik budowlany. 1998. № 1 s. 30 - 34.

29. Manczak K. Technika pianowania eksperymentu. Wydawnictwo Naukowo -Techniczne. Warszawa. 1976. S. 131.

30. Manczak K. Metody identyfikacji wielowymiarowych obiektow sterowania. Wydawnictwo Naukowo -Techniczne. Warszawa 1979. S 244.155

31. Przeniosio S.: Krajowa baza kamienia naturalnego. //Kamien naturalny w budownictwie. Wyd. PIG. Warszawa. 1998. S. 120.

32. Rajczyk J. Rajczyk Z.: Charakterystyka narz^dzi diamentowych dla obrobki materialow budowlanych. //Problemy budownictwa w regionie cz^stochowskim do roku 2000. Materiaty konferencji naukowo-technicznej. Cz^stochowa. 1994. s. 66-78.

33. Rajczyk J., Rajczyk M.: Technologia robot kamieniarskich, skrypt Wydawnictwa Politechniki Cz^stochowskiej. Cz^stochowa 1997. S. 82.

34. Rajczyk J., Labocha S.: Uwagi о eksploatacji narz^dzi diamentowych. //Maszyny, Urz^dzenia & Narz?dzia. BUDMEDIA. № 2. 1997. s. 23 27.

35. Rajczyk J.: Oddzialywanie elementow roboczych na obrabiany material //Maszyny, urz^dzenia & narz^dzia. BUDMEDIA. 1997. № 2. - s. 7 - 10.

36. Rajczyk Z., Karnia A.: Formowanie i obrobka posadzek typu terazzo. //Maszyny, urz^dzenia & narz^dzia. BUDMEDIA. 1998. № 2. - s. 45 - 48.

37. Rajczyk J., Rajczyk M., Rajczyk Z. Recycling of Waste Brick and Reinforced-Concrete Debris. Proceedings of The Fourteenth International Conference On Solid Waste Technology and Management. Philadelphia, 1998.

38. Rajczyk J. Rajczyk Z.: Efektywnosc obrobki powierzchni betonowych, a struktura geometryczna elementu roboczego. //Maszyny, urz^dzenia & narz?dzia. BUDMEDIA. 1999. № 2. - s. 10 - 11.

39. Rajczyk M. Rajczyk J. Rajczyk Z.: Odbior jakosci robot kamieniarskich. //Maszyny, urz^dzenia & narz?dzia. BUDMEDIA. 1999. № 2. - s. 19 - 21.

40. Rajczyk Z.: Narz^dzia diamentowe. //Maszyny, urz^dzenia & narz^dzia. BUDMEDIA. 1999. № 2. - s. 22 - 24.

41. Rajczyk J.: Metodyka okreslenia efektywnosci pracy maszyn i urz^dzen do obrobki kamienia budowlanego. //Maszyny, urz^dzenia & narz^dzia. BUDMEDIA. 1999. № 2. - s. 48 - 49.

42. Rajczyk M. Rajczyk J. Rajczyk Z.: Zastosowanie liny diamentowej w budownictwie. //Maszyny, urz^dzenia & narz^dzia. BUDMEDIA. 1999. № 2. -s. 15-17.156

43. Rajczyk J., Rok M. Maszyny i narz^dzia do ci^cia, przecinania twardych materialow budowlanych. //Maszyny, Urz^dzenia & Narz^dzia, Nr 2, 1999, str. 8-12.

44. Rajczyk Z.: Obrobka powierzchni kamienia budowlanego. //Efektywnosc i niezawodnosc w budownictwie Materialy III mi^dzynarodowego seminarium naukowego. Cz^stochowa 2001. s. 71 - 87.

45. Schwate W.: Ci^cie wodno strumieniowe w trzech plaszczyznach. //Kamien naturalny. 1996. №5,-s. 23 24.

46. Schwate W.: Narz^dzia pneumatyczne w kamieniarstwie. //Kamien naturalny. 1997. №2. -s. 23 -25.

47. Schwate W.: Wyposazenie do strumieniowania. //Kamien naturalny. 1997. №10.-s. 27 -29.

48. Wilcke H., Thuning W.: Kamieniarstwo. Wyd. PIKIEL. Warszawa 1997. -S. 349.

49. Materialy Informacyjne firmy: Said (Italia) i EHWA (Korea). //International Diamant Boart. 1995.-№ll.s. 17-19.

50. Materialy reklamowe firmy PROMECH.

51. Materialy reklamowe firmy Makron-Fickert & Winterling GmbH. //Kamien naturalny. 1996. № 12. - s. 28.

52. Materialy reklamowe firmy Denver.

53. Materialy reklamowe firmy Swingbreton HC. Ci^cie granitu lancuchem diamentowym. //Kamien naturalny. 1996. № 4.-s. 24.

54. Materialy reklamowe firmy EHWA Diamant Industrial Co, Ltd. //Kamien naturalny. 1996. №2. - s. 15.

55. Materialy reklamowe firmy Heigl //Stein. 1996. № 1. - s. 80.

56. Materialy reklamowe firmy Konig Schmieder. //Stein. 1996. № 6. - s. 49.

57. Materialy reklamowe firmy MKS Funke. //Stein. 1997. № 9. - s. 83.

58. Materialy reklamowe firmy WSAS Diamond Spiewak: www. diamont-spiewak.com.pl. 2001.157

59. Przyrz^d do mierzenia chropowatosci powierzchni typu SJ- 201 firmy Mitutoyo. //Instrukcja obstugi.

60. Rajczyk J., Rajczyk M., Rajczyk Z., L^ski T. Urz^dzenie do pomiaru chropowatosci. Patent Nr 178143, z 13.04.00.

61. Rajczyk J. Rajczyk M. Pabian A. Rajczyk Z. Kalinowski J. Sposob okreslenia wartosci zast^pczego pomiaru chropowatosci. Zgtoszenie projektu z 9.06.1998.

62. Rajczyk J., Rajczyk M., Rajczyk Z., Pabian A. Urz^dzenie do pomiaru chropowatosci. Patent Nr 181117, z 17.09.01.

63. Евтюков С.А. Повышение эффективности основных технологических процессов производства арматуры ЖБК. СПб гос. арх.-строит. ун-т,-СПб,1998.162с.

64. Сизиков С.А., Евтюков С.А., Райчык Я. Организация комплексно-механизированных работ в строительстве: Учеб.пособие. СПб гос. арх.-строит. ун-т.-СПб, 1999.148с.

65. Евтюков С.А., Райчык Я., Рысс-Березарк С.А. Строительные машины. СПб гос. арх.-строит. ун-т.-СПб,2000.167с.

66. Евтюков С.А., Райчык Я., Рысс-Березарк С.А. Строительно-дорожные машины. СПб гос. арх.-строит. ун-т.-СПб,2001.180с.

67. Jevtiukow S.A., Rajczyk Z. Modele matematyczne dla wskaznikow skutecznosci oddziafywania na obrabian^ powierzchni^ tarczowymi narz^dziami roboczymi./ Zeszyty Naukowe P.Cz. N~° 9. Cz^stochowa 2002. -s.27-34.

68. Jevtiukow S.A., Rajczyk Z., Helm P. Tarcza do szlifowania powierzchni mineralnych. Zgloszenie projektu z 8.05.02.

69. Райчык 3. Обработка поверхности строительного камня//Докл. 3-й межд., науч. семинара «Эффективность и надежность в строительстве»,-СПбГАСУ- Politechnika Cz?stochowska, 2001, с. 71 87.159