автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Прогнозирование перспективных конструкций и оптимизация параметров и рабочего процесса поршневых бетононасосов

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Обзор бетононасосного оборудования. Выбор объекта и направления исследования

1.2. Анализ методов прогнозирования и оптимизапии, разработка алгоритма для определения оптимальных конструкций перспективных образцов поршневых бетононасосов

1.3. Требования к системе "Поршневой бетононасос" и обоснование критериев эффективности создаваемых машин

1.4. Постановка пели и задач исследований

1.5. Выводы

ГЛАВА 2. ПРОГНОЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИЙ ПОРШНЕВЫХ БЕТОНОНАСОСОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАТЕНТНОЙ ИНФОРМАЦИИ

2.1. Сбор и обработка патентной документации

2.2. Разработка морфологической классификации, поршневых бетононасосов

2.3. Исследование тенденций развития поршневых бетононасосов на основе анализа массивов патентов

2.4. Морфологический анализ функциональных возможностей поршневых бетононасосов

2.5. Качественный анализ патентной информации и выбор перспективных конструкций КРУ поршневых бетононасосов

2.6. Выводы III

ГЛАВА 3. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ "ПОРШНЕВОЙ

БЕТОНОНАСОС" ИЗ

3.1. Исследование параметров поршневых бетононасосов ИЗ

3.2. Анализ связей между параметрами поршневых бетононасосов с использованием теории подобия

3.3. Оптимизация параметрической модели поршневых бетононасосов методом корреяяпионного анализа

3.4. Разработка показателя для опенки технического уровня параметров и конструкций поршневых бетононасосов

3.5. Разработка методики расчета технических параметров и оценки качества поршневых бетононасосов

3.6. Выводы

ГЛАВА 4. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ "ПОРШНЕВОЙ

БЕТОНОНАСОС"

4.1. Анализ функциональных возможностей системы машинного комплекса

4.2. Исследование рабочего процесса поршневого бетононасоса с гидроприводом

4.3. Исследование влияния конструктивных особенностей бетононасосов на энергоемкость рабочего процесса и поиск новых конструкций машин

4.4. Поиск и анализ новых технических средств для снижения статической составляющей потерь давления при подаче бетонной смеси по бетоноводу

4.5. Вывода

ГЛАВА 5. ВЕРИФИКАЦИЯ ПРОГНОЗНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1. Комплексная верификация прогноза конструкций поршневых бетононасосов

5.2. Верификация вероятностных параметрических связей путем физического моделирования

5.3. Экспериментальная проверка эффективности локального вибрационного воздействия на структуру потока транспортируемой по трубам бетонной смеси

Основными направлениями экономического и социального развития СССР, на 198М985 годы и. на период до 1990 года [ I ] предусматривается "значительно увеличить масштабы создания и внедрения в производство новой высокоэффективной, техники, обеспечивающей рост производительности труда, снижение материалоемкости и. энергоемкости*, улучшение качества выпускаемой продукции, повышение ее конкурентоспособности на внешнем рынке".

В строительном, дорожном и коммунальном машиностроении предусмотрено также "создать высокопроизводительные машины для комплексной механизации основных работ на всех стадиях строительного производства и освоить их выпуск".

В отечественной практике строительства за последние 10-15 лет в структуре используемых материалов строительного производства отмечается интенсивное увеличение доли монолитного бетона и железобетона. По прогнозным оценкам ЦНИИОМТП в 1990 году товарного бетона будет использоваться более 250 млн.м3, что в 3 раза больше объемов использования монолитного бетона и железобетона в 1970 году.

Увеличение объема бетонных работ требует создания и внедрения нового высокопроизводительного оборудования и прежде всего бетононасосов - эффективного средства комплексной механизации бетонных работ. Как показывает опыт эксплуатации, бетононасосы позволяют во многих случаях значительно снизить трудоемкость и себестоимость работ, повысить производительность труда и культуру производства [ 2—5 ] .

Первый механический бетононасос был предложен в 1913 году в США. К середине ЗО-х годов такие машины появились и в других странах. В СССР поршневые бетононасосы с механическим приводом широкое распространение подучили к середине 50-х годов. В то же время появились первые гидравлические бетононасосы, которые к началу 70-х годов полностью вытеснили механические.

За рубежом насчитывается около 250 моделей бетононасосов с гидроприводом, различных по мобильности, конструктивному исполнению, показателям назначения. Наибольшее количество бетононасосов выпускают фирмы ФРГ, США, Великобритании, Италии.

В Советском Союзе НПО "ВНИИстройдормаш" разработана конструкция автобетононасоса СБ-126, серийный выпуск которого освоен на специализированном заводе в г.Туймазы. По лицензии фирмы "Штеттер" на Кемеровском опытном ремонтно-механическом заводе выпускается автобетононасос Ш-80-20.

Разработкой и исследованием-бетононасосов в Советском Союзе занимаются также ЦНИИОМТП Госстроя СССР, Минстрой СССР, Минэнерго СССР, ЭПКБ Главтяжстроймеханизации, НПО "Союзспецфундамент-тяжстрой" Минтяжстроя СССР и др. Затраты на создание поршневых гидравлических бетононасосов с 1970 по 1980 год превысили I млн. рублей [б] . Всего было создано 16 различных опытных образцов машин. Однако их серийный выпуск до сих пор не освоен. За рубежом же постоянно увеличивается не только число новых моделей, но и серийный выпуск ранее освоенных машин.

1 Отставание в создании отечественных бетононасосов объясняется, в первую очередь, отсутствием должного внимания-к прогнозированию и изысканию перспективных конструкций машин, оптимизации параметров и рабочего процесса поршневых бетононасосов. Решение этих вопросов и определило основное направление исследования.

При проектировании новых машин необходимо предусмотреть, чтобы к моменту серийного производства их основные - технико-экономические показатели соответствовали лучшим отечественным и зарубежным образцам или превосходили эти показатели.

Технический уровень машин можно повысить только в том случае, если определены пути совершенствования их конструкций, оптимизации параметров и интенсификации рабочего процесса.

Основным методом определения перспектив совершенствования оборудования является прогнозирование, которое базируется на комплексном анализе патентной и параметрической информации. Используя комплекс методов прогнозирования, можно выявить перспективные структурные и-параметрические модели машин и, таким образом, определить исходный комплекс оптимальных требований, предъявляемых к объекту исследования на стадии разработки техническое го задания на проектирование.

В данной работе рассмотрены вопросы совершенствования методического подхода к оптимальному проектированию поршневых бетононасосов как технических систем и определены перспективные направления и средства повышения технического уровня создаваемых машин на основе разработанной комплексной методики прогнозирования, вероятностной оптимизации и верификации путем физического моделирования. Разработана методика структурной оптимизации технических средств по патентной информации, по которой проведено исследование конструкций поршневых бетононасосов; определены перспективные направления развития и тенденции совершенствования машин, предложены новые конструктивные решения основных узлов бетононасосов (14 решений признаны изобретениями). Разработана методика расчета параметров поршневых бетононасосов, основанная на теории подобия и статистическом анализе параметров созданных машин, отражающем опыт их конструирования. Для оценки технического уровня создаваемых машин предложен комплексный показатель, включающий количественную оценку структурной параметрической и функциональной оптимизации. Разработана математическая модель рабочего процесса поршневых бетононасосов. Анализ модели позволил определить направления поиска технических средств в делях снижения инерционных и гидравлических потерь давления при транспортировании смеси по трубам поршневыми бетононасосами. По разработанной методике структурной оптимизации найдены новые рациональные технические решения и доказана возможность снижения с их помощью энергоемкости рабочего процесса. Верификация прогнозных исследований производилась на полноразмерных стендах и на физических моделях.

Научным принципом, доложенным в основу работы, является вероятностный подход к определению структурных и параметрических моделей перспективных образцов поршневых бетононасосов.

В качестве метода исследования выбран системный подход с использованием элементов морфологического и структурного анализа, теории подобия, статистики и моделирования.

Выполненная работа -» часть комплекса работ по разработке, исследованию и внедрению поршневых гидравлических бетононасосов, выполняемых НПО мЕНИИстройдормашп Минстройдормаша СССР, НПО "Со-юзспецфуцдаменттяжстройя Минтяжстроя СССР и научно-исследовательской лабораторией строительного производства при Карагандинском политехническом институте.

Исследование проводилось в соответствии с тематическим планом НПО "Союзспецфундаменттяжстрой" и "Комплексной целевой программой совершенствования организации, технологии и механизации бетонных работ в Минтяжстрое СССР на 1981-1985 гг.". Результаты выполненных исследований использованы при создании бетононасосов ЕГБ-1; ЕНП1-20; ЕН-40 И ЕН-Ш-20-00А.

Основные положения диссертационной работы доложены и подучили одобрение на Всесоюзном совещании "Фундаментостроение в сложных грунтовых условиях", г.Алма-Ата, 1977 г.; на научно-технической конференции Карагандинского политехнического института, г.Караганда, 1982 г.; на конференции "Совершенствование процесса прогнозирования развития науки и техники", г.Ленинград, 1982 г.; на заседаниях секции "Механизация" научно-технического совета НПО "Союзспецфундаменттяжстрой", г.Караганда, 1980-1982 гг.

Результаты исследований обобщены в отчетах о научно-исследовательских работах: "Исследование поршневых бетононасосов и прогнозирование их перспективных конструкций" и "Разработать прогноз развития бетонотранспортного оборудования до 1990 года", имеющие номера государственной регистрации соответственно 01820074021 и 81095650. По результатам исследований опубликовано шесть статей, получено 14 авторских свидетельств и положительных решений ШИИГПЭ по заявкам на изобретения. За участие в исследовании, создании и внедрении бетононасосов автор работы удостоен бронзовой медали ВДНХ СССР.

4. ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Поршневой гидравлический бетононасос ЕГБ-1 в процессе эксплуатации показал удовлетворительную работу всех основных узлов, гидропривода, системы управления, бетоновода.

2. За время эксплуатации бетононасоса ЕГБ-1 в кассетном цехе Карагандинского домостроительного комбината было уложено о

2125 м бетонной смеси.

3. Экономический эффект от применения бетононасоса по сравнению с крановой укладкой бетонной смеси за время эксплуатации составил 1955 руб.

Расчет экономической эффективности прилагается.

4. В целях улучшения конструкции и привязки бетононасоса к условиям производства Карагандинского ДСК необходимо разработать техническую документацию на конструкцию распределительной стрелы и стационарного бетоновода для механизации распределения бетонной смеси по кассетам.

ЧЛЕНЫ КОМИССИИ:

Главный механик Карагандинского ДСК

Главный технолог Карагандинского ДСК

Начальник производства

Начальник кассетного цеха

Начальник отдела механизации бетонных работ КазПТИФ

Старший научный сотрудник НИЛСП КПТИ

Нач.группы отдела механизации свайных работ КазПТИФ

Старщий научный сотрудник НИЛСП КПТИ

С.Я.Журба

Р.И.Лопущанский И.И.Даниленко

A.П.Мозер

B.Н.Щелконогов В.Д.Хованский В.А.Космаков В.Л.Ли