автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Рабочий процесс и методика проектирования гравитационного вибрационного бетоносмесителя

Введение.

Глава 1. Обзор и анализ процесса приготовления бетонных смесей и конструкций бетоносмесителей.

1.1. Технология процесса приготовления бетонных смесей.

1.2. Пути интенсификации процесса смешивания

1.3. Обзор и анализ процесса вибросмешивания и конструкций вибрационных смесителей

1.4. Постановка задач исследований.

Глава 2. Методы моделирования процессов смешивания.

2.1. Обзор методов моделирования.

2.2. Моделирование рабочего процесса в гравитационном вибросмесителе.

Глава 3. Исследование рабочего процесса гравитационного вибросмесителя.

3.1. Описание экспериментального смесителя и задачи производственных испытаний

3.2. Проверка надежности вибросмесителя

3.3. Исследование передачи вибрации на корпус вибросмесителя.

3.4. Исследование процесса смешивания.

Глава 4. Методы проектирования гравитационного вибросмесителя

4.1. Расчет основных параметров гравитационного вибросмесителя

4.2. Расчет уравновешенного эксцентрикового вибровозбудителя

4.3. Расчет экономической эффективности.

Актуальность темы. Экономическое развитие Российской Федерации и выход на мировые рынки сбыта промышленной продукции во многом определяют процессы, связанные с созданием конкурентно-способных машин и оборудования.

В настоящее время, как в нашей стране, так и за рубежом, широко используются гравитационные бетоносмесители, предназначенные для перемешивания подвижных и литых бетонных смесей. Главным их недостатком является низкая интенсивность смешивания, что обуславливает неспособность приготовления более жестких бетонных смесей. Эта особенность приводит к ограниченности использования гравитационных смесителей в производстве строительных изделий и конструкций, например, при приготовлении изделий способом виброштампования, имеющего ряд технологических преимуществ.

В рассматриваемом аспекте представляемая работа является актуальной, так как направлена на интенсификацию процесса в гравитационном смесителе за счет применения вибрационного воздействия.

Целью данной работы является создание методики проектирования гравитационного вибрационного бетоносмесителя циклического действия.

Объект исследования - вибрационный гравитационный бетоносмеситель.

Предмет исследования - рабочий процесс вибрационного гравитационного бетоносмесителя.

Научная новизна.

1. Разработана математическая модель рабочего процесса смешивания в гравитационном вибрационном смесителе на базе диффузионных представлений и получены численные уравнения кинетики процесса смешивания.

2. Получены формулы предварительного (прогнозируемого) расчета необходимого времени смешивания и прочности бетона для гравитационных вибрационных бетоносмесителей.

3. Разработана методика расчета уравновешенных эксцентриковых вибровозбудителей для гравитационных вибрационных смесителей.

• 4. Разработана методика расчета основных параметров гравитационных вибрационных смесителей.

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов базируется на значительном объеме экспериментальных исследований, проведенных на опытно-промышленном образце гравитационного вибрационного смесителя; обработке результатов исследований методами математической статистики; утвержденных актах производственных испытаний.

Практическая ценность и реализация работы.

1. Разработана методика проектирования гравитационного вибрационного смесителя для приготовления мало подвижных и жестких бетонных смесей. Вибрационное воздействие на смешиваемый материал осуществляется эксцентриковым уравновешенным вибровозбудителем, обеспечивающим необходимый уровень передачи вибрации на обрабатываемой материал, с одной стороны, и не превышающим допустимых норм вибрационного воздействия на окружающую среду и элементы конструкции, с другой.

2. Методика проектирования гравитационного вибросмесителя может быть использована при разработке подобных смесителей различной емкости готового замеса.

3. Предложенная конструкция гравитационного вибрационного смесителя обеспечивает приготовление жестких бетонных смесей и обладает рядом преимуществ по сравнению со смесителями принудительного действия:

- меньшей энергоемкостью процесса смешивания (в 3.4 раза);

- простотой конструкции;

- отсутствием быстроизнашивающихся лопастных перемешивающих органов;

- меньшей стоимостью изготовления.

На защиту выносится:

1. Математическая модель процесса смешивания в гравитационном вибрационном смесителе, разработанная на базе диффузионных представлений.

2. Методика расчета уравновешенных эксцентриковых вибровозбудителей для гравитационных смесителей.

3. Методика расчета основных параметров гравитационных вибрационных смесителей.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на международной научно-практической конференции «Проблемы адаптации техники к суровым условиям» (Тюмень, 1997), международной научно-практической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении» (Тюмень, 2000), юбилейной научно-технической конференции в Уральском филиале МАДИ (ТУ) (г. Челябинск, 2001).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в семи статьях.

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ И КОНСТРУКЦИЙ БЕТОНОСМЕСИТЕЛЕЙ

1. Ананьев И.В. Справочник по расчету собственных колебаний упругих систем. -М.: Гостехиздат, 1946. - 223 с.

2. Араманович И.Г., Левин В.И. Уравнения математической физики. -М.: Наука, 1969.-288 с.

3. Артемьев К.А. и др. Дорожные машины. Ч. 2. Машины для устройства дорожных покрытий. М.: Машиностроение, 1982. - 396 с.

4. Ахвердов И.Н. Влияние виброперемешивания бетонной смеси на формирование структуры цементного камня // Исследования по бетону и железобетону: Сб. науч. тр. Рига, 1961. - С. 17 - 26.

5. Аэров М.Э., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящем слоем. JL: Химия, 1968. — 230 с.

6. Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: Высшая школа, 1978. - 455 с. машин. - М.: Машиностроение, - 225 с.

7. Баженов Ю.М. Технология бетона. — М.: Высшая школа, 1978. 455с.

8. Баранек Я., Сокол Д. Техника псевдоожижения. М.: Топтехиздат, 1962.-150 с.

9. Баторшин В.П. Рабочие процессы и выбор параметров вибрационных смесителей: Автореферат канд. дис- JL, 1984.- 16 с.

10. Баторшин В.П. Рабочие процессы и выбор параметров вибрационных смесителей: Дис. канд. техн. наук. Л., 1984. - 254 с.

11. Бауман В. А. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. ~М.: Высшая школа, 1976. -134 с.12. " Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам: ГОСТ 10180-90. -М., 1990.-45 с.

12. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля: ГОСТ 22690-88. -М., 1988. 25 с.

13. Бетоны. Правила контроля прочности: ГОСТ 18105-86. М., 1986.18 с.

14. Бетоны. Правила подбора состава: ГОСТ 27006-86. М., 1986. - 12с.

15. Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемещение. М.: Наука, 1964.-410 с.

16. Бунин М.В. О закономерностях процесса смесеобразования // Автоматизация и усовершенствование процессов приготовления, укладки и уплотнения бетонных смесей: Сб. науч. тр. М.: Стройиздат, 1964. С. 72 - 79.

17. Бунин М.В., Грушко И.М., Ильин А.Г. Структура и механические свойства дорожных цементных бетонов. Харьков: Харьковский университет, 1968.-199 с.

18. Вибрационная безопасность. Общие требования. Методические указания по проведению измерений и гигиенической оценки производственных вибраций№3911-85: ГОСТ 12.1.012-90.-М., 1990.-24 с.

19. Вибрация в технике. М.: Машиностроение, 1981. - 455 с.

20. Воробьев В.А. Строительные материалы. М.: Высшая школа, 1967.-403 с.

21. Гирштель Г.Б. Некоторые вопросы разрушения внутренних связей в смесях при вибрации // Теория формования бетона: Сб. науч. тр. М., 1969. -С. 110-118.

22. Гончаревич И.Ф., Сергеев П. А. Вибрационные машины в стрительстве. М.: Машгиз, 1963. - 311 с.

23. Горстко А.Б. Познакомьтесь с математическим моделированием. -М.: Высшая школа, 1971. 220 с.

24. Десов А.Е. Бетономешалка для жестких смесей с автоматическим контролем работы и подвижности бетонной смеси // Строительная промышленность. 1937. - № 6. - С. 14 - 20.

25. Десов А.Е. Вибрированный бетон. М.: Госстройиздат, 1956. - 229с.

26. Десов А.Е. Виброперемешивание бетонной смеси в бетономешалке с вибрирующими лопастями // Автоматизация и усовершенствование процессов приготовления, укладки и уплотнения бетонных смесей: Сб. науч. тр. М.: Стройиздат, 1964. С. 59-65.

27. Дзенис В.В. Исследование структурообразования виброобработанного цементного теста и раствора // Исследования по бетону и железобетону: Сб. науч. тр. Рига, 1961. - С. 27 - 48.

28. Ефремов И.М. Интенсификация процесса и выбор параметров роторно-вибрационного смесителя: Автореферат канд. дис. JL, 1985. - 16 с.

29. Закин Я.Х., Рашидов Н.Р. Основы научного исследования. -Ташкент: Укитувги, 1981. 207 с.

30. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов измерений. -М.: Наука, 1970.-103 с.

31. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химической технологии. М.: Химия, 1979.-463 с.

32. Кафаров В.В. Принципы математического моделирования.

33. Кивал А.П. Выбор рациональных параметров роторных смесителей для приготовления дисперсно-армированных цементно-бетонных смесей: Автореф. канд. дис. JL, 1989. - 16 с.

34. Кирпичев М.В. Теория подобия. М.: АН СССР, 1953. - 95 с.

35. Комаров М.С. Основы научных исследований. Львов: Вища школа, 1982.-128 с.

36. Королев К.М. Интенсификация приготовления бетонной смеси. -М.: Стройиздат, 1976. 145 с.

37. Королев К.М. Современное бетоносмесительное оборудование и опыт его эксплуатации. М.: ЦНИИТЭСтроймаш, 1978. - 59 с.

38. Королев К.М., Аракельянц М.М. Вибрационные смесители для приготовления бетонных и растворных смесей. М.: Стройиздат, 1961. - 55 с.

39. Кузьмичев В.А. Методы моделирования и проектирования вибрационных смесительных машин: Автореф. докт. дис. Л., 1989. - 32 с.

40. Кузьмичев В.А., Баторшин В.П., Ефремов И.П. Вибрационное смешивание строительных материалов: Учебное пособие. Братск.: Братский индустриальный институт, 1993. - 67 с.

41. Кузьмичев В.А., Ласман Э.Ф. Вибросмеситель непрерывного действия // Механизация строительства. 1977. - № 3, С. 23 - 24.

42. Кузьмичев В.А., Серебренников А.А. Пути повышения интенсивности работы смесителей: Рукопись деп. в ЦНИИТЭСтроймаш № 278. -Л., 1981.-Юс.

43. Куннос Г.Я. Вибрационная технология бетона. Л.: Стройиздат, 1967.- 168 с.

44. Куннос Г.Я. К вопросу о механизме вибрационной обработки бетонных смесей // Автоматизация и усовершенствование процессов приготовления, укладки и уплотнения бетонных смесей: Сб. науч. тр. М.: Стройиздат, 1961. С. 26-28.

45. Куннос Г.Я., Скудра A.M. Теория и практика вибросмешивания бетонных смесей. Рига, АН Латв. ССР, 1962. - 216 с.

46. Кучинский В.Н. Метод моделирования процесса смешивания в гравитационном вибросмесителе // Проблемы транспорта в Западно-Сибирском регионе: Межвуз. сб. науч. тр. Тюмень: ТюмГНГУ, 2001. - С. 320 - 323.

47. Кучинский В.Н., Серебренников А.А. Использование теории подобия при моделировании процессов смешивания // Проблемы адаптации техники к суровым условиям: Докл. межд. научн.-практ. конф. Тюмень: ТюмГНГУ, 1999.-С. 131-132.

48. Кучинский В.Н., Серебренников А.А. Применение вибрационной технологии при приготовлении строительных материалов // Новые материалы и технологии в машиностроении: Сб. матер, межд. научн.-практ. конф. Тюмень: ТюмГНГУ, 2000. - С. 83 - 85.

49. Лащинский А.А. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Л.: Машиностроение, 1970. - 750 с.

50. Левеншпиль О. Инженерное оформление химических процессов. -М.: Химия, 1969.-624 с.

51. Лермит Р. Проблемы технологии бетона. М.: Госстройиздат, 1959. - 294 с.

52. Лесин А.Д. Вибрационные машины в химической технологиии. -М.: Химия, 1968. -80 с.

53. Макаров Ю.И. Аппараты для смешивания сыпучих материалов. -М.: Машиностроение, 1979. 216 с.

54. Машины и техническое оборудование. Система классов точности балансировки. Основные положения: ГОСТ 22061-76. М., 1976. - 34 с.

55. Миклашевский П.М. Вибрирование бетонной смеси. М.: Стройиздат, 1937. - 54 с.

56. Миклашевский П.М. Глубинное вибрирование бетонной смеси. -М.: Стройиздат, 1981. 176 с.

57. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий: СН 2.2.4/2.1.8.566-96.-М., 1996.-45 с.

58. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика новая область науки. -М.: Знание, 1958.-64 с.

59. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика дисперсных структур // Сб. статей. -М.: Наука, 1966. С. 3 16.

60. Ребиндер П.А., Михайлов Н.В. Основные положения физико-химической теории бетона и предложения по технологии бетона на основе выводов теории // Совещание по современной технологии бетона в промышленности сборного железобетона. М., 1956. - С. 1—6.

61. Рейнер М. Реология. М.: Наука, 1963.-381 с.

62. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука, 1972.-324 с.

63. Серебренников А.А. Исследование рабочего процесса виброшнекового смесителя: Автореф. канд. дис. Л., 1981. - 16 с.

64. Серебренников А.А. Исследование рабочего процесса виброшнекового смесителя: Дис. канд. техн. наук. Л., 1981. - 240 с.

65. Серебренников А.А. Основы системного подхода к созданию смесительных машин повышенной интенсивности и эффективности // Строительные и дорожные машины. 2000. - № 8. С. 18 - 20.

66. Серебренников А.А., Кузьмичев В.А. Вибрационные смесители (конструкции, исследования, расчеты). -М.: Недра, 1999. 148 с.

67. Серебренников А.А., Кучинский В.Н. Исследование процесса смешивания бетонов в гравитационном вибрационном смесителе // Transbaltika-99: Сб. науч. тр. межд. научн.-техн. конф. Вильнюс: Vilnius Gediminas Technical University, 1999. - С. 142 - 149.

68. Серебренников А.А., Кучинский В.Н., Звягин В.В., Белов Л.К. Интенсификация процесса смешивания в гравитационном смесителе // Строительные и дорожные машины. 2000. - № 12. С. 34 - 35.

69. Серебренников А. А., Кучинский В.Н., Ляпустин Ю.И. Модернизация гравитационного смесителя // Научно-технические проблемы Западно-Сибирского нефтегазового комплекса: Межвуз. сб. науч. тр. Тюмень: ТюмГНГУ, 1997. - С. 72 - 75.

70. Скрамтаев Б.Г., Баженов Ю.М. Исследования способа виброперемешивания бетонной смеси // Автоматизация и усовершенствование процессов приготовления, укладки и уплотнения бетонных смесей: Сб. науч. тр. М.: Сгройиздаг, 1964. С. 5 - 16.

71. Смеси бетонные. Методы испытаний: ГОСТ 10181.0-81 ГОСТ 10181.4-81.-М., 1981.-46 с.

72. Смесители цикличные для строительных материалов: ГОСТ 16349-88.-М, 1988. 16 с.

73. Сорокер В.И, Толорая Д.Ф. Ушаков И.Н. Приготовление мелкозернистых бетонов способом виброперемешивания // Бетон и железобетон: Сб. науч. тр. 1960. - № 2, С. 70 - 75.

74. Справочник по специальным функциям/М. Абрамовича и И. Стиган.-М, 1979.- 140 с.

75. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками. JL: Химия,1975.-328 с.

76. Строительные машины. Справочник в 2-х т. // Под ред. В.А. Баумана, Ф.А. Лапира. -М.: Машиностроение, 1976. 502 с.• 81. Тихонов А.Н, Самарский А.А. Уравнения математической физики. -М., 1966. -980 с.

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

78. Урьев Н.Б., Михайлов Н.В. Реология цементного теста при вибрировании // Вибрационная техника: Сб. науч. тр. М., 1966. - С. 155-158.

79. Урьев Н.Б, Талейсник М.А. Физико-химическая механика и интенсификация образования пищевых масс. М.: Пищевая промышленность,1976.-240 с.

80. Файтельсон JI.A. Виброперемешивание бетона // Исследования по бетону и железобетону: Сб. науч. тр. Рига: АН Латв. ССР, 1957. - С. 33 - 39.

81. Файтельсон Л.А. К определению реологических свойств бетонной смеси // Автоматизация и усовершенствование процессов приготовления, укладки и уплотнения бетонных смесей: Сб. науч. тр. М.: Стройиздат, 1964. С. 286-291.

82. Файтельсон Л.А. Новые данные о виброперемешивании бетонных смесей // Исследования по бетону и железобетону: Сб. науч. тр. Рига, 1958. — С. 5-21.

83. Файтельсон Л.А. Определение вязкости вибрируемой бетонной смеси // Исследования по бетону и железобетону: Сб. науч. тр. Рига, 1957. -С. 21-31.

84. Хантли Г. Анализ размерностей. М.: Мир, 1970. - 176 с.

85. Хархута Н.Я, Семенов В.П, Капустин М.И. Дорожные машины. -Л.: Машиностроение, 1968. 415 с.

86. Членов В.А, Михайлов Н.В. Виброкипящий слой. М.: Наука, 1976.-326 с.

87. Шмигальский В.Н. Критерии равноценности вибрации различных частот: Сб. тр. НИИЖБ. Госстройиздат, 1959. - № 11. - С. 45 - 48.