автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Смеситель периодического действия с изменяющейся рабочей камерой

СМЕСИТЕЛЬ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ С ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ РАБОЧЕЙ КАМЕРОЙ

05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 9 МАР 2012

Белгород-2012

005012914

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, Уваров Валерий Анатольевич.

Официальные оппоненты: Мизонов Вадим Евгеньевич - доктор технических наук, профессор, «Ивановский государственный энергетический

университет имени В.И. Ленина», заведующий кафедрой прикладной математики.

Логачев Иван Николаевич доктор

технических наук, профессор, «Белгородский государственный технологический

университет им. В.Г. Шухова», профессор кафедры теплогазоснабжения и вентиляции.

Ведущая организация: Московский государственный

строительный университет.

Защита диссертации состоится 12 апреля 2012 г. в Ю00 на заседании диссертационного совета Д 212.014.04 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова» (308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46, главный корпус, ауд. 242).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова».

Автореферат диссертации разослан <<0% марта 2012г.

Ученый секретарь

диссертационного совета г(/ У Уваров В.А.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Сегодня получение некоторых видов материалов строительного назначения не возможно без использования смесительного оборудования, способного обеспечить необходимый уровень однородности смеси. В составы сухих строительных смесей для регулирования их технологических свойств применяют систему «реологических» добавок, при этом целый ряд составляющих вводится в малом количестве (0,05-4%), однако их влияние на формирование свойств растворных смесей и растворов чрезвычайно велико. К таким добавкам относят суперпластификаторы, загустители и водоудерживающие добавки на основе эфиров целлюлозы, эфиры крахмала, полимерные дисперсии, добавки на основе слоистых силикатов и др.

В последнее время модифицирующие добавки, имеющие сложный состав поставляются в продажу в готовом виде. Поэтому аппарат-смеситель способный качественно смешивать порошки из исходных компонентов, отличающихся друг от друга по размеру частиц (от долей микрона до 5 мм) и плотности (от 0,1 г/см3 до 4,0 г/см3) является основным агрегатом технологического цикла производства сухих смесей и их составляющих.

Одним из возможных путей совершенствования смесительного оборудования для сыпучих материалов является применение конструкций смесителей с возможностью регулирования перемещения частиц внутри камеры смешения, что обеспечивает необходимое перемещение частиц, и стабильное достижение требуемого качества смеси. Поэтому возможность управления процессом смешения, простота конструкции, быстрая и несложная переналадка смесителя для работы с различными сыпучими материалами есть актуальная задача.

Цель работы - разработка математического аппарата и теоретических моделей для создания смесителя периодического действия с изменяющейся рабочей камерой для получения качественных многокомпонентных смесей с заданными характеристиками.

Задачи исследований:

1. Провести анализ состояния и выявить направления развития смесительного оборудования для получения сухих строительных смесей.

2. Разработать принципиальную схему смесителя с изменяющейся рабочей камерой, обеспечивающего получение качественных многокомпонентных смесей с заданными характеристиками, за счет управления механизмом перемешивания частиц и обеспечения

широкого диапазона воздействия на них.

3. Разработать математические модели кинематического, силового и энергетического взаимодействия лопаток мешалки и изменяющейся рабочей камеры с частицами компонентов смеси.

4. Установить аналитические выражения для определения напряженного состояния материала изменяющейся рабочей камеры.

5. Разработать методику определения основных технологических и конструктивных параметров смесительного устройства с изменяющейся рабочей камерой периодического действия.

6. Установить методом планирования многофакторного эксперимента регрессионные зависимости коэффициента неоднородности среды, производительности и электрической мощности, затрачиваемой на смешение от влияния основных факторов, а также провести экспериментальную проверку в лабораторных условиях разработанных аналитических зависимостей для определения рациональных технологических и конструктивных параметров с учетом конкретных требований процесса смешения.

7. Разработать и спроектировать аппарат для смешения сыпучих материалов с изменяющейся рабочей камерой периодического действия.

Научная новизна работы заключается:

в разработке, теоретическом обосновании и экспериментальном исследовании математических алгоритмов и моделей, описывающих кинематические, силовые и энергетические взаимодействия лопаток смесителя и изменяющейся рабочей камеры с частицами смеси, в зависимости от конструктивных особенностей;

- в определении характера и построении модели траектории перемещения загрузки в рабочей камере;

- в выявлении режимов работы смесителя с изменяющейся рабочей камерой, которые позволяют получать качественные многокомпонентные смеси с заданными характеристиками;

- в получении аналитических зависимостей для проведения инженерных расчетов, позволяющих установить рациональные конструктивно-технологические параметры смесителя с изменяющейся рабочей камерой с учетом конкретных требований к качеству смеси.

Практическая значимость работы заключается в создании конструкции смесителя периодического действия с изменяющейся рабочей камерой на основании теоретических разработок и экспериментальных исследований. Новизна конструктивного решения защищена патентом РФ на полезную модель.

Предложенные теоретические модели, конструктивные решения, методика расчета и рекомендации по подбору рациональных рабочих режимов смешения могут быть использованы при расчете и

проектировании промышленной установки для получения качественных многокомпонентных смесей с заданными характеристиками.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и практические результаты исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на международных научно-технических конференциях: «Роль университетов в создании инновационной экономики» (Усть-Каменогорск, ВКГТУ им. Д. Серикбаева, 2008); «Наука и молодежь в начале нового столетия» (Губкин, 2008) «Научные исследования наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов» (БГТУ им. В.Г. Шухова, 2010).

Реализация работы. Теоретические и экспериментальные исследования апробированы и внедрены в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных работ кафедры механического оборудования БГТУ им. В.Г.Шухова.

Результаты работы отмечены золотой медалью Российской академией архитектуры и строительных наук в 2011 году.

Опытный образец смесителя апробирован в условиях ООО «Кроно-Бел» в технологическом процессе приготовления модифицирующей многокомпонентной добавки для теплоизоляционной штукатурки. Результаты испытаний по смешению модифицирующих добавок в предлагаемом устройстве обсуждались на техническом совещании ООО «Кроно-Бел». Принято решение о проектировании и изготовления опытно-промышленного образца в условиях ООО «Кроно-Бел» с объемом камеры 10 л.

Публикации. По результатам работы опубликовано 9 печатных работ, в том числе 2 в рецензируемых изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ, получены патент РФ на полезную модель и свидетельство о регистрации программы ЭВМ

Автор защищает.

1. Аналитические выражения для определения силовых характеристик взаимодействия лопаток мешалки и изменяющейся рабочей камеры с частицами смеси и электрической мощности, затрачиваемой на смешение.

2. Аналитические выражения для определения функций инерционной нагрузки и внутренней силы, возникающих в корпусе из-за заданного цапфе технологического эксцентриситета, распределения касательных напряжений, сдвигающих усилий и их экстремумов в произвольных сечениях рабочей камеры смесителя.

3. Методику для определения основных технологических и конструктивных параметров смесительного устройства с изменяющейся рабочей камерой периодического действия.

4. Регрессионные модели основных технологических параметров смешения, таких как коэффициент неоднородности среды, производительности и электрической мощности, затрачиваемой на смешение от влияния основных факторов.

5. Теоретически обоснованное конструктивное решение смесителя периодического действия с изменяющейся рабочей камерой, для получения качественных многокомпонентных смесей с заданными характеристиками.

6. Принципиальную схему нового конструктивного решения смесителя периодического действия с изменяющейся рабочей камерой для получения качественных многокомпонентных смесей с заданными характеристиками, защищенную патентом РФ на полезную модель.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по результатам работы, списка литературы из 116 наименований. Работа изложена на 174 страницах, в том числе содержит 54 рисунка, 9 таблиц, 6 приложений на 24 страницах.

Содержание работы

В первой главе произведен анализ проблем, существующих при производстве сухих строительных смесей, который показал, что для придания им требуемых свойств необходимо вводить модифицирующие добавки со сложным составом, которые часто имеют различный размер частиц (от долей микрона до 3 мм) и плотность (от 0,5 г/см3 до 4,0 г/см3), рассмотрено оборудование для производства сухих строительных смесей, основные направления его развития и совершенствования.

В настоящее время нет достаточно полной теории, позволяющей с необходимой точностью определять характеристики промышленных смесителей, способных получать смеси с заданным коэффициентом неоднородности. В связи с этим, процесс смешения привлекает к себе внимание многих исследователей. Большой вклад в разработку теории смешения материалов и создание смесительной техники внесли ученые и конструкторы: Ф. Стренк, 3. Штербачек, Ф. Холланд, В.В. Кафаров, И.И. Блехман, Л.М. Моргулис, Ю.И. Макаров, В.И. Мезонов, В.Ф. Першин, М.Ю. Таршис, А.П. Зайцев и др.

Анализ состояния и направлений развития техники и технологии смешения дает основание положить в основу настоящих исследований следующую рабочую гипотезу - эффективность процесса смешения материалов с разными физико-механическими свойствами в смесителях периодического действия, возможно существенно повысить, за счет использования в конструкции вертикального перемешивающего

устройства и ликвидации застойных зон.

Главная научная идея работы заключается в использовании механизма деформирования тонкостенных элементов в смесителях для организации управления перемещением смеси компонентов соответствующим ей, протекающим процессам смешения материалов для получения качественных многокомпонентных смесей с заданными характеристиками.

На основании проведенного анализа известных способов и конструкций аппаратов для смешения материалов, в области перемешивания сухих порошкообразных смесей сформулировано основное направление интенсификации процесса смешения, заключающееся в организации перемешивающего воздействия на компоненты в смесителе с изменяющейся рабочей камерой и вертикальной мешалкой с лопатками.

Смеситель (рис. 1) состоит из деформируемой камеры 4, закрепленной хомутом 3 на цапфе 6. Камера имеет форму усеченного полуэлипсоида, закрепленной на несущей конструкции, состоящей из основания 1 и стойки 2, скрепленных между собой. Сборная рама позволяет менять степень деформации корпуса вертикально.

Загрузка материала происходит через полую цапфу 6 сверху и сбоку, на которой установлен подшипник 8 с водилом 9. На водиле 9 крепится стержень 10, обеспечивающий движение корпуса с эксцентриситетом. Также, внутри камеры 4, к цапфе 6 крепятся лопатки 7, посредством которых осуществляется смешивание материала. На стойке 2 устанавливается подшипниковый узел с упорным кольцом 11. Во время

1!

Рис. 1. Смеситель с изменяющейся рабочей камерой.

работы цапфа закрывается сверху крышкой 5.

Работа устройства осуществляется следующим образом: цапфа, закрепленная с эксцентриситетом в верхней части камеры, приводится во вращательное движение приводом, в результате чего камера деформируется, а лопатки перемещают смесь компонентов. Выгрузка осуществляется снизу камеры, выдвижением шиберной заслонки ] 2 по направляющим 13, закрепленных на основании 1.

Если камера наполнена мелющими телами (шарами) и материалом, то устройство работает в режиме мельницы тонкого помола, в которой реализуются только раздавливающие и истирающие воздействия. Если к цапфе крепятся лопатки 7 в количестве от двух и более (в зависимости от размера рабочей камеры), то устройство будет работать в режиме смесителя после заполнения его камеры материалом.

Также устройство можно использовать как смесительно-помольное периодического действия. При наличии лопаток и мелющих тел в рабочей камере происходит перемещения мелющих тел и материала, что интенсифицирует процесс смешения и помола.

Достоинствами данного устройства являются: получение смесей с заданными характеристиками; возможность организовать достаточно широкий диапазон силового воздействия на частицы и управлять механизмом их перемешивания; возможность работы, как в режиме смешения, так и в режиме помола, или комплексно; простота конструкции и сборки; низкая металлоемкость; вес загруженного материала не действует на корпус, что обеспечивает надежность его работы.

Во второй главе для обоснования и проведения анализа сил, действующих на загрузку в рабочей камере был проведен кинематический анализ взаимодействия частицы и лопаток (рис. 2, а).

Анализ кинематики показал, что материальная точка перемещается в поперечном сечении по окружности, а за счет кривизны формы камеры и вращения цапфы с эксцентриситетом, по сложной винтовой траектории.

На основании предложенной схемы перемещения материальной точки загрузки можно перейти к расчету сил сопротивления ее перемещению (рис. 2, б).

На загрузку действуют следующие силы:

1) Сила Рт обуславливающая сдвиг межсекториальных слоев загрузки имеет вид:

= уО - + С'Г ¥2(РГ =

=^-/„ЦЖ.+-|-}г22м<&; (2)

= О.ООбя/'п (1 - /„ + )Ц£>2 + 0,5£> + 5,7): (3>

2) Сила взаимодействия компонентов смеси со стенками рабочей камеры ^

^е = fepo^re{x){^Yprdrck', (4)

2ж Ь (Г-хЛ2

О О V ^ ) О

= л/^(¿е + ^- т/(л-)Л-'

= 0,048^^/3^ + с1г)Ю2 • (6)

3) Сила зависящая от эксцентриситета и отвечающая за перемещение загрузки по высоте камеры в результате ее деформирования:

сШт = /тро^ге(х)с1ш ; (7)

= 24та2рс1ч (с!е + йг -V2 + 12х + т2 -^Щь; (8)

Рт = + - Зс/Ч) • (9)

Таким образом, получены уравнения для определения сил, затрачиваемых на преодоления сопротивлений смешиваемой среды от

конструктивных (Ь, П) и технологических (с1е, СОь, с1ч, р) параметров.

Количество энергии необходимое для смешения материала зависит от физико-механических свойств компонентов смеси, вида и состояния рабочих поверхностей смесительного устройства, типа силового агрегата, кинематики привода, поэтому установить аналитическую зависимость, между расходом энергии затрачиваемую на потери в приводе, непосредственно на смешение с учетом физико-механических свойств материала и результатами процесса можно лишь в общем виде.

----►

Контур смешенной цапфы в момент времени ІП

Рис. 2. Расчетная схема кинематики материальной точки М для определения действующих на нее сия

Контур смещенной цапфы момент времени {

Тра история

переметі

центра

цапфы п<> радиусу К, =<Ъ в

Суммарная мощность, затрачиваемая

сопротивления, будет равна р

преодоление сил

ЦНС

к к и

■ Рц + ¡\ + Ре ' где - мощность,

затрачиваемая на преодоление сил сопротивления соответственно.

Определим составляющие суммарной мощности Р„, Ре, Рх:

Р„ = ¿Л2(1 - Л)Ч3Ж.+ал ф2 + 5В + 7,5} (10)

р. = ^ />о+ йг )2 фэ1 +1 ОБ +10) ■ (■11)

Р = ^/гга>03рс1ч(<1е +<)21(3,8£»-5<)2. (12)

На рисунке 3 показаны зависимости составляющих суммарной мощности затрачиваемой на преодоление сил, возникающих в загрузке при смешении, в зависимости от технологического эксцентриситета и частоты вращения частиц смеси. При этом максимальное значение имеет составляющая, затрачиваемая на перемещение загрузки по высоте камеры Ре, которая в три раза больше, чем Р„, затрачиваемая на преодоление силы необходимой для перемещения загрузки горизонтально. Это объясняется тем, что подъем материала вертикально требует больших затрат энергии, чем перемещение в горизонтальной плоскости.

Р. Вт

100

65 30

£Р,Вт I

* Ч~ 1

б)

Рис. 3. Графики изменения мощности, затрачиваемой на преодоление сил сопротивления перемещению загрузки от величины эксцентриситета и частоты вращения частиц смеси(Х=£>=0,24 м, ¿4 = 0,06 м): а) составляющие суммарной мощности, б) суммарная мощность

Деформируемый корпус изготавливается из эластичного материала (резина и кордированная резина). При работе корпуса возникают

напряжения от деформирующих воздействий, возникающих в результате смещения оси от заданного цапфе технологического эксцентриситета и веса смешиваемых компонентов. Произведено моделирование напряженного состояния камеры (рис. 4) для расчета функций инерционной нагрузки ц, и внутренней силы Qi, возникающих в изменяющейся камере, а так же касательных напряжений хА и сдвигающих усилий в произвольных сечениях камеры, возникающих из-за заданного цапфе технологического эксцентриситета.

аЩ 2 яркгЯ 2

:-'- =--(О ■

й!х„ Я

= 0.4082

ярка)

А

0,5/.-0,2* -0,2-

(13)

■ 0,98 ■ 0,4082

й (*.) = «.-о,98/<&Л.=

ярЫо2

0,25Лх„2 - 0,0661х,' - 0.05—

ярко1

0,0227-0,4-

£

лрИсо1

V

0,25 - 0,0667— - 0,05— .

I I: )

0,0227 - 0,4 0,25 - 0,0667- 0,05 -^

Ь

ь1

як

2 л

0,5Ь-0,2ха -0,2:

5, = тАк

(14)

(15)

(16)

Анализ полученных выражений показал, что:

1) Наибольшее значение инерционной нагрузки достигается на расстоянии от основания камеры ха=0,6385£ м, т.к. максимальное значение коэффициента заполнения камеры материалом равно 0,75. Основная масса материала действует на основание, а часть его, которая находится выше серединного значения высоты камеры, обуславливает увеличение значений инерционной нагрузки из-за уменьшения ее диаметра и центробежных сил, возникающих при вращении цапфы.

2) Значение внутренней силы максимально у основания камеры, жестко закрепленной полукольцами.

3) Касательные напряжения и сдвигающие усилия принимают максимальные значения в области крепления камеры к цапфе, и с увеличением высоты камеры от основания до цапфы, их значения увеличиваются в шесть раз. Но значения касательных напряжений в

двадцать раз больше, чем сдвигающие усилия, при этом максимальные значения касательных напряжений возникают в камерах с минимальной толщиной стенки, а наибольшие значения сдвигающих усилий в камерах с максимальной толщиной стенки.

На основе теоретических исследований была разработана методика конструкторско-технологического расчета смесителя с изменяющейся рабочей камерой.

ж - ось вращения цапфы

В третьей главе описаны план, программа и методики проведения экспериментальных исследований, описана лабораторная установка и натурная модель с прозрачными стенками, определены характеристики исследуемого материала. В качестве плана эксперимента принят центральный композиционный ротатабельный план полного факторного эксперимента. Для проверки работоспособности смешивали

калиброванный песок, с размерами частиц 1,2 - 2,5 мм, и портландцемент.

В четвертой главе проведены исследования характера перемещения частицы компонентов в продольном и поперечном сечениях с использованием натурных моделей с прозрачными стенками, которые показали правильность выбранной теоретической модели кинематики материальной точки для определения сил. Установлено что частицы перемещаются в поперечном и продольном сечениях по спиральным траекториям.

а) б) в)

Рис. 5. Характер перемешивания смеси в поперечном сечении: а) до смешения; б) после 2 оборотов цапфы; в) после 20 оборотов цапфы

Приведены результаты экспериментальных исследований, определены основные варьируемые факторы и функции отклика, получены и проанализированы уравнения регрессии функций отклика, осуществлен выбор рациональных режимов процесса получения многокомпонентных смесей в смесителе.

Основными варьируемыми факторами являются: п - число оборотов цапфы, 100 - 300 об/мин, К - процентное соотношение компонентов смеси, выраженное через их плотность р равную 1150 - 1300 кг/м"; 1 - время смешения, 60 - 420 с. В качестве функций отклика, определяющих характер протекания процесса, были выбраны: коэффициент неоднородности смеси компонентов К„, мощность затрачиваемая на смешение Р и производительность

Получены уравнения регрессии функций оклика и определена значимость факторов:

Кп = 306,2 - 0,2? - 5,5К - \,2п + 0,001/ЛГ + 0,0008/« - 0,002А!и -; (17)

-0,0002/2 +0,09^2 +0,002и2

( = 8%; К = 78%; п = 14%;

Р = -33,5 - 1980< + 2,1 К + 0,03« + 4,3 а,К +10,5<и - 0,00 \Кп - ■ (18)

-8333/2-0,06АГ2 +0,0001п2

dc = 43%; К = 3%; n = 54% ;

О = 69,1 - 0,2/ - 2,3К - ОДЮОЖ + 0,0004f2 + 0,05£2 • (19)

Установлено, что для получения коэффициента неоднородности смеси Л"„=1-5% существует два режима смешения:

- первый режим - при числе оборотов цапфы от 210 до 300 об/мин, времени смешения 60-100с и процентном соотношении компонентов от 66/34 до 60/40 (р=1225...1300 кг/м3), при этом величина мощности варьируется от 155 до 180 Вт, а производительность от 18 до 45 кг/ч;

- второй режим - при числе оборотов цапфы от 130 до 210 об/мин, времени смешения 380 - 420с и процентном соотношении компонентов от 66/34 до 60/40 (р= 1225... 1300 кг/м3) при этом величина мощности варьируется от 110 до 155 Вт, а производительность от 12 до 30 кг/ч.

Определено что, рациональными параметрами для получения коэффициента неоднородности смеси около 3-4% и максимальной производительности 40 кг, для емкости 3 л можно получить при времени смешения от 60 до 80 с, плотности смеси 1250 кг/м3 (коэффициент соотношения компонентов 84/16), числе оборотов цапфы 230 об/мин, при эксцентриситете 0,06 м и при этих значениях, затрачиваемая мощность на смешение 117 Вт.

Значение изменения мощности в зависимости от величины эксцентриситета и числа оборотов, полученной экспериментально не превышает значений суммарной мощности полученной аналитическим путем в пределах 10%. При увеличении числа оборотов в 3 раза, величина мощности увеличивается примерно в 2 раза.

Определено, что производительность возрастает от увеличения плотности материала и уменьшается с возрастанием времени смешения конкретных модифицированных смесей в зависимости от их физико-механических свойств и требуемого качества смеси.

С использованием специально разработанного устройства экспериментально установлено, что за 400 часов работы величина износа материала рабочей камеры составила около 0,5 мкм.

В пятой главе проведены испытания опытного образца смесителя с изменяющейся рабочей камерой, в результате которых получен комплекс модифицирующих добавок (Tylose, Mowilith Pulver, Hostapur OSB, Tylovise SE, Melflux, Technocel), имеющих различную структуру, плотность и размер частиц с коэффициентом неоднородности 3%, который использовался в сухих теплоизоляционных штукатурках на основе цемента и перлитовой пыли. Полученный состав смеси отвечает требованиям ГОСТ, раствор на основе данного состава показал плотность 500 кг/м3 и прочность на сжатие 2,2 МПа.

Результаты испытаний по смешению модифицирующих добавок в

предлагаемом устройстве обсуждались на техническом совещании ООО «Кроно-Бел». Принято решение о проектировании и изготовлении опытно-промышленного образца в условиях ООО Кроно-Бел с объемом камеры 10 л, с производительностью 60 кг/ч, что обеспечит введение модифицирующей добавки в количестве 120 т/год на 10000 т/год сухой теплоизоляционной смеси. Предполагаемый экономический эффект составит около 82,95 руб/т сухой смеси или 829,5 тыс. руб/год.

Основные результаты и выводы

1. Анализ проблем, существующих при производстве сухих строительных смесей, показал, что для придания им требуемые свойства необходимо вводить модифицирующие добавки, часто имеющие различный размер частиц (от долей микрона до 3 мм) и плотность (от 0,5 г/см3 до 4,0 г/см3), для чего наиболее целесообразно использовать аппараты с вертикальными перемешивающими устройствами, в которых можно организовать достаточно широкий диапазон силового воздействия на частицы и управлять механизмом их перемещения, это можно организовать в смесителе периодического действия с изменяющейся рабочей камерой с вертикальной мешалкой с лопатками.

2. Построены аналитические модели, постулирующие траекторию перемещения материальной точки. Установлена связь величин сил сопротивления перемещению загрузки в зависимости от геометрических параметров камеры, угловой скорости загрузки, величины эксцентриситета, коэффициента трения и коэффициента соотношения среды, выраженный через плотность компонентов смеси. Анализ изменения сил показал, что для двух типоразмеров камеры при максимальном технологическом эксцентриситете увеличение размера камеры в 1,5 раза приводит к увеличению сил в 2,5 раза, при чем, наименьшую величину имеет сила Рт.

3. В суммарной мощности, затрачиваемой на преодоление сил от основных технологических и геометрических параметров, максимальное значение имеет составляющая мощности, затрачиваемая на перемещение загрузки по высоте камеры Ре, которая в три раза больше, чем составляющая суммарной мощности Р„, затрачиваемая на преодоление силы необходимой для перемещения загрузки горизонтально. Это объясняется тем, что подъем материала вертикально требует больших затрат энерши, чем перемещение в горизонтальной плоскости.

4. Разработана методика оценки напряженного состояния материала изменяющейся камеры, основанная на определении функций инерционной нагрузки и внутренней силы, возникающих в корпусе из-

за заданного цапфе технологического эксцентриситета, а так же касательных напряжений и сдвигающих усилий.

5. Проведенные исследования характера перемещения частицы компонентов в продольном и поперечном сечениях с использованием натурных моделей с прозрачными стенками, показали правильность выбранной теоретической модели кинематики материальной точки для определения сил и мощности, затрачиваемой на смешение. Установлено что частицы перемещаются в поперечном и продольном сечениях по спиральным траекториям.

6. Исследован процесс смешения песка с размером частиц 1,2 - 2,5 и цемента марки 350 с использованием математического планирования эксперимента, при этом установлено, что коэффициент неоднородности среды Кт мощности, и производительности Q представляют собой уравнения регрессии второго порядка. Определено, что значимость основных факторов, влияющих на величину коэффициента неоднородности и мощность смесителя с изменяющейся камерой, распределяется следующим образом ( = 8%: К. = 78%; п = 14% и cl, = 43%; К = 3%; п = 54% соответственно.

7. Установлено, что для получения коэффициента неоднородности смеси Кп=1-5% существует два режима смешения:

- первый режим - при числе оборотов цапфы от 210 до 300 об/мин, времени смешения 60-100 с и процентном соотношении компонентов от 66/34 до 60/40 (р-1225... 1300 кг/м3), при этом величина мощности варьируется от 155 до 180 Вт, а производительность от 18 до 45 кг/ч;

- второй режим - при числе оборотов цапфы от 130 до 210 об/мин, времени смешения 380 - 420 с и процентном соотношении компонентов от 66/34 до 60/40 (р=1225...1300 кг/м3) при этом величина мощности варьируется от 110 до 155 Вт, а производительность от 12 до 30 кг/ч.

8. Определено что, рациональными параметрами для получения коэффициента неоднородности смеси около 3-4% и максимальной производительности 40 кг, для емкости 3 л можно получить при времени смешения от 60 до 80 с, плотности смеси 1250 кг/м3 (коэффициент соотношения компонентов 84/16), числе оборотов цапфы 230 об/мин, при эксцентриситете 0,06 м и при этих значениях, затрачиваемая мощность на смешение 117 Вт.

9. Разработана конструкция, методика и программное обеспечение для определения основных конструктивно-технологических и энергетических параметров смесительного устройства с изменяющейся рабочей камерой периодического действия от заданной производительности и коэффициента неоднородности смеси.

10. Проведены испытания, в результате которых в смесителе с изменяемой

камерой получен комплекс модифицирующих добавок (Tylose, Mowilith Pulver, Hostapur OSB, Tylovise SE, Melflux, Technocel), имеющих различную структуру, плотность и размер частиц с коэффициентом неоднородности 3%, который использовался в сухих теплоизоляционных смесях на основе цемента и перлитовой пыли. Полученный состав смеси отвечает требованиям ГОСТ и европейских стандартов, раствор на основе данного состава показал плотность 500 кг/м и прочность на сжатие 2,2 МПа.

11. Результаты испытаний по смешению модифицирующих добавок в предлагаемом устройстве обсуждались на техническом совещании ООО «Кроно-Бел». Принято решение о проектировании и изготовления опытно-промышленного образца в условиях ООО Кроно-Бел с объемом камеры 10 л, с производительностью 60 кг/ч, что обеспечит введение модифицирующей добавкой в количестве 120 т/год на 10000 т/год сухой теплоизоляционной смеси. Предполагаемый экономический эффект составит около 82,95 руб/т сухой смеси или 829,5 тыс. руб/год.

Список литературы

1. Лозовой Н.М. Смесительно-помольная установка периодического действия // Н.М. Лозовой, С. Ю. Лозовая / Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: межвузовский сборник статей/ под ред. B.C. Богданова - Белгород, 2009, вып. VIII, С.155-157.

2. Уваров В.А. Моделирование движения загрузки в смесительных устройствах с изменяемыми рабочими камерами // Н.М. Лозовой, В.А. Уваров, С. Ю. Лозовая / Научные исследования наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов: сб. докл. Междунар. науч.-практ. конф., Белгород, 5-8 окт. 2010г./Белгор. гос. технол. ун-т. -Белгород: Изд-во БГТУ, 2010. -Ч.З. -153-158 С.

3. Лозовой Н.М. Смесительно-помольный аппарат с изменяемой рабочей камерой // Н.М. Лозовой / Научные исследования наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов: сб. докл. Междунар. науч.-практ. конф., Белгород, 5-8 окт. 2010г./Белгор. гос. технол. ун-т. -Белгород: Изд-во БГТУ, 2010. -Ч.З. -158-162 С.

4. Лозовой Н.М. Оценка прочностных характеристик изменяемой камеры смесителя периодического действия // Н.М. Лозовой / Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: межвузовский сборник статей / БГТУ им. В .Г. Шухова - Белгород, 2011 - Вып. X. - С .165-169.

5. Лозовой Н.М Определение долговечности изменяемой рабочей камеры смесительно-помольного устройства // Н.М. Лозовой / Вестник ВКГТУ -Усть-Каменогорск: ВКГТУ, №4,2011. - С. 56-59

6. Уваров В.А. Определение сил в смесителе с изменяемой рабочей камерой периодического действия // Н.М. Лозовой, В.А. Уваров / Вестник БГТУ -:Белгород:БГТУ, №1,2012. - С. 56-59

7. Лозовой Н.М. Исследование процесса измельчения в смесительно-помольном устройстве с изменяемой рабочей камерой с использованием современных компьютерных технологий // Н.М. Лозовой / Вестник БГТУ -:Белгород:БГТУ, №1, 2012. - С. 79-81

8. Лозовой Н.М. Моделирование изменения мощности, затрачиваемой на помол материала в устройствах с деформируемыми камерами по дискретной модели // Н.М. Лозовой Л.В. Рядинская/ Свидетельство о гос. регистрации программ для ЭВМ, №2010614089, (К11), заявка №2010612440, дата поступления 5.05.2010, зарегестрировано 23.06.2010

9. Лозовой Н.М. Смесительно-помольное устройство с изменяемой рабочей камерой периодического действия // Н.М. Лозовой, С. Ю. Лозовая, В.А. Уваров / Патент на полезную модель № 104090, заявка № 2010139937, дата поступления 28.09.2010, зарегестрировано 10.05.2011.

Система основных буквенных обозначений

ае - ускорение п переносном движении вдоль оси ОУи Б - диаметр основания рабочей камеры; с/,. - максимальное смещение верхней части камеры; ¿4 -эксцентриситет вращения цапфы вокруг вертикальной оси; с1ч - диаметр частиц базового материала (песка); /*,, - сила

обуславливающая сдвиг межсекториальных слоев загрузки; 17т - сила взаимодействия компонентов смеси со стенками рабочей камеры; Гс -сила, зависящая от эксцентриситета и отвечающая за перемещение загрузки по высоте камеры в результате ее деформирования; у , -

коэффициент трения скольжения материала по лопаткам; у -

коэффициент трения скольжения между частицами материала загрузки; - коэффициент трения скольжения материала загрузки по материалу

камеры; g - ускорение силы тяжести; /г - толщина стенки рабочей камеры; К - коэффициента соотношения компонентов смеси; Ь - высота камеры, м; кз - коэффициент заполнения камеры материалом; I- время

цикла приготовления одной порции смеси; пц - число оборотов в минуту вращения цапфы; р - суммарное значение мощности,

необходимое для преодоления сил сопротивления перемещению

загрузки в устройстве; р, Рт, Ре - мощность, затрачиваемая на

преодоление сил сопротивления /; соответственно;

Q1— расчетная инерционная сила в сечении X корпуса, направленная параллельно действию нагрузки Рц; q¡ - погонная центробежная инерционная нагрузка действующая в направлении оси ра, Нм; гс -функция радиуса срединной поверхности оболочки; ге- радиус движения материальной точки вдоль длины камеры; гл радиус расположения лопаток на цапфе; Б- сдвигающие усилия сечении х корпуса камеры; иш и0 - опорные реакции от нагрузки <7,, относительно точек Оц и О соответственно; х, у, г - декартовые координаты точки

в момент времени I ; а - полярная или тангенциальная (угловая) координата произвольной точки параметра горизонтального сечения X камеры, в любой момент времени ре - угол наклона вращающейся оси X корпуса; р„, х„ - косоугольные (афинные) координаты произвольной точки на срединной поверхности оболочки; р- плотность смеси компонентов, кг/м3; т - касательные напряжения в сечении х корпуса камеры; <р - полярный угол перемещения материальной точки в единицу времени, отсчитывающийся от положительного направления оси У,; фк- угол поворота камеры при ее вращении для произвольного момента времени /; Шц - угловая скорость вращения цапфы (с-1); ®0 - угловая скорость вращения материальной точки.

Подписано Усл. печ

но в печать _ Формат 60x84/16 _

.л. 1,5. Oá Тираж 4DO Заказ № W

Отпечатано в Белгородском государственном технологическом университете имени В.Г. Шухова 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46

61 12-5/2183

Министерство образования и науки Российской Федерации

БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.Г.ШУХОВА

ЛОЗОВОЙ НИКОЛАЙ МИХАЙЛОВИЧ

СМЕСИТЕЛЬ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ С ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ

РАБОЧЕЙ КАМЕРОЙ

05.02.13. - Машины, агрегаты и процессы (строительство)

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель профессор, д.т.н., Уваров В.А.

Белгород - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИИ................................... 5

ВВЕДЕНИЕ............................................................................ Ю

1. СОСТОЯНИЕ, НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ В ОБЛАСТИ ПОЛУЧЕНИЯ СУХИХ 17 СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ......................................................

1.1. Характеристика сухих строительных смесей, технологические схемы и оборудование для их производства.................................

1.2. Анализ конструкции и принципа действия смесительного ^ оборудования......................................................................

1.3. Анализ конструкций смесительных устройств с эластичными ^ элементами в конструкции.......................................................

1.4. Цель и задачи исследований............................................... 41

Выводы по главе............................. ....................................... 46

2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

48

СМЕСИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ С ИЗМЕНЯЮЩИМИСЯ

РАБОЧИМИ КАМЕРАМИ.......................................................

2.1. Теоретические исследования основных технологических параметров смесительных устройств с изменяющимися рабочими 48

камерами..........................................................................

2.1.1. Моделирование кинематического, силового и энергетического взаимодействия лопаток мешалки и ^ изменяющейся рабочей камеры с частицами компонентов смеси..........................................................................

2.1.1.1. Анализ кинематики смеси компонентов.............. ^ 8

2.1.1.2. Анализ и расчет сил действующих на смесь при

перемещении рабочих органов в устройствах с 53 изменяющимися рабочими камерами...........................

2.1.1.3. Мощность, затрачиваемая на преодоление сил сопротивления в перемешиваемой смеси компонентов 59

сухих строительных смесей........................................

2.1.2. Расчет производительности....................................... 63

2.2. Методология оценки напряженного состояния материала

64

рабочей камеры смесителя...................................................

2.2.1. Анализ и определение функций инерционной нагрузки и внутренней силы, возникающих в рабочей камере из-за 65 заданного цапфе технологического эксцентриситета..............

2.2.2. Нахождение аналитических выражений распределения функциональных параметров и их экстремумов в 72 произвольных сечениях рабочей камеры смесителя...............

2.2.3. Определение аналитических зависимостей для расчета несущей способности резинокордной изменяющейся камеры 75 смесителя...................................................................

2.3. Методика конструкторско-технологического расчета смесителя с изменяющейся рабочей камерой............................

Выводы по главе.....................................................................

3. МЕТОДОЛОГИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ПРОЦЕССА СМЕШЕНИЯ В УСТРОЙСТВАХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО 84

ДЕЙСТВИЯ С ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ РАБОЧЕЙ КАМЕРОЙ................

3.1. План, программа и методика исследований и измерений при ^

проведении экспериментов...

3.1.1. План эксперимента.......................................................84

3.1.2. Определение количества повторных опытов................87

3.1.3. Расчет коэффициентов уравнения регрессии........... 88

3.1.4. Оценка воспроизводимости эксперимента и ^ адекватности уравнений регрессии...................................

3.1.5. Преобразование уравнений регрессии и определение ^ значимости факторов...................................................

79 82

3.1.6. Определение коэффициента неоднородности смеси...... 92

3.2. Программа и описание методик исследований, средства ^ контроля измерений.........................................................

3.3. Описание экспериментального оборудования................... 96

Выводы по главе................................................................... 99

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СМЕСИТЕЛЯ С

100

ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ РАБОЧЕЙ КАМЕРОЙ...................................

4.1. Исследование характера перемещения загрузки смеси компонентов......................................................................

4.2. Исследование влияния основных факторов на процесс смешения в изучаемом устройстве........................................................

4.2.1. Определение основных факторов, влияющих на процесс ^ смешения..........................................................................

4.2.2. Исследование изменения коэффициента неоднородности ^ смеси .........................................................................................

4.2.3. Исследование изменения мощности, затрачиваемой на ,, п

смешение.......................................................................

4.2.4. Исследование изменения производительности................................114

4.3. Рекомендации по выбору материала рабочей камеры..............................117

Выводы по главе.......................................................................119

5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ..................122

Выводы по главе............................................................................131

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ..................................................133

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .................................................................................136

ПРИЛОЖЕНИЕ А..........................................................................150

ПРИЛОЖЕНИЕ Б.......................................................................................152

ПРИЛОЖЕНИЕ В.....................................................................156

ПРИЛОЖЕНИЕ Г..........................................................................158

ПРИЛОЖЕНИЕ Д...................................................................................167

ПРИЛОЖЕНИЕ Е.............................................................................170

СИСТЕМА ОСНОВНЫХ БУКВЕННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

а = а(х) - центростремительное (радиальное) ускорение; ае - ускорение в переносном движении вдоль оси ОУу/ а^ац - оценки коэффициентов регрессии; х^Ху - факторы планирования и их сочетания; £0 - ошибка опыта;

Уф - наблюдаемый отклик функциональной зависимости; Вк - половинный угол между нитями ромбическими нитями корда; с0 - выборочная концентрация дополнительного компонента в смеси для данной серии опытов;

сг - концентрация компонента в /-ой пробе; й - диаметр основания рабочей камеры;

сЮк - собственный вес кольца, вырезанного из оболочки двумя бесконечно близкими сечениями, параллельными оси X; ¿4 - диаметр одной нити корда; йг - максимальное смещение верхней части камеры; йт - элементарная масса материала загрузки;

йтпр - приведенная масса материала к наклонной геометрической оси X камеры;

с1Р1 - элементарная сила инерции, действующая на точку с массой с1тпр] (IV- объем кольца сечением Ь-йх и радиусом г; с/ц - диаметр цапфы рабочей камеры;

йе -эксцентриситет вращения цапфы вокруг вертикальной оси;

- диаметр частиц базового материала (песка); ^ - сила сопротивления;

Рп - сила обуславливающая сдвиг межсекториальных слоев загрузки; ~ сила взаимодействия компонентов смеси со стенками рабочей камеры; -

Ре - сила, зависящая от эксцентриситета и отвечающая за перемещение загрузки по высоте камеры в результате ее деформирования;

/и, - коэффициент трения скольжения материала по лопаткам;

/е - коэффициент трения скольжения между частицами материала

загрузки;

/т - коэффициент трения скольжения материала загрузки по

материалу камеры;

/о - число степеней свободы;

ускорение силы тяжести ^ = 9,81 м/с =981 см/с ); к - толщина стенки рабочей камеры; ] - количество лопаток; к - суммарное число слоев корда; К- коэффициента соотношения компонентов смеси; Ь - высота камеры, м;

Кэ - коэффициент заполнения камеры материалом К = 0,5 - 0,75;

кь - коэффициент использования агрегата по времени, кь - (0,8 - 0,9);

время цикла приготовления одной порции смеси; ¿з' ^см' ¿в - соответственно время загрузки, смешивания и выгрузки

смеси;

N - общее число опытов; к - число групп опытов; Кф - число факторов;

Ит, А^в - рассредоточенные (погонные) внутренние нормальные силы в горизонтальном и вертикальном произвольных сечениях оболочки; п - минимальный коэффициент запаса; пС1 - число проб с концентрацией сх\ пс- число всех проб; п0 - число нулевых точек;

пп - число периферийных точек;

ппц, п.! - расчетные коэффициенты запаса на статическую и усталостную прочности;

лц - число оборотов в минуту вращения цапфы; п - число циклов смешения в час/

Р - общая мощность, необходимая для преодоления сил сопротивления перемещению загрузки в устройстве;

Р\,Рг~ продольные усилия в нитях решетки корда; Рц - внешняя горизонтальная сосредоточенная нагрузка на цапфу для создания заданного технологического эксцентриситета (определяется экспериментально);

Р^ - суммарное значение мощности, необходимое для преодоления

сил сопротивления перемещению загрузки в устройстве;

Рп., Рт, Ре - мощность, затрачиваемая на преодоление сил

сопротивления Рп 17е соответственно;

О = <2(х) - суммарная (результирующая) сила в сечении X от Рц и {2з - вес разовой загрузки смесителя;

= - расчетная инерционная сила в сечении X корпуса,

направленная параллельно действию нагрузки Рц; <2Р - внутреннее усилие от нагрузки Рц;

д,(х) - погонная центробежная инерционная нагрузка действующая в направлении оси ра, Нм;

Я^Щх) - функция радиуса положения вращающейся оси X; ЯП1 = 0,21) - эксцентриситет или радиус траектории вращения центра цапфы Оц;

г - радиус вращения материальной точки в загрузке вокруг оси ОУ; гс—гс(х) - функция радиуса срединной поверхности оболочки; г• - радиус движения материальной точки вдоль длины камеры;

■ гл радиус расположения лопаток на цапфе;

So - общее число действующих в системе сил сопротивления. Sp - дисперсия воспроизводимости опыта;

S = S(x,a), Smax - сдвигающие усилия (S, Smax) в сечении х корпуса камеры;

Sad - дисперсия адекватности;

U - разность между экспериментальными и вычисленными по уравнению регрессии значениями функции у в i -й экспериментальной точке;

иц, и0 - опорные реакции от нагрузки qb относительно точек Оц и О соответственно;

Vk - объем рабочей камеры;

т5е, i3n, - скорость движения точки при переносном, нормальном и касаиельном перемещении из состояния покоя; X - средняя арифметическая; ук -опытные данные функции отклика;

х, у, z - декартовые координаты точки в момент времени t; а - полярная или тангенциальная (угловая) координата произвольной точки параметра горизонтального сечения X камеры, в любой момент времени t;

Ре - угол наклона вращающейся оси X корпуса; 8 - расстояние по нормали между соседними волокнами корда; ра, ха - косоугольные (афинные) координаты произвольной точки на срединной поверхности оболочки;

рп - плотность перлитной пыли, кг/м3;

рк - радиус кривизны траектории перемещения материальной точки;

р- плотность смеси компонентов, кг/м3;

ри- плотность материала камеры, кг/м3;

оь а2 -нормальные напряжения в нитях решетки корда;

атах - наибольшее напряжение в кордном волокне;

<7к - среднее квадратичное отклонение (стандарт);

Ок1 - отклонения отдельных результатов от групповых средних;

т = т(х,а), ттах - касательные напряжения в сечении х корпуса камеры;

%.1 - натуральное (текущее) значение фактора;

Хт - натуральное значение основного (нулевого) фактора;

Тп - интервал варьирования I -го параметра;

еи - угловое ускорение;

(р - 0)()1 - полярный угол перемещения материальной точки в единицу времени, отсчитывающийся от положительного направления оси 7//

фк = фк(^) - угол поворота камеры при ее вращении для произвольного момента времени V,

соц - угловая скорость вращения цапфы (с-1); щ - угловая скорость вращения материальной точки;

^ - скорость точки, порождаемая ^ силой;

7] - общий к.п.д. всех передающих звеньев от привода до деформирующих элементов;

А - коэффициент деформирования рабочей камеры по высоте.

ВВЕДЕНИЕ

Смешивание сыпучих материалов широко применяется в различных отраслях химической технологии, энергетической промышленности, в агропромышленном комплексе, строительстве и многих других. При этом задача приготовления однородных по составу смесей связана с целым рядом трудностей, таких как широкий спектр изменения физико-механических свойств перерабатываемых материалов, требования, предъявляемые к качеству и составу продукта, производительности, энерго- и металлоемкости и т.д.

Использование средств и методов интенсивного смешивания позволяет серьезно пересмотреть основные рецептуры модифицированных строительных смесей и технологию их производства, при этом усиление степени воздействия модифицирующих добавок на физико-механические и технологические параметры приготавливаемых строительных смесей приводит к значительной экономии дорогостоящих компонентов.

Задачи повышения эффективности устройств, используемых при приготовлении сыпучих смесей, склонных к адгезии и агломерированию, сегрегации по физико-механическим свойствам частиц (размерам, плотности и другим), отличающихся большим соотношением объемов компонентов (1:10 и более) обусловливают необходимость постоянного совершенствования известных типов смесительного оборудования и создания новых. В производстве строительных материалов наиболее часто применяются гравитационные, центробежные, барабанные, вибрационные, червячно-лопастные и прочие смесители. Их конструкции выбираются, как правило, исходя из особенностей производства, характеристики смешиваемых материалов, необходимой производительности, требуемого , качества готовой смеси и экономических возможностей предприятия.

Сегодня получение некоторых видов материалов строительного назначения не возможно без использования смесительного оборудования,

способного обеспечить необходимый уровень однородности смеси. В составы сухих строительных смесей для регулирования их технологических свойств применяют систему «реологических» добавок, при этом целый ряд составляющих вводится в малом количестве (0,05-0,5%), однако их влияние на формирование свойств растворных смесей и растворов чрезвычайно велико. Они образуют в водной фазе собственную структурную сетку или взаимодействуют с дисперсной фазой и сохраняют стабильность системы, усиливают антиседиментационное действие, повышают пластичность системы, обеспечивают необходимый уровень тиксотропных свойств.

К таким добавкам относят суперпластификаторы, загустители и водоудерживающие добавки на основе эфиров целлюлозы, эфиры крахмала, полимерные дисперсии, добавки на основе слоистых силикатов. Химические добавки, используемые для модифицирования цементных систем, оказывают заметное влияние на физико-механические свойства готового продукта (цементного камня, бетонов, штукатурок, клеев и др.), однако их положительный эффект на физико-механические свойства зависит от вида и концентрации этих модифицирующих добавок, а также от технологии введения в состав смеси и перемешивания.

В последнее время модифицирующие добавки, имеющие сложный состав поставляются в продажу в готовом виде. Поэтому аппарат-смеситель способный качественно смешивать и гомогенизировать порошки из исходных компонентов, отличающихся друг от друга по размеру частиц (от

3 3

долей микрона до 5 мм) и плотности (от 0,1 г/см до 4,0 г/см ) является основным агрегатом технологического цикла производства сухих смесей и их составляющих.

Одним из возможных путей совершенствования смесительного оборудования для сыпучих материалов является применение конструкций смесителей с возможностью регулирования перемещения частиц внутри камеры смешения, что обеспечит необходимое перемещение частиц, и стабильное достижение требуемого качества смеси. Поэтому возможность

управления процессом смешения, простота конструкции, быстрая и несложная переналадка смесителя для работы с различными сыпучими материалами есть актуальная задача.

Анализ состояния и направлений развития техники и технологии смешения дает основание положить в основу настоящих исследований следующую рабочую гипотезу - эффективность процесса смешения материалов с разными физико-механическими свойствами в смесителях периодического действия возможно существенно повысить за счет использования в конструкции вертикального перемешивающего устройства и ликвидации застойных зон.

Главная научная идея работы заключается в использовании механизма деформирования тонкостенных элементов в смесителях для организации управления перемещением смеси компонентов соответствующим ей, протекающим процессам смешения материалов для получения качественных многокомпонентных смесей с заданными характеристиками.

В связи с этим целью работы является разработка математического аппарата и теоретических моделей для создания смесителя периодического действия с изменяющейся рабочей камерой, для получения качественных многокомпонентных смесей с заданными характеристиками.

В соответствие с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Провести анализ состояния и выявить направления развития смесительного оборудования для получения сухих строительных смесей.

2. Разработать принципиальную схему смесителя с изменяющейся рабочей камерой, обеспечивающего получение качественных многокомпонентных смесей с заданными характеристиками, за счет управления механизмом перемешивания частиц^ и^обсспеч�