автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Совершенствование конструкции агрегата и процесса вибрационного перемешивания бетонной смеси

На правах рукописи 00501^0"

ЛОБАНОВ ДМИТРИЙ ВИКТОРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ АГРЕГАТА И ПРОЦЕССА ВИБРАЦИОННОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ

Специальность: 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 мдр ¿012

Братск 2012

005013579

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Братский государственный университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Ефремов Игорь Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кузьмичев Виктор Алексеевич

доктор технических наук, профессор Садович Марк Ашерович

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Тихоокеанский государственный университет» г. Хабаровск

Защита состоится 30 марта 2012 года в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д212.018.02 в Братском государственном университете, ауд. 3203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Братского государственного университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу:

665709, г. Братск - 9, ул. Макаренко 40, БрГУ, диссертационный совет Д212.018.02, ученому секретарю.

E-mail: efremov@brstu.ru Тел: (3953) 32-53-63 Факс: (3953) 33-54- 12

Автореферат разослан «¿9 » февраля 2012 г.

Учёный секретарь <■ '

диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент И.М. Ефремов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время экономическое развитие Российской Федерации определяет процессы, связанные с созданием конкурентоспособного производства в различных отраслях промышленности. Так, например, одним из актуальных аспектов развития строительной индустрии является монолитное строительство, немаловажная роль в котором отводится приготовлению бетонных смесей на первоначальном этапе производства.

Анализ различных источников позволяет обнаружить многообразие существующих промышленных бетоносмесительных машин, реализованных на основе механической обработки с целью получения качественных бетонных смесей, т.е. получения их максимально-однородными по составу.

Последнее позволяет выделить проверенный временем и множеством научных трудов способ вибрационной обработки бетонных смесей, как в отдельно взятом случае, так и в совокупности с обычной механической активацией.

Способ вибрационной обработки бетонных смесей известен давно, а целесообразность вибрационного смешивания доказана в результате многочисленных работ ученых: д.т.н. А.Е. Десова, д.т.н. И.П. Керова, д.т.н. В.А. Кузьмичева, д.т.н. Г.Я. Кунноса, д.т.н. Н.В. Михайлова, академика д.х.н. ПА. Ребиндера, д.т.н. A.A. Серебренникова, д.т.н. Б.Г. Скрамтаева, д.т.н. М.А. Талейсника, д.т.н. Н.Б. Урьева и других, а также коллективами научно-исследовательских институтов ВНИИСтройдормаш, ВНИИСМ, НИИЖБ, ИСиА Латвийской ССР, ВНИИГ им. Веденеева и др.

В настоящей работе рассматривается принципиально новая конструкция роторно-вибрационного смесителя с вибровозбудителем сильфонного типа. Смеситель позволяет интенсифицировать процесс: перемешивания бетонных смесей, снизить уровень вибрации на внешнюю среду, с одной стороны, и максимально использовать вибрационные воздействия на обрабатываемой материал, с другой.

Объектом исследования является: роторно-вибрационный смеситель с вибровозбудителем сильфонного типа.

Предмет исследования: процесс вибрационного перемешивания бетонных смесей в предлагаемой конструкции смесителя.

Цель работы: теоретические и экспериментальные исследования процессов интенсификации приготовления бетонных смесей.

Реализация поставленной цели достигается решением следующих задач:

- выбором, обоснованием и разработкой метода и средства для измерения реологических параметров бетонных смесей;

- разработкой математической модели процесса вибрационного взаимодействия вибровозбудителя с бетонной смесью;

- проведением экспериментальных исследований по определению влияния параметров вибрации на изменение структурно-реологических свойств бетонной смеси и качество их смешивания.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- предложена классификация вибробетоносмесительных машин, позволяющая находить совместимые сочетания способов возбуждения, характера

колебаний и особенности конструкций, обеспечивающие проектирование надежных и долговечных установок;

- предложен комплексный критерий оценки изменения структурно-реологических свойств смесей при вибрировании - коэффициент удельного сопротивления;

- на основе метода физического моделирования и анализа размерностей составлены критериальные уравнения, описывающие процесс взаимодействия вибровозбудителя сильфонного типа с бетонной смесью;

- в результате экспериментальных исследований определены значения коэффициентов критериального уравнения, что позволяет на основе теоретических расчетов определять рациональные кинематические и геометрические параметры вибросмесителя по выбранному критерию;

- установлено, что размещение предложенной конструкции вибровозбудителя в камере смешивания обеспечивает сокращения сроков твердения, повышение прочности бетонных изделий, сокращение времени смешивания.

Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждаются: обработкой результатов исследований методами математической статистики с использованием пакетов программ SOLID WORKS, Mathcad 11, CurveExpert 1.4, Advanced grapher 2.0; удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, проведенных на экспериментальном роторно-вибрационном смесителе.

Практическая ценность работы и ее реализация:

- впервые предложен способ виброперемешивания бетонных смесей с использованием вибровозбудителя сильфонного типа, применение которого позволяет снизить уровень вибрации на внешнюю среду, с одной стороны, и максимально использовать вибрационные воздействия на обрабатываемой материал, одругой;

- предложены перспективные конструкции роторно-вибрационных смесителей, защищенные тремя патентами РФ;

- результаты разработок использованы в государственной строительной компании «Сонсголои-Бармат» (Монголия, г. Улан-Батор), ООО «ММТ-Инжиниринг» (г. Иркутск), ФГУП «ГИПРОЖЕЛДОРСТРОЙ» (г. Москва), в лекционных курсах, дипломном проектировании и при подготовке студентов, магистров и аспирантов в Братском государственном университете и Монгольском университете науки и технологий.

Апробация работы. Основные результаты работы рассмотрены в докладах на следующих конференциях: Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Механики XXI веку» (г.Братск, БрГУ, 2006 - 2007 гг.); Международной конференции «Вопросы развития механики», (Монголия, г. Улан- Батор, 2009 г.); Международной научно-технической конференции «Интерстроймех-2011», (Белоруссия, г. Могилев, 2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 научных работ, в том числе в изданиях из перечня ВАК - 10, в других изданиях - 6, а так же 3 патента РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 3-х глав, основных выводов, списка использованной литературы из 312 наименований. Объем работы составляет 113 страниц, 53 рисунка, 9 таблиц и 130 страниц приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована актуальность темы диссертации, научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе представлен сравнительный обзор и анализ основных направлении в разработке средств реализации технологий, применяемых при интенсификации процессов перемешивания бетонных смесей

В первой части главы дана оценка состояния современного производства бетоносмесителей по результатам анализа информационно-аналитического поиска и обзора рынка современных бетоносмесителей, йнформационно-ана-литическии поиск проводился с помощью Internet и позволил выявить 39 фирм-производителей 12 стран мира, выпускающих 98 различных по модификациям бетоносмесительных машин. Количественное и процентное соотношение наиденных фирм-производителей бетоносмесительных машин по странам мира, по режиму работы и принципу перемешивания компонентов а так же по типу перемешивающего механизма представлены на диаграммах (рис. 1, рис. 2, рис. 3).

Другие страны Дания 5

1 13%\

Франция

Принудительный циклический

56 57°-

Принудительный непрерывный

Гравитационный циклический

37 38%

Турбинный Роторный Планетарный 5 ^прогавоточный

Шй' Рис- 2 Количественное распределение выдвинь* фирм-производителеи бетоносме- пускаемых бетоносмесителей по режиму

сительных машин по странам мира. работы и принципу перемешивания кошго-

центов.

дующее*™ аНадитическо"и,'Ф°Рмационный обзор позволил выделить сле-

1. для создания бетоносмесителей нового поколения необходима разработка национальных стандартов в данной отрасли, соответствующих международным ISO 18650 и DIN 459;

2. для оценки готовности смеси в процессе смешивания необходимо создание контрольно-измерительных приборов, обеспечивающих мониторинг изменения структурно-реологических свойств смешиваемого материала, и разработка критерия оценки;

3. для повышения интенсивности и качества процессов смешивания необходимо создание конструкций с ис-—— прогрессивных физических эффектов, например, ТИКСО-фОПИЫХ

Роторный^ XIX/ 1«..

9

9%

Одновальнын^ 10

10%

Планетарный/

противоточньй 13

134

Рис. 3. Количественное распределение выпускаемых бетоносмесительных установок по типу перемешивающего механизма.

Во второй части главы представлена общая оценка состояния вопроса по применению виорации в процессах перемешивания бетонных смесей. Проведен анализ различных конструкций вибрационных смесителей, найденных в литературных источниках, научных работах советских и российских авторов Патентно-лицензионный поиск проводился с помощью Internet в базах данных патентных ведомств США, Германии, Европейского патентного ведом-

r^Srv липгЖДУНаР0ДНЬ1ХпПаТеНТНЬ1Х 3аЯВОК И пэт<™го ведомства России <<ФГУ ФИПС» в период 1938 по 2010 гг. в соответствии с ГОСТ Р15 011-

У6. Динамика патентования вибробетоносмесителей, распределение патентов по странам, а так же их количественное и процентное соотношение представлены на диаграммах (рис. 4, рис. 5, рис. 6 рис 7)

MMnmmÉÉÉmi

Рис. 4. Динамит патентования вибробетоносмесителей.

Рис. 5. Количественное распределение найденных патентов по странам.

Вибрационные

Гравтациокиые 12%\ с вибрацией 32 \

26% '-А

Принудительные с вибрацией

/75 62!-.

Магннтострикционнмй

л \ Электромагнитный

Гидравлический \ /

24

Пиейматнчеехнй. 2

Комбинированный:/ зебалансный и кинематический 13 11%

яиематнческий 13

^балансный

Рис. 7. Количественное распределение по типу вибровозбудителей.

Рис. 6. Количественное распределение конструкций вибробетоносмесителей по трем

основным групповым признакам.

Проведенный патентно-информационный поиск позволил разработать классификацию вибросмесителей (рис.8), а его анализ показал, что большинство конструкций вибробетоносмесителей соответствует второму ОСНОВНОМУ классификационному признаку - вибросмесителям принудительного перемешивания с дебалансными вибровозбудителями. Предпочтение вибросмесителям принудительного перемешивания обусловлено их наиболее расширенной применимостью в производстве бетонных смесей, а популярность использования инерционных (дебалансных) вибровозбудителей объясняется тем, что такие вибровозбудители наиболее просты в конструктивном исполнении проверены временем и надежны в работе. Однако инерционные вибровозбудители обладают двумя недостатками, с точки зрения использования их в смесителях: зависимостью амплитуды колебаний от вязкого и упругого сопротивления среды, что отражается на интенсивности процесса смешивания; и необходимостью проектирования виброизолирующих устройств Поэтому, рассматривая результаты информационного поиска с точки зрения снижения уровня вибрации на внешнюю среду, с одной стороны, и макси-

Япония Германия. ФРГ и ГДР США 9 , 12

Другие Австрия.

СССР »г Россия 82 12"а

По сіюсобу ІіеречСІІІЧЯЯІІІІЯ

Вибрационные (В) Принудительные с вибрацией /ІІВ) Гравитационные свибоацней(ГВ) |

мального использования вибрационных воздействий на обрабатываемую бетонную смесь, с другой, был проведен дополнительный анализ конструкций вибровозбудителей, который позволил выявить новый вид вибровозбудителей - гофрированные осесимметричные сильфоны.

Анализ процесса вибрационного перемешивания, прове- I-в.бровп»ноС».с«"^Г~| денный на основании литературных источников, показал, что сокращение времени приготовления строительных смесей может быть достигнуто за счет увеличения интенсивности воздействия на смесь и максимально возможного разрушения связей между частицами. Основными недостатками вибросмесителей является их низкая эскплуатационная надежность.

Для повышения эксплуатационной надежности предлагается конструкция вибросмесителя, защищенная патентом РФ № 2292943.

Конструкция роторно-виб-рационного смесителя, содержит камеру 1 смешивания и ротор 2, выполненный с лопастями 3,4. Ротор 2 имеет привод 5 вращения. В центре камеры 1 смешивания установлен вибратор 6 с механическим возбуждением колебаний от кривошипно-шатунного механизма 7. Вибратор 6 выполнен в виде диска 8 и сильфона 9. В смесителе имеются так же окна 10 и 11 загрузки и выгрузки материалов соответственно.

Так как вибратор выполнен в виде сильфона и расположен в нижней части камеры смешивания, то данное конструктивное решение позволяет за-

|1о конструктивному наличию колеблющнхсн оболочсчных ыемснтов

Корпус вибратора I Камера смесителя

-— 1"--- і

Пластинча- Гофрированные Толстостен- Эластичные тол-

тые и/или осесимметричные ные цилинд- стостенные от-

мембранные шм «мьфониые рические крытые

Рис. 8. Классификация вибробетоносме-сительных машин.

щитить подшипники кривошипно-шатунного механизма от проникновения пыли и смеси.

Наличие сильфона обуславливает передачу вибрации на обрабатываемую смесь и максимально удовлетворяет требованиям виброзащиты объекта. Под действием вибрации и вращающихся лопастей ротора структура смеси разрушается, что обеспечивает свободное перемещение частиц компонентов и их перемешивание во всем пространстве смесительной камеры с

5

10

гт* І5 Р Iа—Л

ч ІЗ [и

Рис. Р. Схема роторио-вибрационного смесителя.

минимальными затратами энергии на силы сухого и вязкого сопротивления до получения высокооднородной смеси.

В результате проведенного информационно-аналитического поиска и выбора объекта исследований были сформулированы цели и задачи исследований.

Вторая глава диссертации посвящена теоретическим исследованиям процесса взаимодействия вибровозбудителя сильфонного типа с бетонной смесью и анализу его напряженно - деформируемого состояния.

В первой части главы подробно рассмотрен вопрос о выборе метода и средства для измерения реологических параметров бетонных смесей. В соответствии с многочисленными работами бетонные смеси принято аппроксимировать известным реологическим уравнением Бингама-Шведова:

Т-Ту =МГУ, т>Гу, (1)

гг Н-С

где г- напряжение сдвига, Па; цр - динамическая вязкость, ——; т — прем

дельное напряжение сдвига (в общепринятом виде обозначается г0), Па; у -скорость сдвига, с"1.

Отсутствие прямой зависимости основных технических характеристик бетоносмесителя с реологическими параметрами, входящими в уравнение (1), а так же ввиду сложности их определения в процессе смешивания, было предложено в качестве обобщенного параметра, характеризующего процесс вибросмешивания, использовать удельное сопротивление р перемешиванию, которое может быть определено по формуле, предложенной K.M. Королевым:

п

N = р-щ-^F,-Rrcosa,-cos ß, - (2)

M

где M- момент на перемешивающем органе смесителя, Н-м; р - удельное сопротивление бетонной смеси, Па; а>0 - угловая скорость вращения ротора, с"1; Ft - площадь i-ой лопасти, м2; R, - радиус вращения i-ой лопасти относительно оси вращения ротора (расстояние от геометрического центра лопасти до оси вращения ротора), м; а, - угол наклона i-той лопасти в горизонтальной плоскости, град; Д - угол наклона ¡-той лопасти в вертикальной плоскости, град.

Основными преимуществами использования удельного сопротивления р бетонной смеси в качестве основного реологического параметра являются: простота измерений величин удельного сопротивления р бетонной смеси и конструкции прибора (реометра).

В Братском государственном университете на кафедре Подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования был создан реометр, состоящий из вала, выполненного в виде ротора с четырьмя лопастями, с приводом вращения от электродвигателя постоянного тока со встроенным тахометром (рис. 10).

Контроль над изменением частоты вращения вала реометра осуществлялся посредством компьютерной системной платы Gigabyte GA-7VT600(-L). Непосредственный мониторинг частоты вращения вала реометра проводился через базовую систему ввода-вывода системной платы - BIOS.

Удельное сопротивление р бетонной смеси определялось по формуле:

р=-

Р„р->7

1-и-г/

Иг,-*,

4- т ■ И, - Ь ■ Я 4-Й» -А Ь. Л, 4-е». ■ И, ■ Ь- Я,

(3)

где М^,- величина момента на роторе реометра, Нм; Г - площадь 1-ой лопасти погруженной в смесь, м2; Л,, Л, - радиус вращения ¡-ой лопасти относительно оси вращения ротора (расстояние от геометрического центра лопасти до оси вращения ротора), м; Ьг - высота лопасти, м; Ал - ширина лопасти, м; РтхР - механическая мощность на валу реометра, Вт; сор - угловая скорость вращения ротора реометра, с"'; РтГ -электрическая мощность, потребляемая процессом на вращение вала реометра, Вт; г] - к.п.д. электродвигателя; I - сила тока в цепи электродвигателя реометра, А; и - напряжение в цепи электродвигателя реометра, В.

Для определения влияния вибрации на характер изменения структурно-реологических свойств бетонной смеси в зависимости от кинематических и геометрических параметров вибросмесителя был использован метод анализа размерностей.

Проведенный анализ позволил вывести следующую функциональную зависимость:

р = /(А,со^,р,Р,У,0,с1,КН), (4)

где А - амплитуда вибрирования, м; со - частота вибрирования, с"1; £ - ускорение свободного падения, м/с2; р - плотность смеси, кг/м3; Р - активная площадь поверхности контакта вибратора со смесью, м2; V - объем загрузки, м ; О - внутренний диаметр камеры смешивания, м\ с! - внешний диаметр вибратора, м; И - высота слоя смеси, м; Я - высота вибратора, м.

Используя известные положения этого метода, было получено критериальное уравнение вида:

Рис. 10. Реометр: 1 - вал в виде ротора с четырьмя лопастями; 2 - электродвигатель постоянного тока; 3 - выводы для подключения

электродвигателя к трехконтактному 12В разъему 8У8_ГАМ для вентиляторов системной платы.

р-со1 -А1

А-со2

Р^А V

(5)

где

р-со1 -А1

- определяемый критерий, характеризующий обратное отноше-

ние удельного сопротивления бетонной смеси к плотности и квадрату скоро-

сти вибрирования;

А со

- определяющий критерий, характеризующий отно-

шение ускорения свободного падения к ускорению колебаний вибрации; Г-А

—— - определяющий критерии, характеризующий передаточную способ-

ность вибрационного воздействия на смесь поверхностью рабочего органа , (1 И

вибратора; —,--определяющие критерии-симплексы, характеризующие

О н

граничные условия исследуемого процесса; с — поправочный коэффициент, учитывающий исходные структурно-реологические свойства смеси, и зависящие от состава минеральных компонентов, их физико-механических и физико-химических свойств, водоцементного отношения; х, у, г, V/ — степенные коэффициенты, определяемые экспериментально.

Установлено, что при растяжении-сжатии в процессе колебаний осесим-метричная гофрированная оболочка (сильфон) испытывает неравномерные деформации, значения которых убывают от места силового воздействия к месту закрепления сильфона. Как следствие вышесказанному, появляется необходимость учета неравномерности деформации сильфона в процессе колебаний и, следовательно, значение реальной амплитуды колебаний вибровозбудителя и коэффициента удельного сопротивления следует принимать с учетом их послойного распределения.

С учетом этого уравнение (5) примет вид:

. Д

А-со

рсо~

■А2

X

■Р-Л V

(6)

Р, -

где п - число слоев; Р ~ сРеДнее значение удельного сопротивления

п

р бетонной смеси из значений в каждом слое, Па; А, - амплитуда вибрирова-

ния в каждом слое (срезе), м; У — = А

ы "

■ среднее значение амплитуд, м.

Критериальное уравнение (6) позволяет оценить характер разрушения структуры бетонной смеси в чаше смесителя и, тем самым, выбирать рациональные геометрические параметры конструктивных элементов вибросмесителя в зависимости от поставленной цели.

В третьей части второй главы были проведены теоретические исследования напряженно-деформированного состояния сильфона с использованием программного комплекса 80ЬГО\¥(ЖК8.

Для исследований была выбрана осесимметрич-ная гофрированная оболочка вибровозбудителя, представляющая собой компенсаторный сильфон (рис. 11), который можно классифицировать в соот- Рис- 11- Вибратор: 1 - сильфон; 2 - крышка сильфона; 3 — ветствии с ГОСТ шатун.

Р50618-93, как универсальный цилиндрический с обниженными крайними гофрами.

С помощью программного комплекса 80ЬГО\У(ЖК5 была разработана компьютерная ЗЭ модель, соответствующая натуральному образцу. В качестве материала сильфона при проведении расчетов была выбрана сталь А1Б1 321 - отожженная нержавеющая сталь по классификации США ввиду отсутствия отечественного марочника сталей в базе данных 80ЬГО'№'0КК8. Эта сталь является ближайшим аналогом стали 08Х18Н10Т, из которой изготовлен применяемый в смесителе сильфон.

В результате теорети- «■■■■"■» ческих расчетов установлено, что величины эквивалентных напряжений принимают максимальные значения у оснований (во впадинах) гофр, минимальные - на вершинах.

При этом осевая деформация сильфона, значения которой превышают 5мм (рис. 13, рис. 14), является недопустимой, так как возникающие напряжения превосходят предел текучести.

Рис. 12. Общий вид конечно-элементной модели сильфона.

Рис. 13. Эпюра распределения эквивалентных напряжений с осевой нагрузкой 402 Н при максимальном перемещении 5 мм

Рис. 14. Эпюра результирующих перемещений с осевой нагрузкой 402 Н при максимальном перемещении 5 мм

Исследования напряженно-деформированного состояния сильфона с использованием указанных программных комплексов позволяют определять пульсирующий цикл напряжений и те предельные значения осевых деформаций с учетом усталостной прочности материала, которые обеспечивают надежную эксплуатацию сильфонного вибровозбудителя. Для исследуемого сильфона максимальная осевая деформация составляет Змм.

Третья глава диссертации включает экспериментальные исследования, позволяющие оценить качественную и количественную картину характера разрушения структуры бетонной смеси в чаше смесителя под воздействием вибрации, а также оценить влиянии вибрации на процесс смешивания с использованием вибровозбудителя сильфонного типа.

Для решения поставленной задачи была разработана методика проведения исследований, включающая следующие операции:

- подготовка компонентов для приготовления бетонной смеси и выбор режимов работы смесителя;

- приготовление бетонной смеси;

- измерение величины коэффициента удельного сопротивления бетонной смеси реометром в зависимости от кинематических и геометрических параметров вибросмесителя;

- определение прочности образцов бетона на сжатие в зависимости от времени твердения.

Для проведения экспериментальных исследований был спроектирован и изготовлен вибросмеситель, состоящий из камеры смешивания, перемешивающего устройства и вибровозбудителя

сильфонного ти- Рис. 15. Общий вид экспериментальной установки: I - камера па, представлен- смешивания; 2-ротор; 3-лопасти; 4 - электродвигатель ный на рис. 15. привода вращения ротора с лопастями; 5 - редуктор привода

В качестве вР°Щения ротора с лопастями; 6 - электродвигатель привода вяжущего исполь вибровозбудителя; 7 - вал привода вибровозбудителя; 8-кри-вошипно-шатунный механизм; 9 - вибровозбудитель.

зовался портландцемент Ангарского цементного завода марки М400 Д20. Мелким заполнителем являлся зуевский сортированный песок, добываемого карьером №1 братского месторождения. В качестве крупного заполнителя щебень диабазовый фракции 10-20 мм.

Состав бетонной смеси был выбран в соответствии с ГОСТ 27006-86 в следующих пропорциях Ц:П:Щ=1:2:3, В/Ц=0,5 по проектному классу БГС В25 Ж1 ГОСТ 7473-94. Плотность бетонных смесей определялась в соответствии с ГОСТ 10181-2000. Формование и испытание образцов размером 100x100x100 мм проводились в соответствии с ГОСТ 10105-86 и ГОСТ 10181-2000.

В результате обработки экспериментальных значений коэффициентов удельного сопротивления р, с использованием программ «CurveExpert 1.4» и «Advanced grapher 2.0», были получены зависимости, которые наглядно отражают характер изменения структурно-реологических свойств бетонной смеси используемого состава в процессе вибрирования и представлены на рис. 16, 17, 18, 19.

Для определения коэффициентов с, у, z, w, входящих в критериальное уравнение (6), использовалась программа «Mathcad». Многочисленные эксперименты, результаты которых представлены на графиках и их анализ позволили упростить решение задачи и ограничиться значениями высоты слоя h = 0.1 + 0,25 м и максимальными значениями амплитуды и частоты вибрирования равными А, = Змм,©„ = 284,21с'. В результате получено критериальное уравнение вида:

* ■ ■ ■ Амплитуда вибрирования 1 мм

♦ ♦ ♦ ♦Амплитуда вибрирования 2 мм О ООО Амплитуда вибрирования 3 мм

Рис. 16. График зависимости удельного сопротивления бетона р от интенсивности вибрирования А-О)1 по слоям.

Р.Па

500001-------

А-а', м/с'

" 0 20 40 60 80 100 ПО И0 160

Рис. ¡7. График зависимости средних значений удельного сопротивления бетона р от средних значений интенсивности вибрирования А-со2 в смесителе в целом.

Необходимо отметить, что результаты проведенных реометрических исследований хорошо согласуются с многочисленными исследованиями других авторов в области виброреологии. Это обстоятельство позволяет сделать вывод о том, использование в качестве вибровозбудителя сильфона с осесим-метричной гофрированной оболочкой целесообразно в роторных (чашечных) смесителях с целью интенсификации процессов смешивания.

Качество перемешивания определялось по прочности образцов бетона на сжатие по истечении 3-х суток твердения - ударно-импульсным измерителем прочности «Оникс — 2.5», а по истечении 28-ми суток твердения - разрушающим методом на прессе П-50 в соответствии с ГОСТ 10180-90 и ГОСТ 18105-86.

р,Па

О О О О С частотой колебаний вибратора 95,82 с"1 х х х х с частотой колебаний вибратора 146,82 с"1 О О о О С частотой колебаний вибратора 284,21 с"1

Рис. 18. Гоафик зависимости р = /[ ^ ^

р,Па

X X X X А ■ аг = 9, IS м/с' о о о о A ar = 161.55м/с-1 + + + +А-аг=21.56м/с' * « « <> А ar =27.54м/с2 □ DODW. НО. 7Г, м/с' 64. 6 7 м/с'

ШШЯЯЛ-со1=43,11 м/с О О О О А ■ ссг = 242,33м/с'

Рис. 19. График зависимости средних значений удельного сопротивления бетона р от высоты смеси h при различной интенсивности колебаний вибратора.

Эффективность виброперемеш;.вания определялась по результатам сравнения прочности бетонов, приготовленных в роторно-вибрационном смесителе с применением вибрации и без нее. Результаты исследований представлены на рис. 21, 22, 23, 24, 25.

ass sa

р

—/ у

а /

И^.МПа

X---

-Л

* * * • Перемсшнми« 6« «нОраиия

Пасшими«. С .ибро^кореиием 9.18 м/с2

* ' й * Персмсшкмккс С »и6ро>-скй5кн«м 2],56 м/с2 ° С в Перемешивание с мброускоревисы 80.77 »"с2

Рис. 20. Зависимость прочности образцов на сжатие от времени твердения (время перемешивания 30 секунд, амплитуда вибрирования I мм).

1 " 1 'Ъременпнчннс без ыбрлцнп ^ 11 " Псрсмса«мдцс с »»Рроускорсмием ¡8..46 м/с3 оэсо 1 '«ремишиаиме с »»бреуасрсмнт «3.) I ulc1 0 0 '■ ~ стоимШК С аиброуеторатем 161,55 и/с-

Рис. 21. Зависимость прочности образцов на сжатие от времени твердения (время перемешивания 30 секунд, амплитуда вибрирования 2 мм).

. л У/ у

/

1.

/ у

■ 1 1

1 ' " Чсксмсшииняе 5сз »и6р.цяи I * ' £ Переиешимлие о внброускоренмем 27.34 м/с2 аоои Переыешиммче с мброускореннеы 64.67 и/с: 4 0 г' Перемешкмние с «броускореиисм 242.33 ч'с2

Рис. 22. Зависимость прочности образцов на сжатие от времени твердения (время перемешивания 30 секунд, амплитуда вибрирования 3 мм).

20

25

Гкрсисашвзимс без аибргщш

•в П<ремеишмнме с «и45роускорсни£.и 9,18 к/с-•* Персиеишлммс с »иБроутнораасм 21.36 «Се5 ■« Перемешивание с »"броускоремием 80.77 м/с»

Рис. 23. Зависимость прочности образцов на сжатие от времени твердения (время перемешивания 60 секунд, амплитуда вибрирования I мм).

1 !___ -

¿Z

s---

1 i 10 1

-е Перемешивание с вкброускореинем 43,11 Перемешивание с внброускорсккеы 161.55 м,

не без tuSf nuini

с янброускореии

Рис. 24. Зависимость прочности образцов на сжатие от времени твердения (время перемешивания 60 секунд, амплитуда вибрирования 2 мм).

-4 Першешивлни -й llepainuHMH« с 6*.67 К'с3

1 ПДОЛИПШшШе с котике

Рис. 25. Завиамость прочности образцов на сжатие от времени твердения (время перемешивания 60 секунд, амплитуда вибрирования 3 мм).

_ Ре^ьтатов испытаний образцов бетона на сжатие свидетельств

а^еш,оФФеетИШЮСТИ ИШ°ЛЬ30ВШ™ ВибРадии в процессах передни™,

- обеспечивает повышение интенсивности процесса, что приводит к со крашению времени смешивания- что приводит к со-

Виброперемешивание особенно важно применять при производстве 2™!1ЬК бл0К0В вибропрессования, где в качестве смесей 1С

пользуются смеси малой влажности (сухие смеси).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Предложена классификация вибробетоносмесительных машин, позво-

СОШеСТИМЫе С0Чегания способов возбуждения, характера колебании и особенности конструкций, обеспечивающие проеквдшие на-дежньк и долговечных смесительных агрегатов. актирование на

пм„2' Предложен. комплексный критерий оценки изменения структурно-

сРо~Г,СЕОИСта ШеСеЙ ПРИ Вибрир0вании - коэффициентного

3. На основе метода физического моделирования и анализа размешюстей составлено критериальное уравнение, описывающее процессТз^одей™ вибровозбудителя сильфонного типа с бетонной смесыГ В3аимодеистаия _ . 2 В Результате экспериментальных исследований определены значения КРИТСрИаЛЫ10Г° ™ позволяет ^основе

РаЦИ°ГЬНЫе ^матические и геометриче^е Г=ГбР°СМеСга П° ВЫбршшомУ критерию; установлено, что размещение предложенной конструкции вибровозбудителя-в камере сисшттш обеспечивает сокращения сроков твердения, повышение прочности бет"

изделии, сокращение времени смешивания. "сгонных

5 Результаты проведенных реометрических исследований хорошо согласуются с многочисленными исследованиями в области виброре£юпш Это обстоятельство позволяет сделать вывод о том, что использование в Ячестве

™^ГГпоСИЛЬф0'? С « гофрированной о^лочкой

целесообразно в роторных (чашечных) смесителях с целью интенсификации процессов смешивания. Рекомендуемые значения интенсивноетГви1Ри™ вибровозбудителем сильфонного типа должны составлять 150-200

испол6;™!— папРяжеин<>деФ0РмиРОванного состояния сильфона, с использованием указанных программных комплексов, позволяют определять

осеГГд7о^^ИЗМеНеНИЯ НШ,РЯЖеНИЙ' а ™ ЖС "РеДельнь—яЬ осевых деформации с учетом усталостной прочности материала, которые

обеспечивают надежную эксплуатацию сильфонного вибровозбуГи^Г

Ствует Ре3уЛЬТаТ0В «питаний образцов бетона на сжатие свидетель-

,шЯ ~и1ФСКТИВН0С™ ИСП0ЛЬЗ~ Грации в процессах перемешива-

- обеспечивает повышение интенсивности процесса, что приводит к сокращению времени смешивания;

- обеспечивает ускорение процесса твердения бетона, особенно на ранних сроках, например, 3-й сутки твердения прочность вибрационных образцов была выше на 38% обычных (без применения вибрации), на 7-е - до 29%, на 14-е - до 19%, и на 28-е - до 8%.

8. Разработана проектная документация на конструкцию роторно-вибра-ционного смесителя с вибровозбудителем сильфонного типа, защищенная патентом РФ на изобретение.

9; Результаты разработок использованы в государственной строительной компании «Сонсголон-Бармат» (Монголия, г. Улан-Батор), ООО «ММТ-Инжиниринг» (г. Иркутск), ФГУП «ГИПРОЖЕЛДОРСТРОЙ» (г. Москва), в лекционных курсах, дипломном проектировании и при подготовке студентов, магистров и аспирантов в Братском государственном университете и Монгольском университете науки и технологий.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

- в изданиях из перечня ВАК:

1. Ефремов, И.М. Новые роторные смесители с различными системами вибровозбуждения / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов; // Строительные и дорожные машины. - 2008. - №9. - С.7-9.

2. Ефремов, И.М. Вибробетоносмесители: путь длиной в 70 лет / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов // Строительные и дорожные машины. - 2009 - №10 -С. 15-19.

3. Ефремов, И.М. Современные технологии интенсификации процессов перемешивания бетонных смесей / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов, К.Н. Фигура // Строительные и дорожные машины. - 2011. - № I. - С.З 7-41.

4. Ефремов, И.М. Механическая активация бетонных смесей при интенсификации процессов / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов, К.Н. Фигура // Механизация строительства. - 2011. - №2. - С.6-8.

5. Ефремов, И.М. Вибрационные методы перемешивания бетонных смесей в аспекте патентно-информационного анализа / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов, К.Н. Фигура, И.В. Комаров, P.E. Никифоров // Механизация строительства. - 2011. - №4. - С.6-10.

6. Ефремов, И.М. Патентно-аначити ческий обзор и расширенная классификация бетоносмесительных машин в аспекте исследования вибрационных технологий перемешивания бетонных смесей / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов, К.Н. Фигура, И.В. Комаров // Системы. Методы. Технологии. - 2011 -№2(10).-С. 38-45.

7. Ефремов, И.М. Современное бетоносмесительное оборудование в аспекте исследования способов механической активации бетонных смесей при интенсификации процессов перемешивания / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов, К.Н. Фигура, И.В. Комаров // Системы. Методы. Технологии. - 2011. -№3(11).-С. 19-27.

8. Ефремов, И.М. Новый экспериментальный роторно-вибрационный смеситель / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов // Строительные и дорожные машины. - 2011. -№9.-С.16-19.

9. Ефремов, И.М. Определение реологических показателей бетонных смесей по их критериальной значимости / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов, A.A.

m-Sfis' ИВаСИИВ' K"H- Фи1ура " ВеСТНИК м™остроения. - 2011. -

10. Ефремов И.М. Теоретические аспекты процесса смесеобразования бетонных смесей / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов, АЛ. Лиханов, Д.М ИвТсиив // Механизация строительства. - 2011. - №9. - С.16-17. "

- в других изданиях:

11. Ефремов И.М. Определение расхода мощности приводов вибрацион-

ков ЯМЛТ 7 ?РеМ°8' В'С ЯНИН' Р-Е" Никифо^ В.М. Огородни-

12'Л ЯН0В " МеХШ,ИКИ XXI Веку: сб- V Всерос. науч-техн. конф. с междунар. участием. - Братск: БрГУ, 2006. - С.82-84:

12. Ефремов, И.М. Определение расхода мощности приводов роторно-виб-

ЕГ7« СпМеГТеЛЯ„С^еКТр0МеХаНИЧеСКИМ вибровозбудителем / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов // Механики XXI веку: сб. докл. VI Всерос. науч-техн конф. с междунар. участием. - Братск: БрГУ, 2007. - С.82-85.

13. Ефремов, И.М. Анализ конструкций вибросмесителей в аспекте изуче-

смесейТи^рТ" ТеХНл°™еСКИХ 1ф0ЦеСС0В вмешивания бетонных ^ Фрем0®,'ЛВ-Лобанов 11 Mechanics Development Issues. International inference: collection of papen*. - Ulaanbaatar, Mongolia: Mongolian University of Science and Technology, 18-20 June, 2009. - P. 206-208. 8°1ШП

14. Ефремов, ИМ. Исследование и информационно-аналитический обзоо

Г™™ ТеХНИТСС/Т решений в констРУиРовании новых вибробегоно-смесительш.к машин / И.М. Ефремов, Д.В. Лобанов // Mechanics Develop ment Issues International conference: collection of papera. - Ulaanbaatar, MongS ^Mongolian University of Science and Technology,78-20 June, 2009.1P 2o£

15. Ефремов, И.М. Расширенный классификационный анализ в аспекте со-б^//15?°^ГОН0СгГ™еЙ НОВОГО поколения ' ИМ Ефремов, Д.В. Ло-lerc ÍÍÜÍT? DfTl0Prní ISSUCS- Intemationa! conferee: collation of gyf i^-2o University of sdence ^ Technoi°-

't Иитенсификация процесса перемешивания бетонной

toLSLHO;o^HOHHOM СМеСИТеЛе ' ИЖ ЕфреМ0В' Д-В- Жбанов //

rV Rrrn^K материалы междунар. научн.-техн. конф. - Могилев:

i у ffllU «Ьелорусско-Российскнй Университет», 2011. - С. 79-82 - патенты:

17. Патент РФ на изобретение RU 2292943 С1, МПК B01F11/00 Ротор-

электР°механическим вибровозбудителем / Ефремов M.Í

опублТоКГГ Л'^Т В С■"№ 2005117300/15'- «06.06.2005 опубл. 10.02.2007, Бюл. №4 (II ч.); приоритет 06.06.2005.

18. Патент РФ на изобретение RU 2297274 С1, МПК B01F11/00 Роторный смеситель с механическим вибровозбудителем / Ефремов И.М., Лоба-

В-М" Яиии ВС * № 2005132688/15; заявл. 24.10 2005-опубл. 20.04.2007, Бюл. №l ¡ (ц ч.); приоритет 24.10 2005 '

19. Патент РФ на изобретение RU 2318586 С1, МПК B01F11/00 Ро-

торно-вибрационный смеситель, с кольцевым магнитострикционным пре-ffiESE ' ЕФРСМ0В И'М" Лобанов Д В ' Савонь В.М., Янин В С -Яо

^ о оз 2006: 3аяПЛ" 13-°3-2006; опубл',0-03-2008'Бюл-№7 <Д приор«:

Подписано в печать 27.02.2012

Формат 60 х 84 1/ /16

Печать трафаретная. Уч.-изд. л. 1,25. Усл. печ. л. 1,25. Тираж 150 экз. заказ 21

Отпечатано в издательстве ФГБОУ ВПО «БрГУ» 665709, Братск, ул. Макаренко, 40

61 12-5/3358

Братский государственный университет

На правах рукописи

Лобанов Дмитрий Викторович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ АГРЕГАТА И ПРОЦЕССА ВИБРАЦИОННОГО ПРЕМЕШИВАНИЯ

БЕТОННОЙ СМЕСИ

Специальность: 05.02.13. «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата

технических наук

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Ефремов Игорь Михайлович

Братск 2012

Содержание

Введение.......................................................................................................... 4

Глава 1. Сравнительный обзор и анализ основных направлений в разработке средств реализации технологий, применяемых при интенсификации процессов перемешивания бетонных смесей................................................................................................ 6

1.1. Обзор и анализ способов механизированной интенсификации процессов перемешивания на примере современных конструкций бетоносмесителей и их классификации............... 7

1.2. Обзор и анализ способов вибрационного перемешивания...... 19

1.3. Обзор и классификационный анализ конструкций вибробетоносмесителей................................................................ 24

1.4. Постановка цели и задач исследования...................................... 36

Глава 2. Исследование процесса перемешивания

роторно-вибрационным смесителем с вибровозбудителем сильфонного типа........................................................................... 40

2.1. Выбор метода и средства для измерения реологических параметров бетонных смесей..................................................... 40

2.2. Моделирование процесса вибрации бетонных смесей............. 55

2.3. Особенности осевого деформирования сильфона..................... 63

2.4. Выводы по 2-ой главе................................................................... 67

Глава 3. Экспериментальные исследования процессов перемешивания

бетонных смесей в роторно-вибрационном смесителе.............. 69

3.1. Описание экспериментальной установки и средств измерений..................................................................................... 69

3.2. Методика проведения экспериментальных исследований....... 77

3.3. Анализ полученных результатов эксперимента........................ 80

3.4. Выводы по 3-ей главе................................................................... 90

Основные выводы.............................................................................................92

Список используемой литературы Приложения.....................................

Введение

В настоящее время экономическое развитие Российской Федерации подразумевает выход промышленной продукции не только на отечественные, но и зарубежные рынки сбыта, что обуславливает создание конкурентоспособного производства в различных отраслях промышленности. Так, например, одним из актуальных аспектов развития строительной индустрии является производство железобетонных монолитных изделий, немаловажная роль в котором отводится приготовлению бетонных смесей на первоначальном этапе производства.

Анализ различных источников позволяет обнаружить многообразие существующих промышленных бетоносмесительных машин, реализованных на основе механической обработки в процессах активации бетонных смесей с целью получения качественных бетонных смесей, т.е. получения их максимально-однородными по составу.

Последнее позволяет выделить проверенный временем и множеством научных трудов способ вибрационной обработки бетонных смесей как в отдельно взятом случае, так и в совокупности с обычной механической активацией [7, 8, 21, 34, 99, 114, 148, 223, 296, 298].

Способ вибрационной обработки бетонных смесей известен давно, а целесообразность вибрационного смешивания доказана в результате многочисленных работ ученых: А.Е. Десова, М.В.Бунина, И.П.Керова, В.А.Кузьмичева, Г.Я.Кунноса, Н.В.Михайлова, П.А.Ребиндера, Б.Г.Скрамтаева, М.А. Талейсни-ка, Н.Б.Урьева, Ефремова И.М., Серебренникова A.A. и других, а также коллективами научно-исследовательских институтов ВНИИСтройдормаш, ВНИИСМ, НИИЖБ, ИСиА Латвийской ССР, ВНИИГ им. Веденеева и др.

В настоящей работе предлагается и рассматривается принципиально новая конструкция роторно-вибрационного смесителя с вибровозбудителем силь-фонного типа. Предлагаемый смеситель позволяет интенсифицировать процесс перемешивания бетонных смесей, снизить уровень вибрации на внешнюю среду, с одной стороны, и максимально использовать вибрационные воздействия

на обрабатываемой материал, с другой.

По результатам исследований опубликовано 19 научных работ, в том числе в изданиях из перечня ВАК - 10, в других изданиях - 6, получено 3 патента РФ на изобретение.

Автор выражает благодарность кандидату технических наук, доценту, заведующему кафедрой СДМ БрГУ Ефремову И.М. за научную помощь в выполнении работы и ряд полезных замечаний.

Глава 1. Сравнительный обзор и анализ основных направлений в разработке средств реализации технологий, применяемых при интенсификации процессов перемешивания бетонных смесей

В настоящее время уровень современной технологии приготовления различных бетонных смесей убедительно свидетельствует о том, что процесс смешивания строительных материалов представляет собой совокупность протекающих в нем физических, химических и механических процессов, в результате которых компоненты минеральных материалов и вяжущее равномерно распределяются в смешиваемом объеме, образуя однородную смесь [114, 145, 146, 147, 156, 209, 231]. Однако, самым совершенствующимся с древних времен по настоящее время, обусловленным своей «управляемостью» процессом является механическая обработка бетонной смеси (рис. 1.1).

Еще древние римляне, как писал Витрувий [148], уделяли повышенное внимание активации бетонной смеси - до начала укладки и уплотнения ее предварительно подвергали усиленной механической обработке: «рабочие группой в 10 человек толкли смесь деревянными бабами и только после такой обработки применяли в дело...» [148].

Рис. 1.1. Ретроспектива способов и устройств механической обработки различных строительных смесей: а - римский легионер, перемешивающий известковый раствор при помощи лопатки (рельеф колонны Трояна); б - бетономешалка системы Гюфера (начало XX века); в - современный промышленный бетоносмеситель фирмы Schlosser-Pfeiffer (Германия).

С ростом научно-технического прогресса и последующими процессами, обусловленными научно-технической революцией: изобретение железобетона [72] и развитие строительства с применением бетона, как основного материала, совершенствовался и сам способ механической активации бетонной смеси [1, 106, 145, 146, 147, 156, 209, 231, 249].

1.1. Обзор и анализ способов механизированной интенсификации процессов перемешивания на примере современных конструкций бетоносмесителей и их классификации

Бетоны и строительные растворы представляют собой искусственные материалы, получаемые из смеси, состоящей из вяжущих веществ (цемента, извести) и заполнителей (щебня, гравия и песка). В результате химической реакции между вяжущими веществами и водой образуется цементный (известковый) камень, заполняющий пространство между щебнем и песком. Для экономии цемента и получения более прочного бетона следует так подбирать компоненты смеси, чтобы между ними было наименьшее количество пустот. В качестве заполнителей широко применяются легкие материалы: шлак, пемзя, керамзит.

На технологию приготовления бетонов и их укладку большое влияние оказывает количество вяжущего вещества и воды, которые в основном определяют подвижность и укладываемость смеси. От этих же компонентов зависит и прочность бетона. Затвердевший бетон характеризуется «маркой», т. е. пределом прочности образцов на сжатие в 28-дневном «возрасте». На прочность бетона влияет однородность смеси, зависящая от качества перемешивания [22, 23, 26, 35, 38-48, 87-89, 92, 93, 144, 277, 293, 300].

Приготовление (перемешивание) бетонов и растворов осуществляется в бетоно- и растворосмесителях [22, 23, 26, 35, 38-48, 94, 96, 144, 275, 292, 299].

Анализ литературных источников и документов отечественных и зарубежных государственных стандартов [22, 23, 26, 35, 38-48, 94, 95, 144, 277, 293,

299] показывает, что, несмотря на все многообразие конструкций бетоносмеси-тельных установок, их принято классифицировать по двум основным признакам: по режиму (или характеру) работы и по принципу смешивания компонентов.

Рис. 1.2. Планетарный противоточный бетоносмеситель принудительного действия фирмы 8како (Дания).

Рис. 1.3. Гравитационный бетоносмеситель фирмы Рюс1Ш (Италия).

Рис. 1.4. Двухвальный бетоносмеситель непрерывного действия фирмы 8нпет (Италия).

По принципу смешивания различают смесители принудительного действия и гравитационные. Принудительное перемешивание (рис. 1.2, рис. 1.4) осуществляется при вращении лопастей в неподвижной емкости (барабане), а в гравитационных смесителях - в результате подъема и сбрасывания смеси внутри вращающегося барабана. Гравитационные смесители (рис. 1.3) проще по конструкции и способны перемешивать бетоны с более крупным заполнителем.

По режиму работы смесители бывают циклического (рис. 1.2, рис. 1.3) и непрерывного (рис. 1.4) действия. Смесители циклического действия имеют явно выраженный цикл, состоящий из операций загрузки, перемешивания и выгрузки готовой смеси. В смесителях непрерывного действия поступление компонентов и выход готовой смеси происходит непрерывно. Эти машины отличаются относительно большой производительностью.

Однако, анализ документально-литературных источников не дает в полной мере оценку состояния современного производства новых конструкций бетоносмесителей, поэтому был произведен тщательный информационно-аналитический поиск и обзор рынка современных производственных бетоносмесителей (табл. 1 приложения). Информационно-аналитический поиск проводился с помощью Internet и позволил выявить 39 фирм-производителей 12 стран мира, выпускающих 98 различных по модификациям бетоносмеситель-ных машин [117, 118, 121]. Количественное и процентное соотношение найденных фирм-производителей бетоносмесительных машин по странам мира, по режиму работы и принципу перемешивания компонентов, а так же по типу перемешивающего механизма представлены на диаграммах (рис. 1.5, рис. 1.6. рис. 1.7).

Анализ диаграмм и таблицы 1 приложения позволяют обнаружить, что первенство по количеству фирм-производителей бетоносмесительных машин, а так же по разнообразию и качеству выпускаемых бетоносмесителей, принадлежит странам западной Европы (Германия, Италия, Франция, Дания). Объясняется это тем, что в данных странах присутствует очень развитая система совокупного интегрирования науки и перспективных разработок с производством,

существует мощная экономико-производственная база, а так же наличествует очень жесткая система оценки качества выпускаемых изделий: все выпускаемые бетоносмесители соответствуют международному стандарту ISO 18650 [299, 300], а смесители немецкого производства кроме этого и более жесткому стандарту DIN 459 [292, 293]. Качественная характеристика бетоносмесителей выпускаемых в соответствии с данными стандартами, в отличие от остальных, а в особенности отечественных стандартов, где качество перемешивания определяется по уже готовым бетонным изделиям [87, 88, 89, 92, 93], обусловлена наличием критерия оценки качества смесей непосредственно в процессе приготовления.

Другие страны ^

16%

Рис. 1.5. Количественное распределение найденных фирм-производителей бетоносмесительных машин по странам мира.

Россия и страны Бывших Союзных республик занимают в этой отрасли особую нишу — с одной стороны, присутствует тенденция производства бетоносмесителей из комплектующих иностранного производства (за исключением металлоконструкций), причем, по конструктивным признакам и наличию «ноу-хау» данные смесительные машины являются технологической копией бетоно-

смесителей иностранного производства (страны Западной Европы), т.е. фактически организация данного производства основана только на сборке без особых сложных конструктивных, технологических и инженерных расчетов и испытаний. С другой стороны, существуют предприятия, производство бетоносмеси-тельных машин в которых основывается на принципах Советской школы - от идеи на чертеже до испытания готовой машины. Однако количество последних очень мало и не задает прогрессивной тенденции выхода на лидирующие позиции рынка даже на территории производства этих стран.

Особое место в данной области производства занимает Китай. С одной стороны, как страна с быстроразвивающейся экономикой Китай занимает далеко не последнее место по позициям предложений и реализации в другие страны (Россия, страны Бывших Союзных республик, страны третьего мира) довольно приемлемого модельного ряда бетоносмесителей (SDMIX, Wenzhou Engineering Machinery Co., NFLG Fujian South Highway Machinery CO., Janeoo) неплохого качества, обусловленного наличием качественных комплектующих производства стран западной Европы (Германия, Италия, Франция), различных конструкций. С другой стороны, все китайские фирмы-производители бетоносмеси-тельной техники появились не на основе собственных разработок («ноу-хау»), а на основе опыта зарубежных производителей данных машин (опять же таких лидеров как Германия, Франция, Италия), т.е. несмотря на рекламируемое качество (за счет оригинальных комплектующих известных производителей, а вопрос о качестве сборки остается без ответа) данное производство смесительных машин имеет слабую научную и испытательную базу, а весь предлагаемый ряд конструкций бетоносмесителей китайского производства является почти точной копией зарубежных аналогов (Германии, Франции, Италии).

Анализ относительно основных классификационных признаков показывает, что превалирующее большинство конструкций бетоносмесителей соответствует циклическим смесителям принудительного перемешивания (рис. 1.6). Данное предпочтение обуславливается наличием их наиболее расширенного и адаптивного условия применимости в производстве бетонных смесей. Кроме

того, данный анализ позволяет обнаружить наличие конструкций бетоносмесителей принудительного перемешивания с непрерывным режимом работы, в отличие от гравитационных смесителей.

Принудительный непрерывный

Принудительный циклический 56 57%

Гравитационный циклический 37 38%

Рис. 1.6. Количественное распределение выпускаемых бетоносмесителей по режиму работы и принципу перемешивания компонентов.

Турбинный 5

Планетарный. 5

5%

Одновальный. 10

10%

Планетарный противоточный 13

13%

Роторный противоточный 1

1%

/арабанный 37 38%

,вухвальныи

18

19%

Рис. 1.7. Количественное распределение выпускаемых бетоносмеситель-ных установок по типу перемешивающего механизма.

Общий информационно-аналитический обзор позволил выявить расширенные конструктивные, а следовательно, и классификационные признаки бетоносмесителей по типу перемешивающего механизма (рис. 1.7, таблица 1 приложения).

Однако наибольший интерес общего аналитического обзора представляют современные разработки [24, 25, 98, 133] фирм-производителей смесительной техники стран Западной Европы (Германии, Франции, Италии, Дании). Так, например, известны различные устройства контроля стабильности процесса перемешивания бетонных смесей: микроволновые аппараты контроля влажности в песке (этап дозирования) и в бетоне (этап приготовления замеса), а так же контрольно-измерительный прибор (рис. 1.9) для оценки вязкости бетонной смеси [133]. Так же широко применятся различные разработки и внедрения информации путем создания электронных моделей процессов смешивания, позволяющих следить за состоянием потока и смеси при различных режимах работы смесителя и проводить комплексную оценку параметров смешивающего инструмента: направления вращения, относительного перемещения и т.п. [25].

Французская компания Couvrot, с недавнего времени входящая з группу компания Skako (Дания), поставляет на рынок бетоносмесительной техники Viscoprobe (рис. 1.8, рис. 1.9) - контрольно-измерительный прибор, принцип действия которого основан на измерении сопротивления перемещению шарообразного зонда, погруженного в бетонную смесь [133, 312]. Данное устройство обеспечивает оценку реологических параметров бетонной смеси в реальном времени (рис. 1.10) непосредственно в самом бетоносмесителе, в который встраивается Viscoprobe, вычисляющий количественную индикацию пороговых величин и динамическую вязкость бетонной смеси в ходе замеса [133].

Измерительная электроника размещается в верхней части зонда, в бетон погружается только шарообразный зонд из износостойкой стали.

Viscoprobe передает данные реологических параметров на дисплей ПК (рис. 1.10), обеспечивая должный контроль тщательно подготовленных смесей

путем сравнения их параметров с пороговыми величинами, в том числе динамической вязкости со справочными величинами [133].

Рис. 1.8. УЪсоргоЬе, установленный на смесительной звездочке планетарного бетоносмесителя Соиуго! ёмкостью 1,5 куб. м на предприятии 8ВР (Башег - Франция).

Рис. 1.9. Общий вид контрольно-измерительного прибора Л^соргоЪе.

Äv '».5 «s йл. '-Ä, ;w fc.

v.,

<« iK-

PPH

AttuSi

Мй

lareütvalue Max, Osnto�