Пристрій для вібраційного ущільнення бетонних сумішей та переміщення виробів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Полтавський державний технічний університет імені Юрія Кондратюка

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Спеціальність 05.05.02 - машини для виробництва будівельних матеріалів та конструкцій

Пристрій для вібраційного ущільнення бетонних сумішей та переміщення виробів

Гнітько Сергій Михайлович

Полтава - 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі теоретичної механіки Полтавського державного технічного університету імені Юрія Кондратюка Міністерства освіти України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Сердюк Леонід Іванович, Полтавський державний технічний університет, завідувач кафедри теоретичної механіки

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Ємельянова Інга Анатоліївна, Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, професор кафедри механізації будівельних процесів;

кандидат технічних наук, доцент Шахов Олександр Миколайович, Полтавський державний технічний університет, доцент кафедри будівельних машин і обладнання.

Провідна установа: Національний університет будівництва і архітектури, кафедра експлуатації та ремонту будівельних машин.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради канд. техн. наук, доцент Нестеренко М.П.

Анотація

віброзбудник керований пристрій

Гнітько С.М. Пристрій для вібраційного ущільнення бетонних сумішей та переміщення виробів.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. 05.05.02 - машини для виробництва будівельних матеріалів та конструкцій.

Полтавський державний технічний університет імені Юрія Кондратюка. Полтава, 1999.

Розглянуті питання створення керованого вібраційного пристрою, проведені динамічні та технологічні дослідження розробленого пристрою для вібраційного ущільнення бетонних сумішей та переміщення виробів. Складені й проаналізовані математичні моделі різних конструктивних схем вібропристрою з керованим й некерованим віброзбуджувачем, який генерує кругові коливання. Розроблено дослідно-промисловий зразок вібропристрою.

Ключові слова: вібраційне переміщення, вібропристрій, вібраційне ущільнення, ефективний коефіцієнт тертя, математичні моделі.

Аннотация

Гнитько С.М. Устройство для вибрационного уплотнения бетонных смесей и перемещения изделий.

Диссертация на получение научной степени кандидата технических наук. 05.05.02 машины для производства строительных материалов и конструкций.

Полтавский государственный технический университет имени Юрия Кондратюка. Полтава, 1999.

Основная цель работы - разработка и исследование устройства для уплотнения бетонных смесей и перемещения изделий с управляемым дебалансным вибровозбудителем.

Управляемое вибрационное устройство, с помощью которого можно уплотнять бетонную смесь в формах с одновременным перемещением их от места укладки бетона к месту тепловой обработки и перемещать штучные грузы (опалубку, отдельные изделия, вспомогательные материалы и пр.) также может быть использовано в различных местах цеха и полигона для уплотнения сыпучих материалов в таре, а также для поверхностного уплотнения насыпных грунтов и бетонных смесей.

Рассмотрены вопросы создания управляемого вибрационного устройства, а также проанализированы различные конструктивные схемы виброустройств Составлены с использованием уравнений Нильсена и проанализированы математические модели устройств для вибрационного уплотнения бетонных смесей и перемещения изделий с управляемыми и неуправляемыми вибровозбудителями, генерирующим круговые колебания с поступательной структурой поля. Составленные модели учитывают ориентацию вала вибровозбудителя, упруговязкие свойства уплотняемой смеси и поверхности, по которой происходит перемещение устройства. Разработан опытно промышленный образец виброустройства. Проведены динамические и технологические исследования разработанного устройства для вибрационного уплотнения бетонных смесей и перемещения изделий.

Широкое использование процессов вибрационного перемещения и вибрационного уплотнения в строительстве связано с применением различных типов специализированных вибрационных машин при проведении технологических операций по изготовлению строительных материалов и конструкций. Одним из эффективных путей решения этой проблемы является создание вибрационных машин, использование которых будет возможным для обеспечения сразу нескольких технологических процессов.

Воплощение идеи применения виброустройства для перемещения штучных грузов различной массы стало возможным благодаря использованию управляемых дебалансных вибровозбудителей, которые позволяют во время работы управлять интенсивностью и структурой вибрационного поля, учитывая массу груза, перемещаемого с помощью виброустройства.

Разработана и создана модель вибрационного устройства с управляемым дебалансным вибровозбудителем, который генерирует круговые колебания. Виброустройство предназначено для уплотнения бетонных смесей и перемещения штучных грузов, а также для применения в других технологических процессах, связанных с изготовлением строительных изделий.

На основании полученных результатов исследования выработаны рекомендации относительно выбора конструктивной схемы виброустройства и предложена методика расчета его основных параметров.

При проведении экспериментальных исследований разработанного опытнопромышленного образца виброустройства, пуск и останов управляемого вибровозбудителя, перевод дебалансного вала из уравновешенного состояния в неуравновешенное осуществлялся плавно и легко. Тот факт, что пуск и останов вибровозбудителя выполнялись при уравновешенном состоянии вращающихся частей дебалансного вала, позволил исключить нежелательные явления, связанные с неуправляемыми переходами через промежуточные резонансы при работе вибрационного устройства в зарезонансных режимах.

Основным отличием разработанного виброустройства от существующих технологических машин для вибрационного перемещения и уплотнения бетонных смесей является объединение технологических операций уплотнения и перемещения, а также возможность управления технологическим процессом. Кроме того, разработанное виброустройства по своими технико-экономическим показателям, таким, как: энергоемкость, металлоемкость, мощность приводного двигателя, превосходит аналогичные существующие вибрационные машины.

Ключевые слова: вибрационное перемещение, виброустройство, вибрационное уплотнение, эффективный коэффициент трения, математические модели.

Annotation

Gnitko S.M. Device for concrete mixtures vibrocompression and products displacement.

Thesis for Competition of Master of Sciences Degree. 05.05.05 machines for building materials and structures manufacturing. Poltava State Technical University named after Yu. Kondratiuk. Poltava, 1999.

Problems of the controlled vibrodevice working out were examined, dynamic and technological researches on the device for concrete mixtures vibrocompression and products displacement were carried out.

Mathematical models of differents structural schemes of the vibrodevice controlled and ordinary vibroexciter generating circular vibrations with progressive structure of field were worked out and analysed. The experimental industrial prototype of vibrodevice was worked out.

Qey words: displacement by vibration, vibrodevice, vibrocompactation, effective coefficient of friction, mathematical models.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Керований вібраційний пристрій, за допомогою якого можна ущільнювати бетонну суміш у формах з одночасним переміщенням їх з місця укладання бетону до місця теплової обробки й переміщувати штучні вантажі (опалубку, окремі вироби, допоміжні матеріали й т. ін.) також може бути використаний у різних місцях цеху та полігону для ущільнення сипучих матеріалів у тарі, а також для поверхневого ущільнення насипних грунтів і бетонних сумішей.

Вказаний пристрій суттєво сприятиме виконанню багатьох “не основних” технологічних процесів на заводах по виготовленню залізобетонних виробів, а на приоб'єктних полігонах він стане придатним і в основних технологічних процесах.

В індивідуальному будівництві дані пересувні віброплощадки й транспортні засоби для переміщення штучних вантажів знайдуть широке застосування.

Усе це підтверджує актуальність досліджуваної теми.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Дана робота є частиною комплексної теми "Розробка, створення й дослідження технологічних керованих вібраційних машин" Полтавського державного технічного університету імені Юрія Кондратюка, яка виконується на кафедрі теоретичної механіки. Тема була складовою частиною колишнього координаційного плану НДР АН СРСР "Теорія машин і систем машин", п. 1.11.1.7.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є розробка й дослідження керованого пристрою з дебалансним віброзбудником для вібраційного ущільнення бетонних сумішей та переміщення виробів.

Поставлена мета буде досягнута завдяки вирішенню таких задач:

1) вибрати кінематичну схему керованого віброзбуджувача для приводу пристрою;

2) проаналізувати умови забезпечення руху пристрою в заданому напрямку;

3) визначити співвідношення між основними параметрами вібропристрою;

4) розробити математичні моделі пристрою та провести їх чисельний аналіз;

5) провести експериментальні дослідження пристрою;

6) розробити конструкцію дослідно-промислового зразка керованого вібраційного пристрою.

Наукова новизна одержаних результатів.

1) Досліджено вплив вібрацій гвинтової та поступальної структури на рух вібропристрою по негладкій горизонтальній площині; показано, що для приводу вібраційного пристрою доцільно використовувати віброзбуджувач поступальної структури вібраційного поля;

2) отримані теоретичні та експериментальні залежності для визначення ефективного коефіцієнта тертя при переміщенні вібраційного пристрою; показано, що вібраційний пристрій вантажопідйомністю 200 кг можна переміщувати за допомогою сили, величина якої не перевищує 100 Н;

3) досліджено вплив корисного вантажу різного призначення на рух вібропристрою; визначені способи найбільш доцільного закріплення корисних вантажів на корпусі вібропристрою в залежності від їх призначення;

4) розроблені математичні моделі пристрою з керованими й некерованими дебалансними віброзбуджувачами, які враховують орієнтацію вала віброзбуджувача, пружньов'язкі властивості суміші, що ущільнюється, та поверхні, по якій відбувається переміщення пристрою;

5) за допомогою розробленої програми проведено чисельний аналіз отриманих математичних моделей з використанням ЕОМ Pentium200.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено й створено дослідний зразок вібраційного пристрою з керованим дебалансним віброзбуджувачем, який генерує кругові коливання. Вібропристрій призначений для ущільнення бетонних сумішей і переміщення штучних вантажів, а також для застосування в інших технологічних процесах, пов'язаних з виготовленням будівельних виробів. За своїми динамічними, енергетичними й технологічними характеристиками він перевершує існуючі пристрої, які використовуються в технологічних процесах, а також замінює декілька пристроїв спеціального призначення.

На підставі отриманих результатів дослідження вироблені рекомендації стосовно вибору конструктивної схеми вібропристрою й запропонована методика розрахунку його основних параметрів.

Технічна документація прийнята для впровадження Полтавським обласним міжгосподарським виробничим об'єднанням по проектуванню, будівництву та експлуатації шляхів на селі “Агрошляхбуд” і ВАТ “Полтавський турбомеханічний завод”.

Результати досліджень використовуються в курсовому й дипломному проектуванні на електромеханічному факультеті Полтавського державного технічного університету імені Юрія Кондратюка.

Особистий внесок здобувача. В опублікованих працях дисертанту належать результати динамічних і технологічних досліджень вібропристрою.

У теоретичній частині автором проаналізовані різні конструктивні схеми вібропристроїв, складені з використанням рівнянь Нільсена й проаналізовані математичні моделі пристроїв для вібраційного ущільнення бетонних сумішей та переміщення виробів з керованими й некерованими віброзбуджувачами.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідалися на III-ій Міжнародній науково технічній конференції “Вібраційні машини і технології” (Курськ, 1997р.), VI-ій Міжнародній науковій конференції “Теорія і практика процесів подрібнення, поділу, змішування і ущільнення” (Одеса, 1998 р.), на щорічних звітних наукових конференціях професорсько-викладацького складу та аспірантів Полтавського державного технічного університету імені Юрія Кондратюка (19921998 рр.), а також подані в роботі наукової школи "Вібротехнологія - 98" (Одеса, 1998 р.).

Публікації. Найважливіші положення роботи викладені у 8 публікаціях, у тому числі: 1 журнальна стаття, 2 статті в наукових збірниках і 5 у збірниках матеріалів і тез доповідей на наукових конференціях і семінарах, 3 роботи без співавторів.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків і додатку. Обсяг дисертації 186 сторінок, з яких 35 - займають рисунки, 5 - таблиці, 3 - додаток. Список використаних літературних джерел включає 165 найменувань (з яких 18 - іноземними мовами) і розміщується на 16 - ти сторінках.

2. Основний зміст роботи

У першому розділі "Аналіз проблеми і задачі досліджень" проаналізовані роботи, що стосуються використання вібраційної техніки в технологічних процесах вібраційного переміщення та розглянуто механізм протікання зазначених процесів; розглянуті існуючі пристрої, які використовуються для забезпечення цих процесів та визначені основні задачі досліджень.

Широке використання процесів вібраційного переміщення та вібраційного ущільнення в будівництві пов'язане з застосуванням різних типів спеціалізованих вібраційних машин при проведенні технологічних операцій по виготовленню будівельних матеріалів і конструкцій. Одним з ефективних шляхів вирішення цієї проблеми є створення вібраційних машин, використання яких буде можливим для забезпечення одразу кількох технологічних процесів.

Розвиток і широке впровадження різних технологічних вібраційних машин для забезпечення процесів вібраційного переміщення було забезпечене значним вкладом у теоретичні та експериментальні дослідження різних аспектів задач вібраційного переміщення відомих вчених: І.І. Блехмана, І.І. Биховського, Р.Ф. Ганієва, І.Х. Гончаревича, Б.І. Крюкова, Е.Е. Лавендела, А.Я. Луксина, Р.Ф. Нагаєва, Я.Г. Пановка і Г.Я. Пановка, О.О. Савинова, А.О. Співаковського, Л.Є. Українського, К.В. Фролова, М.В. Хвінгії та інших.

Ефект вібраційного переміщення може бути пояснений результатом появи вібраційної сили, або зниженням ефективних коефіцієнтів тертя в результаті впливу вібрації на систему (так званий ефект уявного перетворення сил типу сухого тертя в сили типу в'язкого тертя). Розгляд із вказаних позицій ефекту вібраційного переміщення дозволяє застосовувати для аналізу зовні різних явищ однакові типові моделі.

Незважаючи на те, що ефект уявного перетворення типу сил тертя без зміни їхньої фізичної природи відомий уже давно і знайшов широке застосування в реалізації різних технічних пристроїв і технологічних процесів, вібраційні екіпажі в процесах вібраційного переміщення подані в основному як вібраційні ущільнювачі ґрунту.

В усіх розглянутих в фаховій літературі по вібраційному переміщенню моделях віброекіпажів у якості джерела вібраційного впливу використовуються віброзбуджувачі, що генерують спрямовані коливання. Вимушуюча сила, що генерується віброзбуджувачами, підбирається для забезпечення руху віброекіпажа заданої маси в певному напрямку. Можливість переміщення за допомогою віброекіпажа вантажів різної маси практично не розглядалася. Однією з основних причин цього є відсутність до останнього часу віброзбуджувачів, що дозволяють керувати величиною вимушуючої сили в процесі роботи.

Втілення ідеї застосування віброекіпажу для переміщення штучних вантажів різної маси стало можливим завдяки використанню керованих дебалансних віброзбуджувачів. Такі віброзбуджувачі, створені в Полтавському державному технічному університеті імені Юрія Кондратюка під керівництвом проф. Л.І. Сердюка, дозволяють під час їх роботи керувати інтенсивністю й структурою вібраційного поля, враховуючи масу вантажу, що переміщується за допомогою віброекіпажу.

Аналіз праць, які були присвячені задачам вібраційного переміщення та розгляд існуючих вібраційних машин показав, що створення вібраційного пристрою для ущільнення бетонних сумішей та переміщення виробів дозволить більш раціонально вирішити проблему виготовлення бетонних виробів та переміщення вантажів.

У другому розділі "Аналіз фізичної моделі вібропристрою" проведено аналіз різних конструктивних схем одно і двохвальних віброзбуджувачів з дебалансними валами з трьома дебалансами з статичною й динамічною неврівноваженістю; зроблено обгрунтування конструктивної схеми вібропристрою; отримані теоретичні та експериментальні залежності між основними параметрами вібропристрою, які необхідні для початку його руху.

За допомогою безрозмірних інваріантів неврівноваженості був проведений аналіз різних кінематичних схем віброзбуджувачів. На основі проведеного аналізу зроблено висновок про те, що для вібропристрою доцільним буде використання дебалансного віброзбудника, який генерує кругові коливання, з поступальною структурою вібраційного поля.

Далі були визначені теоретичні значення ефективних коефіцієнтів тертя для різних конструктивних схем вібропристрою, а саме: віброзбуджувач розташований так, що вісь дебалансного вала паралельна (рис.1.а) або перпендикулярна (рис.1.б) площині ковзання.

Ефективні коефіцієнти тертя при вібрації визначалися аналогічно звичайному коефіцієнту сухого тертя як відношення значення мінімальної сили , яку необхідно прикласти для виведення вібропристрою зі стану спокою до нормальної реакції площини:

, (1)

Було показано, що значення ефективних коефіцієнтів тертя будуть прагнути до нуля при таких значеннях головного вектора сил інерції віброзбудника: у випадку, коли дебалансний вал перпендикулярний площині ковзання - , а в другому випадку - . Звідси можна зробити висновок про те, що такий варіант, при якому вісь дебалансного вала перпендикулярна площині переміщення є менш ефективним.

Для випадку, коли вісь дебалансного вала паралельна площині переміщення, були розглянуті випадки прикладення тягнучої сили Т паралельно площині під різним кутом до осі дебалансного валу. Показано, що при значеннях вимушуючої сили, близьких до Ф_кр як завгодно малої сили Т буде досить, щоб викликати рух вібропристрою, дебалансний вал якого паралельний площині переміщення у будьякому необхідному напрямку.

Для перевірки отриманих у процесі теоретичного аналізу гіпотез були проведені експериментальні дослідження з метою одержання емпіричних залежностей ефективних коефіцієнтів тертя від основних параметрів вібропристрою.

Для цього розроблено й створено дослідний зразок вібропристрою вантажопідйомністю до 200 кг з керованим віброзбуджувачем кругових коливань і поступальної структури вібраційного поля.

У процесі проведення експериментів досліджувалося співвідношення між мінімальною постійною силою, яку необхідно прикласти до вібропристрою з метою подолання сил сухого тертя спокою, вимушуючою силою, яка генерується віброзбуджувачем, коефіцієнтом тертя спокою й вагою вібропристрою із вантажем. Експериментальні дослідження проводилися на бетонних підлогах. Спочатку досліджувалася робота вібропристрою, поверхня ковзання якого була металевою, тобто поверхнями тертя були метал і бетон. Потім на поверхню ковзання вібропристрою наклеювали гуму і повсть. Таким чином, фрикційними поверхнями були: бетон і метал, бетон і гума, бетон і повсть.

Усі вищезазначені досліди проводилися для вібропристрою без вантажу й з встановленими вантажами різної маси для двох напрямків тягнучої сили: перпендикулярного та паралельного осі обертання дебалансного вала.

Аналогічні серії досліджень були проведені для віброзбуджувача з дебалансним валом, який генерує вібраційне поле гвинтової структури. Теоретично зроблений висновок про доцільність застосування керованого дебалансного віброзбуджувача, що генерує кругові коливання з поступальною структурою вібраційного поля, був підтверджений експериментально.

Необхідно звернути увагу на те, що теоретично сила Т може зменшуватися в межах до нульового значення. На практиці було встановлено, що сила Т, менша певного значення не може забезпечити рух вібропристрою в заданому напрямку. Під час проведення даної серії експериментів це значення складало 35 42 Н. Дане явище викликане напевно тим, що при постановці задачі досліджувалося значення тягнучої сили Т, необхідної для початку руху вібропристрою, але питання про підтримку руху в заданому напрямку на підставі наведених спрощених моделей обліку не піддавалося.

Необхідно звернути увагу на те, що для обох напрямків прикладення тягнучої сили значення досягалося при рівних значеннях головного вектора сил інерції віброзбуджувача, що підтверджує теоретичний висновок про незалежність сили Т від кута при значеннях Ф близьких до Ф_кр (див.рис.1.а).

На підставі даних, отриманих у результаті експериментальних досліджень, був проведений багатофакторний регресивний аналіз і складені рівняння регресії для визначення ефективних коефіцієнтів тертя в залежності від параметрів f, Р і Ф. Якщо сила Т перпендикулярна до осі дебалансного вала:

; (2)

якщо сила Т паралельна осі дебалансного вала:

, (3)

Слід відзначити, що від'ємні значення ефективних коефіцієнтів тертя, які можна отримати з залежностей (2, 3) при певних співвідношеннях параметрів Р, Ф та f, показують, що під дією вібрації відбувається уявне перетворення сил типу сухого тертя в сили типу в'язкого тертя. У такому випадку як завгодно малої сили Т буде достатньо для початку руху вібропристрою. Таким чином, наведеними залежностями слід користуватися до досягнення силою Ф критичних значень

(для формули 2)

та (для формули 3).

Наведені теоретичні (1), експериментальні (2) і обчислені за допомогою отриманих рівнянь регресії (3) ефективні коефіцієнти тертя при значеннях f = 0.5 і Р = 1060 Н для випадків, коли тягнуча сила перпендикулярна та паралельна дебалансному валу.

У третьому розділі "Теоретичні дослідження динаміки вібропристрою" за допомогою алгоритму Нільсена розроблені математичні моделі різних конструктивних схем вібропристрою з керованим дебалансним віброзбуджувачем, зроблено відповідне опрацювання й виконано чисельний аналіз отриманих моделей.

Складені математичні моделі вібропристрою з жорстко закріпленим вантажем та з установленими між корпусом вібропристрою й вантажем пружними елементами. Розглядалися випадки прикладення тягнучої сили в напрямку перпендикулярному та паралельному дебалансному валу. Для зручності чисельного аналізу диференціальні рівняння вібропристрою були записані в безрозмірному вигляді. Метою чисельного аналізу диференціальних рівнянь було визначення впливу постійних коефіцієнтів на основні параметри руху системи для різних конструктивних схем вібропристрою.

Вирішувалися такі основні задачі: дослідження впливу характеристик пружних і дисипативних сил, які виникають між поверхнею ковзання вібропристрою та площиною ковзання під час його руху на зміну вертикальних координат вібропристрою і вантажу; дослідження впливу характеристик пружних і дисипативних сил віброзахистної системи, установленої між вантажем і вібропристрієм на амплітуду коливань вантажу; визначення впливу зміни коефіцієнта тертя, тягнучої сили й головного вектора сил інерції віброзбуджувача на характер руху вібропристрою.

Проведений чисельний аналіз показав, що зміна величини тягнучої сили, коефіцієнту тертя й рух вібропристрою по площині практично не впливають на зміну вертикальної координати вібропристрою. Зміна напрямку сили Т впливає тільки на зміну горизонтальних координат. Таким чином, із погляду зміни вертикальної амплітуди, напрямок прикладення тягнучої сили значення не має.

Варто також вказати на те, що відрив вібропристрою від площини ковзання під дією сили Ф, яка дозволяє переміщувати пристрій за допомогою мінімальної сили Т не буде відбуватися при застосуванні в якості покриття поверхні ковзання вібропристрою матеріалу як із великою, так і з малою жорсткістю (наприклад метал або м'яка гума досить великої товщини). Відрив вібропристрою від площини ковзання не спостерігався під час проведення експериментальних досліджень. У зв'язку з цим слід відзначити, що застосування покриття з невеликою жорсткістю істотно зменшує шум під час руху вібропристрою.

Обрана модель дозволяє описувати такі явища як ефект Зоммерфельда при проходженні системи через проміжні некеровані резонанси; зміну кутової швидкості й безрозмірних координат системи в залежності від виду керуючої функції, чутлива до зміни коефіцієнтів, що характеризують пружні й дисипативні сили. Розбіжності результатів чисельного й експериментального дослідження моделі складали 20-30 %.

У четвертому розділі "Результати експериментальних досліджень вібропристрою" експериментально підтверджена технологічна можливість ущільнення бетонних сумішей під час переміщення пристрою; виконано широкий спектр експериментальних досліджень роботи вібропристрою; з використанням теорії подібності проведені розрахунки основних параметрів ряду подібних вібраційних пристроїв вантажопідйомністю до 2 тон.

Основною метою проведених експериментальних досліджень була перевірка достовірності отриманих теоретичних залежностей, які описують рух вібропристрою з віброзбуджувачем, що генерує вібраційне поле поступальної структури.

У процесі проведення експериментів досліджувалася зміна амплітуди коливань при переході від урівноваженого стану віброзбуджувача до вкрай неврівноваженого й навпаки. Також досліджувалася відповідна цьому зміна кутової швидкості обертання дебалансного вала й потужності, споживаної приводним двигуном.

Пуск і зупинка віброзбуджувача, переведення дебалансного вала з урівноваженого стану в неврівноважений здійснювався плавно й легко. Той факт, що пуск і зупинка віброзбуджувача виконувалися при урівноваженому стані частин дебалансного вала, які обертаються, дозволив виключити небажані явища, пов'язані з переходом через проміжні резонанси при роботі вібраційної машини в зарезонансних режимах.

При урівноваженому стані частин віброзбуджувача, які обертаються, потужність, споживана двигуном приводу практично однакова як для незавантаженого вібропристрою, так і для вібропристрою з вантажем. При вкрай неврівноваженому стані розходження в споживаній двигуном приводу потужності незавантаженого вібропристрою й вібропристрою з вантажем також досить незначні. З вищевикладеного можна зробити висновок про те, що вантаж, який переміщується за допомогою вібропристрою, робить незначний вплив на потужність, споживану приводним двигуном.

При переведенні віброзбуджувача з урівноваженого стану в неврівноважений, потужність, споживана двигуном приводу, зростала на 27%. Слід також відзначити, що із збільшенням сили Ф відбувається незначне падіння кутової швидкості дебалансного вала (у межах 22,5%) і навпаки.

При пуску двигуна за умови вкрай неврівноваженого стану віброзбуджувача потужність, споживана двигуном незавантаженого вібропристрою на 42% більша, ніж при пуску в урівноваженому стані віброзбуджувача. У випадку вібропристрою з вантажем потужність, споживана двигуном вібропристрою при пуску у вкрай неврівноваженому стані віброзбуджувача на 40% більша, ніж при пуску в урівноваженому стані. Для всіх зазначених варіантів установки вантажу на вібропристрій були проведені заміри амплітуди прискорень вертикальних коливань. У випадку установки між вібропристроєм і вантажем пружин, амплітудні значення прискорень вантажу були на 1520% нижчі, ніж у випадку його жорсткого закріплення. При використанні в якості віброгасника автомобільної камери, амплітудні значення прискорень вантажу були в шість - сім разів менші, ніж у випадку жорсткого закріплення.

Також були проведені заміри амплітудних значень прискорень вантажу, не закріпленого на вантажній платформі, при відсутності засобів вібраційного захисту між вантажною платформою й вібропристроєм. У даному випадку при великих значеннях кута між нерухомим і рухомими дебалансами, коли значення головного вектора сил інерції дебалансного вала перевищували величину ваги вантажу, відбувався відрив вантажу від вібропристрою, внаслідок чого спостерігалися явища співудару вантажу й вібропристрою.

На підставі проведених досліджень, можна зробити висновок про доцільність використання жорстких пружних елементів під час одночасного ущільнення й переміщення бетонних сумішей, а для захисту вантажу від впливу вібрації пружних систем із квазінульовою жорсткістю. Варто забезпечити вказані пристрої пружними елементами зі змінною (керованою) жорсткістю, що дозволить розширити діапазон використання вібропристрою й підвищить його ефективність.

Були розроблені рекомендації до вибору конструктивної схеми й методики розрахунку основних параметрів вібропристрою.

З метою визначення технологічної придатності розробленого вібропристою для одночасного вібраційного ущільнення та переміщення бетонних сумішей у формах, закріплених на вібропристрої, були проведені дослідження, які показали, що міцність бетонних виробів, ущільнених за допомогою пристрою та стандартної віброплощадки практично однакові. Різниця складає 5 - 7 % на користь стандартної віброплощадки.

Це дає можливість вважати розроблений вібраційний пристрій ефективним засобом для ущільнення сумішей і переміщення бетонних виробів і інших корисних вантажів.

Основні техніко-економічні показники розробленого дослідно-промислового зразка вібропристрою наведені в табл. 1.

Таблиця 1. Технічні характеристики вібропристрою

Показники	Од. виміру	Значення
Вантажопідйомність	кг	200
Максимальний статичний момент маси дебалансів	кг м	0,0832
Маса вібропристрою	кг	60
Потужність двигуна	кВт	0,55
Енергоємність	кВт/кг	0,002
Металоємність	кг/кг	0,33

Варто підкреслити, що основною відмінністю розробленого вібропристрою від існуючих технологічних машин для вібраційного переміщення та ущільнення бетонних сумішей є поєднання технологічних операцій ущільнення та переміщення, а також можливість керування технологічним процесом. Крім того, розроблений вібропристрій за своїми техніко-економічними показниками такими, як: енергоємність, металоємність, потужність привідного двигуна, перевершує аналогічні існуючі вібраційні машини.

Висновки

На підставі проведених досліджень, у дисертації отримані й наведені нові науково обгрунтовані теоретичні й експериментальні результати, які у своїй сукупності є суттєвими для розвитку вібраційної техніки й удосконалення технологій у виробництві будівельних матеріалів і конструкцій.

1. Розроблені й досліджені математичні моделі різних конструктивних схем вібропристрою з керованим й некерованим віброзбуджувачем, який генерує кругові коливання.

2. Розглянуті кінематичні схеми віброзбудників, які генерують вібраційні поля різної структури. На підставі теоретичних і експериментальних досліджень, здійснений вибір кінематичної схеми керованого віброзбуджувача для вібропристрою. Показано, що більш доцільним для приводу розроблюваного вібраційного пристрою є керований віброзбуджувач кругових коливань з поступальною структурою поля.

3. Розглянуті умови, необхідні для забезпечення руху вібропристрою, а також отримані залежності для визначення співвідношень між основними параметрами для різних конструктивних схем вібропристрою.

4. Отримано критерії подібності, використання яких дозволяє створити ряд подібних вібропристрїв вантажопідйомністю від 100 кг до 2 т.

5. Проведені комплексні експериментальні дослідження вібропристрою з керованим віброзбуджувачем, у результаті яких підтверджені висока енергетична ефективність керованих віброзбуджувачів та висока конструктивна надійність основних вузлів та всього вібропристрою в цілому. Підтверджена технологічна доцільність застосування рухомих віброплощадок як під час виконання віброущільнення, так і для переміщення корисних вантажів.

6. Комплекс проведених технологічних досліджень підтвердив корисність і високу ефективність розробленої моделі вібропристрою при переміщенні вантажів у різних галузях будівельного виробництва і виробництва будівельних матеріалів і конструкцій, а також і в інших галузях народного господарства, в яких на зміну звичайним технологіям приходять вібраційні.

7. Отримані нові теоретичні та експериментальні дані стосовно ефективних коефіцієнтів тертя під дією вібрації, які можуть бути застосовані при створенні вібраційної техніки.

8. На підставі наведених у дисертаційному дослідженні результатів, вироблені рекомендації стосовно вибору конструктивних схем і методики розрахунку основних параметрів розроблених вібропристроїв.

9. Технічна документація для виготовлення розробленого вібропристрою передана в Полтавське обласне міжгосподарське виробниче об`єднання по проектуванню, будівництву та експлуатації шляхів на селі “Агрошляхбуд” і ВАТ “Полтавський турбомеханічний завод”.Попередні розрахунки показують, що застосування розробленого вібраційного пристрою для ущільнення бетонних сумішей та переміщення виробів і інших корисних вантажів в умовах підприємств по виготовленню бетонних виробів забезпечує щорічну економію електроенергії 2380 кВт, спрощує та інтенсифікує технологічні процеси, що в сукупності дозволяє заощадити близько 3,8 тис. гривень за рік.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Сердюк Л.И., Гнитько С.М. К развитию идеи создания вибрационного экипажа// Вибрации в технике и технологиях.Винница, 1998.№1(5).С. 52-54.

2. Сердюк Л.І., Гнітько С.М. Експериментальні та теоретичні дослідження руху віброекіпажу// Збірник наукових праць ПДТУ.Вип. 2. Полтава, 1998. - С. 116-120.

3. Сердюк Л.И., Гнитько С.М. Исследования модели виброэкипажа// Обработка дисперсных материалов и сред: Периодический сборник научных трудов „Вибротехнология98”, вып. 8, часть 1. Одесса: НПО „Вотум”, 1998. - С. 36-38.

4. Сердюк Л.И., Гнитько С.М. Исследование трения при наложении управляемой вибрации// Теория и практика процессов измельчения, смешения, разделения и уплотнения// Труды VI Международной конференции. Одесса. 1998. С.62-66.

5. Сердюк Л.И., Гнитько С.М. Некоторые вопросы создания вибрационного экипажа с управляемым приводом// Вибрационные машины и технологии// Сборник научных докладов III Международной научно - технической конференции. Курск. 1997.С. 78-81.

6. Гнітько С.М. До питання про створення вібраційного екіпажа з використанням керованого віброзбуджувача дебалансного типу// Тези доповідей 50ої наукової конференції Полтавського державного технічного університету. Полтава, 1998. -С. 206.

7. Гнітько С.М. Про вплив вібрації на коефіцієнт тертя// Тези доповідей 48ої наукової конференції Полтавського технічного університету. Полтава, 1996. -С. 94.

8. Гнитько С.М. К идее создания вибрационных экипажей// Тези доповідей 45ої наукової конференції Полтавського інженернобудівельного інституту. Полтава, 1993. -С. 229. Размещено на Allbest.ru

...