Створення навісної гідравлічної трамбовки із керованими параметрами коливань

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти України

Київський національний університет будівництва і архітектури

УДК 624.132.002.51.001.24

Спеціальність 05.05.04 - Машини для земляних та дорожніх робіт

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Створення навісної гідравлічної трамбовки із керованими параметрами коливань

Свідерський Анатолій Тофілійович

Київ - 1999

Дисертація є рукописом.

Роботу виконано в Київському національному університеті будівництва і архітектури на кафедрі експлуатації та ремонту будівельних машин.

Науковий керівник - Назаренко Іван Іванович, доктор технічних наук, професор, завідуючий кафедрою експлуатації та ремонту будівельних машин

Офіційні опоненти:

- Маслов Олександр Гаврилович, доктор технічних наук, професор, завідуючий кафедрою основ конструювання машин Кременчуцького політехнічного інституту міністерства освіти України

- Пелевін Леонід Євгенійович, кандидат технічних наук, доцент кафедри будівельних машин Київського національного університету будівництва і архітектури

Провідна установа - Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, кафедра механізації технологічних процесів

Захист відбудеться 12.11.1999р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої Ради Д 26.056.08. в Київському національному університеті будівництва та архітектури Міністерства освіти України за адресою: 252037, Київ-37, Повітрофлотський проспект, 31.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці КНУБА.

Автореферат розіслано "20" вересня 1999 р.

В.О. вченого секретаря спеціалізованої вченої ради д.т.н., професор Черненко В.К.

Анотація

Свідерський А.Т. " Створення навісної гідравлічної трамбовки із керованими параметрами коливань". - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.04 - машини для земляних та дорожні - Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, 1999.

Дисертація присвячена дослідженню динаміки тримасових ударно-вібраційних систем з гідравлічним приводом та створенню на цій основі гідравлічних трамбовок для ущільнення будівельних сумішей.

Розкриті закономірності руху тримасових ударно-вібраційних трамбовок з гідравлічним виконуючим механізмом пульсаторного типу.

Сформульовані основні принципи створення подібних машин, і на їх основі запропонована методика розрахунку основних параметрів.

Створена конструкція гідравлічної ударно-вібраційної трамбовки, дослідно-промисловий зразок якої впроваджено в БУ-1 тресту "Будмеханізація" холдінгової компанії "Київміськбуд".

Ключові слова: тримасова ударно-вібраційна система, гідравлічна трамбовка, гідравлічний виконуючий механізм, ущільнення, будівельна суміш.

Аннотация

Свидерский А.Т. "Создание навесной гидравлической трамбовки с регулируемыми параметрами колебаний". - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.04 - машины для земляных и дорожных работ - Киевский национальный университет строительства и архитектуры, Киев, 1999.

Диссертация посвящена исследованию динамики трехмассных ударно-вибрационных систем с гидравлическим приводом и созданию на этой основе гидравлических трамбовок для уплотнения строительных смесей.

Раскрыты закономерности движения трехмассных ударно-вибрационных трамбовок с гидравлическим исполнительным механизмом пульсаторного типа

Сформулированы основные принципы создания подобных машин, и на их основе предложена методика расчета основных параметров.

Создана конструкция гидравлической ударно-вибрационной трамбовки, опытно-промышленный образец которой внедрен в СУ-1 треста "Строймеханизация" холдинговой компании "Киевгорстрой".

Ключевые слова: трехмассная ударно-вибрационная система, гидравлическая трамбовка, гидравлический исполнительный механизм, уплотнение, строительная смесь.

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Ущільнення будівельних сумішей у стислих умовах та важкодоступних місцях будівництва, як і раніше, залишається серйозною проблемою. Від якості ущільнення будівельних сумішей залежить надійність та довговічність закінчених об'єктів, а надалі і витрати коштів на їх експлуатацію та ремонт. Різноманітність грунтів та будівельних сумішей, відмінність технологічних умов проведення ущільнюючих робіт значно утруднюють обґрунтування та вибір раціональної конструкції машини в зв'язку з тим, що існуючі ущільнюючі машини розраховані, як правило, на незмінний у часі режим роботи. Ідея створення універсальної ущільнюючої машини може базуватися на застосуванні приводу, що дає можливість змінювати параметри у відповідності до умов роботи та фізико-механічних властивостей сумішей, які ущільнюються. Виходячи із даної ідеї і формулюються мета і задачі роботи.

Мета роботи полягає в установленні закономірностей руху ударно-вібраційної гідравлічної трамбовки з урахуванням оброблюваного середовища та розробці на цій основі методів розрахунку і проектування із змінними параметрами робочого процесу.

Для досягнення означеної мети були поставлені такі задачі:

а) оцінка існуючих конструктивних та технологічних параметрів машини для ущільнення будівельних сумішей у стислих умовах та аналіз методів їх розрахунку;

б) аналітичні дослідження динаміки тримасових конструкцій навісних трамбовок з гідроприводом для ущільнення будівельних сумішей;

в) визначення оптимального режиму руху робочого органу машини;

г) експериментальні дослідження робочих характеристик трамбовки із змінними параметрами;

д) розробка методики інженерного розрахунку тримасових систем з гідравлічним приводом;

е) створення та випробування дослідно-промислового зразка навісного обладнання.

Тримасова ударно-вібраційна трамбовка з гідравлічним приводом дає можливість забезпечувати необхідний за технологією режим за допомогою параметрів по заданому закону роботи машини.

Наукова новизна. Розкриті закономірності і визначення оптимальних режимів руху тримасових ударно-вібраційних трамбовок з гідравлічним виконуючим механізмом пульсаторного типу, котрий дозволяє примусово змінювати амплітуду і частоту в залежності від впливу оброблюваного середовища та технологічних умов.

На захист виносяться:

математична модель ударно-вібраційної трамбовки з гідравлічним приводом;

опис динаміки машини, що досліджується;

аналітичні залежності для визначення параметрів системи;

результати досліджень динаміки та закономірностей руху трамбовки з гідроприводом;

оптимальні режими руху робочого органу вібротрамбовки з гідроприводом;

методика інженерного розрахунку ударно-вібраційних трамбовок та принципи створення машин подібного класу.

Методи досліджень містять в собі теорії вібраційних машин, гідроприводу, прикладної механіки, методи математичної статистики.

Достовірність визначається використанням стандартних припущень, основних положень класичної механіки та підтверджується збігом теоретичних та експериментальних досліджень при відхиленні фактичних та розрахункових даних не більше 10%. Достовірність експериментального матеріалу при визначенні механічних параметрів системи забезпечувалась необхідною кількістю повторів.

Практичне значення одержаних результатів:

сформульовані основні принципи створення ударно-вібраційних трамбовок з гідравлічним приводом;

запропонована методика розрахунку параметрів;

розроблена конструкція ударно-вібраційної трамбовки, новизна якої захищена авторським свідоцтвом;

Реалізація роботи. Розроблена конструкція навісної ударно-вібраційної трамбовки з гідравлічним приводом на базі ЕО-2621, яка впроваджена в БУ-1 тресту "Будмеханізація" холдінгової компанії "Київміськбуд". Отримані результати використовуються в учбовому процесі при читанні курсу "Машини для виробництва будівельних матеріалів", у курсовому та дипломному проектуванні.

Апробація роботи. Основні положення роботи доповідались на 54-60 науково-практичних конференціях КНУБА, на Першій всеукраїнській науково-практичній конференції "Прогрессивные технологии и машини для производства стройматериалов, изделий и конструкций" (м. Полтава, 1996р.), НАУ "Механізація сільськогосподарського виробництва", (м. Київ, 1998р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 7 робіт, в тому числі 1 авторське свідоцтво.

Обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, містить 126 сторінок машинописного тексту, 39 рисунків, 5 таблиць, посилань з 98 найменувань та 3 додатків.

Автор висловлює подяку консультанту д.т.н., проф. Ловейкіну В.С. за допомогу в роботі над дисертацією

Короткий зміст роботи

1. Стан та актуальність проблеми. Ущільнення будівельних сумішей представляє собою важливу складову частину технології будівництва доріг, будинків, більшості промислових споруд, у якій використовуються найрізноманітніші матеріали - від глини та піску до кам'яної підсипки. Знаходять використання і будівельні суміші, зміцнені цементом, вапном та іншими органічними сполуками. Все більше розповсюдження отримують такі матеріали, як шлаки, зола, промислові відходи. Значні відмінності у властивостях цих матеріалів, різноманітність погодно-кліматичних факторів та умов на будівельних майданчиках значно утруднюють обґрунтування та вибір раціональної конструктивної схеми ущільнюючих машин, перешкоджають створенню універсального та досконалого у всіх відношеннях обладнання. Проблема ущільнення будівельних сумішей, особливо у стислих умовах та важкодоступних місцях будівництва, залишається на сьогодні актуальною і підштовхує до створення нових ущільнюючих машин.

Наукові та експериментальні дослідження вчених та конструкторів, розпочаті ще в 30-х роках Барканом Д.Д. та Хархутою Н.Я., постійно створювали теоретичне підгрунтя для правильного вибору розрахункових схем ущільнюючих машин, для обгрунтування їх механічних параметрів та режимів роботи, для покращання існуючих та створення нових методів розрахунку. трамбовка вібрація пульсаторний амплітуда

Розвитку теорії та практики ущільнення будівельних сумішей присвячені роботи Баладінського В.Л., Баркана Д.Д., Бородачова І.П., Білостоцького Б.А., Варганова С.А., Зикова Б.І., Іванова П.Л., Маслова А.П., Назаренка І.І., Пелевіна Л.Є. Савинова О.А., Сівка В.Й., Хархути Н.Я., Холодова А.М., Чубука Ю.Ф., Шмигальського В.І. та багато інших.

Для ущільнення ґрунтів у стислих умовах у вітчизняній та зарубіжній практиці застосовують: вібротрамбовки та віброплити з електродвигунами та двигунами внутрішнього згорання, самопересувні та причіпні вібромашини, малогабаритні самохідні віброкатки, навісні віброущільнювачі на екскаваторах та кранах. Найбільш відомими виробниками такого роду техніки є закордонні фірми: "Bomag"(ФРН), "Weber"(ФРН), "Vibromax"(ФРН), "Tremix"(Швеція), "Pearson"(Англія), "Дупарас"(Швеція), "Losenhausen"(ФРН), "Ingersoll Rand Company"(США), "Rex Raxine"(США), "Bumar"(Польща), "Norton" (Люксембург). В нашій країні та країнах СНД серійне віброущільнююче обладнання представлене лише ручними трамбовками Даугавпілського заводу "Електроінструмент", навісними вібротрамбовками серії ВТ, ВТН-80, причіпними ударними трамбовками серії ТУ Ярославського політехнічного інституту, СКБ "Будмеханізація" та ЦНІІОМТП, а також дослідно-промисловими зразками КНУБА, ВНІІ Буддормашу та деяких інших установ.

Виконаний огляд машин для ущільнення ґрунтів та будівельних сумішей у стислих умовах дозволяє зробити наступні висновки: з покращанням модифікацій та використанням нових конструкцій іде тенденція до збільшення кількості коливальних мас у принципових схемах, до реалізації безвідривних, комбінованих, змінних у часі режимів руху робочих органів, застосування гідромеханічного та гідравлічного приводів, особливо для навісних та причіпних ущільнювачів.

Використовувані у будівництві дебалансні та кривошипно-шатунні віброзбуджувачі, як правило, виключають можливість регулювання параметрів коливань на протязі робочого циклу. У існуючих дослідних зразках машин з гідромеханічним приводом зміна режимів коливань можлива ступенево лише після її зупинки, або значно впливає на к.к.д. використання потужності базової машини. На відміну їм багатомасні конструкції з гідроприводом можуть бути позбавлені цих недоліків, а також мають принципову можливість до зменшення маси ущільнюючого механізму.

Дослідженню динаміки та розрахунку віброударних механізмів з гідроприводом присвячена значна кількість робіт відомих авторів: Башти Т.М., Баранова В.Н., Захарова Ю.Є., Іванова Р.А., Матвеєва І.Б., Федулова А.І.. Їх аналіз показує, що застосування гідроприводу в вібраційних механізмах вивчено недостатньо глибоко і, особливо, в машинах для ущільнення будівельних сумішей. На сьогоднішній день зовсім не досліджена динаміка тримасних вібромашин з гідроприводом, не виявлені закономірності таких систем при управлінні параметрами коливань як дискретно, так і безперервно. Реферована робота в теоретичному плані є розвитком цієї теми.

2. Теоретичні дослідження гідравлічного віброущільнюючого обладнання для ущільнення будівельних сумішей у стислих умовах. Досліджувана система представляє собою тримасну віброударну трамбовку з пульсаторним гідравлічним вібратором, в якому застосовано ротаційний гідророзподільник з примусовим обертанням золотника.

Принципово гідравлічна трамбовка включає (рис.1): корпус 1 з віброізолюючим пристроєм 2 (верхню масу), інерційну масу 3, яка разом із жорстко закріпленим ударником 4 та резиновим буфером 5 складають ударну масу (робочий орган); ущільнюючу плиту 6, гідроциліндр 7 та гідророзподільник 8. Корпус з'єднаний з ущільнюючою плитою пружними елементами 9, 10, а з ударником - пружними елементами 11, 12. Інерційна маса через шарнірний пристрій 13 з'єднана зі штоком 14 гідроциліндра 7, жорстко закріпленого у корпусі.

Трамбовка працює наступним чином: робоча рідина з бака 15 гідравлічного стенду (базової машини) за допомогою насоса 16 потрапляє у вхідний отвір 17 розподільника 8. При повороті золотника 18 в напрямку, показаному на рис.1 вхідний отвір 17 розподільника відкривається і рідина через вихід 19 потрапляє у безштокову порожнину гідроциліндра 7. В той же час вихідний отвір 20 розподільника відкривається і робоча рідина зі штокової порожнини гідроциліндра через вхідний 21 і вихідний 20 отвори та переливний клапан 22 потрапляє у бак 15. При цьому шток 14 гідроциліндра разом з ударною масою рухається вниз із певною швидкістю. При повному відкритті вхідного отвору 17 швидкість руху ударника 4 стає максимальною, і в цей час відбувається взаємодія останнього через резиновий буфер з ущільнюючою плитою 6, а через неї і з будівельною сумішшю. В процесі ущільнення грунту швидкість руху ударника і ущільнюючої плити зменшується від максимального значення до нуля внаслідок сил опору будівельної суміші та поступового перекриття впускного отвору 19 при подальшому обертанні золотника. При повному перекритті отворів 19, 21 ударник зупиняється, а за ним і ущільнююча плита. На цьому закінчується процес руху плити вниз. Подальше обертання золотника 18 призводить до поступового відкриття отворяв 21, 19 і робоча рідина від насосу через отвори 17, 21 потрапляє у штокову порожнину гідроциліндра 7. В цей же час рідина зі штокової порожнини через отвори 19, 20 потрапляє на злив в бак 15. При цьому ударник починає рухатись вверх. Обертаючись далі, золотник поступово перекриває отвори 17, 20, гідравлічна сила зменшується до нуля, і ударник з поршнем зупиняються у верхньому крайньому положенні. Далі цикл повторюється.

Таким чином, за півоберту золотника 18 ударник виконує один цикл зворотно-поступального руху, а ущільнююча плита 6 сприймає один удар та вібраційне навантаження через пружні елементи 9, 10. Ударник здійснює коливання, частота яких та імпульс удару залежать від частоти обертання золотника. Він приводиться в рух від окремого приводу: електродвигуна постійного струму з реостатом для лабораторної установки, або аксіально-поршньового гідромотора з дроселем для базової будівельної машини.

За динамічну модель прийнятна система з трьома ступенями вільності (рис.2) із наступними припущеннями: 1) навантаження на поршень гідроциліндра складається з сил сухого тертя, пружності, в'язкого опору та інерції; 2) тиск, температура та в'язкість робочої рідини постійні: 3) робоча рідина не стискується та стінки гідроциліндра не деформуються; 4) зміна сили пружності, яка виникає в підвісці ударної маси та корпуса, відбувається по закону Гука; 5) опором під'єднуючих трубопроводів можна знехтувати; 6) хвильові процеси в трубопроводах відсутні; 7) золотник та поршень симетричні; початкове перекриття робочих вікон золотника дорівнює нулю; 8) режим руху робочої рідини в з'єднувальних трубопроводах турбулентний; 9) перетікання між полостями гідроциліндра та витікання пропорційні відповідним перепадам тисків.

Досліджувана система складається: з маси m1 - ударника; маси m2 - верхньої маси трамбовки; маси m'3 - маси ущільнюючої плити разом з приєднаною масою ґрунту. Коливання мас збуджується гідравлічним вібратором (циліндром) з силою тяги Fг. Зіткнення мас m1 і m3 відбувається через пружний елемент (резиновий буфер) жорсткістю c4 та коефіцієнтом опору b4. Взаємне пересування мас забезпечується за рахунок пружних елементів підвіски ударника жорсткістю c1 з коефіцієнтом опору b1 та пружних елементів ущільнюючої плити жорсткістю c2 з коефіцієнтом опору b2. Коливання конструкції трамбовки відбувається на ґрунті зі змінною жорсткістю c3 та змінним коефіцієнтом опору b3.

Розрахункова схема дослідної моделі співпадає з динамічною. Її динаміка описується рівняннями руху гідравлічної вимушуючої сили.

m'3 = m3 + mгр

- коливальна маса ущільнюючої плити разом з приведеною масою будівельної суміші.

Враховуючи, що рух ударника, викликаний гідравлічною вимушуючою силою, обмежується номінальною подачею насоса та нерозривністю потоку робочої рідини, запишемо рівняння зв'язку: коефіцієнт витрат через робоче вікно гідророзподільника; циліндра; pн - номінальний тиск у гідросистемі; pзл -тиск на виході із зливної порожнини циліндра; p- питомий об'єм робочої рідини; pтруб - втрати тиску в трубопроводах; Fтр - сила тертя ущільнень поршня в циліндрі.

Fтр=1,7Рн р Дц l1 fрез, (5)

де Дцил, l1 - діаметр циліндра та довжина поверхні контакту поршня з циліндром;

fрез - коефіцієнт тертя резини по сталі.

Виділимо проміжну змінну p в рівнянні (4):

З іншого боку:

p=po - pрозп, (7)

pрозп =p1 + p2

- втрати тиску на розподільнику;

p1 - втрати тиску від в'язкості робочої рідини:

- кінематична в'язкість рідини; p2 - втрати тиску від опору при перетіканні крізь отвір розподільника:

де - безрозмірний коефіцієнт опору; Fвз - ефективна площа впускного вікна розподільника; - питома вага робочої рідини; Vщ - швидкість перетікання рідини через дроселюючий отвір:

У порівнянні з p2, p1 має дуже мале значення і при розрахунках більшістю авторів не враховується: p1 0. Тоді для проміжної змінної p з (7) маємо:

Порівнявши (6) та (11) отримаємо залежність коефіцієнта витрат від площі відкриття впускного отвору fщ:

Виділимо прискорення мас m1, m2, m3 і запишемо систему рівнянь на основі (1), (2), (3) з урахуванням (11) у зручному для розрахунків вигляді:

Як відзначалось, досліджувана система має три характерні періоди руху: період робочого ходу, період удару та період зворотнього ходу (руху вгору) ударника. Система рівнянь(13) описує всі періоди, але потрібно враховувати такі фактори:

1) Рух поршня, а з ним і маси m1, почнеться лише тоді, коли теоритично можлива гідравлічна сила

F2=Sцил pн

буде більше суми сил гідравлічного опору системи, тобто при fщ, знайденному із рівняння:

2) При 0 fщ fщ - система не рухається і Fг=0.

3) Коефіцієнти жорсткості с 4 та демпфування буферу b4 використовуються в розрахунках тільки в період удару.

4) Якщо х 1 -х 3?0, то b4=0, с 4=0 - кінець робочого ходу і початок удару - відповідають нульовому зазору в буфері. Кінець удару і початок зворотного ходу починаються при рівності сил пружності і опору в буферах.

5) В кінці зворотного ходу та на початку робочого ходу відбувається зміна знаку швидкості:

Vi-1 0; Vi=0; Vi+1 0.

З метою оптимізації гідропривідного механізму трамбовки було визначено теоретично режим зворотно-поступального руху ударника, який зводить до мінімуму динамічні навантаження, що передаються на раму базової машини. Виходячи з отриманих рівнянь, було визначено площі та конфігурацію впускних вікон розподільника.

Грунтуючись на вище викладеному, складено алгоритм розв'язання системи рівнянь (13) чисельним методом, який реалізований на ПЕОМ ІВМ РС мовою програмування Visual Basic 5.0 версії фірми Microsoft.

Програма включає в себе такі основні процедури: вибір вихідних даних; вибір коефіцієнтів та констант, які необхідні для попереднього розрахунку параметрів системи; вибір режиму розрахунку циклу; попередній розрахунок параметрів, які необхідні для розв'язання системи рівнянь (13); задавання графічного режиму монітора для візуального спостереження за зміною параметрів в процесі розрахунку; виведення результатів розрахунку на дисплей або принтер; моделювання руху системи при зміні параметрів та коефіцієнтів, що входять у рівняння динаміки.

Для розв'язування рівнянь динаміки досліджуваної системи визначались коефіцієнти та початкові значення параметрів, які до них входять. Вихідними даними до розрахунку є: номінальний тиск у гідросистемі базової машини або стенду pн, номінальна подача гідронасосу Qн, частота ударів f, або межі частот fmin, fmax, або закон f(t) зміни в часі ударів, бажана амплітуда коливань при оптимальній частоті х 1 .

Вплив будівельної суміші врахувався інерційно-пружними та дисипативними силами, які змінюються в процесі взаємодії з робочим органом, так і характеристиками середовища: межею міцності , допустимим ударним імпульсом ір, власною частотою коливань О, швидкістю зміни напруженого стану Vи, закономірність зміни навантажень в часі =f(t), загальним часом напруженого стану та удару tуд. За допомогою програми на основі отриманих формул були розраховані: оптимальна форма впускних вікон розподільника, амплітуди коливальних мас, ударний імпульс ударника, динамічний тиск під ущільнюючою плитою на різних частотах та при різних співвідношеннях мас m1, m2, m3 та жорсткостей С 1, С 2, С 4. Аналіз отриманих залежностей дозволив визначити оптимальні межі значень коефіцієнтів та констант, які необхідні для розрахунку параметрів системи.

3. Експериментальні дослідження динаміки гідравлічної віброударної трамбовки з ротаційним гідророзподільником примусової дії. З метою підтвердження працездатності запропонованої машини та перевірки адекватності її математичної моделі було проведено ряд експериментальних досліджень.

На різних етапах експериментів були створені три установки. Першою була трамбовка з гідромеханічним приводом та дебалансним віброзбуджувачем. Плавне регулювання частот в ній здійснювалось за допомогою дроселя керування, але було обмежене частотою 20 Гц і при її зменшенні приводило до значного зниження контактного тиску під ущільнюючою плитою та зниженням коефіцієнта корисної дії використання потужності базової машини. На цій моделі була доведена можливість плавної зміни АЧХ установки. На другому етапі була створена трамбовка з автоколивальним ГВМ, зі зворотно-поступальним рухом золотника. В ній реалізувався автоколивальний віброударний режим з можливістю управління максимальною частотою коливань. Недоліком цієї установки було обмеження по частоті коливань ( 16 Гц), яке залежало від характеристик золотника, пружного елементу зворотного зв'язку, тиску у гідросистемі та подачі насосу. У порівнянні з попередньою установкою в трамбовці з'явилась можливість примусово змінювати амплітудно-частотну характеристику системи без зменшення к.к.д. гідравлічного приводу. Основними її недоліками були: складність виготовлення та налаштування гідророзподільника, а також вузький діапазон робочих частот. Для усунення недоліків, виявлених в процесі досліджень, була створена модель віброударної трамбовки на основі попередньої, з ГВМ пульсаторного типу з ротаційним гідророзподільником примусової дії. На цій установці проводились основні експериментальні дослідження (рис.3). Основними параметрами, що підлягали вимірюванню, були: амплітуди і частота коливань робочих елементів установки, зокрема, діапазон вимірювальних частот знаходився в межах 545 Гц; тиск у гідросистемі до і після розподільника в межах 2,010,0 МПа; тиск у будівельній суміші під ущільнюючою плитою.

Рисунок 3 - Принципова схема експериментальної установки та вимірювання механічних параметрів:

Амплітудно-частотні характеристики визначались при обробці віброграм та осцилограм по лініях відмітчика часу. Для вимірювання параметрів коливань застосовувалась вібровимірювальна апаратура ВИ-5МА з датчиком переміщення ДП-2 та датчиками прискорення ДУ-5. Сигнали від датчиків реєструвались на осцилографі К-12-22 або на швидкодіючому самописці Н 338-6П. Для вимірювання тиску рідини використовувались манометри з трубчатою пружиною по ГОСТ 6521-72. Для вимірювання тиску під ущільнюючою плитою були використані датчики мембранного типу з наклеєними тензодатчиками.

Конструктивні параметри лабораторної установки на всіх дослідних частотах забезпечили стабільний безвідривний процес ущільнення грунту. Експериментально отримані залежності розмахів коливань мас m1, m2, m3 із зростанням частоти мають пологий спадаючий характер (рис.4). Підвищення тиску на вході магістралі живлення призводило до збільшення прискорення та швидкості руху ударної маси і, як результат, до зростання амплітуди коливань. При цьому піки резонансних частот зсуваються ближче в бік власних механічних частот. Збільшення подачі насоса призводить до майже прямопропорційного зростання амплітуди із невеликим відхиленням внаслідок перетікань робочої рідини на поршні. На низьких частотах (f5 Гц) коливання ударника здійснюються з зупинкою, при 5 f 20 Гц чітко з'являється третя гармоніка, а при більш високих частотах форма коливань наближається до синусоїдальної. Із зростанням частоти ударний імпульс та розмах коливань зменшується, що призводить до зростання сил інерції на поршні, до зникнення ударної складової та зміни форми коливань. Аналізуючи отримані графіки H0=f(f) при pн =2,0; 3,5; 5,0; 8,0; 10,0 МПа, чітко видно два резонансні піки для ударника m1 близько 20 та 37 Гц та два піки для m2 i m3: перший в межах 1317 Гц, другий - 3540 Гц. Це підтверджується теоретично, виходячи з мас та жорсткості пружин ущільнюючої плити та ударника. 1-ий і 2-ий резонанси близькі до власних частот коливань мас m1 та m2, а 2-й - до власної частоти коливань будівельної суміші з ущільнюючою плитою.

Підвищення у дослідах коефіцієнту демпфування та жорсткості привели до помітного зменшення амплітуди і збільшення частоти коливань плити, зумовленої зміною власної частоти коливань системи: машина - середовище.

Аналіз руху мас m1, m2, m3 підтвердив аналітичні дослідження динаміки трамбовки: ударник і верхня маса (корпус) рухається чітко у протифазі з частотою, пропорційною обертанню керуючого золотника та амплітудою, обернена пропорційною їх масам. Коливання ущільнюючої плити m3 (робочого органа) носить поліфазний характер, кратний частоті ударів (перша гармоніка), власній частоті коливань механічної системи та резонансній частоті грунту.

З метою отримання розрахункових залежностей оптимальних конструктивних параметрів гідравлічного виконуючого механізму було проведено також ряд дослідів для врахування втрат від перетікань рідини у рухомих з'єднаннях ротаційного розподільника: золотник - корпус. Експериментально отримані залежності втрат подачі Q від довжини перекриття l, від тиску pн, частоти f та кільцевого зазору дозволили обгрунтувати мінімальні габарити гідророзподільника, точність його виготовлення, чистоту поверхні золотника, звести до розумного мінімуму втрати потужності та підвищити довговічність ущільнень.

Рисунок 4. Залежність експериментальних амплітуд від частоти:

а) - ударника; б) - ущільнюючої плити; в) верхньої маси

На основі теоретичних та експериментальних досліджень була розроблена методика інженерного розрахунку основних параметрів тримасних ударно-вібраційних систем з гідравлічним приводом.

4. Практичне застосування результатів досліджень. Практичне втілення створеного дослідно-промислового зразка було здійснено в БУ-1 тресту "Будмеханізація" у м. Києві. Його випробування підтвердили основні припущення та висновки, зроблені при дослідженні гідравлічної віброударної трамбовки.

Результати виконаної роботи використовуються в учбовому процесі при читанні курсу "Будівельні машини, монтажне обладнання та інструмент", у курсовому та дипломному проектуванні.

Загальні висновки

1.Огляд існуючих конструкцій вібраційних машин для ущільнення будівельних сумішей підтвердив доцільність створення тримасних ударно-вібраційних трамбовок та використання гідравлічного виконуючого механізму в якості віброзбуджувача.

2. Складені диференціальні рівняння динаміки тримасової ударно-вібраціної системи з гідроприводом. Аналіз їх розв'язку дозволив виявити закономірності руху системи та контролювати змінні параметри коливань, гідравлічної сили та сил опору будівельної суміші .

3. Визначено оптимальні режими руху ударника на різних етапах руху трамбовки.

4. Складені алгоритми та програма розрахунку системи із застосуванням чисельного методу Рунге-Кутта 1-го порядку із змінним кроком в різні періоди руху системи.

5. Визначені оптимальні значення коефіцієнтів та констант, необхідних для проектування.

6. В результаті експериментальних досліджень:

Доведена працездатність тримасової гідравлічної віброударної трамбовки з гідравлічним виконуючим механізмом пульсаторного типу.

Доведена можливість плавного регулювання частоти та амплітуди коливань трамбовки.

7. Будівельна суміш в процесі ущільнення суттєво впливає на АЧХ робочого органу.

8. Частотний діапазон установки визначається жорсткістю пружних елементів та конструкцією ГВМ, а амплітуда коливань ударної маси тиском та подачею у гідросистемі, жорсткістю та приведеним навантаженням на поршень.

9. Зміна форми випускних вікон ротаційного розподільника та частота обертання золотника кардинально впливають на технологічні та енергетичні параметри системи і дозволяють разом з дросельним керуванням примусово змінювати АЧХ ущільнюючої плити по заданому наперед закону, або в залежності від щільності будівельної суміші.

10. Результати розрахункових та експериментальних значень в діапазоні проведених досліджень (f = 545 Гц) співпадають у межах 58%. Особливо велика точність (похибка 5%) відмічається у зонах, відмінних від резонансних режимів коливань.

11. На основі теоретичних та експериментальних досліджень розроблена інженерна методика розрахунку основних параметрів тримасних ударно-вібраційних систем з гідравлічним приводом. Приведені числові значення параметрів трамбовок, які навішуються на гідравлічні будівельні машини із наступними параметрами: рН=10, 16, 25 МПа; QН=110^-3, 210^-3, 410^-3 мі/с.

12. Випробування, проведені в БУ-1 тресту "Будмеханізація", створеного дослідно-промислового зразка віброударної трамбовки підтвердили основні теоретичні обгрунтування та висновки, приведені в дисертаційній роботі.

Основні положення дисертації опубліковано в таких працях

Свідерський А.Т. Розрахунок ударно-вібраційної установки з гідравлічним приводом.// Республіканський міжвідомчий науково-технічний збірник "Гірничі, будівельні, дорожні і меліоративні машини", Київ, КДТУБА, 1998, вип.52, с.84-87.

Свидерский А.Т. Анализ методов расчета виброуплотняющих машин.// Науково-технічний журнал "Техника стоительства", Киев, 1997, вып.1, с.64-65.

Назаренко І.І., Баранов Ю.О., Човнюк Ю.В., Омельченко В.А., Ручинський М.М., Свідерський А.Т. Розвиток і сучасний стан теорії робочих процесів вібраційних машин у будівництві.// Республіканський міжвідомчий науково-технічний збірник "Гірничні, будівельні, дорожні та меліоративні машини", Київ, КДТУБА, 1996, вип.50, с.4-8.

Ловейкін В.С., Назаренко І.І., Свідерський А.Т. Оптимізація гідроприводного механізму машини для ущільнення грунту.// Збірка наукових праць Національного аграрного університету. Том 4, Київ, Видавництво НАУ, 1998, с.239-245.

Назаренко І.І., Баранов Ю.О., Свідерський А.Т. Оцінка надійності віброзбуджувачів робочих органів віброущільнюючих машин.// Науково-практичні проблеми цивільної оборони в системі МНС. Сбірник наукових статей, вип.1-К, МНС України, КДТУБА, 1998, с.72-73.

Назаренко І.І., Свідерський А.Т. Пошук нових рішень оптимального обладнання для ущільнення грунтів у стислих умовах.// Материалы первой всеукраинской научно-практической конференции "Прогрессивные технологии и машины для производства стройматериалов, изделий и конструкций". Полтава, 1996, с.139-140.

Назаренко И.И., Свидерский А.Т., Баранов Ю.А. и др. Гидравлическая трамбовка - А.С. 1791533 (СССР). Опубл. в Б.И., 1993, №4.

Размещено на Allbest.ru

...