Вібропрес з двочастотним приводом пуансона для формування дрібноштучних бетонних виробів

Размещено на http://www.allbest.ru/

харківський державний технічний університет

будівництва та архітектури

УДК 666.97.033.16

Вібропрес з двочастотним приводом пуансона для формування дрібноштучних бетонних виробів

спеціальність 05.05.02 - машини для виробництва

будівельних матеріалів і конструкцій

автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Саєнко Леонід Володимирович

Харків - 2006

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури Міністерства освіти та науки України.

Науковий керівник: -кандидат технічних наук, доцент Ємельяненко Микола Григорович, Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, доцент кафедри механізації будівельних процесів.

Офіційні опоненти: -доктор технічних наук, професор Назаренко Іван Іванович, Київський національний університет будівництва та архітектури, завідуючий кафедрою машин і обладнання технологічних процесів;

-кандидат технічних наук, доцент Нестеренко Микола Петрович, Полтавський національний технічний університет ім. Ю. Кондратюка, доцент кафедри будівельних машин і обладнання.

Провідна установа: Український науково-дослідний інститут будівництва та конструкцій, м. Київ.

Захист відбудеться “_16_” _березня__ 2006 р. о _14³⁰_ год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.056.04 при Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

Автореферат розіслано“_12_” ____лютого_____ 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради _____________ О.Ю. Крот

вібропрасування бетонний суміш ущільнення

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В сучасному стані розвитку будівництва в Україні набули широкого розвитку застосування малогабаритні вироби мощення (тротуарні плитки, бетонна цегла, фігурні елементи і т.п.). Традиційна литєва технологія їх виготовлення не задовольняє сучасним вимогам по якісним характеристикам та зовнішнім показникам. Експлуатація тротуарних елементів в м. Києві, Харкові, Полтаві та інших містах України підтверджує низьку якість цих елементів. Рішення проблеми формування елементів мощення можливе завдяки застосуванню вібропресового обладнання, впровадження якого стримується відсутністю науково-обґрунтованих методів розрахунку, визначенням раціональних параметрів, розробкою принципів створення обладнання з високоефективними показниками. Тому робота, що присвячена використанню багаточастотного спектру вібрації з керованим режимом руху відповідає начальній проблемі вдосконалення існуючих вібраційних технологій формування і є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до теми державної реєстрації № 0100U000219 “Дослідження процесу механічної активації і розробка устаткування для виробництва шлакових виробів” 2000-2002 рр.

Мета і задачі дослідження. Мета дисертаційної роботи полягає в дослідженні руху, встановленні раціональних параметрів та розробці на цій основі вібропреса з двочастотним приводом пуансона.

Для досягнення мети були сформульовані наступні задачі:

- визначити сутність процесу вібропресування, сформулювати напрямки створення ефективних конструкцій і методів розрахунку вібропресів для формування бетонних виробів;

- вибрати та обґрунтувати фізичну і математичну модель вібропреса; обґрунтувати та розробити схему вібропреса з двочастотним приводом пуансона;

- скласти рівняння руху та дослідити динаміку вібропреса з урахуванням параметрів середовища;

- скласти алгоритм розрахунку параметрів вібропреса, що забезпечують необхідні показники ущільнення бетонної суміші;

- розробити лабораторний вібростенд, провести на ньому експериментальні дослідження по вивченню динамічних параметрів і режимів руху двомасної системи вібропреса з урахуванням реологічних властивостей формованої бетонної суміші; дати порівняльну оцінку аналітичних і експериментальних результатів;

- провести факторний експеримент в заводських умовах на діючому вібропресі з метою отримання рівнянь регресії, що описують залежність міцності на стиснення, водопроникності і густини відформованих бетонних виробів від параметрів вібропреса;

- розробити інженерну методику розрахунку параметрів вібропреса, що забезпечують необхідні показники ущільнення бетонної суміші.

Об'єкт дослідження - процес формування дрібноштучних бетонних виробів з використанням двочастотних режимів вібрації.

Предмет дослідження - вібропрес з двочастотним приводом пуансона для формування дрібноштучних бетонних виробів.

Методи дослідження. Дослідження базуються на використанні методів класичної теорії коливань, методах планування факторного експерименту та математичної статистики. Достовірність результатів підтверджена сходженням теоретичних і експериментальних досліджень. Відхилення не перевищує 7 %.

Наукова новизна отриманих результатів. Встановлена закономірність руху вібросистеми “матриця - пуансон” з використанням одно- та двочастотного вібропривода пуансона з урахуванням напружено-деформованого стану бетонної суміші та двостадійним її ущільненням.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблена методика інженерного розрахунку основних параметрів вібропреса з двочастотним віброприводом пуансона для формування фігурних елементів мощення, що базується на результатах аналітичного дослідження та проведеного в заводських умовах експерименту. Результати роботи упроваджені на будівельній фірмі “ТОВ ТММ” м. Харкова.

Особистий внесок здобувача. Результати, отримані здобувачем самостійно:

· реалізований на ЕОМ алгоритм розрахунку параметрів динамічної керованої моделі вібропреса з урахуванням напружено-деформованого стану суміші;

· встановлені закономірності руху елементів вібропреса: матриці (з одночастотним приводом) та пуансона (з двочастотним приводом);

· розроблена методика експериментальних досліджень;

· розроблена інженерна методика розрахунку вібропреса;

· виконана апробація та упровадження результатів роботи у виробництво.

В статтях, що опубліковані в співавторстві здобувачем виконано: в роботі [1] - виконано розрахунки на ЕОМ, побудовано залежності для параметрів вібросистеми преса “матриця - пуансон”; в роботі [2] - запропоновано варіант виконання дебаланса двочастотного віброзбуджувача; в роботі [3 - 6] проведена математична обробка результатів факторного експерименту на ЕОМ, отримані рівняння регресії, що описують залежності міцності на стиск, густини та водопроникності зразків з бетону від параметрів вібропреса.

Апробація результатів дисертації. Основні розділи дисертаційної роботи доповідалися на щорічних науково-технічних конференціях Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (2001-2004 рр.), на ХІІІ-ій науковій школі країн СНГ “Вібротехнологія-2003”, (м. Одеса, 2003 р.), на міжнародному конгресі “Сучасні технології в промисловості будівельних матеріалів і будіндустрії”, присвяченому 150-річчу з дня народження академіка В.Г. Шухова (Росія, м. Бєлгород, 2003 р.), на міжнародній науково-технічній конференції “Вібрації в техніці та технологіях”, що присвячена 75-річчу Полтавського національного університету ім. Ю. Кондратюка.

Публікації. Основні результати роботи опубліковано в 5 наукових статтях, у тому числі в 3-х наукових збірниках, що входять в перелік ВАК, отримано патент на винахід.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел і додатків. Повний обсяг дисертації складає 193 сторінки, містить 42 рисунка, 8 таблиць, список використаних джерел з 181 найменування, 5 додатків, що мають обсяг 38 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і задачі дослідження, визначено об'єкт, предмет і методи дослідження, вказано наукову новизну та практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі проведений аналітичний огляд процесу вібропресування і вібропресового устаткування. Аналіз відомих робіт Афанасьєва А.А., Борщевського А.А., Гарнєця В.М., Дьосова А.Є., Назаренка І.І., Савинова О.А., Лавринович Є.В., Маслова О.Г., Сердюка Л.І., Овчинникова П.Ф., Руденка І.Ф., Сівка В.Й., Шмигальского В.М. та ін.

Встановлено, що для опису властивостей бетонної суміші використовують різні моделі: Кельвіна-Фойгта, Бінгама, Шведова та ін.

Виявлено, що при вібропресуванні пружні властивості суміші в значній мірі пов'язані з повітряними включеннями, тобто, іншими словами, залежать від пористості бетонної суміші.

Для створення більш повної картини віброущільнення, були розглянуті різні способи вібрації і різні типи вібраторів, вплив спрямованості вібрації на процес ущільнення бетонної суміші. Виявлена ефективність застосування двочастотного ущільнення бетонних сумішей. Проте практична реалізація стримується відсутністю устаткування, за виключенням глибинних вібраторів інституту “ВНІІБуддормаш”.

Встановлено, що в сучасному стані розвитку теорії вібропресового обладнання відсутні загальноприйняті методи і моделі робочого процесу, фактично відсутні розрахунки системи “віброорган - суміш - вібропуансон” при реалізації багаточастотного спектру вібродії. Вирішення проблеми ефективного використання вібропресового обладнання можливе на основі вивчення і дослідження закономірностей руху подібних систем з урахуванням напружно-деформованого стану бетонної суміші при реалізації двоетапного способу її ущільнення. Виходячи з цього, сформульована мета і основні задачі досліджень.

У другому розділі представлені теоретичні дослідження по вибору фізичної та створенню математичної моделі вібросистеми “вібростіл (нижній віброорган) - суміш, що ущільнюється - вібропуансон” і встановлені закономірності її руху в різних умовах навантаження.

Прийнята наступна методика вивчення особливостей вібросистеми:

- дослідження динаміки робочих органів вібропреса (матриці і пуансона з одночастотними віброприводами) з урахуванням властивостей формованої бетонної суміші;

- розробка схеми двочастотного приводу пуансона, визначення залежності між його основними параметрами;

- вибір та обґрунтування математичної моделі вібропреса з одно- і двочастотним приводом пуансона з урахуванням властивостей бетонної суміші;

- рішення рівнянь руху та встановлення закономірностей зміни параметрів вібросистеми.

Математична модель вібросистеми вибирається з передумови, що процес ущільнення з найкращими показниками для досягнення максимальної щільності і, як наслідок, максимальної міцності відформованого виробу досягається за дві стадії:

- попереднє ущільнення, при якому досягається максимально можливе витіснення повітря і надлишкової води, яка не вступила в хімічну реакцію з цементом;

- кінцеве ущільнення суміші, що забезпечує утворення скелета з рівномірним розподілом частинок суміші, які при цьому утворюють найбільш компактну і щільну структуру, і забезпечення виробу з його заданими геометричними розмірами.

Перша стадія досягається шляхом роботи нижнього вібратора з вільною поверхнею суміші, що і дає можливість вільному виходу повітря.

Друга стадія досягається включенням верхнього віброоргана (вібропуансона) з одночасною роботою і нижнього вібратора.

При обґрунтуванні розрахункової схеми робочих органів, виходячи з їх розмірів і характеристик міцності для діапазону вібраційних параметрів ( = 150300 с^-1 і А = 0,21,0 мм), загальноприйнятим є розглядати математичну модель як дискретну, яка включає масу, коефіцієнти пружності (елементи опор - металеві або гумові) та коефіцієнт опору (інтегральна оцінка розсіяння енергії в опорах та металоконструкціях робочих органів при їх коливанні).

При виборі розрахункової схеми бетонної суміші на першій стадії передбачається, що при вільній верхній поверхні, справедливою є умова, що для даних розмірів виробу (висота стовпа суміші 0,050,07 м) не розвиваються пружні сили для частот (=150300 с^-1) і така модель може враховувати тільки інерційні сили.

На другій стадії бетонна суміш знаходиться в силовому полі, затиснутому по висоті двома робочими органами і в цьому випадку важливими є пружні властивості, що і відображено на розрахунковій схемі (рис. 1).

В редукованій схемі (рис. 1 б) суміш представлена коефіцієнтами пружності С_б і розсіяння енергії в_б, значення яких визначається на основі врахування хвильових явищ і коефіцієнта _б, який враховує і інерційні властивості.

Диференційні рівнянні руху досліджуваної системи отримані у вигляді:

(1)

або в більш зручному для розрахунку вигляді:

(2)

,

де;;;

;

;;

;.

амплітуди змушуючих сил відповідно нижнього (F₀₁) і верхнього (F₀₂) вібраторів.

Рішення рівнянь (2) прийнято у вигляді:

;.(3)

Дослідження на 1-й стадії ущільнення показали, що за прийнятих умов система представляє собою систему з гармонійним режимом руху і отриманні відповідні значення амплітуд коливань.

На другій стадії ущільнення розрахункові осцилограми показали, що отримані криві при рішенні рівнянь (2) на ЕОМ мають більш складний характер (рис. 2).

Всього було виконано понад 150 варіантів розрахунків з метою повного аналізу руху вібросистеми. У якості прикладу наведені розрахункові значення для декількох частот коливань (табл. 1).

Аналізом подібних розрахунків були виявлені необхідні зони ефективної передачі енергії, при якому циркуляція енергії здійснюється в ланцюгу: джерело енергії - друга ланка ланцюга системи - пуансон. Перша ланка (матриця) являється тільки посередником в передачі енергії.

Таблиця 1 Числові значення параметрів робочого процесу вібросистеми

№ варіанту розрахунку	Параметри коливань
	Матриця	Пуансон
	Несуча частота коливань 1, с-1	Напіврозмах коливань на несучих частотах матриці (хм) і пуансона (хм), мм	Несуча частота коливань 2, с-1	Напіврозмах коливань на несучих частотах матриці (хп) і пуансона (хп), мм
		хм	хм		хп	хп
1	157	0,0571	0,063	157	0,022	0,239
2	157	0,194	0,090	300	0,090	0,014
3	157	0,057	0,092	450	0,022	0,007
4	300	0,057	0,092	300	0,022	0,036
5	300	0,194	0,039	450	0,090	0,003
6	300	0,057	0,002	600	0,022	0,002
7	450	0,057	0,002	600	0,022	0,002

Виходячи із реальних умов роботи вібросистеми на високих частотах ( 100 с^-1) власна частота коливань може бути розрахована із залежності:

,(4)

деС_б - коефіцієнт пружності бетонної суміші:

(5)

т_б - приєднана маса бетону; Р_а, Р_ст - відповідно атмосферний і статичний тиск на суміш висотою h_б і площею контакту S_к; П - пористість.

Знайдено, що умова забезпечення антирезонансу

: , (6)

де - співвідношення мас:

. (7)

Розрахунки за формулами (4 - 7) показали, що власна частота коливань вібросистеми “матриця - бетонна суміш - пуансон” для значень експериментальної установки складає величину 174,28 с^-1, а для співвідношення частот з коефіцієнтом від резонансу 26,7%. Для більш ефективного використання резонансних явищ і наближення співвідношення має бути збільшена маса нижнього робочого органу з 63,7 кг до значення 162,4 кг.

Для оцінки енергетичних співвідношень в елементах вібросистеми приймалася умова енергетичного балансу у вигляді:

,(8)

де Е_р - енергія, що розсіюється робочими органами матриці Е_м і пуансона Е_п; Е₀ - енергія, що розсіюється в пружних елементах опор матриці Е_ом і пуансона Е_оп; Е_б - енергія, що розсіюється в об'ємі стовпа суміші; А - робота гармонічних сил за період коливань відповідно матриці А_м і пуансону А_п.

Складові енергії нижнього вібратора (матриці) розрахували за відомими методиками, а для визначення енергії робочого органу пуансона, як двочастотного, розглянута розрахункова схема (рис. 3).

Для амплітудного значення модуля збурюючої сили основного і додаткового дебалансів маємо:

;.

Позначимо _осн = , тоді приймає вигляд:

; .

Потужність на подолання сил тертя в підшипниках (максимум):

- основного валу:

.(9)

- додаткового валу:

. (10)

Обертаючий момент на валу додаткового дебаланса повинен бути не менше ніж момент тертя М_тр.д.:

.

Для забезпечення достатнього тертя і зчеплення в контакті пари “каток - внутрішня поверхня кришки” вібратора необхідно забезпечити зусилля притиснення:

або.

Потужність на подолання сил тертя в контакті пари “каток - внутрішня поверхня кришки”:

.

Необхідна потужність двигуна:

При визначенні енергії на ущільнення бетонної суміші розглядається перша стадія ущільнення, так як саме на цій стадії найбільша доля йде на розсіяння в суміші. В основу покладена залежність:

,(11)

де F_k - контактна сила в зоні “матриця - суміш”; dx - елементарне переміщення суміші; Т - період коливань.

Для знаходження F_k розглядається бетонна суміш як система з розподіленими параметрами, хвильове рівняння якої вирішується при відповідних граничних умовах силових вібродій. При цьому в фізичній моделі передбачено, що модуль щільності суміші складається із двох складових: Е = Е + іЕ, де Е - пружна складова; Е - дисипативна складова; і - мнима одиниця, що вказує на зсув фаз між Е і Е на кут /2.

Після рішення рівнянь і відповідних перетворень отримано вираз для енергії:

,(12)

де - коефіцієнт, що визначає середнє по висоті коливань розсіяння енергії:

,(13)

де - коефіцієнт опору, а - коефіцієнт розсіяння енергії в бетонній суміші; - хвильовий коефіцієнт; с - швидкість розповсюдження хвиль в бетонній суміші.

Виконані аналітичні розрахунки показали, що в залежності від режиму роботи складові енергії (8) мають різний внесок в загальний баланс роботи. Так на першій стадії співвідношення між енергіями на тертя і коливання знаходяться в межах , а на другій - , а найбільш важливішими складовими є енергія ущільнення і на тертя в підшипникових вузлах системи.

У третьому розділі приведені результати експериментальних досліджень динаміки вібропреса, з використанням двочастотного вібропривода пуансона і дослідження взаємодії верхнього і нижнього віброзбуджувача з бетонною сумішшю.

Для проведення експериментів була розроблена і створена установка у вигляді стенда (рис. 4), який складається із нижнього вібратора 7, закріпленого на рамі, через пружні елементи 8. На нижньому вібраторі закріплена пластина 5, яка є столом. На столі розташована матриця 4, яку можна переміщати у вертикальному напрямі по напрямних 1. В прямокутні отвори, які має матриця, входить штамп 3 (прямокутні пластини, за формою отворів, мають товщину 5 мм), що закріплений на верхньому пуансоні 2. Пуансон 2, так само як і матриця, може переміщатися у вертикальній площині. На пуансоні закріплений верхній вібратор 6 з маятниковою підвіскою. Матриця і пуансон можуть скоювати вертикальне переміщення за допомогою важеля, через підшипниковий вузол і тягу, закріплену паралельно напрямним 1. Матриця і пуансон фіксуються на тязі за допомогою штифтів.

Вібропривод пуансона складається з серійного вібратора, який був модернізований для реалізації двочастотної вібрації. Вібропривод матриці виконаний у вигляді двовального вібратора направленої дії, ведучий вал якого з'єднаний ремінною передачею з асинхронним електродвигуном. Статичний тиск на бетонну суміш в матриці створюється вагою пуансона і верхнього вібратора, додаткове зусилля здійснюється за допомогою вантажів, що змонтовані на важелі, який використовується також для підняття пуансона і матриці і виймання відформованих зразків.

Методикою досліджень передбачено вимірювання амплітуд коливань нижнього і верхнього вібраторів преса в режимах:

- працює тільки нижній вібратор;

- в роботі знаходиться тільки верхній вібратор;

- спільна робота верхнього і нижнього вібраторів.

При цьому заміри переміщень здійснювались на всьому етапі роботи того чи іншого віброоргану: пуск - перехід через резонанс - сталий режим - вибіг (виключення вібратора).

Отримані віброграми збільшувалися на спеціальному пристрої в масштабі 1:10 з метою зменшення похибки при вимірюваннях. Отримані значення заносилися в таблицю.

Методикою також було передбачено вимірювання переміщень при різних статичних тисках, що здійснювалось важільним механізмом (рис. 5). Вага змінювалась дискретно з величинами F_ст=380 Н, F_ст=1230 Н, F_ст=2080 Н.

Характерні віброграми досліджуваної системи приведені на рис. 6.

Як слідує із віброграм, характер руху при роботі одного із віброорганів є гармонійним, що підтверджує аналітичні дослідження. При спільній роботі (рис. 6) є зони з вкладом багаточастотного спектру, при цьому напіврозмахи руху пуансона і матриці навіть збільшуються до 1,25 мм і 1,3 мм відповідно.

З віброграми переміщень пуансона при зафіксованій матриці і працюючому верхньому вібраторі виявлено, що при збільшенні статичного тиску ступенями: Р_ст=0,038 МПа, 0,123 МПа, 0,208МПа, спочатку відбувається зменшення амплітуди коливань, а далі є такі зони, де амплітуда зростає, що очевидно пояснюється збільшенням коефіцієнта пружності суміші на другому етапі ущільнення і наближення таким чином до резонансного режиму вібросистеми.

Таким чином, вплив статичного тиску є важливою характерною особливістю роботи вібропреса і може служити як один із засобів управління процесом ущільнення суміші.

За результатами експериментальних досліджень були виконані розрахунки для різних умов і режимів коливань вібросистеми.

Характеристики системи були такими: с₁=0,9710⁶ Н/м; жорсткість бетонної суміші Ж=100 с; в₁=630 Нс/м; F₁=2,410³ Н; пористість бетонної суміші в кінці ущільнення П=4% або 0,04; висота стовпа бетонної суміші h_б=0,06 м, було встановлено, що розбіжність в амплітудах коливань між розрахунковими і експериментальними значеннями складає величину порядка 67%. Аналогічні розрахунки були виконані і для інших значень параметрів і етапів ущільнення бетонної суміші.

У четвертому розділі виконані експериментальні дослідження в заводських умовах з метою перевірки запропонованих етапів ущільнення і визначених параметрів вібродії, приведена методика інженерного розрахунку параметрів та дана оцінка результатам досліджень.

Методикою експериментальних досліджень було передбачено виявлення залежності міцності на стиснення, густини і водопоглинання формованих бетонних виробів від тиску на бетонну суміш статичного пригрузу, водоцементного відношення суміші і часу віброущільнення в режимах пресування.

Рівняння регресії отримані в кодованих значеннях у вигляді:

R_сж=32,7-1,12х₁+0,823х₂+2,16х₃+0,816х₄+0,468х₅+0,638х₆-0,0973х₁²+

+0,0234х₁х₂-0,011х₁х₃+0,055х₁х₄+0,011х₁х₅-0,067х₁х₆-0,72х₂²-0,0234х₂х₃-

+0,067х₂х₄+0,0234х₂х₅-0,055х₂х₆-0,527х₃²-0,055х₃х₄-0,0109х₃х₅+

+0,067х₃х₆-0,821х₄²+0,055х₄х₅-0,023х₄х₆-1,39х₅²-0,067х₅х₆-1,71х₆²;

=2,19-0,103х₁+0,005х₂+0,002х₃+0,007х₄+0,0023х₅+0,003х₆+0,005х₁х₂-

-0,002х₁х₃-0,002х₁х₅-0,004х₁х₆-0,013х₂²-0,005х₂х₃-0,004х₂х₄-0,005х₂х₅-0,031х₃²-

-0,0014х₃х₄+0,004х₃х₅-0,029х₄²-0,0014х₄х₅+0,005х₄х₆-0,017х₅²-0,02х₆²;

W=5,41+0,301х₁-0,064х₂-0,294х₃-0,019х₄-0,112х₅-0,122х₆+0,142х₁²-

-0,027х₁х₂+0,002х₁х₄-0,016х₁х₅+0,002х₁х₆+0,289х₂²+0,0194х₂х₃-0,0031х₂х₅--0,003х₂х₆+0,458х₃²-0,009х₃х₄+0,0081х₃х₅-0,009х₃х₆+0,448х₄²+0,011х₄х₅

+0,0106х₄х₆+0,417х₅²+0,0081х₅х₆+0,468 х₆².

Аналіз рівнянь регресії (14) дозволив визначити графічні залежністі (рис. 7-12) R_сж, W і по окремим чинникам, коли інші чинники знаходяться на нульовому рівні. Встановлені раціональні діапазони параметрів в межах: В/Ц=0,350,37; Р_пр=0,060,09 МПа; t_н=810 с; t_в=911 с; кутові швидкості обертання основного та додаткового дебалансів відповідно: 300…314 с^-1 (2900…3000 об/хв); 628…639 с^-1 (6000…6100 об/хв).

Таким чином, виконані теоретичні і експериментальні дослідження підтвердили передумовні допущення та гіпотези і встановлені експериментально числові значення коефіцієнтів опору дозволили сформулювати основні принципи створення вібропресу і запропонувати інженерну методику розрахунків, яка приведена в четвертому розділі дисертації. Також розрахований очікуваний економічний ефект при використанні вібропреса з двочастотним приводом робочого органу, що складає 33,12 тис.грн/рік. Розроблений двочастотний привід робочого органу вібропресування був впроваджений на будівельній фірмі “ТОВ ТММ” (м. Харків).

ВИСНОВКИ

1. Огляд і аналіз досліджень у даній області показав, що існуюче устаткування для виробництва дрібноштучних бетонних виробів не повною мірою дозволяє забезпечити необхідні високі вимоги до якості виробів через невідповідність необхідних режимів формування дійсним їх значенням. Це обумовлено недостатньою вивченістю реального процесу формування дрібноштучних бетонних виробів.

2. Встановлено, що перспективним є використання різночастотного режиму вібрації, реалізованого у дві стадії із застосуванням вібропресового устаткування.

3. Обрані й обґрунтовані фізична й математична моделі вібросистеми “віброорган (вібростіл - нижній вібратор) - бетонна суміш - вібропуансон”, що враховують особливості елементів системи, де модель розглядається на двох стадіях робочого процесу. Перша стадія в режимі вільної верхньої поверхні виробу (вібропуансон відсутній) моделюється переважним впливом інерційних сил опору; друга стадія - робочий процес до ущільнення - моделюється як система, що складається із всіх видів сил опору зовнішньому впливу, у якій напружений стан середовища представляється пружньо-грузлим пластичним середовищем, фізичні властивості якої засновані на моделі паралельного з'єднання елементів пружних і непружних опорів.

4. Отримані залежності між основними характеристиками процесу (переміщення, прискорення, відносне переміщення двох мас, що коливаються) в яких враховані як характеристики робочих органів, так і оброблюваного середовища.

5. Обґрунтована й реалізована конструктивна схема двочастотного вібратора, новизна якого підтверджена патентом України; визначені послідовність і корисність впливу двох частот на оброблювану суміш.

6. Складено програму й виконані розрахунки по визначенню основних параметрів робочого процесу для різних умов навантаження. Визначено власну частоту коливань вібросистеми для різних умов і для забезпечення антирезонансу (умова максимальної передачі енергії від нижнього вібратора середовищу), знайдене значення частоти _рез=174,28 с^-1 при реалізації несучих частот ₀₁=157 с^-1 і ₀₂=300 с^-1. Виявлено внески вищих гармонік стосовно несучих частот вібропреса, використання яких підвищує ефективність передачі енергії, а, отже, і ефективність процесу ущільнення бетонної суміші.

7. Виведено залежності для визначення енергетичного балансу енергії з урахуванням хвильових процесів у бетонній суміші й дана оцінка впливу складових енергії на тертя, коливання, ущільнення, розсіювання в елементах конструкції стосовно загального балансу роботи системи за цикл коливань.

8. Розроблений, виготовлений і змонтований лабораторний стенд, що включає вібропрес і комплект вимірювальних приладів і апаратури, дозволив експериментальним шляхом установити наступне:

- на першій стадії робочого процесу амплітудно-частотна характеристика системи “вібростіл (нижній вібратор) - бетонна суміш” являє собою одномасну вібросистему, у якій переважають інерційні властивості системи із впливом повної маси середовища (коефіцієнт так званої приєднаної маси =m_б/m_б=1, де m_б - приєднана маса суміші, m_б - повна маса суміші);

- на другій стадії робочого процесу вібросистема представляється двомасною з яскраво вираженими проявами пружних властивостей середовища, а інерційні визначаються приєднаною масою, що становить 1/3 від повної маси із приєднанням як до нижнього вібратора, так і до пуансона.

9. Розроблено алгоритм корекції параметрів і режиму роботи вібросистеми, що забезпечує вищевказаною технологією ефективний режим ущільнення середовища. Виконано дослідження робочого процесу на існуючому модернізованому вібропресі у виробничих умовах, що підтвердили передумови та результати лабораторних досліджень. Складено рівняння регресії для міцності відформованого виробу, водопроникності та щільності.

10. Запропоновано методику розрахунку основних параметрів робочого процесу вібропреса для формування дрібноштучних бетонних виробів та зроблене порівняння результатів теоретичних і експериментальних досліджень, розбіжність яких перебуває в межах 67%. Результати досліджень впроваджені у виробництво, ефективність яких дозволила збільшити міцність у середньому на 510% і зменшити пористість виробів, величина якої доведена до 4...5%.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Емельяненко Н.Г., Саенко Л.В. Исследование динамики вибромашины с пневмо-гидравлическим приводом, включающим упругие элементы в виде эластичных оболочек // Энергосберегающие технологии в дорожной и строительной технике. Межвузовский сборник статей. - БелГТАСМ - Белгород. - 2002. - С. 71 - 75.

2. Саєнко Л.В., Ємельяненко М.Г. Дослідження динаміки двохмасної системи вібропресу з урахуванням параметрів формовочного матеріалу // Наук. вісн. буд-ва. - Харків: ХДТУБА. - 2004. - №29. - С. 106 - 111.

3. Емельяненко Н.Г., Саенко Л.В., Емельяненко Т.Л. Экспериментальное исследование процесса формования тротуарной плитки на вибропрессе. // Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов. Межвузовский сборник статей. БелГТАСМ - Белгород. - 2003. - С. 91-95.

4. Емельяненко Н.Г., Саенко Л.В. Определение рациональных режимов формования бетонных изделий на вибропрессе // Сборник научных трудов “Вибротехнология-2003”. - Одесса. - 2003. - №13. - С. 31 - 34.

5. Емельяненко Н.Г., Саенко Л.В. Экспериментальные исследования параметров двухмассного вибропресса для формования бетонных изделий // Вісник Нац. техн. ун-ту “Харківський політехнічний інститут”: Зб. наук. праць. Тематичний випуск: Хімія, хімічна технологія та екологія. - Харків: НТУ “ХПІ”. - 2005. - № 25. - С. 129 - 133.

6. Деклараційний патент 61616 Україна, МКИ В 06 В 1/16. Віброзбуджувач / М.Г.Ємельяненко (Україна), Л.В. Саєнко (Україна). -№2003032318; Заявл. 18.03.03; Опубл.17.11.03; Бюл. №11. - 3с.

АНОТАЦІЯ

Саєнко Л.В. Вібропрес з двочастотним приводом пуансона для формування дрібноштучних бетоних виробів. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.02 - машини для виробництва будівельних матеріалів і конструкцій. - Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури. Харків, 2006.

У дисертації розроблений вібропрес із двочастотним віброприводом пуансона для формування бетонних виробів. Поставлені завдання вирішені шляхом створення нового компактного віброзбуджувача генеруючого дві частоти. Обґрунтована та реалізована конструктивна схема двочастотного вібратора і визначена послідовність та корисність впливу двох частот на оброблювану суміш.

Складено алгоритм і розроблена інженерна методика розрахунку параметрів вібропреса із двочастотним віброприводом, що забезпечують необхідні показники ущільнення бетонної суміші.

Було порівняно результати аналітичного та експериментального досліджень значень вібропереміщень матриці й пуансона, їх відносних переміщень при різних варіантах роботи вібраторів і статичних пригрузах. Розбіжність результатів становить величину, близько 6...7%.

Обґрунтовано й реалізовано конструктивна схема двочастотного вібратора, новизна якого підтверджена патентом України. Результати роботи впроваджені на будівельній фірмі “ТОВ ТММ” м. Харкова.

Ключові слова: вібропрес, вібропривод, двочастотний, двомасна, бетонна суміш, полічастотний, тротуарна плитка, формування.

АННОТАЦИЯ

Саенко Л.В. Вибропресс с двухчастотным виброприводом пуансона для формования мелкоштучных бетонных изделий. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.02 - машины для производства строительных материалов и конструкций. - Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры. Харьков, 2006.

В диссертации разработан вибропресс с двухчастотным виброприводом пуансона для формования бетонных изделий. Поставленные задачи решены путем создания нового компактного вибровозбудителя, генерирующего две частоты. Обоснована и реализована конструктивная схема двухчастотного вибратора, и определена последовательность и полезность воздействия двух частот на обрабатываемую смесь.

Выбрана и обоснована физическая и математическая модель вибросистемы “виброорган (нижний вибратор) - уплотняемая смесь - вибропуансон”, учитывающая особенности элементов системы, ее параметры и функциональные зависимости между силовыми энергетическими характеристиками.

Решена аналитическая задача по определению основных параметров вибросистемы для двух стадий ее движения.

Выведены зависимости для определения энергетического баланса энергии с учетом волновых процессов в бетонной смеси и дана оценка влияния составляющих энергии на трение, уплотнение, рассеяние в элементах конструкции по отношению к общему балансу работы системы за цикл колебаний.

Составлен алгоритм и разработана инженерная методика расчёта параметров вибропресса с двухчастотным виброприводом, обеспечивающих требуемые показатели уплотнения бетонной смеси.

Предложена, разработана новая конструкция экспериментального двухчастотного вибратора.

Подтверждены гипотезы и предположения об эффективности двух стадий уплотнения и установленных режимов формования.

Составлена программа и выполнены расчеты по определению основных параметров рабочего процесса (полуразмах, для 1-ой стадии - амплитуд колебаний, ускорений, относительных перемещений) для различных условий нагружения. Определена собственная частота колебаний вибросистемы для различных условий и для обеспечения антирезонанса, найдено числовое значение частоты _рез=174,28 с-¹ при реализации несущих частот ₀₁=157 с-¹ и ₀₂=300 с-¹.

Выявлены вклады высших гармоник по отношению к несущим частотам вибропресса, использование которых повышает эффективность процесса уплотнения.

Проведены экспериментальные исследования на разработанном лабораторном вибростенде по изучению динамических параметров двухмассной системы вибропресса с учётом реологических параметров формуемой бетонной смеси. Установлены зависимости вибропрессования бетонной смеси (компрессионные кривые), отражающие качественную сторону процесса. Определено, что на первой стадии система представляется одномассной, резонанс при включении наступает практически на частоте =₀, а на второй стадии - двухмассной, с ярко выраженными проявлениями вклада упругих свойств смеси.

На основе факторного эксперимента, проведенного в заводских условиях, были выявлены зоны рациональных значений изменяемых параметров вибропресса, от которых в большей степени зависят основные характеристики выпускаемой продукции (прочность изделия на сжатие, плотность и водопроницаемость, обуславливающая морозостойкость).

Произведено сравнение результатов аналитического и экспериментального исследования виброперемещений матрицы и пуансона, их относительных перемещений при различных вариантах работы вибраторов и статических пригрузах. Расхождение результатов составляет величину, около 6...7%.

Обоснована и реализована конструктивная схема двухчастотного вибратора, новизна которого подтверждена патентом Украины. Результаты работы внедрены на строительной фирме “ООО ТММ” г. Харькова.

Ключевые слова: вибропресс, вибропривод, двухчастотный, двухмассная, бетонная смесь, поличастотный, тротуарная плитка, формование.

ABSTRACT

Saenko L.V. The vibropress with dual-frequency vibrodrive puncheon for shaping small-pieces concrete ware. - The manuscript. Thesis for candidate's degree of engineering science by speciality 05.05.02 - machines for manufacture of building materials and designs. - The Kharkiv state technical university of constructions and architecture, Kharkiv, 2006.

The vibropress with the dual-frequency vibrodrive puncheon for shaping concrete ware was elaborated in the thesis. The posed tasks were solved by the creation of the new compact vibroexciter, generating two frequencies. The dual-frequencies vibration exciter structural layout was substantlated and implemented. The consecution and the impact utility of the two frequencies on the treated mixture was determined.

The algorithm and the engineering principles of the vibropress with a dual-frequency vibrogear parameters calculation, providing the required indexes of concrete mix compression were elaborated.

The comparison of the results of the analytical and experimental researches of the matrix and plunger vibrodisplacement meanings, their slippage at different vibration exciter operating modes and static cantledge were carried out. The divergence of the results composes the size of order 6...7%.

The dual-frequency vibration exciter structural layout, which novelty was confirmed by the patent of Ukraine was substantlated and implemented. The work result were applied by the construction firm of “TMM Ltd.” Kharkiv.

The keywords: vibropress, vibrodrive, dual-frequency, dual-mass, concrete mix, polyfrequency, sidewalk tile, shaping.

Размещено на Allbest.ru

...