Харківський державний технічний університет

будівництва та архітектури

Герасименко Володимир Віталійович

УДК 666.97.033.16

Віброплощадка з управляючим впливом на суміш, яка ущільнюється

Спеціальність 05.05.02 - Машини для виробництва

будівельних матеріалів та

конструкцій

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків - 2002

Дисертація є рукописом.

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури, Міністерство освіти і науки України

Науковий керівник - кандидат технічних наук, доцент Ємельяненко Микола Григорович, Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Міністерство освіти і науки України, доцент кафедри механізації будівельних процесів.

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор Маслов Олександр Гаврилович, Кременчуцький державний політехнічний університет, Міністерство освіти і науки України, завідувач кафедри основ конструювання машин і технологічного обладнання. кандидат технічних наук, доцент Нестеренко Микола Петрович, Полтавський державний технічний університет ім. Юрія Кондратюка, Міністерство освіти і науки України, доцент кафедри будівельних машин та обладнання.

Провідна установа - Київський національний університет будівництва та архітектури, кафедра машин і обладнання технологічних процесів, Міністерство освіти і науки України (м. Київ)

Захист відбудеться 26 лютого 2002р. о 1230 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.056.04 при Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури Міністерства освіти України 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 розісланий "25"січня 2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д64.056.04 доктор технічних наук, професор Чернявський В.Л.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В будівельній індустрії збільшується кількість будівель та споруд, що будуються монолітним способом, кількість пам`ятників архітектури, що реставруються і відновлюються. При виконанні таких видів робіт використовуються невеликі бетонні та залізобетонні вироби високої якості й різноманітної конфігурації, які можна виготовляти як на заводах ЗБВ і К, так і безпосередньо на будівельному майданчику. Для формування таких виробів можна використовувати віброплощадки малої вантажопідйомності, частота й амплітуда коливань яких регулюються і які відповідають санітарним нормам і не вимагають переналагодження при зміні ваги виробів, що формуються.

У зв'язку з цим, створення віброплощадок, що дозволять підвищити ефективність виробництва залізобетонних і бетонних виробів, є надзвичайно актуальною задачею, особливо у сучасних ринкових умовах.

У працях учених: Шмігальського В.Н., Овчіннікова П.Ф., Афанасьєва А.А., Сівка В.Й., Савінова О.А., Гусева Б.В., Назаренка І.І. та ін., відзначено, що процес ущільнення протікає швидше при підборі частоти та амплітуди коливань, що відповідають максимальній інтенсивності вібраційного впливу та зміні за терміном режимів вібрації. Працями Овчіннікова П.Ф., Зикова Б.І., Сівка В.Й. доведено, що характер зміни частоти в процесі віброущільнення може бути встановлений за напружено-деформованним станом у виробі (НДС) залежно від габаритів виробу, способу формування та особливостей бетону. Але невирішеним залишається створення віброплощадок, які зможуть реалізовувати оптимальні умови НДС.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Робота виконана у Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури на кафедрі "Механізації будівельних процесів" у відповідності з темою "Дослідження процесу механічної активації і розробки обладнання по виробництву шлакових виробів" (№ державної реєстрації 0100U000219).

Мета роботи полягає у розробці віброплощадки з управляючим впливом на суміш, яка ущільнюється, що встановлюється на еластичних оболонках і поєднує функцію опорних та збуджуючих елементів і знижує рівень шуму на посту формування до 85 дБА.

Для досягнення визначеної мети були поставлені такі задачі:

·

· обґрунтувати і розробити схему віброплощадки, виконати теоретичні дослідження динаміки робочого органу віброплощадки з урахуванням впливу середовища та отримати залежність параметрів еластичної оболонки (жорсткість, внутрішній об`єм та площа контакту від зсуву робочого органу) при дії зовнішнього зосередженого радіального навантаження;

· провести експериментальні дослідження робочих характеристик низькочастотної віброплощадки та визначити оптимальні режими руху робочого органу при ущільненні бетонної суміші рухомістю П2;

· розробити методику інженерного розрахунку віброплощадки та на її підставі створити і випробувати віброплощадку в заводських умовах.

Об'єкт дослідження - процес формування виробів з використанням режимів вібрації, які управляються.

Предмет дослідження - віброплощадка, що дозволяє завдати оптимальні значення напружено-деформованого стану в бетонній суміші.

Методи дослідження. Дослідження проводилися за допомогою математичного моделювання динамічної системи "машина-середовище" і ґрунтувались на елементах теорії механічних коливань, пневмоприводу та еластичних оболонок.

Вірогідність результатів роботи досягнута використанням стандартних допущень при вирішенні диференційних рівнянь і підтверджується малими значеннями розбіжностей між результатами теоретичних та експериментальних досліджень.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у вирішенні задачі взаємодії робочого органу машини з середовищем. Рішення базується на створенні математичної моделі руху середовища у функції напружено-деформованого стану. Визначені режими руху, які відповідають максимальній енергії що передається від робочого органу середовищу. Встановлені залежності між конструктивними та динамічними параметрами віброплощадки. Виведені рівняння площі контакту і жорсткості еластичних оболонок, що поєднують функцію опорних і збуджуючих елементів.

Практичне значення одержаних результатів.

Розроблена методика інженерного розрахунку віброплощадки на еластичних оболонках з управляючим впливом на бетонну суміш. Розроблено технічну документацію, за якою виготовлений дослідницький зразок для формування малогабаритних виробів з бетонних сумішей класу П2. Впроваджено віброплощадку на АТЗТ ЗБК № 5 м. Харкова в лінії виробництва тротуарних плит. Рівень шуму віброплощадки на еластичних оболонках доведено до 85 дБА, що відповідає вимогам СН3223-85.

Особистий внесок здобувача.

Результати, отримані здобувачем самостійно:

розроблено динамічну модель віброплощадки на еластичних оболонках з урахуванням опору бетонної суміші;

встановлені закономірності руху віброустановки з урахуванням впливу середовища;

розроблено методику експериментальних досліджень;

визначені рівняння площі контакту та жорсткості еластичної оболонки;

розроблено інженерну методику розрахунку віброплощадки;

виконана апробація і здійснено впровадження результатів роботи у виробництво.

В статтях, що опубліковані у співавторстві здобувачу належить: в роботі [1] - складена розрахункова схема віброплощадки; [2] - розроблено конструкцію та запропоновано попередній розрахунок віброплощадки на еластичних оболонках; в роботі [3] - виконані дослідження характеристик еластичної оболонки, отримано рівняння регресії, що описує залежність міцності на стиск бетонних зразків та наведена економічна оцінка використання віброплощадки на еластичних оболонках; в роботі [5] - складені теоретичні залежності вібраційного процесу; в роботі [6] - виконані експериментальні дослідження та їх обробка; в роботі [7] - описана формула винаходу; в роботі [8]- наведена характеристика віброплощадки.

Апробація результатів дисертації. За основними розділами дисертаційної роботи були зроблені доповіді на 50-й, 51-й та 55-й науково-технічних конференціях Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (м. Харків, 1995, 1996, 2000рр.), на 6-й науковій школі країн СНД "Вібротехнологія-96" (м. Одеса, 1996 р.), на міжнародній науково-практичній конференції "Сучасні проблеми геометричного моделювання" (м. Харків, 1998 р.), на міжнародній науково-практичній конференції-школі-семінарі "Передовые технологии в промышленности и строительстве на пороге XXI века", (м. Бєлгород, 1998 р.), на 52-ій науковій конференції професорів, викладачів, наукових працівників, аспірантів та студентів Полтавського державного технічного університету імені Ю. Кондратюка (м. Полтава, 2000 р.) та на науково-практичній конференції "Будуємо теплий дім", (м. Київ, 2001).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковані в 8 наукових статтях, з яких 5 входить до наукових фахових видань за списком ВАК та 1 написана без співавторів.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 4-х розділів, висновків і додатків. Містить 151 сторінку машинописного тексту, 43 рисунка, 15 таблиць та список літератури з 132 найменувань.

Основний змІст роботи

Вступ містить обґрунтування актуальності теми, основні передумови для визначення мети і постановки задач дослідження.

У першому розділі "Особливості процесу формування залізобетонних виробів на віброплощадках. Дослідження впливу середовища на роботу вібраційної машини" наведена сутність процесу віброущільнення та засоби обліку впливу середовища на коливання робочого органу вібраційних машин. Проведено аналіз конструкцій віброплощадок, що використовують гумовокордний пружний елемент, та методик їх розрахунків. Наведені фізіолого-гігієнічні та соціальні аспекти впливу роботи віброплощадок на людину та виявлені передумови створення віброплощадки з можливістю впливати на процес ущільнення бетонної суміші.

Проблемі віброущільнювання бетонних сумішей присвячена велика кількість робіт вітчизняних та закордонних вчених - Чубука Ю.Ф., Олехновича К.О., Назаренка І.І., Сівка В.Й., Сердюка Л.І., Маслова О.Г., Афанасьєва О.А., Ахвердова І.І., Брауде Ф.Г., Биховського І.І., Гірштеля Г.Б., Голода В.Б., Гусєва Б.В., Десова О.Є., Міхайлова В.В., Ребіндера П.А., Руденка І.Ф., Савінова О.А., Шмігальского В.Н., Девіса Р., Лєрміта Р., Ребю П., Сторка Ю. та інш.

Вченими були сформульовані процеси, що протікають в процесі віброущільнювання та залежать від в'язкості середовища, розмірів та поверхні частки, кількості твердої фази, а головне - від значення і частоти імпульсів, які передаються бетонній суміші. Протягом тривалого часу врахування дії бетонної суміші на вібраційну машину проводилось через приєднану масу, величина якої визначалась на основі дослідів і мала сталу величину. В реальних умовах це викликало розбіжність між розрахунковими і фактичними значеннями. В роботах Десова О.Є., Руденка І.Ф., Чубука Ю.Ф., Биховського І.І., Назаренка І.І., Сівка В.Й., Олехновича К.О., Гусєва Б.В., Сердюка Л.І., Маслова О.Г. та інш. зазначено, що параметри руху робочого органу визначається з урахуванням хвильових процесів, які протікають в бетонній суміші. В цих роботах були розкриті закономірності руху сумішей та наведена оцінка напружено-деформованого стану в середовищі, за допомогою якого можна вивчити весь процес віброущільнювання, а також навантаження, які діють на машину та борти форми. Створенню ефективних конструкцій віброплощадок сприяли роботи Афанасьєва О.А., Ахвердова І.І., Брауде Ф.Г., Голода В.Б., Гусєва Б.В., Десова О.Є., Маслова О.Г., Назаренка І.І., Олехновича К.О., Руденка І.Ф., Савінова О.А., Сердюка Л.І., Сівка В.Й., Чубука Ю.Ф., Шмігальського В.Н. та інш. Використання віброплощадок з асиметричним режимом коливань привело до зростання ефективності впливу на процес ущільнення бетонної суміші. В таких вібраційних машинах використовують гумовокордні пружні елементи, які виконують роль обмежувачів коливань, чи збуджуючих елементів. В роботі наведено аналіз форм та конструкцій гумовокордних елементів та їх розрахунок для різноманітних конструктивних схем віброплощадок.

Більшість вібраційних машин не відповідають вимогам СН3223-85 щодо рівня акустичного тиску. В роботі наведено шляхи зниження звукового тиску на робочих місцях при використанні існуючих віброплощадок та конструюванні нових. На основі аналізу конструктивних та технологічних параметрів вібраційних машин для ущільнення бетонних сумішей були сформульовані передумови для створення віброплощадки, яка дозволяє регулювати вплив інтенсивності вібрації на бетонну суміш.

В другому розділі "Теоретичні дослідження динаміки низькочастотної віброплощадки на еластичних оболонках" проведено теоретичне дослідження динаміки низькочастотної віброплощадки на еластичних оболонках з урахуванням опору середовища. На підставі досліджень, проведених в ХДТУБА, розроблена принципова та динамічна схеми віброплощадки на еластичних оболонках (рис. 1). Метою досліджень є обґрунтування вибору схеми та теоретичне дослідження динамічних властивостей віброплощадки на еластичних оболонках з урахуванням опору середовища.

Віброплощадка (рис. 1а) являє собою таку конструкцію: верхній рухомий стіл 2 (робочий орган), на який встановлена форма з бетонною сумішшю 1, нерухомий стіл 5; між рухомим і нерухомим столами розміщені еластичні оболонки 6, для запобігання зміщення рухомого стола 2 у горизонтальній площині встановлені направляючі 4. Подача стисненого повітря від компресора 10 здійснюється через золотникові пневморозподілювачі 7. Для вирівнювання пульсації повітря встановлений ресивер 9. В систему подачі повітря встановлений кран 8, що дозволяє швидко відкривати або закривати подачу повітря. Керування пневморозподілювачами здійснюється за допомогою електродвигуна 11, що дозволяє змінювати частоту обертання за допомогою ЛАТРА 12. Для збільшення прискорення руху робочого органу 2 вниз встановлені пружини 3.

Рис.1 Принципова та динамічна схеми віброплощадки.

На рис.1 б наведена динамічна модель вібросистеми, в якій віброплощадка являє собою модель Кельвіна - Фойгта, а бетонна суміш - модель Шведова.

Визначення режимів руху вібросистеми проводилось за динамічною моделлю (рис. 1б) яку запропоновано проводити в два етапи: на 1-му етапі вирішується задача тиску бетонної суміші на робочий орган з урахуванням напруженого стану в середовищі при заданих параметрах руху робочого органу; на 2-му етапі визначаються динамічні параметри машини з урахуванням динаміки руху бетонної суміші. Дослідження проводилися за допомогою математичного моделювання динамічної системи "машина-середовище" і ґрунтувались на класичній теорії механічних коливань, теорії пневмоприводу та еластичних оболонок.

Система рівнянь, що характеризує напружений стан в бетонній суміші для динамічної моделі (рис. 1 б), подана в канонічному вигляді і вирішується за методом кінцевих різниць:

(1)

де xк,l , tк,l - координати, в яких знаходиться значення параметрів; syк,l, vк,l - параметри напруженого стану (радіальне напруження та швидкість деформації); xк,l-1 ,tк,l-1 ,syк,l-1 ,vк-1,l ,xк-1,l ,tк-1,l ,sy1к-1,l , vк-1,l - параметри середовища у відомих точках (знаходяться з початкових та граничних умов); r(sy)к,l-1, r(sy)к-1,l - щільність середовища; ск,l-1, ск-1,l - швидкості переміщення хвиль у відомих точках; g - прискорення вільного падіння; f - коефіцієнт тертя суміші об борти форми; а - ширина виробу; S - величина, зворотна коефіцієнту бокового розпору, .

Розв'язання системи (1) проводилось з урахуванням початкових умов при t=0 sy=sy0=sy(х, 0), v=v0=v(x,0) і граничних умов при х=х0(t) - F[sy(h,t);v(h,t)]=0 і при х=h - sy[х0(t);t]=0.

Повне розв'язання задачі віброущільнення зводиться до визначення напружено-деформованого стану в системі координат (x, t).

Після визначення напруженого стану в системі координат (x, t) визначається середня інтенсивність вібрації (2) та будується залежність напруженого стану в системі координат (h, vs), з якої можна судити про зміну ступеня ущільнення по висоті виробу.

(2)

Розв'язання рівняння (2) має вигляд:

Аналіз отриманих рішень НДС у виробах різної висоти і складу бетонної суміші показав, що отриманий НДС відповідає найбільшій енергії яка поглинається бетонною сумішшю при значенні напружень в зоні контакту з робочим органом sБ=sy ЧS=(200...280)Ч10-4МПа.

Під час теоретичного дослідження були прийняті такі припущення: процеси, що протікають у пневмосистемі приводу віброплощадки - адіабатичні; пружні сили пропорційні переміщенню робочого органу, а дисипативні сили - швидкості робочого органу; зміни обсягу еластичних оболонок малі у порівнянні з обсягом оболонок в стані рівноваги; в деформованому стані еластичні оболонки в поперечному перетині набувають форми, близької до еліпса.

Під час руху робочого органу віброплощадки на еластичних оболонках спостерігаються такі етапи:

рух робочого органу вгору

(3)

(4);

рух робочого органу вниз:

, (5)

де MВ - маса вібруючих частин машини, що складається з маси стола та маси форми; b-коефіцієнт опору системи; Со, Сп - коефіцієнт жорсткості оболонки та пружин, Nо- кількість оболонок, р, ра, р2, рк - тиск стисненого повітря на відповідних етапах руху робочого органу, Sеф - ефективна площа контакту оболонки та столу Sеф=Lк·bк, Sф - площа дна форми, k - показник адіабати, m - коефіцієнт витрат повітря, Fт - площа трубопроводу; Тм - абсолютна температура повітря в магістралі, R - газова стала, ,

j(s)- функція витрачання ,

Sел - площа поперечного перетину оболонки:

, (6)

bк - ефективна ширина контакту оболонки та столу:

, (7)

де r - внутрішній радіус оболонки; k1, k2 - експериментальні коефіцієнти, що приймаються за табл. 1.

Сумарна жорсткість оболонки Со складається з: жорсткості, що характеризує тиск стисненого повітря С1, жорсткості, що характеризує ефективну площу контакту С2, та жорсткості, що характеризує пружні властивості гумовокордного рукава С3.

, (8)

, (9)

С2=(0,06...0,08)Ч(С1+С3) (10)

де Е - модуль пружності оболонки; l = Dy/r, r - радіус оболонки, d - товщина оболонки, Lк – довжина контакту еластичної оболонки і поверхні столу.

Коефіцієнт b знаходиться в залежності від l:

l 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

b 1,8 2,5 3,6 4 6

Після обезрозмірювання та з урахуванням початкових умов , , рівняння (3) - (5) мають вигляд:

, (11)

де - безрозмірний коефіцієнт жорсткості, тут ; - безрозмірний коефіцієнт демпфірування, тут , - безрозмірна ширина контакту: , тут , ; - коефіцієнт, що характеризує відношення зовнішньої сили та сили інерції маси Мв; - коефіцієнт, що характеризує відношення впливу бетону та сили інерції маси Мв; s - безрозмірний тиск; - безрозмірне переміщення; - безрозмірний час, тут Т=1/f - період коливань. - коефіцієнт, що характеризує співвідношення періоду коливань до часу наповнення оболонки; - коефіцієнт, що характеризує співвідношення періоду коливань до часу спорожнення оболонки; sк=s(1/2); ; .

Для чисельного розрахунку система (11) приведена до системи трьох рівнянь першого порядку шляхом заміни :

(12)

Рівняння (12) з урахуванням початкових умов, , :

, (13)

де

Система (13) розв'язувалась методом Рунге - Кута четвертого порядку. Для рівнянь , y(0)=y0 значення yi+1:

, (14)

де, , , .

Погрішність на кожному кроку інтегрування складає.

Повна погрішність має вид:

, (15)

де n- кількість розподілів кожного періоду, m - кількість періодів коливань.

Розв'язання систем рівнянь (1), (3)-(5), проводилось з використанням ПЭОМ IBM РС. На рис. 2 наведено залежності розмаху коливань та прискорення робочого органу при дорезонансному (рис.2 а), резонансному (рис.2 б) та зарезонансному (рис.2 в) режимах коливань.

Рис. 2. Теоретичні залежності розмаху коливань та прискорення робочого органу від тривалості вібрації .

На підставі проведених теоретичних дослідів для віброплощадки, що проектується рекомендовано:

- для ваги вібруючих частин 400 кг та висоти виробу 300 мм, використовувати тиск стисненого повітря 0,2...0,3 МПа та частоту коливань 12...20 Гц, що відповідає тиску бетонної суміші на дно форми sБ=(200…240)Ч10-4МПа та максимуму середньої інтенсивності Иср= 0,7…1,4 м2/с3;

- для ваги від 400 до 700 кг та висоти виробу 300 мм - тиск 0,25...0,4 МПа, частота 12...20 Гц, що відповідає тиску бетонної суміші на дно форми sБ=(200…240)Ч10-4Мпа, та максимуму середньої інтенсивності Иср=0,5…1,2 м2/с3;

- для ваги від 700 до 1000 кг та висоти виробу 300 мм - тиск 0,3...0,5 МПа та частоту 14...17 Гц, що відповідає тиску бетонної суміші на дно форми sБ=(210…240)Ч10-4МПа та максимуму середньої інтенсивності Иср=0,5…0,8 м2/с3.

В третьому розділі "Експериментальні дослідження віброплощадки на еластичних оболонках з урахуванням опору бетонної суміші" були запропоновані методики та результати експериментальних досліджень віброплощадки на еластичних оболонках. В роботі наведені результати статичних характеристик еластичної оболонки, в якості якої запропоновано використовувати гумовокордний рукав. Визначення статичної жорсткості, площі контакту та внутрішнього об'єму еластичної оболонки проводилось з використанням динамометра ДОСМ-3-1. Після цього були підтверджені формули (7-10), знайдені значення коефіцієнтів k1 та k2 (табл.1), а також статичної жорсткості і модуля пружності для напірного рукава внутрішнім діаметром 50мм та довжиною 600 мм, 800 мм та 1200 мм.

Таблиця 1

Коефіцієнти k1 та k2 для навколишніх діаметрів рукава 45, 64, 75, 90 мм.

45 64 80 90

k1, мм -9,95Ч10-3 3,81Ч10-2 2,93Ч10-2 8,63Ч10-3

k2, мм2 -1,31Ч10-3 -2,2Ч10-3 -1,32Ч10-3 -1,16Ч10-4

Під час проведення досліджень з виявлення ширини контакту між напірним рукавом та столом встановлено, що при сильному стисненні на поверхні рукава з'являється "сідло", яке веде до зростання напружень та внутрішнього тертя в ньому. Тому для запобігання цього явища запропоновано дотримуватись такої умови:

2r/y=1,1...1,5 (16)

Значення статичного модуля пружності з урахуванням умови (16) для рукава діаметром 50 мм та довжиною 600 мм, 800 мм та 1200 мм відповідно дорівнюють Ест= 0,8...1,3 МН/м2, Ест= 1,3...2,4 МН/м2, Ест= 1,7...2,6 МН/м2

Для визначення динамічних характеристик напірного рукава та впливу на динаміку руху робочого органу опору середовища на підставі патенту РФ №2129050, теоретичних досліджень та визначених статичних характеристик була виготовлена експериментальна віброплощадка.

Рис. 3 Залежність середньої інтенсивності вібрації від висоти стовпа бетонної суміші при зміні частоти коливань.

З урахуванням опору середовища за формулами (1), (2) розраховано середню інтенсивність вібрації, що затрачена на ущільнення бетонної суміші при висоті виробу 300 мм (рис.3), з чого видно, що для забезпечення необхідної інтенсивності вібрації треба завдати частоту коливань 15 Гц; при цьому забезпечено значення тиску бетонної суміші на дно форми sБ=(210…240)Ч10-4МПа. За формулами (6-10), було знайдено коефіцієнт динамічного модуля пружності напірного рукава: kЕ=Eдин/Eст=1,5...1,8.

При проведенні експериментальних досліджень виконували заміри розмаху коливань, прискорення робочого органу, тиску повітря до пневморозподілювача та в еластичних оболонках (рис. 3). Для вимірювання та реєстрації параметрів були застосовані: датчик прискорення ДН-3-М1 разом з віброметром ВВМ-201, вимірювальні перетворювачі тиску МПЭ-МИ. Всі прилади мали лінійний вихідний сигнал. Сигнали з датчиків реєструвались на папері самописця Н338-6П. Для візуального спостереження за тиском стисненого повітря використовувались манометри МП4У.

На віброграмах (рис. 4) показано три режими коливань: дорезонансний, резонансний та зарезонасний. Для всіх трьох режимів характер коливань асиметричний, що видно з віброграми прискорення. При проходженні резонансу (ділянка Б рис. 4) нема значного підвищення розмаху коливань. В області біля резонансної зони (ділянка В) віброплощадка працює стійко. При включенні пневморозподілювачей на динаміку руху робочого органу не впливає, чи є тиск стисненого повітря в рукаві, чи нема.

Рис. 4. Віброграми роботи віброплощадки

За результатами дослідів виконано порівняння фактичних і теоретичних значень для розмаху коливань, прискорення робочого органу та тиску стисненого повітря в оболонці, розходження не перевищує 15%, а для ширини контакту та жорсткості напірного рукава - 8%, що підтверджує справедливість наведених залежностей, передумов та допущень, які були прийняті при теоретичних дослідженнях.

Для визначення раціональних параметрів процесу ущільнення бетонних сумішей класу П2 проведено дослідження з використанням статистичних методів. Задача дослідження зведена до знаходження й аналізу міцності бетонних зразків на стиск (Rст), як функція таких факторів: f - частота коливань, с-1, х1; В/Ц- водоцементне співвідношення, х2; Ц - витрати цементу, кг/м3, х3; t - тривалість ущільнення бетонної суміші, с, х4; р - тиск стисненого повітря в системі, МПа, х5. В результаті обробки експериментальних даних і виявлення значимості коефіцієнтів регресії отримане рівняння другого порядку залежності міцності бетону на стиск:

=31,58+0,73Чx1+1Чx2+0,52Чx3+0,41Чx4+0,18Чx5+0,25Чx1x5-0,33Чx2x5-,54Чx3x4-

-0,52Чx3x5- 0,17Чx12- 1,07Чx22-0,5Чx32 -0,59Чx42 -0,55Чx52. (17)

При проведенні оптимізації рівняння (17) були визначені раціональні діапазони наведених параметрів: частота вібрації 15-17Гц, В/Ц 0,5-0,55, витрати цементу 370-380 кг., тривалість ущільнення 55-70 с., тиск повітря 0,13-0,15 МПа. Для наведених діапазонів напруження бетонної суміші в контактній зоні з робочим органом, який знаходиться в межах sБ=(210…240)Ч10-4Мпа, значення інтенсивності знаходиться в межах Иср=0,6...0,9 м2/с3.

В четвертому розділі "Практичне використання результатів досліджень" наведено інженерну методику розрахунку віброплощадки, що передбачає визначення тиску маси суміші на еластичну оболонку з урахуванням хвильових явищ, що протікають в бетоні. Після цього знаходяться параметри еластичних оболонок, з'єднуючого трубопроводу, розподільника та ресиверу. З урахуванням проведених експериментальних досліджень була допрацьована віброплощадка, яка була впроваджена для формування тротуарних плит на АТЗТ ЗБК № 5 м. Харкова.

Розроблена схема автоматичного управління з урахуванням впливу на суміш, яка ущільнюється. Схема управління враховує напружено-деформований стан у виробі, що формується і порівнює його с заданими параметрами. Після цього проводиться регулювання впливу інтенсивності вібрації на бетонну суміш. Відповідно до СН3223-85 були проведенні заміри рівня шуму, який випромінює віброплощадка. Рівень шуму не перевищує 85 дБА.

Техніко-економічна оцінка здійснена на підставі оцінки технічного рівня та економічної ефективності:

, (18)

де N0 – питома потужність динамічного впливу вібромашини; Nу – потужність приводу; Q – максимальна вантажопідйомність; Мпл и Мф. – вага віброплощадки та фундаменту; L - рівень акустичного тиску, який випромінює віброплощадка; t – сумарний час циклу формування.

Критерій для визначення технічного рівня поєднує в собі: ефективність використання енергетичних затрат (N0ЧМВ/Nу), матеріалоємкість віброплощадки з урахуванням улаштування фундаменту (Q2/(МплЧМф)), санітарно-технічні вимоги ((130-L)/L) та технологічну ефективність машини (180/t). На підставі проведених розрахунків з'ясовано, що віброплощадка на еластичних оболонках за наведеним критерієм наближається до кращих зразків вібраційних машин. Економічна ефективність оцінювалась з урахуванням економії витрат цементу, підвищення продуктивності та зменшення акустичного тиску на робочому місці.

ВИСНОВКИ

1. Виявлено, що більшість віброплощадок, що використовуються при виробництві залізобетонних та бетонних конструкцій не дозволяють регулювати вплив інтенсивності на бетонну суміш та не відповідають нормам виробничого акустичного тиску , що вони створюють.

2. Розкрита перспективність використання віброплощадок з асиметричним режимом коливань, у приводі яких використовується гумовокордний елемент. Запропонована схема низькочастотної віброплощадки на еластичних оболонках, що захищена патентом РФ 2129050. Попередній аналіз показав необхідність проведення спеціальних досліджень для виявлення параметрів запропонованого класу машин.

3. Створено математичну модель вібросистеми з урахуванням опору бетонної суміші.

4. Виявлені залежності, що складають змінні жорсткості та площі контакту напірного рукава під дією зовнішнього зосередженого радіального навантаження та внутрішнього тиску стисненого повітря.

5. Отримані залежності для визначення амплітуди, швидкості, прискорення, витрат повітря від тривалісті та частоти вібрації з урахуванням опору бетонної суміші. Складена програма для визначення напруженого стану у виробі, режимів коливання та стану пневмосистеми за допомогою ПЕОМ.

6. Експериментальними дослідженнями підтверджена ефективність використання запропонованого класу вібраційних машин.

6.1. Експериментально отримані залежності статичної жорсткості, модуля пружності та ширини контакту напірного рукава з поверхнею столу від зосередженого радіального навантаження. Виявлені умови стійкої роботи напірного рукава.

6.2. Визначений коефіцієнт пропорційності динамічного модуля пружності оболонки, як гумовокордного композита, що лежить в межах кЕ=1, 5... 1,8.

6.3. Отримані значення динамічного тиску бетонної суміші у зоні контакту з робочим органом, які знаходяться в межах sБ=(210…240)Ч10-4МПа і залежать від висоти виробу, способу формування та складу бетонної суміші.

6.4. Розбіжність результатів теоретичних та експериментальних досліджень для розмаху коливань, швидкості, прискорення робочого органа та тиску стисненого повітря в оболонці не перевищує 15%, а для ширини контакту та жорсткості напірного рукава - 8%.

6.5. На підставі факторного експерименту, отримане рівняння регресії для визначення міцності бетону на стиск від технологічних (тривалість вібрування, витрати цементу та В/Ц) і конструктивних (тиск стисненого повітря та частота вібрації) параметрів. Визначені раціональні діапазони наведених параметрів: частота вібрації 15-17Гц, В/Ц 0,5-0,53, витрати цементу 370-380 кг., тривалість ущільнення 55-70 с., тиск повітря 0,13-0,15 МПа.

7. На підставі теоретичних та експериментальних досліджень розроблена низькочастотна віброплощадка на еластичних оболонках, що дозволить змінювати частоту та амплітуду коливань під час роботи та залежно від ваги виробу, що формується.

8. Асиметричний режим коливань, реалізований на дослідницькій експериментальній віброплощадці, дозволяє знизити тривалість формування виробу до 40... 70 с., отримати приріст міцності виробу на стиск у 1,15...1,3 рази у порівнянні з виробом, відформованим на віброплощадці з гармонійними режимами вібрації з частотою 50 Гц для рухомих бетонних сумішей класу П2

9. Складено методику інженерного розрахунку віброплощадки на еластичних оболонках, що дозволило виготовити дослідницький зразок машини. Запропоновано схему автоматичного управління процесом ущільнення з урахуванням напруженого стану в бетонній суміші. Доведено рівень шуму віброплощадки на еластичних оболонках до 85 дБА. Використання віброплощадки в лінії виробництва тротуарної плити при АТЗТ ЗБК№5 м. Харкова дозволило знизити витрати цементу на 8-10%.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Емельяненко Н.Г., Герасименко В.В. Вибростол на эластичных оболочках, периодически заполняемых сжатым воздухом // Науковий вiсник будiвництва. - Вип. 2. - Харкiв: ХДТУБА. - 1998. - С. 50-53.

2. Емельяненко Н.Г., Герасименко В.В. Низкочастотная виброплощадка для формования железобетонных изделий // Науковий вiсник будiвництва.- Вип.1. - Харьков: ХГТУСА. - 1997. - С. 46-49.

3. Емельяненко Н.Г., Герасименко В.В. Результаты исследований пневматической низкочастотной виброплощадки на эластичных оболочках // Науковий вiсник будiвництва.- Вип.8. - Харьков: ХГТУСА. - 1999. - С. 185-190.

4. Герасименко В.В. Методика інженерного розрахунку пневматичного вiбромайданчика на еластичних оболонках. // Науковий вісник будiвництва.- Вип.9. - Харків: ХДТУБА. - 2000. - С. 190-194.

5. Емельяненко Н.Г., Герасименко В.В., Геллер Я.Н., Череднеченко Л.М. Математическая модель и определение оптимальных геометрических и технологических параметров пневмовибрационной машины на эластичных оболочках // Сучаснi проблеми геометричного моделювання. - В 4 ч. Харкiв 1998. - Ч. 4. - C. 92-96.

6. Емельяненко Н.Г., Герасименко В.В. Результаты экспериментальных исследований виброплощадки на эластичных оболочках // Междунар. научно - практическая конф. - школа - сем. молодых ученых и аспирантов "Передовые технологии в промышленности и строительстве на пороге XXI века". - Белгород. - Ч. 2 - 1998. - С. 453-458.

7. Пат. 2129050 РФ, С1 6 В 06 В 1/18, F 15 B 21/12. Вибрационная машина. /Емельяненко Н.Г. (Украина), Герасименко В.В. (Украина)/- Заявл. 24.12.96; Опубл. 20.04.99, Бюл. №11.- 3 с.

8. Емельяненко Н.Г., Герасименко В.В. Пневматическая виброплощадка на эластичных оболочках // Инф. Листок о научно-техническом достижении № 15-2000 ХАРПНТЭИ. Харьков. - 2000. - 1с.

АНОТАЦІЯ

Герасименко В.В. "Віброплощадка з управляючим впливом на суміш яка ущільнюється". - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.02 - машини для виробництва будівельних матеріалів та конструкцій - Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2002.

Дисертація присвячена дослідженню динаміки низькочастотної віброплощадки на еластичних оболонках з урахуванням впливу середовища і створенню на цій основі машин, що дозволяють управляти впливом на суміш яка ущільнюється.

Розкриті закономірності руху робочого органа віброплощадки з урахуванням опору середовища та можливістю управління впливом на суміш, яка ущільнюється, з пневматичним виконуючим механізмом пульсаторного типу

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

Створена конструкція віброплощадки і впроваджена на АТЗТ ЗБК №5 м. Харків в лінії виробництва тротуарних плит.

Ключові слова: низькочастотна віброплощадка, суміш, яка ущільнюється, еластична оболонка.

АННОТАЦИЯ

Герасименко В.В. "Виброплощадка с управляемым воздействием на уплотняемую смесь". - 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, 2002.

Диссертация посвящена исследованию динамики низкочастотной виброплощадки на эластичных оболочках с учетом влияния среды и созданию на этой основе машин, которые позволяют управлять воздействием на уплотняемую среду. В результате анализа сформулированы цели и задачи диссертационной работы.

Методика аналитических исследований строилась с учетом элементов теории механических колебаний, пневмопривода и эластичных оболочек.

Разработана математическая модель, которая адекватно отражает динамику системы "машина - среда". Проведены теоретические исследования, в результате чего определены зависимости между конструктивными и динамическими параметрами виброплощадки, определены диапазоны их рациональных значений. Получены аналитические зависимости для изменяемой жесткости и площади контакта напорного рукава под действием радиально сосредоточенной силы.

Сформулированы основные принципы создания машин подобного класса, на их основе разработана методика инженерного расчета и проведены экспериментальные исследования процессов взаимодействия рабочего органа и среды. Определены диапазоны регулирования параметров виброплощадки с управляемым пневмоприводом, выявлены рациональные режимы работы и их характерные особенности.

Проведена оптимизация параметров виброплощадки методом факторного планирования, которая обеспечивает максимальную прочность бетона на сжатие.

Разработана методика инженерного расчета виброплощадки на эластичных оболочках, изготовлен экспериментальный образец, на который составлена техническая документация. Предложена схема автоматического управления процессом уплотнения с учетом напряженного состояния в бетонной смеси. Проведено внедрение на АОЗТ ЖБК №5 г. Харькова в линии производства тротуарных плит.

Ключевые слова: низкочастотная виброплощадка, уплотняемая смесь, эластичная оболочка.

ABSTRACT

Gerasimenko V.V. "Vibroplatform with controlled pressure on a compacted mix". Manuscript.

Thesis for a technical scientific degree speciality 05.05.02 - machineries for building materials and structures manufacture. Kharkiv State Technical University of Building and Architecture, Kharkiv, 2002.

The thesis is dedicated to research of dynamics low-frequency vibroplatform on elastic shells with allowance for environmental effects and creation on this basis of machines, which one allow to operate pressure on a compacted mix.

The motion regularity of an end-effector vibroplatform with pneumatic actuator of pulsaytor type are uncovered. In this research the resistance of environment and capability of control the pressure on a compacted mix are allowed for.

The main principles of creation of similar machines are formulated and on their basis the technique of engineering calculation of main specifications is offered.

The vibroplatform is designed, created and used on aozt GBK №5 plant of Kharkov.

Key words: low-frequency vibroplatform, compacted mix, elastic shell.

Підп. До друку 22.01.02. Формат 60х90/16

Папір пис.2 Умовн. Друк. Арк. 0,92. Тираж 100 прим. Зам. №489

Ризограф ХДТУБА, 61002, Харків вул. Сумська, 40