БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

Блажко Володимир Володимирович

УДК 666.97.031.3

ТРИВАЛЬНИЙ БЕТОНОЗМІШУВАЧ ДЛЯ приготування МАЛОРУХОМИХ БЕТОННИХ СУМІШЕЙ

спеціальність 05.05.02 - машини для виробництва

будівельних матеріалів і конструкцій

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків - 2007

Дисертація є рукописом.

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

Науковий керівник:– доктор технічних наук, професор

Ємельянова Інга Анатоліївна,

Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, професор 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;

– доктор технічних наук, професор

– Маслов Олександр Гаврилович,

– Кременчуцький державний політехнічний університет імені Михайла Остроградського, завідуючий кафедрою конструювання машин і технологічного обладнання.

Захист відбудеться “___28__” ___грудня___ 2007 р. о _1300__ г. 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 в бібліотеці Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

Автореферат розісланий “_27_” __листопада__ 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої
вченої ради | _____________ Т. О. Костюк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У сучасних умовах будівництва різко зросла потреба у використанні машин для приготування будівельних сумішей.

Для приготування малорухомих і жорстких бетонних сумішей використовують бетонозмішувачі примусової дії, істотним недоліком яких є низька усереднювальна здатність вихідних компонентів як на макро, так і на мікрорівні.

Ця риса характерна для бетонозмішувачів з горизонтальними лопатевими валами, які працюють як машини циклічної та безперервної дії, у яких перемішування відбувається, в основному, у поперечному перерізі робочого простору. Тобто інтенсивному перемішуванню підлягає незначна частина робочого об’єму суміші. Крім того, забезпечується рівномірність умов перемішування по всій довжині корпуса машини.

Особливо ці недоліки проявляються під час приготування малорухомих і жорстких сумішей.

Таким чином, проблема створення обладнання для приготування якісної бетонної суміші високої однорідності залишається актуальною та вимагає удосконалення конструкцій діючих бетонозмішувачів, створення нових машин високої ефективності.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до теми державної реєстрації № 0107U003000 “Розробка обладнання для роботи на малорухомих бетонних сумішах в умовах будівельного майданчика”.

Мета і завдання дослідження. Дослідження присвячені підвищенню ефективності роботи бетонозмішувачів примусової дії завдяки використанню в процесі приготування малорухомих будівельних сумішей каскадного режиму перемішування її складових тривальним робочим органом.

Для досягнення мети були сформульовані такі задачі:

- вивчити конструкції сучасних бетонозмішувачів для приготування малорухомих бетонних сумішей, визначити їх недоліки та знайти найбільш перспективні напрямки створення нових ефективних машин;

- розробити конструктивну схему тривального бетонозмішувача;

- розробити математичну модель взаємодії лопаток робочого органу бетонозмішувача з бетонною сумішшю при використанні каскадного режиму роботи машини, визначити робочі параметри тривального бетонозмішувача;

- проаналізувати дію сил, що виникають при перемішуванні лопатевими валами; обґрунтувати умови процесу транспортування сумішей шнековим валом;

- провести теоретичні дослідження коефіцієнту опору для умов приготування сумішей в різних зонах змішувача;

- визначити основні показники роботи тривального бетонозмішувача;

- розкрити особливості змішування новим робочим органом машини при усередненні компонентів бетонної суміші;

- провести експериментальні дослідження взаємодії тривального бетонозмішувача з малорухомою бетонною сумішшю і порвняти результати теоретичних і експериментальних досліджень;

- розробити інженерну методику, алгоритм розрахунків тривального бетонозмішувача та технічну документацію на його створення;

- провести іспити у виробничих умовах та оцінити ефективність нової машини.

Об'єкт досліджень – процес приготування малорухомої бетонної суміші.

Предмет дослідження – тривальний бетонозмішувач.

Методи дослідження. Використані положення теорії гідродинаміки та механіки суцільних середовищ.

Математична модель роботи тривального змішувача отримана в результаті реалізації планування експериментів і статистичної обробки експериментальних даних.

Достовірність отриманих результатів визначена шляхом використання стандартних допущень і підтверджена результатами теоретичних і експериментальних досліджень, розбіжність яких не перевищує 10%.

Наукова новизна отриманих результатів. Розроблено математичну модель і встановлено взаємодію робочого органу змішувача з бетонною сумішшю в процесі каскадного та зворотньо-поступального рухів її часток.

Знайдено закономірності для визначення робочих параметрів нового бетонозмішувача, які дозволили готувати бетонні суміші високої однорідності.

Запропоновані залежності для визначення коефіцієнту опору руху лопаток змішувача в робочій суміші різної рухливості.

Практичне значення отриманих результатів. На підставі результатів теоретичних і експериментальних досліджень розроблено методику та алгоритм розрахунку тривального бетонозмішувача, а також технічна документація, згідно яким виготовлений бетонозмішувач.

Бетонозмішувач нової конструкції пройшов випробування на виробничій базі фірми “Т.М.М.”- ТОВ (м.Харків), при приготуванні малорухомих бетонних сумішей (П = 4см.) і будівельних розчинів, у результаті чого доведена його висока працездатність.

Результати роботи використано у навчальному процесі студентами-механіками Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури під час виконання курсових та дипломних проектів.

Особистий внесок здобувача. Результати теоретичних і експериментальних досліджень, які отримані автором самостійно: розроблена конструкція тривального бетонозмішувача, для якої створена розрахункова модель, що пропонується для теоретичних досліджень процесу змішування; побудована математична модель взаємодії робочого органу машини з бетонною сумішшю; одержані результати експериментальних досліджень, що дозволяють оптимізувати процес перемішування; визначені основні показники роботи змішувача.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідалися: на науково-технічних конференціях ХДТУБА (2004, 2005, 2006, 2007 р.), міжнародних науково-технічних конференціях “Інтербудмех - 2005” (м. Тюмень), “Інтербудмех- 2006” (м. Москва), “Інтербудмех - 2007” (м. Самара), міжнародній науково-технічній конференції “Технічні й економічні перспективи розвитку автотракторного транспорту” (ХНАДУ, Харків 2005 р.), представлені на міжнародній науково-технічній конференції “Сучасні проблеми проектування, будівництва та експлуатації споруд на шляхах сполучення” (Держдор НДІ, м. Київ, 2007 р.), науково- практичному семінарі “Технологія та механізація будівельних робіт” (науково-виробнича фірма “Композит”, м. Київ, 2006 р.), міжнародній спеціалізованій виставці “Пожтех-2007” (м. Київ).

На тривальний бетонозмішувач отримано патент України, що брав участь у всеукраїнському конкурсі “Винахід - 2006”, де зайняв I-е місце в номінації “Будівництво”.

Публікації. Основні результати роботи опубліковані в 13 наукових статтях, у тому числі в 5 наукових збірниках, які входять у перелік ВАК. За темою дисертації отримано 1 патент України.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел і додатків. Повний обсяг дисертації становить 164 сторінки, містить 22 малюнка, 18 таблиць, список використаних джерел з 141 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету та завдання досліджень, визначено об'єкт і предмет досліджень, зазначені наукова новизна й практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі наведено аналіз відомих робіт Баженова Ю.М., Богомолова А.О., Буніна М.В., Корольова К.М., Маслова О.Г., Назаренко І.І., Хаютіна Ю. Г., Шарапова І.К., показані технології та змішувачі, які можуть бути використані для приготування малорухомих, жорстких й особливо жорстких дрібнозернистих будівельних сумішей і будівельних розчинів.

Наведено результати відомих теоретичних досліджень основних показників роботи змішувачів з горизонтальними лопатевими валами. Показано необхідність подальшого вдосконалення діючих змішувачів або створення нових, більш ефективних у порівнянні з відомими.

У другому розділі подані теоретичні дослідження тривального бетонозмішувача примусової дії.

Пропонується нова конструкція бетонозмішувача, робочий орган якої містить три горизонтальних вали (Рис.1):

Рис.1 Конструктивна схема тривального бетонозмішувача

1. двигун, 2. клинопасова передача, 3. Редуктор, 4. відкрита зубчаста передача, 5. завантажувальний бункер, 6. шнековий вал, 7,7'. верхній та нижній лопатеві вали, 8. корпус бетонозмішувача; 9. розвантажувальний патрубок,

I - зона перемішування сухих компонентів бетонної суміші;

II – зона приготування бетонної суміші з заданим водоцементним відношенням.

- два вали оснащені лопатками та призначені для перемішування компонентів суміші в корпусі машини;

- третій вал, що складається зі шнека та лопатевої частини, призначений для транспортування бетонної суміші до розвантажувальної частини змішувача.

В корпусі змішувача вали встановлені під кутом до горизонтальної площини, що дозволяє реалізувати новий принцип змішування компонентів.

Процес приготування бетонної суміші в тривальному бетонозмішувачі здійснюється у два етапи. На першому етапі, у першій зоні, в результаті обертання всіх горизонтальних валів відбувається взаємодія сухих компонентів (цементу, піску або цементу, піску та щебню). При цьому компоненти піддаються інтенсивному перемішуванню в результаті відносних переміщень у каскадному режимі як зверху, так і знизу щодо центрального вала - шнека. Взаємодія сухих компонентів суміші відбувається при наявності їхнього тертя відносно один одного, що вирогідно сприяє утворенню чистих, свіжих ділянок на поверхнях зерен великого заповнювача. Таким чином, на першому етапі спостерігається активна підготовка компонентів до подальшого утворення будівельної суміші.

На другому етапі в результаті взаємодії свіжоутворені поверхні великого заповнювача активно контактують із розчинною складовою. Комплексна робота двох зон змішувача дозволяє створити всі умови для одержання однорідної бетонної суміші.

Для визначення основних параметрів бетонозмішувача та побудови математичної моделі, що розкриває його роботу, змішувач розглядається як робочий об’єм, де акумулюються компоненти бетонної суміші.

Розмаїтість фізичних, фізико-хімічних, механічних, гідродинамічних та інших факторів, що впливають на ці компоненти, приводить до того, що необхідно звернути увагу на розподіл компонентів в часі.

На першому етапі досліджень приймається модель ідеального перемішування, яка характеризується тим, що кількість компонентів у всіх зонах робочого простору змішувача та на виході з нього повинна бути однаковою хвх= хвых= х.

Припустивши, що в змішувач надходить потік компонентів суміші при постійній об'ємній продуктивності Qвх, в сталому режимі Qвх = Qвих = Q.

При цьому, особливості режиму подачі компонентів бетонної суміші в змішувач будуть виглядати так:

(1)

Визначимо кількість компонентів відносно всього робочого об’єму змішувача V, як:

(2)

Відношення робочого об’єму змішувача до об’ємної продуктивності характеризує час перебування матеріалу в змішувачі . Представивши параметри хвх, хвих як випадкові функції часу хвх = х (t) і в(t) = хвих, отримане рівняння має вигляд:

(3)

У такому випадку тривальний змішувач описується лінійним диференціальним рівнянням, що містить один параметр.

Коливання сталого процесу визначаються частотою надходження чергових порцій суміші в машину.

Для моделі ідеального змішування амплітудно-частотна характеристика змішувача визначається за рівнянням:

(4)

Це рівняння дозволяє визначити інтервал часу, за який необхідно порції всіх компонентів у заданому співвідношенні подати в корпус змішувача та у наступному інтервалі забезпечити ту ж подачу для приготування однорідної суміші.

Процес перемішування компонентів суміші змішувачами примусової дії вирішується за допомогою законів гідродинаміки, а саме, обтікання тіл потоком бетонної суміші.

При русі бетонної суміші вздовж твердої поверхні лопатки в безпосередній близкості від неї утворюється шар, у межах якого інтенсивність дії сил в’язкості велика й порівняна з інтенсивністю дії сил інерції та гідродинамічного тиску. Ця зона потоку називається прикордонним шаром, де через різницю швидкостей у результаті тертя відбувається руйнування дрібних агломератів із часток розчинної складової.

Рух бетонної суміші описується системою рівнянь Навье – Стокса. У випадку плоскої задачі ця система спрощується та для сталого руху може бути представлена такими рівняннями:

(5)

Однією з умов, що спрощують рівняння Навье - Стокса для ламінарного прикордонного шару, є рівність його конвективних ; і в’язкісних членів.

Стосовно до цієї системи розподіл швидкостей в межах прикордонного шару при сталому русі бетонної суміші може бути представлено як:

(6)

У такому випадку сила інерції, що діє вздовж напрямку руху бетонної суміші, дорівнюватиме:

(7)

Після прирівнювання сил інерції та сил тертя матимемо:

(8)

Рівняння (8) дає змогу представити силу тертя за допомогою закона Ньютона:

(9)

Отже, оцінка параметрів руху суміші навколо лопатки дозволяє визначити величину й характер зміни товщини прикордонного шару .

(10)

Таким чином, знаючи розміри дрібних агломератів можна визначити довжину лопатки, що створює таку товщину прикордонного шару, яка руйнує агломерати розчинної складової. І навпаки, знаючи довжину лопатки, можна визначити умови руйнування агломератів розчинної складової бетонної суміші.

Завдяки розв’язанню рівняння руху бетонної суміші відносно та , за допомогою функції потоку ш, визначається розподіл тиску бетонної суміші на поверхні єлементарної частки бетонної суміші , яка знаходиться на лопатці:

(11)

де: - тиск бетонної суміші у площині z;

- гідростатичний ефект;

- середня щільність бетонної суміші.

Проінтегрував рівняння (11) по всій поверхні частки суміші отримаємо силу F1, яка діє на цю поверхню з боку потока бетонної суміші:

(12)

де: - радіус частки;

Окрім сили F1 на поверхню частки діє дотична сила F2, яка визначаеться за рівнянням:

(13)

Загальна сила, яка діє на частку дорівнює:

(14)

Права частина рівняння (14) виражає закон Стокса. Використання цього закону дає змогу стверджувати, що коєфіціент пропорціональності С є функцією критерія Рейнольдса та являє собою коєфіціент опору бетонної суміші.

У такому разі:

(15)

Рух бетонної суміші у каскадному режимі досить складний, для його виразу використовується циліндрична система координат (r, , z), яка дає змогу врахувати кутову швидкість обертання валів робочого органу та кут їх встановлення, у разі чого система матиме такий вигляд:

(16)

Кути встановлення валів в корпусі бетонозмішувача визначаються завдяки зв’язку між основною систему (x, y, z) та циліндричною системою (r, , z) координат.

Цей з’вязок представлено таким рівнянням:

(17)

Загальне рішення рівняння (17) має вигляд: (18)

Завдяки рівнянню (18) визначено кути встановлення кожного з валів: ; ; .

На підставі отриманого рівняння розраховано загальний кут ()нахилу робочого органу бетонозмішувача, який сприяє створенню каскадного руху бетонної суміші.

Для здійснення дії гвинта шнека як транспортуючого пристрою необхідна наявність зрушення навколишнього середовища в корпусі машини, тобто необхідна наявність його ковзання по поверхні шнека. Це викликає деяке відставання дійсної швидкості потоку в осьовому напрямку в порівнянні з теоретичною швидкістю, яке може бути представлено величиною коефіцієнта ковзання, що визначався як:кковз = 1 - 2р Vд /щS (19)

де: щ - кутова швидкість обертання шнекового вала, с??;

S - крок гвинта, м

Vд;- теоретична осьова швидкість, м

Тоді дійсна осьова швидкість бетонної суміші в корпусі бетонозмішувача:

(20)

Шнек, виконуючи функцію транспортування, “зрізає” порції суміші, сформовані лопатевими валами, та подає їх на розвантаження, реалізуючи тим самим процес усереднення.

Вміст усереднюваного компонента в змішувачі за період визначається з рівняння:

(21)

де: t - період одного оберту робочого органу бетонозмішувача

Коефіцієнт зменшення дисперсії показників якості бетонної суміші на виході дозволяє визначити таке рівняння:

(22)

де: Dx - початкова дисперсія;

nп - кількість порцій суміші, захоплюваних лопатками змішувача з обсягу суміші, що перебуває в корпусі змішувача;

б - коефіцієнт погашення кореляційної функції;

h - часове зрушення фази окремих шарів;

При заданій вихідній дисперсії D'x і відомій Dx дисперсії на вході об’єм змішувача визначається таким відношенням:

(23)

Зниження дисперсії неоднорідності багато в чому залежить від кількості циркуляцій (повернень порцій) компонентів бетонної суміші в процесі їхнього перемішування та транспортування до місця розвантаження.

Величина циркуляції потоків бетонної суміші визначається відношенням кількості перемішуваних пакетів суміші nп, до загальної кількості лопаток верхнього та нижнього валів zл.

(24)

Визначивши значення кореляційної функції на виході та задаючись початковою й кінцевою дисперсіями однорідності суміші Dx, D'x, а також коефіцієнтом погашення кореляційної функції б та об’ємом змішувача V , необхідне число порцій nп для отримання однорідної бетонної суміші визначається рішенням системи рівнянь:

(25)

(26)

Продуктивність тривального бетонозмішувача визначається обсягом бетонної суміші, яку за одиницю часу переміщує в осьовому напрямку до розвантажувального отвору корпуса машини середній вал у той час, коли верхній і нижній вали повертають компоненти суміші в сторону їх завантаження.

Повернення компонентів бетонної суміші в кожній зоні бетонозмішувача враховується коефіцієнтом повернення, що визначається як відношення маси компонентів бетонної суміші, що транспортується на розвантаження, до маси компонентів, що транспортується в протилежну сторону.

Для першої зони бетонозмішувача:

(27)

де: - коефіцієнт повернення суміші в першій зоні змішувача;

- маса сухої бетонної суміші, що перебуває в зоні середнього вала;

- маса сухої бетонної суміші, що перебуває в зоні верхнього вала;

- маса сухої бетонної суміші, що перебуває в зоні нижнього вала.

У такому випадку:

, кг (28)

де: Dш - діаметр гвинта шнека, м;

dш - діаметр вала шнека, м;

lз1 - довжина першої зони, м;

с1 – середня щільність суміші в першій зоні, кг/м?;

кзср - коефіцієнт завантаження змішувача відносно середнього вала, кзср = 0,75.

Маса сухої бетонної суміші в області дії верхнього вала в першій зоні визначається як:

, кг (29)

де: D – діаметр обертання лопатки по її торцю, м;

d – діаметр лопатевого вала змішувача, м;

кзв - коефіцієнт завантаження змішувача щодо верхнього вала, кзв = 0,5.

Маса сухої бетонної суміші в області нижнього вала першої зони:

, кг (30)

де: кзн - коефіцієнт завантаження змішувача щодо нижнього вала, кзн = 1.

Визначення коефіцієнта повернення другої зони Кв2 здійснюється аналогічно першій зоні з урахуванням: lзІІ – довжини другої зони, м; с2 – середньої щільності зволоженої бетонної суміші, кг/м3.

Технічна продуктивність бетонозмішувача може бути визначена як:

, м?/г (31)

де: b - ширина лопатки, м;

zл – кількість лопаток середнього вала,

б - кут встановлення лопаток, град.

Визначення потужності двигуна тривального бетонозмішувача виконується виходячи з умов:

I - перемішування сухих компонентів суміші в першій зоні.

II - приготування та розвантаження бетонної суміші в другій зоні.

Загальні витрати енергії на приготування малорухомої бетонної суміші представлено у вигляді трьох складових:

P1 – потужність, витрачена на перемішування компонентів бетонної суміші верхнім валом;

P2 – потужність, витрачена на перемішування компонентів бетонної суміші та її транспортування до розвантажувального отвору середнім валом;

P3 – потужність, витрачена на перемішування компонентів бетонної суміші нижнім валом;

(32)

Потужність, витрачена на подолання сил опору руху лопатки у потоці компонентів бетонної суміші, який виникає при завантаженні змішувача.

(33)

де: n - частота обертання верхнього вала, об/с;

zк - кількість лопаток встановлених безпосередньо під завантажувальним бункером;

кзап – коефіцієнт заповнення простору між лопатками.

W11 –енергія, витрачена на утворення каскадного руху та скидання компонентів бетонної суміші з верхнього вала в зону дії середнього вала.

(34)

де: m – маса суміші, яка переноситься лопаткою;

- колова швидкість лопатки.

. (35)

де: щ – кутова швидкість обертання робочого органу;

W1 – повна енергія, витрачена на перемішування компонентів бетонної суміші верхнім валом;

, (36)

де: z1 та z2– кількість лопаток в зоні сухого та мокрого перемішування.

– загальна робота на подолання сил лобового опору однією лопаткою в першій зоні;

(37)

де: D та D1 - зовнішній та внутрішній діаметри обертання лопаток;

с1 - коефіцієнт опору руху лопатки у першій зоні бетонозмішувача;

– загальна робота на подолання сил тертя, які діють у напрямку руху лопатки в першій зоні;

(38)

де: f – коефіцієнт тертя сухої суміші по лопатці.

– загальна робота на подолання сил опору руху стійки лопатки в першій зоні.

(39)

де: - діаметр стійки лопатки.

Використовуючи вище наведену методику,визначаємо роботу сил , , опору в другій зоні бетонозмішувача з урахуванням: с2 - середньої щільності суміші в другій зоні, кг/м?; с2 - коефіцієнта опору руху лопатки у другій зоні бетонозмішувача; f – коефіцієнт тертя вологої суміші по лопатці та - коефіцієнт повернення суміші в другій зоні.

Загальна потужність, витрачена на роботу середнього валу представлено таким виразом:

. (40)

- Потужність на подолання сил опору, які діють в осьовому напрямку у першій зоні:

. (41)

де: - сила опору переміщення бетонної суміші вздовж шнека;

- швидкість руху суміші в осьовому напрямку;

Sш – крок гвинтової лінії шнека.

- Потужність приводу на подолання сил тертя, які виникають при обертанні шнека:

. (42)

- Потужність, витрачену на перемішування середнім лопатевим валом у другій зоні визначається відповідно залежності (35) з урахуванням .

W2 – повна енергія, витрачена на перемішування компонентів бетонної суміші середнім валом в другій зоні бетонозмішувача:

(43)

– загальна робота на подолання сил лобового опору однією лопаткою в першій зоні;

(44)

– загальна робота на подолання сил тертя, які діють у напрямку руху лопатки в другій зоні;

(45)

– загальна робота на подолання сил опору руху стійки лопатки в другій зоні

(46)

Геометричні розміри нижнього та верхнього валів змішувача однакові. Різниця полягає лише в тому, що нижній вал повністю занурено у бетонну суміш.

У такому разі, при обертанні нижнього вала, сили опору руху його елементів (лопатки, стійки) діють на протязі повного обертання вала, тобто у межах кута від 0 до 2р. З урахуванням цієї умови, робота, витрачена на перемішування компонентів бетонної суміші нижнім валом, визначаеться за формулами (37) - (39), а потужність відповідно формули (35).

У третьому розділі наведено результати експериментальних досліджень процесу механічного перемішування компонентів бетонної суміші у тривальному змішувачі та визначено вплив його конструктивних параметрів на якість суміші, що одержані.

В якості показників, що характеризують роботу бетонозмішувача, прийняті:

- однорідність бетонної суміші - f ;

- продуктивність бетонозмішувача - П, м?/г;

- витрати потужності на приготування бетонної суміші - N, кВт;

- час, необхідний для приготування бетонної суміші - t, с.

В якості факторів, що впливають на роботу бетонозмішувача: –

частота обертання валів – n. мін-1; –

кут атаки (встановлення) лопаток першої зони – 1, град;

- площа поверхні лопатки - F, см?;

- водоцементне відношення - В/Ц;

- кут розташування робочих органів щодо горизонталі - в, град;

- кількість лопаток –z, (шт.);–

кут атаки лопаток другої зони – 2, град;

На графіках (а - ж) рис. 3 представлені залежності показників ефективності роботи тривального бетонозмішувача від вищевказаних факторів.

Нище наведені графічні залежності дозволили визначити зони раціональних робочих параметрів тривального бетонозмішувача, які забезпечуть одержання малорухомих бетонних сумішей (П = 2 - 4 см.) високої однорідності.

Дисперсія однорідності на виході становить f = 5.2-7.3 %, при продуктивності бетонозмішувача П = 4.2-4.8 м?/г, витрати потужності на приготування бетонної суміші становить N = 4.9-6.1 кВт, витрати часу на перемішування t = 44-53 с. Значення дисперсії однорідності проб бетонної суміші, у порівнянні із двовальними бетонозмішувачами, які використовуються для приготування малорухомих бетонних сумішей, поліпшені на 2-4%. Час на приготування малорухомої бетонної суміші становить t1 = 44-55 с, тоді як у двовальних бетонозмішувачів час приготування рухливих бетонних сумішей (П = 8-10 см) становить t2 = 30 с, а малорухомих (П = 2-4 см) t3 = 60-65 с.

Найбільш сприятливі умови роботи тривального бетонозмішувача для приготування малорухомих бетонних сумішей отримані при: частоті обертання робочого органа n = 47-65 об/хв, куті атаки лопаток першої зони 1 = 42-45, кількості лопаток z = 32-35 шт., куті нахилу робочого органа відносно горизонтальної площини = 17-22, водоцементному відношенні В/Ц=0,4 - 0,43, куті атаки лопаток другої зони 2 = 39 – 42, площа поверхні лопатки F = 30 - 32 см?.

а | б

в | г

д | е

ж

Рис. 3 Залежності показників ефективності роботи бетонозмішувача від:

а - частоти обертання робочого органа; б - кута атаки лопаток першої зони; в - розміру лопатки; г - водоцементного відношення; д - кількості лопаток; е - кута нахилу робочого органа; ж - кута встановлення лопаток другої зони.

Аналіз роботи змішувача з метою визначення максимально можливого заповнення сумішшю його робочого об’єму виконувався за вищевказаними показниками роботи тривального бетонозмішувача.

Результати досліджень представлені на рис.4

Рис. 4 Залежності показників ефективності роботи бетонозмішувача від коефіцієнта заповнення

1 - продуктивність бетонозмішувача; 2 - енерговитрати бетонозмішувача;

3 - дисперсія однорідності бетонної суміші

Характер кривих свідчить про те, що зі збільшенням коефіцієнта завантаження продуктивність тривального бетонозмішувача значно зростає. При цьому, енерговитрати на приготування малорухомої бетонної суміші (рухливістю П = 3,5 – 4см) не перевищюють 6 кВт.

Витрата потужності на приготування малорухомої бетонної суміші в тривальному бетонозмішувачі становить 1,2 кВт ? м? у той час, як витрати потужності на приготування бетонної суміші (рухливістю П = 5 – 9 см) у двовальному бетонозмішувачі становлять 1,1 кВт ? м?

Пропонуємий бетонозмішувач можливо використовувати зі збільшенням коефіцієнта заповнення його об’єма до 0,6...0,77.

При збільшенні коефіцієнта заповнення дисперсія однорідності проб, відібраних із приготовленої бетонної суміші, не перевищує припустимого значення погрішності, що становить 7 - 10 %.

Ефективність роботи тривального бетонозмішувача при збільшеному коефіцієнті заповнення корпуса бетонозмішувача пояснюється підвищенням інтенсивності процесу перемішування за рахунок залучення компонентів бетонної суміші в триконтурний рух, який створюється робочим органом.

Результати графічних залежностей рис. 3 - 4 підтверджують правильність отриманих результатів теоретичних досліджень, розбіжність становить 10 %.

Таким чином, проведені теоретичні та експериментальні дослідження підтвердили первісні допущення та гіпотези, дозволили сформулювати основні принципи створення тривального бетонозмішувача та запропонувати інженерні методики розрахунку таких машин.

У четвертому розділі показано практичне використання результатів проведених досліджень. Наведена методика визначення основних показників роботи тривального бетонозмішувача та його конструктивних параметрів із числовим прикладом, наведений досвід промислової реалізації результатів досліджень одержаних у разі випробування змішувача на виробничій базі фірми “Т.М.М.” - ТОВ (м. Харків), де була підтверджена ефективність його роботи на малорухомих бетонних сумішах та сформульовані пропозиції щодо перспективи подальшого розвитку конструкції змішувача.

Показані перспективи подальшого удосконалення конструкції тривального бетонозмішувача в умовах автоматизованої технологічної лінії.

У п’ятому розділі приводяться техніко – економічні обґрунтування використання тривального бетонозмішувача у разі впровадження його у виробництво.

Очікуваний економічний ефект при використанні тривального бетонозмішувача становить 71664,5 грн/рік.

ВИСНОВКИ

1. На підставі аналізу існуючих теоретичних основ, конструкцій пристроїв і способів приготування малорухомих бетонних сумішей, створений тривальний бетонозмішувач та знайдені залежності для визначення його основних показників: продуктивності та потужності привода.

2. Розкрито механізм взаємодії робочого органу бетонозмішувача з бетонною сумішшю в процесі перемішування її компонентів;

-

-

-

- запропонована модель формування однорідної маси бетонної суміші в робочому просторі бетонозмішувача;

- знайдена залежність для визначення необхідної кількості циркуляцій суміші в корпусі машини для досягнення її високої однорідності.

3. Побудовано адекватні математичні моделі для визначення характеристик процесу приготування малорухомої бетонної суміші залежно від його технологічних особливостей і конструктивних параметрів.

Раціональні умови використання тривального бетонозмішувача для досягнення найбільшої однорідності бетонної суміші такі:

- частота обертання робочого органу n = 47-65 хв-1;

- кут атаки лопаток першої зони 1 = 42-45;

- кількість лопаток z = 32-35 шт.;

- кут нахилу робочого органу відносно горизонтальної площини в = 17-22;

- водоцементне відношення В/Ц = 0,4-0,43;

- кут атаки лопаток другої зони 2= 39-42;

- площа поверхні лопатки F = 30 - 32 см?

4. Встановлено, що час приготування малорухомих бетонних сумішей (П = 2 - 4 см.) за допомогою тривального бетонозмішувача становить t = 44-55 с, тоді як в двовальних бетонозмішувачах час на приготування рухливих бетонних сумішей (П = 8-10см) становить t = 30 с, а малорухомих (П = 2-4 см) t = 60-65 с.

5. На підставі розробленої методики й алгоритму розрахунку тривального бетонозмішувача виготовлений дослідний зразок, який пройшов випробування на виробничій базі фірми “Т.М.М.” - ТОВ (м. Харків), де підтверджена ефективність його роботи на малорухомих бетонних сумішах.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ємельянова И.А., Баранов А.М., Блажко В.В. Шляхи вдосконалювання обладнання для торкрет-робіт // Матеріали міжнародної конференції “Cучасне будівництво: конструкції, технології, перспективи”. - Полтава, 2004. - С. 207 - 210.

2. Ємельянова И.А., Блажко В.В. Технологічний комплект обладнання для торкрет-робіт з бетонозмішувачем примусової дії // Науковий вісник будівництва. – Харків, 2004.- Вип.27. - С. 147 - 150.

3. Ємельянова И.А., Блажко В.В., Тугай В.В., Вивчення можливості використання одновального лопатевого бетонозмішувача в комплекті обладнання для торкрет-робіт // Науковий вісник будівництва. - Харків, 2004. - Вип.28. - С. 143 - 146.

4. Технологічний комплект обладнання для торкрет-робіт з бетонозмішувачем примусової дії // Інформаційний аркуш №52. - ХЦНТЭИ. - Харків, 2004 .

5. Ємельянова И.А., Баранов А.М., Блажко В.В. Новий принцип створення бетонозмішувачів примусової дії // Праці міжнародної науково-технічної конференції “Інтербудмех-2005”. Частина 1. – Тюмень, 2005. - С. 38 - 43.

6. Ємельянова И.А., Баранов А.Н., Ємельянов В.П., Блажко В.В. Бетонозмішувач примусової дії складова частина технологічного комплекту малогабаритного обладнання для будівельного майданчика // Вісник ХНАДУ. - Харків, 2005. - Вип. 29. - С. 43 - 45.

7. Ємельянова И.А., Баранов А.М., Блажко В.В. Особливості процесу приготування бетонної суміші в тривальному бетонозмішувачі // Праці міжнародної науково-технічної конференції “Інтербудмех -2006”. Москва, 2006. - С. 256 – 259.

8. Ємельянова И.А., Блажко В.В., Шахів Ю.В. Визначення основних параметрів процесу приготування будівельних сумішей за допомогою тривального бетонозмішувача // Праці міжнародної науково-технічної конференції “ Інтербудмех -2007”. - Самара, 2007. - С.116-122.

9. Блажко В.В. Визначення величини коефіцієнта завантаження і його впливів на якісні показники роботи тривального бетонозмішувача // Науковий вісник будівництва. -Харків 2007. - Вып.40. - С. 128-132.

10. Ємельянова И.А., Блажко В.В. Визначення основних показників тривального змішувача // Вісник. ХНАДУ. - Харків, 2007 . - Вып.28.- С.197 - 200

11. Ємельянова И.А., Блажко В.В. Вплив робочих параметрів тривального бетонозмішувача на однорідність бетонної суміші // Науковий вісник будівництва. - Харків, 2007. - Вип.42 , - С.124-128.

12. Ємельянова И.А., Блажко В.В. Особливості процесу приготування бетонної суміші в тривальному змішувачі // Будівельні матеріали, обладнання, технології.- Москва, 2007. №3. - С. 44 - 45.

13. Ємельянова И.А., Баранов А.М., Блажко В.В., Тугай В.В.

Змішувач для приготування будівельної суміші. Патент на винахід №74444. Бюл. № 12, 2005.

АНОТАЦІЯ

Блажко В.В. Тривальний бетонозмішувач для приготування малорухомих бетонних сумішей. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.02. – Машини для виробництва будівельних матеріалів і кон-струкцій. – Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2007.

Дисертаційна робота присвячена підвищенню ефективності роботи бетонозмішувачів примусової дії завдяки використанню в процесі приготування малорухомих будівельних сумішей каскадного режиму перемішування її складових тривальним робочим органом.

На підставі теоретичних досліджень створено математичну модель взаємодії робочого органу бетонозмішувача з компонентами бетонної суміші.Визначено основні робочі параметри тривального бетонозмішувача примусової дії.

Проведені експериментальні дослідження тривального бетонозмішувача примусової дії, які підтвердили відповідність результатів теоретичних та експериментальних досліджень. Визначено раціональні параметри та ефективність приготування малорухомої бетонної суміші в новому бетонозмішувачі.

Результати роботи впроваджено у виробництво.

Ключові слова: тривальний бетонозмішувач, лопатка, каскадний режим, малорухома бетонна суміш.

АНОТАЦИЯ

Блажко В.В. Трехвальный бетоносмеситель для приготовления малоподвижных бетонных смесей. – 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, 2007.

Целью настоящей работы является повышение эффективности работы бетоносмесителей принудительного действия за счет использования трехвального рабочего органа в каскадном режиме при двухстадийном процессе перемешивания компонентов и возвратно – поступательном движении смеси в корпусе машины.

На основании теоретических исследований и анализа существующих конструкций бетоносмесителей принудительного действия, создан трехвальный бетоносмеситель для приготовления качественных малоподвижных бетонных смесей.

Раскрыт механизм взаимодействия рабочего органа смесителя с бетонной смесью, определены условия разрушения агломератов растворной составляющей, предложена модель формирования гомогенной массы бетонной смеси в рабочем объеме бетоносмесителя.

Найдена зависимость для определения необходимого числа циркуляций смеси в корпусе смесителя для достижения ее высокой однородности.

Предложены зависимости для определения угла установки рабочего органа в корпусе бетоносмесителя и коэффициента сопротивления бетонной смеси.

Проведены экспериментальные исследования трехвального бетоносмесителя принудительного действия, которые подтвердили результаты теоретических исследований.

Построены адекватные математические модели для определения характеристик процесса приготовления малоподвижной бетонной смеси в зависимости от его технологических особенностей и конструктивных параметров бетоносмесителя.

Выявлены рациональные условия использования трехвального бетоносмесителя для достижения наибольшей однородности бетонной смеси. Этими условиями являются: частота вращения рабочего органа, угол атаки лопастей первой зоны, количество лопастей, угол наклона рабочего органа относительно горизонтальной плоскости, водоцементное отношение, угол атаки лопастей второй зоны, площадь поверхности лопатки.

На основании разработанной методики и алгоритма расчета трехвального бетоносмесителя изготовлен опытно - промышленный образец трехвального бетоносмесителя, который прошел испытания на производственной базе фирмы “Т.М.М.”-ООО. - (г.Харьков)

Ключевые слова: трехвальный бетоносмеситель, лопатка, каскадный режим, малоподвижная бетонная смесь.

ANNOTATION

Blajko V. The three-shaft concrete mixer for the formation of low-slump concrete mixtures.- Manuscript.

The thesis for reception the scientific grade of the Candidate of science in the speciality 05.05.02.- Machines to produce building materials and constructions.- The Kharkov national technical University of building and architecture, Kharkov, 2007.

The thesis is devoted to the efficiency upgrading of compulsory concrete mixers because of using its components in the process of formation of low-slump building mixtures of a cascaded process mixing by the three-shaft actuating element.

A mathematical model of the cooperation of the actuating element of the concrete mixer with the components of the concrete mixture is created on the grounds of the theoretical researches. The basic performance of the compulsory three-shaft concrete mixer is specified.

The experimental researches of the compulsory three-shaft concrete mixer are carried out and they confirmed the correspondence of the theoretical dependences. The rational parameters are verified and the efficiency of the formation of a low-slump concrete mixture in a new concrete mixer is specified.

The results of the work are applied in industry.

Key words: a three-shaft concrete mixer, an actuating element, a cascaded process, a low-slump concrete mixture.