Введение к работе
Актуальность проблемы.
Строительная отрасль в значительной степени основана на использовании для возведения объектов различного назначения бетона в виде товарного бетона и строительных изделий и конструкций самого различного типа, размеров и применения. Во всех этих ситуациях изначально основой как для товарного бетона, так и для бетонных и железобетонных изделий и конструкций являются бетонные смеси, которые в свою очередь в основной своей части, состоят из дробленного каменного материала, реже гравия, т.е. крупного заполнителя бетонной смеси. Как дробленный каменный материал, так и гравий необходим в зависимости от назначения бетонных и железобетонных изделий различных конструкций их размеров, форм и т,д. Крупный заполнитель необходим в строго определенном сочетании фракционного состава. Нарушением рецептуры по фракционному составу крупного заполнителя недопустимо. Даже незначительные отклонения от рецептуры набора крупного заполнителя негативно влияет на качество бетонных и железобетонных изделий и конструкций и, следовательно, недопустимо для нормальных отложений технологии на строительных предприятиях. Существующие методы подбора требуемого фракционного состава крупного заполнителя основываются на предварительном рассеве исходной массы крупного заполнителя на специальных ситовых классификаторах. Подобное мероприятие непосредственно на бетонных заводах и заводах сборного железобетона приводит к образованию значительной массы неприменимого по крупности каменного материала, загромождая территорию предприятия, вызывают излишние затраты на оплату дробленного каменного материала, его перевозку и т.д. Кроме того сформированные таким образом массы крупного заполнителя не могут иметь широкое применение, т.к. для различных типов и размеров изделий и конструкций требуется конкретный фракционный состав крупного заполнителя, что в свою очередь требует дополнительного рассева имеющихся масс крупного заполнителя. Имеющиеся сложности могут быть в значительной степени устранены разработанным в данной диссертации методом непрерывного контроля фракционного состава, подаваемого в бетонно-смесительные отделения потока крупного заполнителя и соответственно досыпкой в поток недостающих фракций составов дробленного каменного материала.
Объект исследований и разработки. Система автоматизации управления технологического процесса формирования оптимального фракционного состава^ подаваемого в бетонно-смесительные отделения потока крупного заполнителя.
Цели и задачи диссертационной работы,
Целью данной диссертационной работы является создание автоматизированной системы контроля и управления формированием потока крупного заполнителя, транспортируемого в бетонно-смесительные отделения требуемого фракционного состава и оперативной коррекции фракционного состава, путем дополнительной досыпки недостающих фракционных составов щебня и гравия.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи.
-
Разработать компьютерную модель структуры в теле бетона, создаваемой основным структурообразующим элементом, в нашем случае крупным заполнителем, при реальной усадке его в теле бетона при гравитационном поступлении потока такового в форму.
-
Разработать автоматически функционирующие информационные устройства для определения фракционного состава крупного заполнителя, транспортируемого в бетонно-смесительные отделения - гранулометры.
-
Разработать методологию построения системы формирования оптимизированных по фракционному составу потоков крупного заполнителя и реальные пути их реализации. Разработать обобщенную структуру системы управления технологическим процессом формирования оптимальных по фракционному составу потоков крупного заполнителя в реальных производственных условиях.
4. Разработать методику расчета на компьютерной модели необходимого
фракционного состава дополнительно подаваемого в поток крупного
заполнителя для доведения общего потока до оптимального по
фракционному составу требуемого для изготовления изделий и конструкций
из бетона и железобетона.
5. Разработать систему накопления и подачи в поток крупного
заполнителя предварительно отсортированных фракций крупного
заполнителя по управлению с использованием разработанной
специализированной компьютерной модели.
6. Разработать рекомендации по практической реализации
разработанной управляемой системы формирования оптимаїьньїх по
фракционному составу потоков крупного заполнителя, подаваемых в
бетонно-смесительные отделения.
Методы исследования. В качестве теоретической основы
диссертационной работы использовались- методы компьютерного
моделирования структурных и структурно-зависимых параметров,
создаваемых в теле бетона крупным заполнителем, теория автоматического
управления, методы оптимального управления построения
специализированных информационных систем, основанных на использовании проникающего рентгеновского и оптического излучения и компьютерной обработки получаемой информации для создания систем управления рассматриваемым технологическим процессом приготовления оптимального по фракционному составу потока крупного заполнителя.
Научная новтна.
Впервые разработана концепция автоматизации технологического процесса формирования оптимального по фракционному составу потока крупного заполнителя для бетонной смеси на основе специализированной компьютерной модели структуры и структурно-зависимых свойств создаваемого в теле бетона крупным заполнителем, разработана автоматизированная система управления созданием смеси крупного заполнителя в процессе его подготовки на основе непрерывного контроля с определением реального фракционного состава в первоначальном потоке такового с обеспечением дополнительной подачи требуемых недостающих компонентов.
Научную новизну работы также определяет:
методика автоматизированного формирования потока крупного заполнителя оптимального по фракционному составу, подаваемого в бетонно-смесительные отделения;
автоматизированное информационное . обеспечение контроля и определения фракционного состава крупного заполнителя в потоке перемещаемого транспортером на основе использования гранулометров, основанных на проникающем рентгеновском и оптическом излучениях;
- построенная автоматизированная система компенсации недостающих
фракций крупного заполнителя путем управления их подачей из
дополнительных бункеров, содержащих требуемые фракции такового;
- автоматизировано функционирующий ситовой классификатор,
управляемый совмещенной информацией с компьютерной модели
структурных и структурно-зависимых свойств, создаваемых в теле бетона
крупным заполнителем и информацией с гранулометра, содержащей
сведения о реальном фракционном составе в первоначальном потоке
крупного заполнителя;
- методологию построения автоматизированного потока подготовки
потока крупного заполнителя оптимального фракционного состава.
Основные положения, выносимые на защиту,
Разработанная новая концепция автоматизации технологического процесса формирования оптимального по фракционному составу потока крупного заполнителя, подаваемого в бетонно-смесительные отделения на основе нового построения информационного обеспечения сведений о фракционном составе исходного потока крупного заполнителя, оперативный расчет фракционного состава требуемых дополнений подачи недостающих фракций такового и путей практической реализации требуемых технологический мероприятий.
В ходе исследований и разработок по реализации этой концепции получены:
- модель структурных и структурно-зависимых свойств, создаваемых
распределения в теле бетона крупного заполнителя оперативно создающая
информация о фракционном составе первоначального потока крупного
заполнителя и о том, какое количество и каких фракционных составов
требуется дополнительная подача дробленного каменного материала;
- модель и результаты исследований управляемого процесса формирования оптимального по фракционному составу потока крупного заполнителя, подаваемого в бетонно-смесительные отделения;
принципы функционирования, построения системы гранулометров, основанных на использовании проникающего рентгеновского и оптического излучения с целью контроля и определения фракционного состава крупного заполнителя подаваемого в бетонно-смесительные отделения;
модель и результаты исследований управляемого технологического процесса формирования оптимального по фракционному составу потока крупного заполнителя, подаваемого в бетонно-смесительные отделения с использованием специальной системы дополнительных бункеров, предварительно отсепарированных масс крупного заполнителя;
оперативность, точность и надежность получения информации о фракционном составе в потоке крупного заполнителя;
- система автоматизации формирования оптимальных по фракционному
составу потоков крупного заполнителя, подаваемого в бетонно-смесительные
отделения, реализующие разработанную систему управления подготовкой
потоков крупного заполнителя заданного фракционного состава.
Личный вклад автора
Личный вклад автора состоит в формировании новой методологии
автоматизации технологического процесса формирования оптимального по
фракционному составу потоков крупного заполнителя, подаваемого в бетонно-смесительные отделения с обеспечением надежной оперативной информации о фракционном составе в исходном потоке излучения, построением системы управления и практической ее реализации.
Практическая ценность работы.
Результаты выполненных исследований и разработок позволяют создавать автоматизированные технологические процессы подготовки потоков крупного заполнителя, оптимальных по фракционному составу.
разработана компьютерная модель структурных и структурно-зависимых свойств, создаваемых в теле бетона крупным заполнителем специализированного типа, предназначенная для расчета подачи в поток крупного заполнителя требуемых для оптимизации его фракционного состава;
разработка специализированных гранулометров для определения фракционного состава крупного заполнителя на основе проникающего рентгеновского и оптического излучения;
- разработка системы автоматизированной подачи из дополнительных
бункеров через управляемую систему дозирования требуемых для
оптимизации фракционного состава компоненты крупного заполнителя;
- разработка специализированного ситового классификатора для
подготовки масс отдельных фракций крупного заполнителя, подаваемых в
дополнительные бункера.
Апробация результатов. Материалы диссертации использованы в учебном процессе Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета, Томского государственного архитектурно-строительного университета, обсуждались и использованы в практике разработки новых технологических решений на Кумертауском заводе ЖБИ. Докладывались и одобрены на научно-технических конференциях в МАДИ в 2011,2012 гг.
Достоверность научных положений. Обоснованность научных
положений, рекомендаций и выводов, изложенных в работе, определяется корректным использованием современных математических методов, согласованным сравнительным анализом аналитических и экспериментальных данных, непротиворечивостью и воспроизводимостью результатов, полученных теоретическим путем.
Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения работы в ряде строительных предприятий.
Публикации
Основные научные результаты диссертации изложены в 5 печатных работах.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, списка используемой литературы, насчитывающего 87 наименований и содержит 130 страниц машинописного текста, 17 иллюстраций, 11 таблиц.
