Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время одной из ключевых проблем в строительной индустрии является проблема совершенствования оборудования, предназначенного для приготовления строительных смесей. Реалии современного строительного рынка предъявляют жесткие требования к технике, в частности к смесительному оборудованию. Одним из перспективных путей развития смесителей является применение вибрации, обеспечивающей повышение интенсивности рабочего процесса смешивания, в особенности, на стадии диффузионного смешивания. В то же время, имеется ряд проблем, препятствующих внедрению вибрационных смесителей: сложность применения существующих моделей поведения бетонных смесей при наложении вибрации для решения прикладных конструкторских задач, разрушающее воздействие вибрации на конструктивные элементы смесителя, высокие энергетические затраты на осуществление вибрационной обработки бетонной смеси, неэффективные режимы вибрирования.
Целесообразность применения вибрации в технологии бетона обоснована работами таких ученых как: акад. П.А. Ребиндер и И.Н. Ахвердов. Эффективность вибрационного перемешивания доказана в работах А.Е. Десова, Л.А. Файтельсона, Ю.Я. Штаермана, В.А. Кузьмичева, Г.Я. Кунноса, Б.Г. Скрамтаева, Н.Б. Урьева, к.т.н. К.М. Королева и др.
Актуальность исследования процесса виброперемешивания обусловлена возрастающим значением смесительного оборудования, применяемого для приготовления новых видов смесей с использованием отходов производства, смесей на основе составляющих различных по гранулометрии и удельному весу. Это говорит о том, что виброперемешивание обладает высоким потенциалом в поиске, производстве и систематизации различных конструкций вибросмесителей.
Применение вибрационного перемешивания позволяет интенсифицировать технологические процессы в гражданском и дорожном строительстве, что является важной задачей для социально-экономического развития Российской Федерации. Так, например, в соответствии с федеральной целевой программой «Жилище» на 2011-2015 гг., годовой объем ввода жилья к 2015 году должен составить 90 млн.кв. метров. В соответствии с федеральной целевой программой «Развитие транспортной системы России (2010-2015 годы)», доля протяженности автомобильных дорог общего пользования федерального значения, соответствующих нормативным требованиям, к 2015 г. должна достигнуть 46,7 процента. Кроме того, прирост количества сельских населенных пунктов, обеспеченных постоянной круглогодичной связью с сетью автомобильных дорог общего пользования по дорогам с твердым покрытием к 2015 г. должен составить 2,3 тыс. единиц. Также виброперемешивание находит применение для приготовления различных порошков и кормосмесей в животноводстве.
Таким образом, можно констатировать, что выбранное направление исследований, направленное на совершенствование конструкций и методов проектирования вибрационных смесительных машин, является актуальным.
Объектом исследования является принципиально новая конструкция вибрационного смесителя с виброактиватором наборного типа, защищенная патентами РФ № 2399486 и № 2413572.
Цель исследования: научное обоснование конструктивных параметров и режимов работы смесителей с внутренними виброактиваторами.
Задачи исследования:
-
поиск путей повышения эффективности бетоносмесительного оборудования на основе современного уровня развития технологии приготовления бетонных смесей с применением вибрации;
-
разработка и совершенствование конструкции вибрационных смесителей;
-
экспериментальное исследование, направленное на определение влияния параметров вибрации и геометрических характеристик смесителя на изменение динамической вязкости бетонной смеси;
-
развитие теоретических положений для расчета смесительных агрегатов с внутренними виброактиваторами;
-
определение влияния воздействия вибрации на эксплуатационную надежность предлагаемой конструкции смесителя в целом, так и виброактиватора.
Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов.
В работе использованы теоретические и эмпирические методы. Полученные результаты базируются на основных положениях теории оболочек, применении методов вычислительной нелинейной гидродинамики, методов конечных элементов и конечных объемов. Достоверность полученных результатов подтверждается обработкой результатов методами математической статистики с использованием программных пакетов STATISTICA, Maple, удовлетворительной сходимостью результатов теоретических данных с результатами эксперимента и данными, полученными в результате промышленной эксплуатации созданного вибрационного смесителя, а также с результатами исследований других авторов. Достоверность новизны технического решения подтверждается двумя патентами РФ на изобретение.
На защиту выносятся:
-
результаты системного поиска путей повышения эффективности вибрационного бетоносмесительного оборудования;
-
разработанная автором конструкция бетоносмесителя с внутренним виброактиватором;
-
результаты вычислительных и натурных экспериментов, направленных на определение влияния вибрации и геометрических характеристик смесителя на изменение динамической вязкости бетонной смеси и прочности образцов готового бетона;
-
методика расчета динамической вязкости бетонной смеси в зависимости от геометрических характеристик смесителя и режимов вибрации;
-
экспериментальные данные и результаты численного моделирования, направленные на оценку влияния воздействия вибрации на эксплуатационную надежность предлагаемой конструкции смесителя в целом, так и виброактиватора.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. разработана математическая модель процесса взаимодействия виброактиватора с бетонной смесью, позволяющая с использованием гидрогазодинамического пакета Ansys CFX получить численное решение полной системы уравнений гидродинамики для нахождения значений динамической вязкости смеси в камере смешивания;
2. на основе теоретических и экспериментальных исследований обоснованы рекомендации по выбору оптимальных режимов вибрации и геометрических параметров смесителя;
3. в результате экспериментальных исследований установлено, что применение наборных виброактиваторов снижает негативное воздействие вибрации на конструкцию смесителя и окружающую среду;
4. исследования усталостной прочности виброактиваторов позволили определить предельные значения циклов нагружения в зависимости от наряженно-деформированного состояния, обеспечивающие надежную и долговечную работу.
Практическая ценность работы и ее реализация:
1.разработаны рабочие чертежи опытно-промышленного образца вибросмесителя, защищеного двумя патентами РФ, повышающего интенсивность процесса и качество смешивания строительных смесей и, одновременно, снижающего воздействие вибрации на конструкцию в целом;
2. разработанная математическая модель в сочетании с гидрогазодинамическим пакетом Ansys CFX может быть успешно использована при изучении структурно- реологических свойств смешиваемых материалов в других смесительных агрегатах;
3. Результаты исследований использованы в строительной компании ООО «Полюс Строй» (г.Красноярск), в учебном процессе, в лекционных курсах, дипломном проектировании и при подготовке студентов, магистрантов и аспирантов в Братском государственном университете.
Аппробация работы. Основные результаты работы доложены на следующих конференциях: Национальной Научно-Технической конференции (Второй Международный молодежный промышленный форум «Инженеры будущего 2012», о.Байкал, июль 2012 г., МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва, сентябрь 2012 г.), Международной заочной научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки и образования: прошлое, настоящее, будущее» (г. Тамбов, 29 марта 2012 г.), Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ студентов, аспирантов и молодых ученых (ЮРГТУ (НПИ), Новочеркасск, 2011 г.), Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Механики XXI веку» (БрГУ, Братск, 2008-2009 гг.), Международной конференции «Вопросы развития механики» (Монголия, г. Улан-Батор, 2009 г.), Межрегиональной научно-технической конференции «Естественные и инженерные науки – развитию регионов Сибири» (БрГУ, Братск, 2005-2009 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 научных работ, в том числе в изданиях перечня ВАК – 11, в других изданиях – 4, а так же 2 патента РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, списка литературы из 126 наименований. Объем работы составляет 136 стр., в ней 93 рисунка, 14 таблиц и 114 страниц приложений.
Похожие диссертации на Обоснование конструктивных параметров и режимов работы смесительных агрегатов с внутренними виброактиваторами
