Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор исследований по вопросам использования, работы и теории проектирования шнековых прессов
1.1. Анализ условий работы и конструкций шнековых прессов 8
1.2. Анализ физических свойств глиняных масс, формуемых шнековыми прессами 19
1.3. Обзор литературных источников по теории проектирования шнековых машин 35
1.4. Задачи исследования 37
Выводы 38
Глава 2. Математическое описание процесса движения глиняной массы в винтовом канале шнекового пресса
2.1. Закономерности движения глиняной массы в винтовом канале пресса 42
2.2. Обоснование возможности появления в материале поверхности скольжения 48
2.3. Поверхность скольжения в глиняной массе в винтовом канале пресса 57
2.4. Минимизация площади вогнутой поверхности 61
2.5. Исследование влияния давления прессования и количества витков шнековой лопасти на форму поверхности скольжения в формуемой массе 67
2.6. Исследование влияния профиля лопастного вала на эффективность работы шнекового пресса 71
Выводы 74
Глаза 3. Моделирование процесса движения глиняной массы в винтовом канале пресса и оптимизация параметров рабочих органов шнековых прессов
3.1. Критериальный анализ и составление целевой функции 76
3.2. Факторный анализ, обоснование и построение модели процесса подачи материала напорным шнековым модулем 78
3.3. Выводы 85
Глава 4. Экспериментальные исследования и производственные испытания
4.1. Задачи экспериментальных исследований и производственных испытаний 87
4.2. Методика проведения экспериментальных исследований 88
4.3. Описание экспериментальной установки, применяемого оборудования и средств контроля 91
4.4. План проведения эксперимента 94
4.5. Экспериментальное исследование зависимости потребляемой мощности, производительности и удельных энергозатрат от частоты вращения шнека, величины запирающего давления и формы шнековой лопасти 99
4.6. Промышленное внедрение результатов работы 105
4.7. Выводы 107
Основные выводы и результаты работы 108
Список литературы 113
Приложения
- Анализ физических свойств глиняных масс, формуемых шнековыми прессами
- Обоснование возможности появления в материале поверхности скольжения
- Факторный анализ, обоснование и построение модели процесса подачи материала напорным шнековым модулем
- Описание экспериментальной установки, применяемого оборудования и средств контроля
Введение к работе
Актуальность проблемы. Керамический кирпич - древнейший и всегда востребованный строительный материал, созданный человеком -широко распространён и сегодня. По данным статистики [1] в Российской Федерации в 2007 году произведено 5 580 млн. условных кирпичей глиняного (керамического) кирпича, отгрузка составила 4 677 млн. условных кирпичей. До 80% от общего числа предприятий-производителей керамического кирпича работает по способу пластического формования с использованием природного сырья, при котором основной операцией является формование, осуществляемое на ленточных шнековых прессах. Шнековые прессы наряду с такими достоинствами, как простота конструкции, непрерывность формования, герметичность, возможность создания высокого давления в формуемой массе, имеют существенный недостаток — глиняная масса налипает на шнек и совершает вращательное движение в направлении окружной скорости шнека, не имея осевого перемещения в направлении головки пресса, что снижает производительность машины и повышает энергозатраты.
В этом контексте возникает задача повышения эффективности работы шнековых прессов путем расчета и выбора оптимальных значений конструктивных и режимных параметров их рабочих органов. Решение данной задачи возможно только на основе адекватного математического описания физических процессов, протекающих в формуемой массе под воздействием рабочих органов пресса как на поверхностях контактов с ними, так и внутри формуемой глиняной массы.
Цель работы. Повышение эффективности работы шнекового пресса путем выбора рациональных геометрических параметров лопастного вала посредством разработанного метода, учитывающего процессы движения формуемой массы при различных давлениях прессования и различных свойствах глиняных масс.
5 Задачи исследований.
1. Выполнить анализ состояния методов расчета и проектирования шнековых прессов.
2. Разработать аналитические выражения, описывающие процесс движения формуемой массы в винтовом канале пресса с учетом возможности появления поверхности скольжения в массе глины.
Определить форму поверхности скольжения в формуемой массе и установить влияние на форму этой поверхности свойств формуемой массы, геометрических параметров шнекового вала пресса и давления прессования.
Предложить пути повышения эффективности работы шнекового пресса путем расчета рациональных геометрических параметров вала пресса.
Провести теоретические и экспериментальные исследования движения глиняных масс различной влажности в винтовом канале шнекового пресса и установить влияние геометрических параметров шнекового вала на эффективность его функционирования.
Разработать метод, алгоритм и программу для определения оптимальных конструктивных параметров шнекового вала пресса из условия минимизации удельных энергозатрат.
7. Провести экспериментальные исследования и производственные испытания шнекового пресса с разработанными шнековыми валами на лабораторной установке и в заводских условиях для оценки эффективности их работы.
Научная новизна. Получена аналитическая зависимость, описывающая напряженно-деформируемое состояние глиняной массы в винтовом канале пресса, учитывающая возможность появления поверхности скольжения, касательные напряжения на которой превышают предельно допустимые и имеют максимальные значения; и позволяющая установить влияние на форму этой поверхности свойств керамической массы, геометрических параметров шнекового вала пресса и давления прессования. Установлена физическая картина движения глиняной массы в винтовом канале пресса, по которой относительное движение слоев формуемой массы происходит не в непосредственной близости от рабочих органов пресса, а по поверхности с максимальными касательными напряжениями. Разработан метод выбора геометрических параметров шнекового вала, отличающийся тем, что целевой функцией и установленной совокупностью функций-ограничений учитываются процессы, протекающие не только на поверхностях контактов формуемой массы со шнековым валом и корпусом пресса, но и в массиве глины.
Практическое значение работы заключается в том, что ее результаты, в частности метод определения геометрических параметров шнекового вала пресса, алгоритмы и программы, используемые при проектировании шнековых прессов, создают основу для создания высокоэффективных прессов, широко применяющихся при производстве глиняного кирпича.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и получили одобрение: на научно-практических конференциях Шахтинского института ЮРГТУ (2007 - 2009 гг.); на научной конференции Донецкого национального технического университета (Украина, г. Донецк, 2007 г.); на III Международной научно-технической конференции (г. Пенза, 2007 г.); на Международной научной конференции студентов, аспиратнов и молодых ученых (г. Нальчик, 2009 г.)
Реализация работы.
Диссертационная работа выполнена в Шахтинском институте ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» в рамках научного направления: «Теория и принципы создания робототехнических и мехатронных систем и комплексов», утвержденного Ученым советом ЮРГТУ (НПИ) 1.03.2006 г., по госбюджетной теме: ПЗ - 845 «Повышение эффективности технологических и транспортирующих машин промышленности строительных материалов». Результаты теоретических и экспериментальных исследований, методика расчета рациональных
7 конструктивных параметров шнекового вала внедрены в промышленных условиях ОАО «РОСТОВНЕРУД» и ООО «Шахтинский кирпичный завод» (г.
Шахты Ростовской области), а также в учебный процесс ШИ (Ф) ГОУ ВПО «ЮРГТУ (НПИ)» на кафедре «Машины и оборудование предприятий стройиндустрии».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 статей, в том числе 1 - в центральном издании, рекомендованном перечнем ВАК РФ.
Автор защищает. математическое описание процесса движения глиняной массы в винтовом канале пресса, учитывающее процессы внутри глиняной массы; возможность появления поверхности скольжения, касательные напряжения на которой превышают предельно допустимые и имеют максимальные значения; и позволяющее установить влияние на форму этой поверхности свойств керамической массы, геометрических параметров шнекового вала пресса и давления прессования; физическую картину движения глиняной массы в винтовом канале пресса, по которой относительное движение слоев глиняной массы происходит не в непосредственной близости от рабочих органов пресса, а по поверхности с максимальными касательными напряжениями; метод выбора геометрических параметров шнекового вала пресса, отличающийся тем, что целевой функцией и установленной совокупностью функций-ограничений учитываются процессы, протекающие не только на поверхностях контактов формуемой массы с рабочими органами пресса, но и внутри глиняной массы; математическую модель, алгоритм и программу, позволяющую определить оптимальные геометрические параметры шнекового вала пресса из условия минимизации удельных энергозатрат прессования; возможность повышения эффективности работы шнекового пресса за счет реализации разработанного метода.
Анализ физических свойств глиняных масс, формуемых шнековыми прессами
Кирпичная промышленность базируется на местном сырье — легкоплавких глинистых породах с большим разнообразием физико-механических и реологических свойств.
Структура и параметры рабочих органов шнековых прессов, процессы, происходящие в массиве формуемой глиняной массы и на поверхностях ее контактов с рабочими органами, в основном определяются физико-механическими свойствами глиняной массы. Главнейшими из них являются пластичность, формуемость, растяжимость и др.
В отечественной специальной литературе по инженерной геологии, грунтоведению и механике грунтов имеется много работ, освещающих природу пластичности и способы ее измерения. Пластичность - это свойство дисперсных масс под воздействием внешних усилий развивать необратимые деформации сдвига без разрыва сплошности. Аналогично определяется и формуемость. Отсюда следует, что системы, находящиеся за пределами формовочного состояния, не обладают пластичностью. По этим определениям пластичность - это формовочное состояние глинистых масс, или состояние формуемости, а всё, что находится за пределами этого состояния, не обладает пластичностью. Поэтому, в отличие от общепринятых представлений, изложенных в литературе по керамике, в понятия пластичности, пределов пластичности, консистенции и пластического состояния следует вкладывать те положения, которые четко определены грунтоведением, инженерной геологией и механикой грунтов.
Пластичность глинистых пород количественно характеризуется числом пластичности, представляющим собой разность между весовыми влажностями но границе текучести (верхний предел пластичности) и на границе раскатывания (нижний предел пластичности). Оба эти значения являются крайними точками интервала, в пределах которого глинистые частицы могут связывать воду и придавать породе пластическое состояние.
При выполнении теоретических исследований закономерностей движения глиняной массы в винтовом канале шнекового пресса важным этапом является идентификация среды и в зависимости от этого выбор расчетной схемы и математической модели напряженно-деформированного состояния формуемой массы.
Представления о физико-механической сущности переработки пластичных глин с течением времени трансформируются [18-27]. Согласно некоторым из них пластичная глина, подвергаемая машинной обработке, проходит условные каналы различной геометрической формы, зависящие от формы деформирующих глину деталей машин. В шнековом прессе глина проходит винтовой канал, образованный цилиндром корпуса и шнеком, конический, клиновой и, в зависимости от формуемого изделия, прямоугольный, кольцевой и щелевой. Согласно современным представлениям [28], механизм пластичного потока вязкой среды упрощенно может быть представлен, как показано на рисунке 1.13. Как видно, сначала середина частицы с контактирует "с" серединой частицы "d".. В процессе движения среды под воздействием внешних нагрузок частица "с" постепенно выходит из соприкосновения с частицей "d" и вступает в контакт с частицей "е". При дальнейшем движении среды частица "с" подходит к середине частицы "е" ,причем этот проход частицы "с" происходит без увеличения расстояния между любыми другими частицами, а, следовательно, без нарушения сплошности (разрыва )потока.
В шестидесятых годах прошлого века сделан прорыв в развитии прикладной реологии дисперсных систем в работах советских и зарубежных ученых. Работами академика П.А. Ребиндера [29] и его школы были заложены основы нового направления - физико-химической механики.
Используемый в физико-химической механике реологический аппарат содержит более 20 количественных показателей, позволяющих получить полное представление о поведении материала в процессе его обработки. Существуют, однако, значительные трудности в вычислении многих из них.
Как показали работы, проводимые на кафедре механического оборудования МИСИ им. В.В. Куйбышева, с точностью, достаточной для инженерных целей, может быть получена информация о поведении материала в процессе движения, если воспользоваться понятием эффективной (аномальной) вязкости.
Аномалия вязкости была обнаружена Ф.Н. Шведовым и затем Гар-рето и Дюпре-Деннингом в коллоидных растворах. Аномалия заключалась в том, что замеренная вязкость уменьшалась с увеличением градиента скорости вопреки существующему представлению о постоянстве этого коэффициента в формуле Ньютона.
Понятием эффективной вязкости очень удобно пользоваться, так как это дает возможность вместо 20 критериев, описывающих поведение пластичных материалов при их деформации, пользоваться практически одним
Моф Формуемую массу в винтовом канале шнекового пресса можно рассматривать находящейся в напряженно-деформированном состоянии, причем зависимость между напряжениями и деформациями непосредственно связана с природой массы. Процесс отыскания этой взаимосвязи является сложной задачей, требующей постановки предварительных экспериментов, измерения возникающих при этом напряжений и деформаций и установления зависимости между ними. Эта взаимосвязь обычно идеализируется простыми математическими формулами, связывающими напряжение и деформацию, пользуясь которыми, можно в отдельных случаях предугадать поведение массы в более сложных условиях нагружения. Примером простейшей идеализации, на которой основана классическая теория упругости, является абсолютно упругое тело. Для исследований явлений пластичности часто используется понятие идеальной пластичности или среды Сен-Венана. Третьей классической идеализацией является Ньютонова вязкость материала, при которой между напряжением и скоростью деформации наблюдается прямая пропорциональность.
Обоснование возможности появления в материале поверхности скольжения
Анализ физико-механических свойств глиняных масс, формуемых шнековыми прессами, проведенный в первой главе, показал, что наиболее точно их можно идентифицировать как среду Шведова-Бингама. Чтобы исследовать процессы внутри массы глины, в частности, возникновение в ней поверхности скольжения и ее форму, следует рассмотреть напряженно-деформированное состояние глиняной массы. Рассмотрим предварительно несколько частных более простых задач. 1. Равновесие цилиндра радиуса R и длины L при равномерном давлении на одном конце и отсутствии давления на другом без перемещения по боковой поверхности цилиндрической оболочки (рис. 2.3). Предположим, что деформация происходит в направлении оси цилиндра. Обозначив расстояние от оси цилиндра до любой точки массы как р, а ось цилиндра как Y, получим единственно существующий в направлении оси Y компонент перемещения V, а также единственно существующие компоненты касательного напряжения Г_, и деформации сдвига у = — [70]. Тогда зависимость между напряжением и деформацией име Если принять, что тело несжимаемо, то V будет независимо от Y, и тогда, согласно (2.11), Т . также будет независимо от Y [70]. В случае равновесия массы цилиндра радиуса р и длины L силы, действующие на его концах и по боковой поверхности, будут соответственно равны Условие равновесия цилиндра радиуса р имеет вид
Данная зависимость позволяет определить величину напряжений в любой точке глиняной массы. Так как р = -Jx2 + z2 , максимальные касательные напряжения в массе имеют место у поверхности контакта с цилиндрической оболочкой, и при выполнении условия т№ [г], в приграничных с оболочкой слоях массы произойдет сдвиг, то есть образуется поверхность скольжения. 2. Равновесие цилиндрического фрагмента глиняной массы радиуса R и длины L, расположенного между двумя полуцилиндрическими оболочками, одна из которых движется относительно другой в направлении оси цилиндра (рис. 2.4). Давление на концах цилиндра равно нулю. Перемещение глиняной массы по боковым поверхностям полуцилиндрических оболочек отсутствует. В этом случае, также как и в первом, имеем единственно существующие в направлении оси Y компоненты касательного напряжения т . В случае равновесия цилиндра радиуса R и длины L силы, действующие на его концах, будут равны нулю, а по боковым поверхностям где тКу - касательные напряжения на поверхностях контактов массы с полуцилиндрическими оболочками.
В любом сечении массы, параллельном оси Y , действуют касательные напряжения где Q - сила, действующая в рассматриваемом сечении в направлении оси Y; SM- площадь поверхности рассматриваемого сечения глиняной массы. Поверхность текучести появится в сечении массы при выполнении условия причем сдвиг слоев глиняной массы произойдет по поверхности, касательные напряжения на которой будут максимальными Величина касательных напряжений на любой поверхности глиняной массы зависит от площади этой поверхности и от силы, действующей на этой поверхности в направлении оси Y (рис. 2.4). Величина силы Q, действующей в сечении массы, зависит от координат линий пересечения этого сечения с цилиндрической поверхностью рассматриваемого объема массы (рис. 2.4). Максимальная сила Q будет действовать в сечении, лежащем в плоскости XOY при z=0 (рис. 2.4) Так как площадь этой поверхности S = 2RL, из условия равновесия имеем где Тс - касательные напряжения в глиняной массе в направлении оси Y в сечении, лежащем в плоскости XOY при z=0 (рис. 2.4).
Напряжения на рассматриваемой поверхности в тг/2 раз больше, чем на поверхностях контакта массы с полуцилиндрическими оболочками. Be 53 личина касательных напряжений в любых других сечениях, параллельных оси Y, меньше, чем в рассмотренном, так как отношение длины дуги окружности к длине хорды, ее отсекающей, меньше, чем отношение длины полуокружности к диаметру [71]. Следовательно, в данном случае поверхность скольжения лежит в плоскости XOY при z=0 (рис. 2.4). 3. Равновесие цилиндра радиуса R и длины L, расположенного между двумя полуцилиндрическими оболочками, одна из которых движется относительно другой в направлении оси цилиндра, при равномерном давлении на одном конце и отсутствии давления на другом, без перемещения по боковым поверхностям полуцилиндрических оболочек (рис. 2.5). В этом случае, также как и в рассмотренных ранее, имеем единственно существующие в направлении оси Y компоненты касательного напряжения т В случае равновесия массы цилиндра радиуса R и длины L, силы, действующие на его концах и по боковым поверхностям, будут соответственно равны
Факторный анализ, обоснование и построение модели процесса подачи материала напорным шнековым модулем
Основные количественные показатели эффективности функционирования шнекового пресса (производительность и потребляемая мощность) определяются процессами, происходящими на поверхностях контактов формуемой массы с поверхностью шнекового вала и внутренней поверхностью корпуса пресса и процессами, происходящими в массиве керамической массы. Характер этих процессов определяется свойствами керамической массы, отношением давлений на выходе и входе в винтовой канал пресса и геометрическими параметрами рабочих органов шнекового пресса. Производительность шнекового пресса (м3/мин) определяется по формуле о липшей на шнек и не имеющей поступательного перемещения (пассивная часть массы), м ; f(x) - функция, график которой является линией пересечения поверхности скольжения формуемой массы в винтовом канале пресса с плоскостью X1Z1 (рис 2.7), которая определяется из условия где ц - к.п.д. привода пресса; ю- угловая скорость шнека; Т - крутящий момент на валу шнека. Величину крутящего момента на валу шнека, имеющем традицион ный профиль, определим из условий равновесия глиняной массы (2.7) После подстановки значений величин, входящих в формулу (3.6) из (2.4-2.8) и интегрирования аналогично (2.10), имеем Анализ величин, входящих в зависимости (3.4 - 3.9) показывает, что производительность и мощность шнекового пресса зависят от: параметров, определяющих геометрические размеры машины: R, г, L; угловой скорости шнекового вала со; угла подъема винтовой линии шнека по внешнему диаметру а и профиля сечения шнека; коэффициента подачи шнека кр, который в свою очередь зависит от геометрических параметров шнекового вала и свойств формуемой массы; площади поперечного сечения части винтового канала пресса, в которой происходит осевое перемещение керамической массы. Увеличение производительности шнекового пресса за счет изменения параметров из первых двух групп приведет к увеличению его размеров и потребляемой мощности. Наибольший интерес, с точки зрения повышения эффективности функционирования пресса, представляют параметры третьей и четвертой группы, а именно: геометрические характеристики шнекового вала, так как именно они определяют осевую составляющую движения глиняной массы в винтовом канале пресса и площадь части винтового канала пресса, в которой происходит осевое перемещение керамической массы.
Основной задачей математического моделирования является нахождение экстремального значения целевой функции (критерия эффективности) и аргументов, при которых оно достигается. Для решения поставленной задачи повышения эффективности функционирования шнекового пресса необходимо четкое разграничение параметров машины на управляемые и неуправляемые [75]. Под неуправляемыми будем понимать параметры, которые в процессе решения задачи остаются постоянными. К ним относятся независимые параметры, значения которых изменить невозможно, и параметры, изменение значений которых нецелесообразно при решении поставленной задачи. Например, варьирование коэффициентов внешнего трения глиняной массы о поверхности шнека и корпуса пресса можно осуществить за счет изменения качества обработки последних.
В этом случае необходимо оценивать затраты на повышение качества поверхности, абразивные свойства глиняной массы и другие факторы, что выходит за рамки поставленной задачи моделирования. Управляемыми параметрами являются величины, значения которых необходимо найти в процессе решения задачи. Оптимизация этой группы параметров и является основной задачей математического моделирования. Управляемые или оптимизируемые параметры представлены в табл. 3.1. Здесь же приведены диапазоны изменения оптимизируемых параметров. Всю совокупность ограничений, накладываемых на параметры рабочих органов шнекового пресса в процессе их оптимизации, можно разделить на геометрические и технологические: К первой группе принадлежат функции-ограничения размеров рабочих органов, полученные из условий: - допустимой компоновки рабочих органов; - обеспечения нормального протекания процесса проталкивания глиняной массы шнеком к головке пресса; - изученности объекта оптимизации на период разработки настоящей модели. Вторая группа ограничений обусловлена регламентом технологического процесса. Ограничения параметров модели приведены в табл. 3.2. Математическая модель для определения рациональных значений геометрических параметров рабочих органов шнекового пресса из условия минимизации удельных энергозатрат представлена следующими уравнениями и неравенствами
Описание экспериментальной установки, применяемого оборудования и средств контроля
Конструктивные размеры рабочих органов экспериментальной установки: - диаметр шнека Д = 150 мм; - длина шнека - 3,28 Д; - шаг винта - 0,8 Д; - диаметр ступицы шнекового вала - 0,37 Д; - длина цилиндра - 1,75 Д; - диаметр цилиндра - 154 мм; -угол подъема винтовой линии - 20-21 град; - частота вращения шнекового вала - 30 об/мин. Коническая головка имеет на входе круглое сечение диаметром 154 мм, на выходе - прямоугольное с размерами 102 х 56 мм. Длина головки — 60 мм. Для определения скорости экструзии бруса из выходного отверстия мундштука применялось рабочее колесо, вращающее перфорированный диск, который в сочетании с источником излучения и фотодатчиком формировал электрические сигналы, частота которых пропорциональна частоте вращения диска. Частота импульсов v [мин" ] измерялась с помощью реле контроля частоты вращения S5000. Количество щелей в диске ш=20. Скорость экструзии (см/с) определялась по формуле V=L D/60, где L = 71-D - проекция длины рабочего колеса, см и - частота вращения рабочего колеса, мин"1 Производительность пресса определялась как произведение скорости экструзии бруса на площадь выходного сечения мундштука.
Для контроля давления в мундштуке экспериментальной установки был установлен датчик давления. На рабочую мембрану датчика был наклеен тензорезистор и, отдельно, на пластине - компенсирующий тензоре-зистор (полумостовая схема). Датчик давления тарировался с помощью статической нагрузки, передаваемой на мембрану через резиновую «подушку» [77]. Величина выходного напряжения определялась с помощью цифрового мультиметра В7-68, данные с которого через последовательный интерфейс RS-232 экспортировались в ПК в формат электронных таблиц. Контроль потребляемой мощности осуществлялся посредством цифрового измерителя мощности WT2030, результаты измерений с которого также экспортировались в формат электронных таблиц через последовательный интерфейс. Коэффициенты внешнего и внутреннего трения глиняных масс различной влажности при различных давлениях определялись на приборе для испытания грунтов на сдвиг ШО-С (рис. 4.4). Прибор состоит из основания 1; рычага 2 для передачи горизонтальной нагрузки; гильзы с материалом, состоящей из верхней неподвижной части 3 и нижней подвижной каретки 4; направляющего цилиндра 5; дренажного поршня со штоком 6; зажимного винта 7 для фиксации штока перед началом испытания образца и упорных винтов 8 для фиксации каретки.
Вертикальная нагрузка на образец осуществляется телескопической рычажной системой 9, дающей 25-кратное увеличение приложенной к ее концу силы. Чтобы рычажная система 9 в нейтральном положении не оказывала давление на шток поршня 6, она имеет регулируемый противовес 10. Для измерения деформаций сжатия и сдвига используются индикаторы часового типа 11 и 12. Экспериментально установлено [78, 79], что прочностные свойства глиняных масс, формуемых ленточными шнековыми прессами, характеризуются прямыми линиями огибающей Мора, уравнение которых можно записать так: где [т] - предельные напряжения сдвига, Па; а - нормальные напряжения к плоскости сдвига, Па; с - коэффициент, который равен касательным напряжениям, воспринимаемым глиняной массой при нулевом нормальном напряжении и называемый сцеплением, Па. При объемном напряженном состоянии глиняной массы вместо разрушения по площадке, в которой касательные напряжения впервые достигают величины с (предела прочности при сдвиге), предполагается, что предел прочности при сдвиге возрастает на величину, составляющую ц-ую долю от нормального давления по площадке. Величину (л, называют коэффициентом внутреннего трения. Эксперименты проводились в два этапа. Первый заключался в определении величины сцепления с. Гильза прибора П10-С (рис. 4.4) заполнялась глиняной массой, после чего прибор собирался и нагружался вертикальной нагрузкой с целью уплотнения глиняной массы. Затем вертикальная нагрузка снималась и прикладывалась горизонтальная нагрузка приводящая к разрушению образца (к сдвигу слоев образца в плоскости контакта подвижной и неподвижной частей гильзы). Величина сцепления с определялась по формуле горизонтальная сила приложенная к каретке, Н; На втором этапе определялось предельное напряжение сдвига глиняной массы при различных нормальных напряжениях.
Через телескопическую рычажную систему к поршню прилагалась фиксированная нагрузка. Затем к рычагу, соединенному с подвижной частью гильзы, заполненной глиняной массой, прилагалась медленно возрастающая горизонтальная на грузка до разрушения образца по плоскости сдвига. При этом коэффициент внутреннего трения глиняной массы определялся по формуле где Feepm - вертикальная сила приложенная к поршню прибора, Н. Коэффициент внешнего трения глиняных масс по металлу определялся аналогично. Между подвижной и неподвижной частями гильзы вставлялась тонкая металлическая пластинка, после чего определялись значения величины с и коэффициента і по формулам приведенным выше. В этом случае величина с характеризует прочность адгезионных связей, а jj. - коэффициент внешнего трения глиняной массы о металл. Испытания проводились на глиняных пастах влажностью 15, 18 и 21 %. Глиняные пасты нужной влажности готовились путем добавки расчетного количества воды к сухому растертому порошку. Паста в течение суток выдерживалась в эксикаторе. После контрольного измерения влажности паста заправлялась в гильзу прибора.
