Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ современных представлений о процессах обработки свежеуложенных бетонных поверхностей, методах контроля качества и тенденций развития заглаживающих машин 13
1.1. Критерии оценки качества поверхности бетонных изделий 13
1.1.1. Требования, предъявляемые к качеству поверхности бетонных изделий 13
1.1.2. Методы и приборы для измерений шероховатости поверхности бетонных конструкции 24
1.2. Основы проектирования машин для обработки бетонных поверхностей, обеспечивающие повышенную интенсивность процесса 30
1.2.1. Машины и оборудование для обработки бетонных поверхностей 30
1.2.2 Законы развития технических систем 40
1.2.3. Цель работы, задачи и объекты исследования 51
ГЛАВА 2. Основы теории взаимодействия рабочих органов машин с обрабатываемой средой 72
2.1 Реологическая динамика пограничных слоев вязкопластичных смесей 72
2.2. Валковые вибрационные рабочие органы 86
2.2.1. Моделирование режимов заглаживания 86
2.2.2. Определение заглаживающей способности 95
2.3. Дисковые вибрационные рабочие органы 100
2.3.1. Моделирование режимов заглаживания 100
2.3.2. Определение заглаживающей способности 103
2.4. Брусовые рабочие органы 121
2.4.1. Моделирование режимов заглаживания 121
2.4.2. Определение заглаживающей способности 124
ГЛАВА 3. Теоретические исследования динамических процессов, возникающих в процессе эксплуатации машин 131
3.1. Валковые вибрационные рабочие органы 131
3.1.1. Динамическая модель и ее анализ 131
3.2. Дисковые вибрационные рабочие органы 147
3.2.1. Динамические модели и их анализ 148
3.3. Брусовые рабочие органы 194
3.3.1. Кинематический анализ механизмов привода 194
3.3.2. Динамика процесса заглаживания 205
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования рабочих процессов 214
4.1. Реометрические исследования 214
4.2 Исследования валкового рабочего органа 221
4.2.1 Описание устройства пилотного промышленного стенда и принципа его работы 221
4.2.2. Методика проведения экспериментальных исследований 228
4.2.3. Обработка результатов эксперимента и анализ 332
4.3 Исследования дискового рабочего органа 250
4.3.1 Описание устройства пилотного промышленного стенда вибрационной дисковой заглаживающей машины 250
4.3.2. Методика проведения экспериментальных исследований 254
4.3.3. Анализ полученных результатов эксперимента 256
4.3.4. Экспериментальные исследования прочностных характеристик поверхностного слоя бетонной смеси 276
4.4 Исследования брусового рабочего органа 281
4.4.1 Описание устройства пилотного промышленного стенда 281
4.4.2. Методика проведения экспериментальных исследований 285
4.4.3. Исследование рабочего процесса рельефного заглаживания различными конструкциями бруса 287
4.4.4. Исследование уплотнения бетонной смеси по толщине изделия в процессе заглаживания 305
ГЛАВА 5. Рекомендации по проектированию 312
5.1. Принципы конструирования подшипниковых опор 312
5.2. Проектирование металлоконструкции порталов заглаживающих машин 323
5.3. Расчет основных параметров заглаживающих машин 331
Основные выводы 336
Библиографический список использованной
Литературы 342
Приложения 361
- Методы и приборы для измерений шероховатости поверхности бетонных конструкции
- Определение заглаживающей способности
- Описание устройства пилотного промышленного стенда вибрационной дисковой заглаживающей машины
- Проектирование металлоконструкции порталов заглаживающих машин
Введение к работе
Актуальность проблемы. Экономическое развитие Российской Федерации и выход на мировые рынки сбыта промышленной продукции во многом определяют процессы, связанные с созданием конкурентно-способных машин и оборудования. В условиях конкурентной борьбы за рынки сбыта между отечественными и зарубежными производителями, большое значение имеют разработка и внедрение новых высокоэффективных машин и оборудования.
За последние пятьдесят лет проведены многочисленные теоретические и экспериментальные исследования, посвященные изучению процессов обработки поверхности бетонных изделий. В ЦНИИЭП жилища, Ленинградском инженерно-строительном институте (СПбГАСУ), ОКТБ и ГПИ "Моспроект- стройиндустрии", НИИЖБе, Главмоспромстройматериалов,
ВНИИжелезобетона, Гипростроймаше, Братском ГУ и ряде других организаций исследовались различные способы обработки и разнообразные конструкции рабочих органов заглаживающих машин.
Большой вклад в развитие заглаживающих машин для обработки поверхности свежеуложенных бетонов привнесены проф. А.В. Болотным и его учениками.
Обобщение и анализ методов проектирования машин для обработки бетонных поверхностей и интенсификация процессов заглаживания свежеуложенных бетонов показывают, что решены далеко не все задачи, связанные с методологическими основами поиска путей повышения интенсивности и эффективности рабочих процессов рассматриваемых машин; требуют уточнения и дальнейшего совершенствования воззрения на физические основы взаимодействия рабочих органов машин с обрабатываемой средой с использованием перспективных физико-технических эффектов, например, вибрации, а также решения ряда частных задач по проектированию вибрационных заглаживающих машин с учетом динамических нагрузок,
6 возникающих в процессе эксплуатации с целью обеспечения их надежности и долговечности.
В качестве обобщенного метода поиска новых технических решений в настоящее время используют метод системного анализа для изучения сложных технических систем и процессов. Под системным анализом понимается вся методология процесса выработки и принятия решений в проблемных ситуациях, когда операции анализа и синтеза тесно переплетаются. В процедуру системного анализа технической системы входят этапы: формулирование цели, анализ проблемы и структуры технической системы, анализ закономерностей и тенденции исторического развития, составление моделей и разработка развернутого плана исследований, выбор критериев сравнения и т.п. Однако, когда простые технические системы с постоянной функцией, у которых техническое решение приближается к глобальному экстремуму по принципу действия и конструкции, стабилизируются и прекращают конструктивную эволюцию. Дальнейшее совершенствование технических систем возможно только с применением отдельных этапов системного анализа.
В основу научного подхода совершенствования машин для обработки бетонных поверхностей могут быть положены следующие принципы.
Изучение и анализ конструктивной эволюции, позволяющие набрать необходимую сумму факторов для формулирования закономерностей строения и развития, которые значительно облегчают поиск новых технических решений.
Изучение и анализ гидродинамических процессов заглаживания, позволяющие осуществлять поиск новых физических эффектов, которые обеспечивают повышение интенсивности и эффективности процесса, и создавать их физические и математические модели.
Экспериментальные исследования процессов заглаживания с целью определения рациональных геометрических и кинематических параметров машин.
4. Разработка методов расчета типовых конструкций машин нового поколения.
Очевидно, что социально- экономическую целесообразность создания и использования заглаживающих машин нового поколения имеет смысл рассматривать при наличии необходимого научно-технического потенциала, обеспечивающего принципиальную возможность проектирования, изготовления и практического их использования. При этом наличие социально-экономической целесообразности указывает на то, что, во-первых, изготовление и практическое использование заглаживающих машин нового поколения в целях удовлетворения определенных потребностей экономически возможно и выгодно, во-вторых, не ухудшаются антропогенные критерии прогрессивного развития.
Закономерности исторического развития техники включают расширение спектра процессов, применяемых в технике; использование более мощных источников энергии и постоянный рост интенсивности процессов.
Одним из основных принципов закономерности исторического развития техники, используемый в дальнейшем изложении является принцип предпочтения: при переходе на новые принципы действия в технических системах с использованием конкретных физических эффектов предпочтение отдается более новым физическим эффектам, т.е. открытым позднее.
В соответствии принципом предпочтения интерес с точки зрения интенсификации технологических процессов в строительной индустрии представляют физико- химические эффекты тиксотропии и виброкипения. Эффект тиксотропии, т.е. обратимое падения вязкости дисперсных системы при механических воздействиях, был изучен Г. Фрейндлихом и П.А. Ребиндером в 30- ые. Виброкипения (виброожижения), т.е. уменьшение коэффициента внутреннего трения дискретных систем, В.А. Членовым, Н.В. Михайловым, И.И. Блехманом, Г.Ю. Джанелидзе и др. авторами в 60...70- ые годы XX века [50;52;55;58;128;129].
Среди различных способов механической обработки при производстве строительных материалов в процессах дробления, классификации, уплотнения, перемещения, сушки, смешивания и др. особое место занимают вибрационные процессы.
Целесообразность использования вибрации в разнообразных технологических процессах в различных отраслях промышленного производства доказана в результате многочисленных исследований академика П.А.Ребиндера и его учениками, профессорами И.Н. Ахвердовым, Д.Л.Барканом, Ю.М. Баженовым, В.В. Верстов, А.Е. Десовым, Г.Я.Кунносом, В.А. Кузьмичевым, А. Н. Лялинов, С.А. Мироновым, А.А. Серебренниковым, Б.Г.Скрамтаевым, A.M. Скудрой, В.И.Сорокером, М.А. Талейсником, Н.Б.Урьева, Л.А. Файтельсоном, Н.Я. Хархутой и др. [9;10;11;12;77;99;100;158;168;181;183], а также коллективами научно-исследовательских институтов ВНИИСтройдормаш, ВНИИземмаш, ВНИИСМ, НИИЖБ, ИСиА Латвийской ССР, ВНИИГ им. Веденеева, ЦНИИОМТП, СоюзДорНии и других.
В рассматриваемом аспекте представляемая работа является актуальной, так как предлагаемые конструкции вибрационных заглаживающих машин до настоящего времени не получили применения в промышленности из-за отсутствия научно обоснованных принципов и методов их проектирования.
Проведенные автором исследования в течении 2 5-ти лет в Братском ГУ совместно с СПбГАСУ и рядом промышленных предприятий Красноярского края являются естественным продолжением предыдущих работ и обобщают большой опыт в области проектирования машин для обработки бетонных поверхностей.
Цель работы состоит в развитии теории взаимодействия вибрационных рабочих органов с обрабатываемой средой, повышении эффективности рабочего процесса обработки бетонных поверхностей и разработке методологии создания типоразмерного ряда вибрационных рабочих органов бетоноотделочных машин.
Реализация поставленной цели достигается решением следующих задач:
Разработкой теоретических основ взаимодействия рабочих органов вибрационных заглаживающих машин с обрабатываемой средой с целью уточнения критерия эффективности процесса обработки бетонных поверхностей.
Проведением теоретических исследований динамических процессов, возникающих при эксплуатации заглаживающих машин.
Изучением тенденции развития бетоноотделочных машин с целью повышения эффективности рабочих процессов последних и выделения наиболее перспективных направлений их развития.
Развитием современных представлений о процессах обработки свежеуложенных бетонных поверхностей.
Обоснованием методов экспериментальных и теоретических исследований, а так же изучением процесса заглаживания бетонных изделий, отформованных из смесей различной жесткости, на конкретных опытно -промышленных образцах вибрационных бетоноотделочных машин.
Разработкой методов проектирования вибрационных бетоноотделочных машин.
Реализацией результатов работы в строительстве и на заводах по производству железобетонных изделий.
На защиту выносятся следующие результаты исследований, полученные лично автором и обладающие научной новизной: а) разработаны теоретические основы новых путей развития заглаживающих машин, позволяющие находить конструктивные решения, в том числе предусматривающие повышенную эффективность воздействия рабочих органов на обрабатываемые поверхности; б) предложена классификация перспективных рабочих органов вибрационных заглаживающих машин и определены механизмы совместимого сочетания способов возбуждения, характера колебаний и особенностей конструкций этих органов, обеспечивающие проектирование надежных и долговечных машин; в) впервые разработаны математические модели течения вязкопластичной жидкости под валковыми, дисковыми и брусовыми рабочими органами, решение которых позволило получить условия, обеспечивающие неразрывность потока материала в пограничном слое и, следовательно, процесс бездефектного заглаживания; г) разработаны динамические модели взаимодействия вибрационных рабочих органов заглаживающих машин, учитывающие структурно-реологические свойства обрабатываемой бетонной поверхности и включающие возможный диапазон различных сред (от пластичных до особо жестких); д) установлено, что с применением вибрационных воздействий поведение пограничного слоя бетонной смеси, при деформировании в условиях сдвига, с позиций реологии аппроксимируется моделью Ньютона: т - цу \ е) с использованием теории многофакторного эксперимента разработаны математические модели изменения шероховатости поверхности обрабатываемых бетонных изделий, позволяющие на стадии проектирования назначать рациональные кинематические и геометрические параметры машин; ж) разработаны новые методы расчета основных параметров вибрационных рабочих органов бетоноотделочных машин.
Обоснованность и достоверность научных положений, рекомендаций и выводов подтверждается апробированными на практике теоретическими и экспериментальными исследованиями, опирающимися на основные положения гидродинамики пограничного слоя, теорию колебаний и виброреологию дисперсных систем; удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований опытно-промышленных образцов машин; обработкой результатов исследований методами математической статистики с использованием стандартных программ Microsoft Excel, Mathcad 2001 і Professinal, WinMashine, MathLab.
11 Практическая ценность работы и ее реализация: впервые для пластичных и умеренно жестких бетонных смесей определены зона устойчивости и соответствующие предельные значения критерия интенсивности вибрации И = А2со3 рабочих органов в диапазоне от 10 до 15 м2/с3, обеспечивающие отсутствие вибрационного погружения ручных и самоходных заглаживающих машин в процессе обработки поверхности свежеуложенной бетонной смеси и, как следствие, повышение ее качества и производительности машин; разработан ряд конструкций вибрационных заглаживающих машин, защищенных 30 патентами и авторскими свидетельствами РФ, и методы их проектирования; D разработаны рекомендации по применению вибрационных рабочих органов заглаживающих машин с учетом технологии производства бетонных и железобетонных изделий; D результаты работы внедрены в производство в виде ряда опытно -промышленных образцов вибрационных заглаживающих машин различных конструкций; основные научные результаты работы используются в лекционных курсах, дипломном проектировании и при подготовке студентов, магистров и аспирантов в Братском государственном университете и Красноярском государственном техническом университете.
Апробация работы. Результаты и основные положения доложены и обсуждены на 34, 35, 36, 37 и 38-й научных конференциях ЛИСИ (в 1976-80 гг.) и ИЛИ (в 1980-85 гг.); на XVI научно-технической конференции молодых ученых и специалистов НИИРП и его филиалов, проходившей в Санкт-Петербурге в 1976 году; на всесоюзном семинаре «Технология отделки фасадных стеновых панелей» в Московском доме научно-технической пропаганды им. Ф.Э. Дзержинского в 1977 г.; на научной конференции молодых специалистов и аспирантов ВНИИземмаша и ВНИИкоммунмаша в 1978 г.; на семинаре «Комплексная механизация производственных процессов - как средство повышения эффективности строительства» в Ленинградском доме научно-технической пропаганды 1979 г.; на семинаре НТО стройиндустрии в Санкт-Петербурге в 1979 г.; на международной конференции РАН «Проблемы механики современных машин», г. Улан-Удэ, 2000 г.; на международном симпозиуме «Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного действия », г. Орел, 2001 г.; на международной научно-технической конференции «Интерстроймех - 2001», г. Санкт-Петербург, 2001 г.; на международной научно-практической конференции «Математическое моделирование в образовании, науке и производстве», г. Тирасполь, 2001 г.; на XIII симпозиуме «Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем» ИМАШ РАН, г. Москва, 2001 г.; на межвузовской конференции с международным участием «Транспортные средства Сибири», г. Красноярск, 2001 г.; на международной научно-технической конференции «Интерстроймех - 2002», г. Могилев, 2002 г.; на VI-XXV научно-технических конференциях БрГТУ, г. Братск, 1985-2006 гг.; на международной научно-технической конференции «Интерстроймех - 2005», г. Тюмень.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка использованной литературы из 209 наименований. Объем работы составляет 455 страниц, в том числе 182 рисунка, 27 таблиц и 95 страниц приложений.
Список опубликованных в открытой печати работ составляет 120 наименований, в том числе 30 авторских свидетельств и патентов.
Автор выражает благодарность профессору [А.В. Болотному} за научную консультацию и полезные советы при выполнении работы.
Методы и приборы для измерений шероховатости поверхности бетонных конструкции
Обзор каталогов и нормативных документов по бетонным и железобетонным конструкциям в различных областях строительства показал, что особенно большое значение имеют вопросы чистоты поверхности в жилищном, промышленном, дорожном, аэродромном и гидротехническом строительствах [33, 34, 38, 167]. Шероховатость поверхности изделий в домостроении должна составлять: - бетонные полы (лестничные площадки, марши и т.д.) - 0,3...0,6 мм; - поверхности изделий, обращенные внутрь жилых и производственных помещений, а также все типы изделий, в дальнейшем окрашиваемые или оклеиваемые - 0,6...1,2 мм; - поверхности изделий, покрываемые рулонными или плиточными материалами (полы, кровли) - 1,2...2,5 мм; - фундаментальные блоки, панели под черные покрытия - 2,5...5,0 мм; - изделия, закладываемые в грунт (кроме свай) - более 5,0 мм. Поверхности аэродромных и дорожных плит должны обеспечить необходимое сцепление колес транспортных средств в момент торможения или во время движения на закруглениях дорог. По данным [86], шероховатость поверхности бетонных дорог должна при торможении обеспечивать замедление движения автомобиля с осевой нагрузкой 8...10 т не менее 5 м/с. Такое замедление (при определенных прочих условиях) обеспечивается в случаях шероховатости покрытия составляющей 2...4 мм.
Требования к чистоте внутренних поверхностей сооружений судостроительной промышленности установлены соответственно условиям их обитаемости и во многих случаях не ниже требований к чистоте поверхности в домостроении (0,6...1,2 мм). Наружные поверхности, особенно находящиеся в постоянном контакте с морской водой, покрывают дорогостоящими покрытиями, предохраняющими от их агрессивного влияния окружающей среды и обеспечивающими минимальные потери на трение при движении. Чистота поверхности окрашиваемых наружных частей таких бетонных сооружений должна быть не более 0,6 мм [5].
Поверхность бетонной облицовки ирригационной, мелиоративных, судоходных и других каналов должна обеспечивать минимальные потери расхода воды. Гладкая поверхность облицовки предохраняет канал от преждевременного разрушения и увеличивает продолжительность срока эксплуатации между очередными чистками. Чистота поверхности бетонной облицовки каналов должна быть в пределах 1,5...2,0 мм .
Выбор способа обработки поверхности бетонной конструкции в значительной мере определяется видом используемого формовочного оборудования. При горизонтальном способе формования открытую поверхность легко можно обрабатывать до необходимого класса шероховатости, заглаживая еще не затвердевшую бетонную смесь. Иначе обстоит дело с поверхностями, обращенными к форме. Отделывать их можно лишь после распалубки изделия или конструкции. При этом приходится обрабатывать уже затвердевший бетон. С этой целью наносят на них специальные растворы и затирают поверхности при помощи специальных машин.
Высокая степень чистоты поверхности бетонных конструкций достигается путём их шлифования и полирования .
С появлением заглаживающих машин и установлением стандартов на качество отделки поверхности железобетонных изделий, возникла необходимость создания объективной методики измерения дефектов поверхности. Известные методы, применяемые в других отраслях промышленности, оказались непригодными для измерения шероховатости бетонных поверхностей.
Существующие приборы для измерения шероховатости железобетонных поверхностей основаны на контактном и бесконтактном методах. Приборы, осуществляющие контактные методы измерения -механические, а приборы, осуществляющие бесконтактные методы измерения -оптические. Контактные приборы могут работать по принципу циклического и непрерывного измерения.
Первый прибор непрерывного измерения появился в 1934 году. Он представляет собой скользящую по поверхности иглу, вертикальное перемещение которой передается через систему рычагов. В 1950 году был разработан прибор, основанный на циклическом измерении шероховатости поверхности. Позже появились приборы, у которых вертикальное перемещение иглы преобразовывалось в колебания электрического тока (с помощью катушек индуктивности, пьезокристаллов и др.) и по его величине определялась величина шероховатости.
Щуповые приборы для измерения шероховатости поверхности бетона появились в США в 1948 г. Несколько позднее (1951 г.) они были созданы в ФРГ и получили название "иглоскоп Вайнграбера". Он состоит из корпуса в виде двух пластин, между которыми вплотную установлен набор игл одинаковой длины. Во время замера корпус устанавливается на поверхности изделия, а концы игл вручную прижимаются к бетону. По отметкам на бумаге противоположных концов игл строится профилограмма. Прибор прост в обращении и надежен в работе, но имеет большую погрешность измерения и требует значительной затраты времени на каждый замер.
Для измерения шероховатости дорожных покрытий известен профилограф конструкции Э.Г. Подлиха [146] - игла, совершающая возвратно-поступательное движение, соединенная с самописцем. Известны также приборы, у которых перемещение иглы осуществляется электромагнитами и другими вибрационными устройствами.
В 1970 году во ВНИИЖБе был разработан электронный измеритель шероховатости ЭИШ-1. По конструкции он аналогичен прибору Э.Г.Подлиха. Отличие заключается в том, что иглы в нем перемещаются вручную, а их верхний конец выполнен в виде ферромагнитного сердечника, пересекающего при движении магнитно-силовые линии катушки индуктивности. Колебания электрического сигнала на иглах преобразуются и подаются на микроамперметр, шкала которого отградуирована в миллиметрах.
Известны приборы для измерения шероховатости, основанные на принципе определения интенсивности отражения света от измеряемой поверхности (Gamma 23-35 - ВНР и НИС-П - Россия). Я. Райчыком [154] в 1997 году (Республика Польша) предложена конструкция оптического прибора для измерения шероховатости, которая основана на методе получения сканнинг-фотографии поверхности бетона размером 100x200мм. Сканнинг-фотография затем обрабатывается при помощи специальной компьютерной программы и, затем, строятся соответствующие гистограммы шероховатости исследуемого участка.
В Великобритании шероховатость поверхности измеряется методом пескового пятна [155]. Измерение проводится на поверхности, для которой предварительно, путем макроскопических исследований, определена доминирующая шероховатость. Если принимается несколько точек измерений, то их измерительная длина должна находится в интервале 10...20% суммарной длины исследуемого промежутка. Измерение проводится на поверхности площадью 0,4 м , раньше очищенной от зерен песка. На так подготовленную поверхность высыпается песок из измерительного цилиндра ёмкостью 250 мл и распределяется так, чтобы он заполнил все неровности поверхности. С помощью циркуля измеряется радиус песчаного пятна. Проводится минимум 10 замеров. Глубину текстуры определяется из выражения:
Определение заглаживающей способности
Дисковый рабочий орган заглаживающей машины с вертикальными колебаниями (рис. 1.2.19) состоит из корпуса 4 с крепящемуся к нему при помощи болтовых соединений нижней 15 и верхней 7 крышками, на внутренней поверхности которого имеются направляющие 11; электродвигателя 12 с двумя приводными валами 2 и 5, на верхнем 5 из которых жестко закреплена ведущая шестерня 10 дебалансного механизма, к нижнему валу 2 через соединительную муфту 13 и выходной вал 14, с помощью муфты 16 крепится заглаживающий диск 18; пружины 3 позволяющей дебалансному механизму совершать колебательные движения в вертикальной плоскости; тарелки 1 закрепляющей пружину 2 от горизонтальных смещений относительно центральной оси рабочего органа; дебалансного механизма состоящего из корпуса 9, конических шестерен 8 со съемными дебалансными массами 6; втулки 17 позволяющей выходному валу 14 совершать вертикальные возвратно-поступательные движения относительно центральной оси рабочего органа.
Дисковый рабочий орган заглаживающей машины с вертикальными колебаниями работает следующим образом. При включении электродвигателя 12 через промежуточный вал 14 и соединительные муфты 13 и 16 передается вращение на заглаживающий диск 18, одновременно с этим начинают вращаться конические шестерни 8 дебалансного механизма приводимые в движение ведущей шестерней 10 жестко закрепленной с верхним валом 5 электродвигателя 12. В результате вращения конических шестерен 8 дебалансного механизма с закрепленными на них дебалансными массами 6 дебалансный механизм, взаимодействуя с пружиной 3, начинает совершать колебания в вертикальной плоскости по направляющим 11, в результате чего колебательные движения через жестко прикрепленный к дебалансному механизму электродвигатель 12, муфты 13 и 16 и выходной вал 14 передаются на заглаживающий диск 18. Таким образом, в процессе отделки поверхности изделия заглаживающий диск 18 одновременно совершает вращение и колебательные движения в вертикальной плоскости. При этом из бетонной смеси выделяется цементно-песчаное молочко, которое способствует процессу сглаживания неровностей на поверхности изделия.
Преимуществом такой конструкции является возможность регулирования амплитуды и частоты колебаний заглаживающего диска, что способствует обрабатывать поверхности изделий отформованные из бетонных смесей любой жесткости.
Заглаживающая машина с инерционно-импульсным рабочим органом (рис. 1.2.20) работает следующим образом. От электродвигателя вращение передается вертикальному валу 17. На конце вала 17 закреплен импульсатор 1 с прикрепленными к нему сателлитами 2, 15, вращающимися вокруг шестерни 16 на реакторе 1, на одном из сателлитов установлен груз 3. Автолог 14 соединяет реактор с ведомым маховиком 12 в положительной фазе цикла. Автолог 5 через зубчатую передачу 7-8-10 передает отрицательный импульс момента ведомому валу 11, который за счет этого поворачивается на больший или меньший угол в зависимости от момента сил сопротивления, при этом диск 9 совершает импульсные колебания.
В процессе отделки поверхности изделия заглаживающий диск совершает колебания в плоскости, параллельной заглаживающей поверхности, однако направлены они под различными углами к направлению её движения. При таком воздействии рабочий орган скользит по заглаживаемой поверхности, вызывая перераспределение частиц верхнего слоя бетонной смеси. Преимуществом такой конструкции является высокое качество обработки жестких бетонных смесей, получение высокопрочного поверхностного слоя.
Инерционно-импульсный рабочий орган заглаживающей машины (рис. 1.2.21) состоит из самоходного портала 3, на котором установлен вертикальный приводной вал 2, приводимый во вращение электродвигателем 1.
На конце вала 2 закреплен инерционно-импульсный механизм 4 содержащий ведомое звено 5 привода вращательного движения, которое упругими элементами (пружинами) 9, с помощью крестовины 8, втулки 6 и втулки 7 соединяются с соосным диском 10, на котором установлены системы 12, вращающиеся вокруг шестерни 17, установленной посредством автолога 11 на вертикальном валу 15, при этом на обоих сателлитах 12 закреплены неуравновешенные грузы 13. Вертикальный вал 15, имеющий динамические гасители колебаний 14 приводит в движение заглаживающий диск 16.
Инерционно-импульсный рабочий орган заглаживающей машины работает следующим образом: при включении электродвигателя 1 вращение с приводного вала 2 передается ведомому звену 5, которое соединено упругими элементами 9, с помощью крестовины 8, втулки 6 и втулки 7 с соосным диском для обеспечения подвижности, на котором установлены сателлиты 12 с неуравновешенными грузами 13 для вращения вокруг шестерни 17 и тем самым, вызывая импульсные колебания вала 15 в горизонтальной плоскости, на конце, которого установлен заглаживающий диск. Для предотвращения динамических колебаний диска 16 вал 15 подпружинен динамическими гасителями 14. Таким образом, при обработке поверхности изделия заглаживающий диск совершает сложное вращательно-колебательное движение и импульсные колебания в горизонтальной плоскости. Преимуществом такой конструкции является высокое качество обработки жестких бетонных смесей.
Описание устройства пилотного промышленного стенда вибрационной дисковой заглаживающей машины
Важным этапом при проектировании вибрационных машин является изучение и управление структурно-реологическими свойствами материалов в процессе их переработки для обоснования оптимальных параметров механических воздействий, обеспечивающих минимальные энергетические затраты при предельно возможном сокращении длительности технологического процесса.
Развитие представлений об управлении свойствами дисперсных систем связано с созданием реологии - раздела физики, изучающего процессы деформирования и течения различных материалов [157,158,174,180,182,183,184]. На основе общих положений физико-химической механики дисперсных систем бетонные смеси относятся к гетерогенным системам. [156]. Гетерогенная система - микроскопически неоднородная физико-химическая система, состоящая из различных по свойствам частиц, разграниченных поверхностями раздела. Эти системы принято разделять на три основные группы: / группа - двухфазная система, состоящая из твердой дисперсной фазы и газовой дисперсной среды, обозначается Т-Г; // группа - двухфазная система, состоящая из твердой дисперсной фазы и жидкой дисперсной среды, обозначается Т-Ж; III группа - трехфазная система, состоящая из твердой дисперсной фазы, жидкой и газовой дисперсной среды, обозначается Т-Ж-Г. Бетонная смесь представляет собой систему, состоящую из частиц твердой фазы различной крупности и воды, и принадлежит в соответствии с данной классификацией ко второй группе. В силу адсорбционной способности частиц цемента при взаимодействии с водой образуется реакционно- активная система, в которой во взвешенном состоянии могут находиться частицы песка, щебня или гравия. Физические свойства гетерогенных систем определяются в основном поверхностными явлениями, происходящими на границе раздела фаз, а их тип -типом контакта между частицами твердой фазы. Рассматриваемые смеси обладают структурой с коагуляционными контактами, образующимися между частицами твердых фаз, разделенными прослойками жидкой дисперсной среды, равновесная фиксированная толщина которых соответствует минимуму свободной поверхностной энергии. Подобный тип контактов характеризуется обратимостью, т.е. после разрушения восстановлением их до первоначального уровня. Свойство обратимости сил взаимодействия между частицами при наложении и снятии механических воздействий на гетерогенные системы носит название тиксотропии [189]. Разрушение же этих сил часто называют "разжижением" среды. Отметим основные классы материалов, рассматриваемые реологией [180]. К первому классу относятся ньютоновские жидкости, вязкость которых не зависит от скорости сдвиговых деформаций и является функцией температуры и давления. Ко второму классу относятся неньютоновские жидкости, свойства которых изменяются не только с изменением температуры и давления, но и зависят от их предыстории, скорости сдвиговых деформаций и других видов механических воздействий. К ним относятся бингамовские пластики, псевдопластики, жидкости дилатантные, тиксотропные и реопектические . Типовые зависимости касательного напряжения «Т» материалов от скорости сдвига «v» (рис. 2.1.1а) и времени «t » (рис. 2.1.16) представителей этих групп показаны рисунках. Для изучения физических свойств материалов математическими методами в реологии принято создавать идеальные модели с точно определенными свойствами. Этот способ заключается в построении моделей, состоящих из различных комбинаций механических элементов, в которых под действием соответствующих сил возникают перемещения определенных видов, подобных тем, какими обладают материалы, поведение которых желательно описать. В рассматриваемой аспекте исследований для модельного описания материалов в реологии используются следующие основные идеальные механические элементы: 1. элемент, характеризующий ньютоновскую идеальную вязкую жидкость, в виде поршня в цилиндре с идеальной жидкостью, перемещаемого в нем без трения; 2. элемент, характеризующий идеальное упругое твердое тело, подчиняющееся закону Гука, в виде пружины; 3. Элемент, характеризующий пластичность, в виде груза, лежащего на плоскости, который начинает перемещаться с постоянной скоростью после достижения предельного напряжения сдвига. Все идеальные механические элементы как и их производные, составленные путем последовательного или параллельного соединения основных идеальных механических элементов, принято называть моделями по именам ученых, которые впервые описали законы течения и деформирования различных материалов. На рис. 2.1.2 представлен ряд наиболее распространенных моделей.
Проектирование металлоконструкции порталов заглаживающих машин
Общий вид стенда представлен на рис.4.2.1. Стенд спроектирован на базе заглаживающая машина СМР-13 промышленного образца, которая состоит из рамы 1, расположенного на ней подвижного моста 2, на котором установлена передвигающаяся каретка 3. На каретку вместо стандартного навесного оборудования был установлен экспериментальный образец исследуемого валкового рабочего органа 4. Привод поперечных колебаний валка осуществляется посредством генератора колебаний 5. Насосная станция 6 посредством гибкого трубопровода 7 обеспечивает подачу жидкости к гидромоторам и, тем самым, передвижение моста и каретки. Управление экспериментальной установкой осуществляется пультом 8. Заглаживаемые изделия изготавливаются в форме 9.
Валковый рабочий орган с приводом поперечных колебаний представлен на рис.4.2.2. Он состоит из валка 1, корпусов 2 и 3, которые крепятся к качающейся раме 4. В корпусе 3 установлена плунжерная пара идентичная плунжерной паре, находящейся в генераторе колебаний. На ведомый вал корпуса 2 установлен ступенчатый шкив 5. Электродвигатель 10 и установленный на нем шкив 7 крепятся на поворотной раме 8, которая может поворачиваться относительно рамы 9. Рама 9 крепится к каретке заглаживающей машины. Ремни 6 обеспечивают передачу крутящего момента.Генератор колебаний (рис.4.2.3.) состоит из гидронасоса 1 с регулируемой подачей, электродвигателя 2, ременной передачи 3, фильтра 4, гидромотора 5 установленного на корпусе 6, в котором находится эксцентриковый вал, соединенный с валом гидромотора. Плунжерная пара 7 связана с эксцентриковым валом. Рабочая жидкость заливается в бак 8. Все элементы генератора смонтированы на раме 9.
Пульт управления (рис.4.2.4) состоит из корпуса 1, кнопок управления 2, расположенных на его крышке, выключателя сети 3. В корпусе пульта управления установлены понижающий трансформатор и электромагнитные пускатели. Принципиальная схема гидропривода и электрическая схема экспериментального стенда представлены на рис. 4.2.5 и рис. 4.2.6.
Экспериментальный лабораторный стенд работает следующим образом С пульта управления включается насосная станция 1. Рабочая жидкость (масло АМГ-10) подается под давлением в гибкий рукав высокого давления 2, устанавливая в нем рабочее давление Р0. Давление регистрируется масляным манометром 3. После установки давления в трубопроводе 2 вентилем 4 перекрывается подача масла. Далее включается генератор колебаний 5 и плунжер 6, связанный с эксцентриковым валом 7, начинает совершать колебательные движения, передавая движения валковому рабочему органу через рукав высокого давления 2 и плунжерную пару 8. Одновременно с включением генератора колебаний включается электродвигатель 9. При этом валок 14 начинает вращаться и одновременно совершать колебательные движения в горизонтальной плоскости. Передвижение моста и каретки осуществляется посредством гидромоторов 10 через гидрораспределители 11. Дросселями 12 изменяется скорость передвижения моста и каретки. Управление дросселями происходит с пульта управления.
