Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований . 9
1.1. Обзор и анализ методов и средств интенсификации процессов смешивания 9
1.2. Обзор процесса виброперемешивания
1.3. Постановка вопроса и цель работы . 27
2. Вопросы теории моделирования процессов смешивания 33
2.1. Обзор методов моделирования 33
2.2. Разработка комбинированной теории непрерывного процесса смешивания
3. Исследование процесса вибрационного смешивания
3.1. Исследование свойств виброкипящего слоя . 47
3.2. Исследование процесса смешивания на вибростенде 70
3.3. Исследование процесса смешивания в виброшнековом смесителе
3.4. Анализ полученных результатов 103
4. Исследование центробежных форсунок 111
4.1. Форсунки как средство ввода вяжущего в смеситель 111
4.2. Вопросы моделирования.
4.3. Проведение экспериментальных исследований и анализ полученных результатов 119
5. Результаты внедрения 135
5.1. Производственные испытания 133
5.2. Расчет экономического эффекта 139
Выводы
Приложения
- Обзор и анализ методов и средств интенсификации процессов смешивания
- Разработка комбинированной теории непрерывного процесса смешивания
- Исследование процесса смешивания в виброшнековом смесителе
- Проведение экспериментальных исследований и анализ полученных результатов
Введение к работе
Актуальность темы. В основных направлениях экономического развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года, принятых ХХУІ съездом КПСС, предусмотрено дальнейшее развитие автомобильного транспорта и дорожного хозяйства нашей страны: увеличение грузооборота автомобильного транспорта общего пользования в 1,3-1,4 раза; ускоренное развитие опорной сети магистральных автомобильных дорог; строительство автомобильных дорог с твердым покрытием в сельской местности; улучшение качества строительства дорог.
Успешное решение этих задач неразрывно связано с созданием и использованием более эффективного смесительного оборудования, совершенной технологии, обеспечивающих высокое качество смеси при минимальной энергоемкости и трудоемкости процесса.
Исследования по повышению интенсивности и эффективности приготовления различных смесей, широко представлены в работах М.И. Волкова, А.Е.Десова, Л.Б.Гезенцвея, Н.В.Горелшева, Н.Н.Иванова, Л.П.Камчатнова, И.П.Керова, А.С.Колбановской, В. А. Кузьмичева, Г.Я.Кунноса, В.В.Михайлова, Н.В.Михайлова, М.Ф.Ншшшиыой, П.А. Ребиндера, И. М. Руд энской, И.А.Рыбьева, П.В.Сахарова, К.П.Севрова и многих других авторов.
В настоящее время приготовление дорожных смесей производится в смесителях принудительного действия.
Смеси, получаемые в таких смесителях, имеют низкое качество и выполненные с их использованием покрытия, не соответствуют современным требованиям к дорожной одежде. Одним из путей повышения качества смешивания является увеличение активности воздействия рабочих органов смесителей на смесь. Это условие может быть обеспечено в смесителях вибрационного типа. Применение вибрации при смешивании таких материалов, как асфальтобетонные и битумоминера -5 льные смеси, обосновывается достижениями физико-химической механики дисперсных структур,
В работах советских ученых развиты представления о структу-рообразовании дисперсных материалов и показана возможность улучшения их свойств путем преобразования их структур при механических воздействиях. В числе механических воздействий ведущее место принадлежит вибрационным. При вибрации возникают процессы тиксотропних превращений, в результате которых снижаются связи между частицами, что значительно облегчает их перемешивание, снижает расходуемую на смешивание мощность и сокращает время смешивания.
Целесообразность процесса виброперемешивания доказана в многочисленных работах, проведенных такими организациями, как ВНИИ-стройдормаш, ВНИШШ, ИС и А АН Латвийской ССР, институтом горного дела АН Грузинской ССР, КЙСИ, рядом институтов министерства строительства РСФСР, Гипростройиндуетрии и другими.
Как показали исследования, виброперемешивание пригодно для смешивания преимущественно жестких бетонных смесей, приготовление которых другими способами затруднительно. Отмечается повышение однородности и прочности вибрированных смесей, указывается на возможность экономии вяжущего материала, уменьшение времени перемешивания и повышение производительности мешалок.
Представляемые в данной работе исследования, направленные на управление процессом смешивания, в плане выбора конструкции смесителя и его геометрических и кинематических параметров, являются дальнейшим развитием работ по проблеме повышения интенсивности и эффективности процесса приготовления дорожных и строительных смесей.
Цель работы. Повысить эффективность смешивания асфальтобетонных, битумоминеральных и других дорожных и строительных смесей путем применения вибрационного перемешивания в сочетании с диспер -G гированной подачей вяжущего материала.
Научная новизна. На основе общих положений математического и физического моделирования разработана комбинированная теория непрерывных процессов смешивания, позволяющая на основе данных модельного эксперимента рассчитать кинематические параметры, время перемешивания и т.п. для геометрически подобных смесителей.
Получены уравнения кинетики процесса и критериальные зависимости для определения коэффициентов продольного и поперечного перемешивания битумоминеральных смесей в виброшнековом смесителе.
Методика исследований основана на применении аппарата математической физики и статистики, теорий подобия и анализа размерностей физических величин, математического программирования и анализа теоретических и экспериментальных результатов лабораторных и производственных испытаний.
На защиту выносится:
- комбинированная теория кинетики непрерывных процессов смешивания;
- исследование кинетики процесса смешивания битумоминеральннх смесей вибрационным способом;
- рекомендации по выбору кинематических параметров виброшне-кового смесителя непрерывного действия и методы их расчета;
- методы расчета и моделирования центробежных битумных форсунок.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована:
- применением методов статистической обработки результатов экспериментов;
- результатами сравнительных экспериментов, выполненных в лабораторных и производственных условиях.
Практическая ценность и реализация работы. Разработанная комбинированная теория непрерывных процессов смешивания и методика экспериментальных исследований могут быть использованы при проектировании новых и модернизации имеющихся смесителей непрерывного действия. Результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса смешивания позволяют определить параметры виброшне-ковых смесителей, которые обеспечивают заданное качество смесей при минимальном времени перемешивания.
Установлена целесообразность внедрения диспергированного способа подачи вяжущего на основе битума, а также применения двух-стадийного перемешивания в вибросмесителях непрерывного действия, как способов, способствующих повышению качества смеси и сокращению времени перемешивания.
Получены критериальные зависимости, позволяющие рассчитать для типовых конструкций центробежных битумных форсунок, производительность, угол факела и минимальное давление, обеспечивающее качественное распыление битумного вяжущего. Даны рекомендации по выбору оптимальных геометрических размеров форсунок.
Результаты работы внедрены в ДРСУ 9, 37 треста Латавтодор-мост. Диспергированная подача вяжущего в рабочую камеру виброшне-кового смесителя позволила повысить производительность на 15-20 процентов.
Апробация работы. Основное содержание работы и отдельные ее положения докладывались на Всесоюзном научно-техническом совещании "Технология и механизация гидроизоляционных работ промышленных, гражданских и энергетических сооружений" (г.Ленинград, 1982 год); на семинаре "Опыт проектирования, строительства и эксплуатации современных магистральных дорог" лДНТП (г.Ленинград, 1983 г.); на 2-ой Республиканской конференции по физико-химической механике дисперсных систем и материалов (г.Одесеа, 1983 г.); на научно-технической конференции ЛИСИ (г.Ленинград, 1984 г.); на научно-технических семинарах кафедры Щорожные и строительные машины", ЛПИ им.М.И.Калинина.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ.
Работа выполнялась при консультации ст. н. сотр. кафедры Дорожные и строительные машины", ДШ им.М.И.Калинина, к.т.н. КУЗЬШЧЕВА В.А.
Обзор и анализ методов и средств интенсификации процессов смешивания
Асфальтобетонные и битумоминеральнне смеси относятся к поли-дисперсным гетерогенным системам, на формирование которых оказывают большое влияние поверхностные явления, происходящие на границе раздела фаз. Для процессов перемешивания важнейшими из них являются адсорбционно-диффузионные, скорость протекания которых зависит от подвижности частиц минеральных компонентов, величины активной межфазной поверхности, дисперсности вяжущего, технологических особенностей процесса и других факторов.
Известно, что рассматриваемые смеси относятся к коагуляцион-ным структурам, в которых сцепление частиц дисперсной фазы происходит через тонкие прослойки еольватных оболочек, образующихся за счет обволакивания дисперсионной средой. Формирование еольватных оболочек приводит к образованию пространственных структур, обладающих физико-механическими свойствами с высокими значениями сдвиговой прочности, вязкости, модуля упругости, времени релаксации. Первые два существенно затрудняют процесс перемешивания, целью которого является равномерное распределение минеральных компонентов и вяжущего по объему замеса.
Естественно предположить, что максимальная прочность коагу-ляционной структуры будет получена в том случае, когда вокруг каждой частицы будет существовать сольватная оболочка, с одной стороны, и все частицы будут равномерно распределены в смеси, с другой.
Эти задачи могут быть успешно решены при двухстадийном перемешивании, предложенным еще в 30-е годы В.А. Бауманом: - смешение сухих компонентов; - смешение полуфабриката смеси с вяжущим.
Необходимость двухстадийного смешивания целесообразна по следующим причинам. Асфальтобетонные и битумоминеральные смеси, как известно, состоят из частиц, размеры которых колеблются от 0,001 до 20 мм. Равномерное распределение мелких частиц го объему возможно только в еухом состоянии, когда силы сцепления между ними минимальны. В то же время эти частицы обеспечивают высокую прочность структуры за счет большой суммарной поверхности, которая достигает 80-ти процентов от всей суммарной поверхности входящих в смесь заполнителей. Если эти частицы не будут равномерно распределены в смеси, то образуются микро- и макродефекты, которые ухудшают физико-механические свойства смеси.
Эти положения, разработанные в физико-химической механике дисперсных систем академиком П.А.Ребиндером и его школой, положены в основу разработки технологии процессов смешивания и конструкций смесителей.
Развитие конструкций смесителей осуществлялось в плане повышения интенсивности и эффективности процессов смешивания. Сначала появились смесители гравитационного перемешивания, затем принудительного: роторные, турбулентные и т.п.. М.В.Буниным на основе теории Ю.А.Ветрова для грунтосмесительных машин была разработана теория смешивания. Суть теории заключается в следующем. Произвольное движение частицы может быть определено шестью векторами скорости: ic , іґу , тҐ2 - поступательные , , зг , j - вращательные. Чем разнообразнее движение частиц в корпусе смесителя, тем больше возможностей получить более однородную смесь.
Таким образом, задачи совершенствования конструкций смесителей состоят в том, чтобы при воздействии на смесь рабочих органов получить гидродинамические потоки с высокоразвитой турбулентностью и обеспечить при этом минимальные по величине вязкость и предельное напряжение сдвига, так как они определяют энергетические затраты на перемешивание.
Регулирование важнейшими реологическими свойствами смесей, применяемых при строительстве дорог, и управление процессами их структурообразования представляют большой интерес как с точки зрения повышения интенсивности процесса перемешивания, так и улучшения качества смесей. Следует отметить, что величина вязкости смеси в момент перемешивания существенно влияет на процессы структурообразования.
Как показано в работе Н,Б.Урьева /Г75/, для высококонцентрированных дисперсных систем, обладающих высокой вязкостью, к которым относятся дорожные смеси, в условиях непрерывного сдвигового деформирования, что в основном и определяет процесс перемешивания в лопастных смесителях, происходит разрыв сплошности. Появление поверхности среза носит местный характер и приводит к образованию малоподвижных зон, что является причиной неоднородного распределения мелкодисперсных компонентов смеси, вяжущего и влечет за собой низкое качество смеси в целом. Так, например, Л.Б.Гезен-цвеем было установлено,что при перемешивании асфальтобетонной смеси в лопастной мешалке покрытие поверхности зерен минерального скелета битумом при двухминутном и трехчасовом смешивании составляет соответственно 83,2$ и 96,1$.
Для осуществления качественного равномерного распределения компонентов полидисиерсных систем необходимо создавать и поддерживать в них регулируемое динамическое состояние, соответствующее предельному объемному разрушению структуры материала и характеризуемое наименьшей вязкостью /125, 139, Г7І, Т75/.
Рассмотрим теоретические предпосылки увеличения интенсивности перемешивания, как адсорбшионно-диффузионного процесса.
Разработка комбинированной теории непрерывного процесса смешивания
Рассмотрим основные типы применяемого смесительного оборудования и характер их воздействия на перемешиваемую смесь.
В технологии приготовления строительных и дорожных смесей в настоящее время применяются в основном два типа смесителей: гравитационные и с принудительным смешиванием.
В смесителях гравитационного действия исходные материалы смешиваются между собой в результате многократного поднятия их лопастями корпуса и свободного падения. Эти смесители обеспечивают удовлетворительное перемешивание только пластичных смесей /39, 84, 102/. Приготовление жестких и умеренно жестких смесей осуществля-- ют в смесителях принудительного перемешивания. К преимуществам последних по сравнению со смесителями свободного падения относятся /41, 84, 102/: меньшее время смешивания, более равномерное распределение вяжущего и минеральных материалов, более широкая номенклатура приготовляемых смесей. Наряду с указанными достоинствами, смесители принудительного действия имеют следующие недостатки /84, 102/: не достаточная однородность материала, обусловленная тем, что лопасти мешалок действуют на ограниченные объемы загрузки и, тем самым, не позволяют получить изотропного объемного разрушения структуры смеси; большой износ рабочих элементов; отсутствие активации компонентов смеси. С целью дальнейшего сокращения времени смешивания и улучшения качества смесей были предложены струйные, турбулентные, инерционно-импульсные и другие смесители /26, 50, 82-84, 86, 109, 126/.
В струйных смесителях процесс перемешивания осуществляется в кипящем слое, создаваемого струями сжатого воздуха. Подача воды производится посредством форсунок. Данные смесители имеют ряд существенных недостатков: невозможность приготовления смесей с заполнителем крупнее 5 мм; значительный расход воздуха; жесткие требования к герметичности смесителя; большой износ штуцеров и корпуса смесителя.
В (Ж и Швейцарии получил применение турбулентный способ смешивания асфальтобетонных смесей. К этому способу также относится "шпакт-метод", разработанный фирмой Вибау (ФРГ). В указанных смесителях интенсификация процесса перемешивания достигается, с одной стороны, за счет турбулизации смеси быстровращающими-ся лопастями и, с другой, подачей вяжущего в распыленном состоянии. Однако смесители турбулентного перемешивания имеют недостатки, которые присущи смесителям принудительного действия.
Один из наиболее эффективных способов интенсификации и улучшения качества перемешивания является метод вибрационного перемешивания. Этот способ был предложен А.Е.Десовым /47/ в 1937 году для приготовления жестких бетонных смесей в гравитационном смесителе с вибрирующими лопастями. В 1930 году Ю.Я.Штаерманом с целью повышения качества бетонных смесей предлагался метод предварительной виброактивации цементного теста или раствора /192/. В 1956 году П.А.Ребиндером и Н.В.Михайловым /138/ высказана идея о непрерывном вибрировании бетонных смесей. Метод вибросмешивания бетонной и цементно-песчаной смесей в смесителях с круговыми (эллипсоидными) колебаниями корпуса был исследован Л.А.Файтельсоном /180--182/. Виброперемешивание бетонных смесей опробовано также Б.Г. Скрамгаевым и Ю.М.Баженовым /7, 154/, С.А.Мироновым, Г.Я.Кунносом и А.М.Скудрой /102-104, 106/, В.И.Сорокером /160/ и многими другими авторами /5, 60, 85, П5, 116, 147, 155/. Практически во всех работах получены выводы по повышению однородности, улучшению фор-муемости, возрастанию прочности виброперемешанных бетонов, особенно в ранние сроки периода их твердения, экономии цемента. Положительные результаты получены также при виброперемешивании силикатных, грунтовых, асфальтобетонных и других смесей.
В 1955-56 гг. опыты по виброперемешиванию асфальтобетонных смесей были проведены Й.А.Рыбьевым /104, 145/. Приготовление асфальтобетона производилось в смесителе свободного перемешивания, к корпусу которого были прикреплены вибраторы И-7. В 1958 году в ЙС и А АН Латвийской ССР было предложено использовать вибросмесители типа вибромельнщ с круговыми колебаниями корпуса для перемешивания асфальтобетона /41-42/. Метод вибросмешивания асфальтобетонных смесей был исследован также Н.В.Горелышевым /39/, И.П. Керовым и Л. С.Валовой /70, 71/, В.А.Кузьмичевым /89/. Проведены работы по распространению виброперемешивания на холодный асфальтобетон /104, 155/. В результате исследований получены данные о конструктивных формах смесителя, прочностных и деформативных свойствах асфальтобетонных и других смесей и т.п. /15, 39, 41, 90, 102/. Основными дискуссионными вопросами остаются представления о механизме вибрационного разрушения смеси, реологических моделях, оптимальной форме и режиме вибрационного воздействия.
В исследовании процессов уплотнения и виброперемешивания можно выделить два направления, основанные на корпускулярном и феноменологическом представлениях о материале /51/. В зависимости от представлений о процессах, происходящих при виброперемешивании, разными авторами предлагались разные формы и параметры вибрационного воздействия.
А.Е.Десовым и другими исследователями /9, 20, 48, 52, 99, 101, НО, 119, Г79, 191/ высказана идея избирательного действия вибрации на частицы различной крупности и на этом основании сделано предложение многочастотного вибрирования. Некоторыми авторами /21, 50, 56, 60, 126/ проведены исследования по перемешиванию бетонных смесей под воздействием поличастотной вибрации. Положение об избирательном действии вибрационных колебаний оспаривается И.И.Быховским /24/, по мнению которого, в бетонной смеси исключается возможность резонанса, даже при наличии восстанавливающей силы, вследствие значительной диссипации энергии движущихся или колеблющихся частиц.
В работах И.Н.Ахвердова, Т.Н.Дашалишвили и др. /2, 5, 87, 131/ в целях улучшения качества бетонной смеси большое значение уделяется предварительной виброактивации цементного теста или раствора. Они полагают, что высокочастотное вибрирование вызывает диспергирование цементных зерен в процессе их многократных соударений между собой, улучшение условий взаимодействия цемента с водой и одновременно приводит к повышению однородности и улучшению структуры цементного раствора.
Исследование процесса смешивания в виброшнековом смесителе
В рабочем состоянии (при включении электродвигателей) шнек совершает круговые колебания с частотой вращения несущего приводного вала и амплитудой, уменьшающейся от окна загрузки к окну выгрузки, и одновременно медленно вращается вокруг собственной оси от автономного привода. В рассматриваемой конструкции процесс перемешивания и транспортирования осуществляется в основном за счет вибрации, а вращение шнека является сопутствующим движением, обеспечивающим непрерывное появление винтовой поверхности, по которой перемещается смесь. Таким образом, рассматриваемый рабочий орган можно считать пассивным с точки зрения его перемешивающейся способности.
Так как шнек совершает сложное колебательное движение, то в шатунных узлах применены самоустанавливающиеся роликоподшипники № 3618. С целью унификации подшипников и для снижения технологических требований к точности изготовления в коренных узлах также установлены подшипники № 3618. Корпуса подшипников выполнены с развитой поверхностью охлаждения и достаточным объемом масляной ванны для обеспечения заданного температурного режима работы, который составляет 80-90С. В качестве смазки применяются жидкие дизельные масла. Применение консистентных смазок недопустимо.
На основе проведенного анализа методов и средств интенсификации процессов перемешивания можно полагать, что одним из возможных путей повышения качества приготовления смесей и сокращения времени перемешивания является совмещение вибрационного перемешивания с диспергированной посредством форсунок подачей вяжущего.
Основной целью исследования является изучение влияния параметров вибраций и метода подачи вяжущего (струйный либо распыленный) на кинетику процесса перемешивания асфальтобетонных смесей для определения режимов работы, обеспечивающих сокращение времени смешивания и улучшение качества смеси.
Поставленная общая задача может быть решена путем разработки модели процесса смешивания, в частности, для вибросмесителей непрерывного действия и проведения ряда исследований, направленных на обоснование модели и получение конкретных расчетных данных.
Необходимо отметить, что вопросы подачи вяжущих материалов на основе битума посредством форсунок в настоящее время мало изучены. Основной технической трудностью при распылении битумов является очень большая их вязкость даже в режиме рабочих температур 120-160С. Так, например, вязкость дорожных битумов в режиме рабочих температур в 2-3 раза больше вязкости тяжелых мазутов, широко применяемых в топливной промышленности. Кроме того, определенные трудности составляет отсутствие насосов высокого давления с регулируемой производительностью для подачи битумов.
Поэтому на первом этапе решались технические задачи разработки конструкций форсунок и методов их расчета с учетом получения качественного распыления при минимальных энергетических затратах, т.е. минимизации давления впрыска. Общие задачи разработки модели процесса вибрационного перемешивания с учетом двухстадийного перемешивания (см.1.1 стр.9 ), потребовали дополнительного изучения структурно-реологических свойств и перемешивающей способности виброкипящего слоя, с целью определения критерия интенсивности вибрирования в условиях смешивания сухих компонентов смеси. Последним этапом работы явилось изучение взаимодействия вяжущего материала, при условии его подачи струйным и распыленным методами, с виброкипяшдм слоем материала. При этом исследования проводились в две стадии: изучение кинетики процесса взаимодействия в условиях вибрационного перемешивания с самоциркуляцией загрузки - плоская задача; изучение кинетики процесса смешивания непосредственно в виб-рошнековом смесителе. Проведенный комплекс исследований позволит определить параметры ввода вяжущего в камеру смешивания и параметры вибрации, сочетание которых позволит сократить время смешивания, улучшить гидродинамические условия процесса перемешивания, что приведет к повышению однородности и качества смеси в целом. Разработанная модель процесса смешивания в виброшнековом смесителе позволит на стадии проектирования конструкции для приготовления определенных смесей назначать время перемешивания и определить геометрические и кинематические параметры агрегата. Ниже представлена методика статистической обработки данных эксперимента.
Проведение экспериментальных исследований и анализ полученных результатов
Применение виброкипящего слоя для организации многочисленных отличающихся друг от друга процессов, а также зависимость свойств его от гранулометрического состава материала, высоты слоя, размеров и конструкции аппаратов, параметров вибрации и пр., затрудняют непосредственное использование накопленных результатов исследований в смежных областях сферы производства. Представляет определенные трудности /12, 16, 23, 125, 189/ многообразие методов экспериментальных исследований, не позволяющих, (количественно) сопоставить результаты исследований разных авторов.
При организации процесса приготовления асфальтобетонных и битумоминеральных смесей, в частности, на стадии перемешивания сухих компонентов представляют интерес зависимости показателей подвижности частиц материала, разрыхления его структуры от режимов вибрирования и некоторых других факторов. Из работ Д.Д.Бар-кана /9/, И.И.Блехмана и Г.Ю.Джанелидзе /16/, М.П.Зубанова /63/, Г.И.Покровского /130/, И.А. Савченко /153/, Н.Я.Хархуты /186/ и других авторов следует, что степень подвижности сыпучих материалов, находящихся под воздействием вибрации, может быть охарактеризована реологическими величинами, например, величиной эффективной вязкости.
При исследовании реологических характеристик вибрируемых смесей нашли широкое применение /13, 105, 127, 140, Г70, 175, 183/ вискозиметры: капиллярные, с падающим шаром и ротационные. Однако, как показали исследования /189/, капиллярные вискозиметры и вискозиметры с падающим шаром не пригодны для измерения вязкости сыпучего материала в состоянии виброкипения, когда наблюдается перемешивание материала. В первом случае происходит увеличение эффективной вязкости /170, 188/ в результате образования потоков среды и материала, препятствущих направленному истечению, во втором - на шарик действуют циркуляционные потоки, снижающие скорость его перемещения по глубине слоя /189/. Исследование реологических свойств виброкипящего слоя практически в полном диапазоне изменения вязкости оказалось возможным с использованием ротационного лоткового вибровискозиметра /189/.
С целью изучения свойств виброкипящего слоя исходных материалов был выбран коаксиально-цилиндрический вискозиметр (рис. 3.1 и 3.2), конструкция которого позволяет моделировать в некоторой степени как смесители, так и процессы перемешивания. Прибор, состоящий из цилиндра и вращающейся внутри него _ мешалки, устанавливали на вибростенде, частоту и амплитуду колебаний которого изменяли соответственно в пределах 5-55 гц и 0,25--5,2 мм. Вращение мешалки вискозиметра с угловой скоростью и р -= 0,11 рад/С, осуществлялось посредством лебедки. Незначительность скорости сдвига, величина которой составляла, в большинстве случаев сотые доли от значений скорости вибрирования, позволила обеспечить разрушение структуры, преимущественно за счет вибрационного воздействия. Измерение усилия сдвига (натяжения тросика) производилось методом резистивной тензометрии. С этой целью была разработана электрическая схема измерения (рис. 3.3), содержащая мостовую цепь с тензорезисторами R = 100 ом, цепь питания моста и цепь усиления ( ИЗ?) и индикации ( Ц397) выходного сигнала. Питание моста осуществлялось от однополярного стабилизированного источника + I2B через дополнительный резистор #1, обеспечивающий необходимую величину питающего тока. Стабилитрон VI и транзистор 1А создают среднюю точку питания + 6В, а операционный усилитель AI с транзистором V3 симметрируют напряжение питания моста. Выходное напряжение с тензодатчика преобразовывалось измерительным усилителем W37 и записывалось самопишущим миллиамперметром W39I.
Представленные средства измерения позволили убрать переменную составляющую, присутствующую из-за вибрации тягового тросика, и получать техническую диаграмму в виде плавно изменяющейся кривой. Так как измерительной аппаратурой записывалось не только значение усилия, необходимого для осуществления сдвига материала, но и составляющая усилия вследствие гармонических колеба-ний тросика, то интересующая величина усилия Р определялась, как разность г— Р гк , где: ЕН - суммарное напряжение тросика; Р - натяжение из-за гармонических колебаний тросика.
С целью изучения влияния параметров вибрационного воздействия, в частности, амплитуды А и частоты и) колебания, вели-чин Aid , Aid , A tO , А и) на реологические свойства виб-рокипящего слоя заданного материала экспериментальные исследования проводились при различных режимах вибрации, что достигалось посредством изменения частоты и) при выбранных значениях амплитуды А колебаний. Снятие типовых технических диаграмм производилось при фиксированных значениях параметров вибрации. Перед каждым опытом материал, находящийся в рабочей камере вискозиметра, приводился к исходному состоянию. Для исследования влияния гранулометрического состава на свойства виброкипящего материала были взяты однородные фракции с эквивалентным диаметром «9 частиц 0,7 и 3,5 мм, а также смесь, фракционный состав которой соответствовал интегральной кривой распределения частиц песчаной асфальтобетонной смеси.
Было исследовано также влияние высоты слоя материала на изменение его реологических свойств. Результаты экспериментальных исследований влияния параметров вибрационного воздействия высоты Км/р СЛОЯ И гранулометрического состава на реологические свойства виброкипящего слоя приведены в таблицах Ш I, 2, 3 приложения.
Как видно из диаграмм, кривые можно подразделить на два типа: кривые, имевдие максимум и монотонные кривые. Переход через максимум характерен для дисперсных систем и обусловлен разрушением структурного каркаса и ориентацией частиц в направлении сдвига /29/. Увеличение интенсивности вибрирования способствует большему разрушению структуры материала, вследствие этого кривая технической диаграммы приобретает монотонный характер. Степень подвижности исследуемой системы можно характеризовать эффективной вязкостью. Последняя определяется по основному уравнению для коаксиально-цилиндрического вискозиметра /169/ путем измерений величины крутящего момента кр на роторе вискозиметра при известной величине угловой скорости ь)р :
