<<
>>

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.В настоящее время одним из важнейших направлений в строительной индустрии является производство высококачественных бетонных и строительных смесей, используемых при изготовлении железобетонных изделий и конструкций, проведении дорожных, фундаментных, монолитных работ, а также используемых при кладке кирпича, блоков и т.д.

Бетонные смеси способны при застывании обеспечить высокое качество полученных изделий и конструкций. Сфера их использования является наиболее обширной из всех строительных материалов, а объемы производства одними из самых крупных [5, 10, 11, 25, 64, 76, 77, 78].

Практика применения бетона в мировом и отечественном строительстве показала, что он является эффективным, т.е. обладает целым рядом преимуществ по сравнению с новыми видами строительных материалов, обеспечивает высокую производительность при строительных работах, является универсальным и достаточно простым в получении. Исходные компоненты для производства бетона весьма распространены, легкодоступны и обладают транспортируемостью на большие расстояния, что позволяет обеспечить выпуск бетонной смеси в отдаленных точках при помощи мобильных заводов [8, 16, 23, 32, 142, 143].

С каждым годом повышается объем выпуска бетонных и строительных смесей, а также предъявляемых к ним требований. В последнее время, как в России, так и зарубежом [150, 151], свое применение находят различные перспективные разработки смесительного оборудования, используемого при получении бетонных и строительных смесей. В современных экономических условиях вопрос эффективности работы технологического оборудования для получения бетонных и строительных смесей, снижения энергоемкости производства, а также повышения технологических свойств готового бетона очень важен [28, 29, 33, 47, 61].

Результат анализа многолетних теоретических и экспериментальных исследований показал, что добиться увеличения эффективности работы

смесительного оборудования и повышения однородности получаемых строительных смесей, при снижении энергоемкости и технико-экономических затрат, возможно за счет рационального режима загрузки крупного заполнителя в смеситель и создания интенсивной циркуляции смешиваемых компонентов под воздействием лопастного аппарата [19, 31, 48, 61, 66, 72, 87].

На современном этапе развития производства строительных материалов, при решении задач по повышению эффективности смешивания, необходимо учитывать свойства и поведение смешиваемых компонентов, а также применять моделирование процессов, происходящих в смесителе [67, 69, 73, 74, 90, 98].

На сегодняшний день предприятиями стройиндустрии осуществляется выпуск оборудования различной конструкции и принципов действия, используемого для смешивания [153, 154, 155]. В строительном производстве при получении бетонных смесей нашли применение разнообразные смесительные машины, имеющие как достоинства, так и недостатки [80, 94, 108, 118, 119, 128].

Несмотря на большое количество и разнообразие различных конструкций смесителей, применяемых при получении бетонных смесей, по-прежнему на предприятиях наиболее распространенными являются смесители принудительного типа с вертикальным ротором [14, 26, 133, 134, 136].

Имеющееся смесительное оборудование зарубежных и отечественных производителей не позволяет удовлетворить возрастающие требования к повышению однородности бетонных и строительных смесей и, следовательно, к качеству готового бетона. Смесители, получившие распространение на предприятиях стройиндустрии, имеют невысокую энергетическую эффективность, длительное время смешивания и не обеспечивают, требуемый в современном мире, уровень качества готового продукта. Различные способы интенсификации, применяемые в существующих смесителях, позволяют повысить качество готовой бетонной смеси, но при этом усложняют конструкцию оборудования, снижают его надежность и повышают уровень энергопотребления. [68, 120, 124, 156].

В связи с этим, вопрос повышения качества строительных материалов за счет разработки смесительного оборудования, обеспечивающего рациональный режим загрузки крупного заполнителя и интенсивное воздействие на смешиваемые компоненты с минимальными энергозатратами на получение готовой высококачественной бетонной смеси является актуальным [142, 157].

Степень разработки темы исследования.При выполнении диссертационной работы были рассмотрены и изучены многочисленные научные труды зарубежных и отечественных ученых, в которых поднимались вопросы теоретических и практических исследований проблем смешивания жидких, сухих и разнородных материалов, например: Баженов Ю.М., Богданов В.С., Борщев В.Я., Уваров В.А., Сапожников В.А., Макаров Ю.И., Пулин В.П., Селиванов Ю.Т., Теличенко В.И., Стрэнк Ф., Густов Ю.И., Богомолов А.А., Райхель В., Williams D.A.

и другие. Научные работы данных ученых позволили существенно расширить знания о теории процесса смешивания, характере движения исходных компонентов в смесительной чаше машины, зависимости качества получаемых бетонных и строительных смесей от режима смешивания и конструктивно­технологических параметров смесителей. Однако, еще в недостаточной мере изучен вопрос придания смешиваемым компонентам высокой интенсивности взаимодействия со смесительным аппаратом и обеспечения циркуляции частиц по всей смесительной камере.

Объектом исследованияявляется роторный смеситель принудительного действия с лопастями геликоидного типа и устройством, обеспечивающим рациональный режим загрузки крупного заполнителя, для получения высококачественных бетонных смесей.

Предметом исследованияявляется процесс смешивания различных компонентов бетонных смесей в роторном смесителе принудительного действия с лопастями геликоидного типа и устройством, обеспечивающим рациональный режим загрузки крупного заполнителя при изменении конструктивно­технологических параметров смесителя.

Цель работы- повышение качества готовой бетонной смеси и снижение расхода электроэнергии за счет рационального способа загрузки крупного заполнителя и использования лопастей геликоидного типа в роторном смесителе принудительного действия.

Задачи исследования:

1. Провести анализ свойств исходных компонентов и тенденций развития оборудования для получения бетонных и строительных смесей.

2. Разработать конструкцию роторного смесителя принудительного действия с лопастями геликоидного типа и устройством, обеспечивающим рациональный режим загрузки крупного заполнителя, установить режимы процесса смешивания и конструктивные параметры смесителя.

3. Разработать математическую модель движения бетонной смеси по поверхности лопасти геликоидного типа, учитывающую её конструктивные особенности и режим работы смесителя.

4. Установить аналитические зависимости для расчета концентрации крупного заполнителя в бетонной смеси и потребляемой смесителем мощности в зависимости от его конструктивных и технологических параметров.

5.

На основе выбранного плана и методики экспериментальных исследований установить зависимость эффективности процесса перемешивания от основных факторов в экспериментальной установке роторного смесителя с лопастями геликоидного типа и получить уравнения регрессии для определения удельного расхода электрической энергии, изменения концентрации крупного заполнителя и предела прочности на сжатие готового бетона.

6. Провести промышленное внедрение результатов работы на предприятии по выпуску бетонных смесей и железобетонных изделий.

Соответствие диссертационной работ паспорту специальности.

Работа полностью соответствует паспорту специальности 05.02.13 - «Машины, агрегаты и процессы» (строительство и ЖКХ), а именно следующим областям исследования:

3. Теоретические и экспериментальные исследования параметров машин и агрегатов и их взаимосвязей при комплексной механизации основных и вспомогательных процессов и операций.

5. Разработка научных и методологических основ повышения производительности машин, агрегатов и процессов и оценки их экономической эффективности и ресурса.

6. Исследование технологических процессов, динамики машин, агрегатов, узлов и их взаимодействия с окружающей средой.

Научная новизна.

- впервые получены математические зависимости, описывающие характер движения бетонной смеси по винтовой траектории вдоль лопасти геликоидного типа с учетом конструктивно-технологических параметров смесителя;

- разработана математическая модель для расчета потребляемой смесителем мощности с новой конструкцией лопастного аппарата, учитывающая его технологические особенности работы;

- получены аналитические выражения, описывающие изменение концентрации крупного заполнителя в зависимости от конструктивно­технологических параметров смесителя с лопастями геликоидного типа и устройством, обеспечивающим рациональный режим его загрузки;

- получены регрессионные зависимости для определения удельного расхода электрической энергии, изменения концентрации крупного заполнителя и предела прочности на сжатие готового бетона, позволяющие определить рациональные режимы работы роторного смесителя с лопастями геликоидного типа с учетом его конструктивных и технологических особенностей.

Теоретическая и практическая значимость работы:

- получена зависимость для определения потребляемой роторным смесителем мощности с учетом его конструктивно-технологических параметров;

- получена математическая зависимость для определения изменения концентрации крупного заполнителя в смесителе с учетом его конструктивно­технологических параметров;

- на основе выполненных экспериментальных и теоретических исследований разработана конструкция роторного смесителя принудительного действия с устройством, обеспечивающим рациональный режим загрузки крупного заполнителя и лопастями геликоидного типа, которая обеспечивает получение бетонной смеси высокого качества с минимальными затратами электроэнергии и защищенная патентом РФ на полезную модель;

- реализована апробация разработанного смесителя на заводе ЖБИ ООО «Возрождение», г. Белгород, а также проведено внедрение полученных аналитических зависимостей для расчета основных параметров смесителя в учебный процесс при подготовке бакалавров по направлению 15.03.02 - «Технологические машины и оборудование», профиль «Технологические машины и комплексы предприятий строительных материалов».

Методы исследований:

в процессе выполнения диссертационной работы использовались методы теоретического анализа и экспериментального исследования: лабораторного исследования, абстрагирования, визуального наблюдения, математической статистики, а также сравнения теоретических и экспериментальных результатов исследований.

Автор выносит на защиту следующие основные положения:

1. Зависимость для расчета загрузочного устройства при различных конструктивно-технологических параметрах смесителя.

2. Математическую модель для определения полной мощности, затрачиваемой смесителем при получении бетонной смеси.

3. Аналитическую зависимость изменения концентрации крупного заполнителя в смесителе с учетом его конструктивно-технологических параметров.

4. Результаты экспериментальных исследований в виде регрессионных уравнений для определения влияния факторов на следующие величины: удельный расход электрической энергии; концентрацию крупного заполнителя в бетонной смеси; предел прочности на сжатие готовых образцов бетона.

5.

Конструкцию роторного смесителя принудительного действия с лопастями геликоидного типа и устройством, обеспечивающим рациональный режим загрузки крупного заполнителя и защищенную патентом РФ на полезную модель № 149622.

Степень достоверностинаучных положений выполненной работы, её выводов соответствует предъявляемым требованиям и обоснована использованием основополагающих принципов и фундаментальных законов, применением точной контрольно-измерительной аппаратуры, согласованностью результатов теоретических расчетов с экспериментальными данными исследований и положительным результатом промышленной апробации.

Апробация результатов работы:

Основные результаты и положения выполненной работы докладывались и обсуждались: на технических советах ООО «Возрождение», г.Белгород; на заседаниях кафедры «Механическое оборудование» БГТУ им. В.Г. Шухова в 2013 - 2018 гг.; на международных научно-технических конференциях «Молодежь и научно-технический прогресс» - г. Губкин в 2014-2015 гг.; на Юбилейной Международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию БГТУ им. В.Г. Шухова (2014г.), а также работа представлялась в научно­инновационном конкурсе «У.М.Н.И.К.» в 2015 - 2017 гг.

Реализация результатов работы:

Разработанный роторный смеситель принудительного действия с лопастями геликоидного типа и устройством, обеспечивающим рациональный режим загрузки крупного заполнителя, внедрен в производственный процесс завода ЖБИ ООО «Возрождение» (г. Белгород). Экономический эффект от внедрения разработанной конструкции смесителя составит 2222,781 тыс. рублей в год.

Публикации:

По результатам выполненной работы опубликована 21 статья, в том числе 3 статьи в ведущих периодических изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией при Министерстве образования и науки РФ, получен 1 патент на полезную модель РФ № 149622.

Структура и объем диссертационной работы:

Диссертационная работа содержит 188 стр., введение, 4 главы, заключение,

6 таблиц, 67 рисунков, 151 формулу, 162 источника используемой литературы, 4 приложения.

<< | >>
Источник: МАТУСОВ МИХАИЛ ГЕННАДЬЕВИЧ. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ЗАГРУЗКИ И СМЕШИВАНИЯ В РОТОРНОМ СМЕСИТЕЛЕ С ЛОПАСТЯМИ ГЕЛИКОИДНОГО ТИПА. ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук. Белгород - 2018. 2018

Еще по теме ВВЕДЕНИЕ:

  1. Статья 314. Незаконное введение в организм наркотических средств, психотропных веществ или их аналогов
  2. ВВЕДЕНИЕ История нашего государства и права — одна из важнейших дисциплин в системе
  3. ВВЕДЕНИЕ
  4. Мысли об организации немецкой военной экономикиВведение
  5.   ПРЕДИСЛОВИЕ [к работе К. Маркса «К критике гегелевской философии права. Введение»] 1887  
  6. Под редакцией доктора юридических наук, профессора А.П. СЕРГЕЕВА Введение
  7. ВВЕДЕНИЕ
  8. Введение
  9. Введение
  10. ВВЕДЕНИЕ
  11. Введение