CC BY
69
УДК 666.983
БЕТОНОСМЕСИТЕЛЬ ПРИНУДИТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ -СОСТАВНАЯ ЧАСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКТА МАЛОГАБАРИТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ
И.А. Емельянова, профессор, д.т.н., ХГТУСА, А.Н. Баранов, профессор, д.т.н., УИПА, В.П. Емельянов, профессор, к.т.н., ХНАДУ, В.В. Блажко, аспирант, ХГТУСА
Аннотация. Предлагается новый бетоносмеситель принудительного действия для условий строительной площадки и для приготовления малоподвижных смесей. Приведены теоретические основы усреднения бетонной смеси в таких смесителях, которые могут использоваться и как составляющая часть технологического комплекта оборудования с растворобетононасосом, и как самостоятельная машина.
Ключевые слова: бетоносмеситель трехвальный, усреднение бетонной смеси, рас-творобетононасос.
Введение
Опыт эксплуатации двухпоршневых растворобе-тононасосов, разработанных на кафедре механизации строительных процессов Харьковского государственного технического университета показал, что ими можно эффективно работать на малоподвижных бетонных смесях.
Изучение возможности использования в комплекте с насосом одновального лопастного смесителя [1] показало нецелесообразность его установки в технологическом комплекте как с точки зрения энергозатрат, так и продолжительности процесса перемешивания.
Двухвальные смесители также не являются эффективными машинами для приготовления бетонных смесей малой подвижности и высокой однородности, ибо однородность во многом зависит от режима загрузки и продолжительности загрузки [2].
Главным недостатком работы существующих двухвальных бетоносмесителей является низкая усреднительная способность этих машин, как на макро, так и на микроуровне. Это объясняется тем, что слишком незначителен процент разрушения мелких агломератов из частиц растворной составляющей.
Цель и постановка задачи
Формирование требований к режиму загрузки в зависимости от требований к качеству готовой бетонной смеси.
Решение проблемы
Для повышения эффективности работы бетоносмесителей необходим принципиально новый подход к их созданию.
Чтобы приблизить характеристики бетоносмесителя к аппарату идеального смешения, предлагается разделить функции составных частей рабочего органа машины. В корпус смесителя поместить три вала, из которых лопатки двух обеспечивают трехконтурное движение частиц смеси и разрушение агломератов растворной составляющей за счет трения и массообмена смеси. Третий вал, с одной стороны будет транспортировать смесь к разгрузочному отверстию машины, а с другой стороны участвовать в организации режима трехконтурного движения частиц смеси, что приведет к существенному увеличению рабочего пространства перемешивания, вплоть до полного объема смесителя.
Наличие трех валов способствует активизации процесса перемешивания в увеличенном рабочем пространстве смесителя, что позволяет прогнозировать возможность повышения производительности машины при качественном приготовлении смеси и ее неизменных параметрах.
При этом, установка смесителя над загрузочным бункером растворобетононасоса с горизонтальным расположением поршней позволяет без дополнительных трудозатрат в трубопровод подать свежеприготовленную смесь.
Таким образом, предложен новый бетоносмеситель, который может быть использован и как составная часть технологического комплекта с растворобетононасосом, так и как самостоятельная машина, работающая на строительной площадке [3].
Научные положения
Разнообразие физических, физико-химических, механических, гидродинамических и прочих факторов, воздействующих на составляющие, поступающие в смеситель, приводит к тому, что в рабочем объеме смесителя они распределяются неравномерно. Это сказывается на характеристиках бетонной смеси, выходящей из машины. Для оценки этой неравномерности используется функция распределения содержащихся составляющих во времени.
Модель идеального перемешивания осуществляется в том случае, когда поступающий в смеситель поток составляющих мгновенно перемешивается с уже находящейся там смесью. Содержание составляющих потока во всех точках внутри корпуса смесителя и на выходе из него одинаково.
На первом этапе моделирования примем модель идеального перемешивания и оценим неоднородность смеси на выходе из смесителя по значениям неоднородности на входе. Под неоднородностью будем понимать колебания количественного содержания составляющих компонентов. Колебания на входе создаются в результате неравномерной загрузки компонентами бункера.
Требования определяются объемом и последовательностью порционного поступления компонентов.
Обозначим через хвх, хвых, х соответственно количественное содержание компонентов на входе, выходе и внутри смесителя. Согласно определению, для идеального смесителя х = хвых (во внимание не берутся частицы смеси, оседающие в начальный период на внутренней поверхности корпуса). Предположим, что в смеситель поступает поток составляющих смеси при постоянной объемной производительности Qвх. Для установившегося режима Qвх = Qвых = Q. В общем случае в смесителе будет аккумулироваться некоторое количество компонентов х потока, которое можно записать в следующей интегральной форме
I
М =| ©*вх - Q*выX №
Отнесем это количество компонентов ко всему рабочему объему смесителя I
М /1 =АХ = 11 (ХвХ - Хвых .
Очевидно, прирост содержания Ах будет равен разности содержания компонентов в момент времени ^ и начального !0=0.
Отношение рабочего объема накопления в смесителе к объемной производительности характеризует время пребывания компонентов в смесителе Т= I/ Q. Представив параметры хвх = хвых (I) и у (1)=хвых, можно записать уравнение
т^^!+у(1) = х(1).
№I
Т.е. наш смеситель описывается линейным дифференциальным уравнением, содержащим один параметр - время перемешивания компонентов. Для этого уравнения квадрат модуля амплитудно-частотной характеристики равен
|ф(/ю)2
1
т v + г
(1)
Спектральная плотность процесса на выходе, при этом, определяется как
^ =
£
Т V +1'
Конструктивные особенности смесителя позволяют сглаживать колебания с высокой частотой.
При этом, чем больше Т, тем ниже частота сглаживания. Для идеального смешивания корреляционная функция на входе и выходе связана уравнением, которое имеет вид
к (т) = ку (т) + Т2 ку(т). Соответственно дисперсия
= ст2 + т 2 к/(0).
(2)
(3)
Последние две формулы позволяют по заданным параметрам выхода у (1) рассчитать статистические параметры входа х (1). Когда на выходе смесителя наблюдается процесс с корреляционной функцией
ку (т) = ст2е~Л2 при у = 0. Корреляционная функция на входе составляет
7 / \ _2 -а2т2
кх (т) = у е
1 + 21 1 -
2Г
Т2
Колебания однородности бетонной смеси на входе создаются в загрузочном бункере в результате порционной загрузки компонентов. Объем порций компонентов, и порядок их загрузки в бункер определяют величину дисперсии и корреляционную функцию на входе. Параметр Т зависит от объема смесителя и его производительности.
Рассмотрим задачу определения частоты, при которой амплитуда колебаний (отклонение содержания компонента от среднего значения) на выходе составляет в=0,01 амплитуды колебаний на входе. В смеситель, который рассматривается как идеальный, поступает бетонная смесь, содержание компонентов в которой представляет случайную функцию.
Отношение спектральных плотностей процесса на входе к процессу на выходе равно
^ (ю)в
^ (ю)в
■ = |Ф(/ю)|\
(Хвых -х)ю (Хвх - х)ю
= |Ф (/ю)|.
(4)
(5)
Время пребывания компонентов в смесителе составляет Т=0,1ч. Амплитудно-частотная характеристика смесителя определяется из выражения: при условии, что
Ф(гю) = в = 0,01 и Т = 0,1ч = 360с .
ю =
-|Ф(/ю)|2 Ф - 0,0001 Т |Ф(/ю)| = 360 • 0,01
= 0,2778.
ю
/ = — = 0,044. 2п
Иными словами, с интервалом в 22 с амплитуда на выходе составит около 0,01 амплитуды на входе. Это означает, что для получения однородной смеси на выходе интервал времени между подаваемыми порциями компонентов смеси в машину для данного конкретного случая не должен превышать 22 с.
Оптимальным вариантом загрузки бетоносмесителя компонентами смеси является их непрерывная подача из загрузочного бункера. Геометрические размеры бункера должны обеспечивать требуемую производительность бетоносмесителя. При работающем бетоносмесителе в бункере всегда должен находиться столб сухих компонентов бетонной смеси.
Таким образом, выполнение вышеуказанных условий позволяет стабилизировать процесс приготовления бетонной смеси и добиться ее максимальной однородности.
Выводы
Предложен новый бетоносмеситель для приготовления малоподвижных бетонных смесей, который может быть использован как самостоятельная машина, а также как составная часть технологического комплекта оборудования для торкрет-работ.
Показана возможность интенсификации процесса перемешивания и увеличения производительности смесителя при неизменных его параметрах.
Обоснованы условия усреднения бетонной смеси в новом смесителе, обеспечивающие ее однородность на выходе из машины.
Литература
1. Емельянова И.А., Блажко В.В., Тугай В.В.
Изучение возможностей использования од-новального лопастного смесителя в комплекте оборудования для торкрет-работ // Науковий в1сник буд1вництва. - Харшв: Вид. ХДТУБА. - 2004. - Вип. 28. -С. 143-146.
2. Емельянова И.А., Блажко В.В. Технологиче-
ский комплект оборудования для торкрет-работ с бетоносмесителем принудительного действия //Науковий вюник буд1вництва. -Харшв: Вид. ХДТУБА. - 2004. - Вип. 27. -С. 147-150.
3. Емельянова И.А., Баранов А.Н., Блажко В.В.,
Тугай В.В. Смеситель для приготовления строительной смеси. Заявка № 20031213023 от 28. 12. 2003 г.
В противном случае снижение колебаний состава бетонной смеси до 1 % обеспечено не будет.
Рецензент: В.В. Ничке, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 8 февраля 2005 г.
