Расчет заглаживающей способности дисковых машин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

АРХИТЕКТУРА И СТРОИТЕЛЬСТВО

УДК 621.926

РАСЧЕТ ЗАГЛАЖИВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДИСКОВЫХ МАШИН

Канд. техн. наук, доц. ВАЙТЕХОВИЧП. Е., докт. техн. наук, проф. ВАВИЛОВ А. В., асп. СИДОРОВ Н. Н.

Белорусский государственный технологический университет, Белорусский национальный технический университет

В условиях непрерывного развития индустрии строительных материалов, жилищного, промышленного и дорожного строительства существует необходимость в совершенствовании технологии производства и оборудования. Основными направлениями модернизации технологических машин являются увеличение производительности, снижение энергозатрат на выпуск единицы продукции, уменьшение металлоемкости, упрощение конструкции и т. д. Однако выполнение всего комплекса направлений или его части не всегда возможно или весьма затруднительно в силу возникновения противоречий. Так, повышение мощности и производительности может привести к усложнению конструкции. Правильное решение задачи, таким образом, сильно зависит от выбора приоритетных направлений ее решения. Кроме того, конечный результат определяется выбранным методом решения задачи.

Все сказанное выше в полной мере относится и к дисковым заглаживающим машинам, от эффективности работы которых зависит качество бетонных поверхностей. При разработке дисковой заглаживающей машины с планетарным рабочим органом возникла необходимость в выборе критерия сравнения различных рабочих органов и условий их сравнения. Известна гипотеза [1], согласно которой эффективность воздействия рабочего органа на обрабатываемую поверхность в основном определяется длиной линии, на протяжении которой рабочий орган воздействует на каждую элементарную площадку обрабатываемой поверхности. В общем случае эффективность воздействия рабо-

чего органа (заглаживающая способность) является интегральной величиной, так как длина линии воздействия разных точек рабочих органов неодинакова. Из-за сложности движений рабочих органов вывод зависимости для заглаживающей способности аналитически весьма сложен. Исследователями были получены эмпирические выражения для расчета заглаживающей способности различных рабочих органов [1-4], в том числе и дискового

^ = кМ1 , (1)

где к - эмпирический коэффициент; Я - радиус диска, м; 3д - линейная скорость диска, м/с;

3м - скорость перемещения машины, м/с.

На наш взгляд, при определении эффективности заглаживания и особенно для сравнения различных рабочих органов можно отказаться от эмпирики, а проводить это сравнение именно по длине линии воздействия. При статическом положении заглаживающей машины и обычном вращении диска эти линии будут представлять собой окружности, а при планетарном движении дисков в зависимости от способа обкатки - гипоциклоиду или эпициклоиду. Для обычного вращения форма линии воздействия легко определяется даже при перемещении заглаживающей машины.

Представить форму линии воздействия при перемещении машины и планетарном движении дисков довольно трудно. Но очевидно, что при фиксированной скорости перемещения машины для сравнения эффективности рабочих

органов с разным характером движения достаточно сопоставить длины линий воздействия при ее статическом положении. Тогда для диска с обычным вращением за один оборот вала заглаживающая способность составит S = 2пЯ. Длина линии воздействия при планетарном вращении с внешней обкаткой (длина эпициклоиды) определяется по более сложной зависимости [5]

геометрических критериев, т. е. S = /(к) и

5 = Ж).

Перед началом расчетов определены границы изменения коэффициентов к и Ь. Для наружной обкатки при двух рабочих дисках параметр к растет неограниченно. Для другого количества дисков максимальное значение коэффициента к определим из геометрического соотношения

S, _

R+ r

r2 + f - 2гг^^(іф, (2)

а r cos— _

(7)

где Я - радиус неподвижного колеса, м; г - радиус приводного колеса, м; г1 - радиус заглаживающего диска, м; ф - угол поворота вала, рад.

Форма, а соответственно и длина эпициклоиды зависят от ряда параметров: размеров диска, приводного колеса, радиуса обкатки и их соотношений. Для учета этих параметров по аналогии с [6, 7] используем геометрические критерии:

k _ - • k _ R ’

b _ П.

(З)

(4)

В машинах с планетарным движением также может использоваться несколько дисков г. Выражение (2) с учетом этого преобразуется к виду

2п

^ = Д1 + к4д|12 + Ь - 2Ьсо8-2к<*р. (5)

0

Зависимость для расчета длины линии воздействия на поверхность при внутренней обкатке (длины гипоциклоиды) получили таким же образом из уравнения (5), заменив в нем переменные г, г1 на -г, -г1 [3]:

2п

$ = Д1 - кЦ-у 12 + Ь - 2Ьсо^2кс1Р. (6)

0

Выражения (5) и (6) не приводятся к элементарным функциям [5], поэтому длины кривых мы рассчитали в пакете МаШСАБ. В задачу расчета входило получение зависимости заглаживающей способности (длины линии) от

где а - угол правильного многоугольника, образованного прямыми, соединяющими центры приводных соприкасающихся колес (г > 2).

Величина этого угла определяется по зависимости

180(z - 2)

а _------------ .

(S)

где г - количество сторон многоугольника (приводных колес).

Из выражений (7), (8) с учетом (3) получили зависимость для максимального значения геометрического критерия ктах планетарных рабочих органов с внешней обкаткой

kп

cos1S0(z - 2)

1 - cos

180(z - 2)

(9)

По этой зависимости можно определить максимальное значение параметра £max при любом количестве дисков. Для трех дисков,

I max г л г 1 max л л i

например, к = 6,46; для четырех - к = 2,41. Коэффициент b может принимать практически любые значения, только при максимальном значении к = kmax он не может быть больше единицы.

При помощи таких же рассуждений получено уравнение для максимального значения критерия kmax при внутренней обкатке (z > 2)

kmax ____

cos1S0(z - 2)

1 + cos а

180(z - 2)'

(10)

При внутренней обкатке для двух дисков

max max

к = 0,5; для трех - к = 0,46; для четырех -

z

r

z

z

z

z

max max max

к = 0,41. Параметр b = 1 при к = к для любого количества дисков.

Исходя из границ изменения геометрических параметров при наружной и внутренней обкатках в расчетах значения критериев варьировались в пределах: к = 0-0,5; b = 0-1. За определяющий размер принят радиус неподвижного колеса R = 300 мм. Количество заглаживающих дисков принималось z = 2.

Результаты расчетов представлены в виде графических зависимостей: S = fit) и S = f(b) (рис. 1-3). Из рис. 1 видно, что зависимость S = file) при наружной обкатке представляет собой периодическую функцию с возрастающими амплитудой и периодом.

S, мм

Рис. 1. Зависимость заглаживающей способности от критерия к: 1 - планетарный рабочий орган с внешней обкаткой; 2 - обычный диск с диаметром, равным фронту заглаживания планетарного; 3 - то же, равным диаметру планетарного диска

Условная ось этой периодической функции имеет положительный наклон к оси абсцисс. На начальном участке зависимость 5 = /(к) с заданной степенью точности можно привести к линейному виду. Здесь же для сравнения представлены еще два графика, один из которых соответствует длине линии воздействия простого вращающегося диска с диаметром, равным фронту заглаживания планетарного рабочего органа, второй - с диаметром, равным диаметру планетарного рабочего диска. Во всех случаях в заданном диапазоне изменения параметра к заглаживающая способность планетарных дисков превышает заглаживающую способность простого вращающегося диска.

На рис. 2 представлена графическая зависимость 5 = /(к) для аналогичных условий движения при внутренней обкатке. Здесь с ростом параметра к максимальная длина линии воздей-

ствия уменьшается. Однако в пределах изменения коэффициента к = 0-ктах заглаживающая способность планетарного диска всегда выше заглаживающей способности обычного.

мм

Рис. 2. Зависимость заглаживающей способности от критерия к: 1 - планетарный рабочий орган с внутренней обкаткой; 2, 3 - обозначения на рис. 1

На рис. 3 показаны графики функций 5 = = /(Ь) при внешней и внутренней обкатках, которые в обоих случаях имеют вид непрерывно возрастающей функции с минимальным значением, отличным от нуля. Заглаживающая способность рабочего органа с внешней обкаткой более чем в два раза превышает заглаживающую способность рабочего органа с внутренней обкаткой при одинаковом размере рабочего диска.

S, мм

Рис. 3. Зависимость заглаживающей способности от критерия Ь: 1 - планетарный рабочий орган с внешней обкаткой; 2 - то же с внутренней обкаткой

В Ы В О Д

Опираясь на результаты проделанных расчетов, можно утверждать, что переход от простого вращательного движения к планетарному является перспективным направлением в раз-

витии заглаживающих машин. Для обоих случаев планетарного движения длина линии воздействия на поверхность оказалась выше, чем у вращающегося диска соответствующего размера и соответствующего фронта заглаживания.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Болотный, А. В. Теория и процессы заглаживания бетонных поверхностей: автореф. ... дис. докт. техн. наук / А. В. Болотный; Ленингр. инж.-строит. ин-т. - Л., 1975. -49 с.

2. Болотный, А. В. Заглаживание бетонных поверхностей / А. В. Болотный. - Л.: Стройиздат, 1979. - 128 с.

3. Райчик, Я. Оптимизация параметров заглаживающих машин для обработки поверхностей отформованных их пластичных бетонных смесей в условиях производства в ПНР: автореф. дис. ... канд. техн. наук / Я. Райчик; Ленингр. инж.-строит. ин-т. - Л., 1989. - 19 с.

4. Подопригора, А. Г. Определение оптимальных параметров и режимов работы машин для заглаживания изделий, отформованных из легких бетонов: автореф. дис. ... канд. техн. наук / А. Г. Подопригора; Ленингр. инж.-строит. ин-т. - Л., 1989. - 25 с.

5. Выгодский, М. Я. Справочник по высшей математике / М. Я. Выгодский. - М.: Джангар, 2000. - 872 с.

6. Вайтехович, П. Е. Влияние геометрических параметров привода на динамику планетарных мельниц с внутренней обкаткой / П. Е. Вайтехович, Д. В. Семененко // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2002. -№ 7. - С. 6-8.

7. Вайтехович, П. Е. Определение критической скорости вращения планетарной мельницы / П. Е. Вайтехо-вич, А. В. Вавилов, Г. М. Хвесько // Вестник БНТУ. -2002. - № 2. - С. 34-39.

Поступила 25.01.2006

УДК 624.27.012.45.059: 625.745.12

РЕКОНСТРУКЦИЯ МОСТОВ МЕТОДОМ ПОПЕРЕЧНОГО ОБЖАТИЯ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ

Инж. ПАВУКОВ Ю. И., канд. техн. наук

ЗОЛОТОВ П. В.

Институт дорожных исследований

Задача реконструкции и упрочнения построенных 30-40 лет назад мостов в настоящее время приобретает важное значение в связи со сложившейся экономической обстановкой и резким снижением финансирования капитального строительства. Большинство мостов того времени были секционными, запроектированными свайными по выпуску 70 Союздорпро-екта с пролетными строениями длиной 11,4 и 14,1 м, по выпускам 56 и 10-11 Союздорпроек-та и выпуску 7 Белгипродора, без опорных частей, а их балки соединены сварными стыками по закладным деталям в диафрагмах. Почти на всех балках произошло разрушение торцов и разрывы стыков по диафрагмам, поэтому они нуждаются в ремонте. Кроме того, в связи с переходом на новые строительные нормы и правила эти мосты нуждаются в усилении и уширении.

Как уже отмечалось в [1, 2], пролетные строения с упомянутыми балками при сроке функционирования от 30 до 40 лет в настоящее время не могут нормально эксплуатироваться вследствие возросшей интенсивности и увеличения тяжеловесной составляющей движения, недостаточной ширины проезжей части мостов (габариты Г-7, Г-8) и наличия дефектов, существенно снижающих их проектную грузоподъемность и приводящих мосты в аварийное состояние.

Из дефектов, снижающих грузоподъемность таких сооружений, можно выделить три основные группы:

• повышающие усилия от постоянных нагрузок (излишняя толщина слоев мостового полотна, чаще всего асфальтобетона до 30-40 см);

• снижающие несущую способность отдельных балок (разрушение в отдельных местах