CC BY
115
УДК 691.66.97.031
СОВРЕМЕННОЕ СМЕСИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ
А.А. Богомолов, профессор, к.т.н., БГТУ им. В.Г. Шухова, Россия
Аннотация. Выявлены основные недостатки выпускаемых смесителей и приведены методы их совершенствования по различным направлениям.
Ключевые слова: смесительное оборудование, методы совершенствования,
Введение
Анализ конструкции смесителей, выпускаемых отечественной промышленностью для производства бетонных и растворных смесей, показал отсутствие какой-либо связи между потребностями общества и техническими параметрами этих машин. В России насчитывается более двух десятков производителей и поставщиков бетоносмесительного оборудования, такие как: ОАО «Тульский завод стройтехники», ОАО «Строймаш» г. Лебедянь Липецкой области, АОЗТ «АОР» г. Санкт-Петербург, ОАО Ярославский завод «Стройтехника», ООО «УПТК Стройтехни-ка» г. Москва и др. Анализ конструкции и технических характеристик бетоносмесителей принудительного действия, выпускаемых этими предприятиями показал на их значительное разнообразие как по конструктивным, так и по технологическим параметрам. При этом при разработке указанных смесителей в основном не соблюдались какие-либо закономерности и положения создания типо-размерных рядов машин и реологические свойства смесей.
Решение задачи
В настоящее время каждая категория потребителей бетоносмесительных машин приобретает специфические модели, выбор которых зависит от объёмов и условий работ. При этом основными параметрами выбора являются производственная вместимость смесителя, энергоёмкость процесса смешивания, надёжность и долговечность машины, её цена. Оптимизировать эти параметры можно лишь в случае создания теоретически и тех-
нически обоснованного типо-размерного ряда выпускаемых смесителей, что имеет место в зарубежных фирмах, например по выпуску землеройной техники (KOMATSU, Caterpillar и др.). Создание такого ряда бето-носмесительных машин позволяет оптимизировать структуру парка этих машин и выпускать их в строгом соответствии с потребностями строительной индустрии, развитие которой непосредственно связано с общественным развитием. При этом производителям бетоносмесителей не потребуются дополнительные затраты на проектирование и изготовление новых машин, находящихся в данном типоразмерном ряду, ибо их конструктивно-технологические параметры геометрически и физически подобны. Используя известные критерии подобия Рейнольдса, Фру-да, Вебера, Эйлера, нами получены зависимости для определения в геометрически подобных смесителях таких параметров как: мощность, масса, частота вращения и др. Используя найденные зависимости, нами построен типоразмерный ряд роторных бетоносмесителей. Полученные расчётным путём на основе теории подобия параметры смесителей могут быть откорректированы применительно к более конкретным условиям работы и требованиям потребителя. Известно, что все бетоносмесители по способу смешивания делятся на два класса: со свободным смешиванием материалов или гравитационные и с принудительным смешиванием материалов. Также известно, что гравитационные смесители наиболее целесообразно использовать для приготовления более пластичных смесей, т.е. смесей, имеющих меньшее удельное сопротивление при их смешивании; для приготовления же жестких бетонных
смесей наиболее эффективны смесители с принудительным смешиванием материалов.
В целом же относительно этих двух классов смесителей следует отметить, что смесители с принудительным смешиванием любых материалов обеспечивают приготовление смесей более высокого качества по степени однородности. И это связано не только с тем, что в этих смесителях смешиваемые компоненты подвергаются механическому воздействию со стороны смешивающего устройства, а главное с тем, какое количество этих воздействий в единицу времени обеспечивает смешивающее устройство. Учитывая сказанное нами в своё время [1] была предложена классификация бетоносмесителей в зависимости от количества, рода и характера изменения во времени составляющих движений компонентов смеси под воздействием смешивающего устройства. Для определения количества составляющих движений компонентов составлялась принципиальная схема смешивающего устройства и схема возможных движений компонентов при их смешивании. Схема устройства ориентировалась в пространстве по координатным осям х, у, z, на которые проектировались возможные движения смешиваемых компонентов. При ориентации координатных осей принимали, что ось z совпадает с осью вращательного движения смешивающего устройства, либо параллельна ей. Ориентируя оси х и у, по возможности стремились совместить направления их с одним из направлений движения смешиваемых компонентов, исключая, таким образом, появление новой составляющей движения, фиктивно повышающей класс способа смешивания. Род составляющих движений компонентов смеси определялся тем, что эти движения были либо только поступательными, либо только вращательными, либо смешанными. По характеру изменения составляющих движения во времени, по скорости и направлению они были приняты либо постоянными, либо периодически меняющимися, либо произвольно меняющимися.
Анализ существующих конструкций бетоносмесителей, согласно предложенной классификации, позволяет определить потенциальные возможности конструкции смешивающего устройства и в основном определить область применения. Так, наименьший эффект при смешивании следует ожидать в бетоносмесителях со свободным смешиванием
материалов, в которых смешиваемые компоненты имеют лишь две составляющие движения, а смешивание осуществляется только постоянными движениями - вращательными и поступательными.
Наибольший эффект возможно ожидать при приготовлении различных смесей в вибросмесителях, где смешиваемые компоненты могут иметь до пяти составляющих движений, а смешивание осуществляется одновременно поступательными и вращательными, произвольно меняющимися во времени, движениями компонентов смеси. То-есть, в данных смесителях смешиваемые компоненты получают наибольшее количество воздействий в единицу времени со стороны смешивающего механизма.
Однако, в силу низкой надежности вибросмесителей они до настоящего времени не находят должного применения и не выпускаются в промышленности. Учитывая последнее обстоятельство, следует отдать должное группе смесителей с принудите ль-ным смешиванием материалов, имеющих в качестве смешивающего устройства, либо вертикально вращающийся лопастной ротор, либо планетарный смешивающий механизм, либо механизм в виде двух горизонтально установленных лопастных валов, вращающихся навстречу друг другу.
В смесителях этой группы смешиваемые компоненты имеют не менее четырёх составляющих движений, а смешивание в них осуществляется, как правило, одновременно поступательными и вращательными движениями, носящими периодический характер изменения во времени по направлению.
Опыт отечественных и зарубежных производителей и потребителей доказывает на практике преимущественное применение указанной группы смесителей, причем не только на стационарных, но и на передвижных бетоно-смесительных установках.
Приведенные данные анализа бетоносмесителей были нами подтверждены результатами экспериментальных исследований по определению степени сепарации смесей, приготовленных в различных конструкциях бетоносмесителей.
Так, в бетоносмесителях со свободным смешиванием материалов степень сепарации
смеси не достигалась менее 0,09-0,1; в бетоносмесителях с принудительным смешиванием материалов она составляла в среднем 0,04...0,06, а в модели вибросмесителя степень сепарации составляла 0,02-0,03.
Что касается реализации с помощью существующего смесительного оборудования новых наработок в совершенствовании состава бетонов и технологий его производства, то необходимо отметить самую «хроническую», но вполне разрешимую проблему. Дело в том, что нововведения технологов в составах бетона, в основном заключаются в применении каких-то новых добавок, компонентов, в изменении пропорции этих компонентов, что неминуемо приводит к изменению реологических свойств приготовляемых смесей, и, несмотря на это, технологи в технологический процесс приготовления новой бетонной смеси «закладывают» прежний тип бетоносмесителя, конструктивные и технологические параметры которого рассчитаны на приготовление смесей с иными реологическими свойствами. О какой эффективности процесса смешивания в этом случае можно говорить? В целях решения этой проблемы нами проводится в настоящее время исследование о влиянии реологических свойств смесей на качество их приготовления и уже практически разработана методика выбора типа смесителя, его конструктивных и технологических параметров для приготовления различных смесей. Мы считаем, что в паспорте на каждый смеситель должны быть приведены сведения о режимах работы смесителей для приготовления соответствующих смесей, чтобы исключить из ряда вон выходящий пример, когда на стекольном заводе для приготовления стекольной шихты используется роторный бетоносмеситель
СБ-146 (!).
Продолжая говорить о совершенствовании бетонов и их технологических возможностях, мы еще раз хотим сказать, что самую главную роль при этом играет процесс смешивания компонентов смеси и получение высокооднородных смесей, что возможно сделать лишь в смесителях, имеющих наиболее оптимальные параметры (конструктивные, технологические). К сожалению, как и 20-30 лет назад, они не отработаны и в настоящее время.
Я позволю привести здесь высказывания некоторых специалистов в области создания и
производства современного смесительного оборудования.
Вот одно из них: «Если до кризиса 1998 года существенную долю строительной продукции в нашей стране занимало импортное оборудование, то после дефолта импортный товар стал менее конкурентоспособным вследствие его дороговизны, соответственно уменьшился и объем продаж. Кроме того, хотя импортные бетономешалки красивые и легкие, сделаны они из тонколистовой стали, содержат много пластмассовых составляющих, композиционных материалов. В процессе эксплуатации шестеренка из мягкой стали быстро стачивалась до такого состояния, что зубцов практически не оставалось. Зубчатый венец был пластиковым и поэтому с ним были постоянные проблемы. Клиентам приходилось обращаться в фирму, чтобы поменять детали, но они опять изнашивались. Что касается отечественной продукции, то она была очень громоздкой, тяжелой, неудобной для транспортировки, а при работе производила много шума. Сегодня ситуация иная. Российские производители, особенно те, чье руководство мыслит в духе рыночной экономики, разрабатывают новое, более современное оборудование, улучшают его внешний вид. Кроме того, отечественный производитель стал дорожить каждым своим клиентом. Улучшился сервис, заводы обратили внимание даже на свои рекламные проспекты, которые стали более качественными.
В результате спрос на импортные бетономешалки значительно уменьшился в отличие от отечественного оборудования». Следующее высказывание: «В последнее десятилетие в строительной индустрии произошли определенные структурные изменения, связанные с широким размахом строительства малоэтажных зданий промышленных и гражданских объектов из монолитного бетона.
В новых экономических условиях это предъявляет и новые требования к организациям, работающим на рынке строительного оборудования и услуг. При широком спектре выпускаемых отечественной промышленностью бетоносмесительных установок стандартные комплекты не всегда удовлетворяют строителей. Многолетний опыт работы на строительном рынке ООО «УПТК Стройтех-ника» (торговая марка «Все для бетона») показал, что успех деятельности организации
сегодня определяется комплексным подходом к работе со строителями: широкое информирование заказчиков в области строительного производства и оборудования; инжиниринговые услуги по доработке и изменению стандартных комплектов выпускаемого отечественной промышленностью оборудования под требования заказчиков; наработанные связи с поставщиками, позволяющие оперативно вносить изменения в стандартные комплекты оборудования; разработка предложений по оптимальной организации производства бетонных и растворных смесей и работы складов, исходя из условий заказчиков; обеспечение поставок, шеф-монтажных и пусконаладочных работ в кратчайшие сроки; гарантийное обслуживание и обеспечение запчастями». И наконец еще одна мысль: «Основное отличие производимых нами бетоносмесителей в приводе вращения смесительного барабана. В подавляющем большинстве у гравитационных смесителей привод осуществляется через зубчатую передачу, ведомая шестерня которой представляет собой зубчатый венец, укрепленный на наружной поверхности смесительного барабана. В наших бетоносмесителях привод осуществляется посредством червячного редуктора с дополнительной опорой. Применение этого редуктора несколько удорожает изделие, однако повышается надежность конструкции, так как редуктор закрыт от попадания строительной пыли и грязи, значительно уменьшается шум при работе и, наконец, работа с таким бетоносмесителем становится значительно безопаснее, поскольку передача закрыта.
Что касается импортной техники, то ее стало в последнее время существенно меньше. Хотя встречается продукция из Франции, Австрии, Турции. Конечно, внешне очень привлекательные модели, в основном разборные, что удобно при транспортировке. Но, к сожалению, они не очень надежны - тонкостенные, зачастую с пластиковым зубчатым венцом. Ну и, конечно, в основной массе, дороже». Как видно, ни в одном высказывании не говорится о недостатках тех или иных смесителей с позиции их главной задачи - получения высокооднородных смесей. Речь идет лишь о надежности, внешнем виде и цене. А вот видение на проблему приготовления многокомпонентных смесей со стороны науки: «Оба основных типа существующих смесителей (гравитационный и принудитель-
ный) не гарантируют качество смешивания. Основной недостаток - слабое протекание диффузионных процессов на уровне микрообъемов, в результате чего при формирования изделий из смесей, приготовленных в таких смесителях, появляются дефекты, концентраторы напряжений и другие факторы, снижающие их механические свойства. Промышленный опыт эксплуатации бетоносме-сительного оборудования показывает, что одной из причин снижения прочностных показателей бетонных и железобетонных конструкций и, соответственно, срока их службы является неоднородный состав бетонной смеси. А причиной этого в значительной степени является именно невысокое качество бетона, выдаваемого смесителем. Таким образом, повышение интенсивности процессов смешивания становится возможным только при использовании новых эффектов воздействия".
И мы с этим вполне согласны. Одним из таких эффектов является, как мы упоминали и ранее, вибрация смешивающего устройства, ибо она значительно уменьшает вязкость смесей, что и обуславливает интенсификацию диффузионных процессов смешивания. Это действительно так, но это вибрация, это сложность, это долговечность. Сравнивая технические характеристики отечественных бетоносмесителей и аналогичных типов смесителей зарубежных производителей (Германии, Италии, Франции и др.), следует, справедливости ради, отметить более высокие показатели зарубежных смесителей по удельным энергозатратам, по удельной материалоемкости, по эстетическим и эргономическим показателям.
Однако, в силу единства принципов и закономерностей процесса смешивания как в тех, так и других смесителях отсутствуют какие-либо существенные отличия, как по функциональным возможностям, так и по качеству приготовляемых смесей.
Выводы
Значительные потенциальные возможности по совершенствованию смесительной техники заложены, прежде всего, в разработке ти-поразмерных рядов смесителей и ориентации их конструктивно-технологических параметров на приготовление смесей с определенными реологическими свойствами; в использо-
вании скоростного смешивания в пределах до критических скоростей смешивающего устройства.
Создание активных смешивающих устройств, обеспечивающих максимальное количество составляющих движений компонентов смеси, различных по виду и характеру изменения во времени и, наконец, в использовании для привода смешивающих устройств в стационарных БРУ гидравлического привода, позволяющего при необходимости: регулировать и задавать, необходимую для приготовления данных смесей, частоту вращения смешивающего устройства;
регулировать и создавать необходимый крутящий момент на лопастных валах.
Литература
1. Бунин М.В., Ничке В.В., Кириченко И.Г., Богомолов А.А. Создание и эксплуатация строительных машин при вариационном выборе технических решений -Киев: УМК ВО, 1992. - 196 с.
Рецензент: В.В. Ничке, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 12 июня 2007 г.
