Реферат: Процеси у виробництві будівельних матеріалів і виробів

--PAGE_BREAK--1.1.2 Параметри, що впливають на якість змішування
З численних чинників, які впливають на процес змішування сипких будівельних сумішей, в першу чергу слід назвати концентрацію ключового компоненту, вогкість і модуль крупної суміші, оброблюваного матеріалу, час змішування і конструктивно-технологічні параметри змішувача. Зрозуміло, що розглянути всі випадки змішування будівельних сипких сумішей тут неможливо. Тому обмежимося тільки тими, які представляють науковий і практичний інтерес.

Як показали дослідження [17, 54, 79], концентрація ключового компоненту в суміші істотно впливає на критерій якості змішування (мал.5.2).

Із збільшенням концентрації ключового компоненту значення коефіцієнта неоднорідності змішування зменшується, досягає мінімально можливої величини і далі не знижується. Графік залежності має нелінійний вигляд. Встановлено, що при концентрації компоненту більше 10% можна добитися мінімального значення коефіцієнта неоднорідності змішування в двохвальних змішувачах безперервної дії. У тому випадку, коли в суміші знаходиться ключового компоненту менше 10%, то буде потрібно додатковий час на обробку суміші і, можливо, змішувач циклічної дії. Проте зважаючи на малу концентрацію і випадковий характер процесу коефіцієнт неоднорідності виходить великим.

Вогкість суміші також впливає на критерій якості змішування. Із збільшенням вогкості суміші коефіцієнт неоднорідності змішування збільшується (мал.5.2). Очевидно, що за наявності вологи процес змішування проходить менш ефективно, ніж при сухих компонентах суміші. Тому на практиці іноді застосовують двохступінчате (двохстадійне) змішування. Спочатку змішують сухі компоненти, а потім проводять змішування з додаванням води до заданої вогкості [54, 79].
<img border=«0» width=«299» height=«251» src=«ref-1_1202324809-8521.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036">

Рис 5.2. Залежність коефіцієнта неоднорідності змішування від вогкості (1) суміші і концентрації компоненту (2)


<img border=«0» width=«299» height=«247» src=«ref-1_1202333330-32673.coolpic» v:shapes="_x0000_i1037">

Рис 5.3. Залежність коефіцієнта неоднорідності змішування від висоти суміші (1) і частоти обертання лопатей (2)
З технологічних чинників, що впливають на ефективність змішування, слід назвати кількість (об'їм) сировинної суміші, обробці, що піддається. В одновальних і двохвальнихзмішувачах безперервної дії кількість суміші можна характеризувати заввишки суміші в лотку (кориті). Із збільшенням висоти суміші коефіцієнт неоднорідності змішування спочатку знижується, досягає мінімально можливої величини, а потім знову починає рости (мал.5.3). У одновального змішувача це зростання виявляється менш, а у двохвального— більш істотно. Оптимально можливі значення коефіцієнта неоднорідності змішування силікатної формувальної маси у цих змішувачів різні [54,79].

Частота обертання лопатей змішувачів в лоткових змішувачах впливає на якість змішування неоднозначно. Коефіцієнт неоднорідності змішування силікатної суміші із збільшенням частоти обертання лопатей спочатку знижується, досягає мінімальної величини, а потім знову починає збільшуватися (мал.5.3). Залежність носить нелінійний характер і спостерігається як на одновальних, так і двохвальнихзмішувачах. Можна вважати, що в області регулювання частоти обертання лопатей від 1,5 до 2,1 с-1 коефіцієнт неоднорідності змішування в двохвальних змішувачах безперервної дії мало змінюється і досягає майже мінімальної величини.

Майже така ж закономірність і при дослідженні залежності коефіцієнта неоднорідності змішування від кута установки лопатей на валах змішувачів. В діапазоні зміни кута нахилу лопатей від 35 до 60° досягається мінімально можлива величина коефіцієнта неоднорідності змішування по ключовому компоненту. Максимальна продуктивність досягається при куті нахилу 45° (мал.5.4).
<img border=«0» width=«349» height=«222» src=«ref-1_1202366003-7644.coolpic» v:shapes="_x0000_i1038">

Мал.5.4. Залежність продуктивності (1) і коефіцієнта неоднорідності змішування (2) від кута нахилу лопатей на валу.
Зміна продуктивності і коефіцієнта неоднорідності по обидві сторони від кута 45°, зразкове однакове і невелике, тобто рівну продуктивність можна одержати, встановлюючи лопаті під кутом в 30 і 60°. Цим частково можна пояснити різноманіття значень кутів нахилу лопатей в змішувачах безперервної дії.

Момент сили на валах змішувачів в одновальних і двохвальних змішувачах безперервної дії при змішенні, наприклад, силікатних формувальних сумішей змінюється неоднозначно залежно від зміни основних параметрів (мал.5.5). Так, наприклад, момент сили росте із збільшенням об'єму суміші в лотку.


<img border=«0» width=«424» height=«248» src=«ref-1_1202373647-9069.coolpic» v:shapes="_x0000_i1039">

Мал.5.5. Залежність моменту сили на валах від висоти суміші в лотку (1), кута нахилу лопатей (2) і вогкості оброблюваної суміші (3).
Графік залежності має лінійний вигляд. А збільшення кута нахилу лопатей приводить до зменшення моменту сили. Залежність носить також лінійний характер. Із збільшенням вогкості суміші момент сили на валах спочатку зменшується, досягає мінімальної величини, а потім знову починає збільшуватися. Графік залежності має нелінійний вигляд. Зміна вогкості від 5 до 7% не позначається істотно на зміні моменту сили на валах змішувача. Отже, знаючи оптимальні значення основних параметрів змішування, можна розрахувати момент сили на валах, потужність електродвигуна і продуктивність змішувача [17, 54, 79].

Продуктивність лопатевих змішувачів безперервної дії можна розрахувати по формулі [17, 54, 79]
<img border=«0» width=«287» height=«32» src=«ref-1_1202382716-1262.coolpic» v:shapes="_x0000_i1040"> (5.7)
де D
,
d — відповідно зовнішній і внутрішній діаметри лопатей; SB— крок гвинтової лінії установки лопатей; п — частота обертання лопатей; Zл— кількість лопатей, встановлених на одному кроці гвинтової лінії; ZB— кількість валів змішувачів; Кл — коефіцієнт, що враховує взаємне перекриття лопатей в поперечному перетині лотка (корита); КН — коефіцієнт, що враховує ступінь заповнення лотка (корита) сумішшю.

Потужність приводу двохвальнихзмішувачів безперервної дії [17]
<img border=«0» width=«167» height=«89» src=«ref-1_1202383978-1127.coolpic» v:shapes="_x0000_i1041"> (5.8)
де р — питомий опір суміші при обертанні лопатей змішувачів; ZB— кількість валів змішувачів; Sі— площа проекції і-тої лопаті на напрям обертання; Rі— відстань від осі обертання до центру тяжіння і-тої лопаті; ω — кутова швидкість валу змішувача; η — КПД приводу змішувача.

Використовування оптимальних значень параметрів змішування і конструктивно-технологічних параметрів змішувачів дає можливість їх оптимального конструювання і ефективного використовування в промисловості будівельних матеріалів для обробки багатокомпонентних формувальних будівельних сумішей.


    продолжение
--PAGE_BREAK--1.1.3 Диспергіроване змішування сипких матеріалів
Зміна фізико-механічних і технологічних властивостей сировинних формувальних сумішей (мас) спікання, грануляція, гасіння, сегрегації, зволоження і т.п. вимагають вдосконалення технології приготування суміші. Одним із способів ефективної переробки формувальних будівельних сумішей є диспергіроване змішування, тобто одночасне подрібнення і змішування. Диспергірування — це тонке подрібнення твердих тіл, що приводить до утворення дисперсних систем. Диспергіроване змішування може здійснюватися в спеціальних машинах: швидкохідних двохвальних змішувачах безперервної дії; барабанних стрижньових розтирачах-гомогенізаторах, дискових і щіткових змішувачах і ін. [17, 46, 54, 79, 103].


<img border=«0» width=«364» height=«732» src=«ref-1_1202385105-121090.coolpic» v:shapes="_x0000_i1042">

Мал.5.6. Блок-схема програми моделювання диспергірованогозмішування на ЕОМ.
Відомо, що хімічні реакції проходять по поверхні речовин, тобто по поверхні контактів між частинками матеріалу. Тому для підвищення інтенсивності хімічних реакцій речовин вимагається збільшити число контактів між частинками (компонентами). Цю мету переслідує процес подрібнення і процес змішування. Проте неможливо забезпечити достатнє число контактів суміші, якщо цю суміш тільки подрібнити або, навпаки, тільки змішати. Отже, одночасне подрібнення і змішування повинні характеризуватися єдиним узагальненим критерієм обробки. Таким критерієм, наприклад, може служити число контактів між компонентами суміші, вимірюване непрямим способом на основі моделювання [46, 54].

Моделювання процесу на ЕОМ дозволяє одночасно для кожного стану умовного об'єму елементів визначити число контактів елементів різних видів і дисперсію змісту елементів одного вигляду. Блок-схема програми моделювання приведена на мал.5.6 [46, 54].

При виконанні машинного експерименту задавалися наступними значеннями концентрації одного з компонентів: 0,033; 0,10; 0,17; 0,234; 0,333; 0,50. Для знаходження рівняння регресії використовували метод якнайменших квадратів. На рис 5.7 і 5.8 приведена графічна залежність числа контактів N елементів різних видів і коефіцієнтів лінійної регресії β1
і β
2
від дисперсії ключового компоненту Dпри різних значеннях концентрації α. Аналітична залежність для β1
β
2

і N мають вигляд
<img border=«0» width=«275» height=«89» src=«ref-1_1202506195-2252.coolpic» v:shapes="_x0000_i1043"> (5.9)

<img border=«0» width=«427» height=«29» src=«ref-1_1202508447-1542.coolpic» v:shapes="_x0000_i1044"> (5.10)




<img border=«0» width=«297» height=«202» src=«ref-1_1202509989-7101.coolpic» v:shapes="_x0000_i1045">

Мал.5.7. Залежність числа контактів N від дисперсії Dі концентрації елементів а
Для практичного використовування, наприклад, стосовно обробки одиниці маси силікатної формувальної суміші, залежність (5.10) приводиться до вигляду
<img border=«0» width=«473» height=«30» src=«ref-1_1202517090-1608.coolpic» v:shapes="_x0000_i1046"> (5.11)
де а — математичне очікування змісту ключового компоненту в суміші; d— середній діаметр частинки суміші.
<img border=«0» width=«325» height=«220» src=«ref-1_1202518698-20526.coolpic» v:shapes="_x0000_i1047">

Мал.5.8. Залежність коефіцієнтів β1
і β
2, від концентрації елемента а




Інтенсивність обробки силікатної суміші в барабанному стрижньовому розтирачі-змішувачі рекомендується визначати по формулі [46, 54, 79, 103]
<img border=«0» width=«382» height=«68» src=«ref-1_1202539224-1723.coolpic» v:shapes="_x0000_i1048"> (5.12)
де Q— продуктивність подрібнення-змішувача, кг/год; с — коефіцієнт проковзування стрижнів; φ — коефіцієнт заповнення барабана стрижньовим завантаженням; N1
і
N2
— відповідно потужність, затрачувана на підйом і утримання стрижньового завантаження і на повідомлення енергії стрижням, кВт; k— відносний коефіцієнт скачування і підйому стрижнів; ψ — коефіцієнт відносної частоти обертання барабана. Рівняння кінетики подрібнення — змішування [46, 54, 103]
<img border=«0» width=«180» height=«32» src=«ref-1_1202540947-458.coolpic» v:shapes="_x0000_i1049"> (5.13)
де п — поточне значення якості обробки суміші; пм — максимально можлива якість обробки суміші; п0 — якість суміші до її обробки; А — постійний коефіцієнт, що характеризує технологічну ефективність обробки; t— час обробки суміші.

Інтенсивність обробки суміші λ необхідно визначити досвідченим шляхом, для чого суміш піддається двократній обробці [46, 54, 79, 103].

Розділ 2. Формування будівельних сумішей


Формування — технологічний процес (сукупність процесів) отримання з формувальних сировинних сумішей (мас) виробів-напівфабрикатів заданої форми, розмірів, густини, міцності під дією зовнішніх силових дій.

Розрізняють наступні способи формування: пресування, литво, прокат, брикетування, центрифугування, віброформування, вакуумування і ін.

Формування буває: попереднє, остаточне, дискретне (циклічне), безперервне і ін.

В промисловості збірного залізобетону найбільше розповсюдження одержало вібраційне, відцентрове, прокатне і екструзійне формування бетонних і інших формувальних сумішей.
    продолжение
--PAGE_BREAK--2.1. Вібраційне формування (ущільнення) бетонних сумішей


Вібраційне формування буває: ударне, власне вібраційне, імпульсне, вібровакуумне і комбіноване.

Вібраційне формування — це формування з використанням вібраційної дії на бетонну суміш, при якій внутрішні опори в ній знижуються, настільки, що сили тяжіння частинок суміші виявляються достатніми для її ущільнення.

В процесі формування бетонної суміші відбувається більш повне укладання частинок, яке супроводжується видаленням з суміші повітря і зростанням в 1,3...1,4 рази густині суміші в порівнянні з первинною, тобто відбувається її ущільнення. Звичайно ступінь ущільнення суміші оцінюють коефіцієнтом ущільнення Ку = 1 — П, де П — погрішність суміші. Для важких бетонів з осіданням конуса більше 4 см Ку повинне бути не менше 0,98, а для жорстких і дрібнозернистих сумішей не менше 0,96.

При найпоширенішому вібраційному формуванні зв'язку між частинками свіжоукладеної бетонної суміші слабшають настільки, що пухирці повітря спливають, вгору, а частинки заповнювача бетонної суміші під дією сил тяжіння опускаються вниз, сприяючи витісненню повітря. При вібраційній дії різко падає в'язкість бетонної суміші, і вона по своїх властивостях наближається до рідин. Падіння в'язкості, тобто ослаблення зв'язків між частинками бетонної суміші, відбувається завдяки тому, що вібрація викликає відносне переміщення частинок, і ослаблення цих зв'язків відбувається тим повніше, чим вище відносні швидкості їх проковзування. Отже, щоб встановити основні закономірності вібраційного формування, необхідно з'ясувати причину виникнення відносного проковзування частинок бетонної суміші при вібраційній дії на неї і причину, що обумовлює істотне зниження зв'язків між частинками при виникненні цього проковзування.

Процес вібраційного формування бетонних сумішей дуже складний. Тому розглянемо його у вигляді, що схематизував. Дня цього представимо бетонну суміш у вигляді різних за розміром частинок крупного заповнювача, дотичних між собою і стінками судини, в якій знаходиться бетонна суміш. Простір між частинками крупного заповнювача займає цементно-піщаний розчин, що включає пухирці повітря. Отже, бетонна суміш є трифазним середовищем, що складається з твердої (частинки крупного заповнювача), рідкої (цементно-піщаний розчин) і газоподібної (пухирці повітря) фаз.

Приведемо місткість, в якій знаходиться бетонна суміш, в гармонійний коливальний рух з частотою ω, якщо в цю місткість зануримо яке-небудь тіло, що коливається. Тоді від внутрішніх поверхонь емкості або від поверхні зануреного тіла (випромінюючих поверхонь) коливання почнуть передаватися дотичним з ними частинкам крупного заповнювача і цементно-піщаному розчину. Сили сухого тертя між дотичними частинками крупного заповнювача і в'язкий опір цементно-піщаного розчину почнуть захоплювати в коливальний рух частинки бетонної суміші, видалені від випромінюючих поверхонь. Проте частинки крупного заповнювача володіють достатньо великою масою і, отже, інерційністю і тому чинитимуть опір залученню в цей коливальний рух. При цьому частинки крупного заповнювача з більшою масою матимуть менші розмахи коливань, а частинки з меншими масами великі, оскільки останні володіють меншим відношенням маси до поверхні, від якої залежать сили в'язкого опору залучаючого їх до коливального руху. Опір, що виникає при відносному русі частинок крупного заповнювача і цементно-піщаного розчину, викличе різні по значенню фазові зсуви переміщень частинок крупного заповнювача щодо коливань випромінюючих поверхонь. Таким чином, між частинками крупного заповнювача виникнуть відносні проковзування, швидкості яких у міру видалення від випромінюючих поверхонь знижуватимуться і на деякій відстані від них впадуть до нуля.

Відстань, на яку розповсюджуються коливання в товщі бетонної суміші, залежить від напряму коливань відносно випромінюючої поверхні. Якщо коливання перпендикулярні випромінюючій поверхні, то вони передаються бетонній суміші шляхом сполучення їй імпульсів стиснення або збудженням в ній нормальних напруг, що періодично змінюються. Якщо коливання дотичні у напрямку до випромінюючої поверхні, то збудження коливань в бетонній суміші відбувається за рахунок дотичних напруг, що періодично змінюються. При збудженні коливань за рахунок нормальних напруг вони розповсюджуються в бетонній суміші на більшу глибину, ніж у разі збудження коливань дотичними напругами.

В першому наближенні можна вважати, що при постійній амплітуді переміщення випромінюючої поверхні сили в'язкого опору цементно-піщаного розчину ростуть пропорційно швидкості і, отже, з підвищенням частоти гармонійних коливань вони ростуть пропорційно ω. Інерційні ж сили збільшуються пропорційно ω2. Отже, при зростанні частоти коливань абсолютні значення переміщень більш дрібних частинок крупного заповнювача знизяться, а це в сукупності із згаданими фазовими зсувами приведе до зростання швидкостей їх проковзування відносно навколишнього середовища. Цим пояснюється доцільність підвищення частоти коливань при формуванні бетонних сумішей з дрібним заповнювачем. Таким чином, в спрощеному вигляді пояснюються причини виникнення відносного проковзування частинок бетонної суміші при вібраційній дії на неї.
<img border=«0» width=«218» height=«311» src=«ref-1_1202541405-4607.coolpic» v:shapes="_x0000_i1050">

Мал.6.1. Паралелограм векторів сил і швидкостей
Тепер з'ясуємо причини, при яких різко знижуються сили зв'язків між частинками бетонної суміші в умовах їх відносного проковзування. Перш за все, з'ясуємо, чому при відносному проковзуванні частинок бетонної суміші сили їх тяжіння виявляються достатніми для подолання сил сухого тертя, обумовлених взаємним затисканням частинок крупного заповнювача. Для цього скористаємося результатами досліджень вібраційного зниження тертя, виконаних Г.Ю. Джанелідзе, И.И. Блехманом і І.І. Биховськім, і розглянемо поведінку тіла М, яке ковзає по поверхні іншого тіла із швидкістю v (мал.6.1). Цей рух може відбуватися за інерцією або під дією деякої сили Р. В останньому випадку вектор швидкості v співпадає по напряму з вектором сили Р. Тепер в позитивному напрямі осі х прикладемо до тіла М миттєвий імпульс сили, що викликає рух тіла з швидкістю і, вектор якої з первинним вектором швидкості v складає кут φ, і одночасно прикладемо до тіла М силу Q, що забезпечує постійність швидкості і. Для цього необхідно, щоб Q = Fu, тобто модулю видимої сили тертя, яку повинна долати сила Q. Вектор результуючої швидкості ω тіла визначиться як
<img border=«0» width=«194» height=«35» src=«ref-1_1202546012-685.coolpic» v:shapes="_x0000_i1051">.
Дійсна сила тертя F, прикладена до тіла М, діє уздовж вектора швидкості ω в напрямі, протилежному йому. Силу Fможна розкласти на дві складові Fu
і
Fvякі направлені відповідно в сторони, протилежні векторам швидкостей u
і
v.

З подібності трикутників виходить, що Fu
=
uF
/
ω. Підставивши в цей вираз значення ω, одержимо
<img border=«0» width=«227» height=«61» src=«ref-1_1202546697-776.coolpic» v:shapes="_x0000_i1052"> (6.1)
Але сили тертя пропорційні коефіцієнтам тертя
<img border=«0» width=«174» height=«32» src=«ref-1_1202547473-598.coolpic» v:shapes="_x0000_i1053"> (6.2)
де N — сила нормального тиску; f— дійсний коефіцієнт тертя ковзання; fu— видимий (уявний) коефіцієнт тертя ковзання. З врахуванням (6.2) рівність (6.1) приймає вигляд
<img border=«0» width=«227» height=«62» src=«ref-1_1202548071-784.coolpic» v:shapes="_x0000_i1054"> (6.3)




В окремих випадках при
<img border=«0» width=«207» height=«62» src=«ref-1_1202548855-843.coolpic» v:shapes="_x0000_i1055"> <img border=«0» width=«179» height=«61» src=«ref-1_1202549698-841.coolpic» v:shapes="_x0000_i1056">.
Останні вирази показують, що при будь-яких значеннях кутаφ, якщо <img border=«0» width=«141» height=«52» src=«ref-1_1202550539-444.coolpic» v:shapes="_x0000_i1057">. З цього виходить, що видимий коефіцієнт тертя, а, значить, і видима сила тертя сталі пропорційними швидкості u, тобто опір став як би лінійно-в'язким. Таке явище часто називають лінеаризацією тертя.

Одержаний результат говорить про те, що якщо тіло М рухалося рівномірно під дією сили Р з деякою швидкістю v(згідно закону Кулона, Р≥Nf), змінити модуль або напрям вектора швидкості тіла М, що рухається, може практично будь-хто скільки завгодно мала сила Q. Проте це лише уявне зниження тертя, оскільки в напрямі, протилежному від результуючого вектора швидкості ω (мал.6.1), діє повнасила тертя F=Nf. Отже, коли при вібраційній дії на бетонну суміш починаються відносні проковзування частинок бетонної суміші, то сила їх тяжіння, подібно малій по значенню силі Q, здатна примусити ці частинки рухатися вниз.

Окрім крупного заповнювача бетонна суміш складається з цементно-піщаного розчину з включеннями бульбашок повітря. Цей розчин може розглядатися як деяке дисперсне середовище, яке під дією вібрації піддається деформаціям зсуву. Доведено, що текучість цементно-піщаного розчину підвищується із зростанням швидкості деформацій зсуву. Значить, під дією вібрації падає диссипативний опір деформаціям бетонної суміші.

Одним з домінуючих чинників, що впливають на процес вібраційного ущільнення бетонної суміші, є інерційні сили, діючі на її частинки. Ці сили є причиною виникнення відносних прослизань частинок бетонної суміші і в сукупності з силою тяжіння, діючої на частинки, забезпечують її ущільнення. Значить, чим вище прискорення коливань випромінюючих поверхонь, тим більше інерційні сили, діючі на частинки, і тим повніше протікає процес ущільнення бетонної суміші. Проте встановлено, що коли вектори прискорень нормальні до випромінюючої поверхні, і їх максимальні значення перевершують 6...7 g, інерційні сили, діючі на частинки, робляться такими великими, що долають сили адгезіонногозчеплення між бетонною сумішшю і випромінюючою поверхнею в ті інтервали часу, коли вони направлені від неї. При цьому виникає розрив між бетонною сумішшю і випромінюючою поверхнею, який приводить до підсосу повітря, тобто до ущільнення бетонної суміші.

П.И. Новосельский і В.В. Шестоперов експериментально довели, що адгезіонні сили мало залежать від складу сумішей і матеріалу випромінюючих поверхонь, тому можна вважати, що при прискореннях 6g відриву суміші ще не відбувається.

При дотичних коливаннях випромінюючої поверхні по відношенню до бетонної суміші можливість таких розривів виключається, що дає можливість дещо інтенсифікувати процес ущільнення шляхом підвищення розмахів прискорення випромінюючої поверхні.

Ефективність ущільнення бетонної суміші великою мірою залежить від того, що розташовує по відношенню до неї випромінюючій поверхні. Якщо випромінююча поверхня є площиною і розташовується зверху на бетонній суміші, таке ущільнення називають поверхневим. Якщо випромінююча поверхня (звичайно циліндрова) розташовується усередині масиву бетонної суміші, ущільнення називають глибинним. Якщо конфігурація випромінюючих поверхонь повторює конфігурацію виробу, тобто є формою, і бетонна суміш розташовується над нижньою випромінюючою поверхнею (звичайно площиною, звану піддоном), а вся форма в цілому скоює який-небудь коливальний рух, який розповсюджується у всьому об'ємі бетонної суміші, що знаходиться в ній, ущільнення називають об'ємним. Воно забезпечує високий ступінь ущільнення бетонної суміші і набуло найбільше поширення у виробництві збірного залізобетону. З цієї причини розглянемо деякі специфічні особливості об'ємного ущільнення.

При коливаннях форми відрив суміші від її випромінюючих поверхонь, перпендикулярних напряму коливань, і пов'язані з цим підсос повітря і ущільнення суміші почнуться при вказаних вище значеннях прискорень (6...7g). Якщо форма скоює гармонійні коливання із заданою частотою?, те максимально допустиме значення її амплітуди коливань хаmax = 6g/ω.

При об'ємному ущільненні застосовують горизонтально і вертикально направлені коливання форми. При горизонтально направлених коливаннях форми ущільнення бетонної суміші здійснюється в основному за рахунок дотичних коливань піддону. Нормальна дія на бетонну суміш в цьому випадку походить лише від бортів торців форми, площа яких мала. Тому, як вже наголошувалося, при горизонтально направлених коливаннях може бути досягнута деяка інтенсифікація ущільнення бетонної суміші у разі формування тонкостінних виробів за рахунок підвищення прискорень форми. Ефективними шляхами підвищення прискорень є вживання бігармонічних і ударно-вібраційних коливань форми з бетонною сумішшю. Проте при будь-якій формі горизонтально направлених коливань вони повинні бути обов'язково симетричними, тобто прискорення при русі форми і в одну, і в іншу сторони повинні бути однаковими. Якщо симетрія коливань буде порушена, то виявиться транспортний ефект, і бетонна суміш почне переміщатися у бік менших прискорень, що неприпустимо, оскільки приведе до розшарування бетонної суміші і різностінності виробів.

При вертикально направлених коливаннях форми відрив суміші від піддону можливий лише в тій частині періоду її руху, коли інерційні сили, прикладені до частинок бетонної суміші, діють вгору. При дії ж інерційних сил на частинки вниз суміш притискається до піддону форми. Ця обставина відкриває перспективи інтенсифікації процесу ущільнення бетонної суміші за рахунок використовування асиметричних вертикально направлених коливань форми.

Для пояснення цього явища розглянемо сили, діючі на деякий об'єм бетонної суміші масою тб, що знаходиться на горизонтальній поверхні-піддоні, який скоює вертикально направлені коливання за законом x0
(
t
) (мал.6.2)
<img border=«0» width=«351» height=«162» src=«ref-1_1202550983-4400.coolpic» v:shapes="_x0000_i1058">

Мал.6.2. Схема сил, діючих на бетонну суміш, що знаходиться на площині, що скоює вертикально направлені гармонійні коливання
Рівняння руху цього об'єму можна записати у вигляді
<img border=«0» width=«300» height=«38» src=«ref-1_1202555383-1198.coolpic» v:shapes="_x0000_i1059"> (6.4)
Тут х — переміщення об'єму щодо піддону; перший член справа — інерційна сила, обумовлена коливаннями піддону; другий — вага частинки суміші; <img border=«0» width=«29» height=«32» src=«ref-1_1202556581-119.coolpic» v:shapes="_x0000_i1060">При русі частинок разом з піддоном х = 0, звідки нормальна реакція
<img border=«0» width=«229» height=«37» src=«ref-1_1202556700-946.coolpic» v:shapes="_x0000_i1061"> (6.5)
Відрив частинки від піддону відбувається при N=
, тобто при
<img border=«0» width=«139» height=«64» src=«ref-1_1202557646-715.coolpic» v:shapes="_x0000_i1062"> (6.6)

Звідси видно, що відрив можливий лише при негативних прискоренняхпіддону. Експериментально встановлено, що відрив може відбутися в тому випадку, якщо
<img border=«0» width=«84» height=«31» src=«ref-1_1202558361-431.coolpic» v:shapes="_x0000_i1063"> (6.7)
При відриві бетонної суміші від піддону в простір, що утворився, спрямовується повітря, яке потім перетворюється на бетонну суміш, що приводить до її ущільнення. Таким чином, для того, щоб не відбувалося ущільнення, негативні прискорення піддонуне повинні перевершувати по модулю 7g.
<img border=«0» width=«419» height=«238» src=«ref-1_1202558792-6934.coolpic» v:shapes="_x0000_i1064">

Мал.6.3. Зразкові осцилограми прискорень при гармонійних і асиметричних коливаннях
При гармонійних коливаннях графік прискорення піддону симетричний (мал.6.3, крива 1), і максимальні значення позитивних і негативних прискорень рівні між собою. При асиметричних коливаннях (мал.6.3, крива 2) можна сформувати такі закони руху піддону, при яких максимум модуля негативного прискорення <img border=«0» width=«36» height=«26» src=«ref-1_1202565726-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1065"> менше 7g, а максимум позитивних прискорень <img border=«0» width=«36» height=«28» src=«ref-1_1202565917-205.coolpic» v:shapes="_x0000_i1066"> досягає 15-20 g.

Таким чином, при гармонійних коливаннях піддону для виключення відриву бетонної суміші необхідно обмежувати амплітуду прискорення, тоді як при асиметричних коливаннях достатньо обмежити по модулю лише негативні прискорення піддону. Позитивні ж прискорення можуть бути доведені до 20 g. В результаті виключається можливість відриву бетонної суміші від піддону, а великі інерційні сили, що притискують суміш до піддону, з одного боку, сприяють поліпшенню процесу ущільнення за рахунок виникаючого при цьому трамбуючого ефекту, і з другого боку, підвищують швидкості відносного проковзування частинок бетонної суміші, від яких, як відомо, залежить ступінь зниження її внутрішніх опорів, і, відповідно, якість ущільнення. Цим і пояснюється підвищена ущільнююча здатність машин з асиметричними коливаннями.

Асиметричні коливання робочих органів з необхідними співвідношеннями максимумів модуля позитивних і негативних прискорень найбільш просто досягаються в ударно-вібраційних ущільнюючих машинах шляхом відповідного підбору їх основних параметрів.

Випромінюючі поверхні робочих органів ударно-вібраційних машин здійснюють складні за формою коливання, які можуть бути представлені у вигляді суми гармонік, перша з яких ω1 (частота основного тону) рівна частоті ударів, друга ω2 = 2ω1, третяω3 = 3ω
1і т.д., тобто в таких випадках говорять, що спектральний склад коливань збагатив вищими гармоніками, з яких перші 4...5 звичайно достатньо значущі. Ця обставина, з викладених вище причин, покращує ущільнення дрібнозернистих сумішей. Останніми роками завдяки своїй конструктивній простоті і високій ущільнюючій здатності все більше поширення набувають ударно-вібраційні ущільнюючі машини.

При розрахунках вібраційних ущільнюючих машин обов'язково виникає необхідність обліку впливу бетонної суміші на динаміку машини. Приведений вище опис закономірностей вібраційного ущільнення бетонної суміші говорить про те, що для вирішення цієї задачі необхідно розглядати ущільнюючу машину і бетонну суміш як єдину динамічну систему. Але бетонна суміш є складним в’язкопластичним середовищем, яке за наявності повітря (особливо в початковий період ущільнення) володіє і деякими пружними властивостями. Все це украй утрудняє рішення єдиної динамічної системи «ущільнююча машина — бетонна суміш». Тому при практичних розрахунках ущільнюючих машин прийнято враховувати вплив бетонної суміші на їх динаміку введенням коефіцієнта приєднання бетонної суміші.

При завантаженні форми бетонною сумішшю, що знаходиться на працюючій формуючій машині із зарезонансною настройкою, відбувається зниження амплітуд віброзміщень через збільшення маси, що коливається. Таке ж по величині зниження амплітуд віброзміщеньможе бути досягнуте шляхом жорсткого приєднання до порожньої форми зосереджених вантажів. Відношення маси цих вантажів до всієї маси бетонної суміші, завантажуваної у форму, називають коефіцієнтом приєднання бетонної суміші k1. Експериментально встановлено, що залежно від густини армування і складу бетонної суміші k1= 0,15...0,4. Склад суміші робить значно менший вплив на k1,ніж густина армування. Тому звичайно для малоармованих виробів приймають k1 = 0,2...0,25, для середньоармованихk1 =0,25...0,3 і для густоармованихk1 =0,3...0,4. При розрахунку з гармонійними вертикально направленими коливаннями, що працюють в зарезонансномурежимі, їх розглядають в спрощеному вигляді як диссипативнусистему (тобто з розсіюванням енергії) з одним ступенем свободи. При цьому вібруючамаса буде рівна
тв
= тk + тф
+
k1тбс
(6.8)


де тk — маса частин вібромайданчика, що коливаються; тф — маса форми; k1тбс— приєднана маса бетонної суміші.

Останній доданок моделює приведену масу пружно-в'язко-пластичного середовища, яким є бетонна суміш.

Дисипація енергії, пов'язана з ущільненням бетонної суміші в цьому випадку моделюється опором, від якого залежить кут φ зсуву фаз між силою і переміщенням, що є вимушеним. При розрахунку вібромайданчиків амплітуду їх коливань Ха і потужність, необхідну для підтримки коливань, Nср знаходять як
<img border=«0» width=«144» height=«63» src=«ref-1_1202566122-745.coolpic» v:shapes="_x0000_i1067"> (6.9) <img border=«0» width=«179» height=«56» src=«ref-1_1202566867-718.coolpic» v:shapes="_x0000_i1068"> (6.10)
де т0 — маса дебалансів; r— ексцентриситет дебалансів; ω — кутова частота коливань вібромайданчика.
    продолжение
--PAGE_BREAK--2.2. Відцентрове формування


При центрифугуванні дія на тіло або оброблюване середовище здійснюється відцентровими силами. Машини, в яких здійснюється така дія, називаються центрифугами. Центрифуги призначаються для розділення сумішей на складові частини, осадження частинок, зважених в рідині, ущільнення різних середовищ і інших цілей. Робочий орган центрифуг може обертатися щодо вертикальної або горизонтальної осі.

При обертанні щодо вертикальної осі на оброблюване тіло або середовище діє відцентрова сила, вектор якої обертається в горизонтальній площині, а вектор сили тяжіння перпендикулярний їй.

При цьому результуюча сила, діюча на оброблюване тіло або частинки матеріалу
<img border=«0» width=«162» height=«38» src=«ref-1_1202567585-663.coolpic» v:shapes="_x0000_i1069"> (6.11)
де т — маса тіла або частинки матеріалу; R— радіус, на якому знаходиться центр тяжіння тіла або частинки від осі обертання. При обертанні робочого органу щодо горизонтальної осі результуюча сила, діюча на оброблюване тіло або частинку матеріалу (мал.6.4)
<img border=«0» width=«230» height=«183» src=«ref-1_1202568248-12854.coolpic» v:shapes="_x0000_i1070">

Мал.6.4. Схема діючих сил при відцентровому формуванні
<img border=«0» width=«323» height=«39» src=«ref-1_1202581102-1161.coolpic» v:shapes="_x0000_i1071"> (6.12)
При ωt
= 0, коли частинка або тіло знаходяться в точці А, cosωt

= — 1.

Тоді
<img border=«0» width=«147» height=«31» src=«ref-1_1202582263-622.coolpic» v:shapes="_x0000_i1072"> (6.13)
при ωt= 180°, коли частинка знаходиться в точці В, cosωt
= — 1.


<img border=«0» width=«138» height=«30» src=«ref-1_1202582885-429.coolpic» v:shapes="_x0000_i1073"> (6.14)
Отже, при горизонтальному тому, що розташовує осі обертання робочого органу в точці А (мал.6.4) тиск нижче, ніж в точці В. При циліндровому робочому органі і обробці плинних середовищ це примушує їх при роботі центрифуги рівномірно розподілятися по внутрішній поверхні робочого органу.

У виробництві збірного залізобетону застосовують центрифуги з горизонтальною віссю обертання і циліндровим робочим органом для формування трубчастих виробів. В цьому випадку (мал.6.4) результуюча відцентрова сила, діюча на елементарне кільце бетонної суміші радіусом r1завтовшки стінки dr1і завдовжки l, буде
<img border=«0» width=«167» height=«35» src=«ref-1_1202583314-785.coolpic» v:shapes="_x0000_i1074"> (6.15)
де ρ — густина бетонної суміші (ρ = 600...2400 кг/м3). Інтегруючи останній вираз R1до R, одержимо
<img border=«0» width=«323» height=«66» src=«ref-1_1202584099-1375.coolpic» v:shapes="_x0000_i1075"> (6.16)      
деR — зовнішній радіус труби; R1
— внутрішній радіус труби.

Щоб визначити тиск на зовнішній поверхні труби, ліву і праву частині виразу ділять на зовнішню площу труби
<img border=«0» width=«239» height=«61» src=«ref-1_1202585474-1313.coolpic» v:shapes="_x0000_i1076"> (6.17)
Як видно, останній вираз дає зв'язок між тиском на поверхні труби з її параметрами і швидкістю обертання центрифуги. Таким чином, можна вибрати основні параметри центрифуг для формування трубчастих залізобетонних виробів. Крім того, з останнього виразу видно, що відцентрове формування за своєю суттю є одним з різновидів формування пресуванням, в якому пресуючим зусиллям є відцентрова сила.

2.3. Роликове формування


Процес роликового формування полягає в укочуванні рихлої бетонної суміші роликами. У такий спосіб формують плоскі і трубчасті бетонні і залізобетонні вироби. Він істотно відрізняється від вібраційного способу і відноситься до одного з різновидів формування шляхом пресування. При такому формуванні ущільнення бетонної суміші відбувається під дією нормального контактного тиску ролика на суміш, який прийнято називати пресуючим тиском. Пресуючий тиск прикладається до бетонної суміші з певною швидкістю і зростає від нуля до максимуму, а потім знижується. При цьому відбувається порушення порівняно слабких зв'язків між частинками бетонної суміші, які під дією пресуючого тиску долають опір зсуву і переміщаються в більш стійкі положення, витісняючи при цьому пухирці повітря. Після зняття пресуючого тиску (після проходу ролика) відбувається розвантаження бетонної суміші, і частина її первинної деформації пружно відновлюється (мал.6.5).

Подальші дії пресуючих роликів в умовах безперервного надходження під них бетонної суміші приводять до нових переміщень її частинок і подальшого витіснення повітря. У міру збільшення числа дій роликів ущільнення суміші відбувається не тільки унаслідок повторення навантаження, але і унаслідок збільшення пресуючого тиску роликів на суміш. Поступово суміш ущільнюється, що виражається в накопиченні необоротних деформацій бетонної суміші, величина яких за кожну нову дію поступово зменшується і після 40...80 проходів ролика стає неістотною. Це свідчить про те, що бетонна суміш ущільнена.


<img border=«0» width=«340» height=«104» src=«ref-1_1202586787-3062.coolpic» v:shapes="_x0000_i1077">

Мал.6.5. Схема роликового формування: 1 — форма; 2 — бетонна суміш, 3 — ролик.
<img border=«0» width=«304» height=«132» src=«ref-1_1202589849-10586.coolpic» v:shapes="_x0000_i1078">

Мал.6.6. Схема ущільнення суміші при роликовому формуванні
При формуванні плоских виробів вісь пресуючого ролика (одного або декількох) скоює поворотно-поступальний рух. На схемі (мал.6.5) показаний момент, коли ролик і форма рухаються щодо один одного зліва направо. При формуванні порожнистих циліндрових виробів пресуючі ролики встановлюють на спеціальній головці, яку називають пресуючою. На ній встановлюють три або більше число роликів так, що їх зовнішні твірні співпадають з внутрішньої циліндрової поверхні твірної трубчастого виробу. Пресуюча головка з роликами обертається в одному напрямі.

Головним чинником, що визначає ступінь ущільнення бетонної суміші при роликовому формуванні, є пресуюче тиск ролика на суміш.

Спрощена схема сил, діючих на ролик в процесі формування, приведена на (мал.6.6). Пресуючий тиск
<img border=«0» width=«108» height=«57» src=«ref-1_1202600435-561.coolpic» v:shapes="_x0000_i1079"> (6.18)


де Е — модуль першого роду бетонної суміші; а — кут захоплення бетонної суміші роликом.

Для особливо жорстких бетонних сумішей при α = 30° пресуюче зусилля рівно
<img border=«0» width=«132» height=«35» src=«ref-1_1202600996-578.coolpic» v:shapes="_x0000_i1080"> (6.19)
де lp— довжина пресуючого ролика; r — радіус ролика.

Процес роликового формування достатньо складний. Вираз для р дає значення тиску безпосередньо під роликом. У міру видалення від поверхні ролика тиск в бетонній суміші падає і на деякій глибині h0досягає свого початкового значення р0, тобто тиску, який був в бетонній суміші до дії на нього роликом. Оскільки густина бетонної суміші є функція р на глибині h0, ущільнення не відбувається. Значення р і h0
ростуть із збільшенням радіусу ролика r. Залежність пресуючого тиску і, отже, густини суміші при роликовому формуванні від властивостей суміші, геометрії виробу і параметрів формуючої установки дуже складна. Тому при практичних розрахунках установок частіше всього використовує емпірична залежність.


    продолжение
--PAGE_BREAK--2.4. Пресування порошкоподібних будівельних матеріалів2.4.1 Визначення. Класифікація
Виробництво деяких будівельних матеріалів і виробів (цеглини, каменя, плит, плиток, блоків, панелей і т.д.) організовано із застосуванням процесу пресування формувальних сумішей (мас, прес — порошків і т.п.).

Пресування — це формування виробів (напівфабрикатів) в прес — інструментах під дією тиску. Розрізняють пресування: статичне, ізостатичне, квазіізостатичне, гідростатичне, газостатичне, динамічне, гідродинамічне, електрогідродинамічне, високошвидкісне (імпульсне), екструзійне (мундштучне), вібраційне, ударне, холодне, гарячіше, циклічне, безперервне, пряме, з бічним закінченням, зворотне і ін. [96].

Ізостатичне пресування здійснюється в еластичних або пластичних оболонках тиском рідини або газу.

Квазіізостатичне пресування проводиться всестороннім тиском, передаваним за допомогою сипкого, пористого, в'язкого або пластичного робочого середовища.

Гідростатичне пресування — це ізостатичне пресування, здійснюване в гідростатах, в яких робочим середовищем є рідина.

Газостатичне пресування — це ізостатичне пресування, при якому робочим середовищем є гази.

Динамічне пресування — це високошвидкісне пресування прес — порошку за рахунок динамічної дії жорсткого прес — інструменту.

Гідродинамічне пресування — це пресування порошкових матеріалів (особливо важко пресованих) енергією гідравлічного імпульсу, що виникає в рідині унаслідок вибуху або електричного розряду (при електродинамічному пресуванні).

Високошвидкісне пресування — це пресування, здійснюване за рахунок вибухової хвилі, електромагнітного імпульсу, механічного удару або інших подібних енергій.

Ударне пресування — це пресування за рахунок енергії удару прес-інструменту, магнітного імпульсу, хвилі рідини або газу.

Пряме пресування — це пресування, при якому переміщення пресування і інструменту відбувається в одному напрямі.

Зворотне пресування — це пресування, при якому закінчення матеріалу відбувається в напрямі, протилежному руху прес, — інструменту.

Найширше розповсюдження в промисловості будівельних матеріалів одержало статичне, екструзійне(мундштучне) і вібраційне пресування. Машини, вживані для пресування, називаються пресами або агрегатами для пресування.

Статичне пресування (одностороннє, двостороннє, пряме, холодне, циклічне, одноступінчате, багатоступінчате, з жорсткою і «плаваючою» прес-формою і т.п.) здійснюється в закритій прес-формі з переміщенням прес-пороша і пресуючого інструменту, головним чином, в одному напрямі (мал.6.7).
<img border=«0» width=«434» height=«149» src=«ref-1_1202601574-5896.coolpic» v:shapes="_x0000_i1081">

Мал.6.7. Схеми статичного пресування: а — одностороннє; б — двостороннє; в — одностороннє з «плаваючою» прес-формою.
При пресуванні будівельних формувальних сумішей в закритих прес-формах вони піддаються всесторонньому стисненню (об'ємної деформації). При цьому відбувається ущільнення спочатку за рахунок видалення повітря, а потім за рахунок переорієнтації і більш щільної упаковки частинок матеріалу. Необоротна зміна об'єму матеріалу, що стискається, при пресуванні можлива тільки при деформації, що перевищує пружну. Залишкова деформація виникає в матеріалі при певній величині додатку навантаження, яке прийнято називати граничною. Протягом всього циклу пресування у будь-який момент часу збільшення тиску пресування викликає приріст пластичної деформації і зміну густини матеріалу (пресування).

Пресування, що одержало задану форму і розміри, володіє певною міцністю, яку можна пояснити таким чином [53, 70, 102].

1. Дією міжмолекулярного електростатичного зчеплення, що виникає в місцях контактів частинок формувальної суміші.

2. Взаємним переплетенням частинок і упровадженням виступів одних в западини інших, створюючим механічну міцність. На думку М.Ю. Балишина, міцність пресування, одержаного з сухих металокерамічних порошків, є переважно механічною. Електростатична міцність тут невелика. Обидва міцності пропорційні контактній поверхні частинок і, у свою чергу, тиску пресування.

3. Склеюючою дією тонких плівок води, здатною утворювати міцну структуру під впливом власних силових полів, тобто за рахунок зчеплення частинок суміші.

4. Натягненням мікро- і макрокапілярів, не повністю заповнених водою, що приводить до зближення твердих частинок між собою. За даними Д. Терцаги, капілярні сили можуть створювати вельми великий питомий тиск, наприклад, в глинах ці сили додають зв'язність грунтам [92].

Таким чином, в ущільнюваній формувальній суміші є умови для одночасної дії різних сил, що додають міцність пресуванню. Вплив кожної з приведених сил може мінятися в досить широких межах і залежить від великої кількості чинників.

Вивчення процесу стиснення матеріалу при пресуванні дає можливість пов'язати фізико-механічні і технологічні властивості порошкоподібних будівельних матеріалів з циклом пресування, конструкцією, кінематикою і режимом роботи пресів. При вивченні об'ємної деформації порошкоподібних матеріалів розглядаються наступні питання: розподіл тиску в об'ємі пресування; спресованість матеріалу; залежність густини від тиску пресування; вплив фізико-механічних і технологічних властивостей формувальної суміші і її компонентів на тиск пресування і міцність пресування, вплив тривалості пресування, вплив формувальної вогкості суміші і т.д.


2.4.2 Закономірності пресування
Кінетика процесу ущільнення матеріалу при пресуванні визначається умовами пластичної деформації пористого тіла, що стискається, механічні властивості якого залежать від фізико-механічних властивостей формувальної суміші.

Криві статичного пресування (стиснення) відображають сучасне представлення теорії пресування дисперсних (сипких, порошкоподібних і ін) матеріалів і дозволяють виявити фізичну сторону процесу (мал.6.8).

Як показник ефективності пресування приймається зміна міцності, густини, пружності і інших властивостей матеріалу (пресування) залежно від тиску пресування (мал.6.8), або зміна зусилля пресування (навантаження) від деформації матеріалу (зміни об'єму, товщина пресування, ходу прес-інструменту і т.п.) (мал.6.8, 6.9).
<img border=«0» width=«424» height=«153» src=«ref-1_1202607470-22111.coolpic» v:shapes="_x0000_i1082">

Рис.6.8. Залежність міцності (а) і густини (б) пресування від тиску пресування і вогкості суміші
По кривих пресування видно, що до утворення суцільної однорідної структури пресування з максимальним ущільненням маси (суміші) спочатку відбувається різке підвищення густини залежно від тиску, а потім незначне підвищення густини при різкому збільшенні тиску пресування.

Характер кривих пресування (мал.6.9) може бути різним і залежить від прессованостіформувальних сумішей (мас). Під прессованістю (ущільнюваністю) розуміється здібність сипкого матеріалу до формування і ущільнення. На практиці залежно від прессованостісипкі формувальні матеріали умовно розділяються на важко-, середньо- і легкоущільнюючіматеріали.


<img border=«0» width=«511» height=«185» src=«ref-1_1202629581-7670.coolpic» v:shapes="_x0000_i1083">

Мал.6.9. Криві (діаграми) пресування: а — важкоущільнюючих матеріалів; б — середньоущільнюючих матеріалів; в — легкоущільнюючих матеріалів.
До важкоущільнюючих матеріалів відносяться такі, які після тривалого попереднього ущільнення (без великої витрати енергії) перед максимальним ущільненням випробовують різке зростання навантаження (зусилля пресування). Спостерігається незначне підвищення густини при різкому збільшенні тиску пресування. Діаграма пресування легкоущільнюючих матеріалів має малу зону попереднього ущільнення. Навантаження поволі зростає протягом всього часу пресування. Більшість матеріалів (середньоущільнюючих) володіє великою пружною післядією.

В зоні А (мал.6.9, б), відповідної початку пресування, відбувається більш швидка зміна об'єму матеріалу за рахунок вільного переміщення і зсуву його частинок. При цьому з матеріалу віддаляється велика частина повітря і на ущільнення затрачується небагато енергії. Енергія витрачається, в основному, на подолання сил внутрішнього тертя частинок і зовнішнього тертя частинок об стінки прес-форми. Ущільнення матеріалу по висоті прес-форми відбувається нерівномірно. Найбільшому ущільненню піддається шар матеріалу, прилеглий до пресованого інструменту. Протяжність зони А залежить від багатьох чинників: фізико-механічних і технологічних властивостей матеріалу, ефективності засипки прес-форми, порожнистості виробу, тривалості додатку навантаження і ін.

В зоні Б ущільнення можливе лише при деформації частинок матеріалу, що вимагає великої витрати енергії. Частина енергії витрачається на подолання сил внутрішнього і зовнішнього тертя частинок, а інша — на пружно-пластичну деформацію матеріалу. В кінці процесу пресування при найбільшому тиску відбувається перехід пружної деформації в пластичну, унаслідок чого структура пресування зміцнюється і зберігається її форма. На вживаних в промисловості будівельних матеріалів пресах важко (майже не можна) здійснити так зване квазістатичне пресування (зони А і Б), оскільки потрібен відносно повільний додаток навантаження. В більшості випадків швидкість пресуючого органу дуже велика, тому в результаті невідповідності швидкості деформації і релаксації напруг в матеріалі на діаграмі пресування спостерігається ділянка (зона В), відповідна розширенню пресування після зняття навантаження. При підвищенні часу витримки пресування під тиском пружні деформації можуть переходити в залишкові.

В теорії пресування порошкоподібних матеріалів можна відзначити два основні підходи до вивчення процесу: перший характеризується введенням ряду допущень, які дозволяють вирішувати задачі експериментальним шляхом для певного виду формувального матеріалу (прес-порошку); другий грунтується на фізичному єстві процесу пресування з його математичним описом і є складним для інженерного вирішення [6, 44, 53, 70, 102]. Перший підхід з урахуванням використовування математичних методів планування експерименту і математичної статистики одержав найбільше вживання при вивченні процесу пресування порошкоподібних будівельних формувальних сумішей (мас, прес-порошків).

Для опису процесу пресування розроблено достатньо багато рівнянь. З численних рівнянь велике розповсюдження одержало рівняння М.Ю. Бальшина [6, 53]:
<img border=«0» width=«144» height=«31» src=«ref-1_1202637251-588.coolpic» v:shapes="_x0000_i1084"> (6.20)


де т — константа, що характеризує матеріал і умови пресування, визначається досвідченим шляхом; ρ — густина матеріалу; р — тиск пресування; ротах — тиск, відповідний максимальному ущільненню матеріалу, тобто отриманню пресування достатньої густини і міцності.

Рівняння, що зв'язує густину пресування і питомий тиск пресування, має вигляд
<img border=«0» width=«120» height=«35» src=«ref-1_1202637839-482.coolpic» v:shapes="_x0000_i1085"> (6.21)
де ρо — густина засипки (суміші в прес-формі); р — питомий тиск пресування; а
,
b — досвідчені коефіцієнти. Рівняння, що характеризує зміну тиску по висоті (товщині) пресування, запропоноване Л.П. Баландиным [102]
<img border=«0» width=«110» height=«51» src=«ref-1_1202638321-452.coolpic» v:shapes="_x0000_i1086"> (6.22)
де РH і Ро — тиск власне на відстані Н і у від пресуючого інструменту (пуансона, штампу, штемпеля і т.п.); е — підстава натуральних логарифмів; до — емпіричний коефіцієнт, визначуваний досвідченим шляхом; R— гідравлічний радіус перетину пресування; Н — висота засипки (наповнення) прес-форми.

Двосторонній додаток зовнішнього навантаження (мал.6.7, б) зменшує ступінь нерівномірності пресування по висоті, оскільки величина H зменшується значно (майже удвічі).

Залежність пористості П пресування від тиску пресування описується рівнянням А.С. Бережного
<img border=«0» width=«132» height=«30» src=«ref-1_1202638773-552.coolpic» v:shapes="_x0000_i1087"> (6.23)


де П — істинна пористість; р — питомий тиск пресування; а і b — досвідчені коефіцієнти.

Коефіцієнт ущільнення, що характеризує зміну об'єму матеріалу при пресуванні [44, 70, 75, 102]
<img border=«0» width=«287» height=«59» src=«ref-1_1202639325-745.coolpic» v:shapes="_x0000_i1088"> (6.24)
де Vc
,
Vпр
— відповідно об'єми формувальної суміші і пресування;

Н,
h — відповідно висота засипки прес-форм і пресування;

ρ
пр
і ρз — відповідно густина пресування і засипки прес-форм.

Для практики пресування будівельних формувальних сумішей можна рекомендувати наступні значення коефіцієнта Купл:
1,4-2,0 (для силікатної суміші); 1,30-1,70 (для керамічної суміші).

Коефіцієнт пружного розширення, що характеризує зміну об'єму пресування після зняття тиску, тобто випресовування з прес-форми
<img border=«0» width=«277» height=«58» src=«ref-1_1202640070-806.coolpic» v:shapes="_x0000_i1089"> (6.25)
де V'np
,
Vnp
— відповідно, об'єми пресування після і до випресовування; h', h — відповідно, висота (товщина) пресування після і до випресовування; ρ'пр ρпр — густина пресування, відповідно, в ущільненому стані (в прес-формі) і після випресовування з прес-форми. По значеннях Купл і Купр судять про прессованостіпорошкоподібних формувальних мас (сумішей). Зусилля пресування
<img border=«0» width=«203» height=«32» src=«ref-1_1202640876-377.coolpic» v:shapes="_x0000_i1090"> (6.26)


де р— питомий тиск пресування; S— загальна площа пресування; SП— площа перетину прес-форми; Z— кількість прес-форм на позиції пресування; К3 — коефіцієнт запасу, К3 = 1, 20-1,25. Робота пресування
<img border=«0» width=«190» height=«62» src=«ref-1_1202641253-690.coolpic» v:shapes="_x0000_i1091"> (6.27)
Важливим параметром, що характеризує процес пресування в умовах усестороннього стиснення, є коефіцієнт бічного тиску, рівний відношенню бічного тиску до тиску пресування
<img border=«0» width=«86» height=«70» src=«ref-1_1202641943-492.coolpic» v:shapes="_x0000_i1092"> (6.28)
Величина ξ для різних формувальних матеріалів коливається в межах від 0 до 1. Для ньютонівських рідин він рівний одиниці, а для абсолютно твердого тіла — нулю. Для порошкоподібних формувальних будівельних сумішей коефіцієнт бічного тиску змінюється від 0,03 до 0,25 від тиску пресування.

Іноді при вивченні процесу пресування для обліку фізико-механічних властивостей формованих мас (сумішей) використовують уявний об'ємний модуль Ev
[53]
<img border=«0» width=«107» height=«95» src=«ref-1_1202642435-809.coolpic» v:shapes="_x0000_i1093"> (6.29)
Де p— тиск пресування; ΔV— приріст об'єму; Vc— об’ем формувальної суміші (початковий об'єм).

По Evможна знайти коефіцієнт стисливості, який рівний його зворотній величині.

В теорії і практиці пресування різних формувальних сумішей крім одноступінчатого пресування має місце і багатоступінчате пресування. Передбачається, що на першому ступені пресування висота засипки H зменшується значно при порівняно невеликому питомому тиску пресування. Вторинний додаток зовнішнього навантаження з паузою на пружну післядію після першого ступеня змінює висоту засипки значно менше при невеликому збільшенні питомого тиску і т.д. Отже, багатоступінчате пресування дає можливість одержати рівне осідання маси або густину пресування при дещо меншому питомому тиску за рахунок більш повного видалення повітря при пресуванні. Проте конструкція пресового устаткування при багатоступінчатому пресуванні стає складніше. Тому воно не знайшло широкого вживання в промисловості.

Приведені закономірності процесу пресування можуть бути використані на практиці при визначенні зміни об'єму формованих сировинних будівельних мас залежно від пресованого тиску, розрахунках і конструюванні пресового устаткування.
    продолжение
--PAGE_BREAK--2.4.3 Параметри пресування
Вивченню залежності густини (міцності) пресування від тиску пресування присвячено багато робіт [6, 17, 44.55, 70, 75, 102].

При дослідженні зусиль пресування силікатної суміші (маси) В.И. Мидовским (ВНІїСтроммаш) використана залежність
<img border=«0» width=«84» height=«37» src=«ref-1_1202643244-386.coolpic» v:shapes="_x0000_i1094"> або <img border=«0» width=«143» height=«30» src=«ref-1_1202643630-571.coolpic» v:shapes="_x0000_i1095">
де р — тиск пресування; а, b— досвідчені коефіцієнти, що характеризують властивості силікатної суміші; h— осідання суміші при пресуванні; е = 2,71.

<img border=«0» width=«461» height=«269» src=«ref-1_1202644201-12637.coolpic» v:shapes="_x0000_i1096">

Мал.6.10. Залежність тиску пресування р від осідання суміші h при різних значеннях коефіцієнта а
На мал.6.10 в напівлогарифмічній системі координат представлена залежність тиску пресування р від осідання h силікатної суміші [5, 6].

Проведені дослідження показали, що коефіцієнт а (кг/см2) для різних мас має певне значення, яке залежить від фізичних властивостей пресованої суміші (маси) і характеризує той тиск пресування, яке необхідне прикласти до пресованої маси для отримання її заданого осідання.

Коефіцієнт b(1/см) встановлює зв'язок між осіданням hі фізико-механічними і технологічними властивостями пресованої маси. Для силікатних мас значення коефіцієнта а коливається від 0,5 до 3,5 кг/см2. Всі прямі на мал.6.10 мають однаковий кут нахилу θ, рівний 54°30'. Тому значення коефіцієнта b для силікатних мас може бути прийнято постійним і рівним 1,4 1/см. Подальша задача зводиться до визначення оптимальних значень коефіцієнта а для відповідної пресованої маси і параметрів пресуючого механізму (преса).

При формуванні, наприклад, силікатної суміші середня густина пресування (цеглини-сирцю) є непрямим показником ущільнення (мал.6.11).


<img border=«0» width=«351» height=«215» src=«ref-1_1202656838-9186.coolpic» v:shapes="_x0000_i1097">

Мал.6.11. Залежність коефіцієнта ущільнення Купл від крупної і вогкості силікатної суміші (Wсм).
Дослідження, проведені у ВНІIСтроймат [102], показали, що міцність сирцю при стисненні підвищується значно повільніше, ніж тиск пресування (мал.6.12). При p2/p1 =2,25-5,0 відношення міцності сирцю R2/R1 =1,50-2,0.

В табл.6.1 приведені параметри пресування силікатних формувальних сумішей при виробництві силікатної цеглини і каменя.

З табл.6.1 видно, що при майже однаковому питомому тиску пресування значні відмінності є в тривалості і характері додатку навантаження.
<img border=«0» width=«343» height=«198» src=«ref-1_1202666024-6905.coolpic» v:shapes="_x0000_i1098">

Мал.6.12. Залежність міцності цеглини — сирцю від питомого тиску пресування, вогкості суміші і часу пресування:


<img border=«0» width=«586» height=«60» src=«ref-1_1202672929-1947.coolpic» v:shapes="_x0000_i1099">

Таблиця 6.1.

Основні параметри пресування силікатних формувальних сумішей

Модель, індекс преса



Параметри пресування





Площа формування, дм

Вид пресування

Питомий тиск, МПа

Зусилля, МН

Час

циклу, з

Час

стиснення, с

СМ-816

CMC 152

6/6



25/30

1,5-1,8

2,34/2,8

0,8/0,9

«Дорстенер104/203»

10,2/12,6

Одностороннє

58,5/47,5

6

3,85

1,92

«Ротомат»

10,2/11,8



34,5/30

3,5

3,6-4

1,4-1,6

Р-550

13/15

Одно-

двостороннє

35/45

5,5

6-9

2,2-3,4

СМ-1085

14,8/15

Двостороннє

42,5/42

6,3

6,7/7,1

1,65/1,75

S-S500

18,5/16,2



35/40

5

7,2

3,2

«Круппінтертехник»

26/30

Одностороннє

23/20

6

20

6-9



Дослідження, проведені у ВНІїстромі, показали, що тривалість пресування силікатної формувальної суміші не перевищує 6 с (мал.6.13).
<img border=«0» width=«288» height=«177» src=«ref-1_1202674876-5021.coolpic» v:shapes="_x0000_i1100">

Мал.6.13. Залежність тривалості пресування від питомого тиску


На мал.6.14 приведені діаграми (циклограми) пресування силікатних формувальних сумішей на вітчизняних і зарубіжних пресах.
<img border=«0» width=«440» height=«157» src=«ref-1_1202679897-8867.coolpic» v:shapes="_x0000_i1101">

Мал.6.14. Діаграма (циклограма) пресування силікатних формувальних сумішей: а — на револьверних пресах; б — на пресах з рухомим і нерухомим столом; 1,2 — СМС-152; 3 — «Ротомат»; 4 — «Дорстенер»; 5 — «Атлас»; 6 — СМ-1085; 7 — S-S500; 8 — «Крупп-Інтертехник».
З мал.6.14 видно, що в сучасних пресах передбачається витримка при пресуванні під найбільшим тиском від 0,5 с до декількох секунд. Час власне стиснення суміші коливається від 0,8 до 6 с. Це дозволяє, як зазначено вище, пресувати більш сухі суміші (вогкістю 4-5%), сприяє ефективному ущільненню, релаксації напруг, залученню меншої кількості повітря і забезпечує високу якість виробів.

Зв'язок основних параметрів пресування формувальної суміші з конструктивними параметрами пресового устаткування можна виразити у вигляді залежності [55, 56]
<img border=«0» width=«158» height=«55» src=«ref-1_1202688764-789.coolpic» v:shapes="_x0000_i1102"> (6.32)
де N — потужність електродвигуна преса; п — частота обертання електродвигуна; i— загальне передавальне відношення; η— КПД приводу; iР
,
r— розміри ланок пресуючого механізму преса; φ, β — кути ланок механізму преса.

<img border=«0» width=«251» height=«176» src=«ref-1_1202689553-5744.coolpic» v:shapes="_x0000_i1103">

Мал.6.15. Блок-схема контролю зусилля пресування: 1 — прес; 2 — електродвигун механізму пресування; 3 — трансформатор струму; 4 — перетворювач потужності; 5 — підсилювач сигналів; 6-осцилограф; 7 — пульт управління; 8 — тарировочний блок.
В даний час для контролю і управління зусиллям пресування розроблено декілька схем, заснованих на вимірюванні значень зусиль і миттєвої споживаної потужності. Наприклад, для механічних пресів з поворотним стовпом при пресуванні силікатних формувальних сумішей розроблена блок-схема, приведена на мал.6.15.

Сигнал, пропорційний потужності, поступає на вхід підсилювача 5 і осцилограф 6, шкала якого проградуйована в одиницях вимірювання зусилля (тиск) пресування. При перевищенні допустимого значення зусилля пресування, відзначеного на шкалі осцилографа, подається сигнал на зменшення висоти (глибини) засипки прес-форм і навпаки.
    продолжение
--PAGE_BREAK--2.5. Випресовування


При виробництві стінних і інших матеріалів і виробів (цеглини, каменя, блоків, плит, плиток і ін) способом напівсухого пресування важливу роль в загальному циклі пресування грає процес випресовування (випресовки, виштовхування) з прес-форми напівфабрикату (виробу-сирцю). Випресовування (випресовка) — видалення пресування (напівфабрикату) з прес-форми після пресування формувальної суміші (прес-пороша) і зняття тиску. Пристрої для випресовування називаються механізмами або механізмами випресовки, що випресовують або виштовхуючими (виштовхування).

Для витягання з прес-форм спресованих напівфабрикатів (пресувань) вимагається докласти з боку механізму випресовки (виштовхування) зусилля, яке залежить від великої кількості чинників: фізико-механічних і технологічних властивостей формувальної суміші (прес-пороша); способу і величини тиску пресування; характеристики пресування; напрями і закономірності випресовки; форми, розмірів і порожнистості пресування; конструкції, жорсткості і якості прес-форм; коефіцієнта тертя між пресуванням і стінками прес-форми і ін. (мал.6.16).

Велику роль в теорії і практиці процесу випресовування (виштовхування) зіграли роботи учених: П.П. Боландіна, М.Ю. Бальшина, В.Г. Філімонова, Г.М. Ждановіча, Р.Я. Попільського.А.С. Ільіна.
<img border=«0» width=«419» height=«181» src=«ref-1_1202695297-7009.coolpic» v:shapes="_x0000_i1104">

Рис.6.16. Випресовування з прес-форми виробу-напівфабрикату: а — засипка прес-форми; б — пресування формувальної суміші; в — випресовування пресування
Р.Я. Попильский і Ф.В. Кондрашов рахують одну з причин розшарування пресування при випресовуванні її з прес-форми тиск запресованого в ній повітря (табл.6.2).

Після зняття зовнішнього навантаження пресування під впливом запресованого повітря прагне розширитися, чому перешкоджають стінки прес-форми. В процесі випресовуваннячастина пресування, що вийшла з прес-форми, має нагоду розширитися, а частина, що залишилася, — ні. Тому при затримці виштовхування і великому тиску запресованого повітря виникають оперізувальні пресування горизонтальні сили, що приводять до утворення тріщин (розшарування). Таке явище спостерігається при неоптимальному зерновому складі суміші і підвищеному вмісті в ній тонкодисперснихчастинок. Іншою причиною, зухвалого тріщиноутворення, є тертя пресування об стінки прес-форми і бічний тиск. Коефіцієнт зовнішнього тертя при випресовці є постійною величиною для конкретних умов пресування, а бічне зусилля змінюється по напряму пресування. Ближній до пресуючого штампу шар пресування, як самий ущільнений, якнайбільше перешкоджає випресовуваннючерез більше тертя об стінки прес-форми.
Таблиця 6.2.

Коефіцієнт запресовкиповітря при пресуванні вогнетривких (багатошамотних) порошків



Тиск, створюваний при випресовуванні, деформує пресування. Наступає такий момент, коли сили, що згинають нижній, прилеглий до штампу шар пресування, перевищують зчеплення з наступним шаром і утворюється тріщина (розшарування).

Для ліквідації розшарування пресування при випресовуванніз прес-форми може служити швидке зняття бічного тиску (розпору). Це може досягатися розширенням прес-форми у напрямі виштовхування пресування на 0,2-0,5%. Зусилля виштовхування значно зменшується при вживанні конічних прес-форм, тобто з ухилом стінок у бік випресовування0,5%.

Зусилля виштовхування, розраховане по запропонованих формулах, для умов пресування будівельної формувальної суміші, наприклад, силікатної маси, виявилося вельми різним і коливалося від 4-х до 25% від зусилля пресування.

Зусилля виштовхування орієнтовно можна розрахувати по формулі
<img border=«0» width=«83» height=«28» src=«ref-1_1202702306-205.coolpic» v:shapes="_x0000_i1105"> (6.33)
де К — дослідний коефіцієнт, К = 0,03 — 0,15; РПР — зусилля пресування, або по формулі Н.П. Шанина і М.И. Дубинера
<img border=«0» width=«143» height=«31» src=«ref-1_1202702511-560.coolpic» v:shapes="_x0000_i1106"> (6.34)
де λ — коефіцієнт зниження бічного тиску (пружний результат), <img border=«0» width=«84» height=«58» src=«ref-1_1202703071-361.coolpic» v:shapes="_x0000_i1107">, ξ — коефіцієнт бічного тиску; Р — тиск пресування, f— коефіцієнт тертя пресування об стінки прес-форми; S— площа бічної поверхні пресування; Рбост — залишковий бічний тиск після зняття зусилля пресування; Рб — бічний тиск.

Коефіцієнт λ визначається при сумісному розгляді деформацій прес-форми і пресування як при додатку навантаження, так і після її зняття.

Подальший розвиток теорії і практики процесу випресовки і виштовхуючих механізмів одержав в роботах А.С. Ільіна, В.Г. Струкова і В.К. Мартинова [24, 52, 93].

Для вивчення процесу випресовуванняі визначення оптимальних значень параметрів механізмів виштовхування з прес-форми пресування розроблена і виготовлена лабораторна установка (Рис.6.17). В комплект установки входять переносна знімна прес-форма, виштовхуючий механізм, гідравлічний прес, привід і контрольно-вимірювальна і реєструюча апаратура. Установка дозволяє пресувати і виштовхувати з прес-форми виріб з розмірами, зменшеними в порівнянні з натурними зразками в 2,5 рази. Механізм виштовхування виконаний важелем по аналогії з механізмами пресів напівсухого пресування. Знімні прес-форми дозволяють пресувати вироби різної конфігурації за площею: прямокутні, квадратні, круглі і ін., а також повнотілі і порожнисті.
<img border=«0» width=«346» height=«324» src=«ref-1_1202703432-10686.coolpic» v:shapes="_x0000_i1108">

Мал.6.17. Установка для вивчення процесу випресовки(виштовхування): а — схема установки; б — кінематична схема приводу; 1 — рама; 2 — приводнийвал; 3 — кулачок; 4 — ролик; 5 — виштовхуючий важіль; 6 — опора; 7 — пружина; 8 — фіксатор; 9 — поршень; 10 — циліндр; 11 — ходовий гвинт; 12 — контргайка; 13 — штамп; 14 — прес-форма; 15 — скоба; 16 — гвинт; 17 — пресування (нап


Випробування показали, що зусилля випресовуванняросте із збільшенням питомого тиску пресування. Залежність має лінійний характер. Кут нахилу досвідченої прямої до осі абсцис складає 35°. Відношення зусилля випресовкидо зусилля пресування, навпаки, із зростанням питомого тиску пресування зменшується. Зменшення або збільшення швидкості виштовхування (випресовки) в порівнянні із значеннями, прийнятими для сучасних пресів напівсухого пресування, не приводить до зміни виштовхуючого зусилля.

Зусилля випресовкизбільшується із зростанням густини засипки прес-форм формувальною сумішшю. При зміні відносної густини засипки з 0,96 до 1,05 зусилля випресовкизростає майже на 55%. Зміна порожнистості, тобто кількості пусток у виробі з 3-х до 21 майже не позначається на зміні зусилля випресовування. Встановлено, що при односторонньому пресуванні і додатку зусилля пресування від низу до верху зусилля випресовкимає меншу величину, ніж при двосторонньому пресуванні. Частота обертання кулачка механізму випресовкимайже не впливає на зусилля виштовхування в діапазоні прийнятих на практиці швидкостей. Перетин пресування істотно впливає на зусилля випресовування. Зміна закону переміщення виштовхуючого штампу не робить впливу на зусилля випресовки. Вогкість і модуль крупної формувальної суміші помітно впливають на зусилля випресовування. Наприклад, зміна вогкості силікатної формувальної суміші на 1% від прийнятого значення приводить до зміни зусилля випресовкив середньому на 25%.


    продолжение
--PAGE_BREAK--2.6. Екструзійне формування


Екструзійне (пластичне) формування здійснюється шнековимипресами відомих конструкцій. Шнекові преси є основними машинами технологічних ліній по виробництву глиняної цеглини. Вогкість формованої маси більш 17...18%. Вітчизняна промисловість випускає шнекові преси з однією-двома частотами обертання шнекового валу.

Фактична частота обертання шнековоговалу преса для конкретних глиномасс, забезпечуюча продуктивність при допустимій величині тиску в головці преса, часто значно відрізняється від встановленої заводом-виготівником. Для глиномассз жорсткими властивостями реологій існує оптимальна частота обертання шнековоговала, в порівнянні з якою збільшення або зменшення частоти обертання шнека приводить до зменшення продуктивності. При формуванні матеріалу в шнековому пресі мають місце наступні основні потоки матеріалу.

Прямий потік, викликаний штовхаючою здатністю фронтальної поверхні лопаті шнека.

2. Зворотний потік, викликаний тиском в головці преса за випорною лопаттю шнека і рухом поверхні лопатей шнека у зворотному напрямі. Зворотного потоку у прямому розумінні слова не існує. Він виявляється в стримуючому впливі на прямий потік.

3. Потік витоку, викликаний перепадом тиску по обидві сторони від лопаті шнека в кільцевому каналі по периметру лопаті.

Прямий потік може бути визначений в загальному випадку з урахуванням того, що за один оборот шнека в головку преса поступить об'єм матеріалу, що знаходиться між випорною лопаттю і лопаттю, наступною за нею на відстані, рівному кроку t:
<img border=«0» width=«203» height=«50» src=«ref-1_1202714118-721.coolpic» v:shapes="_x0000_i1109"> (6.35)
Зворотний потік можна визначити, якщо взнати пропускну спроможність крізного каналу шнека. Якщо допустити, що в канал, що знаходиться за випорною лопаттю, з головки під дією тиску поступає глиномасса і зворотному руху глиномасси сприяє також рух стінок каналу — лопатей шнека в тому ж напрямі, що і дія тиску, то задачу визначення зворотного потоку можна звести до рішення простої задачі перебігу маси, захоплюваної паралельними стінками, що рухаються, під дією тиску на вході в канал. Рішення цієї задачі дозволяє знайти витрату матеріалу через канал по формулі:
<img border=«0» width=«466» height=«64» src=«ref-1_1202714839-1962.coolpic» v:shapes="_x0000_i1110"> (6.36)
де п — частота обертання шнека; L— глибина шнека; 2h — відстань між двома лопатями шнека; ψ — індекс перебігу глиномасси; q— зворотна величина індексу течії; μ1 — коефіцієнт, що характеризує поведінку реології глиномасси; S— довжина гвинтового каналу шнека від випорною лопаті до зони завантаження преса; k
δ— коефіцієнт бічного тиску; k
δ
= 0,4...0,7;
β— кут, під яким глиномасса входить в головку преса, утворений віссю каналу шнека і площиною поперечного перетину циліндра шнека; Рпл — тиск, затрачуваний на подолання пластичного перебігу глиномасси в головці і формуючих насадках преса.

Потік витоку можна визначити, вирішивши задачу руху глиномасси в кільцевому каналі, утворюваному кромкою лопаті шнека і поверхнею циліндра:
<img border=«0» width=«441» height=«67» src=«ref-1_1202716801-1924.coolpic» v:shapes="_x0000_i1111"> (6.37)
де Рупр — тиск, затрачуваний на подолання пружних властивостей глиномассипри вході її в головку і формуючий насадокпреса Рупр= (0,5...2) Рпл; δ — зазор між кромкою лопаті шнека і сорочкою циліндра.

Перший доданок правої частини рівняння відображає витрату глиномассив результаті руху внутрішнього глиняного циліндра, захоплюваного шнеком у напрямку до головки преса.

Другий доданок правої частини відображає витрату матеріалу під дією тиску за випорноюлопаттю шнека у зворотному напрямі.

Якщо абсолютна величина другого доданку перевищить абсолютну величину першого, то це може означати, що з'явився потік витоку — рухи матеріалу в кільцевому зазорі по напряму від головки преса до завантажувальної зони.

Таким чином, в загальному випадку продуктивність шнековогопреса можна визначити по формулі:
<img border=«0» width=«203» height=«35» src=«ref-1_1202718725-709.coolpic» v:shapes="_x0000_i1112"> (6.38)
Підставивши значення параметрів <img border=«0» width=«151» height=«28» src=«ref-1_1202719434-310.coolpic» v:shapes="_x0000_i1113"> заздалегідь спроектувавши на горизонтальну вісь шнека швидкості потоків глиномасси в каналах шнека, одержимо рівняння для розрахунку продуктивності нагнітача преса — шнековоговалу.

Картина руху глиномассив головці і мундштуку достатньо складна і має свої особливості.

Випорна лопать шнека створює на вході в головку різні швидкості руху глини: максимальну — біля стінок головки і мінімальну — у її осі. У міру просування глини до мундштука картина течії міняється на зворотну. Швидкість стає максимальною на осі і мінімальної біля стінок. Профіль швидкостей частинок в поперечному перетині головки стає параболічним, а загальна картина руху глини подібна картині перебігу в'язких рідин.

Розрахунок характеристик формуючих елементів преса ведуть в такій послідовності:

формуючі елементи преса розбиваються на ділянки так, щоб одержати канали простої геометричної форми (конус, циліндр і т.п.);

задаються значення продуктивності шнековогопреса;

для кожної ділянки визначаються градієнти швидкості;

для цих ділянок знаходяться значення ефективної в'язкості по кривій реології перебігу глини;

визначається падіння тиску на кожній ділянці;

підсумовується загальне падіння тиску в каналі складної конфігурації з втрат тиску на окремих ділянках;

будується графік залежності Q
=
f
(
P
),визначаючий характеристику формуючого елемента преса.
    продолжение
--PAGE_BREAK--2.7. Реологія будівельних матеріалів


За останні роки прикладна реологія дисперсних систем одержала значний розвиток в роботах вітчизняних і зарубіжних учених. Роботами академіка П.А. Ребиндера і його школи були закладені основи нового напряму — фізико-хімічної механіки.

Розуміння фізичного єства поведінки матеріалу при його обробці в робочих каналах механічного устаткування дає вивчення його реакції на дію різних зусиль і їх комбінацій, у тому числі об'ємного стиснення, одноосного розтягування, простого зсуву, стиснення із зсувом.

Матеріал, що переробляється, як відомо, може знаходитися в твердому, рідкому, газоподібному станах і проявляти при деформації в'язкі, пластичні, в'язко-пластичні, пружні, в'язко-пластично-пружні властивості. У кожному конкретному випадку важливо знати характер зв'язку прикладених зусиль і деформації матеріалу, що виникає в робочому каналі машини.

Більшість вологомістких дисперсних систем проявляє під навантаженням як в'язкі, так і пластичні властивості. Пластичні властивості матеріалів вивчають за допомогою моделі реології Сен-Венана. Пластичним тілом Сен-Венана називають тіло, деформація (течія) якого під дією прикладеної напруги відсутня, якщо напруга не досягає певної для даного матеріалу величини, званої межею текучості τ0. Причому, якщо навантаження на матеріал досягне межі текучості, процес деформації проходить вже незалежно від всіх інших умов (наприклад, від швидкості деформації). Встановити співвідношення між величиною і швидкістю деформації і прикладеною напругою не вдається, можна лише констатувати умову настання стану текучості — пластичності матеріалу (мал.6.19).

При <img border=«0» width=«109» height=«44» src=«ref-1_1202719744-293.coolpic» v:shapes="_x0000_i1114">  — деформація відсутня, градієнт швидкості рівний нулю.

При <img border=«0» width=«111» height=«44» src=«ref-1_1202720037-293.coolpic» v:shapes="_x0000_i1115">  — відбувається перебіг матеріалу.

Графік «перебігу» тіла Сен-Венана представлений прямою лінією (мал.6.19), паралельної осі <img border=«0» width=«24» height=«44» src=«ref-1_1202720330-149.coolpic» v:shapes="_x0000_i1116">
<img border=«0» width=«332» height=«159» src=«ref-1_1202720479-4761.coolpic» v:shapes="_x0000_i1117">

Мал.6.19. Графік течії і модель реології тіла Сен-Венана
Більшість початкових мас для виробництва будівельних матеріалів — вологомісткідисперсні системи — проявляють під навантаженням в'язко-пластичні властивості.

В 1881 р. шведів, а в 1919 р. Бінгам запропонували метод оцінки пластичних властивостей оброблюваного матеріалу, що одержав назву методу Шведова-Бінгама.

Згідно їх уявленням

<img border=«0» width=«122» height=«60» src=«ref-1_1202725240-640.coolpic» v:shapes="_x0000_i1118"> (6.39)
де τ — напруга зсуву в сталому «потоці» матеріалу в робочому каналі, Н/м2; τ0 — «межа текучості» («гранична напруга зсуву», яка необхідна створити, щоб почався перебіг матеріалу в робочому каналі машини), Н/м2; η — коефіцієнт в'язкості, що характеризує внутрішнє тертя матеріалу, Н-с/м; <img border=«0» width=«24» height=«44» src=«ref-1_1202720330-149.coolpic» v:shapes="_x0000_i1119">  — градієнт швидкості сталої течії в робочому каналі, с-1.

В'язко-пластичні середовища згідно концепції Шведова-Бінгама, на відміну від ньютонівських, не зазнають видимих деформацій до тих пір, поки напруга зсуву не перевищить деякого значення, званого межею текучості.

Таким чином, істинно в'язкі матеріали відрізняються від пластичних тим, що у в'язких відсутня гранична напруга зсуву τо і вони «течуть» навіть під впливом власної тяжіння.

Як показує практика, більшість будівельних матеріалів при їх використовуванні разом з вязкопластичнимипроявляє і пружні властивості.

Згідно дослідженням П.А. Ребіндера, Н.В. Міхайлова, всі системи, що піддаються механічним діям, можна розділити на рідкообразні і твердообразні. До рідкообразних відносяться ньютонівські рідини і структуровані системи, що не мають граничної напруги. Для цих систем τ0= 0. До твердообразних тіл — в'язко-пластичні, в'язко-пружні, в'язко-пластично-пружні системи, що володіють граничною напругою зсуву.

Експериментальні роботи, проведені з в'язко-пластичними дисперсними матеріалами зниженої вогкості показали, що у принципі вони поводяться під навантаженням аналогічно структурованим рідинам з малою концентрацією дисперсної фази.

«Кривий перебіг» реологій твердообразнихсистем в загальному випадку може бути представлені таким чином (мал.6.20).

Якщо здвигові зусилля не перевищують межі міцності просторової структури матеріалу, що деформується, то відбувається повільний рух середовища з постійною найбільшою в'язкістю. Дуже повільний рух матеріалу йде без руйнування структури або з частковим її руйнуванням і одночасним відновленням.
<img border=«0» width=«247» height=«297» src=«ref-1_1202726029-8182.coolpic» v:shapes="_x0000_i1120">

Рис.6.20. Криві реологій для твердообразных систем: а) — залежність градієнта швидкості від напруги зсуву; б) — залежність логарифма ефективної в'язкості від напруги зсуву: 0-1 — зона пружних деформацій; 1 — 2 — зона пластичного тертя з найбільшою в'язкістю: <img border=«0» width=«93» height=«41» src=«ref-1_1202734211-355.coolpic» v:shapes="_x0000_i1121"> <img border=«0» width=«93» height=«41» src=«ref-1_1202734566-349.coolpic» v:shapes="_x0000_i1122">  — найбільша пластична в'язкість по Шведову; 2-3 — початок зони лавинного руйнування структури; 3-4 — зона в'язкопластичної текучості: <img border=«0» width=«93» height=«41» src=«ref-1_1202734566-349.coolpic» v:shapes="_x0000_i1123">  — якнайменша пластична в'язкість по Бінгаму; 5 — зона ньютонівської течії з постійною в'язкістю гранично зруйнованої структури.
Ця область 1-2 називається Шведовською областю пластичної течії з найбільшою в'язкістю


<img border=«0» width=«127» height=«61» src=«ref-1_1202735264-600.coolpic» v:shapes="_x0000_i1124">. (6.40)
де τст — умовно-статична межа текучості, гранична напруга зсуву, відповідна первинному руйнуванню структури; γ — градієнт швидкості;

2-3 — зона лавиноподібного руйнування структури;

3-4 — зона в'язкопластичної течії з якнайменшою пластичною в'язкістю по Бінгаму
<img border=«0» width=«110» height=«63» src=«ref-1_1202735864-551.coolpic» v:shapes="_x0000_i1125"> (6.41)
4-5 — зона ньютонівської течії з постійною в'язкістю гранично зруйнованої структури.

Визначення властивостей реологій оброблюваних в'язких і в’язкопластичнихматеріалів здійснюється на капілярних вискозиметрахі реометрахрізних конструкцій.

Капілярний вискозиметр є циліндровим каналом (капіляр) і системою вимірювання витрати матеріалу — (q) і тиск — (р), продавлюючого через нього досліджуваний матеріал. По набутих значенняхq і p визначають головні характеристики «потоку» — напруга зсуву (τ) або в'язкість (μ) у функціїградієнта швидкості (γ). Довжина капіляра повинна бути достатньою, щоб на значній його частині існував сталий профіль швидкостей.

Суть ротаційної вискозиметрії полягає у визначенні зв'язку напруги зсуву на поверхні внутрішнього циліндра з градієнтом швидкості на тій же поверхні.

Ротаційний вискозиметрпридатний для вимірювання в'язкості ньютонівських рідин, пластичних дисперсних систем, розплавів полімерів.

Для числового визначення параметрів реологій високов'язких пластичних матеріалів розроблені прилади і методи. Проте через специфічні властивості в'язко-пластичних матеріалів ці прилади часто виявляються непридатними для досліджень реологій. Характеристику реології в'язко-пластичного матеріалу, як правило, одержують у вигляді графіка залежності в'язкості (або напруги зсуву) від градієнта швидкості. З точністю, достатньою для інженерних цілей, можуть бути одержані відомості про поведінку матеріалу в процесі деформації, якщо скористатися поняттям ефективної (аномальної) в'язкості.

Аномалія в'язкості була знайдена Ф.Н. Шведовым і полягала в тому, що заміряна в'язкість зменшувалася із збільшенням градієнта швидкості всупереч існуючому уявленню про постійність цього коефіцієнта у формулі Ньютона.

Поняттям ефективної в'язкості дуже зручно користуватися, оскільки це дає можливість замість 20 критеріїв, що описують поведінку в'язко-пластичних матеріалів при їх деформації, користуватися практично залежністю <img border=«0» width=«86» height=«29» src=«ref-1_1202736415-316.coolpic» v:shapes="_x0000_i1126">.

Для спрощення висновків розрахункової залежності допускають μэф = const, тобто що коефіцієнт μэф відображає деяке «середнє» значення в'язкості, визначуване деяким «середнім» значенням градієнта швидкості «потоку» середовища в робочому каналі (γср. э), утворене впливаючими на середовище стінками елементів машин. Таке «усереднювання», безумовно, позначається на точності розрахунків. Проте, для визначення енергосилових параметрів формуючих машин вага більше вживання знаходить практика характеристики властивостей реологій оброблюваних матеріалів залежністю <img border=«0» width=«105» height=«30» src=«ref-1_1202736731-463.coolpic» v:shapes="_x0000_i1127">. Одержані у такий спосіб розрахункові результати добре співпадають з експериментальними даними, і точність одержаних розрахункових рівнянь в основному залежить від точності визначення характеристик реологій в'язко-пластичної маси, що переробляється.

Повна крива реології пластичної глини може бути побудована за допомогою лабораторних установок, які відповідають фізичним моделям реальних машин. Як такі установки були використані лабораторні вальці, прес з конусом і глинорозтирачем. Попередні теоретичні дослідження показали, що зміна величини зусиль розпорів у вальцях, тиску і витрати оброблюваного матеріалу в конусній головці стрічкового пресу, максимального тиску на стінці глинорозтирача пропорційні зміні в'язкості глиномасси і геометричним параметрам робочого каналу установки.

Розрахувавши для кожного випадку градієнт швидкості і побудувавши графік залежності «в'язкість — градієнт швидкості» для кожної машини, можна шляхом порівняння цих графіків зробити висновок про достовірність пропонованої методики. Збіг набутих значень в'язкості при відповідних значеннях градієнтів швидкості для всіх трьох установок підтвердив положення, згідно якому властивості реологій пластичних глин можуть характеризуватися кривій реології в координатах <img border=«0» width=«81» height=«56» src=«ref-1_1202737194-379.coolpic» v:shapes="_x0000_i1128"> <img border=«0» width=«31» height=«58» src=«ref-1_1202737573-181.coolpic» v:shapes="_x0000_i1129">  — градієнт швидкості перебігу оброблюваного матеріалу.

На мал.6.21 представлений графік залежності ефективної в'язкості від градієнта швидкості глини, одержаний на моделях вальцов і преса. Як видно з графіка, обидві криві, одержані на моделях різних машин, достатньо близькі один до одного.

На мал.6.22 показаний графік залежності в'язкості від градієнта швидкості Кембрійської глини в інтервалі їх формувальної вогкості в діапазоні градієнтів швидкостей роботи глинооброблюючого устаткування. Графік побудований в логарифмічних координатах, в яких залежність <img border=«0» width=«81» height=«56» src=«ref-1_1202737194-379.coolpic» v:shapes="_x0000_i1130">  — є прямою лінією.

Для математичного опису цієї графічної залежності найбільш придатне статечне рівняння вигляду


<img border=«0» width=«142» height=«68» src=«ref-1_1202738133-711.coolpic» v:shapes="_x0000_i1131"> (6.42)
Параметр ψ може бути легко знайдений з графіка, оскільки тангенс кута нахилу прямої рівний (ψ — 1). З другого боку, при градієнті швидкості, рівному 1, <img border=«0» width=«63» height=«44» src=«ref-1_1202738844-222.coolpic» v:shapes="_x0000_i1132"> і коефіцієнт визначається по відрізку, що відсікається прямій на ординаті <img border=«0» width=«45» height=«44» src=«ref-1_1202739066-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1133">. Чим вища в'язкість матеріалу, тим вище розташована його пряма на графіку.
<img border=«0» width=«312» height=«346» src=«ref-1_1202739253-17590.coolpic» v:shapes="_x0000_i1134">

Мал.6.21. Крива реології глиномасси Галіцинського керамічного заводу: 1 — з урахуванням пружних і пластичних властивостей (конус); 2, 3 — з урахуванням тільки пластичних властивостей (2 — циліндр Ш0,062 м; 3 — циліндр Ш0,012 м).


<img border=«0» width=«316» height=«404» src=«ref-1_1202756843-76563.coolpic» v:shapes="_x0000_i1135">

Мал.6.22. Графік залежності в'язкості від градієнта швидкості Беськудниковськой глиномасси вогкістю: 1-1' — 22%; 2-2' — 24%; 3-3' — 26%; 1-1' — 22% і Кембрійською глиномасси вогкістю: 4-4' — 20%; 5-5' — 24,5%; 6-6' — 26%; I — ділянка кривих, одержуваних на щілистій насадці шнекового преса; II — крива, одержувана на глинорозтирачі для Беськудниковськой глиномасси вогкістю 24%; III — ділянка кривих, одержуваних на лабораторній валковій установці.
Таким чином, шляхом порівняння кривої досліджуваної глини реології з кривою вивченою реології, можна на підставі графіка не тільки якісно оцінити деформативні властивості матеріалу, що цікавить нас, але, враховуючи однозначну залежність зусиль, що виникають у вузлах машин, від в'язкості матеріалу і їх геометричних характеристик, графічно визначити орієнтовну величину основних параметрів цих машин, що є початковими при їх подальших розрахунках.

    продолжение
--PAGE_BREAK--Розділ 3. Дозування сипких і рідких матеріалів3.1. Дозування будівельних матеріалів і рідких продуктів


Сучасне виробництво будівельних матеріалів, виробів і конструкцій характеризується широким використовуванням багатокомпонентних будівельних сумішей. При їх приготуванні значна увага відводиться технологічному процесу дозування.

Дозуванням називається процес відмірювання певної кількості (об'єму, маси) матеріалу або рідини із заданою точністю (погрішністю).

Дозування походить від слова дозувати — відміряти дозу. Пристрої для дозування сипких матеріалів і рідких продуктів називаються дозаторами. Дозування сипких матеріалів і рідких продуктів в даний час є обов'язковим технологічним процесом при виробництві матеріалів і виробів високої якості.

Дозування можна класифікувати по наступних основних ознаках: призначенню; принципу дії (відмірюванню дози); характеру роботи; інтенсивності відмірювання (зважування); контролю точності дозування; способу управління і ін.

За призначенням дозування підрозділяється на дозування сипких кускових і порошкоподібних (дисперсних) матеріалів, рідин і рідких продуктів (шламів, суспензій і т.д.).

За принципом дії (відмірюванню дози) дозування ділиться на об'ємне і вагове (масове) і рідше на змішане (при приготуванні керамзитобетону).

По характеру роботи дозування підрозділяється на циклічне (дискретне) і безперервне. При циклічному дозуванні відмірювання дози відбувається в мірній або ваговій місткостях (бункерах). Після відмірювання дози місткості звільняються від матеріалу або рідини і процес дозування повторюється. При безперервному дозуванні сипкий матеріал або рідина подаються (транспортуються) безперервно із заданою об'ємною або масовою продуктивністю.

Технологічні схеми дискретної (циклічного) дії звичайно базуються на загальнопоширеній схемі дозування: витратний бункер — затвор (живильник) — циклічний дозатор з мірною місткістю (бункером). По цій схемі для кожного робочого циклу вимагається провести наступні робочі операції: відкрити і закрити затвор (шибер) витратного бункера; провести спочатку грубе, а потім точне дозування (зважування) дози; відкрити і закрити затвор дозатора. Кожна з перерахованих операцій вимагає установки відповідних автоматичних пристроїв.

По інтенсивності відмірювання (зважування) дозування ділиться на одностадійне і двохстадійне. Двохстадійне дозування передбачає попередній набір маси матеріалу (грубе дозування) і остаточне досипання (точне дозування) до заданої загальної дози матеріалу.

Це робиться для підвищення точності дозування за рахунок зменшення коливання вагової системи.

По контролю точності дозування (зважування) дозування підрозділяється на циклічне (дискретне) і безперервне.

За способом управління дозування може бути з місцевою установкою заданих порцій; з місцевою установкою і дистанційною передачею свідчень і з дистанційною установкою заданих порцій матеріалу і передачею свідчень.

Схема дозування дискретної (циклічного) дії (мал.9.1) включає пристрій управління (УУ), що функціонує в автоматичному режимі.

З пульта оператор вводить в систему значення заданої маси дози матеріалу РZ. Після чого УУ формує сигнал для включення електродвигуна М гвинтового живильника 3, і матеріал починає поступати з бункера 4 в бункер дозатора 2. У міру надходження матеріалу в бункер 2 дозатори вісь стрілки покажчика циферблата 6 повертається за годинниковою стрілкою за допомогою системи важеля 5.

Кут повороту стрілки за допомогою датчика Д перетвориться в сигнал, що поступає в УУ, яке відповідно до алгоритму функціонування визначає момент (час) і формує сигнали виключення гвинтового живильника 3 і відкриття розвантажувального секторного затвора 1 пневмоциліндром7.
<img border=«0» width=«425» height=«256» src=«ref-1_1202833406-9487.coolpic» v:shapes="_x0000_i1136">

Мал.9.1. Схема дискретного (циклічного) дозування: 1 — секторний затвор; 2 — бункер дозатора; 3 — гвинтовий живильник; 4 — приймально-витратний бункер; 5 — система важеля дозатора; 6 — покажчик циферблата; 7 — пневмоциліндр; Д — датчик; УУ — пристрій управління; М — електродвигун гвинтового живильника; РZ — задане значення маси матеріалу; РД — дійсне значення маси матеріалу.
Алгоритми управління процесом набору дози можуть бути різні. Їх ефективність істотно залежить від методу визначення моменту формування сигналу управління гвинтовим живильником [3].

В алгоритмі управління передбачається, що значення маси матеріалу в бункері дозатора РД (tі
) в кожний момент часу в точності відповідає значенню сигналу на виході датчика Д. На початку процесу УУ формує сигнал включення живильника. У міру надходження матеріалу в дозатор змінюється поточне значення маси РД (t
) і в УУ перевіряється умова РД
(tі) =
PZдо тих пір, поки ця умова не буде виконана. Коли маса матеріалу в бункері 2 дозатори, визначена по поточному значенню сигналу датчика, стане рівної заданому значенню маси дози Р
Z
, УУ формує сигнал виключення живильника, після чого процес набору дози матеріалу закінчується.

Для визначення моменту виключення гвинтового живильника 3 використовують безконтактні путні датчики БК, БК-А і ін.

Найпростіший алгоритм набору дози має низьку точність дозування, оскільки не враховує наявності потоку матеріалу, що знаходиться в процесі падіння у момент вимірювання поточної маси; динамічної дії цього потоку на грузоприйомний пристрій, обумовленого безперервними ударами частинок падаючого матеріалу об матеріал в бункері дозатора; наявність перехідних процесів і ін.

Маса дози матеріалу Pzв кінці процесу відмірювання відрізняється від значення РД (t1
), визначеного у момент t1формування сигналу виключення живильника. В реальних системах РД (t1
) >
Pz. Різниця РД (t1
) —
Pz=ΔP називається помилкою системи. Зменшити помилку можна вживанням в алгоритмі випереджаючих даних по обліку падаючого потоку матеріалу. На відміну від найпростішого алгоритму в складному алгоритмі на підставі значення сигналуРД (t
) обчислюється прогнозоване значення маси матеріалу РД (
t1), яка опиниться в бункері дозатора після закінчення процесу дозування.
<img border=«0» width=«155» height=«33» src=«ref-1_1202842893-705.coolpic» v:shapes="_x0000_i1137"> (9.1)
де АП — постійний параметр в межах інтервалу часу набору заданої дози.

Якщо АП прийняти рівним середньому значенню помилки системи, то постійна складова помилки набору дози виявиться рівна 0, що більш ніж в два рази підвищує точність дозування. Тому замість путніх датчиків в системах застосовують високоточний перетворювач кут-код на базі сельсина[3,17, 30, 63].

На мал.9.2 приведена схема безперервного дозування сипких матеріалів.

<img width=«623» height=«231» src=«ref-1_1202843598-3158.coolpic» v:shapes="_x0000_s1026">Принцип дозування полягає в наступному. Положення вантажу 1 на консольній підвісці 2 вибирається таким, щоб mг
p
gl2
=
mMgl1. Якщо густина матеріалу зростає, то тмзбільшується проти заданої величини і консоль 2 повертається щодо крапки Про на деякий кут. При цьому система важеля 3 опускає шибер5 і відповідно зменшує товщину шару матеріалу h, тобто знижує тм
до заданого значення. Якщо густина матеріалу зменшується, то все відбувається в зворотному порядку: шиберпідіймається і збільшує тмдо заданого значення. Точність дозування по такій схемі невелика [2, 3, 17].
<img border=«0» width=«147» height=«194» src=«ref-1_1202846756-3195.coolpic» v:shapes="_x0000_i1138">
Мал.9.2. Схема безперервного дозування сипких матеріалів: 1 — врівноважуючий грузнув; 2 — підвіска живильника: 3 — система важеля приводу шибера(заслінки); 4 — бункер; 5 — шибер(заслінка); 6 — живильник стрічковий.
Безперервне дозування при Q
≈
const здійснюється декількома способами: підтримуючи постійну швидкість υ, вимірюючи тм і впливаючи на завантажувальний пристрій, змінювати його продуктивність; вимірюючи тм і впливаючи на привід дозуючого пристрою, змінювати швидкість V; вимірюючи і змінюючи обидва параметри тм і v. Отже, перший спосіб здійснює регулювання дози (продуктивності) по масі матеріалу; другий — по швидкості транспортування матеріалу, і третій — по двох параметрах одночасно.

Погрішність дозування по двох параметрах одночасно, хоча і менше ніж при першому і другому способах, все ж таки залишається високою. Застосовуючи інші схеми дозування, наприклад, схему двохстадійного дозування, можна значно понизити погрішність дозування.

На мал.9.3 приведена схема безперервного вагового дозування рідких продуктів (шламу, суспензії) і порошкоподібних матеріалів (цементу, сировинної муки, прес-пороша, пил і ін) в незалежності від їх в'язкості і густини з використанням живлячого диска з лопатями [2].
<img border=«0» width=«204» height=«171» src=«ref-1_1202849951-3830.coolpic» v:shapes="_x0000_i1139">

Мал.9.3. Схема безперервного вагового дозування: 1 — диск з лопатями; 2 — електродвигун; 3 — редуктор з вимірювальним пристроєм; 4 — блок датчиків; 5 — корпус; 6 — труба живляча; 7 — зливна труба; 8 — вал приводний.

Мал.9.4. Схема вагового дозування з використанням дискового живильника: 1 — стрічковий вагозвішувальний конвеєр; 2 — регулятор електронний; 3 — датчик індукційний; 4 — прилад інтегруючий; 5 — виконавчий механізм; би — диск (тарілка); 7 – бункер; 8 — привід диска; 9 — задатчик; 10 — ніж.
Шлам або сипкий матеріал поступає на диск з лопатями при вільному закінченні з живлячої труби або тічки. Лопаті диска, витягуючи матеріал, повідомляють йому тангенціальну швидкість. При цьому на валу диска створюється гальмівний момент, визначуваний зусиллям, затрачуваним на додання матеріалу тангенціальної швидкості. Гальмівний момент пропорційний кутовій швидкості чутливого елемента (диска з лопатями), квадрату його радіусу і ваговій витраті матеріалу, що проходить через чутливий елемент в одиницю часу, і обернено пропорційний прискоренню сили тяжіння. Момент перетвориться механічною системою вимірювального пристрою в переміщення плунжераіндукційного датчика, який з'єднується з показуючим, реєструючим і інтегруючим вторинними приладами.

На мал.9.4 показана схема вагового безперервного дозування з використанням дискових (тарілчатих) живильників [2]. Матеріал (вапняк, добавки, гіпс, клінкер і ін) поступає з бункера (силосу) великої місткості на стрічковий вагозвішувач з дискового (тарілчатого) живильника і не випробовує тиск стовпа матеріалу. Цей спосіб дозування дозволяє використовувати переваги дискового живильника як одного з найефективніших розвантажувальних пристроїв для силосів (бункерів) великої місткості, забезпечуючого надійне розвантаження матеріалу, а також переваги вагового обліку і дозування.

Сигнал вагової витрати, вимірюваного стрічковим вагозвішувач 1, перетворений індукційним датчиком 3, поступає на вхід електронного регулятора 2 і на показуючий, реєструючий і інтегруючий електронний прилад 4. При відхиленні вагової витрати від заданого електронний регулятор 2 через виконавчий механізм 5 впливає на зміну швидкості обертання диска живильника і тим самим приводить до зміни інтенсивності закінчення матеріалу з силосу (бункери) до тих пір, поки відхилення не зникне і вагова витрата не стане рівною заданому.

Дисковий (тарілчатий) живильник має привід постійного або змінного струму. Вживання електродвигуна змінного струму підвищує надійність і економічні показники.

Для вимірювання малих витрат матеріалів (наприклад, ПАВ, вода, добавки і ін), що подаються в цементні трубні млини, використовують дифманометри, що відносяться до приладів постійного перепаду тиску [1, 30, 94]. Дифманометри, передбачені для вимірювання перепадів тиску на різних типах звужуючих пристроїв, одним словом, пневмометричнихтрубках, можуть бути або показуючими з інтеграторами або без них, або бесшкальнимидатчиками з індуктивним або диференціально-трансформаторним дистанційним зв'язком з вторинними приладами.

Погрішність дозування — це відхилення маси або об'єму дози матеріалу від її заданої (що вимагається) величини [1,4,5].

Абсолютна погрішність дозування визначається з виразів:
<img border=«0» width=«179» height=«35» src=«ref-1_1202853781-654.coolpic» v:shapes="_x0000_i1140"> (9.2)

<img border=«0» width=«161» height=«35» src=«ref-1_1202854435-575.coolpic» v:shapes="_x0000_i1141"> (9.3)
Відносна погрішність дозування — це відношення абсолютної погрішності до заданої (що вимагається) величини дози
<img border=«0» width=«251» height=«63» src=«ref-1_1202855010-796.coolpic» v:shapes="_x0000_i1142"> (9.4)

<img border=«0» width=«212» height=«63» src=«ref-1_1202855806-698.coolpic» v:shapes="_x0000_i1143"> (9.5)
В табл.9.1 і 9.2 приведені основні параметри циклічного і безперервного дозування при виробництві бетону і розчину.

Тривалість зважування дози (порції) матеріалу при дискретному дозуванні визначається з виразу [94]
<img border=«0» width=«180» height=«56» src=«ref-1_1202856504-824.coolpic» v:shapes="_x0000_i1144">
де Мтах — максимальна маса дози матеріалу, кг; Qmp— необхідна продуктивність живильника по заповненню бункера дозатора, т/ч.


Таблиця 9.1.

Параметри циклічного дозування при виробництві бетонів і розчинів



Таблиця 9.2.

Параметри безперервного дозування при виробництві бетонів і розчинів



Тривалість циклу дозування
<img border=«0» width=«177» height=«37» src=«ref-1_1202857328-471.coolpic» v:shapes="_x0000_i1145"> (9.7)


де tвыгр— тривалість вивантаження матеріалу з вагового бункера, с; tавт
— тривалість спрацьовування елементів системи автоматики tавт
= 1,5 — 2 с.

Швидкість закінчення матеріалу з бункера дозатора
<img border=«0» width=«107» height=«32» src=«ref-1_1202857799-488.coolpic» v:shapes="_x0000_i1146"> (9.8)
де λ — коефіцієнт закінчення λ = 0,4 — 0,5; q — прискорення сили тяжіння, м/с2; R— гідравлічний радіус отвору закінчення, м.

В роботі [4] швидкість закінчення матеріалу рекомендується визначати по формулі
<img border=«0» width=«179» height=«55» src=«ref-1_1202858287-897.coolpic» v:shapes="_x0000_i1147"> (9.9)
де QM— задана масова витрата матеріалу при закінченні; F0— площа отвори закінчення; ρч — густина частинки матеріалу; ε— порозність сипкого матеріалу (порошку) ε
= (ρч — ρм) / ρч, ε ≈ 0,6; ρм — густина матеріалу.

Виходячи з допустимої абсолютної погрішності ΔМа6с дозування (для мінімальної дози) і мінімальної необхідної подачі (продуктивності) матеріалу Qmp, можна розрахувати режим завантаження матеріалу у ваговий бункер дозатора.

Спочатку визначають QM, відповідне значенню ΔМабс, і порівнюють його із знайденим Qmp. Якщо Qmp
≤
QM
, то ваговий бункер завантажують на одному режимі (одностадійне дозування), а площа F0закінчення береться з технічної характеристики бункерів (силосів) для заданого значення QM. У разі Qmp > Qmваговий бункер дозатора завантажуються малими дозами, при Qmp = Qmбункер завантажується великими дозами — спочатку при повністю відкритій заслінці, а потім при частково закритій заслінці, тобтопри площі F0, відповідній даному значенню ΔМабс. В цьому випадку первинна, так звана груба засипка ведеться з подачею, що розраховується по формулі

<img border=«0» width=«190» height=«58» src=«ref-1_1202859184-833.coolpic» v:shapes="_x0000_i1148"> (9.10)
де Мо — маса дози, кг; МД — маса дози при досипанні, кг; tД— тривалість завантаження бункера при досипанні матеріалу, с.
<img border=«0» width=«108» height=«60» src=«ref-1_1202860017-663.coolpic» v:shapes="_x0000_i1149"> (9.11)
Для забезпечення високої точності дозування приймально-витратний бункер повинен обладнуватись аераційним, вібраційним і іншими струшуючими пристроями і механізмом регулювання швидкості закінчення матеріалу, сприяючим забезпечити стабільне і рівномірне завантаження вагового бункера дозатора.


    продолжение
--PAGE_BREAK--3.2. Засипка прес-форм формувальною сумішшю


При напівсухому пресуванні формувальних будівельних сумішей засипка прес-форм є складним технологічним процесом, що полягає в загальному випадку в закінченні дискретного сипкого середовища і заповнення нею замкнутого простору у вигляді прес-форми. Зв'язок засипки прес-форм з якістю одержаних при формуванні виробів виявляється в наступному. По-перше, при пресуванні до заданого тиску (наприклад, на гідравлічних пресах з гідравлічним обмежувачем тиску) зміна кількості формувальної суміші в прес-формі приводить до зміни висоти (товщина) виробу. По-друге, при пресуванні до заданої товщини виробу (наприклад, на механічних пресах) різниця в кількості формувальної суміші в прес-формі веде до неоднакового тиску пресування. Крім того, при значному тиску (вище заданих) і нестабільності процесу засипки знижується надійність устаткування. По-третє, при пресуванні в багатомісних (багатокубел) прес-формах має місце нерівномірність розподілу формувальної суміші по окремих прес-формах. По-четверте, при однаковій висоті засипки прес-форм, але різній кількості формувальної суміші в них, вироби одержують однакову товщину в стислому стані, але різну після випресовки через неоднакову густину і пружну деформацію напівфабрикату (пресування).

Отже, засипку прес-форм формувальною сумішшю можна віднести до об'ємного дозування і до процесу закінчення сипкого матеріалу з отвору відповідного пристрою [24, 44, 79]. Процес засипки — це наповнення прес-форм формувальною сумішшю з максимальною густиною і рівномірністю і мінімальною погрішністю. Пристрої, що забезпечують процес засипки прес-форм формувальною сумішшю, одержали назву засипних (наповнювальних) пристроїв, прес-мішалок, наповнювачів, завантажувальних пристроїв і т.п. [15, 24, 79].

Засипку прес-форм при напівсухому пресуванні формувальних сумішей (мас) можна представити у вигляді блок-схеми (мал.9.5).

Кожна з приведених в блок-схемі технологічних операцій має певне значення і характеризується оптимальними параметрами.

До суміші в бункерах пред'являються вимоги як по формуванню певного запасу, так і по стабілізації її властивостей. Засипка (дозування) формувальної суміші з порушеними властивостями приводить до виробництва неякісних виробів. При засипці як мірна місткість використовуються прес-форми, змонтовані в столі преса. Переміщення, заповнення і розподіл формувальної суміші за об'ємом прес-форми на практиці здійснюється уручну або частіше за допомогою механічних засобів. Основна вимога при переміщенні прес-форми з першої позиції на другу полягає в недопущенні перерозподілу суміші в об'ємі прес-форми. Загальна тривалість технологічних операцій <img border=«0» width=«41» height=«27» src=«ref-1_1202860680-286.coolpic» v:shapes="_x0000_i1150"> при виробництві пресованих будівельних виробів повинна бути менше часу циклу пресування (tnp
). Тому швидкодії процесу засипки і засипних пристроїв винне уділятися особлива увага [24, 44, 79].

<img border=«0» width=«423» height=«268» src=«ref-1_1202860966-25555.coolpic» v:shapes="_x0000_i1151">

Мал.9.5. Блок-схема засипки прес-форм при напівсухому пресуванні
Основи теорії засипки прес-форм і засипних пристроїв висловлені в роботах Р.А. Андрієвського, В.Е. Берниковського, Е.В. Задорожного, А.С. Ільіна, С.С. Кипарісова, Е.Е. Кольма-на-Іванова, Д.В. Кондрашова, І.Д. Радомисельського, І.М. Фе-дорченко, А.А. Соловьева, Р.Я. Попильского і інших.

Кількість формувальної суміші, яка повинна бути засипано в прес-форму перед пресуванням, в масовому або об'ємному виразах визначається по формулах [15, 24, 79]:
<img border=«0» width=«227» height=«58» src=«ref-1_1202886521-917.coolpic» v:shapes="_x0000_i1152"> (9.12)

<img border=«0» width=«131» height=«30» src=«ref-1_1202887438-388.coolpic» v:shapes="_x0000_i1153"> (9.13)

<img border=«0» width=«106» height=«30» src=«ref-1_1202887826-241.coolpic» v:shapes="_x0000_i1154"> (9.14)
де ρм — густина безпористого матеріалу виробу; VИ — об'їм вироби; ПІ — пористість виробу; K
1— коефіцієнт, що враховує втрати формувальної суміші при пресуванні, К1 = 1,005-1,01; К2 — коефіцієнт, що враховує втрати маси виробу (напівфабрикату) при термічній обробці, К2= 1,01-1,03; Fn
ф
— площа прес-форми; h
см
— товщина суміші в прес-формі (глибина, висота засипки прес-форми); ρ3 — густина засипки.

Висоту (товщину) формувальної суміші в прес-формі при заданих параметрах готового виробу і густини засипки можна розрахувати по формулі
<img border=«0» width=«132» height=«63» src=«ref-1_1202888067-578.coolpic» v:shapes="_x0000_i1155"> (9.15)
де hПP— висота пресування (напівфабрикату); ρПР — густина пресування (напівфабрикату).

В окремих випадках використовується коефіцієнт засипки (К3), визначуваний по формулі [15, 24, 79]
<img border=«0» width=«241» height=«59» src=«ref-1_1202888645-964.coolpic» v:shapes="_x0000_i1156"> (9.16)
Якщо задані параметри пресування, розміри готового виробу і їх відхилення, то можна розрахувати висоту пресування (напівфабрикату) і висоту засипки прес-форми перед пресуванням.

Відносні погрішності засипки, що допускаються, можуть бути визначені по формулах
<img border=«0» width=«240» height=«62» src=«ref-1_1202889609-1122.coolpic» v:shapes="_x0000_i1157"> (9.17)

<img border=«0» width=«236» height=«62» src=«ref-1_1202890731-1136.coolpic» v:shapes="_x0000_i1158"> (9.18)

<img border=«0» width=«236» height=«62» src=«ref-1_1202891867-1138.coolpic» v:shapes="_x0000_i1159"> (9.19)

Недоліком приведених аналітичних виразів є чисто теоретичне уявлення про процес засипки без урахування фізико-механічних і технологічних властивостей формувальних сумішей, тривалості засипки, конструкції і параметрів засипних пристроїв.

Для вивчення процесу засипки прес-форм формувальною сумішшю в МГСУ розроблений лабораторний стенд (мал.9.6).

Стенд включає раму, на якій встановлений змінний поворотний стіл із знімними прес-формами, що мають регульовані по висоті днища і що спираються в процесі засипки на вібраційне струшуюче пристрій. Над столом змонтований приймально-витратний бункер, засипний пристрій із змінними робочими органами і привід. В знімному днищі засипного пристрою є засипні вікна і калібрувальний отвір, який використовується при випробуваннях гравітаційного закінчення суміші (маси).

Змінні столи з прес-формами і різні робочі органи засипного пристрою, а також регульовані за об'ємом прес-форми дозволяють розширити лабораторні випробування при вивченні процесу засипки прес-форм [24, 79].

Останніми роками при вивченні процесу засипки прес-форм широко використовується кібернетичний підхід. Математичною моделлю служить функція відгуку, що зв'язує параметри оптимізації із змінними параметрами, які варіюються в ході експериментальних досліджень [15].


<img border=«0» width=«409» height=«332» src=«ref-1_1202893005-11806.coolpic» v:shapes="_x0000_i1160">

Мал.9.6. Стенд для випробування засипки прес-форм: 1 — рама; 2 — поворотний стіл; 3 — прес-форма; 4 — днище; 5 — вібраційний пристрій; 6 — електродвигун приводу поворотного столу; 7,20 — редуктор; 8, 21 — приводнойвал; 9, 22 — кільцевий токосъемник; 10, 11 — зубчатаяпередача; 12, 17 — вертикальний вал; 13 — гальмо; 14 — наповнювальний орган; 15 — засипний пристрій; 16 — приймально-витратний бункер; 18 — конічна передача; 19 — електродвигун засипного пристрою; 23 — засипне вікно.
Наприклад, вивчався вплив тривалості засипки прес-форм формувальною сумішшю і кількості порожниностворювачів на показники засипки. Як показали експериментальні дослідження (мал.9.7), збільшення тривалості засипки прес-форм сумішшю більше 3 с практично не приводить до помітного зростання густини засипки. Це відповідає максимальній тривалості циклу пресування (4 с). Залежність має лінійний характер і виявляється при будь-якій кількості пустоутворювачів в прес-формі.

Наявність пустоутворювачівв прес-формі знижує густину засипки. Залежність має нелінійний характер і виявляється однаково при різній тривалості засипки. Очевидно, що істотну роль тут грають вогкість і модуль крупної суміші. Тому для підвищення густини засипки рекомендується застосовувати або примусову подачу суміші в прес-форму, або активізувати роботу засипного пристрою шляхом дії робочого органу на формувальну суміш [15, 24, 79].
<img border=«0» width=«287» height=«272» src=«ref-1_1202904811-30788.coolpic» v:shapes="_x0000_i1161">

Мал.9.7. Графіки залежності густини засипки від тривалості заповнення прес-форм сумішшю і кількості пустоутворювачівв прес-формі.
<img border=«0» width=«230» height=«205» src=«ref-1_1202935599-8122.coolpic» v:shapes="_x0000_i1162">

Мал.9.8. Графіки залежності коефіцієнта рівноплотностивід висоти (глибини) засипки непарних і парних прес-форм.
Емпірична залежність густини засипки (ρз) від тривалості (t
), кількості пустоутворювачів (ZП) і вогкості суміші (Wсм
) можуть бути представлені у вигляді наступних рівнянь регресій:


<img border=«0» width=«382» height=«49» src=«ref-1_1202943721-1390.coolpic» v:shapes="_x0000_i1163"> (9.20)

<img border=«0» width=«409» height=«49» src=«ref-1_1202945111-1428.coolpic» v:shapes="_x0000_i1164"> (9.21)
Поліноміальна модель має вигляд:
<img border=«0» width=«479» height=«114» src=«ref-1_1202946539-3761.coolpic» v:shapes="_x0000_i1165"> (9.23)

де <img border=«0» width=«488» height=«50» src=«ref-1_1202950300-1195.coolpic» v:shapes="_x0000_i1166"> 
<img border=«0» width=«31» height=«25» src=«ref-1_1202951495-126.coolpic» v:shapes="_x0000_i1167">  — модуль крупної суміші; П — порожнистість.

З рівняння (9.22) виходить, що збільшення модуля крупної (Мкр) і вогкості (Wсм) суміші, а також кількості пустоутворювачів (ZП) знижують густину засипки прес-форм.

Якість засипки декількох прес-форм одночасно може бути оцінене коефіцієнтом рівноплотности(Кр3
),рівним відношенню, наприклад, густина засипки непарної прес-форми до густини засипки парної прес-форми (Кр3
= рзн/рзч).

Чим вище за значення коефіцієнта рівноплотності, тим менше різниця густини засипки кожної з прес-форм і тим менше розкид міцності виробів. З метою визначення значень висоти засипки кожної з прес-форм, відповідних коефіцієнту рівноплотності, рівному одиниці (Кр3 = 1), методом планування експерименту другого порядку було одержано наступне рівняння регресії
<img border=«0» width=«478» height=«34» src=«ref-1_1202951621-1522.coolpic» v:shapes="_x0000_i1168">


де X1
і Х2 — відповідно, висота засипки непарної і парної прес-форми.

Після канонічного перетворення рівняння (9.23) і побудови контурних кривих (табл.9.3) можна вибирати значення висоти засипки прес-форм, при яких досягається равноплотнаязасипка (Кр3 =1).
Таблиця 9.3

Результати розрахунку для побудови контурних кривих поверхні відгуку Кр3.



На мал.9.9 показана поверхня відгуку коефіцієнта рівноплотності КРз.
<img border=«0» width=«221» height=«165» src=«ref-1_1202955582-4755.coolpic» v:shapes="_x0000_i1174">

Мал.9.9. Поверхня відгуку в задачі оптимізації рівноплотної засипки прес-форм


Експериментальні дослідження [24, 79] показали, що найбільші значення густини засипки спостерігаються в нижніх і потім верхніх шарах по висоті прес-форми. В середній частині прес-форми густина засипки мінімальна. Різниця в густині засипки досягає 16% (мал.9.10).

Утворення мінімальної густини засипки в середині висоти прес-форми пояснюється зменшенням впливу швидкості частинок і сил підпресування за рахунок загального опору.
<img border=«0» width=«379» height=«228» src=«ref-1_1202960337-36339.coolpic» v:shapes="_x0000_i1175">

Рис.9.10. Схеми позначень шарів (а), об'ємів (б) і хвилі ущільнення (в) формувальної суміші в прес-формі при засипці
Якісні показники засипки прес-форм приведені в табл.9.4.

Істотна нерівномірність засипки спостерігається і за об'ємом прес-форми. З найбільшою густиною заповнюються умовні відсіки прес-форми 4, 5 і 6. Відсіки 1, 2 і 3 на 10% заповнюються сумішшю гірше за перші. Пояснюється це орієнтуванням прес-форм, наприклад, в поворотному столі преса і їх переміщенням щодо засипного пристрою (прес-мішалки), тобто напрямом повороту столу преса.

В загальному випадку аналітичний зв'язок між ефективністю засипки і параметрами пресування може бути представлена в наступному вигляді
<img border=«0» width=«131» height=«30» src=«ref-1_1202996676-438.coolpic» v:shapes="_x0000_i1176"> (9.24)

де ρПР — густина пресування (напівфабрикату); ρз — густина засипки прес-форм; ρ'ПР — густина пресування від дії пресуючого механізму (питомого зусилля пресування).
Таблиця 9.4

Якісні показники засипки



Практично зв'язок значно складніше і залежить від великого числа чинників.

Теоретичні основи і експериментальні дослідження процесу засипки прес-форм при напівсухому пресуванні є основою для вибору типу, конструктивно-технологічних і енергетичних параметрів і методики розрахунку і проектування засипних пристроїв при виробництві стінних будівельних матеріалів (цеглини, каменя, плит, плиток і ін.).

    продолжение
--PAGE_BREAK--