Исследование процесса уплотнения цементобетонной смеси на вибрационной площадке с двухчастотными




Скачать 142.98 Kb.
НазваниеИсследование процесса уплотнения цементобетонной смеси на вибрационной площадке с двухчастотными
Дата публикации20.08.2013
Размер142.98 Kb.
ТипИсследование
uchebilka.ru > Астрономия > Исследование

нові технології в машинобудуванні


УДК 666.97.033.16


ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА УПЛОТНЕНИЯ ЦЕМЕНТОБЕТОННОЙ СМЕСИ

НА ВИБРАЦИОННОЙ ПЛОЩАДКЕ С ДВУХЧАСТОТНЫМИ

КОЛЕБАНИЯМИ И ПРИГРУЗОМ

Маслов А.Г., Иткин А.Ф.

Кременчугский государственный политехнический университет


Введение. Для повышения эффективности и снижения энергоемкости вибрационного процесса формования бетонных и железобетонных изделий была разработана конструкция инерционной виброплощадки [1], которая оборудована двухчастотными вибровозбудителями колебаний, сообщающими подвижной раме виброплощадки горизонтально направленные колебания. Эффективность этих виброплощадок во многом зависит от соотношения ее основных параметров, физико-механических характеристик уплотняемой среды, вида вибрационного воздействия и способа передачи этого воздействия формуемому слою смеси и наличия пригруза.

^ Цель работы. Основной целью настоящих исследований является определение рациональных параметров виброплощадки с горизонтально направленными колебаниями, закона движения ее подвижной рамы и напряженно-деформированного состояния смесей различной консистенции в процессе их уплотнения.

^ Материал и результаты исследований. Вибрационная площадка с двухчастотными горизонтально направленными колебаниями и пригрузом для уплотнения цементобетонной смеси в форме (рис. 1 и 2) состоит из подвижной рамы 1 коробчатого сечения, которая при помощи упругих опор 2 установлена на нижней раме 3, прикрепленной к фундаменту болтами.



Рисунок 1– общий вид виброплощадки
Вибрационная площадка снабжена основным дебалансным низкочастотным возбудителем горизонтальных круговых колебаний 4 и дополнительным высокочастотным возбудителем круговых колебаний 5, которые установлены на опорной плите 6, жестко закрепленной на нижней поверхности подвижной рамы 1 в ее центральной части.

Основной 4 и дополнительный 5 возбудители круговых колебаний равноотстоят от торцов подвижной рамы и расположены по линии, проходящей в поперечном направлении через центр масс подвижной рамы. Основной 4 и дополнительный 5 возбудители круговых колебаний кинематически связаны клиноременной передачей 7 с приводным двигателем 8, который закреплен на нижней раме при помощи консоли 9. На подвижной раме установлена форма 10.



Рисунок 2 – Вид А на рисунке 1
Вибрационная площадка работает следующим образом.

Форму 10 заполняют жесткой цементобетонной смесью. Включают приводной двигатель 8, который посредством клиноременной передачи 7 вращает дебалансные валы основного 4 и дополнительного 5 возбудителей горизонтальных круговых колебаний, вызывающие в горизонтальном направлении двухчастотные колебания подвижной рамы 1 вместе с формой 10. При этом одновременно приложенные высокочастотные и низкочастотные колебания подвижной рамы в горизонтальном направлении вызывают в уложенном слое цементобетонной смеси сдвиговые деформации, обеспечивающие его предварительное уплотнение. Затем выключают виброплощадку, производят дополнительное разравнивание поверхности уплотняемого слоя и устанавливают пригруз 11. Вновь включают виброплощадку и окончательно уплотняют изделие.

Для определения закона движения и основных параметров виброплощадки исследуем представленную динамическую систему, на которую действует возмущение в виде горизонтально направленных гармонических сил  и .

Дифференциальное уравнение движения уплотняемой смеси в горизонтальном направлении может быть описано уравнением:



, (1)

где и – эйлерова и лагранжева координаты; - динамический модуль упругой деформации уплотняемой цементобетонной смеси; - коэффициент неупругого сопротивления цементобетонной смеси, величина которого зависит от фазовой скорости распространения возмущения в уплотняемой среде; - эквивалентный коэффициент сопротивления, учитывающий трение смеси о днище формы; - плотность цементобетонной смеси.

Решение волнового уравнения колебаний (1) будем отыскивать при следующих граничных условиях:





; (2)
где  – масса виброплощадки;  – коэффициент жесткости упругих амортизаторов в горизонтальном направлении;  и – амплитуды возмущающих сил;  и – угловые частоты низкочастотных и высокочастотных вынужденных колебаний; – площадь взаимодействия переднего торца формы с бетонной смесью;  – расстояние между торцами формы; – площадь взаимодействия днища формы с бетонной смесью.

Решение уравнения (1), удовлетворяющее граничным условиям (2), будет иметь следующий вид:



, (3)

где и - элементарные перемещения виброплощадки соответственно при низкой и высокой частотах колебаний; и - амплитуды низкочастотной и высокочастотной гармоник колебаний уплотняемой среды в горизонтальном направлении; и - переменные углы сдвига фаз между направлением возмущающих сил и перемещением уплотняемой среды при низкой и высокой частотах колебаний соответственно;

(4) ;

(5)

;





; (6)





.(7)

Здесь

;

;

;

;

;

;

;





;





;

; ;

;

;

;

;

;

;

;





;

;

; .

Выражение (3) описывает закон движения уплотняемой среды в направлении координаты в зависимости от низкой и высокой частот колебаний, амплитуд возмущающих сил и , модуля упругой деформации и коэффициентов неупругого сопротивления цементобетонной смеси и , площади торцевых стенок формы , площади днища формы , расстояния между торцевыми стенками , коэффициентов сопротивления и , учитывающих трение смеси о днище формы, и основных параметров виброплощадки.

При и выражение (3) описывает закон движения торцов и, соответственно, всей подвижной рамы виброплощадки:



+ (8)

где и - амплитуды низкочастотной и высокочастотной гармоник колебаний виброплощадки в горизонтальном направлении; и - угол сдвига фаз между направлением возмущающих сил и перемещением виброплощадки;

;

;

;

.

Используемый в выражении (3) и далее по тексту эквивалентный коэффициент сопротивления , учитывающий трение цементобетонной смеси о днище формы, определяется по методу линеаризации сил кулонового трения [2] для каждой из вынужденных частот колебаний и с учетом действия пригруза:

;

,

где - удельная масса пригруза, т.е. масса, приходящаяся на единицу площади поверхности формуемого изделия; - коэффициент трения бетонной смеси о днище формы.

При вибрационном воздействии в уплотняемой цементобетонной смеси возникают напряжения, величина которых зависит от относительной деформации и сил тяжести уплотняемого слоя.

Напряжения, вызываемые относительной деформацией уплотняемого слоя цементобетонной смеси, определяются из следующей зависимости:





(9)

где , - амплитуды напряжений; , - углы сдвига фаз между амплитудами возмущающих сил и амплитудами напряжений;

(10)

;

(11)

;



;

.



;

.

Напряжения, вызываемые сопротивлением от действия сил трения смеси о днище формы, определяются из следующей зависимости:



; (12)



; (13)



. (14)

Суммарное напряжение будет равно







, (15)

где

;

;

.

Напряжения, возникающие в уплотняемой смеси от действия собственных сил тяжести цементобетонного слоя:

. (16)

Тогда общая величина напряжений, возникающих в уплотняемом цементобетонном слое при вибрационном воздействии, может быть определена следующей зависимостью:

. (17)

В результате горизонтальных колебаний виброплощадки днище формы дополнительно вызывает в цементобетонной смеси сдвиговые деформации. При этом сдвиговые деформации уплотняемой среды в горизонтальном направлении в зависимости от вертикальной координаты и во времени можно описать следующим волновым уравнением:

, (18)

решение которого будем отыскивать при следующих граничных условиях:



; (19)

. (20)

Здесь - коэффициент динамической вязкости при сдвиговых деформациях ; - коэффициент Пуассона; - смещение цементобетонной смеси в горизонтальной плоскости; - координата в вертикальном направлении; - масса пригруза.

Решение волнового уравнения колебаний (18), удовлетворяющее граничным условиям (19) и (20), представим в следующем виде:





, (21)

где

;

;

; ;

;

;

;









.

Выражение (21) описывает закон сдвиговых деформаций уплотняемой среды в зависимости от координаты , низкой и высокой частот колебаний, амплитуд возмущающих сил и , коэффициентов неупругого сопротивления цементобетонной смеси и , площади днища формы и основных параметров виброплощадки.

При эти выражения описывают закон движения пригруза в горизонтальном направлении.

Касательные напряжения, возникающие в уплотняемом цементобетонном слое при сдвиговых деформациях:



, (22)

где







;

.

Величина средних касательных напряжений в уплотняемом слое цементобетонной смеси определяется из выражения:







, (23)

где

.

Амплитуду эквивалентных средних напряжений, возникающих в уплотняемом слое цементобетонной смеси в горизонтальном направлении в зависимости от координаты , можно определить из следующего выражения:

, (24)

где - амплитуда нормальных суммарных напряжений; - амплитуда средних касательных напряжений;


; (25)

. (26)

Полученные теоретические зависимости позволяют достаточно точно учесть физико-механические характеристики уплотняемой среды и определить рациональные параметры вибрационной площадки, пригруза и режимы вибрационного воздействия, при которых обеспечивается эффективное уплотнение цементобетонных смесей.

Анализ полученных зависимостей показывает, что существенное влияние на размах колебаний подвижной рамы виброплощадки и амплитуду напряжений оказывают консистенция цементобетонной смеси, толщина уплотняемого слоя, его плотность, величина пригруза и соотношение высокой и низкой угловых частот вынужденных колебаний.

Используя полученные данные и методику, изложенную в работе [3], была определена величина эквивалентных напряжений, возникающих в уплотняемом цементобетонном слое, и вычислена необходимая продолжительность уплотнения цементобетонных смесей различной консистенции при разной величине давления пригруза.

В табл. 1 приведены значения требуемой продолжительности вибрационного воздействия до полного уплотнения цементобетонного слоя смеси в зависимости от консистенции смеси, длины уплотняемого слоя, величины статического удельного давления пригруза и соотношения угловых частот колебаний .

Анализ приведенных данных показывает, что наиболее рациональным при формовании изделий из жестких бетонных смесей жесткостью 30 – 60 с является использование двухчастотных колебаний в виде одновременно прикладываемых высокочастотных колебаний с угловой частотой =292 рад/с и низкочастотных колебаний с частотой и пригруза с удельным статическим давлением 1,0 кПа. Для формования изделий из жестких смесей жесткостью 90 с целесообразно использовать низкочастотную составляющую вынужденных колебаний с частотой и того же пригруза с удельным статическим давлением 1,0 кПа. Именно при этих значениях величины пригруза и одновременно прикладываемых низкой и высокой угловых частот колебаний обеспечивается эффективное уплотнение цементобетонных смесей жесткостью от 30 до 90 с. Причем увеличение величины удельного статического давления пригруза от 1 до 2 кПа не приводит к заметному снижению необходимой продолжительности уплотнения, а при использовании пригруза с удельным статическим давлением 3 кПа необходимая продолжительность уплотнения возрастает. Это объясняется тем, что с увеличением величины пригруза уменьшается амплитуда колебаний виброплощадки и соответственно амплитуда сдвиговых деформаций.

Таким образом, наиболее рациональным при двухчастотных колебаниях виброплощадки является использование пригруза со статическим давлением 1 кПа.

Использование пригруза при формовании изделий на двухчастотной виброплощадке с горизонтально направленными колебаниями позволяет не только улучшить качество поверхности формуемого изделия, но и на 12 – 30% уменьшить продолжительность и энергоемкость процесса уплотнения жестких цементобетонных смесей.



Таблица 1 –

Изменение необходимой продолжительности вибрационного уплотнения цементобетонных смесей различных консистенций в зависимости от соотношения угловых частот вынужденных колебаний и удельного давления пригруза

Жесткость смеси, с

Удельное давление пригруза, кПа

Длина уплотняемого слоя, см

Необходимая продолжительность уплотнения, с

При

=0,5

При

=0,65

При

=0,7

При

=0,75

30

1,0

120

94

71

65

60

2,0

89

67

61

56

3,0

90

66

60

55

60

1,0

187

139

127

117

2,0

181

133

121

111

3,0

188

135

122

112

90

1,0

265

196

177

162

2,0

263

191

173

158

3,0

282

200

187

169

30

1,0

150

100

75

67

61

2,0

95

71

64

58

3,0

97

71

64

58

60

1,0

200

148

134

122

2,0

196

144

130

118

3,0

207

153

137

123

90

1,0

287

211

191

174

2,0

290

212

191

173

3,0

315

234

209

189




Выводы. В результате проведенных исследований установлен закон движения подвижной рамы виброплощадки и пригруза и определено напряженно деформированное состояние уплотняемой среды, найдены рациональные соотношения частот и амплитуд вынужденных колебаний при двухчастотном вибрационном воздействии; установлены рациональные режимы вибрационного воздействия и необходимая продолжительность уплотнения в зависимости от интенсивности и направления прикладываемой вибрации, величины удельного давления статического пригруза; определены основные параметры виброплощадки и пригруза.

Литература


1. Иткин А.Ф., Маслов А.Г. Вібраційна площадка для ущільнення цементобетонної суміші у формі. Патент на корисну модель № 12116, Бюл. №1, 2006.

2. Прочность, устойчивость, колебания: Справочник. Т.3 / Под ред. И.А. Биргера, Я.Г. Пановко. - М.: Машиностроение, 1968. - 568 с.

3. Маслов А.Г., Иткин А.Ф. Теоретические основы вибрационного уплотнения цементобетонных смесей // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. – Кременчук: КДПУ, 2004. – Вип. 5/2004 (28). – с. 45 – 49.


Вісник КДПУ. Випуск 6/2006 (41). Частина 2

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Исследование процесса уплотнения цементобетонной смеси на вибрационной площадке с двухчастотными iconСостояние вазоактивных медиаторов при сочетаном течении вибрационной и гипертонической болезни
Медиаторов у пациентов с вибрационной болезнью в сочетании с гипертонической болезнью. Согласно полученным данным выявлен рост вазодилятаторов...

Исследование процесса уплотнения цементобетонной смеси на вибрационной площадке с двухчастотными iconИсследование влияния проводимости подводящего дросселя на статические...

Исследование процесса уплотнения цементобетонной смеси на вибрационной площадке с двухчастотными iconИсследование динамики трехмассной вибрационной машины с целью повышения...
Региональная автоматизированная система управления объектами газоснабжения. Ткаченко В. Ф., Божинский И. А., Ефименко С. А., Маслов...

Исследование процесса уплотнения цементобетонной смеси на вибрационной площадке с двухчастотными iconКаукаров А. К. Исследование сухого уплотнения двигателя внутреннего...

Исследование процесса уплотнения цементобетонной смеси на вибрационной площадке с двухчастотными iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua
Оборудование, применя­емое при изготовлении композиционных материалов, как пра­вило, существенно не отличается от оборудования, применяемого...

Исследование процесса уплотнения цементобетонной смеси на вибрационной площадке с двухчастотными iconЭнергосберегающая технология укладки и уплотнения мелкозернистых бетонных смесей бабиченко В. Я
При этом после короткого промежутка времени пребывания частиц бетонной смеси в состоянии свободного полета, в момент их соударения...

Исследование процесса уплотнения цементобетонной смеси на вибрационной площадке с двухчастотными iconИсследование динамики гидропяты на основе нелинейной математической модели
Автоматическое уравновешивающее устройство (гидропята) центробежного насоса выполняет функции упорного гидростатического подшипника...

Исследование процесса уплотнения цементобетонной смеси на вибрационной площадке с двухчастотными iconИсследование операций и оптимизация
Конференция соберет на своей площадке молодых ученых, студентов, аспирантов, вместе с известными представителями современной российской...

Исследование процесса уплотнения цементобетонной смеси на вибрационной площадке с двухчастотными iconИмитационное исследование
Имитационное исследование процесса резания бумаги резцами из инструментальной стали

Исследование процесса уплотнения цементобетонной смеси на вибрационной площадке с двухчастотными iconСухие строительные смеси на основе гипсовых вяжущих (далее гипсовые...
Наибольшее распространение получили штукатурные и шпаклевочные смеси, эффективность которых обязана ряду уникальных свойств гипсовых...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<