Введение к работе
Актуальность темы.
С развитием строительной отрасли растут требования к
качеству нерудных строительных материалов, в частности,
крупных заполнителей бетона. Это связано с непрерывным
повышением средневзвешенной марки бетона в изделиях и
конструкциях, а так же возрастающими требованиями к
однородности и долговечности бетона. Важным условием
повышения качества железобетонных изделий и верхних слоев
дорожных покрытий является производство щебня с
кубообразной формой зёрен. Форма зёрен крупного
заполнителя непосредственно влияет на удобоукладываемость
бетонной смеси, её однородность. Применение щебня с
кубообразной формой зёрен в верхних слоях дорожных одежд
позволяет создать более устойчивую структуру материала,
обеспечивает необходимую шероховатость и
сдвигоустойчивость покрытия, повышает его долговечность. Кроме того, щебень с зёрнами лещадной и игловатой формы имеет значительно большую пустотность и удельную поверхность, что увеличивает расход цемента.
Вопросами влияния формы зёрен щебня на качественные показатели бетона и разработки оборудования для производства кубообразного щебня занимались такие учёные, как М.Л. Нисневич, Б.И. Курденков, В.И. Галактионов, Б.В. Михайлов, Л.О. Сивуда, А.А. Дудко, В.А. Дубов, B.C. Харьков, В.А. Ярилин, П.А. Боровский, Б.В. Клушанцев, Ю.А. Муйземнек и другие.
К сожалению, разработанное ранее оборудование не позволяет получать кубообразный щебень из абразивных прочных и высокопрочных пород без обогащения по форме.
В последние годы значительный вклад в развитие технических средств для производства щебня улучшенной формы и методов их расчета сделан группой ученых под
руководством д.т.н. Л.А. Вайсберга (АО «МЕХАНОБР-ТЕХНИКА »).
Что касается разработанных до настоящего времени технологий выделения лещадных и игловатых зёрен щебня, то они малоэффективны.
Значительно повысить эффективность выделения лещадных и игловатых зёрен щебня позволит разработанный в СПГГИ(ТУ) способ. Предлагаемый способ позволит также осуществлять экспресс анализ производимого щебня на дробильно-сортировочных заводах, заменив трудоёмкую ручную разборку подвергаемой анализу пробы.
Автор выражает свою искреннюю благодарность научному руководителю проф. Ю.Д. Тарасову, учебному мастеру О.Д. Серебренникову, преподавателям и сотрудникам кафедры ГТМ, директору по стройиндустрии АО «МЕХАНОБР-ТЕХНИКА» к.т.н. А.Д. Шулоякову за внимание и помощь, оказанную при работе над диссертацией.
Цель работы
Целью исследований является установление закономерностей выделения лещадных и игловатых зёрен для выбора параметров оборудования, что позволит повысить потребительские свойства щебня и производить экспресс анализ фракционированного щебня на дробильно-сортировочных заводах.
Задачи исследования:
разработать математическую модель процесса выделения лещадных и игловатых зёрен щебня;
создать компьютерную программу для моделирования процесса;
установить закономерности движения отдельных зёрен в зоне выделения;
получить экспериментальные данные на стенде и подтвердить адекватность разработанной математической модели реальному процессу;
разработать методику выбора параметров оборудования для выделения лещадных и игловатых зёрен из фракционированного щебня.
Методика исследования включает теоретическую и экспериментальную части. В теоретическую часть входит разработка математической модели процесса выделения лещадных и игловатых зёрен щебня, компьютерное моделирование процесса на ПЭВМ типа Pentium с использованием созданной на языке Pascal программы, разработка методики выбора параметров оборудования. В экспериментальную часть входят исследования на натурном стенде, изготовленном в лаборатории кафедры ГТМ СПГГИ(ТУ), обработка результатов, полученных на стенде, сравнение их с теоретическими на основе теории обработки экспериментальных данных.
Основные научные результаты, полученные лично соискателем:
обоснована необходимость использования предлагаемого способа выделения лещадных и игловатых зёрен щебня;
получены и проанализированы расчётные и экспериментальные данные движения отдельных зёрен щебня в зоне разделения;
выявлены зависимости траектории движения зёрен щебня в зоне разделения от отношения максимального размера зерна к минимальному;
на основании сравнения результатов исследования на экспериментальном стенде и результатов, полученных при помощи расчетов по математической модели, определены оптимальные параметры оборудования;
разработана методика расчета параметров оборудования для различных условий работы.
Научная новизна
На основе гипотезы о различной траектории движения зерен стандартной и неправильной формы при ориентации их продольной оси в направлении движения устанавливаются закономерности движения отдельных зерен при прохождении через щелевой ступенчатый просвет в зависимости от отношения наибольшего размера зерна к наименьшему, скорости зерен, угла наклона направляющих желобов.
Достоверность научных положений, выводов и
рекомендаций определяется современным уровнем
теоретических и достаточным количеством
экспериментальных исследований, применением при обработке полученных данных теории планирования эксперимента, адекватностью разработанной математической модели натурному лабораторному стенду для исследования процесса выделения лещадных и игловатых зёрен щебня, воспроизводимостью полученных результатов при повторных измерениях.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
на основе теоретических исследований создана компьютерная программа, позволяющая выбрать параметры оборудования;
определено влияние скорости движения зёрен, угла наклона жёлоба на эффективность процесса разделения зёрен стандартной (кубообразной) и неправильной (лещадной и игловатой) формы;
разработана методика выбора параметров разделителя для различных режимов работы установки.
Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались на конференциях молодых учёных и студентов в 1997, 1998, 1999 годах, на конференции «Обогащение 2000», посвященной восьмидесятилетию института «МЕХАНОБР» в 2000 году.
Публикации. По теме диссертации автором опубликованы 5 печатных работ в научно-технических журналах, сборниках научных трудов и сборниках тезисов докладов конференций.
Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 62 наименования, 1 приложения, изложена на 103 страницах машинописного текста, включает 35 рисунков и 6 таблиц.