Введение к работе
Актуальность работы. Сегодня получение некоторых видов материалов строительного назначения не возможно без использования смесительного оборудования, способного обеспечить необходимый уровень однородности смеси. В составы сухих строительных смесей для регулирования их технологических свойств применяют систему «реологических» добавок, при этом целый ряд составляющих вводится в малом количестве (0,05-4%), однако их влияние на формирование свойств растворных смесей и растворов чрезвычайно велико. К таким добавкам относят суперпластификаторы, загустители и водоудерживающие добавки на основе эфиров целлюлозы, эфиры крахмала, полимерные дисперсии, добавки на основе слоистых силикатов и др.
В последнее время модифицирующие добавки, имеющие сложный состав поставляются в продажу в готовом виде. Поэтому аппарат-смеситель способный качественно смешивать порошки из исходных компонентов, отличающихся друг от друга по размеру частиц (от долей микрона до 5 мм) и плотности (от 0,1 г/см3 до 4,0 г/см3) является основным агрегатом технологического цикла производства сухих смесей и их составляющих.
Одним из возможных путей совершенствования смесительного оборудования для сыпучих материалов является применение конструкций смесителей с возможностью регулирования перемещения частиц внутри камеры смешения, что обеспечивает необходимое перемещение частиц, и стабильное достижение требуемого качества смеси. Поэтому возможность управления процессом смешения, простота конструкции, быстрая и несложная переналадка смесителя для работы с различными сыпучими материалами есть актуальная задача.
Цель работы - разработка математического аппарата и теоретических моделей для создания смесителя периодического действия с изменяющейся рабочей камерой для получения качественных многокомпонентных смесей с заданными характеристиками.
Задачи исследований:
Провести анализ состояния и выявить направления развития смесительного оборудования для получения сухих строительных смесей.
Разработать принципиальную схему смесителя с изменяющейся рабочей камерой, обеспечивающего получение качественных многокомпонентных смесей с заданными характеристиками, за счет управления механизмом перемешивания частиц и обеспечения
широкого диапазона воздействия на них.
3. Разработать математические модели кинематического, силового и
энергетического взаимодействия лопаток мешалки и изменяющейся
рабочей камеры с частицами компонентов смеси.
4. Установить аналитические выражения для определения
напряженного состояния материала изменяющейся рабочей камеры.
5. Разработать методику определения основных технологических и
конструктивных параметров смесительного устройства с изменяющейся
рабочей камерой периодического действия.
6. Установить методом планирования многофакторного
эксперимента регрессионные зависимости коэффициента
неоднородности среды, производительности и электрической
мощности, затрачиваемой на смешение от влияния основных факторов,
а также провести экспериментальную проверку в лабораторных
условиях разработанных аналитических зависимостей для определения
рациональных технологических и конструктивных параметров с учетом
конкретных требований процесса смешения.
7. Разработать и спроектировать аппарат для смешения сыпучих
материалов с изменяющейся рабочей камерой периодического действия.
Научная новизна работы заключается:
в разработке, теоретическом обосновании и экспериментальном исследовании математических алгоритмов и моделей, описывающих кинематические, силовые и энергетические взаимодействия лопаток смесителя и изменяющейся рабочей камеры с частицами смеси, в зависимости от конструктивных особенностей;
в определении характера и построении модели траектории перемещения загрузки в рабочей камере;
в выявлении режимов работы смесителя с изменяющейся рабочей камерой, которые позволяют получать качественные многокомпонентные смеси с заданными характеристиками;
в получении аналитических зависимостей для проведения инженерных расчетов, позволяющих установить рациональные конструктивно-технологические параметры смесителя с изменяющейся рабочей камерой с учетом конкретных требований к качеству смеси.
Практическая значимость работы заключается в создании конструкции смесителя периодического действия с изменяющейся рабочей камерой на основании теоретических разработок и экспериментальных исследований. Новизна конструктивного решения защищена патентом РФ на полезную модель.
Предложенные теоретические модели, конструктивные решения, методика расчета и рекомендации по подбору рациональных рабочих режимов смешения могут быть использованы при расчете и
проектировании промышленной установки для получения качественных многокомпонентных смесей с заданными характеристиками.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и практические результаты исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на международных научно-технических конференциях: «Роль университетов в создании инновационной экономики» (Усть-Каменогорск, ВКГТУ им. Д. Серикбаева, 2008); «Наука и молодежь в начале нового столетия» (Губкин, 2008) «Научные исследования наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов» (БГТУ им. В.Г. Шухова, 2010).
Реализация работы. Теоретические и экспериментальные исследования апробированы и внедрены в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных работ кафедры механического оборудования БГТУ им. В.Г.Шухова.
Результаты работы отмечены золотой медалью Российской академией архитектуры и строительных наук в 2011 году.
Опытный образец смесителя апробирован в условиях ООО «Кроно-Бел» в технологическом процессе приготовления модифицирующей многокомпонентной добавки для теплоизоляционной штукатурки. Результаты испытаний по смешению модифицирующих добавок в предлагаемом устройстве обсуждались на техническом совещании ООО «Кроно-Бел». Принято решение о проектировании и изготовления опытно-промышленного образца в условиях ООО «Кроно-Бел» с объемом камеры 10 л.
Публикации. По результатам работы опубликовано 9 печатных работ, в том числе 2 в рецензируемых изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ, получены патент РФ на полезную модель и свидетельство о регистрации программы ЭВМ
Автор защищает.
Аналитические выражения для определения силовых характеристик взаимодействия лопаток мешалки и изменяющейся рабочей камеры с частицами смеси и электрической мощности, затрачиваемой на смешение.
Аналитические выражения для определения функций инерционной нагрузки и внутренней силы, возникающих в корпусе из-за заданного цапфе технологического эксцентриситета, распределения касательных напряжений, сдвигающих усилий и их экстремумов в произвольных сечениях рабочей камеры смесителя.
3. Методику для определения основных технологических и
конструктивных параметров смесительного устройства с изменяющейся
рабочей камерой периодического действия.
Регрессионные модели основных технологических параметров смешения, таких как коэффициент неоднородности среды, производительности и электрической мощности, затрачиваемой на смешение от влияния основных факторов.
Теоретически обоснованное конструктивное решение смесителя периодического действия с изменяющейся рабочей камерой, для получения качественных многокомпонентных смесей с заданными характеристиками.
6. Принципиальную схему нового конструктивного решения
смесителя периодического действия с изменяющейся рабочей камерой
для получения качественных многокомпонентных смесей с заданными
характеристиками, защищенную патентом РФ на полезную модель.
Структура и объем работы.
