Розглянуто процес перемішування будівельних сумішей у барабані гравітаційного бетонозмішувача з точки зору енергетичного балансу системи "барабан змішувача-бетонна суміш" на умовах дискретної та континуальної моделі бетонної суміші. Запропоновано критерії робочого процесу перемішування та критерії подібності процесів перемішування бетонних сумішей, що грунтуються на передумовах одночасного протікання процесів диспергування, масопереносу та фізико-хімічних перетворень.

Мета роботи - дослідити механізм руйнування поверхні робочих скребків бетонозмішувачів, виявити критерії для оцінки їх стану і запропонувати найбільш доцільний спосіб підвищення їх працездатності. Багатокритеріальний підхід [4], який, крім властивостей матеріалу деталі, що зношується, містить аналіз зовнішнього абразивного середовища, експлуатаційних і економічних параметрів зношування. Зношування скребків проходить в абразивній масі, найбільше зношування спричиняють частинки піску, гравію та граніту. Встановлено характер впливу властивостей щебеню на зносостійкість робочих органів бетонозмішувача. Фактор опору К (кПа) не є постійною величиною впродовж експлуатації. Необхідно враховувати залежності коефіцієнту опору від швидкості обертання ротору та від водо-цементного фактору при натурних іспитах і порівнянні зносостійкості випробуваних матеріалів в різних сумішах і робочих режимах. Враховуючи склад бетонної суміші, геометричні характеристики її складових, кут атаки і відношення На/Нм, необхідно відзначити переважне пряме руйнування мікрорізанням внаслідок багатоциклового полідеформаційного зношування. На виробництві, враховуючи подальше відновлення, необхідно слідкувати за лінійним зносом. Розміщення робочих органів бетонозмішувачів під кутом до потоку абразивної маси, дає змогу використати ефект тіньових зон для збільшення строку служби.

Дисертація присвячена дослідженню конструктивних параметрів і режимів роботи двовальних горизонтальних бетонозмішувачів примусової дії. На основі теоретичних досліджень запропоновано математичну модель взаємодії корпусу змішувача та лопатей із оброблюваним середовищем, яка базується на теорії ланцюгів Маркова, що дало змогу встановити закономірності руху матеріалу в двовальному горизонтальному бетонозмішувачі примусової дії. Виявлено та досліджено фактори, що впливають на характер робочих процесів, з метою визначення оптимальних співвідношень геометричних і техніко-економічних параметрів двовального горизонтального бетонозмішувача примусової дії. Одержано аналітичні залежності потужності на перемішування й маси бетонозмішувача від готового об'єму бетонної суміші. Встановлено залежність часу циклу перемішування від кута повороту лопатки та реологічних характеристик бетонної суміші. Розроблено та створено дослідну установку - двовальний бетонозмішувач примусової дії, який призначений для визначення характеру руху бетонної суміші в корпусі бетонозмішувача, ''часу забуття'', а також встановлення впливу досліджуваних параметрів в системі робочий орган - середовище. Спроектовано та виготовлено механізми повороту та фіксації лопаток, а також транспортир, які встановлено на дослідно-експериментальному стенді.

Розроблено нову конструкцію вібраційного змішувача, який адекватно відображає вібраційно-гравітаційний режим роботи і дозволяє приготувати бетонну суміш для формування контрольних кубів бетону. Визначено фізико-механічну модель динамічної системи змішувач - бетонна суміш, виведено рівняння руху досліджуваної системи, одержано аналітичні залежності для визначення амплітуд коливань, встановлено залежності для врахування впливу масових характеристик суміші. Розкрито закономірності руху лабораторного вібраційного змішувача, які експериментальними дослідженнями підтвердили достовірність вибраної моделі. Запропоновано методику розрахунку лабораторного віброзмішувача. Здійснено впровадження результатів дослідження в навчальний процес та виробництво.

Данное исследование направлено на разработку (с применением геометрического моделирования) различных вариантов рабочих органов смесителей, обеспечивающих эффективное перемешивание строительных составов из фибробетона. Проведенный комплекс теоретических исследований позволил сформулировать принципы проектирования ресурсосберегающей технологии производства дисперсно-армированных составов с высокими эксплуатационными свойствами. С использованием геометрического моделирования разработаны различные варианты лопастей рабочих органов смесителей сложной геометрической формы, обеспечивающих качественное перемешивание фиброармированного мелкозернистого материала. Разработана технология приготовления фибробетона с применением смесителей телескопической конструкции и эффективными лопастями сложной формы. Применение разработанных лопастей позволяет получать однородные фибробетонные композиции. За счет высокого качества перемешивания сокращается время приготовления смеси. Разработана конструкция смесителя с рабочим органом телескопического типа с лопастями сложной формы. Использование предложенной технологии перемешивания дисперсно-армированного материала с применением смесителя с рабочим органом телескопической конструкции и лопастями сложной геометрической формы обеспечивает высокую однородность фибробетонной композиции. Предложенные технологические приемы производства позволяют существенно расширить области применения фиброармированных мелкозернистых бетонов.

Описаны вибрационные процессы и способы приготовления и уплотнения бетонных смесей, конструкция, принцип действия и техническая характеристика вибрационных машин для их осуществления, режимы вибрационного воздействия в зависимости от физико-механических характеристик обрабатываемых материалов. Приведены зависимости для определения основных технологических параметров вибрационных бетоносмесителей и виброплощадок для формирования бетонных и железобетонных изделий, полученные в результате исследований динамических систем вибрационная машина - обрабатываемая среда, в которых уплотняемая среда представлена в виде системы с распределенными параметрами. Приведены результаты экспериментальных исследований и промышленного освоения разработанных авторами вибрационных бетоносмесителей и виброплощадок.

Рассмотрены вопросы механоактивации минеральных вяжущих веществ. Представлен теоретический и практический анализ результатов исследований, раскрывающий механизмы механоактивации минеральных вяжущих в скоростных гидродинамических трибосмесителях-активаторах. Показано ускорение процессов структурообразования механоактивированных вяжущих в бетонных смесях и бетонах.

Установлена закономерность изменения давления, действующего на лопатки смесителя со стороны виброактивированной бетонной смеси, в виде экспоненциальной зависимости, учитывающей деформационную способность бетонной смеси, окружную скорость вращения лопатки, угол поворота лопатки относительно начального положения, наружный радиус вращения и геометрические размеры лопатки, плотность и коэффициент лобового сопротивления смеси. Коэффициент лобового сопротивления смеси определяется жесткостью смеси, частотой и амплитудой вибрационного воздействия на бетонную смесь.

Рассмотрен процесс перемешивания компонентов смеси с учетом диффузии завихренности. Выявлены условия, которые способствуют интенсификации процесса приготовления бетонных смесей высокой однородности за счет создания должного количества замкнутых вихрей движения частиц бетонной смеси.

Досліджено конструктивні параметри та режими роботи гравітаційних бетонозмішувачів. Запропоновано математичну модель взаємодії барабана та змішувальних лопатей бетонозмішувача з оброблюваним середовищем, що дозволяє встановити закономірності руху матеріалу в барабані гравітаційних бетонозмішувачів. З метою визначення раціональних геометричних і кінематичних параметрів змішувача виявлено та досліджено фактори, що впливають на характер робочих процесів. Розроблено дослідний комплекс для визначення характеру руху будівельних сумішей у барабані бетонозмішувача, а також встановлення впливу досліджуваних параметрів у системі робочий орган - середовище. Спроектовано та виготовлено датчики визначення характеру руху суміші, які встановлено в барабані дослідного змішувача на дослідно-експериментальному стенді.

На підставі теоретичних досліджень створено математичну модель взаємодії барабана та змішувальних лопатей бетонозмішувача з оброблюваним середовищем, що надало змогу встановити закономірності руху матеріалу в барабані гравітаційних бетонозмішувачів. Виявлено та досліджено фактори, які впливають на характер робочих процесів, з метою визначення раціональних геометричних і кінематичних параметрів змішувача. Одержано аналітичні залежності, що дозволяють визначити енергоємність перемішування, а також встановити центр ваги зведеної бетонної суміші для визначення моменту опору обертання барабана змішувача. Встановлено залежність потужності, що витрачається на процес перемішування, від кута нахилу барабана, частоти його обертання та реологічних характеристик будівельних сумішей. Розроблено та створено дослідний комплекс для визначення характеру руху будівельних сумішей у барабані бетонозмішувача, а також встановлення впливу досліджуваних параметрів в системі робочий орган - середовище. Спроектовано та виготовлено датчики визначення характеру руху суміші, які встановлено в барабані дослідного змішувача на дослідно-експериментальному стенді.

Досліджено створення наукових основ розробки та проектування бетонозмішувачів примусової дії для приготування цементобетонних сумішей. Вивчено тенденції конструктивної еволюції бетонозмішувачів з метою виявлення найбільш перспективного напряму у створенні бетонозмішувального обладнання для приготування бетонних сумішей. Одержано аналітичні залежності, що дозволяють визначити енергоємність процесу перемішування і на основі мінімізації витрат енергії основні параметри змішувача. Розроблено принципово нові конструкції. Досліджено робочий режим і визначено основні параметри бетонозмішувачів примусової дії: зі змінними формами лопатей, з похилими периферійними лопатками та ротаційних, забезпечених енергозберігаючими робочими органами. Установлено раціональні режими перемішування залежно від типу змішувача та фізико-механічних характеристик бетонної суміші. Розроблено бетонозмішувачі з віброімпульсним обертанням вала, вібраційні, з осцилюючими коливаннями корпусу та визначено їх раціональні параметри.

Вперше знайдено формулу для визначення ступеня однорідності бетонних сумішей з урахуванням міцності, густини контрольних зразків, колової швидкості робочого органа бетонозмішувача, коефіцієнтів, що залежать від міцності та форми зерен крупного заповнювача. Розроблено функціональну схему опису процесу приготування бетонних сумішей на базі отриманої формули для визначення ступеня однорідності. Запропоновано алгоритм для прогнозування фізико-механічних характеристик бетонів за використання каскадного режиму приготування бетонних сумішей різного призначення.

Розроблено підшипник, призначений для використання як опори вала механічної мішалки розчинозмішувального обладнання.

Представлено теоретичні основи програмного керування дозаторами дискретної дії бетонозмішувальних установок, які реалізують дозування багатокомпонентних сумішей у задачах стабілізації маси суміші та мінімізації похибки координації між компонентами з метою приготування цементобетонних сумішей різноманітного складу та консистенції.

Розроблено конструкцію змішувача бетону примусової дії з вертикально розташованим перемішуючим робочим органом (ПРО). Одержано теоретичні залежності, які слугують для обгрунтовування раціональних параметрів ПРО.

Описано конструкцію, принцип дії та визначення основних параметрів ротаційного бетонозмішувача примусової дії.

Наведено методику розрахунку потужності приводу бетонозмішувача безперервної дії.

Приведены сведения о бетонных смесях, конструкциях стационарных одноступенчатых бетоносмесительных цехов и установок высотного типа цикличного действия, двухсекционных цехов цикличного действия, стационарных бетоносмесительных заводов партерного типа непрерывного действия, бетоносмесительных сборно-разборных (инвентарных) установок. Описаны конструкции гравитационных бетоносмесителей, смесителей принудительного перемешивания. Предложена методика расчета основных параметров бетоносмесителей. Охарактеризованы дозировочное оборудование, дозаторы, вспомогательное технологическое оборудование. Внимание уделено технике зарубежных фирм: модульным стационарным и мобильным бетонным заводам и их оборудованию, ковшовым подъемникам, дозаторам цемента дискретного и непрерывного действия, расходометрам, автомобильной технике для доставки инертных составляющих смесей, автобетоносмесителям, автобетононасосам, автоцементовозам.

Досліджено питання підвищення ефективності роботи бетонозмішувачів примусової дії завдяки використанню у процесі приготування малорухомих будівельних сумішей каскадного режиму перемішування її складових тривальним робочим органом. За результатами теоретичних досліджень створено математичну модель взаємодії робочого органу бетонозмішувача з компонентами бетонної суміші. Визначено основні робочі параметри тривального бетонозмішувача примусової дії. Проведено експериментальні дослідження даного бетонозмішувача, за якими показано узгодженість результатів теоретичних і експериментальних досліджень. Визначено раціональні параметри й ефективність приготування малорухомої бетонної суміші у новому бетонозмішувачі.