Процеси у виробництві будівельних матеріалів і виробів (стр. 5 из 14)
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
(6.9) 
(6.10)де т0 - маса дебалансів; r - ексцентриситет дебалансів; ω - кутова частота коливань вібромайданчика.
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
(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)
Мал.6.4. Схема діючих сил при відцентровому формуванні
(6.12)При ωt = 0, коли частинка або тіло знаходяться в точці А, cosωt= - 1.
Тоді
(6.13)при ωt= 180°, коли частинка знаходиться в точці В, cosωt = - 1.
(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 r1 завтовшки стінки dr1 і завдовжки l, буде
(6.15)де ρ - густина бетонної суміші (ρ = 600...2400 кг/м3). Інтегруючи останній вираз R1 до R, одержимо
(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
(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.
Мал.6.5. Схема роликового формування: 1 - форма; 2 - бетонна суміш, 3 - ролик.
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
(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
(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 h0 досягає 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 h0ростуть 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.
2.4. Пресування порошкоподібних будівельних матеріалів
2.4.1 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.