СТВОРЕННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ. ШТУКАТУРНИХ СТАНЦІЙ І АГРЕГАТІВ. НОВОГО ПОКОЛІННЯ

Експериментальне дослідження фізико-механічних харак­теристик розчинної суміші

Згідно із запропонованим і теоретично обґрунтованим у п. 3.6 меха­нізмом взаємодії прямокутної лопатки із розчинною сумішшю при її відно­сному переміщенні, визначення величини коефіцієнта тертя розчину по лопатці kf і питомого опору зсування кх можливе шляхом вимірювання зу­силля, необхідного для рівномірного переміщення лопатки у розчині. За виміряними показниками зусиль F і швидкості переміщення и розрахову­ються параметри kf і k (див. формули (3.68) і (3.78)), які характеризують фізико-механічні властивості розчинних сумішей.

Для вивчення взаємодії лопатки із досліджуваним розчином був створений та виготовлений дослідний стенд (рисунок 3.19), котрий склада­ється з прямокутного бака 1, на якому закріплені направляюча 2 й електро­двигун 3, причому направляюча може бути піднята для зручності заванта­ження та розвантаження розчину. По направляючій вільно на опорах ко­чення за допомогою троса 4 рухається каретка 5. Трос 4 намотується на барабан 6 через систему блоків 7. Для вимикання привода при досягненні кареткою кінцевого положення встановлений вимикач 8. Електродвигун 3 підключений до електромережі через перетворювач частоти струму

ACS 300. Це дозволяє отримати різні значення частоти обертання барабана 6, жорстко закріпленого на валу двигуна, і плавно змінювати швидкість руху

а)

а - загальний вигляд; б - конструктивна схема:

1 - бак; 2 - направляюча; 3 - електродвигун; 4 - трос; 5 - каретка; 6 - барабан; 7 - система блоків; 8 - кінцевий вимикач; 9 - лопатка; 10 - поворотно- фіксуючий пристрій; 11 - електронний секундомір; 12 - індуктивний датчик зу­силля; 13 - суміш, що досліджується; 14 - датчик початкового положення; 15 - датчик кінцевого положення
каретки в широких межах. На каретці змонтовані лопатка 9, поворотно - фіксуючий пристрій 10, електронний секундомір 11 та індуктивний датчик зусилля 12.

За допомогою поворотно-фіксуючого пристрою 10 встановлюється необхідний кут нахилу лопатки до напряму руху каретки. Це дозволяє ви­значити конкретне значення сили опору F переміщенню лопатки з різною швидкістю у розчинах різної рухливості.

Секундомір 11 встановлений на каретці таким чином, що вмикається під дією датчика початкового положення 14 і вимикається при проходжен­ні датчика кінцевого положення 15. На відстані між датчиками 14 і 15 ка­ретка рухається рівномірно, без прискорення, так як датчик 14 встановле­ний на певній відстані від початкової точки руху каретки.

Визначення сили F опору переміщенню каретки відбувається за до­помогою індуктивного датчика 12, який складається із котушки індуктив­ності 1 (рисунок 3.20), тяги 2, виготовленої із немагнітного матеріалу (алюмінієвий сплав) і магнітного сердечника 3. Між корпусом котушки й буртиком сердечника встановлена пружина 4. Котушка 1 жорстко з’єднана із кареткою дослідного стенда. До тяги 2 кріпиться тросик, котрий приво­дить в рух каретку. Внаслідок дії опору розчинної суміші пружина дефор­мується, і магнітний сердечник уводиться в котушку, що змінює значення її індуктивності, що перетворюється на вихідний сигнал за допомогою пе­ретворювача й фіксується самопишучим приладом Н3031 для запису шви­дкоплинних процесів.

Перед початком вимірювань пристрій тарувався при загальмованій каретці шляхом навантаження троса 4 (див. рисунок 3.19) за допомогою динамометра. При цьому на діаграмній стрічці самопишучого приладу з’являвся відповідний відрізок, ордината цього відрізка змінювалася прямо пропорційно збільшенню переміщення стрижня. Таким чином було вста­новлено, що 1,0 мм діаграми у поперечному напрямі відповідає величині навантаження 2,6 Н. Тобто масштабний коефіцієнт діаграми при вимірю­ванні зусилля становить = 2,6 Н/мм. Швидкість руху діаграмної стрічки за паспортною характеристикою становить 0,1 м/с, тому 1 мм діаграмної стрічки у поздовжньому напрямі відповідає 0,01 с, а масштабний коефіці­єнт діаграми при вимірюванні часу ц = 0,01 с/мм.

Вимірювання виконувалися таким чином. Бак дослідного стенда за­повнювався свіжоприготованим за допомогою лабораторного змішувача вапняно-піщаним розчином марки П12 за ДСТУ БВ.2.7 - 23 - 95. За допо­могою поворотно-фіксуючого пристрою із використанням кругової шкали встановлювався необхідний кут атаки 5 лопатки (див. рисунок 3.18). Каре­тка відводилася у крайнє ліве положення, після чого вмикався записуючий прилад і електродвигун стенда. Під час руху лопатки самописець фіксував діаграму її руху, а секундомір - час за який каретка пройшла шлях між да­тчиками 14 і 15. Діленням показників секундоміра 11 (див. рисунок 3.19) на відстань (dx = 1,0 м) визначалося значення середньої швидкості и карет­ки з лопаткою на ділянці рівномірного руху.

За характером кривих (рисунок 3.21, а), записаних самописцем вид­но, що на початку руху лопатки (ділянка 0,05 - 0,15 с) спостерігається ко­ливання показань датчика зусилля, котре пояснюється початковим прис­коренням руху лопатки та зусиллями, що виникають у пружині датчика. На ділянці 0,15 - 0,6 с сила опору F переміщенню лопатки залишається сталою та за величиною відхилення h від нульового рівня можна визначи­ти її значення. Зростання величини зусилля на кінцевій ділянці 0,62 - 0,68 с викликане гальмуванням каретки з лопаткою під дією кінцевого вимикача та буфера.

Вивчення одержаної діаграми дозволяє визначити величину сили опору F, що діє на лопатку під час руху останньої у будівельному розчині зі сталою швидкістю за формулою

F = h-цр, (3.79)

де h - величина ординати діаграми на ділянці рівномірного руху, мм; - масштабний коефіцієнт діаграми при вимірюванні зусилля F.

Так, величина сили опору під час руху лопатки, встановленої із ку­том 8 = 90° у розчині рухливістю 10 см зі швидкістю 0,6 м/с за даними діа­грами (див. рисунок 3.21, а) становить

F1 = HvVf= 16 • 2,6 = 41,6 Н;

із кутом атаки 8 = 45° у тому ж розчині із тією ж швидкістю (див. рисунок 3.21, б) -

F2 = ^2-Pf = 11 • 2,6 = 28,6 Н.

а) 8 = 90°; б) 8 = 45°

Коефіцієнт питомого опору зсування кт, Па, за формулою (3.68)

де l = 0,2 м - висота лопатки; b = 0,08 м - ширина лопатки; с = 0,008 м - ширина кронштейна кріплення лопатки; (2l + 2b — c) dx - постійна експе­рименту.

= [2 • (28,6 • 0,6 + 2 • 0,6 • 75,6 • 0,08 • sin45° + 0,6 • 75,6 х х 0,008 - 2 • 0,6 • 0,2 • 75,6)] /[0,6 • (2 • 75,6 • 0,08 • sin45° • sin90° -

- 75,6 • 0,008 • sin90° + 2 • 2000 • 9,8 • 0,05 • 0,08 • sin45° -

- 2 • 2000 • 9,8 • 0,05 • 0,008)] = 0,146,

де и = 0,55 м/с - швидкість руху лопатки; 5 = 45° - кут атаки; р =

-5

= 2000 кг/м - густина розчину рухливістю 10 см; а = 0,05 м - глибина за­нурення лопатки у розчин.

Похибка проведених вимірювань визначена відповідно до рекомендацій [13]. У результаті оцінювання похибки розраховані величини становлять:

- для коефіцієнту питомого опору зсування кх = 75,6 + 2,06 Па;

- для коефіцієнту тертя ку = 0,146 + 0,0108.

У якості результату виміру в кожній "точці" використовуємо середнє арифметичне значення чотирьох вимірювань.

За вказаною методикою спочатку були проведені виміри сили опору для різних швидкостей руху лопатки із кутом атаки 5 = 90° у вапняно - піщаних розчинах марок П8 та П12 за ДСТУ БВ.2.7 - 23 - 95 складу 1:3 у діапазоні рухливостей від 6 см до 12 см. Після чого були розраховані зна­чення коефіцієнту питомого опору зсування кх (таблиця 3.3, рисунок 3.22).

На другому етапі досліджень були одержані значення коефіцієнту тертя ку шляхом вимірювання сили опору під час руху лопатки із кутами

атаки 8 = 45...300 у розчинних сумішах різної рухливості (таблиця 3.4, ри­сунок 3.23). При цьому, для розрахунків за формулою (3.78), були викори­стані попередньо знайдені залежно від швидкості руху лопатки значення коефіцієнту питомого опору зсування кх.

Аналіз одержаних результатів вимірів і розрахунків указує на те, що коефіцієнти кх та kf, котрі визначають величину споживаної під час змішу­вання потужності, залежать як від рухливості розчинної суміші, так і від швидкості руху лопатки у ній. Причому найбільше від швидкості залежить коефіцієнт кт для малорухливих розчинів (див. рисунок 3.22). Також уста­новлено, що коефіцієнт тертя kf розчинів підвищеної рухливості (10...12 см) майже не залежить від швидкості руху лопатки й залишається сталим у всьому діапазоні робочих швидкостей розчинозмішувачів.

Таким чином, в результаті проведених експериментів з визначення фізико-механічних та реологічних властивостей вапняно-піщаних штука­турних розчинів практично обґрунтовано запропоновану методику кількіс­ного визначення коефіцієнтів кх та kf. Одержані значення цих параметрів дають можливість подальшого розроблювання механізмів взаємодії робо­чих органів розчинозмішувачів із середовищем, що перемішується.