Мартинюк І.Ю.

Київський національний університет будівництва і архітектури, Україна

ОЦІНКА ТА АНАЛІЗ ПАРАМЕТРІВ І РЕЖИМІВ РУХУ ВІБРОМАЙДАНЧИКІВ ДЛЯ ФОРМУВАННЯ КОНТРОЛЬНИХ ЗРАЗКІВ БЕТОНУ

Стрімкий розвиток будівельної індустрії в сучасній Україні обумовлений перш за все використанням новітніх технологій, які останнім часом були впроваджені при будівництві нових споруд. Якщо взяти до уваги будинки виготовлені із залізобетонних конструкцій, то цілком очевидно, що перспектива розвитку такого будівництва на сьогоднішній день є монолітно-каркасне будівництво.

В умовах сучасного будівництва велику увагу приділяють якості бетонної суміші, адже від неї залежить міцність і довговічність майбутньої споруди. Певну незручність при монолітно-каркасному будівництві являє собою доставка бетонної суміші на будівельний майданчик, що пов’язана з часом перемішування та часом перевезення, в процесі якого досить часто втрачається якість бетонної суміші. Тому перевірка якості бетону на будівельному майданчику є невід’ємною частиною технологічного процесу зведення монолітних конструкцій.

Одним з найпоширеніших методів контролю бетону є метод контролю за допомогою контрольних зразків бетону, що відбираються безпосередньо на будівельному майданчику.

Досить часто результати випробувань контрольних зразків бетону, що відбираються на будівельних майданчиках, не відповідають проектному класу бетону, який був поставлений на будівництво. Існує ціла низка причин, які в тій чи іншій мірі приводять до такої невідповідності. Детальний аналіз випробуваних контрольних зразків, які мали міцність меншу за проектну міцність бетонної суміші, показав, що основними причинами втрати якості бетонної суміші в зразках є: неправильне відбирання зразків та їх виготовлення (неякісне укладання та ущільнення); використання форм, що не відповідають нормативним документам (втрата цементного молочка); недотримання умов зберігання зразків (висушування, або заморожування.

Провівши огляд різних конструкцій машин, що представлені на ринку України та відповідають вимогам ДСТУ [1] було визначено, що конструкції машин малої вантажопідйомності, для яких був проведений огляд та аналіз, мають однакову конструктивну схему, тому для дослідження таких машин можна використати єдину розрахункову схему машини, а також конструктивні і технічні параметри існуючої моделі машини. Для подальших досліджень були прийняті характеристики лабораторного вібромайданчика СМЖ – 539.

Схема наведена на рис. 1, є найпростішою схемою вібраційної машини з гармонійними коливаннями, яка може розглядатись як модель для опису вищезгаданих машина для ущільнення бетонних сумішей, рівняння руху якої має вигляд:

Рисунок 1. Розрахункова схема вібромайданчика.

(1)

Отримане рівняння є достатньо вивчене при часткових його рішеннях, які дають можливість проаналізувати поведінку системи в сталому режимі руху. При цьому вважають, що момент пуску машини та її зупинка є досить швидкоплинними і на робочий процес суттєво не впливають.

При виготовленні контрольних зразків бетонної суміші досить важливим фактором є її щільність, яка залежить від режиму та умов ущільнення. Так відомо, що при невірно вибраному режимі роботи машини, ущільнення не тільки може не відбуватись, а навпаки – виріб може розущільнюватись.

Таким чином варто дослідити рух системи (див рис. 1) саме в перехідних періодах роботи та при різних умовах роботи, а саме різною масою виробів, що ущільнюються.

Для дослідження системи в перехідних режимах та для більш наглядного уявлення роботи такої системи скористатись чисельним методом Рунге-Кутта для рішення даного рівняння.

На основі складеного алгоритму на мові програмування “Delphy” створена програма, яка дозволяє отримати розв’язок рівнянь даної системи.

Для перевірки роботи програми були отримані віброграми руху системи в залежності від часу роботи та вихідних параметрів в сталому режимі роботи (рис. 2, 3).

Як слідує з отриманих віброграм рух системи цілком відповідає законам класичної теорії коливань, про що свідчить зниження амплітуди коливань із зростанням загальної маси, що бере участь в рухові, а також форма коливань, яка описується синусоїдальним законом.

Для оцінки руху машини, що досліджується, при зміні частоти коливання були побудовані амплітудно-частотні характеристики для декількох випадків завантаження вібромайданчика (рис. 4, 5) при цьому конструктивні параметри залишалися незмінні, а імітувалось лише завантаження, що відповідає різній кількості зразків, які одночасно ущільнюються.

Так цілком очевидно, що при збільшенні рухомої маси пік резонансу зміщується в бік зменшення частоти та в за резонансному режимі роботи спостерігається падіння амплітуди коливань. Так в робочому режимі вібромайданчика (частота коливань 50Гц) амплітуда коливань без навантаження складає 1,15мм, а при навантаженні, що відповідає 6 зразкам бетону 100×100×100мм – 0,52мм. При максимальному завантаженні вібромайданчика амплітуда коливань зменшується до 0,35мм.

Таким чином для забезпечення умов ущільнення контрольних зразків бетону необхідне переналаштування вібромайданчика для певного завантаження.

Для дослідження системи в перехідних режимах роботи було змодельоване ущільнення зразків на вібромайданчику. При цьому моделювався режим виходу на сталий режим роботи та зупинка вібромайданчика після вимкнення віброзбуджувача. В результаті таких досліджень були отримані віброграми руху представлені на рис 6 - 7.

Рисунок 2. Переміщення маси вібромайданчика в залежності від часу (навантаження відсутнє).

Рисунок 3. Переміщення маси вібромайданчика в залежності від часу

(навантаження відповідає 6 зразкам бетону).

Рисунок 4. Амплітудно-частотна характеристика вібромайданчика.

Х₀11 – завантаження відсутнє;

Х₀12 – завантаження відповідає 2 зразкам бетону

Х₀13 – завантаження відповідає 4 зразкам бетону

Х₀14 – завантаження відповідає 6 зразкам бетону.

Рисунок 5. Амплітудно-частотна характеристика вібромайданчика.

Х₀11 – завантаження відсутнє;

Х₀12 – завантаження відповідає максимальному значенню.

Рисунок 6. Переміщення маси вібромайданчика в залежності від часу

(навантаження відсутнє).

Рисунок 7. Переміщення маси вібромайданчика в період

виходу на сталий режим (навантаження відсутнє).

Як слідує з віброграми руху (рис. 7) під час виходу машини на сталий режим роботи амплітуда коливань маси перевищує амплітуду коливань в сталому режимі в декілька разів. Поясненням такого росту амплітуди коливань є перехід системи через резонанс, що в свою чергу вносить вклад нижчих гармонік у рух системи ще певний час роботи вібромайданчика. Схоже явище відбувається після відключення віброзбуджувача (рис. 8) – система починає здійснювати вільні згасаючі коливання з частотою коливань рівною резонансній.

Рисунок 8. Переміщення маси вібромайданчика при зупинці

(навантаження відсутнє).

При завантаженні вібромайданчика спостерігається аналогічна тенденція руху вібромайданчика (рис. 9), але як видно з віброграми руху в перехідні режими роботи (рис. 10 - 11) вклад нижчих гармонік відбувається з іншою частотою коливань, що цілком підтверджує кількість періодів коливань за одиницю часу та відповідає амплітудно-частотній характеристиці (див. рис. 4).

Рисунок 9. Переміщення маси вібромайданчика в залежності від часу (навантаження відповідає 6 зразкам бетону).

Рисунок 10. Переміщення маси вібромайданчика в період виходу на сталий режим (навантаження відповідає 6 зразкам бетону).

Рисунок 11. Переміщення маси вібромайданчика при зупинці

(навантаження відповідає 6 зразкам бетону).

1. На основі проведеної оцінки конструктивних та технологічних параметрів складені фізична та математична моделі лабораторного вібромайданчика.

2. Створена програма на мові програмування “Delphi” дозволила встановити закономірності переміщень вібромайданчика в режимах розгону, резонансу, сталого режиму та зупинки; виявити вплив конструктивних параметрів на рух системи.

3. Визначено вплив нижчих гармонік на загальну динаміку системи в перехідних режимах роботи, що приводить до порушення вимог за амплітудою коливання, регламентованих нормативним документом.

Література:

1. ДСТУ Б В.2.7-214:2009 Будівельні матеріали. Бетони. Методи визначення міцності за контрольними зразками

2. ДСТУ Б В.2.7-219:2009 Будівельні матеріали. Бетони. Метод прискореного визначення міцності на стиск

3. Вибрации в технике: Справочник. Т.2 / Под ред. И.И. Блехмана. – М.: Машиностроение, 1979.

4. Назаренко І.І. Прикладні задачі теорії вібраційних систем. – К.: Слово, 2010.

5. Назаренко І.І. Вібраційні машини і процеси будівельної індустрії: Навчальний посібник. - К.: КНУБА, 2007.