СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЭТОГО СПОСОБА
METHOD FOR PRODUCTION OF CONCRETE ITEMS AND DEVICE FOR REALISATION OF THIS METHOD

Изобретение относится к области производства бетонных и железобетонных изделий, в частности к способу изготовления бетонных изделий для строительства зданий и сооружений, и позволит создавать бетонные и железобетонные конструкции с высокими эксплуатационными качествами.
Известны способы производства бетонных и железобетонных изделий для строительства, включающие укладку бетонной массы в форму, в том числе с установленной арматурой, виброуплотнение бетонной массы, процесс отвердения изготовленного изделия (К.В.Чаус и др. «Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций», М.: Стройиздат, 1998, стр.213-215). Изготовленные изделия периодически подвергаются испытаниям на прочность, трещиностойкость и жесткость. Если испытания показали низкие прочностные свойства бетонного изделия, то корректируются параметры технологического процесса.
Однако при выборочном контроле неизвестно, сколько выпущенных изделий до момента проведения испытаний и после него не обладают соответствующими прочностными характеристиками. Недостатком известных способов изготовления бетонных изделий является также нестабильность их прочностных характеристик, которая связана в основном с неконтролируемостью и, соответственно, недостаточной предсказуемостью вибропараметров в ходе технологического процесса виброуплотнения бетонной смеси. В то время как другие параметры технологического процесса изготовления бетонных изделий - время, температура, состав бетонной смеси и степень ее проработки - контролируются по приборам, визуально или поддерживаются автоматически.
Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение качества и повторяемости характеристик выпускаемых бетонных изделий.
Техническим результатом является изготовление изделий из бетона с заранее гарантированными прочностными характеристиками.
Вибрационные воздействия на виброформы имеют широкий и малоопределенный энергетический спектр, состоящий из ряда компонент:
- основная частота вибратора с практически неизменной возмущающей силой (вибросилой) в установившемся режиме работы;
- набор четных и нечетных гармоник с изменяющейся амплитудой, возникающих в ограничителе амплитуды колебаний каждого вибратора;
- интерференционные амплитудно-частотные биения, возникающие при работе нескольких вибраторов на общую нагрузку;
- компонента, связанная с нелинейностью системы подвески виброформы - средств амортизации и демпфирования;
- вибрации, возникающие в зубцовой магнитной системе двигателя вибратора (магнитный шум);
- спектры колебаний, возникающих в переходных режимах пуска и, в особенности, при завершении процесса вибрирования.
В энергетическом спектре колебаний виброформы часть из них способствует формированию структуры бетона, другая часть препятствует этому процессу. При преобладании в спектре формирующих (созидающих) структуру бетона колебаний улучшается качество бетонного изделия, а при воспроизведении такого энергетического " спектра улучшается также повторяемость характеристик изделий.
Техническим результатом применения предлагаемого изобретения является изготовление изделий из бетона с гарантированными прочностными характеристиками.
Указанный технический результат достигается тем, что при изготовлении изделий из бетона в процессе виброуплотнения с помощью виброприводов массы бетона в виброформе записывают на аналоговый или цифровой информационный носитель сигналы вибропараметров от датчиков, установленных в характерных точках виброформы, а именно: сигналы виброперемещения, виброскорости и виброускорения виброформы.
Изначально запись сигналов вибропараметров производится при изготовлении бетонного изделия, которое далее проходит прочностные испытания. Если результаты испытаний положительны, то записанные сигналы вибропараметров в соответствии с технологической циклограммой используются при изготовлении последующих бетонных изделий в качестве эталонных для управления виброприводами с коррекцией текущих вибропараметров технологического процесса по критерию наименьшего их отличия от эталонных (управление с отрицательной обратной связью по вибропараметрам). Это обеспечивает как необходимое качество изделий по критерию прочности, так и их повторяемость (воспроизводимость) с точностью до параметров технологического процесса, включая вибропараметры.
Перед следующими прочностными испытаниями записывают сигналы вибропараметров на параллельный информационный носитель, и если прочностные характеристики испытанного изделия окажутся лучшими по сравнению с предыдущим, то вновь записанные сигналы используются в качестве эталонных для управления виброприводами с коррекцией текущих вибропараметров технологического процесса по критерию наименьшего их отличия от эталонных.
Предлагаемый способ изготовления бетонных изделий позволяет для улучшения их качества вносить изменения в записанные сигналы вибропараметров по результатам исследований, включая моделирование, и на основе опыта. При выполнении данных работ используется цифровая форма представления сигналов вибропараметров, а также ЭВМ для моделирования и управления как виброприводами, так и технологическим процессом в целом.
В результате указанной процедуры постепенно улучшается качество бетонных изделий, а повторяемость (воспроизводимость) прочностных характеристик изделий поддерживает этот доводочный итерационный процесс.
Способ может применяться для виброобработки не только бетона, но и других материалов.
Описанный способ реализуется в предлагаемом устройстве.
В качестве прототипа заявляемого устройства принята виброплощадка с изменяемой амплитудой колебаний по патенту РФ №2233738, которая содержит рабочий орган - вибростол, установленный посредством упругих прокладок на основании, закрепленный на нижней части вибростола дебалансный вибровозбудитель с двумя соосными валами, приводимыми от двух асинхронных двигателей и системой автоматического управления этими двигателями, в которую включены задатчик частоты вибрирования, задатчик амплитуды колебаний рабочего органа, первый и второй регуляторы системы управления углом поворота вала первого двигателя, оснащенного датчиком угла поворота, первый и второй регуляторы системы управления углом поворота вала второго двигателя, оснащенного датчиком угла поворота, блок суммирования. Причем система автоматического управления вибровозбудителя дополнительно содержит регулятор амплитуды колебаний рабочего органа, датчик вибрации, соединенный с рабочим органом, второй блок суммирования, причем выход задатчика амплитуды колебаний рабочего органа соединен с прямым входом второго блока суммирования, выход которого соединен со входом регулятора амплитуды колебаний, выход которого соединен со вторым входом первого блока суммирования, а выход датчика вибрации соединен с инверсным входом второго блока суммирования.
Недостатком прототипа является наличие одного дебалансного вибровозбудителя, что не позволит даже в управляемом режиме устранить неуправляемое раскачивание вибропрощадки с виброформой и, тем более, обеспечить ее управляемое раскачивание.
Техническим результатом заявляемого устройства является получение изделий из бетона с заранее гарантированными прочностными характеристиками путем точного воспроизведения запомненных виброколебаний предыдущих изделий для изготовления следующих изделий с улучшенными прочностными характеристиками.
Общие с прототипом признаки: наличие виброформы с закрепленными на ней датчиком вибропараметров и вибровозбудителем, связанными с устройством управления, устройством сравнения и отрицательной обратной связью, соединяющей датчик вибропараметров с устройством сравнения.
Отличительные признаки: наличие, по меньшей мере, двух вибровозбудителей, выполненных в виде короткоходовых линейных синхронных электродвигателей с возбуждением от постоянных магнитов. Каждый из вибровозбудителей соединен со своим управляющим устройством, которое, в свою очередь, соединено с устройством сравнения. С входами устройства сравнения соединены два запоминающих устройства для вибропараметров, взятых за эталон. Запоминающие устройства связаны с ЭВМ.
Устройство для изготовления изделий из бетона содержит виброформу для загрузки бетона, упруго установленную на основании и позволяющую регулировать вибропараметры (виброперемещение, виброскорость, виброускорение) виброформы, по крайней мере, два вибровозбудителя колебаний, размещенных в характерных точках виброформы. Вибровозбудители колебаний выполнены в виде короткоходовых линейных синхронных электродвигателей с возбуждением от постоянных магнитов, и каждый из вибровозбудителей соединен со своим управляющим устройством, которое, в свою очередь, соединено с устройством сравнения. С входами устройств сравнения соединены запоминающие устройства для вибропараметров, взятых за эталон, и датчики текущих значений вибропараметров, установленные в характерных точках виброформы.
Вибровозбудители, управляющие устройства, устройства сравнения, запоминающие устройства и датчики текущих значений вибропараметров связаны между собой, образуя трехконтурные системы подчиненного регулирования виброприводов: во внутренних контурах действует обратная связь по виброускорению, в средних - по виброскорости, во внешних - по виброперемещению. Настройка подобных систем автоматического регулирования производится известными методами, например: Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. - 392 с., ил., гл.1-3. Стандартные настройки и их применение.
Кроме запоминающих устройств для вибропараметров, взятых за эталон и управляющих движением виброприводов, устройство для изготовления изделий из бетона содержит идентичные вышеуказанным запоминающие устройства для текущих значений вибропараметров, получаемых с соответствующих датчиков, используемые с целью обновления эталонных значений вибропараметров, находящихся в основных запоминающих устройствах, по результатам прочностных испытаний бетонных изделий, или по результатам исследований и моделирования. Запоминающие устройства связаны с ЭВМ, в которую могут вводиться также данные текущих параметров технологического процесса. ЭВМ используется для моделирования и управления.
В связи с широким амплитудно-частотным спектром колебаний виброформ известные управляемые дебалансные вибраторы не могут использоваться в качестве вибровозбудителей в составе виброприводов при реализации предлагаемого способа. Наиболее пригодными для этих целей являются короткоходовые линейные синхронные электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов, имеющие достаточное быстродействие и линейную амплитудную характеристику.
На чертеже показана схема устройства для изготовления бетонных изделий по вышеприведенному способу.
Устройство содержит виброформу 1, упруго установленную на основании 2, снабженном амортизаторами. В виброформу 1 укладывается бетонная смесь. Между виброформой 1 и основанием 2 установлены линейные электродвигатели вибровозбудителей 3, каждый из которых связан со своим устройством управления 4, соединенным с устройством сравнения 5.
На виброформе 1 вблизи вибровозбудителей 3 установлены датчики 6 вибропараметров. Устройства сравнения 5 имеют по два входа. Одни входы соединены с датчиками 6 вибропараметров, а другие входы через переключатели 7 соединены с идентичными запоминающими устройствами 8 или 9: при верхнем положении переключателей 7 устройства сравнения 5 соединены с запоминающими устройствами 8, при нижнем положении переключателей 7 устройства сравнения 5 соединены с запоминающими устройствами 9.
Датчики 6 вибропараметров через переключатели 10 соединены также с запоминающими устройствами 8 или 9: при верхнем положении переключателей 7 датчики 6 вибропараметров переключателями 10 соединены с запоминающими устройствами 9, при нижнем положении переключателей 7 датчики 6 вибропараметров переключателями 10 соединены с запоминающими устройствами 8.
С запоминающими устройствами 8 и 9 связана ЭВМ 11.
Устройство работает следующим образом. На начальном этапе запуска технологического процесса виброуплотнения бетона по предлагаемому способу в запоминающие устройства 8 записываются сигналы вибропараметров с датчиков, установленных на какой-либо другой установке аналогичного назначения, на которой изготавливаются предназначенные к выпуску на предлагаемом устройстве (установке) бетонные изделия приемлемого качества по традиционной вибротехнологии. Как вариант, сигналы вибропараметров для записи в запоминающие устройства 8 могут быть сформированы также посредством моделирования с помощью ЭВМ 11 на основе имеющихся знаний и опыта.
Затем в виброформу 1 укладывается бетонная смесь. Под воздействием вибровозбудителей 3 движение виброформы 1 воспроизводит записанные в запоминающих устройствах 8 сигналы вибропараметров, принятые за эталонные. При этом переключатели 7 и 10 находятся в верхнем положении. Точность воспроизведения определяется параметрами трехконтурной системы подчиненного регулирования вибропривода с отрицательной обратной связью по вибропараметрам (виброперемещению, виброскорости, виброускорению), сигналы которых снимаются с датчиков 6.
В соответствии с принципом действия систем с отрицательной обратной связью сигналы вибропараметров, записанные в запоминающих устройствах 8 и принятые за эталонные, и сигналы датчиков 6 текущих значений вибропараметров вводятся в устройства сравнения 5, где формируются сигналы рассогласования. Устройства управления 4 преобразуют сигналы рассогласования и усиливают по мощности для управления движением вибровозбудителей 3. При типовой настройке системы автоматического регулирования вибропривода в полосе частот воспроизведения движение виброформы 1 с заданной параметрами системы точностью повторяет записанное в виде сигналов вибропараметров движение виброформы установки аналогичного назначения, на которой изготавливаются бетонные изделия приемлемого качества.
Благодаря идентичности движений виброформ при условии равенства других параметров технологического процесса повторяется приемлемое качество изготовленного в виброформе 1 рассматриваемого устройства бетонного изделия. Для проверки производится испытание изготовленного изделия и при положительных результатах выпускается серия бетонных изделий до следующего предусмотренного технологическим процессом испытания. В этот период времени записывают в запоминающие устройства 9 вибропараметры движения виброформы 1 с датчиков 6, проводят исследования и по полученным результатам вносят изменения в записанные вибропараметры, позволяющие повысить качество бетонных изделий. После выпуска запланированной серии бетонных изделий переключатели 7 и 10 переводятся в другое положение и производится изготовление бетонного изделия, приняв за эталон сигналы вибропараметров запоминающих устройств 9. Далее изделие испытывается и, если его качество повысилось, последующая серия бетонных изделий выпускается при установленном положении переключателей 7 и 10.
Процесс доводки может повторяться многократно до получения бетонных изделий требуемого качества. Эталонные вибропараметры доведенных бетонных изделий могут храниться также в памяти ЭВМ 11 и заноситься в соответствующие запоминающие устройства при необходимости выпуска востребованой серии.