CS257185B1 - Způsob zhutňování betonových směsí vibrací a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Způsob zhutňování betonových směsí, při kterém se na vibrační práh uloží forma, do níž se* vpraví betonová směs, která se zhutní vibrací o kruhové frekvenci budicí síly <wv vyhovující podmínce 0,9Ω<ων< < Ι,ΙΩ , kde Ω vyhovuje rovnici (5), kde Ω - optimální frekvence <or - redukovaná frekvence 1¾ - hmotnost betonové směsi mr - redukovaná hmotnost soustavy - tlumení Zařízení k provádění způsobu je tvořeno vibračním prahem, ke kterému je pevně připojen budič vibrace, spojený pomocí řemenového převodu s pohonem, přičemž vibrační práh je připojen pomocí pružin k první stavěči desce a ke druhé stavěči desce, které jsou výškově stavitelné na šroubech, které jsou jedním svým koncem upevněny v základním rámu.

Description

Vynález se týká způsobu zhutňování betonových směsí a zařízení určeného k provádění tohoto způsobu.

Současná betonářská výroba se neobejde bez zhutňovacích strojů, mezi něž na prvé místo patří vibrační stroje. Základem každého vibračního stroje je budič vibrace - vibrátor, charakterizovaný dvěma parametry - budicí silou a pracovní frekvencí. Doposud je známo,

Že naprostá většina vyráběných vibrátorů jsou vibrátory rotační nejčastěji s pracovní frekvencí 25, 50, 100, 150 a 200 Hz. Tato Široká škála staví před projektanta technologie otázku, která z uvedených frekvencí je vhodná. Hlediska, ze kterých je možné tuto otázku posuzovat, jsou různá, například hledisko životnosti valivých ložisek, geometrických rozměrů vibrátoru a podobně, jedno z neposledních hledisek je však i hledisko působení vibrace na zhutňovanou betonovou směs, pro něž nejčastějším kritériem je zrychlení vibrace, které se určuje na základě schématu vyznačeného na obr. 1: Vrstva betonové směsi o hmotnosti ležící na vibrační ploše o hmotnosti m_v, ke které je připojen vibrátor o odstředivé síle F , je vibrována s intenzitou ^So

I /v* a --^mb ^{+ m}v kde

I - intenzita vibrace

F - budicí síla vibrátoru

O X m^ - hmotnost betonové směsi m_v - hmotnost vibračního stolu s budičem vibrace

Z tohoto principu je zřejmé, že betonová směs se dosud považuje za posivní systém, který se na vlastním vibračním procesu podílí jen svou hmotností.

Nicméně četné praktické zkušenosti si v průběhu doby vynutily k uvedenému postupu řadu doplňků, tak například se zjistilo, že intenzita vibrace se s výškou vrstvy betonové směsi gnižuje, což vedlo k sestavování různých tabulek, takzvaných součinitelů útlumu, které vliv výšky vrstvy zohledňovaly. Na druhé straně však byly zaznamenány případy, kdy intenzita vibrace s výškou vrstvy betonové směsi nejen neklesala, ale naopak stoupala. Podobné nesrovnalosti byly zjištěny například také v oblasti příkonu elektromotorů pohánějících vibrátory.

Tak zatímco v jednom případě bylo nutno motory pro Špatný účiník kompenzovat kondenzátorovými bateriemi, v jiných případech byly tytéž motory až k nepoužitelnosti přetíženy.

To vedlo posléze k všeobecné konstrukci vibrátoru s měnitelnými nevývažky, které částečně umožňují velikost zatížení elektromotorů nastavit. Tyto a .i jiné negativní jevy způsobující při konstrukci vibračních strojů vážné problémy, byly vyřešeny a i objasněny tím, že betonové směsi byla přiznána jistá pružnost podle schématu znázorněného na obr. 2. Matematické zpracování tohoto případu pak ukázalo, že zrychleni, které působí na betonovou směs, není závislé pouze na velikosti budicí síly vibrátoru a velikosti hmot, jak vyplývá ze vzorce (1), ale že je závislé také na frekvenci. Tak konkrétně bylo odvozeno, že zrychlení betonové směsi bude

4,2 2 ⁺ 9Í <^v <ω;

ω²)² + «,² ω² (2) kde = tuhost zhutňované betonové směsi <

— + —) ^mb ^mv

ÍC· = součinitel tlumení betonové směsi (— + — ) ^mb ^mv q - kruhová frekvence budicí síly m, - hmotnost betonové směsi ^b 111 nv - redukovaná hmotnost soustavy — = — + — ^{v m}b ^mv

Znázorníme-li tento vztah graficky ( obr. 3) vidíme, že intenzita vibrace betonové směsi je podstatně závislá na frekvenci a je nasnadě, že z technologického hlediska bude vhodné, aby se použilo takové frekvence, při které bude betonová směs vibrovat co nejintenzívněji.

Podobně se dá odvodit, že intenzita vibrující plochy je závislá na frekvenci, a to podle vztahu:

(Cj2 - coj)² ₊

-)ω,

J² (3) kde a_v - zrychlení akční plochy vibračního stolu

F - budicí síla vibrátoru o

- hmotnost betonové směsi m_v - hmotnost kmitajících se částí vibračního stolu

- vlastní redukovaná kruhová frekvence vibrační soustavy CJ_r = ( tuhost vrstvy zhutňované betonové směsi)/m ) r

- kruhová frekvence budicí síly

9C - poměrný součinitel tlumené betonové směsi

Vyjádříme-li tento vztah graficky a porovnáme-li jej se vztahem (2) zjistíme, že existuje frekvenční oblast, ve které dojde ke zvýšení intenzity vibrace betonové směsi, přičemž intenzita vibrace plochy, kterou je vibrace vnášena do betonové směsi se utlumí, což je žádoucí z hlediska chvění přeneseného na obsluhu a z hlediska hlučností (viz obr. 4). Konečně se dá také ukázat, že betonová směs bude vibrátor zatěžovat výkonem (m_b+m_v) (cs² - to²)² + Χ²ω² (4) kde

P - odebíraný výkon

F - budicí síla vibrátoru o m^ - hmotnost betonové směsi m_v - hmotnost vibrujících částí vibračního stolu .

Gj>_r “ vlastní redukovaná kruhová frekvence

- poměrný součinitel tlumení betonové směsi

Zakreslíme-li (2), (3), a (4) do společného obrázku (viz obr. 5), zjistíme, že k optimální vibraci betonové směsi dojde tehdy, bude-li ke zhutňování použita frekvence podle vztahu /5) /---------—j

o: <3»a, q	/ ,8 /V /ωΓ m	+ 2ií2a6 (2 + ^) r m
r	1/ r	v

m. m. o

2(1 + ^)ω* -(2+ (5) kde použité symboly mají stejný význam jako ve vzorci (3), případně frekvence jí velmi blízká. Jak je vidět z obr. (5) při této frekvenci bude směs vibrovat s velkou intenzitou, přičemž vibrace formy bude utlumena a motor pohánějící vibrátor bude optimálně zatížen.

Ve všech ostatních případech dojde ke zbytečné intenzívni vibraci vibračního zařízení, slabé vibraci betonové Směsi a k nevyužití, případně přetížení pohonu vibrátoru;

Z uvedeného vyplývá, že frekvence vibrace je dominujícím parametrem zhutňovacího procesu, což názorně dokumentuje měření závislosti jednotlivých parametrů vibračního procesu realizované při zkouškách pokusného vibračního stolu - viz obr. 6. Z obrázku také vyplývá, že na frekvenci vibrace je podstatně závislá i doba potřebná ke zhutňování. Nerespektováním důležitosti volby frekvence dochází ke značným ztrátám energie, zvýšené spotřebě cementu a zvýšenému ohrožení zdraví obsluhujícího personálu vlivem nadměrné hlučnosti.

Jak plyne z obr. 6, nahodilou volbou frekvence vibrace se nejen nevyužije popsaného tlumícího efektu, ale prodlouží se i doba vibrace a tedy i hlučný interval. Prodlouženi doby vibrace má ovšem za následek i prodloužení výrobního cyklu a tedy dopad na ekonomiku celé výroby.

Všechny tyto nedostatky odstraňuje způsob zhutňování betonových směsí, jehož podstata spočívá v tom, že na vibrační práh se uloží forma, do níž se vpraví betonová směs, která se zhutní vibrací o kruhové frekvenci budicí sílyfJ_v vyhovující podmínce 0,9.f]<^CO_v ·ζ 1, kde JI vyhovuje rovnici

(5) kde optimální frekvence

Ct>. - redukovaná frekvence

- hmotnost betonové směsi m_r - redukovatelná hmotnost soustavy

36. - tlumeni

Zařízení určené k provádění tohoto způsobu, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořeno vibračním prahem, ke kterému je pevně připojen budič vibrace spojený pomocí řemenového převodu s pohonem, přičemž vibrační práh je pomocí pružin připojen k první desce a druhé desce, jenž jsou jedním svým koncem upevněny v základním rámu.

Výhody způsobu a zařízení spočívají v tom, že dochází k úsporám elektrické energie a cementu, omezuje se vibrace působící škodlivě na obsluhu, dále dochází ke snížení hlučnosti a v neposlední řadě i ke zvýšení kvality finálního výrobku.

Princip vynálezu je znázorněn na přiložených výkresech, kde na obr. 1 je schéma současného posuzování vibrace a betonové směsi, na obr. 2 je schéma navrhovaného způsobu posuzování vibrace betonové směsi, na obr. 3 je průběh zrychlení povrchu betonové směsi podle nového posuzování, na obr. 4 je průběh zrychlení povrchu betonové směsi a zrychlení vibračního stroje, na obr. 5 je průběh hlavních parametrů vibrace při aplikaci nového způsobu posuzování, na obr. 6 je průběh hlavních parametrů vibrace zjištěných měřením na vibračním stole, na obr. 7 je přiklad praktického uspořádáni zařízení ze strany pohonu a na obr. 8 je pohled na zařízení z boku.

Na obr. 1 a 2 znamená m, hmotnost betonové směsi a m, hmotnost vibračního stolu s b v budičem vibrace. Jednotlivé čáry na obr. 5 a 6 se týkají těchto skutečností: pevná čára zrychlení akční plochy, čárkovaná zrychlení povrchu BS, čerchaná výkonu dodávaného do BS, přerušovaná čtverečky doby potřebné ke zhutnění, přerušovaná trojúhelníky příkonu vibrátoru, přerušovaná X zrychlení povrchu BS a přerušovaná kolečky zrychlení dna formy.

Zařízení je tvořeno vibračním prahem 1, ve kterém je uložen budič vibrace 2 poháněný elektromotorem 2 pomocí řemenového převodu 4_, přičemž řemenový převod £ je volen tak, aby kruhová frekvence budiče 2 vibrací splňovala podmínku danou vzorcem (5). Vibrační rám 2 je pomocí pružin j5 připojen k první stavěči desce £ a druhé stavěči desce 2, které jsou výškově stavitelné na Šroubech 2· Elektromotor 2 j^e uspořádán na první stavěči desce 2, čímž je dosaženo toho, že při výškovém nastavování stolice se nemění délka řemenového převodu 2·

Popis funkce zařízení je následující: po zapnutí elektromotoru 2 se vede pomocí řemenového převodu 4 budič 2 vibrace do otáčení, čímž se vyvine odstředivá síla, která rozkmitá vibrační práh 2r což je umožněno uložením prahu na pružinách 2·

Způsob zhutňování betonových směsí podle vynálezu je pak možné uskutečnit tak, že na vibrační práh se uloží forma, do níž se vpraví betonová směs, která se zhutní vibrací o frekvenci vyhovující podmínce 0,9-ΩΛ^ων < l,líl, kdeXl vyhovuje rovnici (5)

kde n - optimální frekvence

- redukovaná frekvence m, - hmotnost betonové směsi b

- redukovaná hmotnost soustavy

- tlumení

Řešení podle vynálezu má široké uplatnění ve stavebnictví. Pomocí tohoto zařízení se například zpracovává betonová směs při výrobě stropních panelů bytové i občanské vybavenosti při výrobě železničních pražců, inženýrských prefabrikátů a jiných stavebních dílců, používaných ve stavebnictví.

Claims (2)

1. Způsob zhutňování betonových směsí vibrací, při kterém se na vibrační práh uloží forma, do níž se vpraví betonová směs, vyznačující se tím, že betonová směs se zhutní vibrací o kruhové frekvenci budicí síly CO vyhovující podmínce 0,9H-^CJ l,ljQ, kde n vyhovuje rovnici i--------» ₊ 2?ύ^{2 * * *}ω⁶ (2 ₊ r m_r r m_v

m. « m. o

2(1 + - (2 + r r (5) kde

XX - optimální frekvence

Ct)_r” redukovaná frekvence m, - hmotnost betnové směsi b m_r - redukovaná hmotnost soustavy - tlumení)

2. Zařízení k provádění způsobu podle bodu 1, vyznačující se tím, že je tvořeno vibračním prahem (1), ke kterému je pevně připojen budič (2) vibrace, spojený pomocí ramenového převodu (4) s pohonem (3), přičemž vibrační práh (1) je připojen pomocí pružin (5) k první stavěči desce (6) a druhé stavěči desce (7), které jsou výškově stavitelné na šroubech (8), které jsou jedním svým koncem upevněny v základním rámu (9)»