Вибрационное устройство для уплотнения бетонной смеси Советский патент 1986 года по МПК B28B1/08 B06B1/18 

Изобретение предназначено для использования в технологическом процессе производства строительных конструкций, в частности при вибрационном формовании бетонных и железобетонных изделий, и является усовершенствованием известного устройства по основному авт.св. № 698758.

Устройство содержит рабочий орган с упругими элементами и датчиком вибрации, электромагнитный возбудитель, преобразователь частоты, трехфазный выпрямитель, контактор, блок управления амплитудой вибрации, первый и второй преобразователи сигнала обратной связи, элемент сравнения и задатчик амплитуды вибраций, дополнительный преобразователь частоты, дифференциатор, нуль- орган и блок управления частотой вибрации, причем контактор соединен с одним входом трехфазного выпрямителя, выход которого подключен к одному входу преобразователя частоты, выход которого соединен через электромагнитный возбудитель с рабочим органом, выход датчика вибрации подключен к входам первого и второго преобразователей сигнала обратной связи, входы элемента сравнения соединены с выходами первого преобразователя сигнала обратной связи и задатчика амплитуды вибраций, выход BTopo.ro преобразователя сигнала обратной связи подключен к входам дополнительного преобразователя частоты и блока управления частотой вибраций, выход блока управления частотой вибрации соединен с другим входом преобразователя частоты, выход дополнительного преобразователя частоты подключен через дифференциатор к входу нуль-органа, выход которого соединен с входом контактора, а выхо элемента сравнения через блок управления амплитудной вибрации подключен к другому входу трехфазного выпрямителя.

Цель изобретения - повышение качества бетонных изделий.

На фиг,1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - зависимость динамической вязкости уплотняемой бетонной смеси от времени, полученна экспериментальным путем.

Устройство (фиг.1) состоит из рабочего органа 1, на котором закреплен датчик 2 вибрации. К последнему подключены первый преобразователь 3

10

15

20

25

217670 .2

, сигнала обратной связи и второй преобразователь 4 сигнала обратной связи. Рабочий орган опирается на упругие элементы 5 и жестко связан с установленным на нем электромагнитным вибровозбудителем 6, подключенным к преобразователю 7 частоты. Преобразователь частоты управляется блоком 8 управления частотой вибрации и питается от трехфазного выпрямителя 9, который через контактор Ю связан с первым нуль-органом 11 и через блок 12 управления амплитудой вибрации - с .элементом 13 сравнения, соединенным с задатчиком 14 амплитуды вибраций. Первый дифференциатор 15 соединен с преобразователем 16 частота-аналог и с множительно-делительным блоком 17, который через второй дифференци- . атор 18 и второй нуль-орган 19 соединен с элементом И 20, подключенным . к генератору 21 импульсов и счетчику 22 импульсов. Датчик 23 тока вибровозбудителя подключен к блоку управления частотой вибрации и множитель- но-делительному устройству.

На фиг.2 обозначено: - динамическая вязкость уплотняемой бетонной смеси; t - время; а,б,в - зависимости вязкости от времени при различных жесткостях бетонной смеси (20, 40, 75 с).

Устройство работает следующим образом.

При включении контактора 10 возникает первоначальный возмущающий импульс, вызьшающий движение рабочего органа 1 в сторону сжатия упругих элементов 5, переходящее в свободные колебания. На выходе датчика 2 вибрации возникает сигнал переменного тока, повторяющий колебания рабочего органа по частоте, амплитуде и фазе. Указанньй сигнал в первом преобразователе 3 сигнала обратной связи претерпевает фазовый сдвиг, изменение по форме и усиление по мощности таким образом, что при поступлении на вход преобразователя 7 частоты через блок 8 управления частотой вибраций он запирает преобразователь 7 частоты в моменты движения рабочего органа 1 в сторону увеличения зазора в магни- топроводе электромагнитного вибровозбудителя 6. Возникает положитель- 55 ная обратная связь, приводящая к

резонансу, частота которого определяется параметрами рабочего органа, упругих элементов и присоединенной

30

35

40

45

50

3

массы бетонной смеси, В процессе виброуплотнения величина присоединенной массы непрерывно изменяется, и соответственно этому происходит изменени резонансной частоты.

Амплитуда колебаний рабочего органа на всех резонансных частотах поддерживается постоянной. Для ее стабилизации к датчику 2 вибраций подключен второй преобразователь 4 сигнала обратной связи, на выходе которого формируется сигнал постоянного тока, пропорциональный амплитуде вибрации. При отклонении амплитуд вибрации от заданного значения, определяемого задатчиком 14 амплитуды вибрации, на выходе элемента 13 сравнения возникает сигнал разности, который через блок 12 управления амплитудой вибрации воздействует на трехфазный выпрямитель 9, Напряжение на выходе выпрямителя изменяется в сторону восстановления заданной амплитуды вибрации.

Стабилизация амплитуды предотвращает возникновение больших ускорений приводящих к отрыву бетонной смеси от рабочего органа, и выход отдельных элементов (например, упругих) на нелинейные участки работы. Переход отдельных элементов на нелиней- .ные участки работы приводит к возникновению сигнала, являющегося помехой при контроле степени уплотнения бетонной смеси.

Для контроля степени уплотнения бетонной смеси использунтся эффекты, происходящие при работе устройства.

Первый эффект состоит в том, что при достижении оптимальной степени уплотнения присоединенная масса бетонной смеси перестает изменяться.- Соответственно перестает изменяться резонансная частота вибрации рабочего органа с бетонной смесью.

Для использования этого свойства к выходу первого преобразователя 3 сигнала обратной связи подключен преобразователь 16 частота - аналог, на выходе которого формируется сигнал по закону изменения резонансной частоты. Через первый дифференциатор 15 этот сигнал поступает на вход первого нуль-органа 11. При достижении оптимальной степени уплотнения присоединенная масса бетонной смеси и резонансная частота перестают изменяться, сигнал на выходе первого диф176704

ференциатора 15 становится равным нулю и на выходе первого нуль-органа 11 появляется управляющий сигнал, поступающий на первый вход контакто- 5 ра 10.

Однако отключение контактора по этому сигналу не обеспечивает высокой точности определения оптималь- ной степени уплотнения бетонной сме- 10 си, поскольку изменение присоединенной массы бетонной смеси не учитывает изменения реологических свойств бетонной смеси в процессе уплотнения.

Характерной особенностью предла- 15 гаемого устройства является использование также реологических свойстя уплотняемой бетонной смеси. Из приведенных на фиг.2 зависимостей вязкости от времени видно, что, начиная 20 с некоторого момента времени, вязкость перестает изменяться. Этот момент времени соответствует достижению оптимальной степени уплотнения, что подтверждается экспериментально при - 5 уплотнении смесей с жесткостями, изменяющимися в широких пределах.

Другой характерной особенностью предлагаемого устройства является получение сигнала, пропорционального Q вязкости, на основе специфических . особенностей резонансной вибрационной системы.

При протекании тока по обмотке электромагнитного вибровозбудителя 6, изменяющегося, например, по гармоническому закону, возникает тяговое усилие, которое приводит рабочий орган 1 в колебательное движение, подчиняющееся закону

0 И1Х t-CX-t-KX-PoSincJt, (1) где hn - масса колеблющихся элементов, включая массу уплотняемой бетонной смесиJ С - коэффициент вязкого сопро- тивления, пропорциональный вязкости среды (в данном случае основную роль играет вязкость бетонной смеси); К - жесткость, обусловленная 0 наличием упругих элементовj 3 - перемещение рабочего органа с бетонной смесью, во времени;

РО - амплитуда тягового усилия (возмущающей силы)

- частота возмущакяцей силы. Вводя коэффициент демпфирования П-- - уравнение:(i) приводится к виду

Ztti

5

.nx-t-UL)Jx--j: siiioJt,

rflecJp-iUE-- частота собственных ко лебаний системы. В установившемся режиме рабочий орган будет колебаться с амплитудой

X - . РО ,

° mV()

а фазовый сдвиг между возмущающей силой и перемещением рабочего органа составит

±а

Y-airc

а

-oJ г

тг

2

Поскольку при резонансе tj uJ, то в резонансном режиме

откуда коэффициент вязкого сопротивления, пропорциональный вязкости колеблющейся среды (бетонной смеси), равен (.

Хр

У электромагнитного вибровозбудителя амплитуда тягового усилия пропорциональна квадрату мцлитуды тока, протекающего через вибровозбуди- 1

тель, т.е.

I.

(2)

где IQ - амплитуда тока, протекающего через вибровозбудитель.

Для получения- сигнала, пропорционального коэффициенту вязкого сопротивления (вязкости бетонной смеси), используется множительно- делительньм блок 17, на первый вход которого поступает сигнал с выхода преобразователя 16 частота-аналог, пропорциональный частоте uJo , на второй вход - сигнал с выхода второго преобразователя 4 сигнала обратной связи, пропорциональный амплитуде колебаний рабочего органа, на третий вход - сигнал с датчика 23 тока вибр возбудителя, пропорциональный амплитуде тока, протекающего через вибровозбудитель. На выходе множительно- делительного блока 17 формируется сигнал, пропорциональньй вязкости бетонной смеси, т.е. учитывающий изменение ее реологических свойств в процессе уплотнения.

Когда степень уплотнения достигает предельного значения, вязкость смеси перестает изменяться и на вы

5

0

5

0

5

0

-

0

5

ходе второго дифференциатора 18 появляется нулевой сигнал, воспринимаемый вторым нуль-органом 19.

Третьей характерной особенностью предлаваемого устройства является введение элементов, обеспечивающих анализ как изменения резонансной частоты, так и изменения вязкости бетонной смеси, причем учитывается, что анализ осуществляется в условиях помех, обусловленных статистическим характером процесса виброуплотнения.

Для реализации этой особенности используется элемент И 20, на первый вход которого поступает сигнал с второго нуль-органа 19, на второй вход - сигнал с первого нуль-органа 11, а на третий вход подается последовательность импульсов с наперед заданной частотой следования с генератора 21 импульсов.

На выходе элемента И 20 импульсы будут появляться лишь тогда, когда одновременно равны нулю скорости изменения резонансной частоты и вязкости и когда появляются импульсы с генератора 21 импульсов. Импульсы с выхода элемента И 20 заполняют счетчик 22 импульсов, на выходе которого появляется сигнал лишь тогда, когда на него поступит наперед заданное число импульсов..

Сигнал с выхода счетчика 22 импульсов Подается на второй вход контактора 10 (например, двухобмоточно- го или с логической схемой И на входе) , что приводит к его срабатыванию и прекращению вибрационного воздействия на смесь.

Таким образом, в устройстве степень уплотнения- бетонной смеси определяется косвенно по двум параметрам - изменению резонансной частоты и изменению вязкости бетонной смеси в процессе уплотнения. Кроме того, окончательное решение о прекращении вибрационного воздействия принимается лишь после многократного подтверждения того факта, что равны нулю и скорость изменения резонансной частоты и скорость изменения вязкости бетонной смеси. Это повьш1ает точность определения оптимальной степени уплотнения бетонной смеси.

«N (U

Редактор М.Петрова

Составитель А.Кузнецов

Техред А.Бойко Корректор В.Синицкая

Заказ 1050/21 Тираж 556Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4