авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Совершенствование, научное обоснование и промышленное освоение технологического процесса производства асфальтобетонных смесей с использованием старого асфальт

-- [ Страница 2 ] --

Асфальтовый гранулят является упруго-пластичным материалом. Предел прочности таких материалов существенно зависит от времени нагружения. Экспериментальные исследования, выполненные в работах Руденского А.В., показывают, что для времени нагружения значениесоставляет порядка 95МПа. При этих данных расчетная скорость удара . Экспериментальные данные показывают, что такой скорости удара достаточно для разрушения частиц старого асфальтобетона.

При экспериментальном исследовании процесса измельчения старого асфальтобетона на центробежном ускорителе Ивановской государственной архитектурно-строительной академии определялись функции и . На рис. 2. представлено поле корреляции случайной функции делимости частиц в молотковой дробилке.

Корреляционный анализ данных, представленных на рис.2, выполненный в программе Statistica 6.0, позволил определить регрессионную зависимость: (7)

Параллельно с определением функции расчитывались значения вероятности :

. (8)

 На рис.3. показаны функции плотности-46

На рис.3. показаны функции плотности распределения частиц по размерам до дробления и после дробления.

Разработанная статистическая модель измельчения асфальтового гранулята в молотковой дробилке позволяет определить гранулометрический состав и степень дробления на первом этапе измельчения.

После дробления в молотковой дробилке максимальный размер частиц старого асфальтобетона уменьшается в среднем с 80мм до 20мм и при этом имеет место уменьшение содержания зерен крупнее 10мм. Однако, наблюдается незначительное содержание мелких фракций (менее 4 мм). Причем, в основном, мелкие частицы входят в состав крупных агрегатов.

В то же время именно мелкие фракции представляют собой битумоминеральные материалы, вторичное использование которых представляет из практических соображений наибольшую ценность.

На втором этапе экспериментальные исследования измельчения асфальтового гранулята проводились в электромагнитном измельчителе (ЭМИ). Обработкой опытных данных показано, что интегральная функция распределения измельчения старого асфальтобетона в исследуемом диапазоне технологических параметров хорошо описывается уравнением, которое соответствует известному распределению Розина-Раммлера:

(9)

, (10)

где - кинетическая константа Риттингера, определяемая конструктивными и технологическими параметрами ЭМИ. На рис. 4. представлены кривые кинетики измельчения, вычисленные по формуле (9).

Удельная поверхность измельченного старого асфальтобетона может быть рассчитана по формуле:

, (11)

где - число интервалов, которое определяется ситовым анализом; - коэффиент формы; – вероятность попадания частиц в интервал с размерами частиц (, ); – средний размер частиц на этом интервале; - плотность материала.

Вероятность попадания частиц в интервал (, ) определяется выражением:

, (12)

где функция распределения частиц по размерам определяется формулой (9).

Средний размер частиц на интервале может быть оценён средним значением:

. (13)

С учётом выражений (12), (13) для удельной поверхности получаем:

, (14)

где начальное значение удельной поверхности определяется выражением:

. (15)

Скорость изменения удельной поверхности находится по формуле:

, (16)

где функция распределения частиц, остающихся на сите с размером , равна: . (17)

Здесь – интегральная функция распределения частиц по размерам в начале процесса измельчения.

Анализ выражения (16) показывает, что скорость измельчения зависит не только от технологических параметров процесса, которые определяют значение константы , но и от начального гранулометрического состава, что подтверждается данными экспериментальных исследований.

Во второй главе рассмотрено также движение мелющих тел в ЭМИ.

Для определения угловой скорости вращения магнитов составляется уравнение их вращательного движения:

, (18)

где - вращающий момент, действующий на магнит в переменном магнитном поле, -скалярный момент сил трения; - угол между вектором напряжённости внешнего магнитного поля и вектором внутренней магнитной индукции; - момент инерции шара относительно собственной оси.

Магнитные диполи и измельчаемый материал находятся в непрерывном движении и силами связности в слое сыпучего материала, состоящего из смеси шаров и измельчаемого материала, можно пренебречь. Тогда нормальное напряжение на поверхности магнита, находящегося в -ом слое и обусловленное действием сил тяжести, будет равно:

, (19)

где - плотность смеси шаров и измельчаемого материала; -соответственно, плотности шаров и измельчаемого материала; - соответственно, объёмы шаров и измельчаемого материала; - высота слоя в рабочей камере; - высота j-го слоя, измеряемого от дна рабочей камеры.

Давление на поверхности магнита во всех точках одинаково и складывается из напряжения, обусловленного действием силы тяжести, и напряжения, обусловленного взаимным притяжением магнитных диполей. Тогда касательное напряжение в каждой точке поверхности магнита будет равно:

, (20)

где - касательное напряжение, обусловленное действием сил трения; - нормальное напряжение на поверхности магнита; - коэффициент трения.

Уравнение (18) может быть сведено к системе дифференциальных уравнений:, (21)

, . (22)

Параметр определяется:

. (23)

где - коэрцитивная сила; -диаметр шара; - внутренняя магнитная индукция шара; - амплитуда напряженности переменного магнитного поля; - напряжение, обусловленное взаимным притяжением магнитных шаров, которое определяется выражением:

. (24)

Начальные условия для системы уравнений (21), (22) записываются в виде: ; ; (25)

где - начальное значение угла между вектором напряжённости внешнего магнитного поля и внутренней магнитной индукции шаров.

Анализ численного решения показывает, что магнитные диполи совершают колебательное вращательное движение, угловая скорость которых сопоставима с круговой частотой внешнего магнитного поля. Кроме того, получено, что модуль средней угловой скорости вращения диполей не зависит от начального значения и определяется только технологическими параметрами процесса и высотой слоя.

На рис. 5. представлены зависимости среднего модуля угловой скорости вращения магнитных диполей от напряженности магнитного поля и диаметра диполей, рассчитанные по формуле (22).

Представленные данные показывают, что с увеличением напряженности магнитного поля скорость вращения гранул возрастает, а с увеличением диаметра магнитных диполей - убывает.

Физические условия процесса измельчения не позволяют экспериментально проверить решения уравнений (21), (22), приведенные на рис.5. Однако, можно качественно оценить характер движения магнитных диполей без измельчаемого материала. Для этого половинки поверхностей магнитных диполей была окрашены в разный цвет. Движение окрашенных магнитных диполей снималось скоростной камерой «TROUBE SHOOTER LE» сотрудниками фирмы «FASTES IMAGING». Скорость съемки составляла 500 кадров/с. Анализ движения магнитных диполей показывает, что с увеличением напряженности магнитного поля угловая скорость вращения гранул возрастает и качественно соответствует данным, представленным на рис.6.

Рис.6. Фрагмент скоростной съемки движения магнитных диполей


В процессе измельчения сферические магнитные диполи совершают вращательное и колебательное движение. При этом мощность, развиваемая единичным магнитом, будет равна: . (26)

Поскольку вращающий момент и угловая скорость вращения изменяются с течением времени, соответственно и мощность также будет изменяться. Оценкой мощности, развиваемой сферическим магнитом, будет среднее значение за продолжительный период времени:

, (27)

где – промежуток времени. Удельная мощность, развиваемая всеми сферическими магнитами, определяется величиной:

, (28)

, (29)

где - затрачиваемая мощность; – число слоев магнитных диполей, -отношение объема, занимаемого сферическими магнитами, к объему измельчаемого материала и (31)

Анализ выражения (28) показывает, что удельная мощность, развиваемая сферическими магнитами, существенно зависит от напряженности магнитного поля, угловой скорости и, соответственно, размеров магнитных мелющих тел. С ростом напряженности магнитного поля удельная мощность возрастает. При этом наблюдается эффект насыщения при больших значениях напряженности магнитного поля.

Третья глава диссертации посвящена экспериментальным исследованиям процессов дробления в молотковой дробилке и измельчения в ЭМИ.

Целью экспериментальных исследований процесса дробления асфальтового гранулята в молотковой дробилке являлось определение экспериментальных характеристик этого процесса и сравнение распределений частиц по размерам, рассчитанных по формуле (1), со статистическими данными. На рис.7. представлено сопоставление теоретических и экспериментальных данных для функции плотности распределения частиц по размерам.

Приведенные результаты показывают удовлетворительную сходимость расчета и эксперимента, причем максимальное расхождение не превышает 13%.

Для проведения исследований по определению гранулометрического состава при измельчении гранулята в ЭМИ была изготовлена лабораторная установка, принципиальная схема которой представлена на рис. 8. Она включает индуктор 1, рабочую камеру 2, выполненную из немагнитного материала и заполненную постоянными магнитами 3 сферической формы (мелющими телами), конденсатор 4, комплект измерительной аппаратуры 5, источник регулируемого напряжения (автотрансформатор) 6.

Рис. 8. Принципиальная схема установки для электромагнитного измельчения материалов

В работе использовались магниты из феррита бария диаметром 10 – 20мм. Коэффициент заполнения рабочей камеры мелющими телами изменялся в пределах 0,3 – 0,9; коэффициент заполнения рабочей камеры измельчаемым материалом изменялся в пределах 0,2 – 0,5.

В экспериментальных исследованиях гранулометрического состава асфальтового гранулята в ЭМИ определялись опытные константы процесса измельчения и осуществлялась статистическая проверка распределения (11).

На рис.9. приведены характерные экспериментальные кривые изменения гранулометрического состава гранулята в процессе измельчения в лабораторной установке.

 Изменение гранулометрического-124

Рис. 9. Изменение гранулометрического состава гранулята в процессе измельчения



Статистическая проверка соответствия данных по измельчению старого асфальтобетона в ЭМИ распределению (9) осуществлялась по критерию Пирсона.

Для определения удельной поверхности составляющих асфальтобетонную смесь материалов различного фракционного состава использовали результаты исследований проф. Королева И.В. Среднюю удельную поверхность материалов до и после измельчения, как средневзвешенную величину находили:

, (31)

где – удельная поверхность i фракций, м2/кг; – массовая доля i фракций, %;

В качестве основной характеристики интенсивности измельчения принята скорость измельчения , определяемая отношением приращения удельной поверхности к временному интервалу измельчения.

На рис.10. представлена зависимость скорости измельчения от времени процесса. Анализ данных показывает, что скорость измельчения максимальна при небольших значениях времени измельчения.

Рис.10. Зависимость скорости измельчения от времени процесса и напряженности магнитного поля

На рис.11. представлено сопоставление теоретических и экспериментальных данных по изменению удельной поверхности при измельчении асфальтового гранулята в ЭМИ для различных значений напряженности магнитного поля.

 Зависимость удельной поверхности-130

Рис. 11. Зависимость удельной поверхности гранулята от времени

измельчения

Приведенные зависимости свидетельствуют о хорошем соответствии экспериментальных данных линейному закону, определяемому уравнением (14). Линейный характер зависимости удельной поверхности от времени измельчения позволяет найти скорость измельчения как значение параметра уравнения соответствующей линии регрессии.

Наряду с удельной поверхностью гранулята экспериментально определялась удельная поверхность минеральных составляющих после экстрагирования битума. Экстрагирование проводилось с помощью комплекта лабораторного оборудования «Controls». При помоле происходит разделение агрегатов на более мелкие составляющие и измельчение исходных материалов (щебня, песка). На рис.12. приведены графики изменения в процессе измельчения содержания битума в мелкой (до 1,25мм) и крупной (1,25- 10 мм) фракциях в составе асфальтового гранулята. Содержание битума в мелкой фракции при помоле возрастает от 60% до 90%, а содержание битума в крупной фракции, соответственно, сокращается от 40 до 10%.

 Изменение-131



Рис. 12. Изменение содержания

битума в процессе помола

относительно к исходному

содержанию битума:

1- фракция 1,25 - 10 мм;

2 - фракция до 1,25 мм.




Перемещение вяжущего в мелкодисперсную часть связано с истиранием и отколами мелких частиц под воздействием вращающихся магнитных гранул с поверхности каменных материалов, покрытых битумом.

С целью оценки комплексного воздействия параметров процесса на эффективность измельчения асфальтового гранулята проведен полнофакторный эксперимент ПФЭ З3. В качестве критерия эффективности технологии использовали показатель скорости измельчения (м2/кг/с) гранулята с исходным размером частиц 0-5мм. В качестве основных технологических параметров процесса были приняты напряженность магнитного поля , степень заполнения рабочей камеры и диаметр мелющих тел . Средняя погрешность измерений параметров составила 6-8%.

На рис.13.-14. представлены в безразмерных единицах зависимости скорости измельчения от технологических параметров и свойств гранулята.

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

Скорость измельчения асфальтового гранулята в ЭМИ существенно зависит от соотношения размера частиц гранулята и диаметра мелющих тел, а также от влажности и температуры гранулята в процессе измельчения.

Максимальная скорость измельчения наблюдается при использовании гранулята до 5 мм.

Оптимальное соотношение диаметра мелющих тел и среднего размера частиц гранулята составляет порядка 7.

Наиболее эффективно процесс измельчения протекает в температурном диапозоне до 70С и при влажности до 3 %.

 На рис.15.-136

 На рис.15. представлено-137
















На рис.15. представлено сопоставление теоретических данных, рассчитанных по формуле (28), и экспериментальных данных по удельной мощности измельчения.

Приведенные данные свидетельствуют об удовлетворительной сходимости теории и эксперимента. При этом косвенно подтверждаются результаты теоретических исследований по движению мелющих тел, поскольку данные по удельной мощности базируются на этих исследованиях.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.