Разработка топологического метода моделирования и оптимизации параметров виброзаглаживающих систем

С темпами строительства прямо связаны интенсификация всей экономики, повышение эффективности производства, ускорение научно-технического прогресса. Однако эта отрасль долгие годы являлась слабым звеном народного хозяйства, особенно в области технологии производства сборного железобетона. Такое состояние в значительной мере определяется тем, что комплекс научных подходов к одному из основных средств производства в ней, каковым являются машины (вибрационные и безвибрационные) для обработки незатвердевших (процесс «заглаживание») и затвердевших (процесс «затирка») бетонных поверхностей железобетонных изделий, представляет собой набор полу эмпирических построений, позволявших, впрочем, до настоящего времени более или менее успешно решать технологические задачи за счёт экстенсивного совершенствования конструктивных схем. Сейчас этого явно недостаточно.

В узкоэмпирическом исследовании, познавая отдельные свойства или конструктивные особенности изучаемых заглаживающих машин, можно получить лишь несистематизированное, разрозненное, следовательно, электическое их восприятие. Исследования в этих случаях осуществляются наугад, в лучшем случае методом проб и ошибок.

Многообразие теоретических подходов к данному вопросу указывает, с одной стороны, на общность процессов, с другой в значительной мере затемняет его существо.

Многолетний опыт эксплуатации разного рода обрабатывающих строительные материалы машин, устройств и приспособлений свидетельствует о довольно ярко выраженной связи между характером воздействия на преобразуемые объекты и получаемым результатом. К настоящему времени по всем существующим способам воздействия на обрабатываемые поверхности строительных материалов накоплен огромный экспериментальный материал, с разных сторон обследованы конструктивные решения, реализующие эти способы. Однако общими руководящими принципами, своего рода алгоритмом, позволяющим вести целенаправленный поиск наиболее эффективных решений заглаживания бетонных поверхностей, исследователи пока не обладают.

Развитие представлений о механизмах преобразований связных дисперсных материалов, к которым относятся обрабатываемые смеси, шло в основном по двум направлениям: корпускулярному и феноменологическому [17, 28]. Каждое из этих направлений имеет определенные преимущества и недостатки, однако по обоим из них получены весьма ограниченные результаты, не позволяющие сформировать достаточно полного и адекватного реальным процессам описания их трансформаций. К сожалению, оба развиваемых направления в настоящее время не позволяют теоретически ответить на вопросы, связанные с выбором рациональных режимов колебаний рабочих органов заглаживающих машин [40, с. 1 Кроме этого, несмотря на большое количество полученных опытных данных, ещё нет твердо установившегося взгляда на характер процессов, происходящих при формировании поверхностного слоя обрабатываемой смеси. Использование для построения теории заглаживания какой-либо одной расчетной модели процесса обработки и получение однозначных зависимостей для их описания такого формирования невозможны [36, с. 20,29]. Также невозможно установить однозначной зависимости между показателями эффективности заглаживания уплотнения смеси и параметрами передаваемого на нее силового воздействия, рабочего органа. В процессе заглаживания бетонная смесь непрерывно изменяется, что практически исключает возможность построения строгой теории заглаживания и вызывает необходимость в установлении некоторого интегрального критерия заглаживаемости бетонных поверхностей, на использовании которого могла бы базироваться соответствующая приближенная теория [32,с.64].

Ощущаемые лишь интуитивно сходство различных материалов позволило довольно успешно применять для исследовательских целей метод физического моделирования. Он заключается в использовании так называемых эквивалентных материалов.

Ни один рабочий процесс не может обходиться без тщательного контроля — измерения различных параметров. Без этого недопустима не только автоматизация, но запрещено даже просто управление процессом. Однако сейчас огромные массивы частичных показателей процессов обработки бетонных смесей настолько усложняют существо вопроса, что неизвестно, что нужно измерять в том или ином процессе. Между тем необходим стабильный поток количественных оценок и данных о материалах, трансформируемых в рабочем процессе. Причем важны не столько показатели сами по себе, сколько их место в общей картине среди других показателей.

Сейчас известно, что теоретические разработки, связанные с совершенствованием техники для выполнения технологических операций заглаживания, не имеют и никогда не имели единой методологической основы, так как отправной точкой существующих концепций является элементарный акт или процесс. Достигнута такая стадия развития изучения указанных процессов, когда дальнейшее совершенствование знаний о частях целого сдерживается отсутствием знания целого.

При отсутствии единой методологической основы невозможно раскрытие сущности и механизма явлений, связанных с трансформацией преобразуемых объектов, а также методов сознательного управления ими, что является одной из самых важных проблем теоретического и практического характера. Без единой методологической концепции практическая деятельность обречена на слепой поиск и случайные удачи, так как без понимания сущности процесса и изучения его закономерностей невозможно не только управлять им, но даже иногда представить себе его протекание.

Эти условия применительно к производству сборного железобетона заключаются в совершенствовании механического оборудования в целом, в его автоматизации, комплексной механизации, роботизации и обосновании прогрессивных технологических и конструктивных концепций, то есть в развитии нового содержания в недрах старой формы. Поэтому и пути совершенствования заглаживающей техники не могут быть основаны на одной разновидности информации, получаемой исследователями, — эмпирической, при которой сначала выявляются частности, затем они сравниваются между собой и уже затем в результате исследователь должен увидеть явление в его целостности. Необходимо действовать противоположным образом: прежде всего выявлять общие принципы, а уже затем это общее знание конкретизировать в отдельных частных задачах.

Преобразования в нашей экономике, связанные с ее перестройкой, предопределяют необходимость качественного скачка в развитии средств производства на предприятиях стройиндустрии, одним из основных элементов которых является машинный парк для обработки бетонных поверхностей ЖБИ.

Такой скачок может быть совершен лишь на основе комплекса взглядов, понятий, идей, дающих целостное представление о закономерностях функционирования заглаживающих машин и обрабатываемых ими сред и о существенных связях между ними, то есть на новой теоретической основе.

Однако к настоящему времени такая основа представлена лишь «рассыпным набором» полуэмперических построений, описывающих работу тех или иных конкретных конструктивных схем с теми или иными конкретными средами, что ведет к распылению средств и своеобразной инфляции получаемой информации, дублируемой в десятках мест и зачастую затемняющей существо вопроса.

Обилие эмпирического материала, его неупорядоченность и сложность истолкования вплотную подвели исследователей к осознанию невозможности осуществления технологического рывка на существующей теоретической основе.

Поэтому выполнение задач, стоящих перед строительным сектором экономики, требует разработки новой теоретической основы исследования заглаживающей машины с единых системных позиций на основе топологического метода моделирования многосвязных технологических процессов.

Таким образом, в диссертационной работе ставятся следующие цели:

— Разработка и обоснование системного подхода к моделированию виброзаглаживающих машин, основу которого составляет единый методологический подход — представление модели технологического процесса в виде топологической структурно — функциональной модели сложного многосвязного объекта. Предлагаемая методика ориентированна на машинную реализацию системного моделирования технологического процесса заглаживания незатвердевших бетонных поверхностей на всем этапе построения и исследования модели.

— Разработка алгоритма исследования с целью оптимизации характеристик виброзаглаживающей машины для обработки свежеотформованных бетонных поверхностей.

— Разработка подсистемы проектирования виброзаглаживающих машин.

Результаты работы послужат теоретической основой при создании машин по заглаживанию бетонных поверхностей на промышленных заводах сборного железобетона.

Теоретические исследования и практические результаты, полученные при разработке подсистемы виброзаглаживающих машин, а так же найденные векторы оптимальных параметров экспериментальной модели виброзаглаживающей машины, могут быть использованы при конструировании нового подвида виброзаглаживающих машин на заводе сборного железобетона КБЖБ г. Братска.

1. Основные требования к конструктивным параметрам машины.

4.4 Выводы.

1. Проведенная в работе идентификация многосвязного объекта на примере виброзаглаживающей машины позволила обобщить и проанализировать основные факторы функционирования объекта. Прикладной результат решения поставленной задачи имеет важное значение в производстве на линиях сборного железобетона, позволяющий снизить затраты на конструирование и модернизацию заглаживающих машин и позволяющий контролировать производство бетонных поверхностей требуемого качества.

2. Разработка подсистемы проектирования виброзаглаживающих машин в данной главе, строится на системном подходе к решению проблемы заглаживания незатвердевших бетонных поверхностей. Решение любой задачи по конструированию машин для заглаживания бетонных поверхностей должны основываться на перспективных средствах и методах сбора, анализа и обработки информации.

3. Разработка состава информационного обеспечения позволила значительно снизить трудозатраты на проводимые исследования системного анализа и разработку топологической модели виброзаглаживающих систем.

4. Рекомендована к внедрению для заглаживания свежеотформованных незатвердевших поверхностей экспериментальная модель заглаживающей машины с предложенными техническими характеристиками.

Заключение

.

Производство железобетонных изделий на предприятиях сборного железобетона изучается в целях усовершенствования технологических линий в направлении их оснащения оборудованием для отделки поверхностей, особенно для обработки жёстких бетонных смесей, с необоснованными параметрами рабочего процесса. Поэтому на данном этапе развития рассматриваемой техники создана математическая модель процесса заглаживания, выявлены закономерности и численные значения критериев, характеризующие этот процесс.

Анализ исследовательских работ в области заглаживания, проведённый в широких масштабах, показал необходимость определения оптимальных кинематических и геометрических параметров рабочих органов и заглаживающей машины в целом, предназначенных для этих смесей, и требований к качеству поверхности.

В результате работы проведена оптимизация геометрических и кинематических параметров механизмов привода рабочего органа и машины на основании их функциональной связи с параметрами, с целью получения требуемого качества отделки бетонных поверхностей в зависимости от реологических её свойств.

К новым полученным результатам относятся следующие положения:

1. Сформулирована постановка задачи анализа технологических параметров функционирования многосвязного объекта представленного в виде виброзаглаживающей машины, отличающихся от известных постановок возможностью определения и выделения неизвестных компонент по выбранным критериям.

2. Разработан метод структурно — параметрического анализа основных технологических параметров виброзаглаживающих машин, формализующих, в отличие от известных методов, процедуру синтеза на основе разработанной топологической модели структурно-функционального представления системы.

Метод включает.

— способ представления модели системы с помощью структурного графа (С-графа);

— метод записи уравнения системы в матричной форме в виде уравнения компонент системы [В], уравнения структуры [А] и общего уравнения системы [А*В*Хвх ] = 0;

— способ понижения порядка матричного уравнения с использованием блочных матриц, позволяющий исследовать объект, обеспечить обоснованный выбор конструктивных технологических параметров и критериев оценки системы, что сокращает пространство и объем вычислений и размерность исследования системы.

3 Для объекта со множеством взаимосвязных параметров найдены оптимальные значения технологических параметров и разработан метод, позволяющий определять точность модели, т. е. соответствие технологическому процессу.

4.Разработана подсистема проектирования класса виброзаглаживающих машин.

5.Проведенная в работе идентификация многосвязного объекта на примере виброзаглаживающей машины позволила обобщить и проанализировать основные факторы функционирования объекта. Прикладной результат решения поставленной задачи имеет важное значение в производстве на линиях сборного железобетона, позволяет снизить затраты на конструирование и модернизацию заглаживающих машин и позволяющий контролировать производство бетонных поверхностей требуемого качества.

Таким образом, выбранный подход к решению задачи заглаживания свежеотформованных бетонных поверхностей виброзаглаживающими машинами, а также оптимизация технических характеристик машин позволили реализовать систему проектирования класса виброзаглаживающих машин и систематизировать проектирование всех видов машин для обработки бетонных поверхностей.