Delist.ru

Автоматизация технологических процессов производства асфальтобетонных смесей при ультразвуковой обработке битума (18.09.2009)

Автор: Морщилов Максим Витальевич

разработка методики выбора способов установки ультразвукового оборудования;

программно-моделирующий комплекс обработки и анализа результатов экспериментов по оценке влияния УЗ-обработки битума;

оценка экономической эффективности внедрения УЗ-обработки битума при производстве асфальтобетонных смесей.

Методы исследования

Теоретической основой диссертационной работы являются общая теория систем, теория баз данных, методы оптимизации, автоматизация сбора данных по ультразвуковой обработке битума, включение в технологический процесс приготовления асфальтобетона ультразвуковой обработки битума, регрессионный анализ, дисперсионный анализ и другие методы многомерного статистического анализа.

Научная новизна

Научную новизну работы составляет методы и модели автоматизации анализа и обработки экспериментальных данных испытаний свойств битума для выбора технологических режимов УЗ-обработки.

На защиту выносятся:

систематизация структур данных по оценке влияния УЗ-обработки на свойства битума;

инструментальная среда статистического анализа функциональных взаимосвязей между характеристиками битума;

аналитические зависимости напряжения сдвига и динамической вязкости;

база данных экспериментальных исследований по оценке влияния УЗ-обработки на свойства битума;

методики выбора способов установки ультразвукового оборудования;

программно-моделирующий комплекс обработки и анализа результатов экспериментов по оценке влияния УЗ-обработки битума;

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов

Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов, изложенных в работе, определяется корректным использованием современных математических методов, согласованным сравнительным анализом аналитических и экспериментальных зависимостей. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения разработок в ряде крупных организаций.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования. Разработан программно-моделирующий комплекс, позволяющий в интерактивном режиме использовать экспериментальные данные и теоретические и эмпирические зависимости по анализу ультразвукового воздействия на свойства битума. Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в ЗАО «Союз-Лес», ЗАО Научно-производственная внедренческая фирма «СВАРКА», а также используются в учебном процессе МАДИ(ГТУ). Результаты внедрения и эксплуатации подтвердили работоспособность и эффективность разработанных технологий повышения качества асфальтобетонных смесей при УЗ-обработке битумов.

Апробация работы

Содержание разделов диссертации докладывалось и получило одобрение:

на республиканских и межрегиональных научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах (2000-2009 гг.);

на совместном заседании кафедры «Автоматизированные системы управления» и «Технологии конструкционных материалов» МАДИ(ГТУ).

 Системный анализ методов и моделей УЗ-обработки битума

В диссертации проведен анализ основных проблем оценки характеристических свойств битума, а также анализ результатов Российских и зарубежных научных школ, которые также занимаются проблематикой влияния на битум.

Изучению физических фазовых и структурных превращений в битумах уделялось до недавнего времени гораздо меньше внимания, чем химическим превращениям. Это обусловлено чрезвычайной сложностью химического состава и полимолекулярностью битумов, изменяющимися в широких пределах в зависимости от природы битумного сырья и технологии его переработки, что вызывает множественность превращений структуры битумов.

Из-за сложности состава не удается выделить с достаточной чистотой отдельные компоненты битумов. Поэтому выделяют три основные группы: асфальтены, смолы, высокомолекулярные углеводороды (масла), свойства которых наиболее подробно описаны в работах акад. С.Р.Сергиенко, А.С.Колбановской, Д.А.Розенталя, Р.Б.Гуна, 3.И.Сюняева, Ю.В.Поконовой и др. Кроме того, если речь идет о кристаллических надмолекулярных структурах, то их разновидности и совершенство определяются многочисленными параметрами, в том числе температурой, временем, концентрацией, которые рассмотрены в работах Д.О.Гольдберга, С.Э.Крейна, П.Эткинса и др.

Комплексные исследования структурно-механических свойств битума проведены Н.В.Михайловым и его сотрудниками (С.Л.Шалыт, С.К.Носков, П.И.Торшенина), Н.В.Горелышевым, А.С.Колбановской, К.М.Руденской, А.В.Руденским, В.А.Золотаревым, В.Д.Портнягиным а также Ф.Эйрихом, М. Рейнером и С.Van der Poel. В результате этих исследований были впервые получены полные реологические кривые и разработаны новые качественные характеристики битумов.

Асфальтобетонные заводы (АБЗ) являются основными производственными предприятиями дорожного хозяйства и предназначены для приготовления различных асфальтобетонных смесей для строительства, реконструкции и ремонта слоев асфальтобетонного покрытия.

Схема асфальтосмесительной установки непрерывного действия

1 - бункеры-дозатор, 2 - сборный конвейер, 3 - конвейер с контролем влажности, 4 - сушильно-смесительный барабан, 5 - дозатор и подача старого асфальтобетона, 6 - смесительная зона, 7 - бункер ожидания скипа, 8 - пылесос-вентилятор, 9 - накопительный бункер, 10 - кабина управления, 11 - силос минпорошка, 12 - бункер старого асфальтобетона , 13 - конвейер с контролем влажности, 15 - пылеуловитель и силос пыли, 16 - битумный бак-цистерна, 17 - нагреватель масла, 18 - конвейер сушильного барабана

), со сложной автоматизированной частью производства.

В диссертации проведен анализ влияния УЗ на предмет их включения в общий контур моделирования характеристик битума.

В рамках проводимых в МАДИ(ГТУ) исследований, были предприняты попытки найти способ измерения вязкости битума непосредственно после проведения ультразвуковой обработки. В качестве постановочного эксперимента был проведен замер вязкости битума БНД 60/90 с помощью экспресс-анализатора консистенций ЭАК-1 М. Анализатор предназначен для измерения условной вязкости объекта, дающий представление о его консистенции. Замеры вязкости проводились на битуме, нагретом до 150 0С, после его озвучивания 30, 60 и 180 секунд.

Предложенный способ измерения вязкости позволил подтвердить данные полученные другими исследователями, но вышеописанный способ измерения вязкости очень условный, в виду того, что анализ вязкости ведется по косвенным показателям.

Проведен анализ статистических методов на предмет применимости к решению проблем моделирования влияния УЗ на характеристики битума. В диссертации используется вся совокупность статистических методов, включив их в контур автоматизированной системы поддержки принятия решений по управлению технологическими режимами выпуска битума и асфальтобетонной смеси.

Поскольку одной из основных проблем является оценка значимости влияния УЗ-обработки, а этот показатель является качественным, то для статистически значимых выводов необходимо использование дисперсионного анализа.

Оценка одновременного влияния таких факторов как мощность УЗ-установки, время обработки, температурный режим на отдельные показатели, такие как полярные свойства битумов, диэлектрическую проницаемость, вязкость и другие, определяет необходимость использования классических моделей множественной линейной и нелинейной регрессии.

Поскольку количество факторов и показателей, которые используется при поддержке принятия решений по выбору технологических режимов обработки весьма существенно, стоит проблема выделения значимых факторов и определения общностей. Объединяя показатели в отдельные связанные группы, необходимо использование факторного анализа.

В диссертации проведен анализ наиболее значимых теоретических моделей. Так, ротационный метод вискозиметрии заключается в том, что исследуемая жидкость помещается в малый зазор между двумя телами, необходимый для сдвига исследуемой среды. Одно из тел на протяжении всего опыта остаётся неподвижным, другое, называемое ротором ротационного вискозиметра, совершает вращение с постоянной скоростью.

Ротационный метод вискозиметрии принципиально подходит для целей экспресс анализа вязкости битума. Но техническое осуществление этого способа затруднено сложностью проектирования необходимого расположения стрежневого излучателя в схеме.

загрузка...