АННОТАЦИЯ
К исследовательской работе для участия в XV Уральском соревновании (выставке) научно-технического творчества молодежи «Евразийские ворота России - Шаг в будущее» (г. Челябинск, ЮУрГУ, 06-09 апреля 2020 г.)
 |
(Ит- 06) 1.1 Техника и инженерное дело
ХЛЫБОВ Юрий Андреевич
Челябинская область, г. Челябинск
МАОУ школа №151, 8 “Д” класс
Разработка техники и технологии для уплотнения композиционных материалов.
Научный руководитель: Кондаков Сергей Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры «Колесные и гусеничные машины», ФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет» (НИУ).
Научный консультант: Асфандияров Марат Андреевич, аспирант 2-го курса кафедры «Колесные и гусеничные машины», ФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет» (НИУ).
В Российской Федерации из-за крупных и частых дефектов дорожной одежды средняя скорость автоперевозок по дорогам России в разы ниже, чем в развитых странах. Наш автотранспорт в пересчёте на подвижную единицу перевозит самый меньший объём груза в мире. Около 80% денежных средств, выделенных на строительство дорог, тратится на ремонт и восстановление, а не на строительство новых дорог. При этом около 70% автодорог России не обеспечивают по прочности движение современных транспортных средств. Результатом движения по дорогам со значительными дефектами дорожного покрытия являются высокая аварийность на наших автомобильных дорога и высокий процент износа и поломок транспортных средств.
Исследователи указывают, что основной причиной низких эксплуатационных показателей российских дорог является недостаточное уплотнение всех конструктивных слоёв дороги: земляного полотна, цементобетонного и асфальтобетонного покрытий. Дорожные катки являются самыми распространёнными машинами для уплотнения дорожно-строительных материалов. К сожалению, несмотря на совершенствование конструкции катков, остаётся недостижимой степень уплотнения, соответствующая пределу прочности структуры укладываемого материала. Высказываются соображения, что массу катков необходимо увеличить до 200 т (сейчас максимальная масса дорожного катка равна 25т). Для укладки и уплотнения цементобетонных покрытий автодорог применяются бетоноукладчики с энергонасыщенными виброустройствами.
Целью работы является создание новой технологии и механизма уплотнения (рабочего органа) для создания особо прочных дорожных покрытий и оборудования для изготовления железобетонных изделий (ЖБИ). Результат работы будет использован в конструировании дорожно-строительной и строительной техники. Прикладная значимость результатов заключается в реальном применение на практике в виде новых, более эффективных дорожно-строительных машин и оборудования для изготовления ЖБИ. Что позволит улучшить качество дорог (в том числе и взлетных полос) и строительных изделий (кирпичей, блоков, плитки и др.), уменьшить количество единиц дорожно-строительной техники, используемой при строительстве дорог, уменьшить энергоемкость и габариты машин и оборудования. Основными потребителями являются предприятия изготавливающие специальную технику, заводы ЖБИ и дорожно-строительные учреждения.
Объектом и предметом исследования является механизм для уплотнения любого рода сыпучих материалов, а именно его создание и проведение первичных испытаний.
Основные подходы и методы, реализуемые в проекте:
1. Теоретическое обоснование необходимости в создании новой энергосберегающей и эффективной техники.
2. В основе математической модели машины лежат уравнения кинематики, динамики, потенциальной и кинетической энергии, импульсы звеньев машины, что отражает физическую модель работы проектируемой машины.
3. Математические модели компонентов механизмов новой машины включают в себя описание движения в пространстве, скоростей, ускорений и создаваемых усилий в звеньях машины в любые промежутки времени, что позволяет, подобрать наиболее благоприятные параметры (размеры звеньев, скорости, ускорения, усилия, энерговооружённость).
4. При создании 3D модели и рабочих чертежей нового механизма используются новейшие системы автоматизированного проектирования.
5. Все исследования экспериментальной установки проводятся в специально оборудованной лаборатории.
Ход работы:
1. Создание математической модели нового механизма.
2. Подбор наиболее оптимальных размеров звеньев по силовым, кинематическим и габаритным характеристикам.
3. Разработка опытного образца.
4. Проведение практического исследования по уплотнению различных композиционных материалов на новом механизме.
Итоговым результатом работы будут математическая модель машины, описание оптимальных условий работы, опытный экспериментальный образец, исследование его возможностей. Основываясь на опытном образце ударно-вибрационного механизма возможно создания промышленных образцов рабочих органов асфальтоукладчиков, бетоноукладчиков и оборудования для создания строительных изделий.
Научная новизна заключается в создании новой перспективной техники для уплотнения композиционных материалов.
Последние испытания созданного опытного образца экспериментальная формовочной установки, проведённые на кафедре «Колесные и гусеничные машины» ЮУрГУ, подтвердили технологические возможности и преимущества нового механизма в сравнении с вибрационной технологией уплотнения, принятой на современных бетоноукладчиках и формовочных установках, а именно контрольные образцы бетона показали увеличение прочности в 1,3-1,5 раза в сравнении с прочностью образцов полученных по традиционной технологии уплотнения, при их распиле не обнаружено никаких видимых пор, что говорит о эффективности механизма.