ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ВИБРОФОРМОВАНИЯ ЯЧЕИСТОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ —
В целях создания системы управления виброформованием изделий из ячеистого бетона во ВНИИсгроме некоторые экспериментальные исследования и сравнительное лучение ряда известных работ в наиболее важных направлениях: определения цели автоматического управлении процессом; оценки и выбора величии, характеризующих ход процесса; разработки алгоритма управления процессом. Из рассмотрения известных работ можно сделать вывод о существовании двух крайних точек зрения на цель управления процессом виброформования получение ячеистобетонных изделий с заданными свойствами, согласование процессов вспучивания и схватывания смеси.
Общая в первом случае и без учета исходных физико-химических свойств компонентов, слишком узкая во втором случае формулировка цели управления неточно ориентирует разработчиков системы управления. Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что необходимо учитывать входные параметры процесса (физико-химические свойства компонентов и состав смеси), а управление им осуществлять на двух стадиях. На первой стадии необходимо определить оптимальные значения технологических параметров процесса, начиная от приготовления смеси и до получения отформованного изделия.
К числу таких параметров для каждого конкретного случая формования изделий принадлежат отношение количества воды к количеству твердого вещества В/Т, начальная температура /0, начальный объем заливки (высота заливки), И о, параметры и режим вибрации, значение структурной прочности сырца в момент окончания вспучивания, конечное значение температуры сырца Гк.
В связи с тем, что текущий контроль фактического значения В/Т затруднителен, принято решение использовать для управления фактическое значение объемной плотности смеси.
Фактическое значение Ур может быть измерено перед каждым формованием изделия. Многочисленными исследованиями установлено, что пластическую прочность массы в процессе структурообразовання можно косвенно оценить по значению ее температуры. Наши дополнительные данные, полученные при работе на известково-песчаной смеси, подтверждают это положение. Фактические значения других технологических величин, указанных выше, можно объективно измерить.
Выходными параметрами управления являются заданные конечные значения высоты вспучивания и температуры и объемная плотность отформованного сырца. Для возможности выбора оптимальных режимов, обеспечивающих получение изделии заданного качества, проведен трехфакторный активный эксперимент при формовании восемнадцати массивов размером 1280Х4050Х XI250 мм из ячеистого бетона на известково-песчаном вяжущем с использованием низкочастотной виброплощадки конструкции ВНИИстрома.
При постоянном количестве известково-песчаной смеси и постоянном значении отношения песка к извести С варьировали расчетное значение объемной плотности смеси 1785— 1825 кг/м3. се начальную температуру 20—23,4еС и интенсивность вибрации (ускорение) I — Aи2 от 0,208g до 0,545 g.
Относительные значения технологических величин для режимов, обеспечивающих получение заданных значений выходных величин, рассчитанные по модели (3), приведены в табл. 1. Из данных таблицы видно, что фактически из-за различных неучтенных отклонений только часть режимов обеспечивают получение заданного прироста объем. Для нашего случая лучшим оказался режим при у? =11850 кг/м3 (Ур =1855 кг/м3; 10 = 20°С; /=0.545 g).
Кинетика вспучивания, повышения температуры и пластической прочности дли этого режима приведены на рис. 1. Зависимость интенсивности вибрации от значений объемной плотности дана на рис. 2. Поскольку фактическое значение объемной плотности смеси отличается от расчетного у в ряде случаев значительно, необходимо изменять начальный объем заливки.
Следует иметь в виду, что если УрУр, то высоту заливки принимают равной расчетному значению из-за ограничений по количеству введенного в смесь газообразователя. В этом случае объемная масса отформованного сырца будет иметь значение больше заданного. Если у Ур, то фактическую высоту заливки устанавливают больше расчетной.
Конечное допустимое значение температуры смеси (к назначают исходя из свойств и количества вяжущего в смеси. Значение температуры смеси при которой она приобретает необходимую пластическую прочность к моменту окончания вспучивания тк, задают на основании экспериментов. Для нашего случая к=80—85°С;
Анализ полученных данных показывает, что значение интенсивности вибрации определяет конечный прирост объема и практически не оказывает влияния на изменение скорости вспучивания и повышение температуры. В связи с этим можно сделать вывод о том, что вибрационные воздействия выполняют две функции; механическое разжижение смеси, создающее физические предпосылки для ее вспучивания; механическое перемешивание, вызывающее торможение первых стадий гидратации извести. Данные табл. 2 показывают, что значения постоянных Т 11 Tt зависят от значений объемной плотности и начальной температуры смеси. Это позволяет при прочих равных условиях регулировать скорость и время процесса формования.
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы. Управление процессом виброформования следует осуществлять на двух стадиях: выбор и назначение оптимальных значений технологических величин обеспечение выполнения заданного режима при формовании. Управление на первой стадии осуществляется на основании математической модели, в которую входят значения начальной температуры 70 и объемной плотности смеси ур и интенсивность вибрации /.
При назначении режима при прочих равных технологических условиях основными технологическими величинами для управления являются Ур — фактическое значение объемной плотности смеси; Го — начальная температура смеси, Гк — конечная температура сырца, Я0 — начальный уровень залив ки смеси в форму, температура смеси, характеризующая ее структурную прочность в момент окончания вспучивания. I — параметры вибрацион ного воздействия. На второй стадия управления необходимым и достаточным условием для управления являются значения постоянных времени экспонент вспучивания Тп и изменения температуры Tt.
Алгоритм управления процессом виброформования при работе на известковом и смешанном вяжущем формулируется следующим образом: одновременно с заполнением формы смеси подается вибрационное воздействие, интенсивность которого устанавливают в зависимости от фактического значения объемной плотности смеси у р; в процессе вспучивания определяют значения Тш и Tt, время окончания вспучивания т = 2Тп и значение температуры смеси ко времени окончания вспучивания Если интенсивность вибрации увеличивают. Вибрационное воздействие прекращают через время, примерно равное т. При производстве газобетона алгоритм на второй стадии управления подлежит уточнению.