Theoretical substantiation of the parameters of the concrete batching plant feeding system for stabilising the mass flow rate of moist materials

Oleksandr Levchenko; Oleksandr Ivakhno

doi:10.26906/znp.2026.66.4352

Автор(и)

Олександр Левченко Національний університет «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка»
Олександр Івахно Національний університет «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка» https://orcid.org/0009-0005-9375-8041

DOI:

https://doi.org/10.26906/znp.2026.66.4352

Ключові слова:

насос, бетонозмішувальна установка, розпушувач, склепіння, когезія, вологість, дозування, бункер, витрата, кутова швидкість, течія

Анотація

У статті теоретично обґрунтовано параметри системи живлення бетонозмішувальної установки для стабілізації масової витрати вологих дрібнозернистих заповнювачів фракції 0 - 5 мм. Встановлено, що при вологості піску W ≥ 4 - 6% стандартна геометрія бункерів з кутом нахилу стінок α = 60° не забезпечує масового режиму техніки за критерієм Дженіке, що зумовлює створення динамічних склепінь і пульсуючу подачу матеріалу з коефіцієнтом варіації CV = 15–25%. Сформульовано наукову гіпотезу про можливість переведення режиму течії з воронкового в масовий шляхом штучного зниження ефективного кута внутрішнього тертя нижче критичного значення за рахунок механічного руйнування капілярних зв’язків активним розпушувачем з горизонтальним валом та кутовим зміщенням штирів 90°. На основі теорії граничних рівноваг і рівняння Янссена з розрахунку когезії розроблено аналітичну модель формування динамічних склепінь та отримано розрахункову формулу порогової кутової швидкості ωкр. Побудовано зведену математичну модель масових витрат матеріалу. Встановлено, що при робочій швидкості ωпр ≥ 2,5·ωкр досягається коефіцієнт варіації масової витрати CVQ ≤ 3% при W ≤ 6% відповідно до вимог ДСТУ Б В.2.7-96-2000.

Посилання

1. DSTU B V.2.7-96-2000. (2000). Building materials. Porous inorganic aggregates for concrete and mortars. Methods for controlling composition and physical and mechanical properties. Derzhbud of Ukraine

2. Sun, D., Huang, W., Liu, K., Ma, R., Wang, A., Guan, Y., & Shen, S. (2022). Effect of the moisture content of recycled aggregate on the mechanical performance and durability of concrete. Materials, 15(18), 6299. https://doi.org/10.3390/ma15186299 DOI: https://doi.org/10.3390/ma15186299

3. Khakhar, D., Yogi, J., & Momin, A. (2025). Computational and experimental analysis of granular flow in hoppers. EPJ Web of Conferences, 340, 01007. https://doi.org/10.1051/epjconf/202534001007 DOI: https://doi.org/10.1051/epjconf/202534001007

4. Schulze, D. (2021). Powders and bulk solids: Behavior, characterization, storage and flow. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-540-73768-1 DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-76720-4

5. Schulze, D. (2008). Flow properties of bulk solids. In D. Schulze, Powders and bulk solids: Behavior, characterization, storage and flow (pp. 35–74). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-540-73768-1_3 DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-540-73768-1_3

6. Barletta, D., & Poletto, M. (2012). Aggregation phenomena in fluidization of cohesive powders assisted by mechanical vibrations. Powder Technology, 225, 93–100. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2012.03.038 DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2012.03.038

7. Wes, G. (1990). Control of flow of cohesive powders by means of simultaneous aeration and vibration. Powder Technology, 61(1), 39–47. https://doi.org/10.1016/0032-5910(90)80064-6 DOI: https://doi.org/10.1016/0032-5910(90)80064-6

8. Huang, H., Zhang, Y., Wang, D., Fu, Z., Tian, H., Shang, J., Helal, M., & Lv, Z. (2024). Study the flow capacity of cylindrical pellets in hopper with unloading paddle using DEM. Agriculture, 14(4), Article 523. https://doi.org/10.3390/agriculture14040523 DOI: https://doi.org/10.3390/agriculture14040523

9. Jenike, A. W. (1964). Storage and flow of solids (Bulletin No. 123). University of Utah Engineering Experiment Station.

10. Lopes Neto, J. P., do Nascimento, J. W. B., Silva, R. C., & da Costa, C. A. (2013). Powder flow criteria for design of vertical silo walls. Engenharia Agrícola, 33(3), 453–462. https://doi.org/10.1590/S0100-69162013000300003 DOI: https://doi.org/10.1590/S0100-69162013000300003

11. Brown, R. L., & Richards, J. C. (1970). Principles of powder mechanics. Pergamon Press.

12. Beverloo, W. A., Leniger, H. A., & van de Velde, J. (1961). The flow of granular solids through orifices. Chemical Engineering Science, 15(3–4), 260–269. https://doi.org/10.1016/0009-2509(61)85030-6 DOI: https://doi.org/10.1016/0009-2509(61)85030-6

13. Arnold, P. C., McLean, A. G., & Roberts, A. W. (1980). Bulk solids: Storage, flow and handling. TUNRA Bulk Solids Handling Research Associates.

14. Zhu, H. P., Zhou, Z. Y., Yang, R. Y., & Yu, A. B. (2007). Discrete particle simulation of particulate systems: Theoretical developments. Chemical Engineering Science, 62(13), 3378–3396. https://doi.org/10.1016/j.ces.2006.12.089 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ces.2006.12.089

15. Levchenko, O., & Korobko, B. (2024). Optimization of the concrete production process in terms of energy consumption. Technology Audit and Production Reserves, 6(1), 11–15. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.319827 DOI: https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.319827

16. Petruniak, M., Rubel, V., Chevhanova, V., & Kulakova, S. (2021). Application of plugging solutions with the addition of defecate for effective well cementing. Mining of Mineral Deposits, 15(1), 59–65. https://doi.org/10.33271/mining15.01.059 DOI: https://doi.org/10.33271/mining15.01.059