Дослідження динаміки гідроприводу вивантаження твердих побутових відходів із сміттєвозів
Математична модель гідроприводу плити виштовхування твердих побутових відходів. Підвищення надійності приводу та механізмів, що забезпечують їх вивантаження. Залежності показників якості перехідних процесів від основних параметрів вказаного приводу.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 21.12.2018 |
| Размер файла | 178,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Дослідження динаміки гідроприводу вивантаження твердих побутових відходів із сміттєвозів
Річний об'єм твердих побутових відходів (ТПВ), що утворюються в населених пунктах України в 2007 році перевищив 46 млн. м3. Переважна їх більшість захоронюються на 4530 полігонах та сміттєзвалищах загальною площею майже 7,7 тис. гектарів та лише частково утилізуються на сміттєспалювальних заводах або перероблюються. Лише протягом 1999-2007 рр. загальна площа полігонів та сміттєзвалищ в Україні зросла в 2,5 рази. При цьому зросла площа (більше ніж в 2,5 рази) перевантажених, а також особливо тих полігонів та сміттєзвалищ, що не відповідають нормам екологічної безпеки. Збирання ТПВ є основним завданням санітарного очищення населених пунктів і здійснюється більше ніж 4,1 тис. спеціальними автомобілями (сміттєвозами) [1], а тому пов'язане із значними фінансовими витратами. Після перевезення ТПВ сміттєвозами до місця їх утилізації відбувається вивантаження відходів. Зношеність автопарку сміттєвозів комунальних підприємств складає майже 70% [1]. Згідно із Постановою Кабінету Міністрів України №265 [2], забезпечення застосування сучасних високоефективних сміттєвозів у комунальному господарстві країни є актуальною науково-технічною задачею. Зокрема актуальною є проблема забезпечення надійності приводу та механізмів, що забезпечують вивантаження ТПВ із сміттєвозів.
Аналіз [3] розробок в галузі вивантаження ТПВ показав, що у переважної більшості сміттєвозів вивантаження відходів здійснюється за допомогою гідравлічного приводу плити виштовхування. При цьому в вказаному приводі використовується, як правило, телескопічний гідроцилінр. В процесі вивантаження ТПВ на елементи приводу плити діють значні навантаження, викликані перехідними процесами під час пуску. Враховуючи значну масу ТПВ в кузові сміттєвоза (3-16 т) та значну різницю між тертям спокою та тертям ковзання в напрямних плити пускові перевантаження можуть досягати значних величин. Особливу небезпеку це становить для вузлів з'єднання гідроциліндр-плита, гідроциліндр-рама, а також для гнучких трубопроводів високого тиску, які підводять робочу рідину до гідроциліндра. Такі стрибки тиску в режимі перехідних процесів можуть стати причиною розриву трубопроводів високого тиску, виходу обладнання з робочого стану та значних втрат робочої рідини (як правило це високовартісне мінеральне мастило) [3].
Метою дослідження є виявлення шляхів підвищення надійності приводу та механізмів, що забезпечують вивантаження ТПВ із сміттєвозів, для зниження інтенсивності зростання зношеності автопарку сміттєвозів комунальних підприємств.
На рис. 1 представлена розрахункова схема роботи гідроприводу сміттєвоза на операції вивантаження ТПВ.
Рис. 1. Розрахункова схема роботи гідроприводу сміттєвоза на операції вивантаження ТПВ
гідропривід побутовий сміттєвоз
На схемі позначені такі структурні елементи: ПВ плита виштовхування, ГЦ гідроциліндр, Р гідророзподільник, Н гідронасос, ЗК запобіжний клапан, Ф фільтр, Б бак із робочою рідиною. На схемі також представлені наступні основні геометричні, кінематичні та силові параметри: р1, р2, р3, р4 тиски відповідно на виході насоса, на вході гідроциліндра, на виході гідроциліндра та на вході фільтра; W1, W2, W3, W4 об'єми трубопроводів між насосом та гідророзподільником, гідророзподільником та входом гідроциліндра, виходом гідроциліндра та гідророзподільником, гідророзподільником та фільтром; QН фактична подача насоса; SP площа прохідного отвору розподільника; Sф площа поверхні фільтруючого елемента; D, d діаметри поршня та штока; Gп вага плити виштовхування; Gц вага гідроциліндра; GB1 вага частини відходів, що знаходяться над плитою виштовхування; GB2 вага частини відходів, що знаходяться поза плитою виштовхування; FТП сила тертя плити виштовхування; FТВ сила тертя ТПВ; FЦ сила, яку розвиває гідроциліндр; h1, h2 висота нижньої та верхньої частини плити виштовхування; b ширина плити виштовхування (на схемі не вказана); товщина плити виштовхування; кут нахилу плити виштовхування; хс довжина ступені гідроциліндра; х переміщення плити виштовхування.
З метою виявлення шляхів підвищення надійності приводу та механізмів, що забезпечують вивантаження ТПВ із сміттєвозів необхідно дослідити динаміку вказаного приводу.
Для дослідження динаміки роботи гідроприводу сміттєвоза на операції вивантаження ТПВ на основі розрахункової схеми (рис. 1) розроблено відповідну математичну модель.
При розробці математичної моделі роботи гідроприводу плити виштовхування ТПВ із сміттєвоза були прийняті такі припущення [4-9]:
- рухомі частини робочих органів сміттєвоза прийнято за одномасову систему, оскільки вони жорстко з'єднані з корпусом гідроциліндра, а шток гідроциліндра жорстко з'єднаний з кузовом сміттєвоза, маса якого значно перевищує масу робочого органу і корпуса гідроциліндра (mc=2500 кг >> mРО+mГЦ= =300 кг), а тому приймається нерухомою;
- робоча рідина прийнята стисливою і характеризується коефіцієнтом стисливості K;
- коефіцієнт стисливості робочої рідини змінюється несуттєво зі зміною тиску і тому вважається постійним;
- витрати робочої рідини на перетікання з області високого тиску в область низького тиску прямо пропорційно залежать від перепаду тисків на межі цих областей характеризується коефіцієнтом перетікання робочої рідини ;
- величина тиску в магістралі між фільтром і маслобаком є незначною і до уваги не приймається;
- сухе тертя в рухомих елементах гідроциліндра не враховуються через відсутність нормальних зусиль в парах тертя, в яких використано ущільнення зазором;
- загальний коефіцієнт тертя ТПВ по сталі, що дорівнює середньому арифметичному складових коефіцієнтів, пропорційний до їх відсоткового вмісту за масою.
З врахуванням припущень операція вивантаження ТПВ може бути описана відповідною системою диференційних (1-5) та алгебраїчних рівнянь (6-18). Диференціальне рівняння (1) описує витрати РР на ділянці насос-гідророзподільник і враховує фактичну подачу насоса, витрати робочої рідини (РР) через розподільник, втрати РР на перетікання з ділянки високого тиску в ділянку низького тиску та деформацію трубопроводів. Диференціальне рівняння (2) описує витрати РР на ділянці гідророзподільник-вхід гідроциліндра і враховує витрати РР через розподільник, витрати РР на роботу гідроциліндра, втрати РР на перетікання з ділянки високого тиску в ділянку низького тиску та деформацію трубопроводів. Диференціальне рівняння (3) описує витрати РР на ділянці вихід гідроциліндра-гідророзподільник і враховує витрати РР на роботу гідроциліндра, витрати РР через розподільник, втрати РР на перетікання з ділянки високого тиску в ділянку низького тиску та деформацію трубопроводів. Диференціальне рівняння (4) описує витрати РР на ділянці гідророзподільник-фільтр і враховує витрати РР через розподільник, витрати РР через фільтр, втрати РР на перетікання з ділянки високого тиску в ділянку низького тиску та деформацію трубопроводів. Диференціальне рівняння (5) описує рух плити виштовхування і враховує силу, що розвиває гідроциліндр; силу інерції рухомих елементів; силу в'язкого тертя; сили сухого тертя плити виштовхування та ТПВ.
; (1)
; (2)
; (3)
; (4)
; (5)
; (6)
; (7)
D1, при xxc;
Dі= D2, при xc<x2xc; (8)
D3, при 2xc<x3xc;
d1, при xxc;
dі= d2, при xc<x2xc; (9)
d3, при 2xc<x3xc;
; (10)
; (11)
; (12)
; (13)
; (14)
; (15)
, при xxc;
VC= , при xc<x2xc; (16)
, при 2xc<x3xc;
; (17)
. (18)
Система диференціальних рівнянь (1-5), що описують динаміку гідроприводу плити виштовхування ТПВ із сміттєвоза, є системою нелінійних звичайних диференціальних рівнянь нерозв'язних відносно старших похідних. Крім того, дана математична модель містить суттєві нелінійності. Нелінійність цих рівнянь полягає в тому, що шукані функції р1, р2, р3, р4 входять в диференціальні рівняння у вигляді виразів з дробовими степенями. Крім того, деякі із розглядуваних рівнянь містять складні залежності, які не можна лінеаризувати звичайним розкладанням в ряд Тейлора. Нерозв'язність рівнянь відносно старших похідних та суттєві нелінійності дозволяють зробити висновок про необхідність застосування числових методів розв'язання систем диференціальних рівнянь. Для розв'язання системи диференціальних рівнянь (1-5) використано метод Рунге-Кутта-Фельберга [10], який автоматично змінює крок інтегрування при виявленні похибки обчислень, що підвищує точність розрахунків. Цей числовий метод реалізовано за допомогою ЕОМ в середовищі програмування Delphi, що дає змогу чисельно розв'язати систему диференціальних рівнянь (1-5) і отримати результати у вигляді графіків та таблиць. Загальний вигляд діалогового вікна програми «Матмодель» для дослідження динаміки гідроприводу плити виштовхування ТПВ із сміттєвоза показано на рис. 2.
Рис. 2. Загальний вигляд діалогового вікна програми «Матмодель» для дослідження динаміки гідроприводу плити виштовхування ТПВ із сміттєвоза
При дослідженні чисельні розрахунки проводились з кроком інтегрування h=10-4 с і відносною похибкою =10-16. Стійкість розв'язку систем диференціальних рівнянь забезпечувалась перевіркою на ідентичність результатів, отриманих при значеннях кроків інтегрування h та половинних кроків інтегрування h/2.
Результати чисельного дослідження динаміки гідроприводу плити виштовхування ТПВ із сміттєвоза за допомогою математичної моделі (1-5) показано на рис. 3-5.
Рис. 3. Зміна тиску в гідроциліндрі плити виштовхування
Рис. 4. Швидкість плити виштовхування
Рис. 5. Переміщення плити виштовхування
Графіки перехідних процесів роботи гідроприводу сміттєвоза на операції вивантаження ТПВ отримано для параметрів, що відповідають реальній серійній моделі сміттєвоза КО-436 [11, 12] виробництва ВАТ «АТЕКО» (Турбівський машинобудівний завод): W1=1,48 л; W2=1,2 л; W3=1,2 л; W4=1 л; Sp=5,0210-5 м2; Sф=3,49 102 м2; kф=6,13109 м; д=8,910-2 Нс/м2; =9,24 1011 м5/(Нс); хс=1000 мм; D1150, 165, 180 мм; D2=110 мм; D3=65 мм; d1=130 мм; d2=80 мм; d3=50 мм; h1=637 мм; h2=803 мм; b=1380 мм; =4,5 мм; =60; VC=10 м3; kу=2; t0=0 c; p10=0 МПа; p20=0 МПа; p30=0 МПа; p40=0 МПа; v0=0 м/с; х0=0 м. Цифрами 1, 2, 3 на рис. 3-5 позначено криві при D1=150 мм, D1=165 мм, D1=180 мм відповідно.
Аналіз графіків залежностей, представлених на рис. 3-5, показав, що перехідні процеси при роботі гідроприводу виштовхування ТПВ неякісні. Показники якості перехідних процесів наведені в табл. 1.
Таблиця 1. Показники якості перехідних процесів при роботі гідроприводу виштовхування ТПВ із сміттєвоза
|
№ |
D1, мм |
tрег, c |
, % |
N |
|
|
1 |
150 |
0,12 |
69 |
4 |
|
|
2 |
165 |
0,07 |
53 |
3 |
|
|
3 |
180 |
0,05 |
37 |
3 |
Як видно із табл. 1 показники якості перехідних процесів суттєво покращуються при збільшенні діаметра 1-го ступеня гідроциліндра D1. Значення відносного перерегулювання виходить за межі допустимих величин (30%) [13]. Кількість перерегулювань для кривої 1 перевищує допустиме значення (3). При зменшенні діаметра 1-го ступеня гідроциліндра D1 зменшується час виштовхування ТПВ. Але враховуючи якість перехідного процесу слід збільшити діаметр 1-го ступеня телескопічного гідроциліндра D1.
На основі даних табл. 1 проведено регресійний аналіз [14] залежності показників якості перехідних процесів при роботі гідроприводу виштовхування ТПВ із сміттєвоза від діаметра 1-го ступеня телескопічного гідроциліндра D1. Отримано такі рівняння регресії для часу регулювання та відносного перерегулювання:
; (19)
. (20)
При цьому коефіцієнт кореляції R склав 0,99993 та 1 для рівнянь (19) та (20) відповідно, що свідчить про високу точність отриманих результатів.
За допомогою залежності (20) визначено, що для забезпечення якісних перехідних процесів при роботі гідроприводу виштовхування ТПВ із сміттєвоза необхідно збільшити діаметр 1-го ступеня телескопічного гідроциліндра D1 до 187 мм. При цьому, згідно виразу (19), час регулювання tрег складатиме 0,044 с.
Висновки
1. Запропонована математична модель гідроприводу плити виштовхування твердих побутових відходів із сміттєвоза, яка дає змогу досліджувати динаміку вказаного гідроприводу для вибору більш раціональних його основних конструктивних параметрів.
2. Встановлено, що на підвищення надійності приводу та механізмів, які забезпечують вивантаження твердих побутових відходів із сміттєвозів позитивно впливає збільшення діаметра 1-го ступеня телескопічного гідроциліндра, що може бути використано для зниження інтенсивності зростання зношеності автопарку сміттєвозів комунальних підприємств.
3. Виявлено регресійні залежності показників якості перехідних процесів при роботі гідроприводу виштовхування твердих побутових відходів із сміттєвоза від діаметра 1-го ступеня телескопічного гідроциліндра, на основі яких можна визначити раціональне значення вказаного діаметру при проведенні проектних розрахунків нових конструкцій сміттєвозів.
Література
гідропривід побутовий сміттєвоз
1. http://www.ukrwaste.com.ua - портал України з поводження з твердими побутовими відходами.
2. Постанова Кабінету Міністрів України від 4 березня 2004 року №265 «Про затвердження Програми поводження з твердими побутовими відходами».
3. Мартин Ц.С. Современное состояние теории гидравлических переходных процессов // Теоретические основы инженерных расчетов. - 1997. - №2. - С. 209-229.
4. Савуляк В.І., Березюк О.В. Технічне забезпечення збирання, перевезення та підготовки до переробки твердих побутових відходів. Монографія. - Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2006. - 218 с.
5. Коц И.В. Разработка и исследование клапанов-пульсаторов для гидравлических приводов вибрационных горных машин. - Дис… канд. техн. наук: 05.02.03. - Винница, 1994. - 227 с.
6. Немировский И.А., Снисарь Н.Г. Расчёт гидроприводов технологических машин. - К.: Техніка, 1992. - 181 с.
7. Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник. - М.: Машиностроение, 1983. - 301 с.
8. Гидравлическое оборудование для гидроприводов строительных, дорожных и коммунальных машин: Каталог-справочник. Под ред. Гречина Н.К. - М.: 1978. - 468 с.
9. Гідроприводи та гідропневмоавтоматика: Підручник / В.О. Федорець, М.Н. Педченко, В.Б. Струтинський та ін. За ред. В.О. Федорця. - К.: Вища шк. 1995. - 463с.
10. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ: Справочник. - М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит., 1987. - 240с.
11. Мусоровоз кузовной КО-436. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - Турбов, 1996. - 27 с.
12. Мусоровоз кузовной КО-436. Формуляр. - Турбов, 1996. - 20 с.
13. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. - М.: Наука, 1975. - 768 с.
14. Турчин В.М. Математична статистика. - К.: Видавничий центр «Академія», 1999. - 238 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Проблема утилізації твердих побутових і промислових відходів. Основні принципи та механізми раціонального використання полімерних відходів з урахуванням світового досвіду і сформованих в Україні умов. Розробка бізнес-плану сміттєпереробного підприємства.
курсовая работа [3,7 M], добавлен 24.09.2014Циклограма та ККД роботи гідроприводу. Вибір законів руху для вихідної ланки гідродвигунів. Розрахунок зусилля для кожного такту циклограми. Розроблення принципової схеми гідроприводу. Визначення діаметрів нагнітального та зливного трубопроводів.
контрольная работа [652,9 K], добавлен 11.02.2013Визначення складу робочої маси горючих відходів. Розрахунок топкового пристрою. Вибір конструктивних характеристик циклонної камери, розрахунок її діаметру. Визначення втрат тиску, димових газів і швидкості повітря. Ефективна товщина випромінюючого шару.
контрольная работа [25,5 K], добавлен 24.01.2015Визначення основних параметрів та вибір електродвигуна. Вихідні дані для розрахунку передач приводу. Проектування передач приводу та конструювання валів, визначення їх розмірів. Вибір підшипників кочення та муфт. Конструювання елементів корпусу.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 17.09.2010Розрахунки кінематики приводу шпинделя зі ступеневим регулюванням, особливості приводів шпинделя з двошвидкісним електродвигуном та автоматизованою коробкою передач. Проектування кінематики приводу з плавним регулюванням швидкості та зубчастих передач.
курсовая работа [529,8 K], добавлен 04.07.2010Вибір електродвигуна та визначення основних параметрів приводу. Розрахунок клинопасової та закритої циліндричної зубчатої передачі, веденого вала. Перевірний розрахунок підшипників кочення, шпонкових з’єднань, муфт. Змащування редуктора, вибір мастила.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 02.09.2010Характерні риси та типове використання мартенситностаріючих сталей. Використання в ядерній діяльності. Машини для завантаження та вивантаження ракетного палива - використання, запобіжні заходи. Реакційні посудини, реактори та змішувачі. Види реакторів.
контрольная работа [649,9 K], добавлен 05.04.2016Визначення структурних параметрів верстата, побудова його структурної та кінематичної схеми. Конструювання приводу головного руху: розрахунок модулів та параметрів валів коробки швидкості, пасової передачі, вибір підшипників і електромагнітних муфт.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 17.09.2011Постановка проблеми переробки відходів. Геотехнологічні методи видобутку корисних копалин на переробних виробництвах. Окиснення сульфідних мінералів, як метод бактеріального вилуговування. Вилучення германію з відходів свинцево-цинкового виробництва.
презентация [197,0 K], добавлен 25.03.2014Визначення навантажувально-кінематичних параметрів електродвигуна. Розрахунок передач приводу. Проектування і конструювання валів, визначення їх розмірів. Вибір підшипників кочення по параметрам їх довговічності. Підбір стандартизованих деталей і мастила.
дипломная работа [4,0 M], добавлен 22.09.2010
