CC BY
29
Komarov S.M., Pasika V.R., Romanchuk I.O., Hembara N.O. The Study of Dynamic Characteristics of Clutch with Quazi-Zero Stiffness Area Considering Electric Motor Characteristics
The study of dynamic processes in the electromechanical two-mass system of the drive of technological machines has been done as well as a study of the impact of nonlinear elastic clutch compliance with quasi-zero stiffness area on its dynamics. A revised two-mass model has been considered taking into account electrical parameters of asynchronous motor. Specialized computer software has been developed that allows you to input and modify the parameters of the mechanical parts, the clutch and the electric motor and integrates the received differential equations by Euler method. It has been proved that the studied nonlinear clutch with the quasi-linear stiffness area is more effective than a sleeve-finger one.
Keywords: electromechanical system, two-mass dynamic model, elastic nonlinear clutch, dynamic factor.
УДК 536.2.083
ВИМ1РЮВАЛЬНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ ТЕПЛОФ1ЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ Р1ДИН 1.С. Васильтвський1, В.О. Фединець2, Я.П. Юсик3
Розглянуто теоретичш основи побудови вишрювального перетворювача теплофiзич-них властивостей рщии у процес ламшарно! течп з використанням ш^вияльного методу вишрювания, що дасть змогу шдвищити точшсть i спростити процес вишрюван-ня, поргвняио з вщомими решениями. Наведено опис прииципово! схеми та значения конструктивних параметрiв розробленого перетворювача теплофiзичних властивостей рiдии. Описано порядок проведення вимiрювань та наведено розрахунковi формули для визначення теплопровiдностi i температуропровiдностi рiдии. Наведено результати ек-спериментальних дослiджень теплофiзичних характеристик рщин з використанням роз-робленого перетворювача.
Ключовi слова: теплофiзичнi властивостi, температуропровiднiсть, теплопровщ-шсть, тепловий опiр, дослiджувана та еталонна рiдииа, вимiрювальний перетворювач.
Постановка проблеми. Потреба вимрювання теплофiзичних характеристик рщин спричинена тим, що у процес проведення наукових дослiджень i пе-ребiгу технологiчних процесiв треба знати властивосп технiчно важливих рь дин, оскшьки досить часто тако1 iнформацií у довiдковiй лiтературi немае або значення параметров наведено зi значною похибкою.
Бiльшiсть технологiчних рщин - це дисперснi системи (суспензп, емульсií або рiдинно-газовi сумiшi), ефективш значення теплофiзичних характеристик яких можна вишряти тшьки пiд час íх перебiгу. У станi спокою вщбуваеться подш технологiчних рiдин на íх компоненти. При цьому твердi частинки сус-пензiй випадають в осад, емульси розшаровуються, дрiбнi бульбашки г^в ви-дiляються з рiдинно-газових сумшей [1, 2].
Аналiз останнгх дослщжень i публiкацiй. Останшм часом для вишрювання теплофiзичних характеристик потоюв технологiчних рiдин значного поши-рення набули т. зв. методи ламшарного режиму, якi полягають у вимiрюваннi
1 доц. 1.С. Васильквський, канд. техн. наук - НУ "Львгвська полггехшка";
2 проф. В.О. Фединець, д-р техн. наук - Ну " Льв1вська полггехнка";
3 доц. Я.П. Юсик, канд. техн. наук - НУ " Льв1вська полггехнжа"
теплофiзичних характеристик рщин пiд час !х ламшарного перебiгу у трубках i кашлярах [1, 2]. На основi цього методу розроблено вишрювальш пристро1, як реалiзують цей метод вимiрювання.
Одним iз варiантiв реалiзацií методу ламшарного режиму е устава, яку описано в [3, 4]. У цш уставi дослiджувану рiдину прокачують насосом через вимiрювальну трубку, стiнки яко!' обiгрiвають за допомогою електричних сек-цшних нагрiвачiв.
Витрату дослiджуваноí рщини i щiльнiсть теплового потоку вимрюють на стiнцi вимiрювальноí трубки. На виходi з вимiрювальноí трубки вимiрюють температуру стiнки i середньомасову температуру дослщжувано! рiдини або температуру рвдини на осi трубки, i за цими значениями розраховують коефь щенти температуропровiдностi i теплопровiдностi.
До недолшв цiеí устави треба вiднести залежнкть шуканих величин (ко-ефiцiента температуропроввдносп i теплопровiдностi) вiд багатьох параметров, що значно ускладнюе процес вимрювання. Потрiбно вимiрювати витрату рвди-ни, тангенс кута нахилу залежностi змши температури стiнки по довжинi вимь рювально1 трубки (температурний коефiцiент). Крш цього, витрату рiдини i температурний коефiцiент потрiбно пiдтримувати постiйними, оскшьки íх змiна знижуе точнiсть вимрювання.
Мета роботи - створити на базi розроблених методологiчних пiдходiв ви-мiрювальний перетворювач теплофiзичних характеристик рщин, який реалiзуе порiвияльний спосiб вишрювання, що дасть змогу пiдвищити точнкть вимрю-вання теплофiзичних властивостей рухомо1 рiдини, а також, внаслiдок спро-щення вимiрювальноí схеми, значно шдвищити надiйнiсть.
Виклад основного матерiалу. Розглянемо вишрювальну трубку, через яку протшае дослiджувана рiдина i на стшки робочо1 дшянки яко1 дають тепловим потоком, що створюеться, наприклад, електричним нагровачем. При цьому температура стшки буде доршнювати
гс = г„+кх-X, (1)
де: 1с - температура стшки вишрювально1 трубки; 1п - початкова температура стшки, яка в деяких випадках дорiвнюе температурi рвдини /0 на входi у вишрювальну трубку; Кх - температурний коефщент, що доровнюе тангенсу кута нахилу залежносп змiни температури стшки ^ по довжинi вимiрювальноí трубки; X - довжина трубки.
Для цього випадку можна записати [3]:
К -Ш 2 К -Ш 2
ах = 0,09375-Кх Шх Пх або ах = 0,0573-Кх Ш Пх ; (2)
Дгх Дгх
1 = 0,375-або 1 = 0,229-, (3)
Дгх Дгх
де: ах - температуропровiднiсть дослiджуваноí рщини; 1х - теплопровiднiсть
. ... - 4 - ех . .... ...
дослiджуваноl рiдини; Шх = —- середня швидкiсть течil дослiджуваноl рiди-
p-dx
ни у вимiрювальнiй трубцi; gx - витрата дослiджуваноí рiдини; dx - внутршнш
358 Збiрник науково-техшчних праць
дiаметр вишрювально1 трубки; qx - густина теплового потоку на стшщ вишрю-вально1 трубки; Atx - рiзниця мiж температурою дослiджуваноí рiдини на ос ви-мiрювальноí трубки i температурою стшки; Dtx - рiзниця мiж середньомасовою температурою дослiджуваноí рiдини i температурою вишрювально1 трубки.
Питомий тепловий потiк на стiнцi теплообмiнноí дшянки вимiрювальноí трубки з дослiджуваною рщиною визначають за формулою [3]
_ (tx - t0x) • Cx' Px' gx (4)
qx _ , J ' (4)
p ■ lxdx
де: Tx - середньомасова температура дослщжувано!' рiдини на виходi з вимрю-вально1 трубки; t0x - температура рщини на вход у вишрювальну трубку; Cx -питома теплоемнкть дослiджуваноí рiдини; px - густина дослщжувано1 рiдини; lx - довжина теплообмiнноí дiлянки вимiрювальноí трубки. Основними тепло-фiзичними характеристиками технолопчних рiдин е температуропроввдшсть, яка слугуе мiрою íx теплоiнерцiйних властивостей i теплопроввднкть.
Пропонуемо за основу для розроблення вимiрювального перетворювача цих теплофiзичниx характеристик взяти схему, яка мктить у своему складi дв однаковi трубки постiйного перетину. Дослiджувану та еталонну рiдини про-пускають з однаковими витратами через трубки, причому температури рiдин на входах у вишрювальш далянки пiдтримують однаковими.
Щд час вимiрювання теплопровiдностi дослiджуваноí рщини на стiнки трубок впливають тепловими потоками, густини яких пiдтримуються рiвними мiж собою. Пiд час вишрювання температуропровiдностi дослiджуваноí рiдини густини цих теплових потоков регулюють так, щоб у кiнцi вимiрювальниx трубок температури дослщжувано1 та еталонно1 рвдин, вимiрянi на осях трубок, були рiвними мiж собою.
Потш вимiрюють рiзницi температур мiж осями i стшками вимiрювальниx трубок на виход^ вiдповiдно, для дослiджуваноí та еталонно1 рiдин, i за вщно-шенням вимiряниx рiзниць температур визначають шукану теплофiзичну характеристику. Замкть вказаних рiзниць температур можна вишрювати рiзницi мiж середньомасовою температурою кожно1 рiдини i температурою стшки труби на виходо Запишемо рОвняння (2) i (3) для еталонно1 рщини i розв'язавши обидв системи рОвнянь, отримаемо:
Kx-Wx-dx Ate Kx-Wx-dx■ Ale,
ax _ ae--=-, ax _ ae--=-—; (5)
KeWe^de ■ Atx KeWe^de^ Atx
l _ l qx dx Ate l _ l qx dx Ate (6)
qede- Atx' qede- Atx'
де: ae - температуропроввднкть еталонно1 рвдини; 1e - теплопровщнкть ета-
_ 4 ■ g
лонно1 рщини; We _ —Щт - середня швидккть течп еталонно1 рОдини у вимрю-
p■ de2
вальнш трубщ; ge - витрата еталонно1 рвдини; de - внутршнш дОаметр вимрю-вально1 трубки; qe - густина теплового потоку на стшщ вишрювально1 трубки
з еталонною рОдиною; Ate - рОзниця мОж температурою еталонно! рвдини на ос
вимiрювальноí трубки i температурою стiнки; А и - рiзниця мiж середньомасо-вою температурою еталонно'1 рiдини i температурою вимiрювальноí трубки.
Дослiджувану та еталонну рiдини пропускають з рiвними витратами через однаковi вимiрювальнi трубки, тобто можемо записати:
Жх = Же; (х = (е. (7)
Крт цього, пiд час вимiрювання теплопровiдностi до^джувано'1 рiдини забезпечують однаковi густини теплових потокiв на стшках теплообмiнних дь лянок вимiрювальних трубок (дх = де), а тд час вимiрювання температуропро-вiдностi дослщжувано'1 рiдини - однаковi температурнi коефiцieнти (Кх = Ке).
На рисунку наведено принципову схему пристрою для реаизацп запропо-нованого методу вимiрювання теплофiзичних характеристик рiдин.
Рис. Принципова схема вимiрювального перетворювача теnлофiзичних характеристик рiдин
Пристрш складаеться з резервуарiв 1 i 2, насосiв 3 i 4, термостата 5, задава-чiв витрати 6 i 7 i вимiрювального пристрою 8, який мае двi трубки 9 i 10, на яких встановлено водяш сорочки 11 i 12. У коло джерела струму 15 пщ'еднано паралельно нагрiвачi 13 i 14, потужнос^ яких регулюються з допомогою реос-татiв 16 i 17 i контролюються амперметрами 18 i 19. Вимiрювачi 20 i 21 се-
редньомасово1 температури i термопари 22 пiд'eднано до вишрювача сшвввдно-шення 23 i нуль-iндикатора 24, вiдповiдно.
Вимiрювання виконують так. Дослiджувану та еталонну рвдини, вщповвд-но - iз емностей 1 i 2, прокачують насосами 3 i 4 через термостат 5, де вони т-д^шаються до певно1 температури. Потiм дослщжувану та еталонну рiдини пропускають через вимiрювальний пристрiй 8, вiдповiдно через вишрювальш дiлянки трубок 9 i 10. При цьому витрати дослiджуваноí та еталонно!' рiдин шд-тримують однаковими за допомогою задавачiв витрати 6 i 7, вiдповiдно. 1зотер-мiчнi дiлянки вимiрювальних трубок 9 i 10, створюванi водяними сорочками 11 i 12, слугують для отримання усталеного режиму з параболiчним профшем швидкостi для обох рщин. Вплив тепловими потоками на стшки робочих дшя-нок вимiрювальних трубок 9 i 10 здiйснюють, вщповвдно, за допомогою елек-тричних на^вачш 13 i 14, що мають однаковi електричнi та геометричнi характеристики.
Тепловi потужностi, що видiляються на^вачами 13 i 14, регулюють ввдпо-вiдно за допомогою реостатiв 16 i 17 доти, поки на виходi вимiрювальних трубок 9 i 10 середньомасовi температури рiдин, вимiрянi термопарами 22, не бу-дуть рiвнi мiж собою. Ршнкть цих температур контролюють нуль-iндикатором 24. На виходах вимiрювальних дшянок трубок 9 i 10 рiзницi температур мiж температурами дослiджуваноí та еталонно!' рiдин на осях цих трубок або се-редньомасовими температурами рщин i температурою стшок вимiрюють за допомогою термопар 22, встановлених на стшках вимiрювальних трубок 9 i 10 i вимiрювачiв 20 i 21 середньомасово!' температури. Сигнали з термопар 22 пода-ють на вишрювач спiввiдношення 23, який реалiзуe операцiю далення вишря-них рiзниць температур, внаслiдок чого отримують шукану величину.
За одержання розрахункових спiввiдношень використано той факт, що на вишрювальнш дiлянцi трубки розподш температур по стiнцi пiдпорядковуeться лшшному закону. Виконання рiвностi тангенсiв купв нахилiв цих лiнiйних за-лежностей для двох вимiрювальних дiлянок забезпечуеться рiвнiстю середньо-масових температур еталонно!' та дослiджуваноí рiдин на входах i виходах вимь рювальних дшянок. Для реалiзацií умови = шдтримують ршними елек-тричш струми в обмотках нагршачш.
Розрахунковi формули мають вигляд:
—4 —
Дtx
(8)
1х = 1 1х = 1 (9)
к!х —гх
де: Дt - рiзниця температур рiдини на осi трубки i температури стiнки на вихо-дi з вимiрювальноí дшянки; ДГ - рiзниця середньомасово! температури рщини i температури стiнки на виходi вимiрювальноí дшянки; ' - iндекс, який вказуе на належнiсть величини до випадку вимiрювання температуропровщностц - те ж, для випадку вимiрювання теплопроввдностц х - iндекс, який вказуе на належ-нiсть величини дослщжувашй рщинц е - те ж, для еталонно1 рiдини.
а,- = а
а^ = а
х
е
х
е . —
Дtx
Пiд час ре^зацп способу вимiрювальними трубками е двi однаковi мiднi трубки i3 внутрiшнiм дiаметром d = 4 мм i зовнiшнiм дiаметром d0 = 6 мм. Дов-жини iзотермiчних дшянок, що iнтенсивно омиваються теплоносiем постiйноï температури (наприклад, водою за 20 °С), для обох трубок дорiвнюють 200 мм. Довжини дшянок дорiвнюють 1000 мм. На них розмщет нагрiвачi, намотанi з тхромового дроту дiаметром 0,8 мм з кроком 1,0-1,6 мм. Нагрiвачi тепло-iзольованi вiд навколишнього середовища шаром скловолокна.
Як еталонну рщину використовують толуол, теплофiзичнi характеристики якого вивчено досить точно. За допомогою розробленого перетворювача вимь ряно теплофiзичнi характеристики води та бензолу. Отримаш результати добре узгоджуються з вщомими даними. Згiдно з отриманими даними, похибка вимь рювань не перевищуе 2-3 %.
Висновки. Пiдвищення точносп досягаеться скороченням числа вимiрю-ваних величин за рахунок вiдносних вимрювань. При цьому, порiвняно з абсо-лютним способом вимiрювання, виключаеться не тшьки вимiрювання витрати рiдини та дiаметра трубки, але i тангенса кута нахилу температурно1 залежностi температури стшки по довжини вимiрювальноï трубки, що було джерелом значно1 похибки.
Лггература
1. Пономарев С.В. Методы и устройства для измерения эффективных теплофизических характеристик потоков технологических жидкостей / С.В. Пономарьов, С.В. Мищенко. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 1997. - 249 с.
2. Пономарев С.В. Теоретические и практические аспекты теплофизических измерений : монография в 2 кн. / С.В. Пономарев, С.В. Мищенко, А.Г. Дивин. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та. - 2006. - Кн. 2. - 216 с.
3. Пономарев С.В. Теоретические и практические основы теплофизических измерений : монография / С.В. Пономарев, С.В. Мищенко, А.Г. Дивин, В.А. Вертоградский, А.А. Чуриков; под ред. С.В. Пономарева. - М. : Изд-во ФИЗМАТЛит, 2008. - 408 с.
4. Авторское свидетельство 560172 СССР, МКИ G 01 N 25/18. Способ определения теплофизических свойств движущейся жидкости / В.В. Власов, М.В. Кулаков, С.В. Пономарев, А.В. Трофимов, С.В. Мищенко. (СССР), № 2010346/25; заявл. 01.04.74; опубл. 30.05.77, Бюл. № 20.
Василькивский И.С., Фединец В.А., ЮсыкЯ.П. Измерительный преобразователь теплофизических свойств жидкостей
Рассмотрены теоретические основы построения измерительного преобразователя теп-лофизических свойств жидкостей в процессе ламинарного течения с использованием сравнительного метода измерения, что позволит повысить точность и упростить процесс измерения по сравнению с известными решениями. Приведено описание принципиальной схемы и значение конструктивных параметров разработанного преобразователя теп-лофизических свойств жидкостей. Описан порядок проведения измерений и приведены расчетные формулы для определения теплопроводности и температуропроводности жидкостей. Приведены результаты экспериментальных исследований теплофизических характеристик жидкостей с использованием разработанного преобразователя.
Ключевые слова: теплофизические свойства, температуропроводность, теплопроводность, тепловое сопротивление, исследуемая и эталонная жидкость, измерительный преобразователь.
VasylkivskyiI.S., Fedynets V.O., Yusyk Ya.P. Measuring Transducer of Thermophysical Properties of Liquids
The article provides the theoretical bases of construction of the measuring transducer of thermophysical properties of liquids in laminar flow using the comparative method of measurement that will help improve accuracy and simplify the measurement process compared to the known solutions. The article describes basic configuration and design value of the developed transducer of thermophysical properties of liquids. The article shows the measurement procedure and provides formulas to determine the thermal conductivity and diffusivity of liquids. The results of experimental studies of thermal characteristics of liquids using the developed transducer have been provided.
Keywords: thermophysical properties, thermal diffusivity, thermal conductivity, thermal resistance, studied and calibration liquid, measuring transducer.
УДК 656.22
МОДЕЛЮВАННЯ БАГАТОЕТАПНО1 СИСТЕМИ
ТРАНСПОРТНИХ ПЕРЕВЕЗЕНЬ В.С. Джус1, А.Р. Мтянич2,1.М. Гончар3, О.В. Джус4
Надання сучасних послуг з перевезення пасажирiв здебшьшого зумовлюе потребу розглядати питания таких перевезень рiзними видами транспорту в комплекс^ При цьому намагаються досягнути сшльно! мети - яюсного обслуговування пасажирiв. Крiм цього, оргашзащя роботи з планування таких перевезень передбачае можливють зменшення експлуатацшних витрат. Одним з важливих еташв виршення проблеми надання яюсних транспортних послуг е розроблення математично! моделi багатоетапно! системи перевезень рiзними видами транспорту з урахуванням основних положень транспортно! лопстики.
Ключовi слова: транспортний засiб, перевезення, математична модель, швидкiсть, безпека, собiвартiсть, очжування, багатоетапна система.
Вступ. Забезпечення ефективно!' взаeмодií мiж рiзними транспортними за-собами для перевезення пасажирiв потребуе пошуку ефективних технологiй планування не тальки оптимального розкладу руху залiзничного транспорту, але й узгоджувати його з маршрутами i розкладом руху мкьких перевiзникiв. Така оргашзащя роботи (планування), яка передбачае можливкть зменшення експлуатацшних витрат у залiзничних пасажирських перевезеннях, дасть змогу збшьшити íх дохвдну частину.
Аналiз дослщжень. Дослiдження у царинi органiзацií транспортних перевезень здебшьшого вщокремлено i незалежно розглядають питання перевезення пасажирiв залiзничним, автомобшьним та мiським комунальним транспортами. Зовсш вiдокремлено або поверхнево аналiзують питання мiських автомобшьних перевезень, наземного i тдземного електротранспорту, хоча вс цi способи i за-соби перевезень переслiдують тальки одну мету - швидке, безпечне, дешеве i комфортне обслуговування пасажирiв. Кожен iз названих засобiв пасажирських перевезень дбае виключно про сво1 корпоративш iнтереси, якi зумовленi однако-вими для всiх них критер1ями: мшшальш витрати на експлуатащю транспортних засобiв; зростання пасажиропотоку; отримання максимального прибутку.
1 доц. В.С. Джус, канд. техн. наук;
2 ст. викл. А.Р. Мшянич, канд. техн. наук - Львгвська фшя Дншропетровського НУ зашзничного транспорту;
3 доц. 1.М. Гончар, канд. техн. наук - НЛТУ Украши, м. Львгв;
4 зав. лаб., ст. судовий експерт О.В. Джус - Львгвський НД1 судових експерти
