CC BY
42
УДК 621.878.6
МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ПРОЦЕСУ РОЗВАНТАЖЕННЯ ГРУНТУ З КОВША СКРЕПЕРА З НАП1ВКРУГЛИМ ДНИЩЕМ
Л.А. Хмара, д.т.н., проф., С.В. Баев, д.ф.-м.н., проф., М.А. Стльник, асп.
Ключовi слова: скрепер, заднг стгнкиковша скрепера, розвантаження, дослгдження, математична модель
Постановка проблеми. Сучасне машинобудування спрямоване на створення енергоефективних машин для виконання рiзних робгг. Основними напрямками розвитку е: зниження енергозатрат на розробку грунту; збшьшення продуктивности тдвищення довговiчностi та надiйностi; розширення технолопчних можливостей та iн.
Традицiйнi способи розрахунку сил, як дiють при розвантаженш ковша скрепера, не дають можливостi описати процес повнiстю, а лише дозволяють розрахувати максимальне зусилля, потрiбне при розвантаженнi [1; 2]. Тому зусилля, як виникають у процес розвантаження, невiдомi.
Аналiз публжацш. Аналiзуючи конструкцiйнi особливостi вдосконалення ковша скрепера, слщ вiдзначити тенденцiю, спрямовану на пiдвищення ефективностi заповнення ковша. При цьому не розглядаеться проблема розвантаження грунту з ковша скрепера, яка також вимагае додаткових енерговитрат. Пщвищення ефективносп процесу розвантаження може бути досягнуте за рахунок удосконалення форми елемеш!в ковша, конструкци.
Мета статть Створення нового теоретичного способу розрахунку, який враховуе кшьюсть залишкового грунту в ковшi протягом усього перюду розвантаження.
Завдання. Розробити математичну модель процесу розвантаження ковша скрепера. Провести теоретичний аналiз процесу розвантаження ковша скрепера з метою анал^ичного визначення ддачого опору. Розробити алгоритм для розрахунку визначення опору розвантаження.
Виклад матерiалу. Для теоретичного розрахунку сил, як виникають при розвантаженнi ковша, за основу був узятий скрепер Д-357 iз примусовою системою розвантаження [3-5].
За основу для розрахунку процесу розвантаження приймаемо формули, отримаш К. О. Артем'евим [2].
Сила, необхщна для розвантаження грунту з ковша скрепера, обладнаного натвкруглим днищем, визначаеться за формулою (рис.1):
^ = Fд + ¥б + ¥Ст +
де Fд- сила тертя грунту по днищу ковша;
Fб- сила тертя грунту по бiчних стiнках ковша;
Fст- сила опору руху задньо! стшки;
F— сила шерци поступального руху маси грунту тд часувiмкнення мехашзму розвантаження грунту з ковша скрепера.
а б
Рис.1. Схема зусиль, якг д1ють при розвантаженш грунту з ковша скрепера,обладнаного натвкруглим днищем:а - вигляд збоку; б - вигляд спереду; 1 - ювш у заповненому сташ;
2 - об 'ем грунту в ковшг при тдкритт передшй заслгнцг Сила тертя грунту по днищу ковша
Е0 = = ¡л1 , де /1 — коефiцieнт тертя грунту по сталц
3
ц— геометрична мiсткiсть ковша в м ;
уг- об'емна маса грунту в природному заляганш в кг/м3.
За розрахункове положення приймаеться початок пересування задньо! стiнки при повному завантаженнi ковша грунтом i вщкритш переднiй заслiнцi.
Для розрахунку маси грунту, яка залишилася у ковшi скрепера, потрiбно зробити ряд допущень: пiсля вiдкриття передньо! заслiнки, у передшй частинi ковша грунт набирае форму природного вiдкосу; частина грунту, яка залишилася у ковш^ у верхнш частинi заповнюе кiвш повшстю без вiдкосiв вiд середньо! частини.
Поперечний перерiз ковша скрепера дае можливють визначити площу £(ad), яку займае грунт у ковшi (рис.2). Для розрахунку потрiбнi початковi даш: Нпл— висота ковша скрепера; И — вiдстань вiд осi шдвюу задньо! стiнки до рiвня грунту у ковшц Я — радiус донно! частини ковша скрепера; г — радiус, який описуе точка Е, розташована на серединi задньо! стшки; р — щiльнiсть грунту; угр — кут природного вщкосу грунту; аа, ас — кути, як задаютьсязалежно вiд параметрiв ковша скрепера та вказують на початкове та крайне положення задньо! стшки; Q — початковий об'ем грунту; 5'(оЛ) — об'ем вивантаженого грунту; А — точка крайнього положення задньо! стшки; В, В1 — точки, як визначають рiвень грунту в ковшi скрепера; С — точка початкового положення задньо! стшки; В — деяке положення задньо! стшки, при якому змшюеться рiвень грунту у ковшi (збшьшуеться значення И); 51 — площа верхнього сектора; 52— площа нижнього сектора. Пщрахунки дано! площi виконували за допомогою програми MathCad15.
Рис.2. Схема для розрахунку площг поперечного перергзу ковша скрепера,
яку займае грунт
Оскшьки отримаш значення дають результат лише по площi поперечного перерiзу ковша, який займае грунт, вираховуемо масу грунту:
Огр= Ууг - маса грунту. У=ВБ(аё) - об'ем грунту,
де В — ширина ковша скрепера;
8(аф- площа поперечного перер1зу ковша, який займае грунт.
[ ТТочаток Д
_ I ~~^
Ха=-11-соз(на) Уа=11-кт{аа) Ь=Уа-Н
X
Визттачагмо Хс
„2 („ Л . (* 1 Л. - (п Л . (я Л яЛ2
К ас* соя —* — ас — п-81п — — ас — ■*■ Хс-вт —■ — ас п-соз — — ас — —
I и У ) 2 ) I 2 ) и ) 2)
2 . 2 г= Хе +Ь
Визначаемй У
к3 - I /хсЧь2-^,^ - - у.^ [- м) + - „а] -
Вишачасмо УВ 1 УВ1=(ш1)
X
XI (У)- ас1,У
X
|"ТВ1(си5) |-Х2(Т) "'ь ■'ЭЩаЛ.ТГ)
X
82{пс1)=4(Яг-г>(П11-а1:)
8М)
X
X
X
с; -9,8 IV*,
I
I
8 (са)=ь - «а
X
кп кд 9,811
Рис. 3. Алгоритм розрахунку зусилля розвантаження грунту з ковша скрепера, обладнаного натвкруглим днищем
Сила тертя грунту об бiчнi стшки ковша:
Рб = 2
де Еа— активний тиск грунту на бiчну стшку ковша.
Еа =)>г
де Lk - довжинаднища ковша; H - висота наповнення ковша грунтом. Сила опору руху задньо! стшки [6-8]
де M— модуль моменту задньо! стiнки; h - плече сили Fcm. Сила шерци грунту:
—
F =~К
ст. "
F}
ЯВ1Г
де vc- швидкiсть руху задньо! стiнки (0,2 м/с);
^ час розгону (2 с).
Пiсля постановки складових величин остаточно отримаемо математичну модель для визначення зусилля розвантаження:
Р = р1! +2/л1Еа+М/Ь+ ^в ?'&1г.
Для розрахунку процесу розвантаження застосовували програмуMicгosoftExcel.
Алгоритм розрахунку зусилля розвантаження грунту з ковша скрепера з нашвкруглим днищем наведено на рисунку 3.
У результат розрахунюв отримано залежностi змши маси грунту в ковшi скрепера у процес його розвантаження (рис. 4). Даш залежносп дозволяють визначити кшьюсть грунту в ковшi скрепера при будь-якому положенш задньо! стшки.
0"103,кг
16
14 12 10
S
- \ 1
- 1
- 3
-
-
-
-
-
97 87,3 77,6 67,9 58,2 48,5 38,8 29,1 19,4 0,97 оЬдн.см
Рис.4. Залежмсть змши маси грунту G eid положения задньог стшки eidnocno довжини днища LdH скрепера Д-357(ц=8м3):1 - грунт щшьмстю 2000 кг/м3; 2 - грунт щшьмстю 1700 кг/м3; 3 - грунт щiльнicmю 1500 кг/м3
Залежшсть змши зусилля розвантаження вщ положення задньо! стшки вщносно довжини днища скрепера показано на рисунку 5. На вщмшу вщ традицшного розрахунку, теоретичш значення зусилля, яю виникають у перюд розвантаження, можна розрахувати для промiжного положення задньо! стшки вщносно днища ковша скрепера.
Висновки.1. Для розглянутого ковша скрепера розроблено математичш моделi процесу розвантаження, яю враховують: силу тертя грунту по днищу ковша; силу тертя грунту по бiчних стшках ковша; силу опору коченню ролиюв пiдвiсу задньо! стшки; силу шерци поступального руху маси грунту i задньо! стшки при ввiмкненнi механiзму розвантаження грунту з ковша скрепера; довжину днища; висоту ковша; щшьшсть набраного грунту; кут природного осипання грунту i дозволяють розраховувати залежнiсть змiни маси грунту вщ
положення задньо! стiнки вiдносно довжини днища скрепера, а також зусилля, необхщш для його розвантаження.
FX104,Н
N
S \ 1
s \
3
\
s
N
Л
1— —
97 87,3 77,6 67,9 58,2 48,5 38,8 29,1 19,4 0,97 оЬдн,см
Рис.5. Залежтсть змти зусилля розвантаження F eid положення задньог сттки в1дносно довжини днища Ьдн скрепера Д-357(ц=8м3):1 - грунт щiльнiстю 2000 кг/м3;
2 - грунт щшьмстю 1700 кг/м3; 3 - грунт щiльнiстю 1500 кг/м3
2. Теоретичний розрахунок дозволяе визначати: отр розвантаження для ковша скрепера з натвкруглим днищем; змшу маси грунту у ковшi вщ положення задньо! стшки вщносно довжини днища скрепера для щшьносп грунту 1500-2000 кг/м3.
3. Розроблений алгоритм для розглянутого ковша скрепера дозволяе розрахувати силу опору розвантаження.
ВИКОРИСТАНА Л1ТЕРАТУРА
1.Самоходные пневмоколесные скреперы и землевозы / Д. И.Плешков, С. Ф.Маршак, Э. Г. Ронинсон и др. - М.: Машиностроение, 1971. - 267 с.
2. Дорожные машины / Т. В. Алексеева, К. А. Артемьев, А. А. Бромберг [и др.]. -М.: Машиностроение, 1972. - Ч. I. Машины для земляных работ. - Изд. 3-е, перераб. и доп. - 504с.
3. Хмара Л. А. Конструктивные резервы повышения эффективности скреперов / Л. А. Хмара, С. А. Карпушин // Интенсификация рабочих процессов строительных машин : сб. науч. тр. - Д.: ПГАСА, 1998. - Вып. 4. - С. 51 - 57.
4. Лещинский А. В. Исследование принудительного способа разгрузки ковшей скреперов: дисс.... канд. техн. наук: 05.05.04 / А. В. Лещинский. - Омск: СибАДИ, 1972. - 143с.
5. Процесс выгрузки грунта из ковша скрепера : матер. Междунар.науч.-техн.конф. / Л. А. Хмара, М. А. Спильник.- Н.: Интерстроймех, 2013. - С. 204-206.
6. Бондаренко Л. М. Деформацшш опори в машинах / Л. М. Бондаренко, М. П. Довбня, В. С. Ловейкин //За ред. В. С. Ловейкина. - Д.: РВА «Дтпро -VAL», 2002. - 200с.
7. Тарг С. М. Краткий курс теретической механики : учеб. для втузов / С. М. Тарг. - 11-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 1995. - 416 с.
8. Кудрявцев Е. М. Детали машин : учеб. для студентов машиностроительных вузов / Е. М. Кудрявцев. - Л.: Машиностроение, 1980. - 464с.
SUMMARY
Statement of the problem. Modern engineering aimed at creating energy efficient machines to perform various operations. The main areas of development are: reduction of energy consumption for extraction of soil; increase productivity; increase durability and reliability; expanding technological capabilities and so on.
Traditional methods of calculating the forces acting at unloading scraper, make it impossible to fully describe the process, but only allows to calculate the maximum effort that is required when
loading [1; 2]. Therefore, efforts that occur during discharge are unknown.
Analysis publications. Analyzing the design features improve scraper should be a trend aimed at increasing the efficiency of filling the bucket. It is not the problem of unloading soil with a scraper, which also requires additional energy. Increasing the efficiency of the discharge can be achieved by improving the shape elements bucket design.
The purpose of the article. Create a new theoretical method of calculation which takes into account the amount of residual soil in buckets throughout the period of discharge.
Problems. Develop a mathematical model of unloading scraper. To conduct a theoretical analysis of the discharge scraper for the purpose of determining the current analytical support. Develop an algorithm for calculating the definition of resistance discharge.
Conclusions: 1. Scraper considered for the mathematical model of the process of discharge, taking into account : friction force of the soil in the bottoms of the bucket; force of friction of soil on the side walls of the bucket; rolling resistance force of the rollers suspension rear wall; inertia translational motion of the mass of the soil and the back wall when turning the unloading mechanism of soil scraper; the length of the bottom; the height of the bucket; dialed density of the soil; angle of crumbling soil and allow us to calculate the mass dependence of the soil on the position relative to the length of the back wall of the bottom scraper and the efforts that are required for its discharge;
2. Theoretical calculation allows to determine : the resistance to discharge scraper with a semicircular head; change in the mass of soil in buckets on the position relative to the length of the back wall of the bottom scraper for soil density 1500 - 2000 kg/m3.
3. Algorithm for reporting scraper allows you to calculate the resistance of the discharge.
REFERENCES
1. Samohodnyiepnevmokolesnyieskreperyiizemlevozyi / D. I. Pleshkov, S. F. Marshak, E. G. Roninsoni dr. - M. :Mashinostroenie, 1971. - 267 s.
2. Dorozhnyiemashinyi / T. V. Alekseeva, K. A. Artemev, A. A. Bromberg [i dr.]. - M. :Mashinostroenie, 1972. - Ch. I. Mashinyidlyazemlyanyihrabot. - Izd. 3-e, pererab.idop. - 504 s.
3. Khmara L. A.Konstruktivnyierezervyipovyisheniyaeffektivnostiskreperov / L. A. Hmara, S. A. Karpushin // Intensifikatsiyarabochihprotsessovstroitelnyihmashin : sb. nauch. tr. - D. : PGASA, 1998. - Vyip. 4. - S. 51
4. Leschinskiy A. V.Issledovanieprinuditelnogosposobarazgruzkikovsheyskreperov : diss....
kand. tehn. nauk: 05.05.04 / A. V. Leschinskiy. - Omsk: SibADI, 1972. - 143 s.
5. Protsessvyigruzkigruntaizkovshaskrepera : mater. Mezhdunar.nauch.-tehn. konf. / L. A. Hmara, M. A. Spilnik. - N. :Interstroymeh, 2013. - S. 204 - 206.
6. Bondarenko L. M.DeformatsIynIopori v mashinah / L. M. Bondarenko, M. P. Dovbnya, V. S. Loveykin // Za red. V. S. Loveykina. - D. : RVA «DnIpro - VAL», 2002. - 200 s.
7. Targ S. M.Kratkiykurstereticheskoymehaniki :ucheb. dlyavtuzov / S. M. Targ. - 11-e izd.,ispr. - M. :Vyissh. shk., 1995. - 416 s.
8. Kudryavtsev E. M.Detalimashin :ucheb. dlyastudentovmashinostroitelnyihvuzov / E. M. Kudryavtsev. - L. :Mashinostroenie, 1980. - 464 s.
УДК 519.6:504.3.054
РАСЧЕТ ЛОКАЛЬНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ПРИ ЧРЕЗВЫЧАЙНОЙ СИТУАЦИИВ ХРАНИЛИЩЕТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА
Н.Н. Беляев,*д. т. н., проф.,В.В. Беляева, ** к. т. н,. А.В. Берлов, ** инж.
* Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта
имени академика В. Лазаряна ** Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара
Ключевые слова:загрязнение атмосферы, численное моделирование, чрезвычайные ситуации
Постановка проблемы. Одним из потенциальных источников химического загрязнения атмосферы является Павлоградский химический завод, где хранится твердое ракетное топливо ракетной системы РС-22 (рис.1). Твердое топливо находится внутри специально
