CC BY
69
№ 11 - 12 листопад - грудень 2011
модернизация зданий массовых застроек по типовым сериям и других, данная тематика не отодвигается на второй план. Решение данной проблемы требует проведения широкого комплекса теоретических и лабораторных исследований, для чего необходимо объединять усилия ученых и специалистов различных отраслей науки и практики.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Шутенко Л. Н. Технологические основы формирования и оптимизации жизненного цикла городского жилого фонда (теория, практика, перспективы) / Л. Н. Шутенко. - Харьков: Майдан, 2002. - 1054 с.
2. Тян Р. Б. Подовження життєвого циклу цивільних будинків підсиленням з надбудовою та термореабілітацією / Р. Б. Тян, В. Т. Шаленний, І. Ф. Огданський, Р. Б. Папірник // Будівельні конструкції. Вип. 54. - К. :, 2001. - С. 697 - 884.
3. Шкинев А. Н. Аварии на строительных объектах, их причины и способы предупреждения / А. Н. Шкинев. - М. : Стройиздат, 1976. - 375 с.
4. Физдель И. А. Дефекты в конструкциях, сооружениях и методы их устранения / И. А. Физдель. - М. : Стройиздат, 1987. - 336 с.
5. Савйовский В. В. Техническая диагностика строительных конструкций зданий / В. В. Савйовский. - Харьков: Изд-во «ФОРТ», 2008 г. - 552 с.
УДК 004.942:519.87:641.523
МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ТЕПЛОВОЛОГОЇ ОБРОБКИ НІЗДРЮВАТО-БЕТОННИХ ВИРОБІВ В АВТОКЛАВІ
Л. І. Чумак, к. т. н., доц., І. О. Бацун, маг.
Ключові слова: математичне моделювання, тепловолога обробка, температура, регулювання, автоклав
Постановка проблеми. Стадія тепловологої обробки в технологічному процесі виробництва ніздрюватобетонних виробів є однією з найважливіших, тому що саме тоді відбувається процес наростання міцності готової продукції. Для того щоб отримати вироби необхідної міцності, потрібно чітко дотримуватись режиму тепловологої обробки. Для організації процесу тепловологої обробки в автоклаві, а також його автоматизації необхідний кваліфікований підхід. Оскільки, процес тепловологої обробки найбільш довготривалий, він визначає не тільки якість виробів, а й економічну ефективність усього виробництва.
Аналіз публікації. У зв’язку з вищенаведеним слід провести дослідження математичної моделі процесу тепловологої обробки ніздрюватобетонних виробів із використанням сучасних інформаційних технологій, а саме програми МАТЬАБі пакета моделювання динамічних систем Simulink.
Мета. Розробити математичну модель процесу тепловологої обробки ніздрюватобетонних виробів, яка б забезпечила його регулювання, для того щоб підвищити якість готової продукції.
Виклад основного матеріалу. Тепловолога обробка є одним з основних етапів у виготовленні виробів із ніздрюватого бетону. В умовах сучасної економіки автоматизація системи тепловологої обробки ніздрюватобетонних виробів є одним із головних напрямів виробництва.
Під час термообробки ніздрюватобетонних виробів під тиском температура середовища в автоклаві має змінюватись за жорсткою програмою відповідноз технологією виробництва. Температура регулюється впуском та випуском насиченої пари. Сам процес тепловологої обробки проходить в декілька етапів: підйом температури від 30 до 100°С,
підвищеннятемператури від 100 до 183°С, ізотермічний прогрів за 183°С, етап зниження тиску, охолодження. Тривалість процесу тепловологої обробки залежить від особливостей режимів обробки в автоклаві.
Складання рівнянь, які зв’язують статичні та динамічні процеси, що проходять у матеріалі під час тепловологої обробки, потребують виконання основних фізичних законів. У даному випадку таким є рівняння, що описує динаміку автоклаву та виводиться з умов матеріального балансу:
54
Вісник ПДАБА
d(yY) = (Gnp + G0T6)dt, (1)
де: V- об’єм автоклава;
Y - щільність пари в автоклаві.
Оскільки V=const, то рівняння динаміки набуде вигляду:
vft = Gap-Gm6, (2)
або у прирощеннях:
dAy
V-^ = AGup-AG0T6. (3)
Оскільки щільність пари у залежить від її тиску р, то доцільно перейти до регулювання саме за цим параметром.
Приймаючи процес політропічним (без втрат), отримаємо його рівняння:
Р Ро +
— = — = const,
уП уП
де n = 1,4 — показник політропи.
Продиференціюємо рівняння за зміннимир та у та прирівняємо до нуля:
— (еА=—А пРо
dt\rS/ rP1^ °'
Звідки:
л у0 л
Ду =----Ар.
пр0
Підставляючи отримані значення в рівняння, отримаємо:
Уо dAp
V—~T- = AGпР про dt р
Змінні (7пр та (70тб визначаються так:
Gup = /і(Рк.Р<"0;
Gqt6 Ґї (Р> Ратм< 01
AG,
отб
де: рк - тиск у котлі; р - тиск у автоклаві;
Ратм - атмосферний тиск; т та І - переміщення клапанів.
(4)
(5)
(6)
(7)
Якщо брати до уваги постійні значення змінних, отримаємо:
GUp = fifam);
Got6 fz(p, О-
Лінеаризуючи рівняння шляхом їх розкладання в ряд Тейлора, підставляємо в рівняння. Після чого перетворимо рівняння динаміки на рівняння з безрозмірними коефіцієнтами, увівши значення:
Ар Am АІ уо
<P = V'—;T = V
HO nLmax Lmax
. /^^отб ^ Gnp \ p 0
A = 1
В результаті отримуємо:
(dG отб ^^np\
dp dp )GV
nGmax
або
d<p
T° ~dt +A<P = i“1_/*2 d<p
T°~dt+<P = кфі ~ к2ІЛі ’
(8)
(9)
(10)
(11)
де: T - постійна часу об’єкта;
кі та к2 - коефіцієнти передачі об’єкта;
р1 та р2 - відносне переміщення регулювальних органів (приходу та відбору).
55
№ 11 - 12 листопад - грудень 2011
З виразу можливо побачити, що автоклав являє собою одноємнісний об’єкт із позитивним самовирівнюванням. Перехідний процес має експоненціальний характер[4].
Розробити і реалізувати блок-схему моделі процесу тепловологої обробки ніздрювато-бетонних виробів можливо за допомогою програми MATLAB 6.0 і пакета моделювання динамічних систем Simulink 4.0. Крім того, за допомогою цих засобів можливо визначити вплив режиму обробки на основні характеристики виробів [2; 3; 5].
Реалізація обчислень виконана в програмному середовищі MATLABSimulink, що дає можливість у наочній формі розв’язувати рівняння, які описують динаміку процесу. Блок-схема математичної моделі процесу тепловологої обробки виробів в автоклаві наведена на рисунку 1.
Рис. 1. Блок-схема моделі тепловологої обробки ніздрюватобетонних виробів, реалізована
в середовищі Simulink
Вихідною величиною на графіку є температура в автоклаві, це можна побачити на рисунку 2.
На графіку показаний процес зміни температури в автоклаві під час процесу тепловологої обробки. Згідно нього, температура спочатку поступово підіймається, доки не досягне максимального значення у 1830С, а потім залишається незмінною. Такий температурний режим не задовольняє технологічний процес, оскільки після ізотермічної витримки температура в автоклаві має поступово знижуватись.
Щоб досягти необхідного температурного режиму, пропонуємо у блок-схему автоклаву додати регулятор. Даний регулятор складається з блоків пакету моделювання динамічних систем. Реалізація процесу регулювання виконана у програмному середовищі MATLABSimulink, що дозволяє наочно спостерігати зміну температури всередині автоклаву. Блок-схема математичної моделі процесу тепловологої обробки ніздрювато-бетонних виробів з регулятором показана на рисунку 3.
56
Вісник ПДАБА
Рис. 3. Блок-схема моделі тепловологої обробки ніздрювато-бетонних виробів з регулятором, реалізована в середовищі Simulink
Результати моделювання процесу тепловологої обробки з уведенням регулятора можна побачити на рисунку 4.
Рис. 4. Графік динаміки зміни температури в автоклаві в час
Крім того, був отриманий графік сигналу управління. Він представлений на рисунку 5.
Із характеристики, наведеної на графіку (рис. 4), видно, що процес тепловологої обробки ніздрюватобетонних виробів поділяється на три основні періоди. Перший - період нагрівання, протягом якого температура поступово збільшується з початкової 30°С до 183°С. Другий період - ізотермічна витримка виробів, температура залишається рівною 183°С. Третій - охолодження.
57
№ 11 - 12 листопад - грудень 2011
Висновки. У ході роботи розроблена і реалізована в програмі MATLAB блок-схема математичної моделі процесу тепловологої обробки виробів із ніздрюватого бетону. Також запропоновано регулятор, за допомогою якого здійснюється регулювання температурного режиму обробки ніздрюватобетонних виробів в автоклаві. Побудова математичної моделі та введення регулятора дозволяють поліпшити якість процесу тепловологої обробки, внаслідок чого забезпечити необхідну міцність ніздрюватобетонних виробів.
ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Бушуев С. Д., Михайлов В. С. Автоматика и автоматизация производственных процессов: Учебник для вузов. - М. : Высшая школа, 1990. - 256 с.
2. Дьяконов В. MATLAB6: Учебный курс, СПб : Питер. - 2002. - 528 с.
3. Дьяконов В. Simulink 4. Специальный справочник, СПб : Питер. - 2001. - 592 с.
4. Нечаев Г. К., Пух А. П., Ружичка В. А. Автоматизация технологических процессов на предприятиях строительной индустрии. - К. : Высшая школа, 1979. -280 с.
5. Ткачев В. С., Ужеловський В. А. Применение информационных технологий для совершенствования управления электрической печи сопротивления // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. -Д. : ПДАБА, 2007. - № 4. - С. 45 - 50.
6. Численные методы решения строительно-технологических задач на ЭВМ: учебник / под ред. В. А. Вознесенского. - К. : Вища шк., 1989. - 328 с.
УДК. 624.134.1::168.1
ТЕОРЕТИЧНЕ ВИЗНАЧЕННЯ СИЛОВИХ ТА ЕНЕРГТИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ РІЗАННЯ ГРУНТУ ГВИНТОВИМ РОБОЧИМ ОРГАНОМ
О. І. Голубченко, к. т. н., доц., М. Е. Хожило, асп.
Ключові слова: гвинтовий робочий орган, планувальна машина, опір різання ґрунту, руйнування ґрунту, ґрунтова стружка
Актуальність проблеми. В Україні щорічне збільшення транспортних потоків вимагає значного зростання обсягів дорожнього будівництва [1]. У той же час будівництву нових доріг та реконструкції існуючих сприяє проведення в Україні Євро-2012. Якість виконання дорожніх робіт значною мірою залежить від планування земляного полотна на заключному етапі виконання земляних робіт.
Головною перевагою виконання планувальних робіт машинами безперервної дії є можливість розподілення ґрунту по поверхні під час зрізання нерівностей та засипання впадин або безперервне зрізання ґрунту та його транспортування за межі робочої машини.
Постановка проблеми. Для виконання планувальних робіт на землерийно-транспортних машинах безперервної дії широко використовуються активні гвинтові робочі органи з різальним ножем на зовнішньому боці гвинтової поверхні. Їх переваги полягають у можливості зрізання ґрунту та його осьового переміщення, отримання значної ширини виконання робіт на похилих поверхнях, а також у зменшеній матеріалоємності порівняно з робочими органами статичної дії.
Для обґрунтування раціональних параметрів гвинтових робочих органів для різання ґрунту потрібно мати залежності для визначення опору різання ґрунту, енергоємності робочого процесу, а також показника, який враховує якість виконання планувальних робіт. Слід відзначити, що основне навантаження на планувальне гвинтове робоче обладнання виникає у процесі зрізання ґрунту, який відрізняється від різання ґрунту робочими органами традиційних землерийно-транспортних машин, таких як бульдозер, автогрейдер тощо.
Мета статті. Отримати теоретичні залежності для визначення опору різання ґрунту та енергоємності робочого процесу гвинтового робочого органа планувальної машини.
Аналіз публікацій. На сьогоднішній день близькою за суттю проблематикою займалися вчені В. І. Баловнєв [2], Л. В. Красильников [3; 4], Е. В. Куриллов [5] та інші. В опублікованих працях містяться поодинокі викладки матеріалу, пов'язаною з методиками визначення опору прямолінійного різання ґрунту косим ножем.
Виклад основного матеріалу. Об’єм зрізаного ґрунту гвинтовим робочим органом залежить від його частоти обертання n та швидкості руху базової машини VM при постійній
58
