CC BY
15
мжроелектроншд : матер. 13-о! М1жнар. конф. CADSM 2013, 19-23 лютого 2013, Поляна, Украша / НУ "Львш. полиехшка". - Льв1в : Вид-во "Вежа i Ко", 2013. - С. 431-432.
Комарницкий М.В., Матвийчук Э.В., Теслюк В.Н. Структурная и физическая модели для автоматизированного проектирования подсистемы отдаленного управления мобильной робототехнической системой
Для проектирования подсистемы удаленного управления рассмотрены основные характеристики и области применения микрокомпьютеров, выбрана база для проектирования подсистемы. Разработана структурная схема и алгоритм работы подсистемы удаленного управления робототехнической системой. Построена модель на основе сетей Петри, которая позволяет исследовать динамику работы робототехнической системы. Проведен анализ данной сети с помощью построения графа достижимости. Представлена физическая модель реализации данной системы на базе микрокомпьютера Raspberry Pi, что позволило проверить корректность работы системы.
Ключевые слова: робототехническая система, удаленное управление, Raspberry Pi, сети Петри, физическая модель, структурная модель.
Komarnytskiy M. V., Matviichuk K. V., Teslyuk V.M. Structural and Physical Models for Automated Design Subsystem Remote Control of Mobile Robots Technical System
For remote control subsystem design the basic characteristics and purpose microcomputers are studied, the basis for designing subsystem is selected. A structural diagram and the algorithm of the subsystem remote control robotic system are designed. A model based on Petri nets, which allows exploring the dynamics of the robotic system, is constructed. The network is analysed by constructing the reachability graph. Physical realization of this model system based on Raspberry Pi microcomputer, allowing to check the correctness of the system, is presented.
Key words: robotic systems, remote controls, Raspberry Pi, Petri nets, physical model, structural model.
УДК 674.047 Acnip. А.М. Комбаров1 - НЛТУ Украти, м. Львiв
МЕТОДИКА ДОСЛ1ДЖЕННЯ ДИНАМ1КИ ЗМ1НИ ТЕМПЕРАТУРИ ДЕРЕВИНИ П1Д ЧАС НАГР1ВАННЯ
Подано характеристику рiзним способам на^вання деревини (конвективного, кондуктивного, радiацiйного та електричного) з огляду енерговитрат. Наведено обгрун-тування вибору породи деревини для експериментальних дослщжень процесу нагр1ван-ня. Конвективне на^вання характеризуемся змшним температурним полем у деревиш i описуеться диференцшним р1внянням тепропровщносп Фур'е. Для складання методики дослщження процесу нагр1вання потрiбно експериментальним або розрахунковим шляхом визначити вс величини, що е в розв'язку (у критерiальнiй форм^ рiвняння Фур'е. Для опису динамжи змши температури деревини в процес на^вання виведено математичну модель, що достатньо точно апроксимуе результати експериментальних дослщжень.
Ключовi слова: деревина, названия, теплопровщшсть, температуропровщшсть, волопсть, густина, питома теплоемшсть, математична модель, динамша змши темпера-тури.
Найбшьш поширеним, хоча i не нашнтенсившшим способом нагр1вання деревини е конвективний. Радiацiйний спосiб можна використати для тонких
1 Наук. кергвник: проф. П.В. Бшей, д-р техн. наук
Нащональний лкотехшчний унiверситет Украши
матерiалiв (наприклад шпон, картон) через те, що тепловi променi проникають тiльки на незначну глибину (до 7 мм) у деревину. Кондуктивний (контактний) споаб нагршання також можна рекомендувати тальки для тонких матерiалiв, тому що тривалий контакт нагрiвальноí поверхнi з матерiалом негативно впли-вае на його яшсш показники. Дiелектричний споаб нагрiвання е iнтенсивним, при цьому нагрiвання вiдбуваеться по всьому об'ему деревини (за умови одна-ково1 вологостi). Однак, пiд час даелектричного нагрiвання може вiдбутися не-контрольований процес сушiння. Таке нагрiвання е дуже енерговитратним (у 23 рази дорожчим за конвективне) i потребуе використання складного i дорогого обладнання [1-4].
Конвективне нагрiвання деревини характеризуеться нестащонарним теп-лообмiном всередиш матерiалу, i описуеться диференцшним ршнянням Фур'е, яке для пиломатерiалiв можна записати у спрощеному виглядi:
дг _ 1 д2г (.)
дг~СрдХ2' ( '
де: X - коефщент теплопровiдностi, Вт/(м°С); С - питома теплоемнiсть дереви-
3 д 2г
ни, Дж/(кг°С); р - густина (об'емна маса) деревини, кг/м ; —- - напрямок пото-
дх2
ку тепла вiдносно волокон (по товщинi матерiалу).
Зовнiшнiй теплообмiн описуеться ршнянням Ньютона:
б _а(гс - гПое)¥ -т„, (2)
де: а - коефщент теплообмшу мiж середовищем та поверхнею матерiалу, Вт/м2°С; гс, гпов - вiдповiдно, температура середовища i поверхнi матерiалу, °С; Р - поверхня теплообмiну, м2.
Сушильна камера, в якш проводиться нагршання деревини (пиломатерь ал1в i заготовок), е складною термодинашчною системою - середовищем, яке здшснюе свiй вплив на фiзичнi властивостi деревини. Термодинамiчна система повинна забезпечити проведения тепловологооброблення i сушiння за заданими режимними параметрами.
На термодинамiчну систему (середовище) впливають iншi складов^ а са-ме: теплова система, яка створюе режимнi параметри процесу нагршання: конструкщя сушильно1 камери, яка забезпечуе ефективне використання тепло-во1 енергií i об'ект дií середовища - матерiал з метою теплового оброблення або сушiння. Основним елементом теплово!' системи е теплообмiнник (калорифер), який повинен забезпечити не тальки теплом для нагршання матерiалу (бм), але i компенсувати втрати теплово! енергií через огородження, втрати теплово! енер-гií з вiдпрацьованим агентом оброблення, витрати теплово! енергií на початкове нагршання сушильно1 камери та обладнання, що е в шй. Якщо позначити всю кiлькiсть теплово1 енергií, яка передаеться у середовище через (бк), то тепловий коефщент корисно1 дií обладнання визначають за формулою
Лт _ Ом -100% (3)
<2к
Таким чином, температурний коефщент корисно1 дií визначае працез-датнiсть пiдведеноí теплоти, яку ще називають енергiею теплоти -
eQ = |
(4)
де: Тм, Тс - вiдповiдно температура noBepxHi MaTepi^y та середовища, К.
Для експериментальних дослiджeнь обрано двi породи - дуб i сосна. Ви-6ip експериментального мaтepiaлy обгрунтовуеться тим, що серед нaйбiльш по-ширених в УкраМ хвойних поpiд сосна займае перше мiсцe, а серед твердих листяних поpiд - дуб. Серед piзних видiв дуба нaйбiльшe поширений дуб чере-щатий, звичайний (Quercus robur L.), який займае 95 % плошд дубових лiсiв. Дуб вщнесено до юльцевосудинних ядрових порвд деревини, мае велику мщ-нкть, стiйкiсть до гниття, добре гнеться та мае гарну структуру. Через щ якостi деревина дуба широко використовують для виготовлення паркету, шпону, меб-л1в, у пасажирському вагоно- i сyднобyдyвaннi та бондарному виробнищга. Деревина дуба мае середню густину [5].
Деревина сосни звичайно! (Pinus sylvestris L.) належить до ядрових се-редньоважких хвойних порщ, яка нaйпошиpeнiшa на територп Украши. Ii використовують у бyдiвництвi як конструктивний мaтepiaл, для столярних i мебле-вих виробш, а саме: пиловних, вироби з клеено! масивно! деревини, плити, балки, вшна, двepi, сходи, покриття стш, пакувальний мaтepiaл, палети та паливш брикети. Для такого широкого використання деревини дуба i сосни необхщно дослiджyвaти 1х фiзичнi влaстивостi та !х вплив на процеси теплового оброб-лення [5].
Витрати на нагршання мaтepiaлy у фоpмyлi (3) визначають за формулою
де: m - маса мaтepiaлy, кг; C - питома теплоемнкть деревини, для середнього значения вологосп деревини (W, %) та середнього значения температури (t ,°С) у заданому дiaпaзонi - At, кДж/(кг °С); V - об'ем зразка деревини або всього ма-тepiaлy, що е в штабел^ м3; At - змiнa температури деревини шд час нагршанпя, °С; pW - густина (об'емна маса) деревини для дано! вологосп кг/м3.
За виразом (pVCDt) можна знаходити кшьккть теплоти потpiбнy для нaгpiвaния поверхневих або центральних шарш мaтepiaлy, коли вiдомa повер-хня нaгpiвaния (F, м2) глибина нагр1вання (Х, м) та питома теплоемккть шару деревини (кДж/кг°С).
Шд час дослвдженпя пpоцeсiв нагр1ванпя деревини необхвдно враховува-ти не тшьки склaднiсть будови деревини, але i широкий дiaпaзон змiни ii фiзич-них властивостей, як природних, так i набутих у пpоцeсi нагр1вання. Пiд час складання методики дослвдження теплового оброблення нeобхiдно визначати густину деревини (у вологому i абсолютно сухому сташ та умовно базисну), розподал вологостi деревини по товщиш мaтepiaлy, змiнy розподшу температур по товщиш мaтepiaлy, початкове та змшне значення температури середовища та мaтepiaлy. На бaзi цих експериментальних даних можна визначити коефь цiенти теплопроввдносп (А) i тeмпepaтypопpовiдностi (a) деревини, питому теплоемнкть деревини (С), ят входять в тeплообмiнний критерш Фур'е (Fo). Для визначення величини тeплообмiнного кpитepiю Бiо (Bi) або Нуссельма (Nu) потpiбно ще визначити коефщкнт тeплообмiнy за формулою
QM = mCDt = pVCDt, кДж
(5)
Нацюнальний лкотехшчний ун1верситет Украши
а =-Ом- кВт/м2град, (6)
F(tc - ' tnoe)t
де: F - площа теплообмiну, м2; т - тривалiсть нагршання, °С; tc - tn0>e - pÍ3Hrn^ температур мiж середовищем i поверхнею матерiалу, °С.
Безрозмiрна температура (0) - це е безрозмiрний комплекс величин
0 =ttC—x (7)
tc - to
де tc _ температура середовища, °С; t0 - початкова температура деревини °С; tX -температура деревини на вщсташ (х) вiд поверхнi матерiалу, °С.
Таким чином, будуть знайденi во величини, що входять в критерiальний розв'язок диференцiйного рiвняння Фур'е (1), тобто функцда
= f f X, Bi, Fo 1, (8)
tc - to V R J
де X/R - координата точки вимру температури (tX).
Динамiку змiни температури середовища в сушарщ можна визначити
шляхом розв'язку такого диференцшного рiвняння:
d0
T0 + 0(t) = Kn0p(r-to), (9)
dt
де: d0t) - змша температури агента сушiння в камерi за час (dT), °С/хв; т0 -dt
iнерцiйнiсть сушарки (транспортне запiзнення), хв; 0P - величина змши температури (збурення) в сушарцi, °С; Кп - коефщент передачi або реакцiя сушарки на вiдповiдне збурення.
Якщо ввдомими е складовi рiвняння (9), ят можна знайти тальки експе-риментальним шляхом, то розв'язок ршняння (9) можна представити в такому виглядг
0(t) = K n0p(t-to)
1 - e т
(10)
Однак апроксимащя експериментальних даних за залежнктю не дае точного опису характеру динамки нагр1вання сушильно! камери 1 матер1алу. Тому за результатами пошукових дослвдш, дощльно запропонувати шшу математич-ну модель, що точшше характеризуе температурний стан сушильно!' камери та матер1алу, що е в нш на даний момент часу - т
аГ
в* = 'о С11)
де: /0 - початкова температура (перед нагршанням) камери або матер1алу °С (коли /0>0°С); а, т - коефщенти р1вняння; N - показники степеня.
Висновок. Таким чином, отриману математичну модель (11) можна ви-користовувати як розрахункову для опису змши температури, як сушильно!' камери, так 1 деревини тд час 11 початкового нагршання перед сушшням.
t-to
Лггература
1. Бшей П.В. Теоретичш основи теплово! обробки i сушшня деревини : монографш / П.В. Бiлей. - Коломия : Вид-во "Bis", 2005. - 364 с.
2. Бшей П.В. Сушшня та захист деревини : шдручник / П.В. Бшей, В.М. Павлюст. - Львiв : Вид-во "Кольорове небо", 2008. - 342 с.
3. Бшей П.В. Тепломасообмшш процеси деревообробки : шдручник / П.В. Бшей, 1.В. Петришак, 1.А. Соколовський, Л.Я. Сорока. - Львiв : Вид-во ЗУКЦ, 2013. - 376 с.
4. Бшей П.В. Теорш теплово! обробки деревини / П.В. Бшей, С.П. Кунинець, 1.А. Соколовський, Л.Я. Сорока, В.Д. Сиштович. - Льв1в : Вид-во ЗУКЦ, 2012. - 200 с.
5. Вштошв 1.С. Деревинознавство / 1.С. Biнтонiв, 1.М. Сопушинський, А. Тайшшгер. -Львiв : Вид-во "АпрюрГ, 2007. - 312 с.
Комбаров А.М. Методика исследования динамики изменения температуры древесины при нагреве
Дана характеристика различным способам нагревания древесины (конвективного, кондуктивного, радиационного и электрического) с учетом энергозатрат. Приведено обоснование выбора породы древесины для экспериментальных исследований процесса нагрева. Конвективное нагревание характеризуется переменным температурным полем в древесине и описывается дифференциальным уравнением тепропроводности Фурье. Для составления методики исследования процесса нагрева нужно экспериментальным или расчетным путем определить все величины, которые есть в решении (в критериальной форме) уравнения Фурье. Для описания динамики изменения температуры древесины в процессе нагревания выведена математическая модель, которая достаточно точно аппроксимирует результаты экспериментальных исследований.
Ключевые слова: древесина, нагревание, теплопроводность, температуропроводность, влажность, плотность, удельная теплоемкость, математическая модель, динамика изменения температуры.
Kombarov A.M. The Method of Studying the Dynamics of Temperature Change of Wood Heating
Different ways of wood heating such as convection, conduction, radiation, and electrical concerning power inputs are characterised. The choice of the wood species for experimental studies of the heating process is substantiated. Convective heating is characterized by variable temperature field in wood and is described by the differential Fourier equation of thermal conductivity. To compile research methodology of heating process it is necessary to make experiment or calculation to determine all the quantities that there are in solution in the form of the Fourier equation criterion. To describe the dynamics of temperature change during the heating of wood a mathematical model that accurately approximates the results of experimental studies is derived.
Key words: wood, heat, thermal conductivity, heat capacity, moisture content, density, specific heat, mathematical model, temperature changes.
УДК 628.2 Доц. О. С. Мачуга, канд. фЬз.-мат. наук - НЛТУ Украти, м. Львгв
МЕТОДИКА ОЧИЩЕННЯ В1ДСТ1ЙНИК1В КАНАЛ1ЗАЦ1ЙНИХ ОЧИСНИХ СПОРУД В1Д ЗАТВЕРД1ЛОГО САПРОПЕЛЮ
Сталий розвиток нерозривно пов'язаний з умшням ефективно очищати спчш води з вщход1в побуту та виробництва, а також утилiзувати тага вщходи. Економне вщнов-лення експлуатованих каналiзацiйних очисних споруд потребуе зокрема очищения та ремонту первинних вщстшннгав, заповнених затвердшпм сапропелем. Для реалiзацil такого завдання проаналiзовано низку пiдходiв. Запропоновано та апробовано методику очищення вщстшннгав за умови використання нескладного помпового обладнання втизняного виробництва, яка базуеться на розмпванш затвердших мас фекальними водами з верхньо! частини вщстшника та випуску тако! сумгш на муловi майданчики.
