CC BY
10Таким образом, методика диагностирования позволяет оценивать состояние ко--гсных пар по прокату (сколы, трещины, каверны, ползуны).
На участках пути с рельсовыми стыками при скорости поезда выше 60 км/ч перед гнзгностированием рекомендуется провести корректировку временных реализаций • :корений, измеренных на буксах и редукторе.
Создан опытный образец системы динамического мониторинга пассажирского вагона, на базе которого возможно создание и внедрение на сети железных дорог системы динамического мониторинга пассажирских вагонов.
Список литературы
[IJ Звягин А.Д., Волков И.А., Шайдуллин Ш.Н., Букин М.Н. Особенности диагностики колесо-моторных блоков локомотивов на ходу // Сб. научных трудов НФ ИМАШ РАН, НИЛИМ. -Н. Новгород, Изд-во общества «Интерсервис», 2004.
"2] Звягин А.Д., Букин М.Н. К вопросу создания бортовой системы диагностики колссно-v игорных блоков локомотивов // Вестник ВГАВТ, вып. 16 / Надежность и ресурс в машиностроении. - Н. Новгород, Изд-во ВГАВТ, 2006. - С. 103-106.
[3] Звягин А.Д., Калабин В.Ю. Система вибродиагностики колесных пар пассажирских вагонов Вестник ВГАВТ, вып. 16 / Надежность и ресурс в машиностроении. - Н. Новгород, Изд-во
ВГАВТ, 2006.-С. 167-170.
[4] Звягин АД, Калабин В.Ю. Некоторые результаты вибродиагностики колесных пар пассажирских вагонов с приводом генератора // Вестник ВГАВТ, вып. 16 / Надежность и ресурс в машиностроении. - Н. Новгород, Изд-во ВГАВТ, 2006. - С. 167-170.
[5] Звягин А.Д., Калабин В.Ю. Система вибродиагностики колесных пар пассажирских вагонов с приводом электрогенератора // Сб. научных трудов НФ ИМАШ РАН, НИЛИМ. - Н. Новгород, Изд-во общества «Интерсервис», 2005. - С. 99-109.
, ■ t г ,' ; ., ' • г' - .; /.* ¡1■
SYSTEM OF DYNAMIC MONITORING OF THE MOST RESPONSIBLE COACH UNITS AND DETAILS
A. D. Zvyagin, A. O. Vaganov, A. S. Trofimov
Methods and algorithms of diagnostics of the most responsible coach units and details on the move trains, means of gathering and the handlings of the measuring information used in diagnostics, the software for the purpose of dynamic monitoring system creation of the coach are considered.
УДК 621-192
Д. Н. Костюпичев, ассистент, ВГАВТ. 603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а.
МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПЫЛЕУНОСА ПЫЛЯЩИХ ГРУЗОВ ПРИ ИХ ОТКРЫТОМ ХРАНЕНИИ
В статье рассмотрена физическая модель процесса пылеуноса пылящих грузов с поверхности штабеля открытого склада. Показано, что предлагаемая физическая модель процесса пылеуноса позволяет спрогнозировать количественные характеристики пылевых выбросов, оценить величину потерь груза и оценить отрицательное воздействие открытого склада на окружающую среду.
Для разработки методики исследования процесса пылеобразования при хранении пылящих грузов на открытых складах, включающей моделирование пылевых потоков, и средств борьбы с пылением необходим анализ факторов и причин пыления.
Факторы, влияющие на интенсивность пылеобразования при хранении пылящих грузов на открытых складах можно разбить на две группы [2, 3]:
- физико-механические и химические свойства пылящего груза;
- способ хранения.
К основным физико-механическим параметрам и химическим свойствам сыпучих фузов, которые характеризуют их пылеобразующую способность, относятся:
- фракционный состав и форма частиц;
- влажность груза и его смачиваемость;
- плотность частиц, определяющая скорость их оседания;
- насыпная плотность груза.
Решающее влияние на интенсивность пылеобразования при открытом способе хранения сыпучих грузов оказывают параметры открытого склада: продолжительность нахождения груза на складе и характеристики ветровых потоков, воздействующих на склад.
В связи с этим важным этапом решения проблемы борьбы с пылью при открытом хранении сыпучих грузов является исследование процесса пылеуноса груза.
Обзор работ [3, 4, 5, 7, 9] показывает, что образующееся при воздействии ветра на штабель с сыпучим грузом пылевые потоки по концентрации и фракционному составу являются не постоянной, изменяющейся во времени структурой из-за различных скоростей осаждения крупных и мелких (аэрозольных) частиц.
Способность пылевидных фракций приходить во взвешенное состояние и скорость их осаждения зависит не только от крупности частиц, но и от их фактической плотности (см. табл. 1).
В работах [13, 14, 17, 18] также отмечается, что подавляющее большинство сыпучих грузов полидисперсны, фракционный состав образованных пылевых потоков будет также разнообразен. Аэрозольные частицы продолжительное время находятся во взвешенном состоянии, их количество в процессе хранения сыпучего материала в открытом штабеле постоянно увеличивается, что оказывает отрицательное воздействие на участвующих в перегрузочном процессе людей и окружающую среду. Решение задачи борьбы с пылевыми потоками, содержащими аэрозольные частицы, затруднено из-за низких скоростей осаждения данных операций.
Таблица 1
Скорость осаждения полидисперсных частиц различной плотности
Размер частиц, мм Размер осаждения, см/с
Плотность частиц 1 г/м3 Плотность частиц 2 г/м3
2 0,0129 -
4 0,050 0,096
5 0,072 0,150
10 0,303 0,600
20 2,200 -
30 - 5,320
40 4,710 8,350
50 - 14,100
100 24,700 45,600
300 - 185,000
Необходимо отметить, что процесс пылеобразования при воздействии ветровых потоков на открытый штабель с сыпучим грузом является недостаточно изученным процессом.
Прогнозирование пылевых выбросов при открытом хранении пылящих материалов требует, прежде всего, разработки физической модели, подобной конкретному объекту натуры.
Методы физического моделирования, основанные на теории подобия и размерностей, рассматриваются как приближенные методы анализа процессов при замещении реального объекта подобной ему моделью. Значимость этих методов возрастает при решении поисковых и прогнозных задач, когда структура и состав уравнений, описывающих процесс, не точны или недостаточно надежны. К числу таких задач относится образование пыле-воздушных потоков при открытом хранении пылящих сыпучих грузов.
Воспроизведение процесса в уменьшенных размерах по существу является физическим моделированием. Однако необходимо установить признаки, которые позволяют утверждать подобие процессов, протекающих в условиях разных масштабов системы. Качественные и количественные связи подобных явлений процесса пылеобразования можно установить в виде безразмерных отношений, называемых критериями подобия.
В соответствии с первой теоремой подобия инвариантность критериев подобия является признаком подобия объектов [1, 8, 10, 16].
Таким образом метод моделирования сводится к решению двух задач:
1) установить параметры модели, рабочий процесс которой был бы подобен рабочему процессу в натуре;
2) по результатам исследований на модели рассчитать параметры рабочего процесса, происходящего в натуре.
Процесс пылеобразования при открытом хранении пылящих навалочных фузов следует рассматривать как систему, включающую в себя следующие процессы:
- сдувание пылящего материала с поверхности штабеля открытого склада;
- распросфанение взвешенных частиц пыли вефовыми потоками.
В общем случае эти процессы не могут рассмафиваться как независимые, но решение задачи в таком виде является сложным и фудоемким. Поэтому будем считать, что указанные процессы системы независимы друг от друга, то есть решение задачи пылеобразования будем основывать на раздельном моделировании, которое апробировано в работах [5, 19].
Для определения критериев подобия необходимо выявить все парамефы, характеризующие изучаемые процессы. Совокупность определяющих парамефов, характеризующих процесс пылеуноса пылящего материала с поверхности открытого склада приведены з табл. 2.
Осуществление модели процесса пылеуноса пылящего материала с поверхности штабеля фебует выполнения следующих условий подобия:
- геомефического;
- взаимодействия вефа с поверхностного штабеля пылящим фузом;
- однозначности фаничных условий.
Геомефическое подобие означает, что отношение всех соответствующих длин в модели и натуре должны быть одинаковы. Поэтому геомефическое подобие имеет вид
где I н, I ^ - соответствующие длины соответственно в натуре и модели, м; к, - константа или масштаб геомефического подобия.
Таблица 2
Совокупность определяющих параметров процесса пылеуноса пылящего матери.1а с поверхности штабеля открытого склада
Наименование параметров Обозначение величины Единица измерения Формула размерности Обозначение масштабов подобия
Размеры открытого склада (штабеля) длина 1 К
ширина b м L к
высота h к
Скорость ветра V м/с LT1 к
Направление ветра относительно продольной оси штабеля Ф рад - к
Вес частицы СГ Н LMT2 к
Количество унесенной пыли в единицу времени я кг/с МТ1 к
Время ветрового воздействия t с Т к
Процесс сдувания пылящего материала с поверхности штабеля открытого склада можно описать уравнением:
q = f(e,b,h,v,<p,t,(r).
Согласно К -теореме количество критериев подобия, которое можно образовать из системы определяющих параметров находится /10/:
N = п-г,
где п - общее количество определяющих параметров, п = 8;
г - количество основных единиц измерения, содержащихся в определяющих параметрах.
За величины с основными независимыми размерами приняты I =[L],[M]°[T]°
U = [Ь]1[М]0[ТГ' СГ =[L]'[M],[T|'2
Для выбранных величин:
1 0 0
А = 1 0 -1
1 1 -2
Таким образом, количество критериев подобия для рассматриваемого процесса составит:
N = 8-3 = 5.
Вид критериев подобия определяется с помощью анализа размерностей, который -гзволяет находить критерии подобия не имея математического описания физическо-: таления, зная только от каких параметров оно зависит [8, 10, 11]. Для исследуемого явления критерии подобия имеют вид:
я,
д-и
= 1ПУ;
77, = — = Ш V;
77, = — = /«V;
ПА=(р = ШУ;
77 •
77, =-= ту.
5 I
На основе полученных критериев подобия, из которых П) является определяемым, можно составить критериальное уравнение процесса сдувания пылящего материала с поверхности штабеля открытого склада и соответствующие им индикаторы подобия:
д • и _ (Ь Ь. м>л
7 = к"'ки =1-1\ 1 1>
1
2 к,
л =
(рн
<рм
I = — = 1 •
1 ч . 1 >
= 1;
/5 =
*4 А:, -к,
к(
1.
Из полученных критериев подобия для процесса сдувания пылящего материала с
поверхности штабеля открытого склада критерий 77. =
ди
указывает на то, что
необходимо моделировать натурный материал, то есть создавать для модельных исследований эквивалентный натурному материал.
Процесс изготовления эквивалентных материалов весьма трудоемок и сложен. Поэтому предлагается в модельных исследованиях применять натурный материал, то есть применить, так называемое, неполное моделирование.
Таким образом, при использовании в модельных исследованиях натурного материала значение масштаба подобия ка необходимо принимать равным единице, то есть
К-1-
Учитывая, что ка =1 характеристики ветрового воздействия на склад в модели и
натуре, также должны быть одинаковыми, поэтому принимаем значения масштабных коэффициентов
К ~ ^ •
Для построения модели примем отношение модели к натуре равным масштабному коэффициенту кр.
Тогда процессы сдувания пылящего материала с поверхности штабеля открытого склада в модели и натуре будут подобны при следующих значениях масштабных коэффициентов
k(=kb=kh=kr .
Как показали экспериментальные исследования влияние масштабного фактора на процесс пылеуноса пылящего груза со склада для адекватности модели и натуры значение линейного масштабного фактора не должно превышать к( < 100 .
Подобие процесса распространения взвешенных частиц пылящего материала ветровыми потоками в модели и натуре будет достигнуто при одинаковых температуре и влажности окружающей среды и режиме перемещения окружающего воздуха.
Теперь можно сформулировать основные положения разработки физической модели процесса пылеуноса пылящих грузов с поверхности штабеля открытого склада:
- выполнить модель геометрически подобной натурному объекту;
- использовать при модельных исследованиях натурный пылящий материал;
- соблюдать одинаковыми в модели и натуре одинаковые характеристики ветровых потоков;
- соблюдать одинаковыми в модели и натуре температуру и влажность окружающего воздуха.
Таким образом, предлагаемая физическая модель процесса пылеуноса пылящих грузов с поверхности штабеля открытого склада еще на проектной стадии разработки открытых складов позволит [12, 15]:
- спрогнозировать количественные характеристики пылевых выбросов и оценить величину потерь груза;
- оценить отрицательное воздействие открытого склада с пылящими материалами на окружающую среду;
- выявить необходимость применения способов и технологических средств борьбы с пылеуносом и исследовать их эффективность;
- обосновать параметры открытого склада с учетом экологических требований.
Список литературы
[1] Алабужев, П. М. Теория подобия и размерности / П. М. Алабужев [и др.]. - М.: Наука, 1968. -184 с.
[2] Биргер, М. И. Справочник по пыле- и золоулавливанию / М. И. Биргер, А. Ю. Вальдберг, Б. И. Мягков. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 312 с.
[3] Бланк, Ю. И. Борьба с пылеобразованием в морских портах. Экспресс информация / Ю. И. Бланк, В. Я. Зилдман, В. А. Чикановский. - М.: Транспорт, вып. 552, 1984. - 24 с.
[4] Бобровников, Н. А. Защита окружающей среды от пыли на транспорте / Н. А. Бобровников. - М.: Транспорт. 1984. - 71 с.
[5] Бусленко, Н. П. Моделирование сложных систем / Н. П. Бусленко. - М.: Наука, 1976. - 146 с.
[6] Васин, В. J1. Влияние ветровой эрозии на запыленность атмосферы карьеров в условиях сухого и жаркого климата / В. JI. Васин, П. Д. Шилов. В кн. Опыт борьбы с загазованностью и запыленности карьеров/-М.: Цветметинформация, 1978. - С. 81-85.
[7] Ващенко, В. С. Состояние борьбы с запыленностью воздуха на складах руды / В. С. Ващен-ко, Ф. И. Данченко, В. П. Гайдук // в сб.: Вентиляция и очистка воздуха. - Вып. 7. - М.: Недра, 1972.-С. 12-14.
[8] Веников, В. А. О моделировании / В. А. Веников. - М.: Знание, 1974. - 89 с.
[9] Временна* методика установления допустимых выбросов пыли при перегрузке пылящих насыпных грузов в Новороссийском морском торговом порту / Одесса: Черноморниипроект, 1983. - 31 с.
[10] Гухман, А. А. Введение в теорию подобия / А. А. Гухман. — М.: Высшая школа, 1963. — 192 с.
[11] Кирпичев, М. В. Теория подобия/М. В. Кирпичев. - М.: Академия наук СССР, 1953. - 182 с.
[12] Костюничев, Д. Н. Прогнозирование потерь пылящих грузов при их хранении на открытых складах / Д. Н. Костюничев // Тез. докладов VIII Международной конференции «Образование, Экология, Экономика, Информатика». - Астрахань. - 2003. - С. 165.
[13] Кузьмич, А. С. Справочник по борьбе с пылью в горнодобывающей промышленности / А. С. Кузьмич. - М.: Недра, 1982. - 239 с.
[14] Лапшин, А. Е. Интенсивность пылеобразования на открытых складах / А. Е. Лапшин // Горный журнал. - 1992. - № 8. - С. 57- 60.
[15] Отделкин, Н.С. Определение воздействия на окружающую среду портовых открытых складов для хранения сыпучих грузов. / Н. С. Отделкин, Д. Н. Костюничев // Тез. докладов VII Международного научно-промышленного форума «Великие реки - 2005».- Н. Новгород. - 2005. - С. 56-57.
[16] Седов, Л. И. Методы подобия и размерности в механике / Л. И. Седов. - М.: Гостехиздат, 1981.-375 с.
[17] Сервацка, 3. Отдельные рекомендации по предотвращению пыления массовых сыпучих грузов/3. Сервацка// Тр.: Морского института ПНР, 1981, вып. 662. - С. 142-149.
[18] Теплицшй, Ю. С. Дисперсные системы со взвешенными частицами. Проблема масштабирования и коитерии гидродинамического подобия // Инженерно-физический журнал, т.72. -№2,-1999.-С. 312.
[19] Шинков, И. Н. К вопросу моделирования нестановившихся запыленных потоков / И. Н. Шинков // Инженерно-физический журнал. - 1972. - Т. 5. - № 6. - С. 45.
TECHNIQUE OF SIMULATION OF DUST CARRYING PROCESS OF DUST-FORMING CARGOS AT THEIR OPEN STORAGE
D. N. Kostyunichev
The physical model of dust carrying process of dust-forming cargos from a surface of outdoor storage stack is considered in the article. It is shown, that the offered physical model nf dust carrying process allows predicting quantitative performances of dust ejections, to estimate the amounts of cargo losses and to evaluate the negative effect of outdoor storage on the environment.
