CC BY
62
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2004 р. Вип. № 14
УДК 656.223.2
Парунакян В.Э.1, Дженчако В.Г.2
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ РАЗОГРЕВА ГРУЗОВ В КОНВЕКТИВНЫХ ГАРАЖАХ РАЗМОРАЖИВАНИЯ
Предложен расчет продолжительности разогрева смерзшегося груза в зависимости от величины смерзшегося слоя. Разработана методика по определению продолжительности разогрева, которая основывается на функциональной зависимости
Одной из особенностей схемы железнодорожного транспорта ряда металлургических комбинатов является наличие сырьевой станции, принимающей с внешней сети вагонопотоки с массовыми грузами, необходимыми для функционирования основного производства. Такая грузовая станция, примыкающая к внешней сети железных дорог, рассчитана на большой объем переработки гружёных вагонов. На такие станции приходится до 50 % времени оборота вагонов, что обуславливает необходимость обеспечения их эффективной работы. В зимний период при смерзании сырья и необходимости приводить его в состояние, пригодное для разгрузки на вагоноопрокидывателях, в технологическую цепочку грузовой станции включается новый элемент - гаражи размораживания. К таким станциям относится и станция Рудная ММК им. Ильича, обеспечивающая прием и разгрузку рудного сырья для аглофабрики. Взаимодействие с аглофабрикой - еще более осложняет работу станции, так как возникает необходимость подачи сырья не только в необходимом количестве, но и требуемого качества, прибывающего от разных поставщиков. Поэтому продолжительность операций, связанных с подачей вагонов в гаражи размораживания, разогревом груза, уборкой вагонов после разогрева оказывает дополнительное влияние на работу станции и затраты времени на прием и обработку вагонов. Исследования работы станции в зимний период показали, что наибольшие простои вагонов имеют место на выходе из приемо-отправочного парка (ПОП) перед их подачей в гаражи размораживания, составляющем в среднем 70 часов [1].
Поэтому в зимний период в качестве первоочередной меры необходимо сократить простой вагонов на выходе из ПОП, который непосредственно зависит от перерабатывающей способности гаражей размораживания (от их качественной и бесперебойной работы). Это требует детальной оценки существующей перерабатывающей способности гаражей размораживания [1].
Суточное число постановок в гараж вагонов со смерзшимся сырьем (К) зависит от степени смерзания грузов и, следовательно, от занятости гаражей одной подачей.
К=24/Т3 , (1)
где, Т3 - занятость гаража одной группой вагонов с учетом времени на собственно разогрев, подачу и уборку, ч.
В свою очередь
Т^^ + Ъ + Ху, (2)
где ^ - продолжительность размораживания одной группы вагонов, ч; 1:,, - время на постановку группы вагонов в гаражи размораживания, ч; ^ - время на уборку группы вагонов из гаражей размораживания, ч.
В сумме 1;п, не превышает 5 - 7 % от времени разогрева одной группы вагонов. Следовательно, наиболее важной величиной при расчетах перерабатывающей способности гаражей является продолжительность размораживания смерзшегося груза в одной группе вагонов.
Согласно существующей технологии продолжительность разогрева груза определяется по нормативным данным, принятым на основе расчетов, с учетом температуры окружающей среды и продолжительность нахождения вагонов с грузом в пути следования. Проведенный сопоставительный анализ нормативной и фактической продолжительности разогрева показал
1 ГТГТУ, канд. техн. наук, профессор
2 ГТГТУ, аспирант
существенные расхождения этих величин [2]. Это обусловлено тем, что в расчетах принимались усредненные данные не соответствующие конкретным условиям эксплуатации. Поэтому возникает необходимость определения продолжительности разогрева применительно к конкретным эксплуатационным условиям промышленных предприятий.
Анализ технической литературы показал, что имеются методики определения продолжительности разогрева [3,4], которые ориентированы на продолжительность разогрева для самых неблагоприятных условий. В других источниках [5,6] определение продолжительности разогрева основывается на математической модели прогнозирования продолжительности разогрева, принимающая в основу температуру окружающей среды, продолжительность нахождения вагонов с грузом в пути следования и глубину слоя смерзшегося груза.
В первом случае продолжительность разогрева увеличивается сверх минимально необходимой и обусловливает значительные энергозатраты, во втором вероятность получения надежных результатов при действии многих факторов невелика. Кроме того, расчеты осложняются значительным различием климатических условий, а также физико-механическими свойствами металлургического сырья.
На основании вышеизложенного возникает необходимость разработки достаточно простой (учитывающей ограниченное число факторов) и надежной методики определения продолжительности разогрева груза для климатических условий Приазовья.
Исследованиями установлено [3,4,5,6], что одним из основных факторов, влияющих на продолжительность разогрева груза (0 является глубина слоя смерзшегося груза (к). Поэтому в настоящей статье продолжительность разогрева определяется в зависимости от глубины слоя смерзшегося груза, то есть в основу методики принимается функциональная зависимость
Г=/(к) (3)
Установление такой функциональной зависимости требует сбора и обработки большого объема фактических данных. Указанные данные были получены на основании комплексных экспериментальных исследований, проведенных на станции Рудная ММК им. Ильича в зимний период 2002 - 2003 г.г. Исследовались вагоны с железорудным концентратом и железной рудой, прибывшие от различных поставщиков, при температуре от 0 °С до - 18 °С с различной продолжительностью транспортирования. Перед постановкой груза в гаражи размораживания в каждом вагоне измеряли величину слоя смерзшегося груза, с использованием специального приспособления с измерительной шкалой.
Для обеспечения достоверности и обоснованности результатов было произведено планирование эксперимента по известной методике [7]. В соответствии с планом эксперимента, каждая точка перегиба функции должна быть обоснована как минимум 5 экспериментами. Дальнейшие расчеты строились из предположения наличия двух перегибов, что потребовало выполнение не менее 10 экспериментов. Кроме того, было определено минимальное количество вагонов в каждом эксперименте, на которых проводились измерения глубины слоя смерзшегося груза и продолжительности разогрева. Для установления количества вагонов задавались надежностью Н = 0,95 и ошибкой А, взятой в долях стандарта с: при ошибке ±2с необходимо 4 измерения, при ошибке ±с необходимо 7 измерения, при ошибке ±0,5с необходимо 18 измерений. Перед подачей на разогрев состав делится на 2 - 3 части, т.к. вместимость секции гаражей размораживания составляет 22 вагона. Поэтому в каждом эксперименте производили 22 измерения. Учитывая, что груз прибывает с различными физико-механическими свойствами, эксперимент проведен с 12 группами вагонов. Для каждой группы вагонов вычисляли среднее значение величины слоя смерзшегося груза, что обеспечило достоверность результатов.
Итоговые данные результатов экспериментальных исследований приведены в таблице.
Для установления функциональной зависимости (3) использован метод наименьших квадратов, а минимальная величина суммы квадратов отклонений (Б), была определена по формуле:
У=1
где п - число эмпирических значений.
Таблица - Продолжительность разогрева в зависимости от величины слоя смерз-шегося груза._
№ Темпе- Продол- Величина Продол- № Темпера- Продол- Вели- Продол-
груп- ратура житель- слоя житель- груп- тура жительность чина слоя житель-
пы окружа- ность смерзше- ность пы окружаю- транспорти- смерзше- ность
ваго- ющей транспор- гося груза, разогре- ваго- щей рования с гося разогре-
нов среды, тирования см ва, ч нов среды, °С учетом про- груза, см ва, ч
°С с учетом стоя в ПОП,
простоя в ч
ПОП, ч
1 -18 103 1,7 12 7 -5 28,3 17,0 3,5
2 -15 39,9 2Д 9 8 -5 35,4 19,0 2
3 -5 56,4 2,9 10,2 9 -1 29,5 22,9 2
4 -4 63,4 7,2 4 10 -2 28,5 47,5 2
5 -2 30,2 8,2 6 11 -3 30,1 50,0 2
6 -5 52,6 11,2 4 12 -5 44 51,9 3
Функция /(к) представлена в виде полинома третьей степени
/(¡г) = а0 + а! ¡г + а2 к2+ а3 к3 (5)
Как следует из формул (3) и (4), величина зависит от коэффициентов а0, а¡, а2 и а3. а следовательно для обращения в минимум необходимо, чтобы выполнялись равенства:
дБ
да0
8 а 1 дБ да 2 дБ ба.
= "21 (
} = 1
= "21 (
т . - а 0 - а ^ - а 2к j - а 31г . ) = О т . - а 0 - о! Л . - а 2 /г 2 - а Ъ1г ^ ) к ^ = О
7=1
= "21 (
7=1
= "21 (
7=1
т . - а 0 - сг ■ - а 2 к 2 - а Ъ12 ^ ) /г 2 = О I ,. - Й„ - а,/1 . - ? - - )/г ■ = О
.7
7
(6)
1 " 7 " 2 " ] " 3 " ] После преобразования этих равенств получим следующую систему четырех уравнений:
и и п п
а0п + а^ + «гЕ + азЕ к) = Е т
а
7 = 1 7=1 7=1 7=1
п п п п п
Е + ^Е + «2Е Л;3 + ^Е = Е V;
7=1 7=1 7=1 7=1 7=1
п п п п п
«оЕ + а1Е К + ^Е + азЕ К = Е
7 = 1
7 = 1
7 = 1
7 = 1
7 = 1
(7)
«оЕ к) + агЕ + азЕ к) + ^Е = Е
7=1 7=1 7=1 7=1 7=1
Решение системы уравнений относительно неизвестных коэффициентов а0, а¡, а2 и а3— позволили найти искомую параболу. Для определения коэффициентов формулы (5) были рассчитаны параметры уравнений и решена система (7) относительно неизвестных а0, а¡, а2 и а3..
В итоге получена формула для определения продолжительности разогрева в зависимости от величины слоя смерзшегося груза (для железорудного концентрата и железной руды):
Ц = 12,242-1,046 к +0,032 к2-0,00032 к3, (8)
где к - глубина слоя смерзшегося груза при перевозке груза, см.
Графическая зависимость продолжительности разогрева от величины слоя смерзшегося груза представлена на рисунке.
1,ч
фактические значения —■—те оритичес к ие значения
Рис. - Зависимость продолжительности разогрева от величины слоя смерзшегося груза
На основе теоретических и фактических значений найдено их корреляционное отношение (//=0,931) и оценены его гарантийные границы (0,893<//< 0,971). На основе полученной формулы имеется возможность рассчитывать продолжительность разогрева для климатических условий Приазовья.
Контрольные проверки предложенной формулы были проведены в январе 2004 года при разогреве и разгрузке груза на станции Рудная и показали сходимость на уровне 0,96, что подтверждает правомерность и целесообразность ее практического использования. Наличие методики позволяет перейти к расчету перерабатывающей способности гаражей размораживания.
Выводы
1. Проведенные исследования позволили разработать методику определения продолжительности разогрева груза в зависимости от глубины слоя смерзшегося груза для конкретных условий Приазовья. Контрольная проверка показала достаточно высокую надежность ее применения.
2. Полученная методика рекомендуется для производственного использования и позволяет перейти к расчету перерабатывающей способности гаражей размораживания.
Перечень ссылок
1. Парунакян В.Э. Совершенствование процесса приема и обработки вагонопотока с сырьем грузовой станции металлургического завода в зимний период. / В.Э. Парунакян, В.Г. Джен-чако //Вюник ПДГУ: 36. наук. пр. - Вип. 13. - Мар1уполь, 2003. - 355 с.
2. Парунакян В.Э. Исследование процесса обработки вагонопотока с сырьем грузовой станции металлургического завода в переходные периоды. / В.Э. Парунакян, Ю.В. Гусев, В.Г. Гонтовой // Вюник ПДГУ: 36. наук. пр. - Вип. 11. - Мар1уполь, 2001. - 355 с.
3. Лепнев М.И. Грузы и мороз: (процессы смерзания и восстановления сыпучести грузов) / М.И. Лепнев, Э.П. Северинова - М.: Транспорт, 1988. - 143 с.
4. Растригин В.Н. Совершенствование работы гаражей по размораживанию грузов ЦНИИИи-ТЭИЧМ. / В.Н. Растригин, Д.В. Шатилов. - М.: Черметинформация, - 1987. - 243 с.
5. Маталасов С. Ф. Борьба со смерзаемостью металлургического сырья при перевозке по железным дорогам / С.Ф. Матасов. - М.: Металлургия, 1989. - 248 с.
6. Смирнов Е.К. Перевозка смерзающихся грузов по зарубежным железным дорогам. /Е.К. Смирнов, Ю.А. Носков - М.: Трансжелдориздат, 1982. - 112 с.
7. Веденяпин Г. В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. /Г.В. Веденяпин - М.: Колос, 1983. - 196 с.
Статья поступила 16.03.2004
