Переміщення щіткового інструмента під час оброблення внутрішньої поверхні труб малого діаметра Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Ляшеник А.В., Дадак Ю.Р., Самко Я.Е. Аспирационная система с регулируемой производительностью

Проведен анализ факторов, которые ограничивают границы регулирования производительности аспирационных систем. На основе кустовой конструкции разработана новая схема аспирационной системы с регулируемым расходом воздуха. Описан алгоритм ее работы. Сформулированы основные задачи дальнейших исследований.

Ключевые слова: аспирационная система, циклон, фильтровочная станция, древесная пыль.

LyashenykA.V., Dadak Yu.R., Samko Ya.E. Aspiration system with variable output

This article describes the factors that limit performance aspiration border control systems. Based on cluster structures developed a new scheme aspiration system with adjustable air flow. This article describes the an algorithm of its work. The main problem for further research.

Keywords: aspiration system, cyclone, filtration plant, wood dust.

УДК 621.643 Доц. А.Я. Кулiченко1, д-р техн. наук;

доц. В.С. Джус1, канд. техн. наук; доц. 1.М. Гончар2, канд. техн. наук

ПЕРЕМ1ЩЕННЯ Щ1ТКОВОГО 1НСТРУМЕНТА П1Д ЧАС ОБРОБЛЕН-НЯ ВНУТР1ШНЬО1 ПОВЕРХН1 ТРУБ МАЛОГО Д1АМЕТРА

Запропоновано новий щ™овий рухомий шструмент для оброблення труб малого дiаметра та розроблено модель iз наведеними розрахунками мехашки перем^ щення цього пристрою з обертовим ексцентричним вантажем.

Пщ землею прокладено тисяч1 метр1в труб для р1зних призначень. Внаслщок цього зросла потреба у впровадженш рухомих засоб1в для профшак-тичного огляду та ремонту труб у 1х внутршнш порожниш. Для труб великого д1аметра, призначених для використання на нафто- 1 газопроводах, водопроводах 1 трубопроводах канал1зацшного призначення 1з внутршшм д1аметром > 100 мм, на практищ застосовують низку способ1в 1 засоб1в очищування внут-ршньо! поверхш. До найбшьш дешевого 1 вщповщно найменш яюсного способу очищування вщ продуклв використання труби (вщ мшерал1зованого 1 мета-л1зованого нашарування, шлаку тощо) належить процес ручного очищення, що проводиться шляхом руйнування внутршшх вщкладень за допомогою кувалди та скребюв.

Мехашзований споаб попереднього грубого очищення полягае у вико-ристанш ланцюга типу Галя, на втулки яко1 насаджеш шарошки, як мають вшь-не обертання, внаслщок чого вони торкаються поверхш труби вама сво1ми шипами. Бшьш яюсним способом очищування е обробляння внутршньо1 порож-нини труб щетками з металевим ворсом. Принцип обробляння полягае у тому, що на штангу кршиться щ^тка, яка обертаеться, а д1аметр яко1 вщповщае внут-ршньому д1аметру труби. До високояюсного очищення варто вщнести тско- 1 гщроструменеве оброблення. Цей спошб е довол1 ефективним за умови застосо-

1 Львiвська фiлiя Дншропетровського НУ залiзничного транспорту iм. акад. В. Лазаряна;

2 НЛТУ Украши, м. Львiв

вування спещальних пристро!в, mi дають змогу обробляти порожнини по всiй довжинi труби. Це може бути: абразивне оброблення з використанням рiзних спецiальних абразив!в; шрото- i тскоструменева; пiскоструменева i3 застосу-ванням термонадуву; гiдропiскоструменева тощо.

На зм!ну традицшним, технологiчно складним i екологiчно шюдливим методам мехатчного, пневматичного, електроiмпульсного та хiмiчного очищення, як iстотно скорочують термш експлуатацп обладнання, прийшла технологiя очищування, розроблена нiмецькою компанieю "HAMMTLMANN", що проводиться за допомогою помп високого тиску, призначених для отримання води ви-сокого i надвисокого тиску, яка застосовуеться як iнструмент для очищення.

Голландська фiрма Hollo-Blast розробила установку, яка призначена для очищення труб iз внутрiшнiм дiаметром вщ 50,8 мм до 304,8 мм. У цш установ-цi вщсутт рухомi елементи, вона включае вмонтоване коротке сопло вентури, вольфрам - карбщ i вольфрам - карбщову заслiнку, для вiдбиття абразивного потоку по колу в 3600 Ця установка мае сопло дiаметром 1/2 (12,7 мм), що за-безпечуе потреби стисненого повiтря об'емом 5,66 м3.

Шведська фiрма Spin-Blast розробила установку для шротоструменевого очищення внутршньо! поверхнi труб дiаметром вiд 203,2 мм до 431,8 мм. Два вольфрам-карбiдовi сопла являють собою мехашзм, який обертаеться пiд час розпилення шроту i мають змогу перемiщуватись всерединi труби, що дае змогу досягнути високого ступеня очищування.

Як альтернативу мехашчним методам очищування Росшський Центр Технологiй "ВиК" запропонував технолопю обробляння внутрiшнiх порожнин труб дiаметром вiд 350,0 мм пiд високим тиском подачi води. Робота ще! установки базуеться на застосуванш поворотного вводу з обертовими змшними головками. Пiд час реконструкцп пiдземних трубопроводiв вiдокремлюються пря-мi дiлянки довжиною до 150,0 м в як спецiальною помпою подаеться вода пiд тиском (10... 12) атмосфер, а до фрези, що здшснюе руйнування i видалення внутрiшнього нашарування, вода подаеться гiдравлiчним потоком iз тиском 3500 атм. Пд впливом реактивно! сили води фрезерна головка проходить по труб!, а повертаеться у вихiдне положення за допомогою лебщки, витiсняючи брудну воду i залишки забруднення.

Уш наведет вище методи i мехашзми очищування внутрiшнiх порожнин труб у бшьшоста сво!й належать до оброблення труб великого дiаметра. Для труб малого дiаметра робились лише окремi спроби розробки рухомих за-собiв, оскшьки так! механiзми вiдрiзняються значними технiчними трудноща-ми, пов'язаними насамперед !з малогабаритнiстю конструкцш. Бшьшють !золя-цшних труб для кабелiв зв'язку мае дiаметр ~ 80,0 мм, тому для контролю !х стану потрiбен малогабаритний рухомий пристрш ново! конструкцп. Для перемь щення такого пристрою можна застосовувати в!бруючий металевий ворс. У робота [1] дослджено щгтковий транспортер, в якому перемiщення вантажу здшснюегься за рахунок в!браци пружного ворсу, а у робота [2] - в!брокон-тейнери. Так! пристро!, як використовують властивостi в!брацп, не потребують колю або зубчастих передач, тому вони е довол! перспективними для малогаба-ритних конструкцш.

У цш роботi запропоновано рухомий пристрiй, перемщення якого здiйснюeться також за рахунок вiбрацii пружного ворсу, i дослщжено механiку його перемiщення та радiус кругових коливань корпусу пристрою.

Розрахункова модель.

Мехатка перемщення. На рис. 1 показано конструктивну схему перемь щення у трубi щiткового рухомого пристрою. Ексцентричний вантаж, який обертаеться електродвигуном, що розташований всерединi пристрою, викликае круговi коливання корпусу i закрiпленого на ньому металевого ворсу за рахунок вщцентрового зусилля. При коливанш корпусу радiальнi сили спричиняють ковзання у напрямку осi труби в точках контакту ворсу iз внутршньою стiнкою труби. Якщо досягнути того, щоб кiнцi ворсу ковзали лише в одному напрямку, то рухомий пристрш буде перемiшуватись у трубi безперервно.

Рис. 1. Схема щткового пристрою, який перемiщуeться трубою

Було дослщжено мехашзм схоплювання або самогальмування такого ворсу iз використанням моделi, показаноi на рис. 2, де наведено схему ковзання похилого ворсу. Мехашчнш моделi (рис. 2, а) вщповщае розрахункова схема, показана на рис. 2, Ь. Тут N - нормальна сила, яка дiе на похилу ворсину з боку стшки труби, спричиненоi пружним прогином ворсини. Це зусилля е е^вален-тним сит тиску пружини, показаноi на рис. 2, Ь, де Р - зусилля осьового стис-кування самоi ворсини; Г - сила тертя, паралельна до ос труби i дiе у точщ контакту ворсини зi стiнкою труби; а - кут нахилу ворсини.

Рис. 2. Моделювання похилого стержня ворсини

Приймаючи закон тертя Кулона, з умови статично!" piBHOBara горизон-тальних сил отримуемо вираз для випадку ковзання кшця ворсини вздовж стш-ки труби у напрямку, показаному на рис. 2, b:

F = P ■ Cosa; (1)

F = (N - P ■ Sina)ß, (2)

де ß - коефщент тертя мiж кiнцями ворсини та стшкою труби.

1з рiвнянь (1) та (2) визначаемо силу тертя Р *.

1 + / ■ tga

При ковзанш у зворотному напрямку

N

^ =

1 ^а

(3)

(4)

1

Якщо л > ——, то у рiвняннi (4) силу тертя визначити неможливо i ю-tga

нець ворсини не проковзуе у зворотному напрямку. Отже, за достатньо великого значення коефщента тертя показаний на рис. 2 пристрш може ковзати лише влiво, але не направо.

На рис. 3 показано схему рухомого пристрою з 16 пружними стержнями ворсу, розташованих у два ряди по колу корпусу. Ворс i положення рухомого пристрою в трубi зображено на рис. 3, а. Вюь корпусу перемiшуеться з кутовою швидкiстю со по колу радiуса г iз центром на ос труби (рис. 3, Ь). Якщо б тертя мiж кшцями ворсин i стенкою труби було вiдсутнiм, то кiнцi ворсин легко ков-зали б стiнкою труби i рухомий пристрiй не перемiшувався в горизонтальному напрям^ Приймаемо, що у нашому випадку кiнцi ворсин не ковзають внут-рiшньою поверхнею труби в коловому напрямку. Горизонтальне перемщення у1 кiнця першого стержня ворсу, показаного на рис. 3, отримуемо таким чином.

Рис. 3. Рухомий пристрш, у якого 16 ворсин розташоват у 2 ряди по 8 ворсин

Рух обох кшщв першого стержня ворсу показано на рис. 4, де А i В - кш-щ стержня, у1 - горизонтальне перемщення кшця А, гв та гГ - колова i радiальна координати кшця В.

Рис. 4. Схема перемщення робочого тория ворсини

Вiдлiк перемщення у1 проводиться вiд положения кшця А у початковий момент часу (/ = 0). Вiдлiк координат гв та гг проводиться вщ кiнця В при г = 0. Тодi отримуемо наступне рiвняння для у1:

У1

--■\Jl2 - (L • Sina + rr1 )2

~rm - c:

. (5)

де: c = VL2■ Cos2a-r2 , щ = r-Cosat, ггд = r-Sinai. Тут L - довжина стержня ворсу, a - кут нахилу цього стержня, a - кутова швидкiсть при коловому коливаннi рухомого пристрою, t - час.

Приймаемо, що r надзвичайно малий порiвнювано з L. Перемiщення уп кожного з восьми кшщв пружних елеменпв ворсу (п = 1, 2, 3, ..., 8) отримуемо аналогiчно.

Уп = ^L - (l ■ Sina + r£n ) - rg n - c ,

(6)

де: rg,n = r-Cos

at -(n - 1)n 4 .

rrn = r- Sin

at -(n - l)n 4 .

(n = 1, 2, 3,

Якщо тертя мiж кшцями пружинних ворсин i стшкою труби вiдсутне, то кiнцi кожного стержня ворсу ковзають стiнками труби у прямому i зворотному напрямках. Швидкють ковзання визначаеться похiдною Суп / Сг:

dyn т Бтагдх

—n = -La ■ —¡=

dt (l

]L2 - (L ■ Sina + rr Якщо радiус коливань r е дуже малим, то

)2 -»

r,n) '

(7)

= -ra ■ tga ■ Cos

at -(n - l)n

(8)

dyn

dt " К 4

Середню швидкiсть рухомого пристрою vm отримуемо, наприклад, за швидкiстю п'ятого стержня ворсу

1

л/8ш 1

... - f dy5 dt =

ж /8a 0 dt

tJl2 - {L ■ Sina + r ■ Sin (ж /8)}2 - r2Cos2 (n / 8) -VL2 - Sin2a- r2

За умови (r / L )< 1 одержуемо таке рiвняння: vm = 8ra^Sin (n/8 )-tg (a / П).

(9)

(8a / n)

(10)

Жорстюсть ворсу. У цiй роботi дослiджено е^валентну пружну жорстюсть всього ворсу шструменту. На рис. 5, а показано форму стержшв ме-талевого ворсу при змщенш центру поперечного перерiзу корпусу рухомого пристрою вiдносно центра труби на вщстат г. Пружш властивостi кожного стержня ворсу моделюемо двома пружинами, як показано на рис. 5, Ь.

Для ще! моделi отримуемо такi жорсткостi стержшв ворсу:

3EI

3EI

ж ■ d 4

Kr = L3 C 2 » Ke = -ir; I = ^-> (11).(13)

L3 ■ Cos2a L3 64

де Kr - радiальна жорстюсть; Ke - колова жорстюсть; Е - модуль пружностц L, d та I - довжина, дiаметр i момент шерцп стержня ворсу вiдповiдно.

Рис. 5. Моделювання жорсткостi щткового рухомого пристрою Якщо (r-CosO) та (r-SinO) означають координати центру nepepi3y рухомого пристрою, то радiальна компонента rr> n змiщення r кiнця пружини з номером п буде рiвною

rr,n = r-Cos [O-( n - 1)-п/4], (14)

а колова компонента rO,n дорiвнюe

ro,n = r-Sin[O-(n- 1)-п/4] . (15)

Отже, повна реакцiя Rr рухомого пристрою буде: Rr = 4^[ Цг n\\Cos {O-(n - 1)-п/4}| + Ц re, n\\Sin {O-(n - 1)-n/2}|] =

= 4^[ krr-Cos 2 {O-(n - 1)n/4} + ker-Sin]2-[O-(n - 1)n/4] = . (16)

24EI- (1 + Cos 2a)r = 1} -Cos a

Як видно i3 рiвняння (16), повна реакщя Rr не залежить вiд O. Екшвален-тна пружна жорсткiсть ворсу дорiвнювати

Rr 24EI -(1 + Cos 2a)

k = — =-3-г"

r L - Cos a

(17)

Радгус кругових коливань рухомого пристрою. Якщо ми отримаемо за-лежнiсть радiуса г кругових коливань рухомого пристрою вщ кутово! швидкостi w обертання ексцентричного вантажу, то згiдно з рiвнянням (10), можна вираху-вати швидюсть перемiщення рухомого пристрою ут. При коливаннях рухомого пристрою шд впливом ексцентричного вантажу, який обертаеться, з радiусом кругових коливань г i кутовою швидюстю w можливi двi форми коливань, пока-занi на рис. 6, а та Ь, де М - маса рухомого пристрою, т - маса ексцентричного вантажу, I - довжина ексцентриситету, Q - реакцiя, яка виникае при колових коливаннях рухомого пристрою.

Якщо через / позначити силу тертя мiж кiнцем кожного стержня ворсу i стенкою труби, то з умови рiвноваги отримаемо реакщю, яка дiе, наприклад, на п'ятий стержень ворсу, рiвну 7 / Оскiльки кожна iз контактуючих ворсин нахи-лена пiд кутом а, то радiальна сила, яка дiе на п'ятий стержень, дорiвнюе (7/• tgа), тодi як на кожен iз решти стержнiв ворсу дiе радiальна сила (/ • tgа).

Додаючи радаальш зусилля i подвоюючи отриману суму i3 вираховуванням двох рядiв стержшв ворсу, одержуемо реакцiю Q = (16f - tga). Якщо

(п/8) <a>t <(п/4), то радiальне сила, яка дiе на шостий стержень ворсу, стае рiвною (7f - tga), тодi як на кожен i3 решти стержнiв ворсу дiе радiальне зусилля (f - tga). Отже, показаний на рис. 6 кут в змiнюеться у межах вщ (3п/8) до (5п / 8). У цьому дослщженш кут в приймався наближено рiвним п /2.

Рис. 6. Форми коливань корпусу рухомого пристрою та обертового ексцентричного вантажу

Нехтуючи силами ваги i приймаючи, що r << l, одержуемо такi рiвняння динамiчноl рiвноваги:

Kr = Mr о2 + ml о2 - Cosy; (18)

ml о2 - Siny = Q - Sine. (19)

1з отриманих рiвнянь визначаемо радiус кругових коливань i рухомого пристрою

= У(mlо2)2 - Q2 = 1 \

-О -Qo

. Оо )

K-Мо2 1 -(о/оо)2

(20)

т Q К

де: т0= — ; Q0= М ! 2 ; °° = * —.

М М • / •щ \М

Для форми коливань А (рис. 6, а) приймаемо в = п/2 та о > о> . Якщо кутова швидюсть о>о0, то форма коливань А змь

нюеться на форму В (рис. 6, Ь), для яко! радiус кругових коливань рухомого пристрою визначаеться таким виразом:

г Л т2 О -002. (21)

О - 1 V ° )

О )

На рис. 7 показано залежшсть радiуса г кругових коливань рухомого пристрою вщ нормалiзованоl кутово! швидкост (о/о) обертового ексцентричного вантажу, розрахована для вiдношення (т / — = 0,1. Якщо кутова

швидюсть (а/ а0) обертання ексцентричного вантажу менша (^Q0/ m0), то ра-Aiyc r кругових коливань дорiвнюе нулю. Якщо кутова швидюсть (а/ а0) змь нюеться в iнтервалi вiд (\/Q0/ m0) до 1,0, то радiус r кругових коливань зростае 3i збiльшенням кутово!' швидкостi i при а = а0 стае необмеженим. Якщо кутова швидюсть (а/а0) > 1, то форма коливань А змшюеться на форму В (див. рис. 6, а i b). У разi подальшого зростання кутово! швидкостi радiус кругових коливань асиметрично прагне до величини (m ■ l / M).

Рис. 7. Залежтсть радЬуса кругових коливань eid кутовог meudKocmi

Висновок. У представленш робот дослiджено i практично реашзовано щiтковий вiбрацiйний рухомий пристрiй, в якому вiдсутнi колеса i зубчаст пере-дачi. У цьому пристро! використовуеться вiбрацiя, викликана обертанням ексцентричного вантажу, i яка сприяе безперервному перемiщенню пристрою в трубь

Показано, що за мало! кутово! швидкост ексцентричного вантажу цей пристрш не перемiщуеться в трубi внаслщок тертя мiж робочими торцями мета-левого ворсу та внутршньою стшкою труби. Для перемiщення пристрою кутова швидюсть (а/ а0) повинна переважати значення (Q/m0) = ^(M ■ Q)/(Kml); при цьому потрiбно прикласти обертовий момент (Qr) i потужнiсть (Qro). Момент (Qr) зрiвноважуеться моментом сил тертя мiж юнцями ворсинок i стiнкою труби.

Виконанi теоретичш та експериментальнi дослiдження дають змогу встановлювати конструктивнi параметри вiбрацiйного рухомого пристрою, який потрiбно проектувати в^овщно до його призначення для рiзних внутрш-нiх дiаметрiв труб.

Лггература

1. Моримицу Т. Механизмы транспортирования при помощи щеточных конвейеров / Т. Моримицу, Н. Саката. - М. : Изд-во "Наука", 1979. - 112 с.

2. Жу Ф. Термомеханическое растрескивание слоистых сред под действием движущейся нагрузки от сил трения / Ф. Жу, К. Лью // Проблемы трения и смазки. - М. : Изд-во "Мир". - 1984. - № 4. - С. 87-96.

Куличенко А.Я., ДжусВ.С., ГончарИ.М. Перемещение щеточного инструмента при обработке внутренней поверхности труб малого диаметра

Предложен новый щеточный подвижной инструмент для обработки труб малого диаметра и разработана модель с представленными расчетами механики перемещения этого приспособления с вращающимся эксцентричным грузом.

Kulickenko A.Ya., Dzhus V.S., Honchar I.M. Moving of a brush instrument of treatment of internal surface of pipes of small diameter

In the article a new brush mobile instrument is offered for treatment of pipes of small diameter and a model is developed with the presented calculations of mechanics of moving of this adaptation with the revolved eccentric load.

УДК 363.3 Асист. В.М. Гобела; студ. О.В. Гобела - НЛТУ Украши, м. Льв1в ВИДАЛЕННЯ ПН1В 13 ПОПЕРЕДН1М IX РОЗКОЛЮВАННЯМ

Внаслщок аналiзу юнуючих способiв видалення пшв та машин i обладнання, яга !х забезпечують, можна зробити висновок, що вони е метало- i енергоемними i значною мiрою трудовитратними та еколопчно забруднювальними. Внаслщок цього !хне використання е утрудненим. Запропоновано схему обладнання для видалення пшв з попередшм !х розколюванням.

Ключовг слова: робочий орган, розколювання, захоп, вiбромолот, вiбратор, ма-нiпулятор.

Постановка проблеми та аналiз основних публiкацiй. Основною перешкодою для роботи машин 1 обладнання тд час проведення люовщновних робгг на вирубках е пш, товстом1рш коренi, порубш залишки, нелiквiдна деревина, чагарники та др!бнолюся. Головною i найбiльш енерго- ! трудомюткою операцiею тд час розчищення площ тсля вирубок е корчування пшв.

Розчищення площ вщ пшв потрiбне для створення протипожежних про-с1к, мiнералiзованих смуг та розрив!в у люових масивах, трас тд осушувальнi канали, лшш електропередач, нафто- i газопроводiв, люових та дорт загального призначення, люових розсадниюв, сшьськогосподарських упдь та iнше. Питан-ню корчування пшв завжди придшяли i придшяють значну увагу науковщ та працiвники люово! галузi. Доречно згадати таких укра!нських та заруб!жних учених, як М.М. Гузь, 1.М. Зима, Т.Т. Малюгiн, А.Б. Василевський, 1С. Красть шш, Ю.М. Горелов та ш.

На сьогодш у свпш еколого- i енергозберiгаючих технологш i обладнання актуальним е питання зменшення енерго- ! трудовитрат тд час корчування пшв. З щею метою на кафедрi люопромислового виробництва та люових дорш Нацюнального лiсотехнiчного унiверситету Укра!ни зроблено аналгтичний ана-л1з юнуючих спосо61в корчування пшв та розроблено обладнання для корчування пшв 1з поперечним !х розколюванням.

Виклад основного матерiалу. На сьогодш застосовують способи для видалення пшв, а саме: вичюування, вертикальне видалення, видалення викру-чуванням, вирiзання пшв, вертикальне видалення 1з застосуванням вiбраторiв та вiброударних пристосувань.

Вичгсування пн1в iз землi робочим органом, вщвалом 1з зубами, е основ-ним, на сьогодш, способом корчування. Схему обладнання наведено на рис. 1.

Пщ час корчування пшв такими машинами трактор, наближаючись до пня, опускае вщвал 3 1з зубами 2 в Грунт на певну глибину ! штовхаючим зусил-