CC BY
61Список литературы
1. ГОСТ 9241-210-2012 «Эргономика взаимодействия человек—система». [Электронный ресурс]: Библиотека ГОСТов. Режим доступа: http://vsegost.com/Catalog/53/53476.shtml/ (дата обращения: 02.04.2017).
2. William Albert, Thomas Tullis. Measuring the User Experience, Second Edition: Collecting, Analyzing and Presenting Usability Metrics (Interactive Technologies), 2014. 978-0124157811.
3. Mitchell T. Machine Learning — McGraw-Hill Science. Engineering. Math, 1997. ISBN 0-07-042807-7.
4. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой, 1986.
5. Hanno Scharr, 2000. Диссертация. Optimal Operators in Digital Image Processing.
6. Колмогоров А.Н. Три подхода к определению понятия «количество информации». Проблемы передачи информации, 1965.
7. Вьюгин Владимир. Математические основы машинного обучения и прогнозирования. МЦМНО, 2014. 304 с. ISBN 978-5-457-71889-0.
РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ДРОБЛЕНИЯ ХРУПКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА Ерохин М.С.1, Жданов К.В.2
1Ерохин Михаил Сергеевич - студент;
2Жданов Константин Владимирович - студент, инженерный спецфакультет, Бийский технологический институт (филиал) Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова,
г. Бийск
Аннотация: в данной работе рассматривается явление электрогидравлического эффекта, с помощью которого происходит дробление хрупких материалов, имеющихся в свободной продаже. В исследовании приведены данные энергозатрат на разработанной установке на получение фракций стекла, а также пригодность данной установки для исследований и ее применения.
Ключевые слова: электрогидравлический эффект, лабораторные установки, трансформатор, конденсатор.
Сущность явления электрогидравлического эффекта состоит в том, что в зоне сформированного импульсного высоковольтного разряда в жидкой среде возникают температура и высокое гидравлическое давление, которые сопровождаются импульсными кавитационными процессами, ударными волнами, мощными электромагнитными полями, приводящими в итоге к разрушению частиц в жидкой среде [2, 3].
Данное явление позволяет строить различные установки для разрушения материалов, штамповки металлов, очистки отливок, получения удобрений из почвы, перемешивания жидкостей, получения коллоидных растворов, ускорения химических реакций, транспортирования веществ и многое другое. В электрогидравлических установках сетевое напряжение в зависимости от режима обработки повышается от 10 до 70 кВ и более и через выпрямитель подается на конденсатор. При достижении на конденсаторе напряжения пробоя формирующего воздушного промежутка
происходит электрический разряд в жидкости. При этом условием для получения разрядов, способных дать взрывной эффект, является большая площадь отрицательного электрода и как можно меньшая положительного (техника «длинного разряда»). В результате возникает проблема надежности положительного электрода, так как образующиеся давления в зоне контакта электрода с жидкостью разрушают любую современную изоляцию.
Целью научно-исследовательской работы являлось создание опытной маломощной лабораторной установки на основе электрогидравлического эффекта из доступных в продаже материалов и компонентов со следующими характеристиками: регулируемое напряжение источника питания в диапазоне 10-20 кВ, мощность - не менее 1 Вт, регулируемый воздушный разрядник, возможность измерения напряжения на рабочем конденсаторе, электрическая безопасность; механическая часть - выполненная по технике «длинного разряда», возможность регулировки искрового промежутка.
В качестве высоковольтного трансформатора испытаны катушка зажигания от автомобилей и ТДКС от элементов развертки ламповых телевизоров. Для реализации электрической части установки применен ЛАТР и понижающий трансформатор для регулировки входного напряжения в диапазоне 4-12 В. На таймере NE555 построена схема генерации прямоугольных импульсов с различными частотами в интервале 170-27000 Гц и скважностью 52%. Диодный мост на выходе катушки зажигания построен из последовательно соединенных диодных столбов КЦ121Д (^бр max = 12 кВ, 1пр max = 0,01 А).
В качестве рабочего конденсатора изначально была применена линейка из 48 пленочных конденсаторов 630 В * 1,5 мкФ, соединенных последовательно -параллельно. Общий номинал был 15 кВ * 0,125 мкФ. Однако крайние конденсаторы разрушились после ~300 импульсов. Поэтому в дальнейшем использовались конденсаторы К75-29 номиналов 16 кВ * 1 мкФ и 40 кВ * 0,25 мкФ.
Электрическая безопасность установки обеспечивается подключением параллельно рабочему конденсатору резистора и использованием для соединения между элементами провода ПКВМ-20-0,75 (Umax = 20 кВ, сечение 0,75 мм2).
Резистор изготовлен из 40 параллельно соединенных резисторов номиналом 10 МОм и максимальным напряжением 750 В. Таким образом, резистор также является делителем и обеспечивает возможность измерения напряжения на рабочем конденсаторе. Максимальное напряжение на резисторе равно 30 кВ, потребляемая мощность при 20 кВ: P = U2 / R = (20*103)2 / 400 * 106 = 1 Вт.
Максимальное напряжение, при котором обеспечивалась стабильная работа всех элементов, составило 24 кВ. Таким образом, запасаемая энергия в конденсаторе 16 кВ * 1 мкФ составляет: E = C*U2/2 = 10-6*(16*103)2/2 = 128 Дж, а в конденсаторе 40 кВ * 0,25 мкФ: E = 0,25*10-6*(24*103)2/2 = 72 Дж. Данной энергии достаточно, чтобы дробить хрупкие материалы, например, стекло.
Рабочая емкость изготовлена из кружки из нержавеющей стали объемом 1 л, которая является отрицательным электродом. Положительный электрод представляет собой шпильку из нержавеющей стали диаметром 3 мм со скруглением на рабочем конце. В ходе экспериментов установлено, что ПВХ изоляция от кабелей и ПВХ-изолента выходят из строя через 50-100 импульсов: происходит либо пробой, либо разрушение со стороны рабочего конца от воздействия ударных волн. Хорошо работает изоляция в виде втулки из фторопласта с углублением в центральной части, при этом торец электрода не выступает за край втулки, а от сползания вверх в результате воздействия ударных волн она надежно удерживается гайкой.
Втулка выдержала 500-600 импульсов без видимых повреждений. В такой же втулке, но без углубления в центральной части после ~150 импульсов появилась трещина со стороны рабочего конца по всему диаметру глубиной 5 мм, что приводит к потерям энергии.
Оптимальное расстояние 5 искрового промежутка в мм определяется по следующей формуле [1]: S = 0,06 х U х
где U - напряжение пробоя, кВ;
С - емкость накопительного конденсатора, мкФ.
Как видно из формулы, расстояние искрового промежутка в значительной степени зависит от напряжения. Для стабильности разряда при плотном заполнении объема жидкости различными телами и частицами (например, при дроблении материалов) следует делить 5 на коэффициент k = 1,2-1,4.
Для экспериментов были взяты 3 рюмки с толщиной стенки 1,5 мм и толщиной дна 7 мм общей массой 100 грамм.
В качестве рабочего конденсатора использовался К75-29 номинала 40 кВ * 0,25 мкФ. Напряжение пробоя составляло в среднем 21 кВ, таким образом, запасаемая энергия равна 55 Дж. Максимальная частота следования импульсов составила 1/14 Гц, типичная -1/19 Гц. Таким образом, полезная мощность установки составляет 2,9-4 Вт. В разряд уходит порядка 95-97 % энергии конденсатора.
Энергия обработки составила 900 импульсов (~47,5 кДж или 13,2 Вт*ч). Приблизительное распределение фракций полученного боя стекла представлено на диаграмме (рисунок 1). Следует отметить, что для повышения энергоэффективности при дроблении на мелкие фракции нужно повышать рабочее напряжение установки до 50 кВ и более [3].
Рис. 1. Распределение дробленого стекла по фракциям
В целом по проделанной работе можно сделать следующие выводы:
1) Создание установок на основе электрогидравлического эффекта из имеющихся в свободной продаже материалов и компонентов возможно, однако их мощность невелика и ограничено максимальное напряжение на уровне 25-30 кВ;
2) Энергозатраты на разработанной установке для получения фракций стекла < 1 мм составляют 0,44 кВт*ч / кг;
3) В целом, разработанная установка пригодна для лабораторных исследований с использованием электрогидравлического эффекта в применениях, где не требуется высокая частота следования импульсов и способна работать в продолжительном режиме.
Список литературы
1. Гаврилов Г.Н. Разрядноимпульсная технология обработки минеральных сред //
Г.Н. Гаврилов. Киев: Наук. думка, 1979. 164 с.
2. Наугольных К.А. Электрические разряды в воде // К.А. Наугольных, Н.А. Рой. М.: «Наука», 1971. 155 с.
3. Юткин Л.А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности // Л.А. Юткин. Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1986. 253 с., ил.
ОБСЛЕДОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Ильин И.С.1, Карпик Д.С.2, Никифоров Э.А.3, Бардин Е.С.4
1Ильин Илья Святославович - студент;
2Карпик Дмитрий Сергеевич - студент, кафедра металлических и деревянных конструкций;
3Никифоров Эдуард Александрович - студент;
4Бардин Евгений Сергеевич - студент, кафедра технологии и организации строительного производства, факультет промышленного и гражданского строительства, Московский государственный строительный университет, г. Москва
Аннотация: в статье анализируется процесс обследования зданий и сооружений. В результате обследования должны быть краткие сведения по условиям эксплуатации строительных конструкций, организации их текущих и капитальных ремонтов, визуальных и инструментальных наблюдений за состоянием конструкций в обследуемых сооружениях, обоснованы предполагаемые причины появления и развития дефектов и, соответственно, необходимость замены или усиления отдельных элементов конструкций.
Ключевые слова: обследование, здание, кровель, конструкция, строительство.
Обследование строительных конструкций, подлежащих реконструкции, должно производиться по предварительно разработанному техническому заданию на обследование.
Техническое задание составляется заказчиком, согласовывается генпроектировщиком и высылается специализированной организации-исполнителю, производящей работы по обследованию. Специализированная организация-исполнитель работ по получении заявки уточняет на реконструируемом объекте вместе с заказчиком объемы, перечень и сроки проведения работ по обследованию строительных конструкций с учетом привлечения специалистов заказчика для подготовки справки-акта по состоянию сооружения на данный период. Техническое задание является основанием для разработки технической программы работ к договору.
Обследования выполняются специализированной организацией-исполнителем при оказании ей постоянной помощи со стороны заказчика в проведении сопутствующих работ (выделение представителей для сопровождения, вскрытия конструкций, отбора образцов, временного освещения, обеспечения доступа к конструкциям, мероприятий по безопасности труда, обеспечения технической документацией и других работ). Результатом обследования является заключение специализированной организации о техническом состоянии строительных конструкций или технический отчет с аналогичным названием. В них должны содержаться основные сведения, необходимые для разработки реконструкции, а именно:
- приведены перечень и краткая характеристика конструктивных решений обследуемых сооружений, объемы и сроки выполненных работ по обследованию;
- определена степень износа и снижения несущей способности основных несущих и ограждающих конструкций (в процентах), указаны максимальные и минимальные значения износа на характерных участках, примерные объемы работ по
