CC BY
33
УДК 629.3.081
СНИЖЕНИЕ ЭНЕРГОЕМКОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ РЕМОНТНОЙ ОКРАСКИ И СУШКИ АВТОМОБИЛЕЙ
Е.В.Бондаренко1, Р.С.Фаскиев2, М.Р.Фазуллин3
Оренбургский государственный университет, 460018, г. Оренбург, пр. Победы, 13.
Предложена расчетная модель для определения оптимальных эксплуатационных характеристик окрасочно-сушильных камер. Приведены результаты сравнительного расчета ОСК SAIMA. Предложена зависимость для определения коэффициента кратности вентиляторных установок. Ил. 1. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: снижение расходов на ремонт автомобилей; вентиляторные установки; энергозатраты; ресурсозатраты; качество малярно-кузовных работ.
REDUCTION OF EQUIPMENT POWER INTENSITY FOR REPAIRING COLORING AND DRYING OF AUTOMOBILES E.V.Bondarenko, R.S.Faskiev, M.R.Fazullin
Orenburg state university 13 Pobeda Av., Orenburg, 460018
The authors propose a calculated model to determine optimal exploitation characteristics of coloring and drying chambers. They present the results of the comparative calculation of ОСК SAIMA. They offer dependence to determine ventilatory installations multiplicity coefficient. 1 figure. 6 sources.
Key words: reduction of costs on automobile repair; ventilatory installations; power inputs; resource inputs; quality of body painting works.
Одним из путей снижения расходов на эксплуатацию и ремонт автомобилей является использование современного технологического оборудования, обеспечивающего стабильные технологические режимы при минимальных энерго- и ресурсозатратах. Наиболее энерго- и ресурсоемкими являются технологические процессы окраски и сушки отремонтированных кузовов легковых автомобилей. Для реализации этих процессов широкое распространение в условиях автотранспортных предприятий и станций технического обслуживания автомобилей получили окрасочно-сушильные камеры (ОСК), представляющие собой профессиональные комплексы оборудования, предназначенные для создания требуемых технологических условий при проведении подготовительных и окрасочных работ [1,5]. Основными технологическими режимами ОСК являются кратность воздухообмена, характер и направление воздушных потоков, чистота подаваемого на вентиляцию воздуха, температура воздуха, освещенность рабочей зоны. К наиболее значимым элементам с точки зрения эксплуатационных характеристик ОСК относятся: вентиляторные установки, теплогенератор и фильтры. Они же являются основными энерго- и ресурсопотребителями, формирующими ее начальную стоимость и в значительной
степени расходы в процессе эксплуатации.
Необходимая кратность воздухообмена в окра-сочно-сушильной камере обеспечивается вентиляторными установками приточной и вытяжной вентиляции. У известных на сегодняшний день конструкций окра-сочно-сушильных камер даже при одинаковых габаритных размерах рабочей зоны суммарная установленная мощность вентиляторных установок может находиться в пределах от 7,5 до 60 кВт. На первый взгляд очевидно, что чем больше мощность тем выше кратность воздухообмена, выше скорости движения воздуха, полнее используется ресурс фильтров. Однако вентиляторный агрегат более высокой мощности имеет большую стоимость, потребляет больше энергии в процессе эксплуатации, а увеличение количества воздуха, проходящего через ОСК, способствует ускоренной выработке ресурса фильтров.
Проблема заключается не только в обосновании суммарной мощности двух вентиляторных установок, но и в определении соотношения их характеристик. Характеристики вентиляторных установок приточной и вытяжной вентиляции должны быть согласованы таким образом, чтобы обеспечивать в рабочей камере требуемые скоростной напор и избыточное давление. У известных на сегодняшний день конструкций ОСК
1Бондаренко Елена Викторовна, доктор технических наук, профессор кафедры технической эксплуатации и ремонта автомобилей, тел.: (3532)223997, e-mail: [email protected]
Bondarenko Elena Victorovna, a doctor of technical sciences, a professor a professor of the Chair of Automobile Exploitation and Repair, tel.: (3532)223997, e-mail: [email protected]
Фаскиев Риф Сагитович, кандидат технических наук, доцент кафедры технической эксплуатации и ремонта автомобилей, тел.: 89033614793, e-mail: [email protected]
Faskiev Rif Sagitovich, a candidate of technical sciences, an associate professor of the Chair of Automobile Exploitation and Repair, tel.: 89033614793, e-mail: [email protected]
3Фазуллин Максим Римович, аспирант, тел.: 89226219821, e-mail: [email protected] Fazullin Maxim Rimovich, a postgraduate, tel.: 89226219821, e-mail: [email protected]
встречаются соотношения ЫВВ1ЫПВ (где ЫВВ и ЫПВ -установленная мощность вентиляторных установок соответственно вытяжной и приточной вентиляции) в пределах от 0,8 до 1,15.
Поэтому для оптимизации затрат сервисных предприятий как первоначальных, так и в процессе эксплуатации необходима доступная методика моделирования технологических режимов работы ОСК с целью обоснования характеристик составляющих ее элементов (в частности вентиляторных установок). Для решения этой задачи была рассмотрена конструкция однокамерной, тупиковой окрасочно-сушильной камеры, оснащенной вентиляторными агрегатами приточной и вытяжной вентиляции (рисунок).
Для составления расчетной модели воздушная сеть ОСК разделена на участки (0-0 ■ 8-8), характеризуемые постоянством расхода и поперечного сечения, а следовательно, и скорости воздуха. К характерным участкам относятся также местные сопротивления, которыми являются колена, отводы, местные сужения и расширения, заслонки, теплогенератор, фильтры. По степени влияния на аэродинамические характеристики сети все составляющие можно разделить на две группы. К первой группе можно отнести фильтры, аэродинамические характеристики которых зависят от удельной воздушной нагрузки и степени запыленности. Ко второй группе отнесены воздуховоды ОСК, аэродинамические характеристики которых зависят от их конструктивных параметров и производительности вентиляции. Производительность вентиляции, в свою очередь является функцией от величины общего сопротивления сети, которое в значительной степени зависит от уровня запыленности фильтров и времени работы ОСК.
Функционирование системы вентиляции ОСК на конкретный момент времени можно представить используя уравнение Бернулли [2,3] в виде зависимости общего сопротивления сети р1 от производительности вентиляции:
n
Pt = 2 ' i = 1
(
X
'it
Vi
Л 16Q?P
2*4
(1)
+Рпрф (t) + Рпф (t) + Рнф (t) + Ру , где Qt - производительность вентиляции в конкретный момент времени, м3/с; рпрф(t), рПф(t), рнф(t) - потери давления соответственно на предварительном, потолочном и напольном фильтрах, Па; ру - потеря давления на удар при выходе отработанного воздуха в атмосферу Па; ' - длина участка воздухопровода, характеризующегося постоянством скорости и производительности, м; X = 0,021 /d0'3 -коэффициент сопротивления трения при d = const и ' = const [2]; £ - коэффициент местного сопротивления; n - количество характерных участков воздухопровода, включая рабочую камеру; р - плотность
воздуха; dvi - эквивалентный диаметр расчетного
участка воздуховода, м.
Входящие в выражение (1) величины не являются постоянными по времени, их значения меняются в зависимости от характера движения потока и собственных аэродинамических характеристик.
Производители фильтровальных материалов в технических характеристиках фильтров указывают допустимую нагрузку, пылеёмкость, начальное и конечное сопротивление при допустимой воздушной нагрузке. Но даже для фильтровальных материалов, относящихся к одному и тому же классу, эти характеристики могут несколько отличаться, поэтому их получают путем лабораторных исследований по специальным методикам. В общем виде переменное полное сопротивление фильтра можно представить в виде p(t) = р (G) + p (Q),
4
Расчетная модель ОСК: 1 - рабочая камера; 2 - предварительный фильтр; 3 - потолочный фильтр; 4 -напольный фильтр; 5 - вентиляторный агрегат приточной вентиляции; 6 -вентиляторный агрегат вытяжной вентиляции; 7 - канал подачи воздуха; 8 - канал удаления отработавшего воздуха; 9,11 - заслонки рециркуляции; 10 - выходная заслонка; 12 - решетка; 13 - воздуховод; 14 - теплогенератор
где p(G) - зависимость изменения сопротивления
фильтра от количества задержанной пыли; p(Q) -
зависимость изменения сопротивления чистого фильтра от производительности вентиляции.
Зависимость количества задержанной пыли от времени работы ОСК не поддается точной регламентации, это зависит от запыленности забираемого воздуха, интенсивности эксплуатации и специфики производимых работ с использованием ОСК. В общем виде изменение сопротивления конкретного фильтра в зависимости от площади фильтрации, интенсивности воздушного потока и материала фильтра для любого момента времени можно представить упрощенно в виде линейной функции
Pi (() = Рн + ^ + ДQ ^ Qy' ),
где pHi, pKi - начальное и конечное сопротивления /го фильтра (определенное из документации на фильтр), Па; (¥ - время цикла работы /'-го фильтра
(ресурс фильтра), ч; Qyi - удельная воздушная нагрузка на /-ый фильтр, при которой определены его начальное и конечное сопротивления, м3ч/м2; Q^>yj -фактическая удельная воздушная нагрузка на /-ый фильтр, м3ч/м2; AQyi - изменение удельной нагрузки
на фильтр, при которой получили сопротивление pHi
32
и pKi, м ч/м ; Api - изменение сопротивления /-го фильтра при соответствующем изменении удельной воздушной нагрузки AQyi (определяется графически),
Па [4].
С помощью полученного выражения был проведен расчет исследуемой ОСК SAIMA Gamma, эксплуатирующейся на ООО «Оренбургоблтехобслуживание» г. Оренбурга со следующими техническими характеристиками: размер рабочей камеры (дли-нахширинахвысота) 7,2мх4,0мх2,9м; заявленная производительность вентиляции 23000 м3/ч; установленная мощность вентиляторных установок приточной и вытяжной вентиляции соответственно 8 и 9,2 кВт. В результате расчетов получено, что общее сопротивление воздушной сети данной ОСК от начального до конечного состояния изменяется с 471,79 до 1071,79 Па, что приводит к изменению производительности вентиляции с 22500 до 13000 м3/ч. Кратность воздухообмена при этом уменьшается в 1,73 раза. Столь значительные изменения кратности воздухообмена в рабочей камере вынуждают маляра постоянно приспосабливаться к изменяющимся условиям, что выводит на первый план в обеспечении качества работ человеческий фактор.
При последовательной установке вентиляторов давления, создаваемые ими, суммируются. Тогда для обоснования их соотношения с помощью уравнения Бернулли можно составить следующее равенство:
Рпв + Рвв = Рп + Рпрф + Рпф + Рв + Рнф + Ру + Рр , (2)
где рпв - полное давление, развиваемое вентиляторным агрегатом приточной вентиляции, Па; рвв - полное давление, развиваемое вентиляторным агрегатом вытяжной вентиляции, Па; рпрф, рпф, рнф - сопротивление предварительного, потолочного и напольного фильтров соответственно, Па; рп - сопротивление сети от входного сечения канала подачи воздуха до рабочей камеры, Па; рв - сопротивление сети от рабочей камеры до выходного сечения канала удаления отработавшего воздуха, Па; рр - полное давление в рабочей камере, Па.
р
Представив К =±-¡1. как коэффициент кратности
Рт
вентиляторных установок, из выражения (2) можно определить соотношение полных давлений, создаваемых вентиляторными установками приточной и вытяжной вентиляции.
Применяя выражение (2) для рассматриваемой ОСК, можно получить значение коэффициента К=0,18...0,203. Причем меньшее значение коэффициента будет относиться к варианту с чистыми фильтрами, большее - с полностью заполненными фильтрами, имеющими максимальное сопротивление по паспорту. Отсюда следует, что полное давление, создаваемое вентиляторным агрегатом вытяжной вентиляции, должно быть всегда меньше полного давления, создаваемого вентиляторным агрегатом приточной вентиляции. Учитывая, что оба агрегата имеют одинаковую фактическую производительность, можно констатировать, что полученный коэффициент К отражает соотношение мощностей вентиляторных агрегатов ОСК.
У рассмотренной ОСК фактическое значение К=1,15. Для обеспечения приемлемых значений воздухообмена и избыточного давления в рабочей камере эксплуатация ОСК осуществляется всегда с прикрытой выходной заслонкой, которая полностью не открывается даже при полностью заполненных фильтрах, имеющих максимальное аэродинамическое сопротивление. Отсюда следует, что значительная часть мощности вентиляторных установок расходуется на совершение бесполезной работы - преодоление искусственно созданного на выходе сопротивления. Заявленный воздухообмен и оптимальное значение избыточного давления в рабочей камере можно обеспечивать при снижении мощности вентиляторного агрегата вытяжной вентиляции до 80%, что позволит снизить начальную стоимость ОСК и обеспечит снижение энергопотребления при ремонтной окраске кузовов автомобилей.
Практически все существующие окрасочно-сушильные камеры, используемые для ремонтной окраски кузовов автомобилей, имеют схожие конструктивные схемы, аналогичные рассмотренной в данной статье. В этом случае предлагаемая методика получения коэффициента кратности вентиляторных установок может быть использована при проектировании или модернизации окрасочно-сушильных камер в целях получения оптимальных значений мощностей вентиляторных установок, обеспечивающих заданные
оптимальные параметры вентиляции.
Обобщая вышеизложенное, можно сделать следующие выводы:
1. Установленная мощность вентиляторного агрегата приточной вентиляции окрасочно-сушильных камер при ремонтной окраске и сушке автомобилей должна быть всегда меньше установленной мощности вентиляторного агрегата вытяжной вентиляции.
2. Оптимальное соотношение мощностей вентиляторных агрегатов можно определить по предлагаемой методике, которая будет зависеть от аэродинамических характеристик воздушной сети ОСК и требуемых значений скоростного напора и избыточного давления в рабочей камере.
Библиографический список
1. Бобров Г. Камерный ансамбль // Автомобиль и сервис. 2001. № 12. С. 16-18.
2. Калинушкин М П. Вентиляторные установки. М: Высшая школа. 1979. 223 с.
3. Каменев П.Н., Тертичник Е.И. Вентиляция: учеб. пособие. М.: Изд-во АСВ, 2008. 624 с.
4. Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха. М.: Стройиздат, 1974. 207 с.
5. Успенский М.Н. Окрасочно-сушильные камеры USI ITALIA // Автомобиль и сервис. 2001. № 8. С. 30-32.
6. Файнштейн А.М. Качество лакокрасочных материалов можно улучшить с помощью органобетонита // Лакокрасочные материалы и их применение. 2008. №6. С. 34.
УДК 534.1:539.3
ПРОБЛЕМЫ КОМПЬЮТЕРНОГО АНАЛИЗА УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
Буй Мань Кыонг 1
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Дан краткий обзор необходимости компьютерного анализа усталостной прочности деталей машин с учетом влияния температуры. Рассмотрен подход и принципы анализа усталостной прочности деталей машин. Оцениваются и анализируются достоинства, недостатки и влияние методов схематизации нагружения и гипотез накопления усталостных повреждений на точность расчета усталостной долговечности деталей машин. Ил. 1. Библиогр. 14 назв.
Ключевые слова: машина; усталостная прочность; выносливость; компьютерный анализ; метод конечных элементов.
THE PROBLEMS OF COMPUTER ANALYSIS OF MACHINE PARTS RESIDUAL STRENGTH TAKING INTO ACCOUNT TEMPERATURE INFLUENCE Bui Man Kyong
Irkutsk State Technical University 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074
The author reviews the necessity of the computer analysis of the residual strength of machine parts taking into consideration the temperature influence. The approach and analysis principles of machine parts residual strength are examined. The author assesses and analyses advantages, disadvantages and the influence of stressing schematization methods and hypotheses on the accumulation of fatigue damages on the accuracy of calculation of residual durability of machine parts 1 figure. 14 sources.
Key words: an automobile; residual strength; durability; computer analysis; method of finite elements.
При использовании современных машин в производстве для повышения качества изделий и производительности труда требуется непрерывное увеличение мощностей, скоростей, грузоподъемности, производительности и других параметров. В связи с этим происходит систематическое увеличение нагрузок в машинах и устройствах. Многие детали энергетического, металлургического и другого оборудования работают в тяжелых условиях не только переменных механических нагрузок, но и под действием высокой, иногда переменной температуры. В результате неравномерности распределения температур по объему деталей в них возникают термические напряжения, приводящие после многократных теплосмен к появле-
нию трещин термической усталости. В связи с этим одной из актуальных проблем современного машиностроения является проблема повышения долговечности элементов машин по критериям снижения их металлоёмкости. Другими словами, повышаются требования к проектам, а также к конструкционным материалам, которые косвенным образом влияют на развитие современной технологии в направлении создания металлов и их сплавов со все более высокими прочностными свойствами. Кроме этого, необходимо исследовать теоретическую термическую усталость материалов для совершенствования метода определения характеристик сопротивления термической усталости деталей сложной формы. Применение таких
1Буй Мань Кыонг, аспирант, тел.: 79246077870, e-mail: [email protected] Bui Man Kyong, a postgraduate, tel.: 79246077870, e-mail: [email protected]
