Оптимізація завантаження твердих побутових відходів у сміттєвози

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оптимізація завантаження твердих побутових відходів у сміттєвози

Щорічний об'єм твердих побутових відходів (ТПВ), що утворюються в населених пунктах України перевищує 46 млн. м³. Переважна їх більшість захоронюються на 4530 полігонах та сміттєзвалищах загальною площею майже 7,7 тис. га та лише частково перероблюються або утилізуються. Збирання ТПВ є основним завданням санітарного очищення населених пунктів і здійснюється більше ніж 4,1 тис. сміттєвозів [1], а тому пов'язане із значними фінансовими витратами. Перед перевезенням ТПВ сміттєвозами до місця їх утилізації виконується операція завантаження відходів. Зношеність автопарку сміттєвозів комунальних підприємств складає майже 70% [1]. Згідно [2], забезпечення застосування сучасних високоефективних сміттєвозів у комунальному господарстві країни є актуальною науково-технічною задачею. Зокрема актуальною є проблема забезпечення зниження тривалості завантаження ТПВ у сміттєвоз.

Аналіз [3…5] розробок в галузі завантаження ТПВ показав, що у переважної більшості сміттєвозів завантаження відходів здійснюється за допомогою гідравлічного приводу робочих органів. Встановлено, що операція завантаження ТПВ у сміттєвоз складається із повороту важеля та перевертання захвату контейнера. При цьому частка тривалості повороту важеля маніпулятора складає 75%.

Метою дослідження є визначення оптимальних значень основних параметрів приводу, які забезпечують мінімальний час повороту важеля маніпулятора на операції завантаження твердих побутових відходів у сміттєвоз.

На рис. 1 представлена розрахункова схема роботи гідроприводу повороту важеля маніпулятора на операції завантаження ТПВ у сміттєвоз. На схемі позначені структурні елементи: В важіль, ГЦ гідроциліндр, Р гідророзподільник, Н гідронасос, ЗК запобіжний клапан, Ф фільтр, Б бак із робочою рідиною, а також основні геометричні, кінематичні та силові параметри: р₁, р₂, р₃, р₄ тиски відповідно на виході насоса, на вході гідроциліндра, на виході гідроциліндра та на вході фільтра; W₁, W₂, W₃, W₄ об'єми трубопроводів між насосом та гідророзподільником, гідророзподільником та входом гідроциліндра, виходом гідроциліндра та гідророзподільником, гідророзподільником та фільтром; Q_Н фактична подача насоса; S_P площа прохідного отвору розподільника; S_ф площа поверхні фільтрувального елемента; D, d діаметри поршня та штока; J момент інерції рухомих елементів; G вага рухомих елементів; R радіус обертання рухомих елементів; l_P відстань між центрами обертання важеля та штока; l_h висота центру обертання штока над віссю важеля; l_с - відстань між центрами обертання штока та гідроциліндра; кут між крайніми положеннями важеля; кут між віссю важеля та горизонталлю; кут повороту важеля; _0, - початкове та поточне значення кута нахилу осі гідроцилідра до горизонталі.

Рис. 1. Розрахункова схема роботи гідроприводу повороту важеля маніпулятора на операції завантаження ТПВ у сміттєвоз

На основі розрахункової схеми (рис. 1) з урахуванням припущень [5] динаміка гідроприводу повороту важеля маніпулятора на операції завантаження ТПВ у сміттєвоз може бути описана математичною моделлю, що являє собою систему диференційних рівнянь (1-5) з відповідними граничними умовами (6) та алгебраїчних рівнянь (7, 8) [6, 7].

Аналіз проведених досліджень повної математичної моделі (1-8) показав, що p₁ p₂ p₁₂, а вплив тиску в зливних магістралях, сил в'язкого тертя на роботу гідроприводу є несуттєвим. Оскільки кут змінюється несуттєво під час зміни кута повороту важеля , то приймаємо його рівним деякому середньому значенню _ср.

З метою лінеаризації величини cos(-) введемо заміну:

завантаження побутовий сміттєвоз маніпулятор

, (9)

де усереднене в першому (10)

наближенні значення кутової швидкості повороту важеля.

Тому спрощена математична модель гідроприводу повороту важеля маніпулятора на операції завантаження ТПВ у сміттєвоз, має вигляд [8]:

де W₁₂ = W₁ + W₂; const миттєве значення кутової швидкості повороту важеля.

Для подальшого дослідження спрощеної математичної моделі використаємо перетворення за Лапласом [9]:

Підставляючи рівняння (14) в рівняння (13), отримаємо

, (15)

де ; ; ; ; ;

. (16)

Методом розкладання виразу (15) на простіші дроби після приведення до канонічного вигляду отримаємо

, (17)

; ;

;; . (18)

Знаходимо оригінал зображення (17)

. (19)

Виключаючи незначні коефіцієнти виразу (19), та враховуючи прийняті позначення згідно (10), (16), (18) кутова швидкість повороту важеля маніпулятора описується рівнянням

. (20)

Для визначення кута повороту важеля маніпулятора проінтегруємо рівняння (20) і враховуючи початкові умови (0) = = 0 отримаємо

. (21)

Виключаючи незначні коефіцієнти виразу (21), отримаємо спрощене рівняння зміни кута повороту важеля маніпулятора

. (22)

Розв'язуючи систему рівнянь (13, 14) відносно P(s) після приведення до канонічного вигляду отримаємо

, (23)

;;

; ; ;

;

; . (24)

Далі знаходимо оригінал зображення (23)

.(25)

Нехтуючи незначними коефіцієнтами рівняння (25), та враховуючи прийняті позначення згідно (10), (16), (18), (24), тиск в напірній магістралі гідроциліндра можна описати рівнянням

. (26)

Порівняння результатів повної та спрощеної математичних моделей, а також аналітичного їх розв'язання за значеннями параметрів [10] показано на рис. 2. Похибка склала близько 13%, що є прийнятним для виконання попередніх проектних розрахунків.

З рівняння (22), отримано таку залежність тривалості повороту важеля маніпулятора на операції завантаження ТПВ у сміттєвоз від основних параметрів його приводу

. (27)

Рівняння (27) дозволяє наближено визначити тривалість повороту важеля маніпулятора на операції завантаження ТПВ у сміттєвоз, що може бути використано під час проведення проектних розрахунків нових конструкцій сміттєвозів, а також під час оптимізації основних параметрів гідроприводу.

За допомогою залежності (27) в середовищі MathCAD визначено оптимальне значення подачі гідронасоса Q_н.опт = = 53,9 л/хв, для якої тривалість повороту важеля мінімальна t_min = 3,82 c, що може бути використано для інтенсифікації процесу завантаження ТПВ у сміттєвоз з метою зменшення витрат пального на 127 л/рік в розрахунку на однин сміттєвоз.

абв

Рис. 2. Порівняння результатів повної () та спрощеної ( ) математичних моделей, а також аналітичного їх розв'язання (): а) зміна тиску в гідроциліндрі; б) зміна кутової швидкості; в) кут повороту

Висновки

Запропоновано повну та спрощену математичні моделі гідроприводу повороту важеля маніпулятора на операції завантаження твердих побутових відходів у сміттєвоз, що дозволили отримати наближені аналітичні залежності тиску в напірній магістралі гідроциліндра, кутової швидкості та кута повороту важеля маніпулятора від часу, що можуть бути використаними під час проведення проектних розрахунків нових конструкцій сміттєвозів.

Виявлено наближену залежність тривалості повороту важеля маніпулятора від основних параметрів гідроприводу, на основі якої визначено оптимальне значення подачі гідронасоса Q_н.опт = 53,9 л/хв, для якої тривалість повороту важеля мінімальна t_min = 3,82 c, що може бути використане для інтенсифікації процесу завантаження твердих побутових відходів з метою зменшення витрат пального на 127 л/рік в розрахунку на однин сміттєвоз.

Список літератури

Портал України з поводження з твердими побутовими відходами. - Режим доступу: http://www.ukrwaste.com.ua.

Постанова Кабінету Міністрів України від 4 березня 2004 року № 265 "Про затвердження Програми поводження з твердими побутовими відходами".

Гидравлическое оборудование для гидроприводов строительных, дорожных и коммунальных машин: Каталог-справочник / под ред. Н. К. Гречина. - М.: 1978. - 468 с.

Мартин Ц. С. Современное состояние теории гидравлических переходных процессов / Ц. С. Мартин // Теоретические основы инженерных расчетов. - 1997. - № 2. - С. 209-229.

Савуляк В. І. Технічне забезпечення збирання, перевезення та підготовки до переробки твердих побутових відходів: [монографія] / В. І. Савуляк, О. В. Березюк. - Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2006. - 218 с. - ISBN 966-641-194-6 (в пер.).

Березюк О. В. Математичне моделювання динаміки гідроприводу робочих органів завантаження твердих побутових відходів у сміттєвози / О. В. Березюк // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2009. - № 4. - С. 81-86.

Березюк О. В. Дослідження динаміки гідроприводу робочих органів завантаження твердих побутових відходів у сміттєвози / О. В. Березюк // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одеса: Зовнішрекламсервіс. - 2009. - № 33. - С. 403-406.

Березюк О. В. Аналітичне дослідження математичної моделі гідроприводу повороту важеля маніпулятора на операції завантаження твердих побутових відходів у сміттєвоз / О. В. Березюк // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2010. - № 3. - С. 93-98.

Свешников А. Г. Теория функций комплексной переменной / А. Г. Свешников, А. Н. Тихонов. - 6-е изд., стереот. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. - 336 с. - ISBN 5-9221-0133-1 (в пер.).

Мусоровоз кузовной КО-436: [техническое описание и инструкция по эксплуатации]. - Турбов, 1996. - 27 с.

Размещено на Allbest.ru