Моделювання гідроприводу вивантаження твердих побутових відходів із сміттєвоза

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОДЕЛЮВАННЯ ГІДРОПРИВОДУ ВИВАНТАЖЕННЯ ТВЕРДИХ ПОБУТОВИХ ВІДХОДІВ ІЗ СМІТТЄВОЗА

О.В. Березюк, к. т. н.

Згідно даних, наведених в [1], в населених пунктах України щороку утворюються 46 млн. м3 твердих побутових відходів (ТПВ). Переважаюча їх частина захоронюються на 4530 полігонах та сміттєзвалищах площею майже 7,7 тис. га та лише частково утилізуються на сміттєспалювальних заводах або перероблюються. Збирання ТПВ є основним завданням санітарного очищення населених пунктів і здійснюється більше ніж 4,1 тис. спеціальними автомобілями (сміттєвозами) [1], а тому пов'язане із значними фінансовими витратами. Після перевезення ТПВ сміттєвозами до місця їх утилізації виконується операція вивантаження відходів. Зношеність автопарку сміттєвозів комунальних підприємств України складає майже 70% [1]. Згідно [2], забезпечення застосування сучасних високоефективних сміттєвозів у комунальному господарстві країни є актуальною науково-технічною задачею. Зокрема, актуальною є проблема розробки нових конструкцій сміттєвозів.

Аналіз [3…5] розробок в галузі комунальної техніки показав, що у більшості сміттєвозів вивантаження відходів здійснюється за допомогою гідравлічного приводу робочих органів із використанням телескопічного гідроциліндра.

Метою дослідження є визначення залежностей показників процесу вивантаження ТПВ із сміттєвоза від основних параметрів його гідроприводу для розробки в подальшому методики проектних розрахунків нових конструкцій сміттєвозів.

На рис. 1 представлена розрахункова схема роботи гідроприводу сміттєвоза під час вивантаження ТПВ. На схемі позначені такі структурні елементи: ПВ плита виштовхування, ГЦ гідроциліндр, Р гідророзподільник, Н гідронасос, ЗК запобіжний клапан, Ф фільтр, Б бак із робочою рідиною. На схемі також представлені наступні основні геометричні, кінематичні та силові параметри: р1, р2, р3, р4 тиски відповідно на виході Н, на вході ГЦ, на виході ГЦ та на вході Ф; W1, W2, W3, W4 об'єми трубопроводів між Н та Р, Р та входом ГЦ, виходом ГЦ та Р, Р та Ф; QН фактична подача Н; SP площа прохідного отвору Р; Sф площа поверхні фільтруючого елемента; D, d діаметри поршня та штока; Gп вага ПВ; Gц вага ГЦ; GB1 вага частини відходів, що знаходяться над ПВ; GB2 вага частини відходів, що знаходяться поза ПВ; FТП сила тертя ПВ; FТВ сила тертя ТПВ; FЦ сила, яку розвиває ГЦ; h1, h2 висота нижньої та верхньої частини ПВ; b ширина ПВ (на схемі не вказана); товщина ПВ; кут нахилу ПВ; хс довжина ступені ГЦ; х переміщення ПВ.

Рис. 1. Розрахункова схема роботи гідроприводу сміттєвоза під час вивантаження ТПВ

На основі розрахункової схеми (рис. 1) з урахуванням припущень [5] динаміка гідроприводу вивантаження ТПВ може бути описана відповідною системою диференціальних (1-5), алгебраїчних рівнянь (7) з граничними умовами (6) [6].

0 {р1, р2, р3, р4} pзк; 0 x lК; (6)

; ; ; ; ; ; ; ; ; . (7)

Аналіз проведених досліджень повної математичної моделі (1-5) показав, що p1 p2 p, а вплив тиску в зливних магістралях, сил в'язкого тертя на роботу гідроприводу є несуттєвим.

Тому спрощена математична модель гідроприводу вивантаження ТПВ із сміттєвоза має вигляд [7]:

(8)

де - коефіцієнт перетікання робочої рідини; K - коефіцієнт стисливості робочої рідини; W12 = W1 + W2 - об'єм трубопроводів між Н та входом ГЦ; mp - приведена маса рухомих частин.

Для дослідження спрощеної математичної моделі (8) використаємо перетворення за Лапласом [8], згідно якого отримаємо:

(9)

вивантаження сміттєвоз гідропривод конструкція

Розв'язуючи систему рівнянь (9) методом підстановки, нехтуючи доданком a0, який має вищий порядок малості, отримаємо

, (10)

де ; ; ; ; ; ; .(11)

Методом розкладання виразу (10) на простіші дроби після приведення до канонічного вигляду отримаємо

, (12)

де ; ; ; . (13)

Знаходимо оригінал зображення (12)

. (14)

Виключаючи незначні коефіцієнти виразу (14), які мають вищий порядок малості, та враховуючи прийняті позначення згідно (11), (13) та початкову умову p(0) = 0, тиск в напірній порожнині ГЦ описується таким рівнянням

. (15)

Розв'язуючи систему рівнянь (9) відносно X(s) після приведення до канонічного вигляду отримаємо

, (16)

де ; ; ; ; ; ; ; ; . (17)

Далі знаходимо оригінал зображення (16)

. (18)

Нехтуючи незначними коефіцієнтами рівняння (18), які мають вищий порядок малості, та враховуючи прийняті позначення згідно (11), (13), (17), переміщення ПВ можна описати рівнянням

. (19)

Для визначення швидкості руху ПВ продиференціюємо рівняння (18) і отримаємо

. (20)

Виключаючи незначні коефіцієнти виразу (20), які мають вищий порядок малості, і враховуючи початкову умову v(0) = 0 отримаємо спрощене рівняння зміни швидкості руху ПВ

. (21)

Порівняння результатів повної та спрощеної математичних моделей, а також за допомогою рівнянь, отриманих в результаті аналітичного розв'язання спрощеної моделі за значеннями параметрів згідно [9] показано на рис. 2. Похибка склала близько 11%, що є прийнятним для попередніх проектних розрахунків.

Отримані наближені аналітичні залежності (15), (21), (19) можуть бути використаними під час проведення проектних розрахунків нових конструкцій сміттєвозів.

Використовуючи рівняння (19), отримано таку залежність тривалості вивантаження ТПВ із сміттєвоза від основних параметрів його приводу

, (22)

де n - кількість ступенів телескопічного ГЦ.

Одержана залежність (22) може бути використана під час проведення проектних розрахунків нових конструкцій сміттєвозів.

Висновки

Запропоновано повну та спрощену математичні моделі гідроприводу вивантаження твердих побутових відходів із сміттєвоза, що дозволили отримати наближені аналітичні залежності тиску в напірній магістралі гідроциліндра, швидкості та переміщення плити виштовхування від часу, що можуть бути використаними під час проведення проектних розрахунків нових конструкцій сміттєвозів.

Виявлено наближену залежність тривалості вивантаження твердих побутових відходів із сміттєвоза від основних параметрів гідроприводу, що може бути використана під час проведення проектних розрахунків нових конструкцій сміттєвозів.

Список джерел

1. Березюк О. В. Математичне моделювання прогнозування об'ємів утворення твердих побутових відходів та площ полігонів і сміттєзвалищ в Україні / О. В. Березюк // Сучасні технології, матеріали і конструкції у будівництві. - Вінниця : УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2009. -№ 2 (7). - С. 88-91.

2. 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.

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

4. 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.

5. Березюк О. В. Дослідження динаміки гідроприводу вивантаження твердих побутових відходів із сміттєвозів / О. В. Березюк // Машинознавство. - Львів : НУ “Львівська політехніка”. - 2008. - № 10 (136).- С. 25-28.

6. Березюк О. В. Аналітичне дослідження математичної моделі гідроприводу вивантаження твердих побутових відходів із сміттєвоза / О. В. Березюк // Промислова гідравліка і пневматика. - 2011. - № 34(4). - С. 82-83.

7. 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.).

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

Размещено на Allbest.ru