CC BY
13
4. Прикладные нечеткие системы / Под ред. Т. Тэрано, К. Асаи, М. Сугэно. -М.:Мир, 1993. 368 с.
5. Аверин А. Н. и др. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта / Под ред. Д. А. Поспелова. - М.:Наука, 1986. 312 с.
6. В. В. Круглов, М. И. Дли, Р. Ю. Голунов. Нечеткая логика и искусственные нейронные сети. - М.:Физматлит, 2001. 221 с.
УДК 664.74:62-119.001.1
Шамота В.П., д.т.н., професор (Дон1ЗТ) Фалько О-ш Л., к.т.н., доцент (Дон1ЗТ)
СПРОЩЕНА МЕТОДИКА РОЗРАХУНКУ ПОТУЖНОСТ1 I ЕНЕРГОВИТРАТ ОДНОМАСНОГО В1БРАЦ1ЙНОГО ПРИВОДУ
Постановка проблеми i и зв'язок iз найважливШими науковими та практичними завданнями. В будiвельнiй та шших галузях у великш кшькосл використовуються легк одномасш вiбрацiйнi машини: вiбрацiйнi сита, грохоти, рiзноманiтнi сепаратори i гранулятори, дозатори, класифжатори, кашбрувальш машини, подрiбнювачi, невеликi за довжиною конвеери... Деякi з цих машин використовуються при будiвництвi заизничних колiй i споруд. Визначення необхщно! потужностi приводiв цих машин у процес розробки виконуеться за вщповщними методиками [1,2].
При використаннi методики [1] для легких одномасних вiбрацiйних машин одержимо занижеш результати, а саме, розрахункова потужшсть приводу може знаходитись у межах декшькох десятюв одиниць (Вт).
Розрахунок потужностi приводу по формулам ( 46, 47, 48) лггературного джерела [2] здатний виконати фахiвець достатньо високо! кваифшацп i тiльки пiсля повного розрахунку i розробки конструкцп вiбромашини, що потребуе значних витрат часу кваифшованого спецiалiста.
Метою статтi е обгрунтування ново! спрощено! методики розрахунку потужност приводу легких одномасних вiбрацiйних машин
(для будiвельноl та шших галузей), що також використовуються при будiвництвi залiзничних колiй i спор уд.
Для легких одномасних вiбрацiйних машин Í3 приводом вiд вiбраторiв спрямовано! дп, за умови повно! вивгшеносл коливно! системи, що забезпечуе нейтральне положення рухомо! системи вiбратора, необхщну силу, яка змушуе до заданого коливного руху систему, у будь-який момент часу t визначимо з виразу:
FB = Aw2mk sin wt (1)
де A (м) i ю (рад/с) - амплггуда i кутова частота коливань робочого органу;
mk - коливна маса, кг
Для коливно! маси за вщомою аналопею [3] введемо наступну формулу:
mk = mpo + em , (2)
де mpo - маса робочого органу з доданою масою третиною маси елеменлв, на яких вившено робочий орган вiбромашини, кг;
m - маса продукту на робочому оргаш, кг;
s - коефщент, що враховуе час знаходження продукту на робочому оргаш (вщношення часу етапу ковзання до сумарного часу етатв польоту i ковзання).
Якщо прийняти момент падшня tn, а момент початку польоту вщ коливно! поверхш to (рахуючи вiд початку перюду коливань), то tn -10 - час польоту, а 2p/w + 10 - tn - час ковзання (рахуючи час перюду повного коливання: 2p/w ). Вщкшя знайдемо:
e = 2p/w+ to - t„ = 2p/w+jo -jn (3)
2Pw 2p
де <p0 = ojtr - кут вщриву вщ коливнси поверхш i початку польоту (тут i далi розглядаеться загальний випадок: вертикальш коливання горизонтально! поверхнi), який дорiвнюе [3]:
(р0 = а0 = агсБт
&
Аа2
(4)
Якщо продуктом е дрiбнодисперсний порошковий матерiал, то момент вщриву значно затримуеться, майже до верхнього крайнього положення коливно! поверхнi, коли сила шерци, що дiе на продукт, максимальна. А тсля вщриву, швидкiсть польоту вiд коливно! поверхш дорiвнюе нулю, i ущiльнений шар дрiбнодисперсного продукту через дiю повггряного потоку рухаеться за коливною поверхнею донизу. Тому спiвударяння маси продукту з коливною поверхнею вщбуваються у моменти, коли остання майже досягла свого найнижчого положення. В цьому випадку фазовий кут падшня приблизно дорiвнюе т. Формула
(3) дiйсна тiльки для випадку, коли продуктом е дрiбнодисперсний порошковий матерiал, або iнтенсивнiсть коливань мала, оскшьки не враховуе випадку, коли етап польоту продукту здшснюеться на протязi декiлькох перiодiв коливань робочо! поверхш.
Для випадку, коли етап польоту продукту здшснюеться на протязi декшькох перiодiв коливань, коефiцiент б, що враховуе час знаходження продукту на робочому оргаш, визначиться:
е = 2тП + Р0 -Рп (5)
2т
де и - кшыасть повних перюд1в коливань, на протяз1 яких здiйснюються обидва перюди вiброперемiщення. З логiчних мiркувань необхщно значения Г ../2.я округлити у бш збшьшення до цшого значения,
яке { буде дор1внювати п. Тобто момент падшня ¡п = — залежить в1д
со
iнтенсивностi коливань I = А * а2.
Початкова швидюсть польоту вертикально вгору над коливною
р0
поверхнею у момент t0 =— складе:
а
У0 = АасоБ^0 (6)
Найбшьша висота польоту буде досягнута при V = 0, тобто зпдно закошв механiки:
V = V0 - gt 1 = А w cos wt0 - gt 1 = 0 (7)
Де ti - час польоту вщ моменту f: до найбшыпо! висоти польоту Vmax, при якiй V = о. З виразу (7), визначимо час польоту t\ до досягнення максимально! висоти:
= Awcos%
1 = g . (8)
Найбiльша висота польоту у момент tj складе:
V = Vt - g(tl) (9)
max 2 . (9)
Рiвняння, що описуе падiння з висоти Vmax на коливну поверхню мае
вид:
Vmax - g(22)" = A Sln[w(t2 + ti + to)] . (10)
Де t2 - момент падшня, що вщраховуеться вщ tl5 впзначаеться з виразу (10) методом поступового наближення за допомогою Mathcad, а момент падшня, вщрахований вiд початку перiоду коливань, складе:
tn = 12 + t1 + 10. (11)
Слщ зазначити, що юнують режими вiброперемiщення, при яких час польоту t2 +11 перевищуе у декiлька раз час перюду коливань. В цьому випадку швидюсть падшня V2 досить значна:
V2 =-gt2 . (12)
Швидюсть руху коливно! поверхнi на момент сшвударяння tn складе:
Vn = Aw cos wtn (13)
Вщповщно, кiнетична енерпя спiвударяння, яку далi врахуемо у розрахунку потужносл, складе:
E = m(V2 ± Vn )2 = m(gt2 + Awc0swt„ )2 (14)
с 2 2 ' К J
де знак « ± » залежить вiд напрямку руху коливно!' поверхш:
- при односпрямованому русi коливно! поверхнi i продукту донизу, при у2 <wtn < 32ж вираз Awcoswtn прийме вiд'емне значення з знаком « -
- при протилежному русi коливно! поверхш i продукту при -p2 <wtn <p2 вираз Aw coswtn прийме позитивне значення з знаком « + ».
Швидкiсть руху коливно!' поверхнi у будь-який момент часу t складе:
VK = Aw cos wt
. (15)
Згiдно законам механiки необхщна для руху коливно! маси потужнють, без урахування енергетичних втрат, у будь-який момент часу t , з урахуванням (1) i (15), складе:
N = FB * VK = Aw2mk sin wt * Aw cos wt (16)
Доцшьно необхщну потужнiсть привода знаходити по усередненим за перюд коливань значенням сили Бв i швидкостi руху робочого органа
Ук.
Вiдповiдно до формул (1) i (15) значення сили i швидкосл за перiод коливань змiнюються по синусо!дальному i косинусо!дальному законах. У кожшм перiодi коливань значення цих величин двiчi мають значення максимуму i мiнiмуму. Тому усередненi значення цих величин рацiонально знайти за першу чверть перюду коливань робочого органу при ^ = 0...я/2, що, з огляду на властивосл графiкiв цих функцiй, рiвнозначно всьому перюду коливань Ш = 0...2п. Таким чином, для визначення усереднених за перюд коливань значень сили i швидкост необхщно знайти площу, яку описують рiвняння (1) i (15) на дiлянцi, що вщповщае
фазовому куту ю' = 0...я/2, i роздшити 11 на величину змши фазового кута в данш чвертi перiоду (0...л/2). При цьому вираз для визначення усередненого значення сили прийме вид:
1((
Рв{о.я> = Аа2тк -= 0,64 Аа2тк . (17)
2 --0 2
Вiдповiдно, вираз для визначення усереднено! швидкост руху коливно! маси мае вид :
л
2
1008 ((
УК(ол>= Аа*^0-= 0,64 Аа . (18)
2 л-0 2
Тодi значення необхщно! потужностi визначимо по усередненим за перюд коливань робочого органа значенням швидкост коливно! маси i сили. Пiсля пiдстановки виразiв (17) i (18) у формулу (16), з урахування того, що при гармоншних коливаннях усередненi значення синусо1ди i косинусо1ди рiвнi мiж собою, одержимо:
N = 0,41А2а3тк . (19)
Для врахування потужносп для здолання ЕС (енергй спiвударяння) необхiдно, згiдно законiв мехашки, подiлити ЕС на сумарний час перiодiв польоту i ковзання продукту (на як приходиться одне сшвударяння):
Е /
Nс = ЬУ2л„ . (20)
Тодi формула (19), з урахуванням втрат потужностi (20) i значення Ес (14), прийме вид:
N = 0,41 АгО)ътк + Ес/ = 0,41 АгО)ътк + т(2 + Аа008<*.)2 . (2„
/2лп 4лп
Формула (21), у застосуванш для конкретного типу вiброприводу, прийме наступний вигляд:
^ ,, ,2 3 -1 т (gt 2 + Aw cos wtn )2 -1
N = 0,41 A 2w3 тц 1 + -ц 1, (22)
4pn
де n - коефщент, який враховуе втрати потужностi в
передавальному механiзмi вiброприводу i вЫе! коливно! системи (наприклад, для приводу з ексцентриком n~0,8, для електромагнiтного вiбратора n~0,9).
Для кожно! окремо! вiбрацiйноl технолопчно! машини тк , практично, величина постшна. Також, практично, постiйним е вщношення т/тк. Тому подiливши вираз (22) на тк одержимо питому потужнють приводу:
N л ,, ,2 3 -1 т(gt2 + Aw cos wtn)2 -1
Nпит =-= 0,41 A2w3h 1 + V5 2 -ц 1 . (23)
тк 4рптк
Таким чином, питома потужнiсть приводу вiбрацiйноl машини пропорцiйна квадрату амплггуди i кубу кутово! частоти коливань робочого органу.
З метою зниження споживання енерги доцшьно дослiдити залежнiсть Nnum вщ частоти й амплiтуди коливань робочого органу при постшнш штенсивност коливань I = A*w2 = const. Приймемо випадок, коли маса продукту незрiвнянно значно менша за масу робочого органу, тобто за коливну масу взагалг тРО » тк » т. Практично, такий випадок мае мюце, наприклад, при вiбросепарацil порошкових матерiалiв. В цьому випадку формула (23), фактично, приймае спрощений вид:
Nnum » 0,41 A2w3h-1 . (24)
У таблиц 1 i 2 представленi значення питомо! потужностi приводу вiбромашини, обчислеш в залежностi вiд частоти й ампл^уди коливань коливно! маси при фжсованих значеннях iнтенсивностi коливань: 10g, 11g, 12g, 13g (g - гравггацшне прискорення).
Таблиця 1 - Питома потужнють приводу вiбрацiйноl машини в залежностi вщ частоти коливань робочого органу
V, Гц 20 22,5 25 27,5 30 32,5
ю, с-1 125,66 141,37 157,07 172.78 188,49 204,2
А, м 1=108 0,006213 0,004909 0,003976 0,003286 0,002761 0,002353
1=118 0,006834 0,005399 0,004374 0,003614 0,003037 0,002588
1=128 0,007455 0,00589 0,004772 0,003943 0,003313 0,002823
1=138 0,008076 0,006381 0,005169 0,004272 0,00359 0,003058
Nпит, кВт/ ' кг 1=108 0,0388 0,0345 0,031 0,0282 0,0259 0,0239
1=118 0,0469 0,0417 0,0376 0,0341 0,0313 0,0289
1=128 0,0559 0,0497 0,0447 0,0406 0,0372 0,0346
1=138 0,0656 0,0583 0,0524 0,0477 0,0437 0,0403
Таблиця 2 - Питома потужнють приводу вiбрацiйноl машини в залежност вщ амплiтуди коливань робочого органу
А, м 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007
ю,с-1 1=108 221,472 180,831 156,605 140,071 127,867 118,382
1=118 232,282 189,658 164,248 146,908 134,108 124,16
1=128 242,611 198,091 171,552 153,441 140,071 129,681
1=138 252,517 206,179 178,557 159,706 145,791 134,976
Nпит, кВт/ ' кг 1=108 0,022 0,0269 0,0311 0,0348 0,0381 0,0412
1=118 0,0254 0,0311 0,0359 0,0402 0,0439 0,0475
1=128 0,0289 0,0354 0,0409 0,0458 0,0501 0,0541
1=138 0,0326 0,0399 0,0461 0,0516 0,0565 0,061
Графiчнi залежностi питомо! потужностi привода вiбромашини вiд частоти й амплiтуди коливань представлеш на рисунках 1 i 2.
Аналiз залежностей, даних на рисунку 1 i рисунку 2, показав, що при постiйнiй штенсивност коливань робочого органу споживана потужнють одномасно! вiбромашини зi збiльшенням амплггуди зростае, а зi збiльшенням частоти знижуеться по кривих, що описуються полшомами другого ступеня. Базуючись на цих розрахунках, треба приймати кшематичш параметри коливань робочого органу для вiбромашин даного типу, як вщповщатимуть найкращим показникам енергозбереження.
Рисунок 1 - Питома потужнють приводу вiбращйноl машини в залежност
вщ частоти коливань робочого органу
Рисунок 2 - Питома потужнють приводу вiбрацiйноl машини в залежност
вщ амплггуди коливань робочого органу
Висновки. Запропоновано спрощену методику розрахунку потужност вiброприводу для легких одномасних коливних систем. Теоретичш розрахунки вiдповiдають практичним даним, що шдтверджуе придатнiсть пропоновано! методики для використання в шженерних розрахунках. Обгрунтовано розрахунок питомо! потужност для вiбромашин рiзного типу, за яким можна призначати режими коливань робочого органу, як вщповщатимуть найкращим показникам енергозбереження.
Перспективи подальших до^джень у даному напрямку полягають у детальнш розробщ пропоновано! методики шляхом практичного визначення коефщенлв, що враховують енергетичш втрати
для рiзних тишв приводiв i рiзних режимах вiброперемiщення продукту. Для перевiрки теоретичних розробок необхiдно провести яюсш експериментальнi дослiдження.
Список лШератури
1. Спиваковский А.О., Гончаревич И.Ф. Вибрационные конвейеры, питатели и вспомогательные устройства. - М.: Машиностроение, 1972 - с. 114 - 117.
2. Бауман В.А., Быховский И.И., Гольдштейн Б.Г. Вибрационные машины в строительстве и производстве строительных материалов. - М.: Машиностроение, 1970. - с. 395 - 403.
3. Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемещение. - М.: Наука, 1964. - 412 с.
УДК 621.436:631.37
Вуль А. Ф., головний конструктор («КБ Вуля»)
ОСНОВН1 ПРИНЦИПИ ПОБУДОВИ РЯДУ БАГАТОЦ1ЛЬОВИХ 4-ТАКТНИХ ДИЗЕЛЬНИХ ДВИГУН1В УМЕ ПРЯМОГО УПОРСКУВАННЯ З НАДДУВОМ НА ОСНОВ1 КРИВОШИПНО-ПОВЗУННОГО МЕХАН1ЗМУ
Вступ. Паливна економiчнiсть i екологiчнi показники дизельних двигушв визначаються !х конструктивною схемою, що формуеться шляхом вибору основних конструктивних елементiв ДВЗ, систем подачi палива, повiтря й випуску вщпрацьованих газiв (ВГ). У процесi розробки, проектування, оптимiзацil конструкци, виробництва й експлуатаци двигунiв, з метою тдвищення рiвня ефективностi й еколопчно!" безпеки енергетичних установок i транспортних засобiв конструктивна схема може бути змшена шляхом удосконалення або замiни окремих систем i елементiв, переустаткуванням для роботи на альтернативному видi палива, i навiть повною змiною конструкци енергетично! установки.
Постановка проблемы. Конструкторське бюро DO Vool (надалi КБ) працюе над створенням сери дизельних двигушв Vool Manifold Engines (VME). Успадковуючи базовi принципи моторобудування
