CC BY
27
Использование разработанной системы показателей позволит существенно повысить эффективность эксплуатации транспортных и технологических машин лесного хозяйства за счет дискретного подхода к управлению производственной и технической эксплуатацией.
Результаты анализа динамики показателей отдельных машин по времени можно применять для корректировки планов использования машин, проведения мероприятий ТОиР, расчетов
потребности в запчастях и материалах, определения оптимальных сроков проведения капитальных ремонтов и списания техники.
Расчет показателей основан на сборе и обработке большого количества эксплуатационной информации, что возможно только при условии внедрения на предприятиях лесопромышленного комплекса современных автоматизированных информационных систем управления эксплуатацией.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Игнатов, В.И. Научные основы формирования стратегии технического обслуживания и ремонта лесных машин | Текст] / В.И. Игнатов,— М.: Изд-во МГУЛ, 2000. - 336 с.
2. Кузнецов, Е.С. Управление технической эксплуатацией автомобилей [Текст] / Е.С. Кузне-
цов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1990,- 272 с.
3. Прудовский, Б.Д. Управление технической эксплуатацией автомобилей по нормативным показателям [Текст] / Б.Д. Прудовский, В.Б. Ухарский. — М.: Транспорт, 1990. — 240 с.
УДК 669.054.03
М.Б. Латышенок, A.B. Шемякин, Н.М. Тараканова, И.В. Конов
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ УНИВЕРСАЛЬНОГО МОЕЧНОГО УСТРОЙСТВА АБРАЗИВНО-КАВИТАЦИОННОГО ДЕЙСТВИЯ
На поверхности сельскохозяйственной машины в процессе эксплуатации скапливаются различные виды загрязнений, имеющие различные физические свойства, и поэтому для их удаления требуется универсальная моечная машина, способная создать различные режимы очистки, от самых мягких до самых жестких.
Нами была разработана конструкция универсального моечного устройства, позволяющая проводить очистку сельскохозяйственных машин на различных режимах.
На рис. 1 изображено разработанное устройство. Оно состоит из корпуса 7, на переднем торце которого установлен конусный насадок с соплом 12. В корпусе установлен золотник 2, выполненный с продольными каналами 18 и снабженный полым конусом 11 на переднем торце и конусным стержнем 10 с закрепленной на
1 14
нем втулкой-резонатором 16. Корпус 7 неподвижно закреплен на рукоятке 5, внутри которой проходит подводящий канал 4 с присоединенным штуцером 6 и двумя каналами 9 для выбора различных режимов очистки. На рукоятке устройства посредством оси 3 закреплен нажимной рычаг 7, кинематически связанный через шток с золотником 2 и служащий для перехода устройства в кавитационный или струйный режим. На сопло конусного насадка 12 установлено кольцо 75 с радиальным отверстием и штуцером 13 с возможностью фиксации гайкой 14.
Устройство работает следующим образом. Жидкость к устройству подается насосом высокого давления через подводящий шланг, прикрепленный к штуцеру 6. При статическом положении рычага 7жидкость по подводящему каналу 4, далее через режимный канал Б поступает в пе-
реднюю полость конусной насадки 77, откуда выбрасывается наружу, формируя струю. Устройство работает в струйном режиме очистки.
При нажатии на рычаг 7золотник 2 перемещается вперед, перекрывая канал Б. Жидкость через канал А поступает в заднюю полость <?, откуда через продольные каналы 7<?золотника проходит в полость, образованную двумя конусами (полым 77 и конусом стержня 10) и заканчивающуюся кольцевым каналом. При выходе из кольцевого канала жидкость, сформировавшаяся в виде кольца, попадает на втулку-резонатор 76, в результате чего происходит резонансное возбуждение упругих элементов конструкции втулки 76 (лепестков). При резонансном возбуждении упругих лепестков втулка-резонатор служит источником ультразвука, под действием которого в жидкости образуются кавитационные пузырьки. В результате достигается режим акусти-ко-кавитационного воздействия моечной жидкости на загрязненные поверхности машин.
Для участков машин с плотными и особо плотными загрязнениями предусмотрены режимы водо-абразивной и акустико-абразивной очистки.
Подача абразивно-воздушной смеси в сопло конусной насадки 12 осуществляется при совмещении радиальных отверстий кольца 75 и сопла через штуцер 13. Фиксация кольца 75 осуществляется гайкой 14. Золотник 2 в этом режиме абразивной очистки находится в стационарном положении. В этом случае абразивно-воздушная смесь подхватывается струей жидкости, разгоняется и, ударяя по загрязненной поверхности, увеличивает механическое воздействие на нее.
Для получения режима абразивно-кавитаци-онной очистки рычагом 7золотник2 перемещается вперед, абразивно-воздушная смесь подается в потокжидкости, насыщенной кавитационными пузырьками, которые при схлопывании придают дополнительную энергию частичкам абразива.
Поскольку режимы струйной и кавитацион-ной очистки достаточно изучены [ 1 ], дадим теоретическое обоснование режима абразивно-ка-витационной очистки. Для этого условно сопло разработанной установки и зона очистки были разделены на несколько элементарных участков, представленных на рис. 2.
Участок А. На этом участке моечная жидкость под давлением, создаваемым насосом моечной установки, пройдя через канал и сформировав-
Рис. 1. Универсальное моечное устройство для очистки сельскохозяйственных машин /— корпус; 2— золотник; 3— ось; 4— подводящий канал; 5— рукоятка; 6— штуцер; 7— рычаг нажимной; 8— задняя полость; 9— распределительные каналы; 10— стержень конусной; 11 — конус полый; 12— сопло конусного насадка; 13 — штуцер; 14— гайка фиксирующая; 15— кольцо; 16— втулка-резонатор; 17— полость конусной насадки; 18— продольные каналы золотника
шись в виде кольца, попадает во втулку-резонатор, в результате чего происходит резонансное возбуждение упругих элементов конструкции втулки (лепестки). Втулка-резонатор становится источником ультразвуковых колебаний.
На развитие и динамику пузырьков в значительной мере влияют параметры звукового поля (частота, продолжительность звукового воздействия, пространственное распространение интенсивности звука), а также, как показали ранее проведенные исследования, интенсивное развитие кавитационных пузырьков зависит от величины звукового давления [1].
Для определения зависимости величины звукового давления от параметров абразивно-кави-тационного сопла было использовано уравнение Эйлера, описывающее процесс образования звуковых резонансных колебаний в струе моющей жидкости. Проведя соответствующие математические преобразования, получили величину звукового давления
Рзв =—Г£ + 2рК2Ът ю,/, (1)
щ1Г -
где р — плотность жидкости; Е— модуль объемной упругости жидкости, Па; I — расстояние между торцом сопла и втулкой-резонатором, м;
Рис. 2. Элементарные участки А, Б, В, Д образования абразивно-
кавитационной струи:-► — о-*
жидкость с кавитационными пузырьками; — —ов-^
/— корпус; 2— золотник; 3— конус полый; 4— стержень конусной; 5— втулка-резонатор; 6— сопло конусного насадка; 7— штуцер
V— скорость потока жидкости м/с; ю,-—частота звуковых колебаний 1 /с в струе жидкости.
Участок Б. На границах этого участка давление моечной жидкости остается постоянным, так как образовавшиеся на участке А кавитаци-онные пузырьки в силу своей инертности начинают схлопываться за пределами границ участка Б: Р()=РЪ= const.
Участок В. На этом участке в поток моечной жидкости, насыщенной кавитационными пузырьками, в сопло конусной насадки 12 через штуцер 13 (рис. 1) за счет разницы давлений Р0 < Ратм по системе забора (рис. 3) подается абразивный материал.
Все частицы абразивного материала имеют форму, близкую к шару, одинаковый размер, между ними отсутствуют адгезионные связи. Тогда условие засасывания абразива в поток моечной жидкости может быть записано в следующем виде:
ДР>
mAb g
}ль
(2)
где АР— разность между атмосферным давлением Ратм и давлением в сопле конусной насадки Д, Па,
= (3)
тАБ — масса абразивной частицы, кг; 5АБ — площадь сечения абразивной частицы, м"\
Проведя соответствующие преобразования, получаем, что процесс всасывания абразивного материала и, как следствие его, насыщение потока моющей жидкости частицами абразива зависят от плотности выбранного абразивного материала, а также размеров сопла конусного насадка и всасывающей трубки:
9* =
4РабД*
ЗУ*
1-
рАБ^АБ
' 2
V рж^ж J
(4)
где рАБ — плотность частицы абразивного материала, кг/м^; Я — радиус частицы абразивного р
ВАБ — внутренний диаметр всасывающей трубки, м; /)ж — внутренний диаметр сопла конусного насадка, м.
Участок Д. — участок, где моечная жидкость, насыщенная кавитационными пузырьками и частицами абразива, выбрасывается из сопла конусного насадка универсального моечного устройства в направлении очищаемой поверхности (рис. 4, а). Кавитационные пузырьки дви-
Рис. 3. Схема забора абразивного материала:
—
/— универсальное моечное устройство; 2 — резервуар с абразивным материалом; 3 — всасывающая трубка; 4 — воздушная трубка
жутся в потоке со скоростью Уп, и через определенный промежуток времени х происходит возмущение поверхности пузырька из-за наличия градиента давления, направленного в сторону движения (рис. 4, б). При этом происходит образование кумулятивной микроструйки жидкости, вызванное деформацией пузырька в процессе схлопывания (рис. 4, в). Образующиеся микроструйки прошивают пузырек вакуума со скоростью Ук , которая на несколько порядков превышает скорость движения потока моечной жидкости Уп [2], и дополнительно разгоняют частицу абразивного материала.
а) б)
Эффективная очистка поверхности сельскохозяйственной машины может быть достигнута, если поверхность будет находиться за пределами зоны интенсивного схлопывания пузырьков. Минимальное расстояние до границы зоны интенсивного схлопывания пузырьков определяется выражением
^„=0,4575Гп^Л^р (5)
где — минимальное расстояние от сопла до начала зоны интенсивного схлопывания кави-тационных пузырьков, м; Як — радиус кавита-
е)
Рис. 4. Процесс схлопывания кавитационного пузырька: а) выход абразивно-кавитационной струи из сопла; б) начало возмущения кавитационного пузырька; в) — образование кумулятивной микроструйки
/— кавитационный пузырек; 2— абразивная частица; 3— моечная жидкость; 4— кумулятивная микроструйка
ционного пузырька, м; Л — диаметр выходного отверстия сопла универсального моечного устройства, м.
Анализируя полученное выражение, можно заключить, что на величину начала интенсивного схлопывания кавитационных пузырьков влияет диаметр выходного отверстия сопла конус-
ной насадки универсального моечного устройства, за счет которого может быть изменено расстояние между соплом и очищаемым объектом.
Оптимизация параметров абразивно-кави-тационной струи позволит повысить производительность разработанного устройства, снизить энерго- и трудоемкость моечного процесса.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Розенберг, Л.Д. Мощные ультразвуковые поля [Текст] / Л.Д. Розенберг. — М.: Наука, 1968.- 347 с.
2. Федоткин, И.М. Использование кавитации в технологических процессах [Текст] /И.М. Фе-
доткин. — Киев, 1984. — 124 с.
3. Тельнов, Н.Ф. Технология очистки сельскохозяйственных машин [Текст] / Н.Ф. Тельнов. — М.: Колос, 1983. — 45 с.
