Выбор обобщенного критерия эффективности бульдозерных агрегатов при цикличной работе

линии которого замыкаются по корпусу 1 и каркасу 2. Тонкая стенка каркаса 2 работает в режиме насыщения и представляет значительное магнитное сопротивление для потока Ф, который разделяется на магнитные потоки: Ф1 - в объеме намагничивающей катушки; Ф2 - замыкающийся по тонкой стенке; Ф3 -выпучивающийся в сторону обрабатываемой воды. Картофель, движущийся с определенной скоростью, многократно пересекает силовые линии магнитного потока Ф3 и подвергается физическому воздействию. В предложенном аппарате коренным образом изменен способ формирования рабочего магнитного потока (посредством насыщения тонкой стенки каркаса). Унификация аппарата позволяет посредством замены каркаса 2 с намагничивающей катушкой 3, подбирать оптимальные параметры магнитного поля для любого технологического процесса. На схеме аппарата представлена тонкая стенка (8), по бокам от которой расположены полюса. Картина магнитного поля во многом зависит от длины тонкой стенки и угла скоса полюсов. Изменение одного из этих параметров обязательно повлияет на магнитное поле, поскольку изменится сопротивления магнитного промежутка как в воздухе, так и в стали. Получать магнитное поле в зоне обработки предполагается путем изменения площади поперечного сечения магнитного потока, что приведёт к насыщению ферромагнитного материала в местах с наименьшим сечением. В результате основной магнитный поток будет выталкиваться в окружающее пространство.

Рис. 2. Зависимость убыли массы клубней картофеля й (%) от дозы магнитной обработки вещества В^ (мТл-с) и длительности экспериментальных исследований N (сут): 1 - необработанный контроль; 2 - доза магнитной обработки 5 мТл-с; 3 - 8 мТл-с; 4 - 10 мТл-с; 5 - 15 мТл-с

Наименьшая убыль массы отмечена в контроле и у картофеля, обработанного магнитным полем в дозе 8 мТл-с. В остальных вариантах она превышала 50 %.

Выводы. Экспериментальные исследования доказали возможность использования аппарата магнитной обработки вещества для обработки клубней картофеля перед закладкой на хранение.

Обработка картофеля электромагнитным полем в дозе 8 мТл-с обеспечивает снижение убыли массы, по сравнению с необработанным контролем.

Литература.

1. Бородин И.Ф., Судник Ю.А. Автоматизация технологических процессов- М.: КолосС, 2003. - 344 с.

2. Технология хранения картофеля / К. А. Пшеченков, В. Н. Зейрук, С. Н. Еланский, С. В. Мальцев. - М.: Издательство “Картофелевод”, 2007 - 192 с.

3. Бабакин Б.С. Электротехнология в холодильной промышленности - М.: Агропромиздат, 1990. - 199 с.

4. А.с. 29718, Кл. 7 С 02 Г 1/48. Аппарат магнитной обработки вещества / В.Н. Гурницкий, Г.В. Никитенко, И.В. Атанов, С.Н. Антонов (РФ), - № 2002121345/20 - 26; заявлено 07.08.2002; опубл. 27.05.2003. Бюл.№15

THE ELTCNROMAGNETIC DEVICE FOR REDUCTION OF LOSSES OF A POTATOES AT A KEEPING G.V. Nikitenko, A.A. Lysakov, Th.F. Samaryn

Summary. In clause the problems of reduction of losses of a keeping of a potatoes. In clause the circuit of the electromagnetic device for processing a potatoes is resulted, the results of experimental researches by definition of influence of an electromagnetic field on safety of a potatoes are given.

Key words: potatoes, keeping, warehouse, reduction of losses, electromagnetic device.

УДК 629.114.2-112

ВЫБОР ОБОБЩЕННОГО КРИТЕРИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ БУЛЬДОЗЕРНЫХ АГРЕГАТОВ ПРИ ЦИКЛИЧНОЙ РАБОТЕ

Е.И. БЕРДОВ, кандидат технических наук

Челябинская ГАА

E-mail: berdovEygene@yandex.ru

Резюме. В статье анализируются различные критерии оценки эффективности работы бульдозерных агрегатов по фактору производительности, дается оценка их адекватности реальному процессу и предлагается новый обобщенный критерий оценки эффектив-

ности бульдозерных агрегатов при цикличной работе, позволяющий дополнительно учитывать влияние технологии выполнения процесса.

Ключевые слова: бульдозерный агрегат, производительность, критерий эффективности.

Эффективность использования бульдозерного агрегата (БА) в основном определяется его производительностью, которая, в свою очередь, зависит от конструкции рабочего органа (геометрических размеров, __ Достижения науки и техники АПК, №09-2010

угла резания и др.), характеристик разрабатываемого грунта, тягового усилия и рабочей скорости, особенностей технологии выполняемых работ и др. Работа трактора как несущей и энергетической базы БА оценивается через его рабочий процесс. Последний можно интерпретировать в виде некоторой векторной функции, координатами которой служат функции режимных параметров трактора и функция управления - воздействие на привод рабочего органа.

В значительной части работ по теории и экспериментальным исследованиям строительно-дорожных машин (СДМ) доминирует мнение, что производительность БА прямо пропорциональна его тяговой мощности [1, 2 и др.]. В этом случае критерий эффективности РБА (с точностью до постоянного множителя) принимает вид

^А = к

где к - коэффициент пропорциональности; Рр - тяговое усилие трактора, кН; V - рабочая скорость Ба, м/с.

Более детальные исследования показывают, что изменения производительности и средней тяговой мощности пропорциональны только при относительно малых тяговых усилиях. При работе трактора в зоне максимальных тяговых усилий эти закономерности различны: максимум производительности БА при цикличной работе не совпадает с максимумом средней тяговой мощности базового трактора [3, 4] (рис. 1). Однако в этом случае принимается во внимание только рабочий ход БА, хотя его полный технологический цикл состоит из большего количества фаз [5].

С целью обоснования выбора наиболее весомого критерия эффективности использования трактора с бульдозерным оборудованием проанализируем работу БА с учетом всех фаз наиболее вероятного технологического цикла.

Смещение эффективной рабочей зоны БА относительно максимума тяговой мощности в сторону больших тяговых усилий приводит к увеличению объёма разработанного грунта в каждом технологическом цикле и к соответствующему уменьшению количества циклов, необходимых для разработки заданного объёма грунта. В конечном итоге это, несмотря на некоторое снижение рабочей скорости, обеспечивает повышение производительности благодаря уменьшению затрат времени на выполнение холостых ходов (откатов) БА.

Производительность бульдозерного агрегата ПБА в общем случае можно определить по формуле:

П = —-,

БА т

ления математического ожидания тяговой мощности необходимо, кроме математических ожиданий Ркр и V, учитывать их корреляцию. В этой связи критерием оценки производительности (то есть эффективности использования БА) может служить величина полезной работы Аба, передаваемой трактором на орудие в единицу времени с учетом всех составляющих рабочего цикла [6]

Аба

N

1+

+А'

V Б

хх рх у

_ ‘р.р () V |р (1)1

где = -—-------------5—-— с1 ‘ - математическое ожи-

0 ‘рх

дание тяговой мощности; *7 V, [Ркр

с‘ - математическое ожидание дейст-

вительной скорости;

Эрх - длина рабочего хода.

Этот критерий можно использовать при оценке эффективности работы БА для любого рабочего процесса с известными составляющими его рабочего цикла.

Попытаемся решить обратную (более сложную) задачу - определить параметры рабочего процесса, соответствующие максимуму производительности БА. В этом случае приведённый критерий эффективности использовать нельзя, поскольку он не отражает структуру рабочего хода БА из-за различного влияния на производительность силового и скоростного факторов на разных фазах рабочего хода. Так, если рассмотреть два рабочих цикла БА с равной недогрузкой по тяговому усилию: в первом случае - в начале, а во втором - в конце рабочего хода, то оценка их эффективности по ранее упомянотому критерию даст одинаковый результат. Однако с точки зрения производительности БА эти циклы неэквивалентны. Равенство значений критерия эффективности для некоторого множества рабочих процессов, не эквивалентных по производительности, затрудняет решение задачи поиска оптимальных рабочих процессов БА.

Для преодоления этого противоречия в ряде ра-

где №р - расчетное значение объёма призмы грунта, перемещенного за один цикл; Т = I + I + ? -

’ 1~ |“| “I ) ц.р рх хх о

расчетное время цикла; tрх, . - продолжительность рабочего и холостого ходов; ^ - затраты времени на остановки в начале и в конце рабочего хода.

Устанавливая зависимость Щ и Тцр от режимных параметров трактора и пренебрегая второстепенными факторами, не зависящими от рабочего процесса, можно сформировать критерий производительности БА.

Обычно полагают, что N =Р V . В действительно’ кр кр д

сти это не совсем так. Поскольку тяговое усилие и действительная скорость БА - случайные функции внешних (например, буксования движителей и др.) и внутренних (параметры системы управления бульдозерным оборудованием и др.) факторов. Для опреде-Достижения науки и техники АПК, №09-2010 ___

Ж

ли

0,85 -

0,70 -

0,55 -

0,40-1

_Г7

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

/ У / / \

/ \ \ \

/ / / /

/ / / /

/ / / / /

/ /

/

0,2 0,3

0,4

0,5 0,6

0,7

Ф

Рис. 1. Зависимость изменения математических ожиданий относительной производительности П/П/тах и средней тяговой мощности ///тахбульдозерного агрегата от удельного тягового усилия ф:----производительность;--------тяговая

мощность.

бот [7 и др.] используют иную критериальную основу -объём призмы волочения грунта W, набираемый за время Т на длине набора ^

Т

Ц = I N кр {

0

где ^ - постоянный эмпирический коэффициент; X (I) -поступательное перемещение БА [^ = х (7)].

Однако и в этом случае остаётся нерешенным вопрос соответствия максимума критерия максимуму технической производительности БА, поскольку не учитывается, например, время холостого хода (отката) и остановок бульдозерного агрегата при выполнении технологического цикла, а также отсутствует ограничение на максимальный объём призмы волочения грунта со стороны рабочего органа БА и соответствующее тяговое усилие трактора.

В большинстве случаев бульдозерный агрегат набирает максимальный объём призмы волочения грунта (ограниченный размерами установленного отвала) значительно раньше окончания рабочего хода. Дальнейшие попытки набора грунта и работа с повышенным тяговым усилием приводят к пересыпанию грунта через верхнюю кромку отвала, что не способствует увеличению производительности БА. Однако значение рассмотренных критериев при этом продолжает возрастать, что может привести к получению завышенных оценок производительности БА, по сравнению с реальными.

Таким образом, возникает необходимость поиска нового критерия, позволяющего более адекватно оценивать эффективность работы БА. При разработке такого критерия будем иметь в виду, что мера производительности БА - произведение массы

Оо разработанного грунта на среднюю длину его перемещения Ьд - расстояние между центрами тяжести (ЦТ) разработанной траншеи (выемки) и кавальера. Необходимость учета средней длины перемещения грунта при оценке эффективности работы БА диктуется следующими соображениями. Если оператор БА реализует стационарный рабочий процесс, то при заданной величине рабочего хода тяговое усилие можно установить на минимально возможном уровне, обеспечивающем набор полного объёма призмы волочения к концу рабочего хода. При этом уменьшение тягового усилия приведёт к соответствующему росту скорости рабочего хода, что при максимальном объёме призмы грунта, ограниченном геометрической ёмкостью отвала, обеспечит наибольшую цикловую производительность благодаря сокращению общей продолжительности цикла. В этом случае при достаточно большой длине рабочего хода БА будет работать с недогрузкой по тяговому усилию, что противоречит стратегии копания, реализуемой опытными операторами (с целью обеспечения максимальной производительности БА), и результатам многочисленных исследований, в которых предпочтение отдается силовому форсированию землеройного агрегата [5].

При реализации нестационарного процесса отсутствие учета средней длины перемещения грунта приводит к еще большему отклонению рабочего процесса БА от соответствующего максимуму цикловой производительности. В этом случае для уменьшения продолжительности рабочего хода агрегат должен начинать движение с максимальной скоростью и нулевым тяговым усилием, а затем, по мере приближения к

выемка

Рис. 2. Стратегии разработки грунта бульдозерными

агрегатами:---траектория, соответствующая максимуму

цикловой производительности;----траектория, реализу-

емая опытным оператором

концу разрабатываемой траншеи (выемки) и началу кавальера, быстро набирать призму грунта максимального объёма, что обеспечит наибольшую цикловую производительность БА (рис. 2).

Стратегия копания, реализуемая опытными операторами БА, диаметрально противоположна. Они не допускают холостого пробега агрегата и стремятся обеспечить его максимальную загрузку в начальной стадии рабочего хода. Далее, по мере набора призмы грунта и перехода на режим транспортирования (с одновременным подрезанием грунта для компенсации потерь), загрузка по тяговому усилию может несколько уменьшаться [6] (см. рис. 2).

Таким образом, учет расстояния между ЦТ траншеи (выемки) и кавальера (то есть средней длины перемещения грунта) при поиске наилучшего по производительности как стационарного, так и нестационарного рабочего процесса принципиально необходим.

С достаточной степенью достоверности можно считать, что повышение производительности БА происходит прямо пропорционально уменьшению расстояния 1_0. Необходимость рассмотрения производительности БА в неразрывной связи между ЦТ траншеи (выемки) и кавальера отражена в различных методиках испытаний бульдозерных агрегатов, где производительность определяется как функция этого расстояния.

В общем случае, для разработки заданного объёма грунта необходимо выполнение бульдозерным агрегатом некоторого множества рабочих циклов. В этом случае мерой его производительности следует считать выражение, эквивалентное произведенной работе Аба за п циклов:

П ^

А БА = I ^ • Ь 0, Вт,

1=1 Тт

где Оа - сила веса от массы грунта, разработанного в /-ом цикле, Н; Ьа - расстояние между ЦТ траншеи (выемки) и кавальера в /-ом цикле, м; Тц - продолжительность /-го цикла, с; п - общее количество циклов.

Различные рабочие циклы в общем случае могут существенно отличаться один от другого, то есть выражение (5) представляет собой нелокальный функционал. Решение прикладных задач с использованием таких функционалов представляет весьма сложную математическую проблему. Поэтому его сведение к локальному, то есть к оценке эффективности рабочего процесса по одному циклу, позволит существенно упростить решение задач исследования рабочих процессов БА.

Покажем, что максимум критерия Р=Од/Тц-1-д в каждом технологическом цикле соответствует максимуму выражения (5). Предположим, что п-1 цик__ Достижения науки и техники АПК, №09-2010

лов уже выполнено и предстоит выполнить последний п-й цикл. В этом случае:

в*. .

и-1 о А = 2^

м Т.

Ьл: +:

Первое слагаемое (6) уже имеет определённое значение. Поэтому очевидно, что максимум второго слагаемого, то есть критерия Р в последнем цикле, соответствует максимуму А.

Рассмотрим два последних цикла:

І-2Г,

мТ\

ЦП-1

С = у- \¥ = кр-у-В|Ь(х)(іх Н ,

где х=ха - поступательное перемещение БА, м; 1/У-текущее значение объёма призмы волочения грунта, м3; кр - коэффициент разрыхления грунта при бульдо-зировании; у- удельная сила тяжести от массы грунта, Н/м3; В - ширина бульдозерного отвала, м; /7 - толщина срезаемой стружки грунта при копании, м.

Максимально возможный объём призмы волочения грунта, ограниченный геометрической ёмкостью отвала [8]:

ВН2

2к '

\Л/

= W0

х. = Б...

Достижения науки и техники АПК, №09-2010

где Брх - длина рабочего хода.

Расстояние от начала рабочего хода до ЦТ траншеи (см. рис. 2):

р*

|х • Ь(х)с1х

Хс ^Ь(х)сЬс ’ соответственно

|(8рх -х)-Ь(х)(к

Поскольку л-2 цикла уже выполнены, задача поиска максимума А сводится к нахождению максимума двух последних слагаемых, которые не равны по величине. Более того, при уменьшении одного из слагаемых возможно увеличение другого и, в конечном итоге, суммарной величины А. Это объясняется тем, что откат в каждом рабочем цик ле может проводиться на различные расстояния (разработав грунт на определённом участке, оператор БА в следующем цикле, во избежание возникновения больших неровностей рельефа дна траншеи, проводит откат на иное расстояние, и соответственно копание осуществляется на другом участке). Придерживаясь рациональной стратегии копания, оператор БА стремится наилучшим образом выбрать длину рабочего хода в каждом технологическом цикле, а, следовательно, и соотношение между вторым и третьим слагаемыми (7). В этом случае для достижения максимума суммарной величины А достаточно обеспечить максимум критерия Р в (л-1)-ом и л-ом циклах.

Проведя аналогичные рассуждения для оставшихся циклов, можно прийти к выводу, что максимуму производительности БА соответствует максимум критерия Р в каждом технологическом цикле.

Выразим параметры объёма призмы волочения грунта И/д, а также /_0 и Тц через функции режимов работы БА. В этом случае текущее значение объёма призмы волочения грунта можно представить как силу веса от массы грунта перед отвалом бульдозера:

|11(х)с1х

а продолжительность цикла

Тц=1рх+^ + 10,

XX

где tpx - продолжительность рабочего хода; 5хх -длина рабочего хода (в дальнейшем принимается ^хх ~ средняя скорость холостого хода; ?о -суммарное время остановок в начале и конце рабочего хода.

С учетом (10), (12) и (13) функционал Рпринимает вид:

кр  В • у

|(Зрх -х)'Ь(х)с1х.

1. +

V

Выражение (14) получено в предположении, что подбор грунта после набора полной призмы волочения (для компенсации потерь при транспортировании) не влияет значимым образом на положение ЦТ.

Формально это условие можно записать в виде

Ь(х) = Опри }і!(х)ах =

і

крВ

При этом значение интеграла с момента набора полной призмы волочения грунта до окончания рабочего хода БА остаётся постоянным.

Величина коэффициента разрыхления грунта кр, удельная масса грунта у и ширина бульдозерного отвала В в выражении (14) могут быть опущены, так как они не зависят от рабочего процесса.

Проведя замену переменной в выражениях (14) и (15), получаем искомый функционал - критерий эффективности БА:

Р

С +

V..

ВД = 0 при ]Ъ(1:) • Уд (Х)ск,

где В л Н - соответственно ширина и высота рабочего органа, м; кро - постоянный коэффициент, зависящий от геометрии отвала и вида разрабатываемого грунта.

Если предположить, что рабочий орган БА используется рационально, то есть в любом случае к концу рабочего хода набирается полный объём грунта на отвал бульдозера, можно записать:

где \/д(Ґ)=х(Ґ) - действительная скорость движения БА.

Очевидно, что совокупность параметров, возвращающих максимум функционалу Р(Л), обеспечивает экстремальную эффективность БА по критерию производительности.

Выводы. Таким образом, функционал (16), в котором учитываются параметры и взаимосвязи отдельных элементов технологического цикла, наиболее адекватен рабочему процессу бульдозерного агрегата и может быть принят в качестве обобщенного критерия его эффективности при цикличной работе.

Этот критерий можно также применять для оценки эффективности трактора в агрегате с прицепным скрепером.

-------------------------------------------- 75

Литература.

1. Баловнев В.И. Дорожно-строительные машины с рабочими органами интенсифицирующего действия. - М.: Машиностроение, 1981, 223 с.

2. Захарчук Б.З., Телушкин В.Д., Шлойдо Г.А. и др. Бульдозеры и рыхлители.- М.: Машиностроение, 1987.- 240 с., ил.

3. Богатырёв А.П. Исследование влияния энергонасыщенности на тяговую динамику и производительность трактора-бульдозера.- Автореф. дис...канд. техн. наук.- Челябинск: ЧИМЭСХ, 1975.

4. Кавьяров И.С., Позин Б.М., Саматов Ю.П. Зависимость производительности промышленных тракторных агрегатов от удельных параметров трактора // Тракторы и сельскохозяйственные машины.- 1966, № 10, с. 9-10.

5. Бердов Е.И., Щепетов Е.Г. Повышение эффективности использования тракторов двойного назначения. Монография.- Челябинск: ООО «Издательство РЕКПОЛ», 2008.- 170 с., ил.

6. Бердов Е.И. Повышение эффективности использования гусеничного сельскохозяйственного трактора путем выбора рационального положения центра давления при агрегатировании бульдозерным оборудованием.- Дис. ... канд. техн. наук.- Челябинск: ЧГАУ, 2000.

7. Позин Б.М. Вопросы методологии в теории тяговой характеристики трактора.- Челябинск: РИО ЧГАУ, 2006.- 123 с.

8. Вязовский А.Е., Гинзбург Ю.В., Яснов А.Я. Об объёме призмы волочения бульдозерного агрегата.- М.: Тр. НАТИ, 1977, вып. 252, 47 с.

CHOICE OF GENERALIZED CRITERION OF EFFICIENCY OF BULLDOZER UNITS AT CYCLICAL WORK

E.I. Berdov

Summary. In the article are analyzed different criterions of judgments of efficiency working bulldozer units on the factor of productivity, is given evaluation of their adequacy to the real process and is offered new generalized criterion evaluations of efficiency of bulldozer units at cyclical work, allowing in addition take an influence of technology of execution process.

Key words: bulldozer aggregate, productivity, productivity measure.

УДК 628.543

ПРОЦЕССЫ ОСАЖДЕНИЯ ФЛОККУЛИРОВАННЫХ ВОДНОИЛОВЫХ СУСПЕНЗИЙ ВО ВТОРИЧНЫХ ОТСТОЙНИКАХ

В.И. БАЖЕНОВ, доктор технических наук, доцент А.Д. КОРЕНЬКОВ, аспирант Московская государственная академия коммунального хозяйства и строительства E-mail: arkdenisov76@yandex.ru

Резюме. Показано, что эволюция концентрации частиц определяется осаждением, которое дополнительно к изменению концентрации флоккул активного ила в слоях отстойника, также влияет на распределение размеров частиц. Представлены аналитические выражения, характеризующие концентрацию и среднюю скорость осаждения суспензии как функции распределения размеров частиц, а также взаимосвязи между распределением размеров частиц.

Ключевые слова: флоккулированные суспензии, процесс осаждения, вторичный отстойник, моделирование, концентрация флоккул, распределение размеров флоккул, плотность, активно-иловый процесс, активный ил.

Важное значение в процессах биологической очистки сточных вод имеет их осветление во вторичных отстойниках для отделения биомассы активного ила от очищенной воды по окончании биохимического окисления загрязнений в аэротенке. Флоккулы объединяют агрегаты бактериальных клеток, а также продукты их жизнедеятельности,

органические и минеральные вещества, находящиеся в коллоидном и мелкодисперсном состояниях [2].

Моделирование скорости осаждения флоккул активного ила во вторичных отстойниках представляет собой один из ключевых процессов при создании интегрированной модели осаждения (уплотнения) [1, 3].

Цель наших исследований - разработка математической модели осаждения флоккул активного ила во вторичных отстойниках.

Условия, материалы и методы. Экспериментальные исследования проводили на полномасштабных очистных сооружениях, пилотных установках и лабораторных осадительных колонках с целью получения материала для сравнения опытных данных с результатами расчетов с помощью математической модели.

Пилотная установка состояла из трех последовательных аэрируемых секций, заканчивающихся вторичным отстойником глубиной 1,6 м. Скорость восходящего потока в отстойнике равна 24,3 м/сут. При исследованиях осуществляли постоянную рециркуляцию активного ила из отстойника в реакторы.

Результаты и обсуждение. Анализ показал, что концентрация флоккул активного ила диаметром ф в секциях вторичного отстойника, получающего жидкую смесь от активно-иловой установки, определяется как:

Х

где Х(ф) - концентрация частиц диаметром ф, мг/л; __ Достижения науки и техники АПК, №09-2010