автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Разработка способа очистки полувагонов от остатков сыпучих грузов навесными воздуходувными устройствами

ШС СССР

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНЭ-ИССЛВДОВАТЕПЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСГЮР'

На правах рукописи

Гребцов Александр Иванович

УДК 629.488.25

РАЗРАБОТКА СПОСОБА ОЧИСТКИ ПОЛУВАГОНОВ

ОТ ОСТАТКОВ СЫПУЧИХ ГРУЗОВ НАВЕСНЫМ ВОЗДУХОДУВНЫМ УСТРОЙСТВАМ!

05.22.08 - Эксплуатация железнодорожного транспорта (включая системы сигнализации, централизации и блокировки)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -- 1990

Го С , ¿)СС-С>УУ -

Работа выполнена в Харьковском институте инженеров желез! дорожного транспорта им. С.М.Кирова на кафедре "Строительные, путевые и погрузочно-разгрузочные машины".

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Кривпов И.П.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Калтахчян А. Т. (ШПК МПС),

кандидат технических наук Илюхин Д. С. (ВКИШ1)

Ведущее предприятие - Южная ордена Ленина железная

дорога

Защита состоится

„2 Ъ час.

на заседании специализированного, совета Д 114. 01.01 при Всесоюзном научно-исследовательском институте железнодорожной транспорта по адресу: 129851,Москва, И-164, 3-я Мытищинская, ; в Малом конференц-зале института.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан

пЖ-п у^э . 1990 г.

Отзыва на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес специализированного совета института. 4

Ученый секретарь

специализированного совета,

кандидат технических наук С "'-'¿У В.И.Суржина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕ«Ы. "Основными направлениями экономического и сошачьного развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года" предусмотрено обеспечить "существенное увеличение производства средств механизации и автоматизации подъемно-транспортных, погрузочга-разгрузочных и складских работ в целях значительного сокращения сферы применения ручного, малоквалифицированного и тяжелого физического труда,... повсеместное внедрение ресурсосберегающих видов техники ..., сокращение потерь сырья и материалов".

Рост эффективности и повышение производительности труда на железнодорожном транспорте в значительной степени должны быть обеспечены за счет подъема уровня комплексной механизации пог-рузочно-разгрузочных и ремонтных работ,ускорения оборота вагонов, обеспечения сохранности грузов. В связи с этим одной из актуальных задач на магистральном и промышленном железнодорожном транспорте является механизация очистки полувагонов от остатков перевозимых грузов. Недостаточное решение этого вопроса, связанное в значительной мере с несовершенством или неприменимостью известных способов механизированной очистки в пунктах выгрузки, обусловливает большие затраты ручного труда (до 70% трудоемкости всех разгрузочных операций), ухудшает оборот вагона (в среднем на 0,75 часа) и увеличивает потери перевозимых грузов (до 0,8% от перевозимого количества). Это приводит также к потенциальной возможности потерь части грузов при последующих перевозках от засорения и к загрязнению окружающей среды. Общие издержки, связанные с неочисткой полувагонов, оцениваются сотнями млн.рублей.

Объемы работ с рассматриваемыми грузами составляют более половины общего объема перевозок на магистральном и около 70% на промышленном железнодорожном транспорте. Примерно 80% этих грузов (минерально-строительные материалы, уголь, металлургическое сырье и др.) перевозятся в полувагонах - самом массовом и наиболее дефицитном виде подвижного состава. Таким образом, в целом рассматриваемая задача имеет большое значение для улучшения работы магистрального и промышленного железнодорожного транспорта.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью работы является теоретическое обоснование и разработка методов расчета основных па-

раметров способа механизированной очистки полувагонов в пунктах выгрузки сыпучих грузов, отвечающего современным требованиям и направленного на снижение простоя вагонов под грузовыми операциями, повышение сохранности вагонного парка и перевозимых грузов, /'ля достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи: обоснование направления исследований - использования в качестве инструмента ненагретой воздушной струи; аналитическое исследование процесса удаления остатков сыпучего груза с очищаемых поверхностей воздушной струзй и разработка на этой основе математической модели аэродинамической очистки; выбор рациональных параметров сопловой схемы навесного воздуходувного (аэродинамического) очистного устройства (НБУ); экспериментальное исследование на лабораторном стенде и натурном образце устройства для проверки теоретических предпосылок и определения опытных коэффициентов; разработка методики инженерного расчета НВУ; исследование в производственных условиях эффективности разработанного способа очистки, анализ и отработка технологии и определение сферы рационального использования НВУ.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, защищаемые в диссертационной работе: математическая модель аэродинамической очистки, связывающая параметры процесса удаления остатков с характеристиками груза, расположения сопла и очищаемых поверхностей и начальными параметрами струи; методика и результаты экспериментальных исследований на лабораторном стенде и натурном образце устройства; методика расчета основных параметров и проектирования НВУ; экономико-математическая модель выбора эффективного варианта конструктивной реализации НВУ.

МЕТОД»1 ИССЛЕДОВАНИЯ. В основу проведенного исследования положен расчетно-экспериментальный метод. Использованы фундаментальные положения и методы механики сыпучих сред и двухфазных потоков, теории турбулентных струй, вычислительной математики и математической статистики, кино- и фотометрии.

ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются использованием апробированных результатов научных исследований; применением фундаментальных положений пг:::-:лагн'--х наук, методов математического планирования экспериментов; удовлетворительной схопимостьэ результатов расчетных иссле-зе-н:::: с данными эксперимента в натурных условиях.

ЭТНАЛ К0В.13НА. Б гнссертаиии получены новые научные резу-льт;/Г1' , основные ;:з которых состоят з следующем:

разработана математическая модель процесса транспортирования остатков сыпучего груза открытой воздушной струей, на основе чего предложена методика выбора рациональных параметров НВУ;

установлены закономерности влияния параметров сопловой системы на процесс счистки, и преклонены новые технические решения, заиленные авторскими свидетельствами;

разработана методика инженерного расчета НВУ. 1РЛ1ШЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработан отвечающий современны?/ требованиям способ механизированной очистки полувагонов в пункта выгрузки сыпучих грузов, внедрение которого при незначительных капитальных затратах и неизменности существующей технологии позволяет уменьшить время оборота вагонов, увеличить погрузочные ресурсы, повысить сохранность попеижного состава и сократить потери перевозимых грузов. Получены расчетные зависимости и необходимые эмпирические коэффициенты. Разработана методика ш-гкенерного расчета и проектирования КБУ. Эксплуатационной проверкой опытных образцов установлены технико-экономические характеристики устройств и обоснованы рекомендации по их использований на сети железных дорог.

РЕАЛИЗАЦИИ РАБОТЫ, методика расчета и проектирования наве-сшх возгухолувных устройств с учетом конкретных эксплуаташон-ных условий пунктов выгрузки сыпучих грузов использованы отраслевой лабораторией механизации погрузочно-разгрузочных работ "ХИИТа при проектировании НВУ по заданию Главного управления контейнерных перевозок и коммерческой работы !дПС. Опытные образцы обеих модификаций устройства прошли производственную проверку в пунктах выгрузки насыпных грузов Южной железной лороги и на подъездных путях нескольких промышленных предприятий. Общий экономический эффект от внелрения результатов работы в производство составил 69,1 тыс.рублей. В настоящее время Красноли-манские порочные механические мастерские в соответствии с пяакэм 'ДС изготовляют по заказам нелезных дорог опытно-про-мк^леннум партию устройств для использования их в различных эксплуатационных условиях.

АПРОБАЦИЯ ГШУЧЕНШХ РЕЗУЛЬТАТОВ. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной научно-технической конференции "Новую техшку,прогрэссивну:о технологию - в проекты транспорта" (Харьков, 1980г.), засе-анчях секции "Новая строительная и п1~ьсьн:>-я!ранепор?кая «'схнь/.а" "а-

б

рьковского дома ученых (1980-1986 гг.), Всесоюзной сетевой школе "Повышение эффективности работы механизированных дистанций ДРР за счет ускорения внедрения НТП в хозяйстве служб контейнерных и пакетных перевозок" (Харьков, 1984 г.), научно-технических конференциях кафедр ХИИГа и специалистов ж.-д. транспорта (Харьков, 1980-1987 гг.), расширенном заседании кафедры Сш1Рл1 ХИИТа (Харьков, 1988), научно-техническом совещании отделения Грузовой работы ВНЖЕ'Га (Москва, 1989 г.).

ПУБПИКАЩИ. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 3 авторских свидетельства на изобретения.

СГРУКГУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов и заключения, содержит 141 страницу машинописного текста, 18 таблиц, 59 рисунков, список литературы из 119 наименований и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность темы, освещена степень разработанности, определены цель и назначение работы. Указывается, что вопросы механизации очистки полувагонов от остатков сыпучих грузов нашли отражение в работах Н.М.Геллера, Г.Г.Дробышева, С.А.Другаля, Е.А.Иконникова, А.Н.Котенко, И.П.Кривцова, А.А.Кур-никоЕа, В. А. Шроненко, Э.Н.Морозова, П.В.Очеретина, П.Г.Парова, Д. С .Илюхина, В.Н.Рамодина, В. ¿1 Самсонова, Ю.К.Сосенко, В.Н. Сто-гова, Е.Г.Угодина, В.Н.Харламова и др. В настоящее время на магистральном и промышленном ж.-д. транспорте успешно используется несколько способов очистки и типов устройств. Наибольшее применение нашли накладные вибромашины конструкции Уральского отделения ВШИЖТа, а тагсхе гидравлические и газодинамические установки. Однако недостатки известных средств механизации не позволяют в полной мере решить эту задачу. Весьма актуальным в связи с этим является поиск более совершенных способов.

В ПЕРВОЕ РАЗДЕЛЕ диссертации дается обзор литературы, анализируется состояние вопроса, рассматриваются основные аспекты проблемы очистки полувагонов от остатков сыпучих грузов и обосновывается направление, способствующее решению задачи в наиболее короткие сроки и при минимальных затратах. На основе проведенного анализа, изучения нормативно - технической документации, про из20пстеэнных наблюдений в работе сформулированы современные требо.-акик, которым яолкны удовлетворять способы и устройства

механизированной очистки полувагонов. Обоснована важность учета требований, диктуемых сложившимися условиями пунктов выгрузки.

Выполнена классификация, произведен анализ существующих способов очистки полувагонов, выявлены наиболее перспективные с точки зрения соответствия комплексу современных требований, на основе чего обосновано направление, выбран объект и сформулированы задач« исследования.

Комплексный анализ очистных устройств и основных направлений их совершенствования позволил сделать следующие выводы:

1. До настоящего времени не найден способ, в полной мере удовлетворятся современным требованиям и позволяющий радикально решить проблему очистки пплувагонов в пунктах их разгрузки.

2. Использование для очистки в качестве рабочего тела струи жидкости или газа дает ряд ценных качеств, соответствующих современным требованиям: взаиыосохранность системы ''очистное устройство - вагон"; высокая эксплуатационная надежность; высокий технический ресурс; непрерывность процесса и высокая производительность; высокое качество очистки, в тоы числе,труднодоступных зон и горизонтальных элементов; способность очищать вагоны в любом состоянии, например, с неполным открытием люков, открытыми торцевыми дверями и др. Это свидетельствует о перспективности устройств аэрогидродинамического (струйного) действия.

3. Общим принципиальным недостатком струйных способов является повышенный расход энергии. Использование гидравлических установок имеет ограниченную сферу и осложняется в зимнее время. Принципиальные недостатки турбореактивных установок, связанные с большой мощностью, не позволяют реализовать преимущества струйной очистки в условиях пунктов выгрузки, для которых характерны небольшой объем работ при широкой номенклатуре грузов и расположение вблизи жилых и производственных территорий.

С учетом повышения современных требований к качеству сырья, исключению потерь народнохозяйственных грузов,сохранности подвижного состава и ускорению оборота вагонов целесообразным является поиск путей создания газоструйного способа очистки применительно к условиям пунктов выгрузки.

Разработке и исследованию газодинамического (термодинамического) способа очистки открытого подвижного состава посвящены диссертационные работы Г.Г.Дробышева и П.В.Очеретина. Рассмотренные высокопроизводительные устройства предназначены для массовой очистки вагонов с различными, в тоы числе примерзшими (прилипшими)

остатками, как правило, без открывания люков, и задача существенного сокращения их мощности в данных работах не ставилась.

Расчет показывает, что около 65% энергии, получаемой при сгорании топлива в авиационном газотурбинном двигателе, расходуется на нагревание газо воздушно го потока до температуры 480-720°С. Однако тепловая энергия при удалении непримерзших остатков, что имеет место в большинстве случаев, расходуется бесполезно, а при оттаивьнии примерзших - с низким КПД.

В результате анализа известных зависимостей, характеризующих процесс распространения турбулентной струи и воздействия воздушного потока на сыпучий материал, а также изучения производственного опыта, в реферируемой работе сделан вывод о ток, что поиск более совершенных способов газоструйной очистки должен быть основан на применении в общем случае "холодной" (ненагретой)струи и обеспечении наиболее эффективного использования кинетической энергии потока за счет его рационального распределения, приближения срезов сопл непосредственно к очищаемым поверхностям, направления струй под минимальным углом встречи с ними и использо-вашя выхлопных сечений выгодной формы. Б этом случае при меньшей мощности мояет быть обеспечена не только критическая скорость для уноса груза, но и достаточная производительность очистки, а устройство выполнено в виде навесного рабочего органа к существующим базовым погрузочно-разгрузочным машинам, что мо'кет позволить применять рассматриваемый способ в пунктах выгрузки. При необходимости воздушный поток можно подогревать, увлажнять или приспосабливать другими способами.

Особенности удаления остатков грузов непосредственно прибли-ненньгки к'ним ьозАуишка струями относительно небольшой косности и отсутствие методов расчета, в частности, установления их очистной (транспортирующей) способности, вызывают необходимость проведения соответствующих исследований.

Прикладные исследования, выполненные в настоящей работе, базировались на трудах: Г.И.Абрамовича, В.В.Батурина, 3.Павленко и др. по теории свободных И ВЗ&ИГнО Д6 ИСТВуЮЩ^Х С 13 кранами турбуле-к'Л1а::: струГ; А.К.Д.онина, В.К. Вешкето, Д. Ц. Мельника и др. по механике дзухфясных потоков и процесса выдувания сыпучих грузов из полувагонов при перевозках; Р.Л.Зенкова, Н.А.Цытовича и др. по I ехекгко сыпуч::х грузов и связках сред; В. Л.Гаркуии, А.Кукашвг Г.Г./.гоСк^ы-а и П.В.Зяеретака по воздействию газоьоГ струи на ра-поверхность и ¡;ссдодова:г.:о газодинамического способа :':•',! о-гчсг.'огл подвижного состава.

За ЗТОРО:,; РАЗДЕЛЕ проведено теоретическое исследование аэродинамического способа очистки с целью получения более полных представлений о модели процесса и установления конструктивных особенностей навесного воздуходувного устройства для его осуществления. При этом приняты следующие допущения: воздушная турбулентная струя является изотермической; материал груза в массиве принимается однородным; твердая фаза не оказывает существенного влияния на параметры струи и процесс уноса груза. Расчетными методами установлена целесообразность рассмотрения возможности аэродинамической очистки с использованием серийно выпускаемых нагнетателей общепромышленного назначения - центробежных вентиляторов высокого давления и турбовоздуходувок, развивающих полное давление до 12-15 к:1а и выше. Учитывалось, что методы расчета пневмотранспорта сыпучих материалов могут быть использованы только для ориентировочно Г, оценки параметров аэродинамической очистки, поскольку в рассматриваемом случае транспортирование частиц происходит в открытом потоке - настилающейся воздушной струе - вдоль наклонных поверхностей ограниченной длины (крышек люков).

Из условия предельного равновесия частицы верхнего слоя массива сыпучего материала, обтекаемого потоком воздуха, получено выражение потребного (критического) динамического давления для уноса сыпучего груза

где

- комплексный коэффициент, учитывающий связь удаляемой частицы с массивом груза,Кд»-Кг'Со^и^.С^ч) ; А* и Аг - обобщенные коэффициенты, учитывающие форму частиц груза и их взаимное расположение; 'Се - начальное общее сопротивление сдвигу; ^ч- истинная плотность материала частиц; характерный размер частицы груза; ^ - ускорение свободного падения.

"Лз условий равновесия частицы груза на наклонной и горизонтальной плоскостях получена зависимость, характеризующая умень-пение потребного динамического давления для удаления груза с нак-токнкх поверхностей по сравнению с горизонтальными,

Рдкн - (2)

7;е У - угол трения материала частиц о материал очищаемой поверхности; оС - угол наклона очищаемо/ поверхности к горизонту.

Аналогично для частиц груза, располагающихся на поверхности откоса массива остатков груза, справедливо выражение

= О"(^е^о, (3)

где ЦЪ - угол внутреннего трения сыпучего груза; р - угол откоса остатков груза.

Таким образом, в общем случае выражение (I) приобретает вид

рдк «С. /4)

Из полученных выражений сле;^'ют выводы: I. Потребное для уноса груза динамическое давтекие не является одинаковым для всех очищаемых поверхностей и постоянным в процессе очистки. 2. В начальной стадии потребное динамическое давление минимально, а в процессе удаления груза возрастает до максимума. 3. Наихудшими условиями, которые необходимо принимать в качестве расчетных, следует считать конечную стадию очистки краев крышек надтелегкечкых люков полувагона, наиболее удаленных от среза сопла и имеющих минимальный угол наклона, а также удаление остатков с горизонтальных элементов кузова.

Необходимым и достаточным условием является обеспечение соответствующей производительности очистного устройства с тем, чтобы удалить все частицы груза за пределы кузова за время действия струи в данном поперечном сечении. Этот фактор является наиболее вачсным в модели процесса. Производительность аэродинамической очистки в значительной мере определяется транспортирующей (очистной) способностью струи, которая в рассматриваемом нами случае предс-та&лена выражением / -

где - твердый расход через элементарную площадку в поперечном сечении потока; Р - площадь поперечного сечения потока.

Из вышеупомянутых работ известно, что твердый расход двухфазного потока где С - раякерный эмпирический коэффициент; V- средняя скорость пзвесеиеоущей среды; 7Л. - критическая скорость, соответствующая началу переноса твердой фазы, V*.^/^Л.-/^. С учетом того, что скорость в поперечном сечении струи изменяется в соответствии с зависимостью Шлихтинга, выпалиние твердого засхтда приведено к виду

3/2

г' Т'

'.де 1К.~ скорость на оси струи; ^ - поперечная координата т-ч-кк; /V - '.ус струи в рассматриваемом сечении, на основном участке

струи/Р-С>22£; расстояние от среза сопла до данного сечония.

Из формулы (б) следует, что транспортир")ванне частии груза по поперечному сечению струи неравномерно и резко убивает от оси струи к периферии. Границы ядра транспортирования /?» определяется из условия V , откуда

л

С94

(7)

С учетом закона изменения осевой скорости в осееимметричной струе её транспортирующая способность на основном участке определяется эиратениел-

где область интегрирования Р есть круг радиусом началь-

ный диаметр струи; 1Л - начальная скорость потока (у среза сопла).

В результате вычисления двойного интеграла (8) получено выражение

+--£{;

Анализ членов выражения (5) и геометрической интерпретации транспортирующей способности струи позволил представить (9) в ви-

а6 0п,1 т.х ~ Кэ 7? Я я у- /3,

те „ ф] ;;;;

(1Лс-тХ<.)3

(¿ес^С^-ии)3. (12) В результате расчета значений коэффициента Кэ на ЭВМ и построения семеРства зависимостей Къ для различных возможных ¡очетаний параметров , 1Уо и££при аэродинамической очистке остановлено, что Кэ незначительно зависит от разности скоростей I У* и имеет значения Кэ =1,66-1,78.

При подстановке средних значений Кэ , а также (7) и (12), в

(10) последнее приобретает вид

¿и.™* = ОС^мс(г/есс:з)

Выражения (4) и (13) в упрощенном виде отражают математическую модель процесса удаления остатков сыпучих грузов с отащаемых поверхностей воздушной струей.

На практике будет иметь место соотношение

йоч — Ко*'7~' ОтС.тах. , (14,

где общая фактическая транспортирующая (очистная) способност! устройства; Л« - коэффициент использования максимальной (теоретической) транспортирующей способности,

- количество одновременно работающих потоков, удаляющих груз из кузова.

Основные параметры воздуходувного очистного устройства определяются физико-механическими сеойствш/л грузов, геометрическими характерногик&'/л остатков, требованиями к процессу очистки в пунктах выгрузки и конкретными условиями применения..

В работе аналитическими методами получены выражения для расчета основных параметров остатков грузов в кузове, и обоснована сопловая схема устройства. Анализ возможных вариантов технологии очистки полувагона позволил .выявить предпочтительные и установить что их эффективность существенно зависит от параметров остатков грузов и скоростных характеристик базовой машины.

В результате теоретического исследования обоснована возможность аэродинамической очистки с поыощью навесного воздуходувного устройства к кранам и разработаны основы его расчета.

В ТРЕТЬЕЙ РАЗ,цЕДЕ рассматривается методика выбора эксплуатационных параметров нявесного к кранам воздуходувного устройства с учетом влияния условий эксплуатации и характеристик оборудования, используемого для осуществления процесса очистки.

К эксплуатационным параметрам НЬУ относятся: динамическое давление рдл., развиваемое в расчетных точках очищаемых поверхностей, очистная способность^* , потребляемая мощность ^п , габа-рпт1&:е размеры устройства, масса и др. На основе полученных теоретических результатов выбраны основные параметра сопловой система устройства (рис.1).

В работе использован следующий алгоритм выбора основных эксплуатационных параметров НБУ: I) анализ реальных значений исходах пар^легроз - статистических характеристик остатков грузов, ус так.^-1 ч-кых з результате обследования полувагонов в пунктах выгрузи е.-.••у-и:х грузов; 2) уточнение значении пстреошгэ дкнагглче-

Рис.1 Основные параметры сопло-вой системы навесного воздуходувного устройства: Пса,Игр- высота расположения соплового аппарата и боковых патрубков; В - ширина разлвижки выхлопных сечений промежуточных патрубков; /л,/<г - углы наклона промежуточных и боковых патрубкоз;£?с - ширина рабочего сопла; ао(,с1сг,ао1- эквивалентные диаметры выхлопных сечений центрального, промежуточного и бокового патрубков\£=Ро1/Гсг - отношение площадей выхлопных сечений центрального и промежуточного патрубков; <5~-а/Ё - коэффициент форма выхлопного сечения промежуточных патрубков

£

а 1 ......... V 1 Ь^ -)

/\z\yvv,

/// /Л1 /У/ /// 1ЛУ ЛУ /У/1 /// г//

Рис. 2 Схема к опцеделению габаритных эксплуатационных папаметров НБУ: Нк - высота"подъема кпока коака;Нпп - высота подксанового пути; //э - высота эстакады; - высота полувагона; Аът - транспортный зазоо пт)и песэме^е;гли устройства краном над вагонами

ского давления в расчетных точках 1, 2, 3 (см. рис. 1) очкщае^х поверхностей по поперечному сечению вагона; 3) уточнение интервалов изменения осноомых параметров сопловой системы, определяющих очистцуп способность устройства по условии обеспечения потребного динамического давления в расчетных точках; 4) построение зависимостей потребного начального динамического давления, суммарной подачи воздуха и потребляемой мощности от диаметра выхлопного сечения промежуточного патрубка; 5) выбор рациональных интервалов основных эксплуатационных параметров по указашй.» зависимостям в условиях влияния ограничивающих факторов, определяемых существующими условиями эксплуатации; 0) выбор моделей нагнетателей, технические характеристики которых попадают в соответствующие ограниченные интервалы; 7) уточнение количества типоразмеров нагнетателей, удовлетворяющих всем требованиям условий эксплуатации; С) выбор наиболее эффективного в данных условиях конструктивного варианта ИВУ по комплексному окоизмлческому критерию.

С целью получения фактических значений параметров остатков грузов, анализа факторов, их определяющих в пунктах выгрузки сыпучих грузов, и сравнения с теоретическими результатами, полученными во втором раздела, в работе, проведено обследование полувагонов с остатками грузов после разгрузки. Установлены статистические характеристики параметров остатков грузов. Определен коэффициент эквивалентности массы остатков, который позволяет рассчитывать ее по полученной аналитической формуле. 1актическое соотношение удельной нагрузки на крайних и средних люках 3,6:1, что свидетельствует о весьма неравномерном распределении остатков по длине кузова полувагона, и должно учитываться при определении потребной очистной способности устройства и выборе технологии очистки.

При уточнении интервалов основных параметров сопловой системы учитывались следующие условия: обеспечение очистки при неизменной высоте расположения сопла; обеспечение охвата всех очищаемых поверхностей по поперечному сечению кузова; максимальное приближение срезов патрубков к очищаемым поверхности.;; направление основных и боковых рабочих струй под эффективным углом ьстре-чи. Интервал изменения параметра £ определ>лся из условия обеспечения ¿з расчетных точках 1, 2 и 3 потребного динамического давления, согласно которому спраь^длпЕО соотношение

^ Foi : Fez : Foi - ' (?xz ' (Ptj/Ku.).

ilpn выборе параметров ИВУ учитывались также определенные ограничения, накладываемые эксплуатационными характеристиками базовых машин (козловых кранов) и всего погрузочно-разгрузочного комплекса. Максимальная мощность, потребляемая очистным устройством из системы электроснабжения крана, определяется Вьфалени-

Лу = J ¿/л Хтах/Д " ZMkO} Qy)

где U-л - линейное напряжение трехфазной сети\Onm<tx - номинальная токовал нагрузка раслредщмта крана;2Мг>- суммарная мощность, потребляемая приводами крана в процессе очистки.

Транспортная высота устройства по условиям вписывания в габариты надьагонного пространства (рис.2)

Ну = Нк+НПп-Н9-Н*-Ьът. (18)

С использованием изложенной методики определены рациональные значения основных эксплуатационных параметров навесного воздуходувного устройства и его сопловой системы: = 0,11-0,17 м; /7«= 0,2-0,35 м\Вс= 2,2-2,4 м; € = 0,8-1,2; fit = 55-70°; при использовании кранов грузоподъемностью 5-6 т без устройства автономного электропитания А^ = 6С-90 кВт; полное давление нагнетателей для рассматриваемых грузов = 6-12 кПа; Ну - 2,0-2,9 м.

ЧЬТЫРШП РАЗдКЛ содержит методику и результаты экспериментального исследования, проведенного с целью определения указанных в разделе 2 коэффициентов, уточнения модели процесса, установления закономерностей влияния основных параметров соплового аппарата на процесс удаления остатков, выбора их оптимальных значений и проверки данных теоретических исследований.

аЛя проведения лабораторных исследований разработан и использовался экспериментальный стенд, содержащий натурную унифицированную крышку разгрузочного люка полувагона, дутьевой агрегат с набором сопл и улавливатель груза. Эксперименты проводились с грузами, взятыми из штабелей на площадках выгрузки из полувагонов: щебнем гранитным сортированным нескольких фракций, щебнем булыжным рядовым различной истинной плотности, среднезорнистым послом и углем рядовым различной влажности.

Определение необходимого числа ловторюстей опытов для получения достаточной точности результатов экспериментов провожалось с использованием статистических опенок.

для установления характеристик формы носуцего ядра и ра' v.^-

деления массы груза по его поперечному сечению был разработан и использовался специальный дифференциальный улавливатель, состоящий из продольных ячеек квадратного сечения.

Эксперимент по определению влияния коэффициента & на эффективность очистки и выбора его рациональных значеьлй проводился с использованием набора сопл, имеющих & = I, £, 3, о, Ю при одинаковых прочих характеристиках.

Полученные значения коэффициентов Кэ > с , зависимости осевой скорости настилающейся струи от ;гла встречи с поверхностью при различных сочетаниях расстояний суммарного и до точки встречи,

= позволяют использовать формулы [4), (13) и

(14) для определения параметров процесса очистки при различных вариантах конструкций устройства. Установлено, что распределение материала по поперечному сечению струи неравномерно и согласуется с теоретическим положением; наибольшая загрузка струи ооесие-чивается при продольном перемещении сопла, при этом ¡¡уоиоыдите-льность по сравнению с неподвижным соплом увеличивается в среднем в 1,4 раза; наиболее эффективным является патрубок с параметром 3.

Полученные результаты дают возможность расчета основных конструктивных параметров натурного образца устройства.

На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований спроектирован экспериментальный образец НБУ к козловому крану, натурные исследовательские испытания которого в производственных условиях пункта выгрузки инертных строительных материалов подтвердили работоспособность принятой конструктивной схемы, достаточно высокую эффективность способа.

Исследование влияния основных параметров соплового аппарата и £ на эффективность очистки и выбор их локальных оптимальных значений производились по критерию минимизации энергоемкости с использованием методов математического планирования эксперимента. ¿ля этого разработан экспериментальный сопловой аппарат со следящей шкалой углов наклона промежуточных патрубков. Б результате получены зависимости допускаемой скорости продвижения сопла, угла веерности транспортирующего ядра струи и продолжте-льности очистки поверхностей, охватываемых соплом, от изменения ¿'п и £ , которые подтвердили правильность выделения этих двух факторов в качестве основных.

На второй стадии эксперимента - с перемещением сопла вдоль полувагона - проведен ГШ первого порядка, функция отклика представлялась в виде полинома первой степени. Полученное уравнение

регрессии оказалось ■ неадекватным, в связи с чем с целью представления функции отклика в виде полинома второй степени эксперимент продолжен по ОЦКП 2-го порядка. В результате обработки опытных данных установлена поверхность отклика и лучший выход при значениях £ = 1,13,^ = 67°. Экспериментальная проверка подтвердила наивысшую эффективность работы соплового аппарата с этими параметрами, при которых достигнута энергоемкость очистки 2,24,3 кВт.ч/ваг.

Па основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработана методика расчета и проектирования НБУ для очистки полувагонов от остатков сыпучих грузов в пунктах выгрузки.

ПКТЫд .РАЗ^д/1 посвящен производственной проверке результатов исследований, отработке технологии работы НБУ, совершенствованию его эксплуатационных характеристик и вопросам технико-экономической эффективности использования.

Эксплуатационная проверка проводилась на опытном образце устройства з пункте массовой выгрузки сыпучих грузов с объемом работ 22 тыс. вагонов в год. В конструкции соплового аппарата использованы оптимизированные параметры.

В результате эксплуатационных испытаний опытного образца установлено, что максимальное динамическое давление, развиваемое в расчетных точках, составило соответственно 2,3, 2,2 и 2,5 кПа. Техническая производительность, ваг/ч, на грузах: щебне гранитном =0,С6м)- 25; щебне булыжном рядовом №=0,1 м) - 17; песке влажном среднезернистоы - 14; угле рядовом влажном - 18. ГЛэщ-ность, потребляемая из сети, кВт: в рабочем режиме - 78; в тран-спортно»' - 16. Расход воды в системе пылеподавления, л/ваг, при работе на грузах: нормальнопылящих - 8-12; сильнопылящих - 20-28. Среднее отклонение экспериментальных результатов от расчетных составляло от 2 до 20что свидетельствует об их удовлетворительной сходимости, достигнутая производительность в среднем в 1,5 раза выше, чем при использовании виброспособа. В отличие от накладной вибромашины КВУ не оказывает вредного влияния на подвил-ной состав, не создает шумовых помех на грузовом двора. Уровень шума на рабочем месте машиниста крана при открытом окне кабину составляет 81 дБа (при работе вибромашины - 104 дВа). Качество очистки поверхностей при работе на грузах нормальной сыпучести высокое, на слетавшихся - удовлетворительное. Установлена достаточная эффективность системы мокрого пклеподавления. Пыль, ка?: правило, осаждается з пределах зоны складирования груза и но достигает кабин:-) г.ажшпста. При работе на сильнопыл.т::лх грузах,

отличающихся плохой смачиваемостью, в воду целесообразно вводить поверхностноактивные добавки, пользоваться средствами индивидуальной защиты. Устройство обеспечивает очистку неполностью открытых крышек люков, а также отдельных неоткрывшихся крышек. Наиболее выгодной является однопроходная технология или однопроходная с дополнительным чистовым проходом на повышенной скорости.

С целью ликвидации недостатков, выявленных эксплуатационной проверкой, разработана усовершенствованная конструкция устройства с поворотным в продольной вертикальной плоскости рабочим соплом. Активное сопло позволяет повысить эффективность работы ИВУ и получить ряд эксплуатационных преимуществ, в частности: повысить запас по параметру развиваемо го динамического давления в наиболее удаленных точках более чем в 2 раза и при использовании нагнетателей центробежного типа довести его до 7-8 кПа, что дает возможность удалять слетавшиеся остатки; уменьшить транспортную высоту устройства до 1,8-2,0 м, благодаря чему расширить сферу применения; увеличить коэффициент использования очистной способности; повысить качества очистки в торцевых зонах кузова.

В работе рассмотрена задача выбора эффектившго варианта конструктивной реализации устройства с использованием экономико-математической модели. В качестве критерия оптимизации приняты удельные приведенные затраты в сфере эксплуатации С„. 3 их состав входят отчисления на амортизацию устройства с учетом коэффициента экономической эффективности капитальных вложений, приведенные затраты на сооружение разгрузочных путей, вспомогательных сооружений, а также расходы, связанные с эксплуатацией очистного устройства, использованием базовой машины, простоем вагонов под грузовыми и маневровыми операциями, выполнением маневровых операций по подаче вагонов на грузовой фронт. Разработан алгоритм решения этой задачи на ЭВМ, на основе чего выбран наиболее выгодный вариант.

При определении экономической эффективности использования НВУ в качестве базового варианта принято применение вагонных накладных вибромалин. Ладовой экономический эффект от использования НВУ в пункте выгрузки с объемом работ Q. =2С7С0 ваг/год составляет 42,4 тыс. руб.

С целью установления сфер рационального использования КБУ получены зависимости Сп=№) в интервале от 5 до ICO ваг/сут. В качестве сравниваемых вариантов приняты газодинамические установки, являющиеся прототипом НВУ, и накладные вибромашины, как

наиболее распространенные и экономичные очистные устройства в пунктах выгрузки. Расчет на ЭВМ показал, что применение НВУ в пунктах выгрузки сыпучих грузов, оснащенных козловыми (мостовыми) кранами, экономически целесообразно. По энергоемкости НВУ в 10 - 15 раз экономичнее турбореактивных установок.

3 ЗАаШСЧЕНИИ изложены основные результаты и выводы по работе, которые сводятся к следующему:

1. Предложен и обоснован новый способ механизированной очистки полувагонов в пунктах выгрузки сыпучих грузов с использованием навесных воздуходувных устройств к базовым погрузочно-разгру-зочным машинам, отвечающий современным требованиям.

2. Устано&тены основные закономерности, и построена математическая модель процесса аэродинамической очистки. Полученные выражения потребного динамического давления и транспортирующей способности воздушной струи позволяют определять основные параметры воздуходувного устройства при известных эмпирических коэффициентах, зависящих от рода груза и условий работы.

3. Установлено, что на эффективность очистки существенно влияют основные параметры сопловой системы: количество патрубков, их форма, расположение и направление относительно очищаемых поверхностей, а также распределение воздушного потока между ними. Разработанная сопловая система воздуходувного устройства позволяет: охватывать все очищаемые поверхности по поперечному сечению кузова вагона с целью удаления груза за один проход; развивать

во всех зонах потребное пдя уноса груза динамическое давление; рационально использовать кинетическую энергию потока, благодаря чему применить в качестве нагнетателей простейшие машины - центробежные вентиляторы высокого давления и воздуходувки, развивающие полное давление от б до 15 кПа и выше, - и выполнить устройство в Биде навесного рабочего органа к базовым ПРМ.

4. Установлены статистические оценки фактических параметров остатков грузов в полувагонах. Исследовано влияние этих параметров и ограничений, накладываемых техническими характеристиками базовых машин в существующих условиях грузовых железнодорожных :танций, на выбор основных конструктивных параметров навесного воздуходувного устройства. 3 этих условиях выбраны рациональные интервалы основных конструктивных параметров.

5. Экспериментальными исследованиями подтверждена работоспособность устройства, справедливость исходных теоретических предпосылок, установлены необходимые эмпирические коэффициенты и выб-

раны оптимальные значения основных параметров соплового аппарата для исследованных условий. На основе результатов исследований разработана методика инженерного расчета и проектирования НВУ.

6. Эксплуатационная проверка опытного образца навесного воздуходувного устройства позволила установить технкко-экономические характеристики разработанного способа очистки и его преимущества по сравнению с известными средствами: производительность 14-20 ваг/ч; высокие показатели взаимосохранности в системе "очистное устройство - вагон"; расход энергии 2,0-4,8 кВт.ч/ваг, что в 10-15 раз ниже по сравнению с турбореактивными установками и приближается к наиболее дешевому вибрационному способу; небольшая стоимость (2,5-3,0 тыс.руб.) и масса устройства (2,5-3,2 т). Применяемая система мокрого пшгеподавления является достаточно эффективной для большинства грузов, уровень шума ниже допустимых значений.

7. Производственными испытаниями усовершенствованного образца, рабочее сопло которого выполнено поворотным, подтверждена его более высокая эффективность, лучшие технологические возможности, расширение сферы применения и другие преимущества.

8. С использованием экономико-математического моделирования определены сферы применения навесных воздуходувных устройств, к которым относятся пункты выгрузки сыпучих грузов железнодорожных станций и промышленных предприятий, оснащенные козловыми, мостовыми или портальными кранами, с объемом работ 10-100 вагонов в сутки. Экономический эффект от использования одного устройства при объеме работ 20 тыс. вагонов в год составляет 42 тыс. рублей.

Внедрение разработанного способа в пунктах выгрузки насыпных грузов может б значительной мере способствовать решению проблем, связанных с очисткой полувагонов.

9. Результаты исследований приняты к использовании Южной железной дорогой и Главным управлением контейнерных перевозок и коммерческой работы МПС для внедрения на грузовых станциях сети дорог и использованы Отраслевой НИЛ механизации ПРР ХЩТа при разработке конструкторской документации НВУ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

I. Гребцов А.И. Навесное аэродинамическое устройство для очистки полувагонов: Инфор;.:. л. Харьк. ЦНТИ 80-2С6. - Харьков, ]980. - 4с.

?,. Гребцов А. К. Определение оптимального диаметра сопла для

аэродинамической очистки полувагонов от остатков сыпучих грузов: Экспр.-инф./КазНИИНТИ. - Алма-Ата, 1980. - Вып.106 (858). - 9с.

3. Крившв И.П., Гребцов А.И. Аэродинамическая очистка полувагонов //Промышленный транспорт. - 1981. - №7. - С. 9-10.

4. A.c. 914357 СССР, МКИ3 В 60,$ 3/04. Устройство для очистки полувагонов от остатков сыпучих грузов / В.Н.Стогов, А.И.Гребцов, И.П.Собкалов (СССР). - б с.: ил.

5. Гребцов А.И. Выбор оптимальных параметров соплового аппарата навесного аэродинамического устройства для очистки полувагонов. Харьков, 1984. - 12 с. - Дел. в ЦНИИТЭЙ МПС 29.11.84.,

» 2623.

6. A.c. II17238 СССР, ШИ3 В 60,5 3/04. Устройство для очистки полувагонов от остатков сыпучих грузов / А.И.Гребцов (СССР). - 4 с.: ил

7. Гребцов А.И. Производительность труда при очистке полувагонов от остатков сыпучих грузов в пунктах выгрузки // Межвуз. сб. научн. тр. / Ташкент, инст.инж.' ж.-д. трансп. 1984. Вып. 189/36. Пути повышения производительности труда на железнодорожном транспорте. - С. 42-43.

8. Гребцов А.И. Определение транспортирующей способности воздушно;; струи при удалении сыпучих грузов с очищаемых поверхностей. - Харьков, 1986. - 10 с. - Деп. в ЦНИИТЭД МПС 25.02.87.,

№ 3766.

9. Гребцов А.И. Навесное аэродинамическое устройство для очистки полувагонов: Информ. л. - Киев: Реклама, 1987. - 2 с.

10. A.c. I42344I СССР, МКИ4 В 60^3/04. Устройство для очистки полувагонов от остатков сыпучих грузов / А.И.Гребцов, М.И.Боженко (СССР). - 5 е.: ил.

Л -46 027 Погписано к печати 31.01.90г.

Формат бумаги 60 х SO */16. Объем 1,25 п.л. Ьаказ 78 Тираж 100 экз.

Типография Bm/Lm.T, 3-я .'.¿.-тй^шская, д. 1С