Библиографическое описание:

Коваленко М. В. Разработка системы термостабилизации полувагона // Молодой ученый. — 2016. — №15.1. — С. 97-100.



В ходе исследования была разработана система термостабилизации полувагона, позволяющая прогревать стенки полувагона и сыпучий грунт внутри него. Была разработана тепловая модель в среде ANSYSWorkbench. Подобрано необходимое электрооборудование и разработана функциональная схема системы.

Ключевые слова: полувагон, уголь, ANSYS.

Ежегодно с наступлением первых сильных морозов начинаются проблемы с разгрузкой смерзшихся сыпучих грунтов, перевозимых в полувагонах. В основном, проблемы при транспортировке и выгрузке угля из железнодорожных вагонов происходят из-за перепадов температур в Сибири и на Дальнем Востоке. Дальнепривозные угли поступают на станции в сильно замороженном состоянии (вследствие превышения допустимых значений влажности угля), что сразу же значительно затрудняет оперативную выгрузку вагонов.

Во время выгрузки зачастую используют рабочих с ломами, лопатами и прочим ручным инструментом; в целях ускорения процесса специалисты угольных терминалов осуществляют выгрузку вагонов так называемыми нетрадиционными, а точнее — недопустимыми методами: с помощью грейферов, экскаваторов и другой техники. Отсутствие качественных способов разрыхления угля приводит также к массовой повреждаемости полувагонов, по данным департамента вагонного хозяйства ОАО «РЖД», из-за подобных методов выгрузки смёрзшегося угля в портах ежегодно количество поврежденных вагонов исчисляется тысячами.

При этом производительность труда невысока и очень велика вероятность производственного травматизма. В ожидании выгрузки простаивают тысячи вагонов, в которых уголь уже смерзся до монолитного состояния.

В итоге, на разгрузку состава уходит большое количество времени, а в соответствии с уставом железнодорожного транспорта Российской Федерации за задержку по вине перевозчика подачи вагонов под выгрузку, а также за задержку уборки вагонов с мест выгрузки грузов на железнодорожных путях перевозчик уплачивает грузоотправителю, грузополучателю штраф в размере 0.2 от минимального размера оплаты труда (6204 рубля с 1 января 2016 года) за каждый час задержки каждого вагона. Таким образом, за простаивание продолжительностью всего в 1 день грузоперевозчик обязан заплатить около 30000 рублей.

В настоящее время для выгрузки смерзшегося угля из вагонов используются вагоноразмораживатели (рис. 1), где под воздействием высоких температур происходит оттаивание и размягчение угольного монолита. Достоинством таких размораживающих устройств является малая инерционность — с момента подачи напряжения на нагреватели до выхода на рабочую температуру проходит 2,5–3 минуты. Однако применение таких устройств не обходится без больших затрат электроэнергии, и кроме того за счет быстрого размораживания угля в полувагонах накапливается влага, которая зачастую не успевает испаряться, что в итоге негативно влияет на качественные свойства сырья.

Рис.1. Вагоноразмораживатели

Проанализировав существующие способы борьбы со смерзанием угля в полувагонах, мною и моим научным руководителем был предложен новый способ решения данной проблемы, согласно которому прогрев полувагона происходит в процессе его транспортировки. Для этого на фронтальной стенке полувагона необходимо установить нагревательный элемент трансформаторного типа (НЭТ). Напряжение на первичную обмотку НЭТ поступает от текстропно-редукторно-карданного привода (ТРКП). Такой тип привода считается наиболее надежным, применяется на купейных и некупейных вагонах. Вторичная обмотка НЭТ представляет из себя короткозамкнутый виток, который предлагается разместить вдоль ребер жесткости полувагона.

В ходе проектирования системы была разработана тепловая модель в среде ANSYSWorkbench [1, 2, 4, 5, 7, 8], позволяющая оценить возможный эффект от применения предлагаемого способа. В качестве объекта моделирования был взят полувагон модели 12–127 (рис. 2), который применяется для перевозки угля и других сыпучих грунтов [3].

http://www.vezemnegabarit.com/upload/image/vagon/vagon2.jpg

Рис. 2. Внешний вид полувагона модели 12–127

Исходя из результатов моделирования, уголь вблизи стенок полувагона прогревается до температуры +14 градусов Цельсия при нагреве вторичной обмотки до температуры +20. Процесс нагрева протекает при температуре окружающей среды -40 градусов Цельсия. Результаты моделирования приведены на рисунке 3.

C:\Users\Vit\AppData\Roaming\Ansys\v161\preview.png

Рис. 3. Результаты моделирования

Также в ходе исследования, для обеспечения контроля температуры нагревательного элемента было подобрано необходимое электрооборудование и разработана функциональная схема системы (рис. 4).

Рис. 4. Функциональная схема системы

В качестве устройства, обеспечивающего поддержание заданной температуры, применяется отечественный программируемый логический контроллер ПЛК110–220.32.К-М фирмы ОВЕН, который способен работать при низких температурах окружающей среды. В качестве датчиков температуры были выбраны термопреобразователи сопротивления ДТС3 той же фирмы. Для получения данных с датчиков необходим модуль ввода аналоговых сигналов МВ110–220.8АC той же фирмы. Контроллер опрашивает модуль ввода аналоговых сигналов по протоколу ModbusRTU [6,9,10]. Дискретные выходы контроллера представляют из себя транзисторный ключ, что позволяет подключить к ним твердотельное реле SA3–66200A серии Gold фирмы Norton Electronic, которое в свою очередь будет коммутировать высокие ток и напряжение на входе первичной обмотки трансформатора.

По результатам работы можно сделать вывод: предлагаемый способ является эффективным и позволяет в разы сократить процесс выгрузки угля без применения вагоноразмораживателей. Также способ позволяет снизить повреждаемость полувагонов, тем самым увеличивая их срок службы.

Литература:

  1. Буяка В. А. Инженерный анализ в ANSYSWorkbench часть 1: учеб. пособие / В. А. Буяка, В. Г. Фокин, Е. А. Солдусова, Н. А. Глазунова, И. Е. Адвянов. — Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2010. — 271 с.
  2. Буяка В. А. Инженерный анализ в ANSYSWorkbench часть 2: учеб. пособие / В. А. Буяка, В. Г. Фокин, Я. В. Кураева. — Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2013. — 149 с.
  3. Вагонник [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.vagonnik.net.ru, свободный. — Загл. с экрана. Яз. рус. (дата обращения: 28.02.2016).
  4. Горелов В. Н. Проектирование деталей машин с использованием программного комплекса ANSYS: учеб. пособие / В. Н. Горелов, А. Н. Лукьянова. — Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2011. — 70 с.
  5. Ерофеев В. Т. Проектирование производства земляных работ / В. Т. Ерофеев. — АСВ, 2005. — 160 с.
  6. Копытов С. М. Использование контролёра ОВЕН СПК207 для обработки данных с датчика вибрации ZETLAB ZETSENSOR по протоколу MODBUS RTU / С. М. Копытов, А. В. Ульянов, М. В. Коваленко // Фундаментальные исследования. — 2016. — № 4–2. — С. 275–279.
  7. Морозов Е. М. ANSYS в руках инженера. Механика разрушения / Е. М. Морозов, А. Ю. Муйземнек, А. С. Шадский. — М.: ЛЕНАНД, 2010. — 456 с.
  8. Решение прикладных задач термомеханики с применением программного комплекса ANSYS: методические указания к выполнению лабораторных работ / сост. е.Е. Красновский. — Москва: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. — 88 с.
  9. Ульянов А. В. Использование СПК207 для управления привода ОВЕН ПЧВ3 по протоколу Modbus RTU / А. В. Ульянов, М. В. Коваленко // Молодой ученый. — 2016. — № 5. — С. 86–92 Ульянов А. В. Управление шаговым двигателем с помощью NI MyRIO / А. В. Ульянов, М. В. Коваленко // Технические науки: теория и практика: материалы III междунар. науч. конф. (г. Чита, апрель 2016 г.). — Чита: Издательство «Молодой ученый», 2016. — С. 43–46
    Основные термины (генерируются автоматически): выгрузку вагонов, функциональная схема системы, программного комплекса ansys, процесс выгрузки угля, ввода аналоговых сигналов, модуль ввода аналоговых, оперативную выгрузку вагонов, необходимое электрооборудование, задержку уборки вагонов, значений влажности угля, способов разрыхления угля, сыпучих грунтов, тепловая модель, быстрого размораживания угля, перевозчика подачи вагонов, среде ansysworkbench, выгрузке угля, подобных методов выгрузки, мест выгрузки грузов, градусов Цельсия.

Ключевые слова

уголь, ANSYS, полувагон

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос