Разработка системы термостабилизации полувагона | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Коваленко М. В. Разработка системы термостабилизации полувагона // Молодой ученый. — 2016. — №15.1. — С. 97-100. — URL https://moluch.ru/archive/119/33123/ (дата обращения: 18.08.2018).



Разработка системы термостабилизации полувагона

Коваленко Марк Витальевич, студент

Научный руководитель: Соловьев Вячеслав Алексеевич, доктор технических наук, профессор

Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет

В ходе исследования была разработана система термостабилизации полувагона, позволяющая прогревать стенки полувагона и сыпучий грунт внутри него. Была разработана тепловая модель в среде ANSYS Workbench. 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 ANSYS Workbench [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 Modbus RTU [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 ANSYS Workbench 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 ANSYS Workbench 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.
  10. 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): ANSYS, функциональная схема системы, результат моделирования, вторичная обмотка, нагревательный элемент, необходимое электрооборудование, тепловая модель, RTU, градус Цельсия, модуль ввода.


Ключевые слова

уголь, ANSYS, полувагон

Похожие статьи

Создание численной модели индукционно нагревательной...

Индукционные нагревательные установки периодического действия являются сложными

Для того чтобы физическое описание модели было полным, необходимо задать граничные условия для тепловой задачи.

Обработка результатов в постпроцессоре программного пакета FLUX.

Математическая модель нагрева волновода при передаче...

Предложена расчетная модель нагрева тонкостенной конструкции прямого участка

Рис. 5. Расчетная схема нагрева элемента стенки волновода.

Решение выполнялось аналитически методом разделения переменных и численным методом конечных элементов в ППП Ansys.

Преобразования переменных в системах координат a, b, c и α, β

При соединении статорной обмотки в «звезду» без нулевого провода

Результаты моделирования обратного преобразования координат даны на рис. 13.

Шрейнер Р.Т. Электромеханические и тепловые режимы асинхронных двигателей в системах частотного...

Математическое моделирование электропривода на базе...

Общая схема системы электропривода на базе явнополюсного синхронного двигателя дана

Для работы модели в SimPowerSystems необходимо добавить блок Powergui, в параметрах

Результаты математического моделирования явнополюсного синхронного двигателя в...

Математическое моделирование тепловых полей при...

Библиографическое описание: Давыдова М. Ю. Математическое моделирование тепловых полей при индукционно-резистивном обогреве

Принцип действия ИРСН заключается в использовании специальных нагревательных элементов, использующих явление...

Программные средства теплофизического проектирования...

ANSYS Icepak включает в себя возможности построения расчётной модели

Пакет ANSYS Icepak имеет расширенные возможности моделирования дорожек и сквозных

элементы и т. п. Также в среде Qfin существует возможность проведения теплового анализа модулей...

Математическое моделирование электропривода на базе...

За основу принята математическая модель из электронного ресурса [1]. Показаны пути поиска разделов необходимых элементов схемы

Результаты моделирования электропривода на базе асинхронного двигателя с векторным управлением даны на рис. 20, 21 и 22.

Построение логических схем с использованием Matlab/Simulink...

Для автоматического управления различными технологическими процессами, рабочими механизмами и машинами используются логические системы управления, которые состоят из логических элементов.

Моделирование системы электрического вала на двух...

За основу принята математическая модель из электронного ресурса [1]. Показаны пути поиска разделов необходимых элементов схемы

Результаты моделирования электропривода на базе асинхронных двигателей (MTF412-6), работающих на электрический вал, даны на рис. 9.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Создание численной модели индукционно нагревательной...

Индукционные нагревательные установки периодического действия являются сложными

Для того чтобы физическое описание модели было полным, необходимо задать граничные условия для тепловой задачи.

Обработка результатов в постпроцессоре программного пакета FLUX.

Математическая модель нагрева волновода при передаче...

Предложена расчетная модель нагрева тонкостенной конструкции прямого участка

Рис. 5. Расчетная схема нагрева элемента стенки волновода.

Решение выполнялось аналитически методом разделения переменных и численным методом конечных элементов в ППП Ansys.

Преобразования переменных в системах координат a, b, c и α, β

При соединении статорной обмотки в «звезду» без нулевого провода

Результаты моделирования обратного преобразования координат даны на рис. 13.

Шрейнер Р.Т. Электромеханические и тепловые режимы асинхронных двигателей в системах частотного...

Математическое моделирование электропривода на базе...

Общая схема системы электропривода на базе явнополюсного синхронного двигателя дана

Для работы модели в SimPowerSystems необходимо добавить блок Powergui, в параметрах

Результаты математического моделирования явнополюсного синхронного двигателя в...

Математическое моделирование тепловых полей при...

Библиографическое описание: Давыдова М. Ю. Математическое моделирование тепловых полей при индукционно-резистивном обогреве

Принцип действия ИРСН заключается в использовании специальных нагревательных элементов, использующих явление...

Программные средства теплофизического проектирования...

ANSYS Icepak включает в себя возможности построения расчётной модели

Пакет ANSYS Icepak имеет расширенные возможности моделирования дорожек и сквозных

элементы и т. п. Также в среде Qfin существует возможность проведения теплового анализа модулей...

Математическое моделирование электропривода на базе...

За основу принята математическая модель из электронного ресурса [1]. Показаны пути поиска разделов необходимых элементов схемы

Результаты моделирования электропривода на базе асинхронного двигателя с векторным управлением даны на рис. 20, 21 и 22.

Построение логических схем с использованием Matlab/Simulink...

Для автоматического управления различными технологическими процессами, рабочими механизмами и машинами используются логические системы управления, которые состоят из логических элементов.

Моделирование системы электрического вала на двух...

За основу принята математическая модель из электронного ресурса [1]. Показаны пути поиска разделов необходимых элементов схемы

Результаты моделирования электропривода на базе асинхронных двигателей (MTF412-6), работающих на электрический вал, даны на рис. 9.

Задать вопрос