Содержание к диссертации
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 4
ВВЕДЕНИЕ 6
1. АНАЛИЗ РАБОТ ПО ТРУБОПРОВОДНОМУ ПНЕВМАТИЧЕСКОМУ ТРАНСПОРТУ ГРУЗОВ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ Ц
1.1. Конструктивные особенности и основные узлы систем пневмопочты II
1.2. Анализ теоретических и экспериментальных исследований динамических параметров систем пневмопочты и контейнерного пневмотруботранспорта
1.3. Постановка задач исследования 27
Выводы 29
2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПРОЦЕССА ДВИЖЕНИЯ ПАТРОНА ПО ПНЕБМО ТРАССЕ СО СЛОЖНЫМ ПРОДОЛЬНЫМ ПРОФИЛЕМ 31
2.1. Уравнения движения патрона 31
2.2. Методика интегрирования уравнений движения воздуха и патрона 35
2.3. Определение остаточной характеристики воздуходувки 50
2.4. Алгоритм для реализации математической модели на ЭВМ
2.5. Упрощение уравнений движения 64
2.6. Анализ и сравнение результатов расчета на примере натурных установок пневмопочты 68
Выводы 85
3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТОРМОЖЕНИЯ ПНЕВМОПАТРОНА В ТОРМОЗНЫХ УСТРОЙСТВАХ РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ВАРИАНТОВ 86
3.1. Торможение в прямолинейном наклонном пневмотупике 87
3.2. Торможение в пневмотупике с переменным по длине углом наклона и проходным сечением трубопровода 93
3.3. Комбинированное пневмомеханическое торможение 102
3.4. Упрощенный расчет пневмоторможения 109
Выводы 114
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМ ПНЕВМОГОЧТЫ 116
4.1. Определение коэффициента трения уплотнительных колец патрона о стенки трубы 116
4.2. О возможности разделения перетока воздуха через зазор "патрон-труба" на напорную и фрикционную составляющие 122
4.3. Экспериментальные характеристики перетока воздуха через зазор "патрон-труба"" 131
4.4. Экспериментальные исследования на натурной макетной установке "Дуплекс-200" 141
4.5. Вопросы моделирования торможения патрона в наклонном пневмотупике 146
4.6. Исследование торможения патрона на модельной установке 150
Выводы 163
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 165
ЛИТЕРАТУРА 169
ПРИЛОЖЕНИЯ 178
1. Вывод дифференциального уравнения движения патрона 179
2. Акты использования результатов диссертационной работы 1
Введение к работе
Повышение уровня механизации и автоматизации на предприятиях почтовой связи является в настоящее время важной народнохозяйственной задачей. Известно, что значительное место при обработке почтовых отправлений занимают транспортные операции. Повышение производительности труда на почтамтах может быть достигнуто как за счет снижения затрат на транспортирование самих почтовых отправлений, так и документов, возникающих при управлении технологическим процессом.
Одним из путей решения этой задачи является более широкое использование пневматической почты как одного из эффективных средств доставки штучных грузов. Причем возможности использования пневмопочты не ограничиваются рамками одного предприятия связи, а могут охватывать всю почтовую сеть города. Например, сеть внешней пневмопочты Парижа достигает 600 км и связывает все районные почтово-телеграфные отделения и даже некоторые почтовые адресаты с центральным почтамтом; сеть городской пневмопочты Нью-Йорка достигает 100 км.
Интерес к пневматическому транспорту грузов не случаен. Он обладает рядом существенных преимуществ: экологически чист; безопасен; имеет достаточно высокую скорость доставки грузов; прост в эксплуатации; легко поддается автоматизации; конструктивно несложен. Эти достоинства способствуют расширению сфер применения пневматического транспорта грузов. Он с успехом используется на предприятиях почтовой связи, в конструкторских бюро, больницах, библиотеках, издательствах для оперативной пересылки информации в виде документов. Кроме того, этот вид транспорта может быть применен для скоростной доставки проб металла на анализ из цехов в центральную лабораторию на металлургических заводах; для меж- и внутрицеховой транспортировки мелких деталей и готовых изделий; для транспортировки радиоактивных материалов на АЭС и реакторах; для транспортировіш сырья на близкие расстояния взамен железнодорожного и автомобильного транспорта и т.д.
Наблюдаемое расширение сфер применения идет в направлении увеличения диаметров труб и веса транспортируемых изделий. Подчас это приводит к изменению основных узлов системы: например, грузоноситель3 снабжается колесами, появляются устройства для его торможения и т.д.
Широкое распространение этого вида транспорта привело даже к терминологическому разделению его на пневмопочту и контейнерный пневмотруботранспорт (КПТ). Несмотря на различие в целях, задачах и конструктивном исполнении систем пневмопочты и КПТ они имеют общий принцип работы, в основе которого лежит перемещение патрона (контейнера) под действием перепада давлений воздуха. Хотя методы расчета этих систем по своей сути являются общими, конструктивные различия вносят существенные коррективы в выбор расчетных схем и методов решения научно-технических задач, связанных с созданием эффективных и надежных систем пневмотранспорта.
В числе таких задач важное место занимает исследование динамических параметров систем пневмопочты при неустановившихся режимах работы, являющихся наиболее характерными при эксплуатации. При этом под динамическими параметрами понимаются: скорость и ускорение патрона; скорость, расход и давление воздуха в любой точке пневмомагистрали в любой момент времени; силы трения, действующие на патрон; расход, напор и мощность на валу воздухо нагнетателя и т.д. Именно этим задачам и посвящена настоящая диссертационная работа, в которой развиты, с учетом особенностей, характерных для систем пневмопочты теоретические и экспериментальные методы исследования их динамических параметров.
Целью работы является разработка методик расчета динамических параметров систем пневмопочты при характерных для эксплуатации неустановившихся режимах и использование полученных результатов на примере проектирования и создания установок типа ПТУ-2 и "дуплекс-200".
Основная идея исследований состоит в использовании метода характеристик для численного решения уравнений в частных производных, описывающих процесс движения патрона и воздуха в пневмо-магистрали, имеющей переменные по длине геометрические и гидравлические параметры, а для разработки упрощенных алгоритмов расчета - в применении гипотезы квазистационарности, позволяющей свести систему уравнений в частных производных к системе обыкновенных дифференциальных уравнений. При разработке алгоритмов расчета пневмоторможения патрона в основу задачи были положены уравнения термодинамики газа переменной массы.
Научная новизна. Впервые, на основе применения метода характеристик с индивидуальным шагом по координате и времени для каждого из участков пневмотрассы, проведено исследование процесса движения патрона пневмопочты с учетом совместного влияния следующих факторов: переменности диаметра и материала труб; кривизны оси трубопровода в различных плоскостях на отдельных участках трассы; наличия местных гидравлических сопротивлений по длине трассы; зависимости напорно-расходной характеристики воздухонагне-тателя от массы патрона.
Базируясь на гипотезе о квазистационарности газодинамических процессов разработан алгоритм упрощенного расчета, приводящий к значительной экономии машинного времени, с помощью которого исследован характер движения патрона в пневмомагистралях сложного продольного простиля.
Проведено сопоставление результатов, полученных методом характеристик и по упрощенной методике, которое позволило найти условия использования упрощенного подхода.
Исходя из уравнений термодинамики газа переменной массы, разработан алгоритм расчета и исследован процесс торможения патрона пневмопочты в пневмомеханических тормозных устройствах различных конструкций:
- в прямолинейных наклонных пневмотупиках;
- в тупиках с переменными по длине углом наклона и проходным сечением трубопровода;
- в тормозных устройствах комбинированного типа.
Установлены границы применимости упрощенного расчета пневмотормозе ния патрона, основанного на использовании допущения о несжимаемости воздуха в пневмотупике и дающего возможность в ряде практически важных случаев получить решение в конечном виде.
Разработана методика экспериментального исследования пневмо-торможения на моделях, позволяющая, используя полученные автором критерии подобия, переносить опытные данные на натурный объект. Лабораторная установка для реализации этой методики защищена авторским свидетельством / 45 /.
Проведена теоретическая оценка совместного влияния скорости патрона и перепада давлений на нем на характер перетекания воздуха через зазор между патроном и внутренней стенкой трубы.
Определены коэффициенты трения наиболее часто применяемых в системах пневмопочты трущихся материалов: войлок-сталь и войлок-алюминий. Исследованы возможности использования серийно выпускаемой системы пневмопочты ЇЇТУ-2 для условий эксплуатации, выходящих за пределы, гарантированные заводом-изготовителем приментельно к установкам прижелезнодорожного почтамта (ЇЇЖДП) при Павелецком вокзале г.Москвы.
На основе разработанных методик найдены рациональные конструктивные варианты пневмотормозных устройств и тип воздухонагне-тателя опытно-промышленной установки "Дуплекс-200" в издательстве "Советская Сибирь" г.Новосибирска.
Основные положения, защищаемые автором
1. Алгоритм расчета динамических параметров систем пневмопочты для пневмомагистралей со сложным продольным профилем, включающим переменность внутреннего диаметра и материала трубопровода; кривизну в различных плоскостях отдельных участков пневмотрассы; наличие местных гидравлических сопротивлений на стыке трубопроводов различного диаметра; зависимость напорно-расходной характеристики воздухонагнетателя от массы патрона.
2. Алгоритм расчета процесса движения патрона пневмопочты
в пневмомеханических тормозных устройствах различных конструктивных вариантов.
3. Моделирование пневмомеханического торможения патрона пневмопочты в наклонном тупике.
Результаты исследований, представленные в диссертационной работе, внедрены в Главном центре магистральных перевозок почты (ГЦ МПП), в Центральном проектно-конструкторском бюро механизации и автоматизации (ВДКБ МА), в Институте технической механики Академии наук Украинской ССР, на предприятии п/я В-2289.
