Определение грузоподъемности машин для сбора и вывоза твердых отходов

В условиях трансформации РФ к рынку, среди разнообразных: задач, решаемых в рамках общей проблемы защиты окружающее среды, важнейшее место занимают вопросы сбора и вывоза твердых бытовых отходов в городах. Сбор и удаление твердых бытовых отходов в крупных населённых пунктах является важной санитарно-эпидемиологической и экологической проблемой. На сегодняшний день в Европейских странах уделяется большое внимание вопросам сбора и вывоза твердых бытовых отходов, в планах повышение экологического благоустройства среды обитания человека Резко возросшее в. последние годы количество накапливаемых отходов выдвинуло на передний план задачу своевременного и полного вывоза отходов о территории домовладении. Решить эту задачу можно только на основе комплексного подхода, учитывающего вое аспекты проблемы, в том числе, социальные, градостроительные, демографические, экономические, технические и т. п. Комплексная механизация и повышение эффективности машин для сбора и транспортировки твердых бытовых отходов являются ключом к успешному разрешению стоящих перед отраслью задач [47].

Анализ тенденций развития систем сбора и удаления бытовых отходов за рубежом показывает, что, несмотря на большое разнообразие систем, их совершенствование идет в основном за счет развития средств механизации и оптимизации их эксплуатационных параметров. Увеличение же эффективности специальных машин для сбора и транспортирования твёрдых бытовых отходов предполагает, в первую очередь, учёт условий эксплуатации (оптимизация технологических схем сбора и вывоза твёрдых бытовых отходов из населённых пунктов, оптимизация маршрутов сбора и вывоза отходов), максимальное использование полезной грузоподъемности шасси базового автомобиля. На эффективность работы мусоровоза при выбранной технологической схеме сильное влияние оказывают маршруты сбора и вывоза твёрдых бытовых отходов.

Актуальность этого направления обусловлена установившимися технологическими системами сбора и вывоза твердых отходов, а также необходимостью повышения эффективности функционирования этих систем.

С ростом количества собираемых твердых бытовых отходов растут также затраты на их сбор и вывоз. Уменьшить эти затраты можно: за счёт уменьшения стоимости машин для сбора и вывоза твёрдых бытовых отходовсовершенствования технологий сбора и вывоза твёрдых бытовых отходовоптимизации параметров в зависимости от условий эксплуатации машин (дальности транспортирования мусора к месту переработки 1&bdquo-р, скорости движения внутри квартала v"ep, массовой вместимости дворового контейнера ттн, средней дальности перемещения между контейнерами l"epj времени на подготовительно-заключительные операции при загрузке груза (п. 3.3аг, времени на маневрирование 1манев, времени на перемещение от контейнера к контейнеру (пср, времени вспомогательных операций при выгрузке и транспортировании груза tnXmp и др.). Последний способ является наиболее доступным по времени и стоимости, поэтому разработка методов определения оптимальных параметров машины для сбора и вывоза твёрдых отходов, в зависимости от условий эксплуатации является актуальной задачей.

Определение оптимальных параметров машины для сбора и вывоза твёрдых отходов позволяет: улучшить санитарную обстановку в городах, повысить уровень экологии, обеспечить экономию горюче-смазочных материалов, увеличить срок службы машины для сбора и вывоза твёрдых бытовых отходов и снизить затраты на обслуживающий персонал.

Перед создателями машин для сбора и вывоза твердых отходов стоят задачи, разрешение которых должно значительно улучшить состояние окружающей среды в городах России при активной конкурентной борьбе с зарубежными фирмами.

В настоящей работе проводилось развитие теории и практики учёта условий эксплуатации при использовании машин для сбора и вывоза твёрдых бытовых отходов. Основное внимание уделялось получению данных по сопоставлению значения, оптимальной грузоподъемности машины для сбора и вывоза твёрдых отходов полученной от теоретической функции распределения дальности транспортировки радиоакшвных отходов с результатом экспериментальных статистических данных.

Работа проведена автором под руководством и при непосредственном участии Заслуженного деятеля науки и техники Российской Федерации, д.т.н., профессора, Академика PAT Баловнева В.И.

Автор выражает глубокую признательность Елисееву.А.М., директору предприятия вывозящему специальные отходы для условий МНПО «Радон».

Научная новизна. Основным научным результатом является разработка метода определения оптимальной массовой вместимости кузова т в зависимости от условий эксплуатации. Научная новизна заключается в:

— установлении системы показателей эффективности, определяющих условия оптимального использования машин для сбора и вывоза твёрдых бытовых отходов в зависимости от условий эксплуатации;

— установлении закономерности изменения показателей эффективности от параметров, определяющих условия эксплуатации;

— разработке зависимости изменения оптимальной грузоподъёмности от влияющих факторов (дальности транспортирования мусора 1трл мощности двигателя машины N и др.);

— выявлении закона распределения статистических данных, дальности транспортирования твёрдых радиационно-загрязнённых отходов как случайной величины;

— выявлении закона распределения статистических данных, массы перевозимых твёрдых радиационно-загрязнённых отходов как случайной величиныразработке методики установления оптимального значения грузоподъёмности машины для сбора и вывоза твёрдых отходов от теоретической функции распределения дальности транспортирования твёрдых отходов.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Система показателей для оптимизации массовой вместимости кузова т.

2. Зависимости показателей эффективности машины для сбора и вывоза твёрдых отходов от основных технико-эксплуатационных параметров: массовой вместимости кузова т, мощности базового шасси N, дальности транспортирования твёрдых отходов 1тр.

3. Зависимость для определения оптимальной массовой вместимости кузова т.

4. Закон теоретической плотности распределения вероятностей дальности транспортирования, вывозимых твёрдых радиационно-загрязнённых отходов 4 полученный экспериментально как случайная величина.

5. Закон теоретической плотности распределения вероятностей массы вывозимых твёрдых радиационно-загрязнённых отходов ту полученный экспериментально как случайная величина.

6. Закон теоретической плотности распределения вероятностей оптимальной грузоподъёмности g (топт) полученной теоретическим путём от функции дальности транспортирования твёрдых радиационно-загрязнённых отходов f (l).

1. Технико-экономический расчёт эффекта от результатов исследования.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАДАЧИ ДАЛЬНЕЙШЕГО ИССЛЕДОВАНИЯ.

Уменьшить затраты на сбор и вывоз собираемых твердых отходов можно за счёт оптимизации параметров мусоровозов в зависимости от условий эксплуатации. Этот способ является наиболее доступным по времени и стоимости. Результаты теоретического и экспериментального исследования позволяют сделать ряд выводов направленных на совершенствование конструкции машин для сбора и вывоза твёрдых отходов и повышения технико-экономической эффективности их применения:

1. Разработана система показателей эффективности, определяющих условия оптимального использования машин для сбора и вывоза твёрдых отходов в зависимости от условий эксплуатации. В зависимости от целей и задач, которые преследуются при выборе и определении параметров машины для сбора и вывоза твёрдых бытовых отходов, используется соответствующий показатель эффективности машины: суммарное время рабочего цикла производительность Яудельная материалоёмкость ту^ удельная энергоёмкость Л^- удельная производительность обобщённый показатель ЯЛтт. Для наиболее полной оценки эффективности машины с учётом перечисленных выше показателей, за показатель оценки эффективности машины рекомендован обобщённый показатель представляющий отношение удельной энергоёмкости машины Nyd к удельной производительности машины Я>у).

2. Установлена закономерность изменения показателей эффективности от массовой вместимости кузова т и параметров, определяющих условия эксплуатации. Анализ полученной зависимости (6) позволяет говорить, что для уменьшения обобщённого показателя машины для сбора и транспортирования твёрдых бытовых отходов должны уменьшаться следующие технические и эксплуатационные факторы: коэффициент, учитывающий продолжительность вспомогательных операций при загрузке груза *манев, tnep) Кесп. заг, массовая вместимость в дворовом контейнере тт&bdquo— высота подъёма контейнера при загрузке к, средняя дальность перемещения между контейнерами 1тр безразмерный коэффициент, учитывающий отношение собственного веса машины к массовой вместимости кузова Кжт2 коэффициент сопротивления передвижению мусоровоза /, дальность транспортирования мусора к месту переработки 1&bdquo-ркоэффициент, учитывающий продолжительность вспомогательных операций (tn3.mp, tpa3) при выгрузке и транспортировании груза коэффициент буксования при транспортировании Smp.

Анализ полученной зависимости (6) позволяет говорить, так же, что для уменьшения обобщённого показателя fINm машины для сбора и транспортирования твёрдых бытовых отходов должны увеличиваться следующие технические и эксплуатационные факторы: коэффициент загрузки кузова к3- коэффициент использования мусоровоза по времени кискорость подъёма груза v3- массовая вместимость кузова т скорость движения внутри квартала v"epкоэффициент полезного действия трансмиссии /7, коэффициент загрузки двигателя при транспортном режиме К3, д.

3. Установлено наличие оптимальной величины грузоподъёмности машин для сбора и вывоза твёрдых отходов в зависимости от условий эксплуатации. Из выражения для определения оптимальной массовой вместимости кузова monm следует, что оптимальная величина массовой вместимости кузова monm уменьшается с ростом: скорости движения внутри квартала Упер скорости подъёма груза v, — дальности транспортирования мусора к месту переработки lmp коэффициента сопротивления передвижению мусоровоза /, коэффициента, учитывающего продолжительность вспомогательных операций (t"3.mp> tpa3) при выгрузке и транспортировании груза K^n.mp', безразмерных коэффициентов, учитывающих отношение собственного веса машины к массовой вместимости кузова Кавп,/, Кавт2 коэффициента буксования при транспортировании 6тГ увеличивается с ростом таких параметров, как: высота подъёма контейнера с мусором Ъсредняя дальность перемещения между контейнерами 1пер коэффициент полезного действия трансмиссии 77- мощности двигателя машины.

Nмассовая вместимость дворового контейнера ткон коэффициент загрузки двигателя при транспортном режиме Кгд коэффициент, учитывающий продолжительность вспомогательных операций при загрузке груза (tn J W, tMauee, tпереезд) ^всп.заг.

4. Предложенная методика для машины для сбора и вывоза твёрдых отходов с заданной величиной массовой вместимости кузова и другими параметрами позволяет решить обратную задачу и установить оптимальную среднюю дальность транспортирования твёрдых отходов, оптимальную мощность базового шасси, при которых обеспечивается максимальная экономия энергетических и материальных затрат при эксплуатации мусоровозов.

5. Проектирование машины для сбора и вывоза твёрдых отходов необходимо вести на основании оптимизации основного параметра машины: массовой вместимости кузова т по предлагаемой методике. По величинам скорости движения внутри квартала vnep скорости подъёма груза v3- дальности транспортирования мусора к месту переработки 1тр коэффициента сопротивления передвижению мусоровоза /, коэффициента, учитывающего продолжительность вспомогательных операций (tnrmp, tpa3) при выгрузке и транспортировании груза Квсп тр безразмерных коэффициентов, учитывающих отношение собственной массы машины к массовой вместимости кузова Кавт/, Кает2, высоты подъёма контейнера с мусором Лсредней дальности перемещения между контейнерами 1&bdquo-ер, мощности двигателя машины Nкоэффициента полезного действия трансмиссии ij, массовой вместимости дворового контейнера тт&bdquoкоэффициента загрузки двигателя при транспортном режиме Кздкоэффициента, учитывающего продолжительность вспомогательных операций при загрузке груза (tn3 .3аг> 1мане&-> t. переезд)^всп.п коэффициента буксования при транспортировании дтр по установленной формуле (7) определяют оптимальное значение грузоподъёмности топт. Из существующих транспортных средств выбирают машину с грузоподъёмностью ближайшей к установленной.

6. Установлены статистические параметры дальности транспортирования твёрдых радиационно-загрязнённых отходов как случайной величины. Анализ статистической информации по г. Москве и центральному региону, на основании материалов МНПО «Радон», позволил установить плотность распределения дальности транепор трования твёрдых радиационно-загрязнённых отходов /, в виде закона распределения случайной величины Вейбула.

7. Установлены статистические параметры массы перевозимых твёрдых радиационно-загрязнённых отходов как случайной величины. Анализ информации по городу Москве показывает, что действительная экспериментальная плотность распределения вероятностей массы вывозимых твёрдых радиационно-загрязнённых отходов nij уменьшается с ростом их массы rrjj и подчиняется Экспоненциальному закону распределения.

8. Установлено оптимальное значение грузоподъёмности машины для сбора и вывоза твёрдых радиационно-загрязнённых отходов в вероятностных условиях эксплуатации. Величина оптимальной массовой вместимости кузова т""т является вероятностной и зависит от дальности транспортирования и ряда других эксплуатационных и технических параметров.

9. Грузоподъёмность машин для сбора и вывоза твёрдых отходов в зависимости от условий эксплуатации следует определять по разработанной методике. В работе зависимость с учётом вероятностного изменения дальности транспортирования твёрдых радиационно-загрязнённых отходов. В условиях отличающихся от расчётных машина будет работать с меньшей эффективностью.

Для выбора машины для сбора и вывоза твёрдых отходов из образцов имеющихся на рынке для конкретных условий эксплуатации следует отдать предпочтение машине с параметрами массовой вместимости кузова т, мощности базового шасси N и др., ближайшими к машине с оптимальными параметрами, установленными по рекомендуемой методике.

10. Грузоподъёмность спецавтотранспортного средства в рассмотренных условиях эксплуатации для организации, которая вывозит твёрдые радиационно-загрязнённых отходы, для условий МНПО «Радон» превысило оптимальное значение более чем на 25%, в этом случае следует ожидать увеличения расхода топлива, повышения износа деталей, увеличения суммарного времени рабочего цикла, а следовательно, и уменьшения производительности.

11. Полученные рекомендации и методика выбора спецавтотранспортного средства переданы для реализации МНПО «Радон».

12. Из рассмотренных машин для сбора и вывоза твёрдых бытовых отходов, в заданных условиях эксплуатации, на основании технико-экономического расчёта наиболее эффективна машина производства АО «Ряжский авторемонтный завод» МКМ-45 базовое шасси КамАЭ-53 213, с манипулятором и механизированной боковой загрузкой, которая имеет наименьшие удельные годовые затраты 2уг.

Анализ выполненных исследований позволил наметить направления и задачи дальнейшего исследования в этой области:

— целесообразно определить общую теорию определения общих параметров мусоровозов с учётом их эксплуатации в условиях неопределённости;

— разработка программы для ЭВМ по определению оптимальной дальности транспортирования 1тр и массовой вместимости кузова топт в заданных условиях эксплуатации.