Tartalomjegyzék Cuprins Content MSZAKI SZEMLE 36. szám, ISSN

M SZAKI SZEMLE 36. szám, 2006. Szerkeszt bizottság elnöke / President of Editing Committee Dr. Köll Gábor

Szerkeszt bizottság tagjai / Editing Committee Dr. Balázs L. György – HU, Dr. Biró Károly Ágoston – RO, Dr. Csibi Vencel-József – RO, Dr. Fedák László – UA, Dr. Kása Zoltán – RO, Dr. Kászonyi Gábor – HU, Dr. Majdik Kornélia – RO, Dr. Maros Dezs – RO, Dr. Nagy László – RO, Dr. Péics Hajnalka – YU, Dr. Pungor Ern – HU, Dr. Puskás Ferenc – RO, Dr. Szalay György – SK, Dr. Turchany Guy – CH

Kiadja / Editor Erdélyi Magyar M6szaki Tudományos Társaság – EMT Societatea Maghiar8 Tehnico-9tiin:ific8 din Transilvania Ungarische Technisch-Wissenschaftliche Gesellschaft in Siebenbürgen Hungarian Technical Scientific Society of Transylvania

Tartalomjegyzék – Cuprins – Content

Antal Tibor Sándor, Antal Béla

3

Egy számítási módszer a hidrodinamikus kenéssel m6köd csigahajtások esetében A Computational Method for the Hydrodynamic Lubricated Worm Gears O metod8 de calcul a angrenajelor melcate care func:ioneaz8 cu ungere hirodinamic8

Barabás István, Todoru1 Adrian, Csibi Vencel

8

Bio-motorhajtóanyagok befecskendezési jellemz inek optimálása Optimization of Injection Parameters for Biofuel Jet Optimizarea parametrilor de injec:ie a biocombustibililor

Csibi Vencel, Noveanu Simona, Lungu Ion

14

Rugalmaskötés6 minimegfogók meghajtása The Actuation of the Minigrippers with Flexure Joint Ac:ionarea unor minigripere cu cuple flexibile

Mészáros Ferenc, Cselényi József

22

Autóipari klaszter m6ködésének alapelvei Operating Principles of an Automotive Cluster Principii de func:ionare ale unei grup8ri din industria de automobile

Szász Csaba

31

Kistelyesítmény6 állandómágneses hibrid léptet motorok számítógépes vezérlése PC-based Contol of the Low Power PM-hybrid Stepping Motors Comanda cu calculator personal a motoarelor pas cu pas hibride de mic8 putere

Felel s kiadó / Managing Editor

Szász Imre, Szász Csaba

Dr. Köll Gábor

Háztartási hulladékgy6jt rendszer tervzése Harghita megye területén Household Waste Collection System Design in Hargita County Proiectarea unui sistem de colectare a deNeurilor menajere în jude:ul Harghita

35

A szerkeszt ség címe / Address Romania 400604 Cluj, Kolozsvár B-dul 21. Decembrie 1989., nr. 116. Tel/fax: 40-264-590825, 594042 Levélcím: RO – 400750 Cluj, C.P. 1-140.

Teberean Ioan, Csibi Vencel

40

A forgóelosztós befecskendez -szivattyú nyomás-modelezése A calculus Model for Pressure of a Rotary Distribuitor Injection Pump O metod8 a model8rii presiunii dintr-o pomp8 de injec:ie cu distribuitor rotativ

Nyomda / Printing Incitato Kft.

A kiadvány megjelenését támogatta

ISSN 1454-0746 CNCSIS által elismert folyóirat Revist, acreditat, de CNCSIS

Illyés Közalapítvány – Budapest Oktatási és Kutatási Minisztérium – Bukarest

www.emt.ro [email protected]

2

Communitas Alapítvány – Kolozsvár

M szaki Szemle • 36

Egy számítási módszer a hidrodinamikus kenéssel m;köd= csigahajtások esetében A computational Method for the Hydrodynamic Lubricated Worm gears Dr. ANTAL Tibor Sándor, Dr. ANTAL Béla Kolozsvári M szaki Egyetem, Gépgyártás-technológia Kar

Abstract The specific literature, which deals with the worm gears, focuses on the growing of service life. In order to achieve this goal, different methods, during the last years, were established. This paper presents a program that considers the hydrodynamic lubrication for the gearing for growing the service life. The main parameters of the worm gears are being established under these conditions.

Összefoglalás A csigahajtásokkal foglalkozó szakirodalom kiemelt súlyt helyez a m"ködési élettartam növelésére. Ennek elérésére különböz' módszerek léteznek. A jelenlegi dolgozat egy olyan számítási programot mutat be, amely a hidrodinamikus kenést veszi alapul a hajtás élettartamának növelésére. Ebb'l kiindulva határozzuk meg a csigahajtás f'paramétereit. 1. A hidrodinamikai kenés alapján számítható paraméterek A [3] szakirodalomban megadott képlet alapján a hidrodinamikus kenéssel m6köd evolvens típusú csigahajtások esetében a modul meghatározására a következ összefüggés vezethet le: mx

2 q + z 2 + 2x

1.39

T20.13 X(R a1 + R a2 )

0.7 0.7 0.03 21h *C 0.6 Z W OM n 1 E red z2 2(0.5 + q + 1) 2q 1 z1 q 1 x + + + + h * = 0.018 + 370,4 213,9 7.86(q + z 2 ) z 2 110 36300

(1)

ahol

q az átmen hányados; z1 a csiga bekezdéseinek száma; z2 a csigakerék fogszáma; x a profileltolás tényez ; T2 a csigakeréken lév forgatónyomaték [Nm]; X a biztonsági tényez ; Ra1 és Ra2 az átlagos érdességek a kapcsolódó felületeken (köszörült csigánál Ra1=0.4µm és mart csigakerénél Ra2=1.6µm); CZ = 1.7 x 10-8m2/N a nyomás – viszkozitás tényez ásványolaj esetében; WOM a ken anyag dinamikai viszkozitása légköri nyomáson és a kapcsolódásba lépés h mérsékletén [Ns/m2]; n1 a csiga fordulatszáma [min-1]; Ered = 140144 N/mm2 a redukált rugalmassági tényez (a kerék anyaga CuSn12 és a csigáé acél). Egy adott esetben, a terhelési viszonyok függvényében, az (1) képlet alapján meghatározhatók azok a valós paraméterek, amelyek biztosítják a csigahajtás hidrodinamikus kenéssel való m6ködését. Ezek közül csak azokat kell figyelembe venni, amelyek biztosítják a csigahajtás megfelel hatásfokát és a szilárdsági követelményeket (a kapcsolódó fogfelületek között fellép megengedett feszültséget és a csigatengely merevségét, amely biztosítja a helyes kapcsolódást).


3

2. A hatásfok számítása Figyelembe véve a fogfelületek között lév kenési viszonyokat, a [2] és [5] alapján a hatásfok a következ képlettel határozható meg: W=

ahol

µ=

0.04 V12

1 V12 µ 1+ cos(Z n ) V1cos(^1 )

(2)

a fogfelületek között lév súrlódási tényez ;

V12 a relatív sebesség; V1 a csiga kerületi sebessége a gördül körön; Zn a normálmetszet profilszöge (Zn =200); ^1 a fogferdeségi szög a gördül hengeren; Behelyettesítve a hatásfok képletében a sebességeket és a ferdeségi szöget a csigahajtás paramétereivel, az alábbi képletet kapjuk: z1 (q + 2x)cos(

W= z1 (q + 2x)cos(

n) 2 0.04[z1 + (q + 2x) 2 ]

n)+ 4

m x n1 60x1000

z12

+ (q + 2x)

(3) 2

El írjuk, hogy a hatásfok nagyobb legyen mint egy bizonyos érték, és csak azokat a paramétereket vesszük figyelembe, amelyek kielégítik ezt a feltételt.

3. Az érintkez= fogfelületek teherbírása A fenti feltételek alapján meghatározott paraméterek biztosítják az érintkez fogfelületek teherbírását is. Ezt a Hetz-feszültség képlete alapján lehet ellen rizni: _H =

Fn2 12 Lk b

1 2

1 `1 1 ` 22 a + E1 E2

_ Hmeg

(4)

ahol Fn2 a csigakerék fogára ható er , normál metszetben; Lk az érintkez vonal hossza (Lk c dmdm1 = 0.55mx(q+2)); b a redukált görbületi sugár, normál metszetben (1. ábra); `1 és `2 a csiga és csigakerék anyagaira jellemz Poisson számok (`1 = 0.30 acélra és `2 = 0.35 bronzra); E1 és E2 a csiga és csigakerék anyagainak rugalmassági modulusai (E1 = 2.1 x 105 N/mm2 acélra és E2=0.883 x 105N/mm2 CuSn12 bronzra); _Hmeg a megengedett Hertz-feszültség a kerék anyagára (_Hmeg= 400 N/mm2 CuSn12 bronzra). A normál er nek a meghatározása az [1] alapján történik ahol, a kapcsolódási pont a gördül hengeren van (1. ábra). Fn2 =

2T2 1 d m2 cos(Z n )(cos( ) - tan( 1 )sin( ) )

(5)

ahol T2 a keréken lév forgatónyomaték [Nmm]; dm2 = mxz2 a kerék osztókör átmér je [mm]; f = arctg

1

4

z1 q + 2x

az emelkedési szög a csiga gördül hengerén;

= arctg(µ1 ) = arctg

µ cos(Z n )

a redukált súrlódási szög.


O2 rmv2 n

N2

2

8

C

1

n

1. ábra A fogpofilok kapcsolódása normálmetszetben.

Az 1. ábra alapján: 1 1 1 1 1 1 2cos 2 ( ) 2(q + 2x) 2 = + = + = = = b b1 b 2 CN 2 rmv2sin(Z n ) m x z 2 sin(Z n ) m x z 2 [z12 + (q + 2x) 2 ]sin(Z n )

(6)

Behelyettesítve az (5), (6) képleteket a (4) képletbe és figyelembe véve a megadott számbeli értékeket, kifejezhet a modul: mx

3

504724.11T2 z 22

q + 2x

(q + 2x

1

µ1z1 ) (q + 2x)

2

+ z 21

_

2

Hmeg

(7)

4. A csigatengely merevségének ellen=rzése A kapcsolódó fogfelületek között lév érintkezési vonal helyzete függ a csigatengely merevségét l is. Ha a merevség nem felel meg a követelményeknek, az érintkezés befolyásolhatja a hidrodinamikus kenés kialakulását. A merevség ellen rzését úgy végezzük, hogy a csigatengelyt kéttámaszú tartónak tekintjük, és meghatározzuk a lehajlást, amelyet a csigára ható, tangenciális er Ft1 és a radiál er Fr1 okoz [2], [6] és [7]. f=

ahol

l3 Ft1 2 + Fr12 48E1I1

f meg ,

(8)

l a támaszok közötti távolság (l = daa, általában da c 1.5 .. 2);

m x (q + z 2 + 2x ) a tengelytávolság [mm]; 2 ad 4 w1 a másodrend6 nyomaték [mm4]; I1 = 64

a=

fmeg a megengedett lehajlás [7] (fmeg = 0.004mx edzett csigánál és fmeg = 0.01mx nemesített csigánál). A felvett érintkezési pontban ható tangenciális és radiális er az [1] alapján a következ :


5

2T1 m x (q + 2x)

Ft1 = tan (f ) =

ahol

z1 , tan ( q + 2x

1

) = µ1 és

T1 =

és Fr1 =

2T1 tan(Z n ) m x (q + 2x) sin( ) + tan( 1 )cos( )

(9)

z1 T2 . z2 W

Felhasználva a megadott összefüggéseket, edzett csiga esetében a lehajlás:

f=

d a 3 (q + z 2 + 2x )3 z1 T2 3 a E1 m x 3 (q + 2x) 5 z 2 W

1 + 0.1324743

z 21 + (q + 2x) 2

0.004

[z1 + µ1 (q + 2x)]2

(10)

Egy megadott esetben, felhasználva a MathCAD pogramozás lehet ségeit, meghatározhatók azok a paraméterek, amelyek kielégítik a hidrodinamikus kenés feltételét és megfelelnek a teherbírási követelménynek is. A következ számítási algoritmus megadja táblázat formájában a lehetséges variánsokat. Ezek közül a tervez kiválasztja azt, amelyik a legmegfelel bb a megépítend hajtás feltételeinek. 5

z1 := 1

Smeg := 400

E1 := 2.1 10

n1 := 1500

z2 := 41

Ered := 140144

T2 := 587.28

PSIa := 1.5

20 an := 180

Ra1 := 0.4

Ra2 := 1.6

Calfa := 1.7 10

hcs( q , x) := 0.018 +

8

z2 z1

q 1 x + + 7.86 q + z2 z2 110

(

:= 1

)

36300

2 ( 0.5 + q + 1) 370.4

+

(

0.13

2q 1 213.9

)

Ra1 + Ra2 mx q , x , om := 0.7 0.7 0.6 0.03 q + z2 + 2 x 21 hcs( q , x) Calfa om n1 Ered

(

(

)

T2

2

( )

z1 ( q + 2 x) cos an

)

eta q , x , om :=

2

0.04 z1 + ( q + 2 x)

( )

z1 ( q + 2 x) cos an + 4

(

)

mx q , x , om n1 60000

(

)

miu1 q , mx , x :=

1 2

mx n1 ( q + 2 x) 60 1000

(

)

f q , x, om :=

6

T2 z1 ( q + z2 + 2 x) 3 5 eta( q , x, E1 om) z2 mx( q , x, om) (q + 2 x) 3

PSIa 3

1 1.39

2

z1 + ( q + 2 x) q+ 2x

2

2

z1 + ( q + 2 x)

0.04 cos an 2

( )

3

2

1 + 0.1324743

2

2

z1 + (q + 2 x)

(

(

) )

z1 + miu1q , mx q , x, om , x (q + 2 x)

2


(

)

fmx q , x , om :=

(

3

504724.11 T2 z2

q+ 2x

(q + 2 x

2

(

(

1

) ) )

miu1 q , mx q , x , om , x z1

2

( q + 2 x) + z1

2 Smeg2

)

etavaleps, q1, q2, x1, x2, om := k ! 0 for q & q1.. q2

for x& x1, x1 + 0.1.. x2

( (

)

if eta q , x, om

) ((

)

) ( (

)

(

))

eps # f q , x, om < 0.004 # mx q , x, om > fmxq , x, om

Mk , 0 ! q Mk , 1 ! x

(

)

Mk , 2 ! eta q , x, om

(

)

Mk , 3 ! f q , x, om

( ) Mk , 5 ! fmxq ( , x, om) Mk , 4 ! mx q , x, om

k!k+ 1

M M := etaval( 0.86 , 7 , 17 , 1 , 1 , 0.08 ) M1 := stack [ ( "q" "x" "eta" "f" "mx" "fmx") , csort ( M , 2) ]

0

1

2

3

4

5

0

"q"

"x"

"eta"

"f"

"mx"

"fmx"

1

7

-0.3

0.86

1.333 10 -7

17.127

0.555

2

8

-0.8

0.861

1.206 10 -7

17.711

0.555

3

7

-0.4

0.863

1.433 10 -7

17.396

0.56

4

8

-0.9

0.864

1.294 10 -7

17.999

0.56

7

-0.5

0.867

1.546 10 -7

17.672

0.566

6

8

-1

0.868

1.394 10 -7

18.295

0.566

7

7

-0.6

0.87

1.676 10 -7

17.956

0.573

8

7

-0.7

0.873

1.825 10 -7

18.249

0.579

9

7

-0.8

0.876

1.997 10 -7

18.55

0.586

10

7

-0.9

0.879

2.198 10 -7

18.861

0.593

0.883

2.434 10 -7

19.181

0.601

M1 = 5

11

7

-1

Szakirodalom [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]

Antal, T. S., Antal, B.: Algoritmus a csigahajtások f méreteinek meghatározására. M6szaki szemle. EMT. K-vár. 2005, 29 sz. 3-8p. Drobni, J.: Korszer6 csigahajtások. Tenzor Kft. Miskolc. 2001. Dubbel: Taschenbuch für den Maschinenbau, 19 Auflage, 1997. Dudás, I.: The Theory and Practice of Worm Gear Drives. Penton Press. London. 2000. Lévai, I..:Veszteségszám értelmezése a kitér tengely6 hajtások relatív csavarterében, ME Anyagmozgatási és Logistikai Tanszék, Miskolc, 1996. Maros, D. Killmann, V., Rohonyi, V.: Csigahajtások. M6szaki Könyvkiadó. Budapest. 1970. Niemann, G. und Winter, H.: Maschinenelemente Band 3. Spinger Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo. 1983.


7

Bio-motorhajtóanyagok befecskendezési jellemz=inek optimálása Optimization of Injection Parameters for Biofuel Jet Dr. BARABÁS István, Dr. TODORU- Adrian, Dr. CSIBI VENCEL-József Kolozsvári M szaki Egyetem, Mechanika Kar

Abstract In terms of energy savings and protection of global environment against air pollution is a very important problem. Vegetables oil is an interesting alternative to fossil diesel fuel, as they are renewable source of energy, have a low sulfur content, and are safe to store. However, using vegetable oils in order to fuel direct injection diesel engines creates problems due to their low heat energy, low volatility and high viscosity. These problems are reduced to minimum by subjecting the vegetable oils to the process of tranesterification. Same problems remain, like as spray parameters – injection velocity, injection cone angle, spray penetration, droplets size – modified by different fuel properties. In this paper, using a numerical analysis, which was used to understand the phenomena of fuel injection process and the help the development of the srpay specifications, is described. Bevezetés Az alternatív motorhajtó-anyagok szükségességének két legfontosabb szempontja a környezetszennyezés és a hagyományos – többnyire fosszilis eredet6 – energiahordozók természetes tartaléknak végessége. Biomasszából el állított motorhajtó-anyagokkal részben vagy egészben kiválthatók a hagyományos hajtóanyagok, azonban széleskör6 alkalmazásuk még várat magára. Új típusú motorhajtó-anyagok bevezetése feltételezi a bels égés6 motor és a hajtóanyag egymáshoz való illesztését. Ennek megvalósítására három megoldás kínálkozik: a hajtóanyag illesztése a motorhoz, a motor illesztése a hajtóanyaghoz és az el bbi kett kompromisszumos megoldása. Írásunk a biodízel típusú motorhajtóanyagok illeszthet ségének vizsgálatát t6zte ki célul, a motorikus folyamatokat nagyban befolyásoló befecskendezés min ségének elméleti kutatásával.

1. A biodíezel típusú motorhajtó-anyagok a befecskendezés min=ségét befolyásoló fontosabb tulajdonságai A biodízel alapanyaga lehet növényi olaj, állati zsiradék, valamint különböz termokémiai úton el állított biomassza alapú szénhidrogén termék. Napjainkban a legszélesebb kör6 felhasználásnak a növényi olajok metilészterei örvendenek. Bár a növényi olajok metilészterei nagyban megközelítik a gázolaj fizikai és kémiai tulajdonságait, mégis maradnak olyan paraméterek, amelyek a motor keverékképzését nagyban befolyásolják. Összehasonlításként, a legfontosabb növényi olajból nyert metilészterek fizikai tulajdonságait az 1. táblázatban foglaltuk öszsze. A Romániában szabványosított gázolaj (SR EN 590) valamint az Európai Unió biodízelre vonatkozó el írásai (EN 14214) a táblázatban összehasonlítás céljából szerepelnek.

8


1. Táblázat A biodízel típusú motorhajtóanyagok fontosabb tulajdonságai Tulajdonság

Jelölés Mértékegység

Cetánszám S6r6ség 15 °C-on Kinematikai viszkozitás 40°C-on Dinamikai viszkozitás 40°C-on Felületi feszültség

CC b `

– kg/ m3 m2/s

Repceolaj metil észter (RME) 54,4 874 6,2.10-6

W

N.s/ m2

5,42.10-3

3,22.10-3

3,3.10-3

_

N/m

25,4.10-3

28,8.10-3

28,2.10-3

Alsó f6t érték

Qi

MJ/kg

37,77

37,19

37,04

Zavarodáspont

tt

°C

-2

2

0

Fagypont

tî

°C

-9

-3

-2

Égési h mérséklet

ta

°C

179

188

Lobbanáspont

taa

°C

210

204

Napraforgóolaj metil észter (NFME) 39,9 873 3,66.10-6

Szójaolaj metil észter (SZME) 46,2 884 3,8.10-6

Biodízel, EN 14214

nincs meghat. nincs meghat. nincs meghat. nincs meghat. nincs meghat. nincs meghat. 101

min. 51 860-900 5,5-5.10-6

Gázolaj, SR EN 590 47,8 852 3,2.10-6 2,73.10-3 22,5.10-3 (42,50) -12 -16 74 88

A táblázatban bemutatott értékeket összehasonlítva megállapíthatók a következ k: – növényi olajokból nyert biodízel típusú hajtóanyagok s6r6sége bár magasabb a gázolajénál, beilleszkedik a biodízel szabványban el írt intervallumba; – a bio-motorhajtóanyagok 40°C-on mért kinematikai viszkozitása magasabb a gázolajéhoz képest, azonban csupán a RME esetében észlelhet a szabványban javasolt értékek enyhe túllépése; – a felületi feszültséget vizsgálva megállapítható, hogy a biohajtóanyagok esetében ennek értéke jóval magasabb a gázolajénál, ami nagyban befolyásolja a befecskendezés min ségét; – a biodízel f6t értéke alacsonyabb a gázolajénál, ami o motor teljesítményének a csökkenéséhez és a tüzel anyag-fogyasztás növekedéséhez vezet; – alacsony h mérséklet-tartományban a biodízel hajlamosabb zavarodásra, a fagypontja pedig 8-14 °C-kal magasabb a gázolajénál. 2. A befecskendezési folyamat modellezése A bels égés6 motorok keverékképz rendszerében a tüzel anyag befecskendezése a porlasztó csúcs furatán nyomáskülönbség hatására létrejöv er által átpréselt tüzel anyag porlasztásával jön létre (1-es ábra). A porlasztási kép két jól elkülönül részt mutat be: az 1-el jelölt folyékony halmazállapotú folytonos tüzel anyag-sugarat és az ezt körülvev 2-es jelölés6 apró cseppekb l alakult, ködszer6 burkot.

1. ábra Egyszer"sített porlasztási kép


9

A folyékony halmazállapotú hajtóanyagok égéséhez elengedhetetlen a tüzel anyag aprózódása és az égéstérben történ szétszórása. Befecskendezéssel a folyékony halmazállapotú tüzel anyag a leveg vel kapcsolatba kerül felülete megközelít leg az ezerszeresére növekszik, el segítve az el bbi gyorsabb párolgását és az oxidációs kémiai reakciók elindulását és lefolyását. Ugyanakkor, a befecskendezett sugarat úgy irányítja az égéstérbe, hogy a rendelkezésre álló leveg -mennyiség maximálisan kihasználódjon. A befecskendezés min sége a befecskendez sugár négy fontosabb jellemz jével értékelhet : porlasztási finomság, porlasztás egynem6sége, szórási távolság (mélység), szórási szög. A porlasztás finomsága és egynem6sége f ként a tüzel anyag párolgási folyamatát, míg a szórási távolság és a szórási szög a keverékképzés min ségét határozza meg. A porlasztási finomság a tüzel anyag-sugár aprózódásával létrejöv cseppek méretével írható le. A dízel motorok esetében magas porlasztási min ségre van szükség, ami 10-20 µm-es cseppméretet jelent. Mivel a porlasztás eredményeként létrejöv cseppek méretének szórása meglehet sen nagy, meghatározásukra, különböz egyszer6sít feltételek figyelembe vételével több képletet is javasoltak [2, 3, 4, 5]. Ezek közül a párolgási folyamatok számításánál használt Sauter féle átlagátmér t használtuk, ami a cseppek össztérfogatának és összfelületük hányadosának a hatszorosa [4]:

d csS

V = 6 cs = Scs

*n *n

cs

dcs3

cs

dcs2

= 1, 445

d00,667 ( ta0,1927

0,1466 ta 0,532 0

)l0,226 )l0,0733 w

(1)

ahol: d0 – a porlasztócsúcs furatának az átmér je; (ta – a tüzel anyag felületi feszültsége; ta – a tüzel anyag dinamikai viszkozitása; )l – a leveg s6r6ség; )ta – a tüzel anyag s6r6sége; w0 – a tüzel anyag áthaladási sebessége a porlasztócsúcs furatán. A porlasztás egynem sége akkor a legnagyobb, ha minden befecskendezett csepp azonos átmér j6. Mivel a gyakorlatban ez nem kivitelezhet , ezért egy elosztási függvénnyel kell megközelíteni, ami egy adott átmér -tartományban beilleszked cseppek gyakoriságát írja le az átlagos átmér höz viszonyítva [5]:

F = , + d prob

(2)

ahol n az elosztási függvény, d prob a várható cseppátmér átlagmérete. A szórási távolság (S) a befecskendezett tüzel anyag által o id alatt megtett út, ami a következ összefüggéssel számítható [5]: .

S = - wx d .

(3)

0

ahol wx – a tüzel anyag a fúvókafurat irányában, ett l S távolságra es sebessége. A szórási távolság akkor optimális, ha a tüzel anyag a befecskendezés ideje alatt áthalad a teljes égéskamrán, anélkül hogy ennek szemközti falára csapódna. Ha a szórási távolság túl nagy, a tüzel anyag az égéstér hideg falára csapódva lassú kémiai folyamatokon megy át, ami tökéletlen égéshez, az égéstér elkoszosodásához és a motor er s, kék szín6 füstöléséhez vezet. Túl rövid szórás a porlasztócsonk környezetében okoz hasonló jelenségeket, emellett mivel a falak közelében lev leveg nem vesz részt az égésben, így ez tökéletlen marad, ami a motor fekete szín6 füstölésével jár. A szórási távolság meghatározható, ha ismerjük a befecskendezési sugár szétesésének a porlasztócsúcstól mért Ssze távolságát [2, 3]:

S sze = w0 . sze / k1

)ta d0 )l

(4)

ahol .sze a befecskendezési sugár szétesésének pillanatáig eltelt id , Ssze – a befecskendezési sugár szétesésének a porlasztócsúcstól mért távolsága, k1 = 15,8 – kísérleti úton megállapított állandó. A w0 sebességet az energiamérleg egyenletéb l kapott képlettel lehet kiszámolni [1, 5]:

10


2 +p

w0 = µ0

)ta

(5)

ahol µ0 állandó a porlasztócsúcs furatában létrejöv veszteségeket veszi figyelembe, +p – pedig a befecskendezési nyomás és az égéstéri nyomás különbsége. A el bbi két összefüggésb l kifejezhet a befecskendezési sugár szétesésének pillanatáig eltelt id [2]:

c1 )ta d 0

. sze =

2 µ02 )l +p

(6)

Abból a feltételb l kiindulva, hogy a befecskendezési sugár szétesésének pillanatától a szórási távolság egyenesen arányos a befecskendezési sugár szétesésének pillanatáig eltelt id nek a négyzetgyökével, e pillanattól kezdve a szórási távolságot a következ egyenlet írja le:

. sze

S = k2

(x.10)

ahol a c2 állandó értékét az S = Ssze és . = .sze feltételekb l lehet kifejezni:

k1 µ0 d 0

k2 = 4 2

4

+p

)l

(7)

A hidraulikus veszteségeket figyelembe vev együttható kísérleti úton meghatározott értéke µ0 = 0,39, amivel a szórási távolságot a következ képpen lehet felírni [4, 5]:

1 20,39 2 2 S =3 22,95 2 24

2 +p

)l 4

+p

.

0 < . < . sze

d0 .

)l

. > . sze

(8)

ahol

. sze = 28, 65

)ta d0 )l +p .

(9)

A szórási távolság egyenesen arányos a d0, w0, bta, Wta, o, és fordítottan a bl, _ta paraméterekkel, vagyis a porlasztás egynem6ségét és a szórási távolságot ugyanazok a tényez k határozzák meg. A szórási szög (5 5) a porlasztási kép körvonalára érint legesen, a porlasztócsonk furatából kiindulva szerkesztett kúp központi szöge. Kísérleti úton bizonyított, hogy a szórási szög id ben változó paraméter, aminek értéke csupán a befecskendezési id vége felé állandósul. A szórási szög a szórási távolsággal együtt a tüzel anyag égéstéri eloszlását jellemzi. Értékének meghatározására több tapasztalati összefüggést is javasoltak. Ezek közül az egyik [2]:

5 = k3

)ta )l

m1

2 +p d 0 )ta

)ta

m2

µl

(10)

ahol 0l a leveg kinematikai viszkozitása, k3 = 0,00413; m1 = - 0,25; m2 = 0,5 tapasztalati állandók. Behelyettesítve az el bbi összefüggésbe, a szórási szög értéke a következ képpen alakul [2]:

5 = 0, 05

4

d 02 )l +p

µl2

.

(11)

Egy másik tapasztalati összefüggés a szórási szög meghatározására [2, 5]:


11

tan(5 ) =

1 4 A

)ta 3 )l 6

(12)

l0 d0

(13)

ahol A = 3 + 0 ,28

3. Számítási eredmények A modell alapján elvégzett számítások eredményeit a 2. ábrán mutatjuk be. Megállapítható, hogy a cseppméret növekszik a biohajtóanyagok esetében, els sorban a magasabb viszkozitásuk és felületi feszültségük eredményeképpen. A megnövekedett cseppméret egyenes következménye, hogy kevésbé egynem6 lesz a keverék, az alacsonyabb párolgási sebesség pedig lassúbb keverékképzést eredményez. Egyidej6leg megn a tüzel anyag-sugár széteséséig eltelt id , ezzel együtt pedig a porlasztási távolság, aminek következtében a tüzel anyag rácsapódik az égéstér falára. Mindezek a körülmények a tüzel anyag tökéletlen égéséhez vezet. A lecsökkent befecskendezési sebesség miatt az égéstérbe juttatott tüzel anyag mennyisége csökken, ami, az alacsonyabb f6t érték mellett, tovább rontja a motorba fecskendezett energia mennyiséget. Megállapítható, hogy a szórási szög lényegesen nem változik.

Cseppméret, 10-6m

39

1,71E-01

1,72E-01

40

40 38

38

38 37 36

35

35 34 33

Sétesésig eltelt id=, s

41

32

1,70E-01

1,70E-01 1,69E-01

1,68E-01 1,66E-01

1,64E-01

1,64E-01 1,62E-01 1,60E-01

RME

FSME

SZME

Gázolaj

RME

FSME

Hajtóanyag

Gázolaj

b) 10,300

145

10,245

10,250 Szórási szög, °

Befecskendezési sebesség, m/s

a) 146 145 145 144 144 143 143 142 142 141 141

SZME

Hajtóanyag

143 142

142

10,200 10,150

10,116

10,100

10,042

10,050

10,059

10,000 9,950 9,900

RME

FSME

SZME

Gázolaj

RME

FSME

Hajtóanyag

c)

SZME

Gázolaj

Hajtóanyag

d)

2. ábra A befecskendezés fontosabb min'ségi mutatói: a – cseppméret, b – szétesésig eltelt id', c – befecskendezési sebesség, d – szórási szög

12


A fentiekb l megállapítható, hogy ahhoz, hogy a motor teljesítménye ne csökkenjen, meg kell növelni a motor-ciklusonként befecskendezett tüzel anyag-adagot. A szórási távolság lecsökkentéséhez valamint a porlasztás egynem6ségének javításához pedig le kell csökkenteni a cseppméretet. Ezeknek megvalósításához meg kell növelni a porlasztócsúcs furatának átmér jét (3. ábra) és a befecskendezési nyomást (4. ábra).

3. ábra A befecskendezett tüzel'anyag energiatartalmának változása a porlasztócsúcs furatának függvényében

4. ábra A befecskendezési nyomás optimalizálása a megfelel' cseppméret eléréséhez.

Összefoglalás A bio-hajtóanyagok motorikus felhasználásával középtávon kiválthatók a hagyományos motorhajtó anyagok. Mivel a bio-motorhajtóanyagok fizikai tulajdonságai különböznek a gázolajétól, ezek alkalmazása megköveteli a motor egyes paramétereinek módosítását. A porlasztócsúcs furatának növelésével megvalósítható a motor teljesítményének megtartása, a befecskendezési nyomás növelésével pedig elérhet a porlasztás min ségének megtartása.

Felhasznált irodalom [1] [2] [3] [4] [5]

Christopher von Kuensberg Sarre, Song-Charng Kong, Rolf D. Reitz: Modeling the Effects of Injector Nozzle Geometry on Diesel Sprays, SAE Paper 1999-01-0912. Hiroyasu, H., Arai, M.: Fuel Spray Penetration and Spray Angle of Diesel Engines, Trans. of JSAE, Vol. 21, pp. 5-11, 1980. Jung, D., Assanis, D. N.: Multi-Zone DI Diesel Spray Combustion Model for Cycle Simulation Studies of Engine Performance and Emissions. SAE Paper 2001-01-1246. MariaNiu, F.: Modelarea injec:iei de combustibil la motoare cu aprindere prin comprimare. Cluj-Napoca, Sincron könyvkiadó, 2001. MariaNiu, F., B8:aga, N., Barabás, I.: Modelarea curgerii hidrodinamice a combustibilului prin orificiul unui injector. PiteNti, 2000.


13

Rugalmaskötés; minimegfogók meghajtása The Actuation of the Minigrippers with Flexure Joint Dr. CSIBI Vencel, NOVEANU Simona, LUNGU Ion Kolozsvári M szaki Egyetem, Mechanika Kar

Abstarct In this paper, the compliant mechanisms are presented and the piezoelectric actuation principle was used to generate movement of the minigripper with flexure hinge. Because compliant mechanisms are different from the traditional rigid body mechanisms, in second part, we proposed a method for analysis with finite elements. Finally any constructively varianst of minigrippes are presented.

1. Bevezetés A minimegfogók kis mérete miatt sajátos meghajtókat használunk. Ilyenek a piezoelektromos meghajtók, melyek a kis, de ellen rzött alakváltozású aktív rész6 meghajtók csoportjába tartoznak. Ezek az elektromos energiát mechanikai energiává alakítják át piezoelektromos effektus alapján. Ha az elektromos teret váltóárammal képezzük, kétirányú vibráló mozgást kapunk, melynek amplitúdója és frekvenciája ellen rizhet (1. ábra)[1]. A mellékelt ábrán látszik az ellenkez irányú kilengés a pólusváltozás hatására.

1. ábra

Mivel a piezoelektromos anyagok alakváltozása kicsi, ezért a meghajtók szerkezeti felépítésében több ilyet összeillesztve, csoportosan használnak. Ha egymásra teszik ket, akkor az elmozdulások összeadódnak, ellenben ha egymás után illesztik össze, akkor hosszában elhajló alakzatot kapunk [1].

2. Végeselemes analízis rugalmaskötés; megfogónál A dolgozatban egy rugalmaskötés6 robotmegfogónál alkalmazunk piezoelektromos meghajtást. A megfogónak öt rugalmas kötése van egy-egy szárában, melyek többszörösen növelik a piezoelektromos mozgást (2. ábra). A megfogó megterhelését és elmozdulását végeselem módszerrel ellen rizzük. Mivel a megfogó hoszszantian szimmetrikus, csak az egyik szára volt megterhelve (3, 4, 5 ábrák).

14


2. ábra

3. ábra

5. ábra

4. ábra

3. A piezoelektromos meghajtó vezérlése Egy egymásra illesztett Morgan Electro Ceramics d33, PXE54 típusú piezoelektromos meghajtót használunk. Az egymásra illesztett meghajtó ereje 0,1 ÷ 14 N, a biztosított löket 30 ÷ 5000 rm és a tápláló feszültség -10 ÷ 60 V között van. A megszabott frekvencia 1,95 kHz. Az 1. táblázat a gyártó cég által megadott paramétereket tartalmazza. 1. Táblázat Unit

Min.

Max.

Length

mm

9

65

Width

mm

4

12

Height

mm

0.4

1.5

Dielectric Thickness

rm

10

40

Operating Voltage

V

-10

60

Displacement

rm

30

5000

Blocking Force

N

0.1

14

Clamping Length

mm

3.5

Termination


evaporated Cr, Ni, Au

15

A fenti adatok figyelembevételével megalkottuk a piezoelektromos impulzusos hajtás kapcsolási rajzát PWM (Pulse-Width Modulated) (6.a ábra). Az impulzusok az állandó U amplitúdó és a T periódus értékskáláját jelentik, ahol a szélesség változó (t1,t2,....).

a)

b) 6. ábra

Az impulzusok szélessége arányos a tápláló U feszültséggel, míg az id tartama a kijöv Uout feszültséggel. Ezeket az összefüggéseket szemlélteti a 6.b ábra. A PWM impulzusokat egy AT90S2313 mikrokontroller kelti. A fentiek alapján két program keletkezett, egy Bascom AVR, a mikrokontroller programozására és egy DELPHI program, amely a tényleges vezérlést végzi.

4. Gyakorlati kísérletek A teljes megfogó vizsgálata el tt, csak egy-egy rugalmas kötést terhelünk meg. E célból egy parabolikus és egy hiperbolikus rugalmas kötés terhelésre történ viselkedését tanulmányozzuk.

7. ábra

16

8. ábra


A hiperbolikus profilú, valódi rugalmas kötést a 7. ábra, míg a méreteit a 8. ábra szemlélteti. A hiperbolikus kötés er megterhelés méretének mértékét és a mért elhajlásokat a 2. táblázat szemlélteti.

2.Táblázat Mérések

1

2

3

4

5

6

7

Terhelési er [N]

4.9

7.35

9.8

14.7

19.6

24.5

27.44

Elhajlás [mm]

0.01

0.012

0.02

0.03

0.05

0.06

0.08

Ismervén a kötés méreteit, lehet ség nyílt, a kísérleti megterheléseket alkalmazva, a végeselem módszerrel való tanulmányozásra is, mely eredményeit a 3. táblázat szemlélteti. A legnagyobb kilengést a 9. ábra, míg a megterhelést az 10. ábra szemlélteti. 3. Táblázat ME Er

N 2

Von Mises feszültség

N/mm

P1:Normális feszültség

N/mm2

1

2

3

4

5

6

7

4.9

7.35

9.8

14.7

19.6

24.5

27.44

8.6313

12.947

17.263

25.894

34.525

43.156

48.335

10.088

15.132

20.176

30.264

40.352

50.44

56.492

-4.0714

-6.1072

-8.1429

-12.214

-16.286

-20.357

-22.8

-11.113

-16.669

-22.225

-33.338

-44.45

-55.563

-62.23

0.010139

0.015209

0.020279

0.030418

0.040557

0.050697

0.05678

8.58E-05

0.000129

0.000172

0.000258

0.000343

0.000429

0.000481

(Mpa) (Mpa)

(els f irány) P2: Normális feszültség

N/mm2 (Mpa)

(második f irány) P3: Normális feszültség

N/mm2 (Mpa)

(harmadik f irány) Elhajlás

mm

Ekvivalens feszültség

9. ábra


10. ábra

17

A mért és a végeselemmel számított eredmények összehasonlítását a 11. ábra szemlélteti, melyb l kit6nik, hogy az eltérések nem nagyok.

0.09 0.08

E lhajlás [m m ]

0.07 0.06 0.05 0.04 Mért elhajlás [mm]

0.03 0.02 0.01 0 0

5

10

15

20

25

30

Er [N]

Elhajlás mért[mm]

Elhajlás számított [mm]

11. ábra A második esetben, ugyanolyan technológiai eljárással egy parabolikus profilú rugalmas kötést (12., 13. ábra) vizsgáltunk, a 4. táblázat szerini megterhelés hatására.

12. ábra

13. ábra

4.Táblázat Mérések Er [N] Elhajlás [mm]

1

2

3

4

5

6

7

4.9

7.35

9.8

14.7

19.6

24.5

27.44

0.02

0.03

0.04

0.08

0.09

0.1

0.13

A végeselemmel való tanulmányozást a 14. ábra, a maximális von Mises feszültséget a 15. ábra, a számított eredményeket az 5. táblázat szemlélteti.

18


5.Táblázat

Er P1:Normális feszültség (els f irány) P2: Normális feszültség (második f irány) P3: Normális feszültség (harmadik f irány) Elhajlás Ekvivalens feszültség

ME

1

2

3

4

5

6

7

N

4.9

7.35

9.8

14.7

19.6

24.5

27.44

N/mm2 (Mpa)

9.3759

14.064

18.752

28.128

37.504

46.879

52.505

N/mm2 (Mpa)

-3.2085

-4.8128

-6.417

-9.6255

-12.834

-16.043

-17.968

N/mm2 (Mpa)

-9.5483

-14.322

-19.097

-28.645

-38.193

-47.742

-53.471

mm

0.023546

0.035319

0.047092

0.070639

0.094185

0.11773

0.13186

8.02E-05

0.00012

0.00016

0.000241

0.000321

0.000401

0.000449

15. ábra

14. ábra

A mért és a számított eredmények között nincs nagy eltérés, amint a 16.ábrán is látható. 0.14

0.12

Elhajlás[mm]

0.1

0.08

0.06

0.04

0.02

0 0

5

10

15

20

25

30

Er [N] Elhajlás mért #2[mm] Elhajlás számított #2 [mm]

16. ábra Végül, összehasonlítva a két különböz profilú rugalmas kötés tnulmányozásánál kapott eredményeket (17. ábra), azt a következtetést lehet levonni, hogy a parabolikus profilnak nagyobb elhajlása van ugyanolyan megterhelésnél, mint a hiperbolikusnak. Ezt a tulajdonságot a különböz m6ködési paramétereket biztosító mikromechanizmusok tervezésénél kell figyelembe venni.


19

0.14 0.11773 0.13186

0.12 0.094185

Elhajlás [mm]

0.1

0.070639 0.08

0.047092 0.06

0.05678 0.035319 0.050697

0.04 0.023546

0.040557 0.030418

0.02 0.020279

0.010139

0.015209

0 0

5

10

15

20

25

30

Forta [N]

Elhajlás számított #1 [mm]

Elhajlás számított #1 [mm]]

17. ábra A fenti rugalmas kötéseket felhasználva több minimegfogót gyártottunk, melyeket a 18, 19, 20, 21 ábrák szemléltetnek:

18. ábra

19. ábra

20. ábra

21. ábra

Végül, a végeselem módszerrel tanulmányozott megfogók eredményeit összehasonlítottuk a mért értékekkel, melyek között nem voltak nagyok az eltérések.

20


Irodalom [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14]

Csibi, V., Mandru, D., Noveanu, S., Crisan, R.: Research concerning micromanipulation and design of microgrippers, In Miskolcer Gesprache, “Die neuesten ergebnisse auf dem gebiet fordertechnik und logistik”, pp. 175 – 181, Cluj-Napoca, 2003. Fatikow, S., Rembold, U., Microsystem Technology and Microrobotics, Springer-Verlag, Berlin, 1997. Goldfarb M., Celanovic N., A flexure-based gripper for small-scale manipulation, Robotica, vol. 17, pp. 181-187, 1999. Howell, L.L., Compliant Mechanisms, John Wiley & Sons, New York, 2001. Kohl M., Just E., Pfleging W., Miyazaki S., SMA microgripper with Integrated antagonism, Sensors and Actuators 83 (2000), pp. 208-213. Lobon:iu N., Compliant mechanisms : design of flexure hinges., CRC Press LLC: New York, 2002, pag.1-15 Mandru, D. Actuating system in Precision Engineering and Mechatronics, Ed. Alma Mater, Cluj-Napoca, 2004. Noveanu, S., Research concerning compliant mechanisms, Raport of Doctoral Thesis, Supervisor: Csibi V., Technical University of Cluj-Napoca, 2004. Paros, J.M. and Weisbord, L., How to design flexure hinges, Machine Design, November, 151, 1965. Pisel, P., Design and EDM Machining of SMA actuated mini/microgrippers, Master of Science Thesis, Supervisor: Mandru D., Technical University of Cluj-Napoca, 2005. Salim, R., Schwuchow, S.: Designing microgrippers for shape memory actuators - Proceedings of Actuator 2000, The 7th International Conference on New Actuators, Bremen, pp. 576-578. Smith, S.T., Flexures. Elements of Elastic Mechanisms, Gordon & Breach, Amsterdam, 2000. Tanikawa, T., Arai, T.: Development of a Micro – Manipulation System Having a Two – Fingered, Micro – Hand, IEEE Transactions on Robotics and Automation, vol. 15, pp. 152-162, 1999. http://www.morganelectroceramics.com/techpub1.html


21

Autóipari klaszter m;ködésének alapelvei Operating Principles of an Automotive Cluster MÉSZÁROS Ferenc, Dr. CSELÉNYI József Miskolci Egyetem Gépészmérnöki Kar

Abstract The paper introduces the strucure and tasks of Carpathian Incarrier Network and describes the services given for the supplier members (mainly small and medium sized enterprises) and the buyer members (mainly automotive manufacturers, first and second tier suppliers) of the cluster. The possible variations for assigning the suppliers-buyers, and mathematical methods of assigning are considered in the paper.

Összefoglaló Az dolgozat áttekinti a Kárpátok Beszállítói Klaszter felépítését, feladatait, illetve a klaszter beszállító tagjainak (f'leg kis és középvállalatok) és a felhasználóknak (f'leg járm"gyártók, illetve azok els'dleges és másodlagos beszállítói) nyújtott szolgáltatásokat. Ismertetjük a beszállítóknak a felhasználókhoz való hozzárendelésének lehetséges változatait, valamint az optimális hozzárendelés lehetséges matematikai módszereit. Kulcsszavak: logisztika, klaszterek, ellátási lánc, autóipar, KKV-k

1. Bevezetés Napjainkban az egyik legmeghatározóbb gazdaságfejlesztési irányzat a klaszterorientált fejlesztés, melynek célja az egy adott iparágon belül – értéklánc mentén – szervez d vállalkozások, az állami és a magánszféra kutatóintézetei és oktatási intézményei, különböz gazdaságfejlesztési szervezetek, és az egyéb szolgáltatásokat (pl. logisztika) nyújtó cégek közötti együttm6ködés elmélyítése, er sítése. A klaszter tagjait az alábbi tényez k közül egy vagy több köti össze általában: – beszállítói kapcsolatok; – közös technológiák; – közös vásárlók és disztribúciós csatornák; – közös munkaer piac. A klaszterek alkalmazásának tipikus területe az autóipar, ahol az alkatrészek és a részegységek sokféleségéb l adódóan nagy a térben elkülönül beszállítók száma, és a járm6gyártók termelékenységének fenntartása érdekében különösen nagy jelent sége van a szállítási határid k betartásának, így kiemelt jelent sége van a logisztikának. Jelen dolgozat a Miskolci Egyetemen m6köd Tudásintenzív Mechatronikai és Logisztikai Rendszerek Regionális Egyetemi Tudásközpont keretei között zajló, a Kárpátok Beszállítói Klaszter logisztikai rendszerének kialakítására irányuló kutatások kezdeti eredményeit kívánja bemutatni.

2. Az autóipari klaszter feladatai A beszállítói klaszter alapvet feladatainak els dlegesen logisztikai szempontú csoportosítása a következ : – alkatrész, részegység beszállítóknak (dönt en KKV-knak) a felhasználókhoz (dönt en a járm6gyártók els dleges, illetve másodlagos beszállítóihoz) való hozzárendelése; – logisztikai és bizonyos nem logisztikai szolgáltatók és a szolgáltatást igénybe vev vállalatok egymáshoz való hozzárendelése, és a nyújtott szolgáltatások ütemezése; – logisztikai és bizonyos nem logisztikai szolgáltatások nyújtása a klasztertagoknak, amelyek lehetnek:

22


•

–

els dlegesen logisztikai szolgáltatások (pl. raktározás, üzemek közötti szállítás, csomagolás stb.); • els dlegesen nem logisztikai, de jelent s anyag- és információáramlással járó szolgáltatások (pl. karbantartás, hulladékkezelés, - szállítás, -raktározás); bizonyos klasztermenedzsment feladatok, ahol szintén fontos szerepet kell kapnia a logisztikának (pl. logisztikai képzések szervezése, K+F programok indítása, logisztikai benchmarking projektek szervezése, folyamatos beszállító fejlesztés).

A feladatok felsorolása természetesen nem teljes kör6, hiszen a klaszter tagjai számára számos egyéb – dönt en üzleti jelleg6 – szolgáltatás nyújtása is indokolt és célszer6, mint a pénzügyi szolgáltatások, üzleti tanácsadás, vagy a munkaer kölcsönzés. A klasztermenedzsment el z ekben felsorolt feladatai sem természetesen csak logisztikára terjednek ki, hanem számos egyéb területet is érintenek, ezen túlmen en vannak olyan jelleg6 klasztermenedzsment feladatok is, amelyek nem köt dnek a logisztikához (pl.: közös marketing kialakítása).

A beszállítók és felhasználók egymáshoz rendelése A beszállítói klaszterek logisztikai szempontból legfontosabb feladata a beszállítók és a felhasználók optimális egymáshoz rendelése. A hozzárendelésnek több változata lehetséges, amelyeknél a figyelembe veend feltételek és a döntési változók eltér ek. A klaszter m6ködése során a hozzárendelés elvi változatai a következ k lehetnek: – (A) adottnak tekintjük azokat a beszállítókat, amelyek a klaszter tagjaiként el állítanak bizonyos alkatrészeket, részegységeket és hozzájuk rendeljük azokat a felhasználókat, amelyek igényt tartanak az adott beszállítók termékeire; – (B) a különböz felhasználók eltér igényekkel jelennek meg a klaszterban, és hozzájuk keressük azokat a beszállítókat, amelyek ki tudják elégíteni az egyes felhasználók igényeit; – (C) adottnak tekintjük mind a felhasználói igényeket, mind a beszállítói oldalon rendelkezésre álló kapacitáskorlátokat és ezen feltételek mellett keressük az optimális felhasználó-beszállító hozzárendelést. Az optimális hozzárendelés kialakítása az alábbi szempontok figyelembevételével történhet: – egy adott beszállító minél kisebb ráfordítással tudja a felhasználó(k) igényét kielégíteni; – a beszállító a megkívánt min séget biztosítani tudja; – a beszállító minél nagyobb megbízhatósággal tudja a megrendelést teljesíteni; – minél rövidebb legyen a rendelés átfutási ideje; – a beszállító a kívánt ütem6 beszállítást tudja teljesíteni; – minél nagyobb megbízhatósággal tudja a követelményeket teljesíteni; – egy adott beszállító minél több alkatrészcsoportot, részegységet tudjon egy-egy felhasználónak beszállítani; – a beszállítók közül a legnagyobb kooperációkészséggel rendelkez k kiválasztása; – klaszteren kívüli beszállító csak akkor választható, ha a klasztertag beszállítók közül az adott feltételek mellett egyik sem képes ellátni az felhasználó(ka)t.

3.1 Beszállítási változatok A klasztertag felhasználók illetve beszállítók között az alábbi beszállítási változatok alakíthatók ki: Közvetlen beszállítás (1. ábra): Az igényelt alkatrészek, részegységek szállítása a beszállítótól közvetlenül a felhasználó telephelyére történik, ott a felhasználó saját raktáraiba betárolja, vagy felhasználása azonnal elkezd dik. Közvetett beszállítás (2. ábra): A beszállítók a legyártott mennyisége el ször valamely logisztikai szolgáltató vagy felhasználó(k) által üzemeltetett gy6jt raktárba szállítja, majd innen kerülnek a felhasználó(k)hoz. Felhasználónál telepített beszállítói raktár (3. ábra):


23

A felhasználó és a beszállító között létrejött egyedi megállapodás alapján (pl. konszignációs raktározási szerz dés) a beszállító a felhasználó által rendelkezésre bocsátott területen készleteket helyez el, amely készleteket a felhasználó a termelés ütemében fokozatosan felhasznál.

1. ábra Közvetlen beszállítás

3. ábra Felhasználónál telepített beszállítói raktár

2. ábra Közvetett beszállítás

3.2 Az optimális hozzárendelés kialakításához szükséges adatbank és elemei A beszállítók-felhasználók-logisztikai szolgáltatók optimális egymáshoz rendeléséhez szükséges adatmodell felépítését a 4. ábra mutatja.

4. ábra A hozzárendelés adatmodellje

24


Az adatbank beszállítókra vonatkozó statikus illetve dinamikus adatelemei a következ k: – beszállítónkénti évi teljes gyártókapacitás; – pillanatnyilag lekötött gyártókapacitás; – adott beszállító által évente beszállítani képes mennyiség minimális és maximális értéke; – éves beszállítások gyakoriságának minimális és maximális értéke; – beszállításonkénti alkatrészmennyiség minimális és maximális értéke; – a beszállításonkénti maximális és minimális mennyiség6 szállításokból évente vállalt darabszám; – adott feltételek melletti (pl. mennyiség, rendelési id pont) beszállítás rendelési átfutási ideje; – alkatrészenkénti egységár a beszállított mennyiség és rendelési id pont függvényében – egyes beszállított alkatrészek, részegységek min ségi paraméterei; – a beszállító megbízhatósági jellemz je; – a beszállító telephelye(in)ek földrajzi elhelyezkedése. Az adatbank felhasználókra vonatkozó statikus illetve dinamikus adatelemei a következ k: – a felhasználó által igényelt alkatrészcsoportok, részegységek; – felhasználó által évente igényelt mennyiség minimális és maximális értéke; – a felhasználó által igényelt beszállítások gyakorisága évente (minimum, maximum); – a felhasználó által igényelt beszállításonkénti alkatrészmennyiség minimális és maximális értéke; – az adott megrendelés elvárt átfutási ideje (minimum, maximum); – felhasználó által felkínált alkatrészenkénti egységár a rendelt mennyiség a rendelési id pont és egyéb szállítási feltételek függvényében; – egyes alkatrészeknek, részegységeknek a felhasználó által elvárt min ségi paraméterei; – a szállítási folyamattal kapcsolatban támasztott követelmények; – felhasználó földrajzi elhelyezkedése; – a rendszeresen igényelt alkatrészcsoportok, részegységek fajtái. Az adatbank logisztikai szolgáltatókra vonatkozó statikus illetve dinamikus adatelemei a következ k: – szolgáltató raktára(i)nak földrajzi elhelyezkedése; – szolgáltató raktára(i)nak teljes és rendelkezésre álló szabad tárolási kapacitása alkatrészcsoportonként; – szolgáltatónál jelentkez fajlagos raktározási költség (tárolt mennyiség, tárolandó áru, tárolási mód függvényében); – szolgáltató raktára(i)nak min ségi jellemz i; – szolgáltató szállítójárm6veinek típusai, azok min ségi jellemz i; – szállítási kapacitás járm6típusonként alkatrészcsoportonként; – szolgáltató flottájának évi teljes és rendelkezésre álló szabad kapacitása; – lehetséges járm6 indítási pontok; – szállítási kapacitás járm6típusonként az adott szolgáltatónál; – fajlagos szállítási költség (szállítandó mennyiség, szállítási távolság, járm6típus, rendelés id pont, és egyéb feltételek függvényében) – járm6típusok rakodóképessége az adott szolgáltatónál; Az adatbank kialakításakor a klaszteren kívüli potenciális beszállítók és logisztikai szolgáltatók adatait is figyelembe kell venni.

3.3 A beszallítók-felhasználók egymáshoz rendelésének matematikai modellje Az optimalizálás során keresett mátrixok a következ k: •

beszállító-felhasználó hozzárendelést leíró mátrix a k-adik alkatrész, részegység esetében ( X k = xijk ):


25

1 K j K m 1 M i M Xk = n n +1 M n6 Ahol

i = 1K n :

a klasztertag beszállítók azonosítója; i = (n + 1)K n6 : a klaszteren kívüli pontenciális beszállítók azonosítója; a klasztertag felhasználók azonosítója; j = 1K m : a beszállított alkatrészek, részegységek azonosítója. k = 1K z : Ha xijk = 0 , akkor az adott az i -edik objektumból a j -edik objektumba a k -adik alkatrészb l nem történik beszállítás. Ha 0 < xijk

1 , akkor a hozzárendelés különböz i és j értékek melletti értelmezését a következ táb-

lázat mutatja. 1. Táblázat

i -értéke: 1 i

n

(n + 1) i

n6

Hozzárendelési változat értelmezése: A k -adik alkatrészb l az i -edik klasztertag beszállító a j -edik felhasználónak beszállít A k -adik alkatrészb l az i -edik klaszteren kívüli beszállító a j -edik felhasználónak beszállít

A hozzárendelés az alábbi feltételek mellett történik: n6

xijk = 1 * i =1

qiAk

m

xijk q Bk j * j=

;

(1)

qiCk

.

(2)

Ahol

26

qiAk : q Bk j :

az i -edik beszállítónál a k -adik alkatrészb l beszállítható mennyiség alsó határértéke [db];

qiCk :

a i -edik beszállítónál rendelkezésre álló kapacitással a k -adik alkatrészb l legyártható menynyiség [db].

a j -edik felhasználónál a k -adik alkatrészb l igényelt mennyiség [db];


•

beszállítási változatot kijelöl mátrix az ?-adik alkatrész, részegység esetében ( Y 7 = yij7 ):

1

K

j

K

m

( m + 1) K m

6

1 M i

Y7 =

M n n +1 M n

6

Ahol

i = 1K n :

a klasztertag beszállítók azonosítója;

i = (n + 1)K n6 :

a klaszteren kívüli pontenciális beszállítók azonosítója;

j = 1K m :

a klasztertag felhasználók azonosítója;

j = (m + 1)K m6 :

a logisztikai szolgáltatók, illetve felhasználók raktárainak azonosítója;

7 = 1K z :

a beszállított alkatrészek, részegységek azonosítója.

Ha yij7 = 0 , akkor az adott az i -edik objektumból a j -edik objektumba az 7 -adik alkatrészb l nem történik beszállítás. Ha, yij7 = 1 akkor a beszállítási változatok különböz i és j értékek melletti értelmezését a következ táblázat mutatja. 2. Táblázat

j -értéke:

i -értéke: 1 i

n

1

j

1 i

n

(m + 1)

(n + 1) i

n6

1

(n + 1) i

n6

(m + 1)


j

Beszállítási változat értelmezése: Az i -edik klasztertag beszállítótól a 7 -adik alkatrész a j -edik felhasználóhoz közvetlenül kerül .

m

j

m6

Az i -edik klasztertag beszállítótól a 7 -adik alkatrész a j -edik raktárba kerül . Az i -edik klaszteren kívüli beszállítótól a 7 -adik alkatrész a j edik felhasználóhoz közvetlenül kerül .

m

j

m6

Az i -edik klaszteren kívüli beszállítótól a a 7 -adik alkatrész a j -edik raktárba kerül .

27

•

relációhoz rendelt logisztikai szolgáltatót kijelöl mátrix az ?-adik alkatrész, részegység esetében ( Z 5 = zij5 ):

1

K

j

K

m

( m + 1) K m

6

1 M i M n

5

Z = n +1 M n

6 6

n +1 M 6

n + +m

Ahol

i = 1K n :

a klasztertag beszállítók azonosítója;

i = (n + 1)K n6 :

a klaszteren kívüli pontenciális beszállítók azonosítója;

i = (n6 + 1)K (n6 + +m) :

a logisztikai szolgáltatók raktárainak azonosítója (szállítmányok indítási pontjai)

j = 1K m :

a klasztertag felhasználók azonosítója;

j = (m + 1)K m6 :

a logisztikai szolgáltatók, illetve felhasználók raktárainak azonosítója (szállítmányok célpontjai);

5 = 1K v :

a szállítást végz logisztikai szolgáltatók azonosítója.

Ha zij5 = 0 , akkor az adott az i -edik objektumból a j -edik objektumba a 5 -adik logisztikai szolgáltató nem végez szállítást. Ha zij5 = 1 , akkor a hozzárendelés különböz i és j értékek melletti értelmezését a következ táblázat mutatja. 3. Táblázat

j -értéke:

i -értéke:

28

1 i

n

1

1 i

n

(m + 1)

j

m

j

m6

Hozzárendelés értelmezése: Az i -edik klasztertag beszállítótól a j -edik felhasználóhoz a beszállítást a 5 -adik logisztikai szolgáltató végzi. Az i -edik klasztertag beszállítótól a j -edik raktárba a beszállítást a 5 -adik logisztikai szolgáltató végzi.


6

(n + 1) i

n

(n + 1) i

n6

(m + 1)

(n6 + +m)

1

(n6 + 1) i

1

j

m

m6

j j

Az i -edik klaszteren kívüli beszállítótól a j -edik felhasználóhoz a beszállítást a 5 -adik logisztikai szolgáltató végzi. Az i -edik klaszteren kívüli beszállítótól a j -edik raktárba a beszállítást a 5 -adik logisztikai szolgáltató végzi. A i -edik raktárból a j -edik felhasználóhoz a beszállítást a 5 -adik logisztikai szolgáltató végzi.

m

Az optimalizálás célfüggvényei a következ k: 1. Célfüggvény a költségek minimalizálására: K ( X ,Y , Z ,TRA , M T , , Q B , , 8 , R,TR0 ) =

KV ( X ,TRA , M T , , Q B , , 8 ) + K S ( X ,Y , Z , L, Q B , ) + K R ( X , Z , R,TR0 ) 9 Min !

(3)

2. Célfüggvény a rendelési átfutási id minimalizálására:

TRA = TRA ( X , Y , L, Q B , ) 9 Min!

(4)

3. Célfüggvény a rendelési átfutási id minimalizálására:

9 Max! (5) Az alábbi feltétel mellett:

MT

ME

(6)

Ahol

KV :

KS :

A teljes vásárlási költség [ pénzegység ] ; A teljes szállítási költség [ pénzegység ] ;

KR :

A teljes raktározási költség [ pénzegység ] ;

QB :

felhasználók által évente vásárolt alkatrészmennyiség

TRA :

rendelési átfutási id

MT : ME :

tényleges min ségi mér szám az egyes alkatrészcsoportoknál;

8: : L: R:

TR 0 : :

[ nap ] ;

db ; év

el írt min ségi mér szám az egyes alkatrészcsoportnál; adott egy beszállítótól vásárolt alkatrészcsoportok fajtaszáma felhasználónként [ db ] ; évi beszállítások száma az adott felhasználónál relációnkénti szállítási távolság [ km] ;

db ; év

átlagos raktározott mennyiség [ db ] ; átlagos raktározási id

[ nap ] ;

A beszállítás megbízhatósági jellemz je;


29

3.4 Az optimalizálási feladat megoldási módszerei A hozzárendelési feladat a többcélú programozási feladatok közé tartozik, így célravezet megoldások lehetnek a következ módszerek: – egy-egy célfüggvény szerint optimalizálunk, a többi célfüggvényb l feltételeket (korlátokat) képzünk; – normalizált célfüggvényeket képezünk, és ezek súlyozott összegéb l egyetelen célfüggvénnyel rendelkez optimalizálási feladatra vezetjük vissza a problémát; – más Pareto-programozási módszert alkalmazunk; A fenti megoldások mellett sz6kíthet az optimalizálás az X , Y , és Z mátrixokra, vagy egyes elemeikre bizonyos értékeket írunk el .

4. Irodalom [1] [2] [3]

30

Dr. Cselényi József, Dr. Illés Béla: Logisztikai Rendszerek I., Miskolci Egyetemi Kiadó, Miskolc, 2004. Lengyel Imre, Grósz András: Lokális hálózati gazdaság: regionális és iparági klaszterek, MTA-RKK NyugatMagyarországi Kutatóintézet, Gy r, 2003. A Pannon Autóipari Klaszter bemutatása, www.panac.hu


Kistelyesítmény; állandómágneses hibrid léptet=motorok számítógépes vezérlése PC-based Contol of the Low Power PM-hybrid Stepping Motors Dr. SZÁSZ Csaba Kolozsvári M szaki Egyetem, Villamosmérnöki Kar

Abstract The paper deals with a personal computer-based development system for the low power PM-hybrid stepping motors open-loop control. The main parts of the system are the IBM-PC computer, the current source asynchronous PWM inverter, and the two-phase PM-hybrid stepping motor. The control signals for the stepping motor drive through the standard parallel port are generated and applied to the PWM inverter inputs. All the basic modules of the development system are carefully presented in the paper, and laboratory measurement results are indicated too.

Összefoglaló A dolgozat a kistelyesítmény" állandómágneses hibrid léptet'motorok nyílt-hurokban történ' vezérlésére megépített számítógápes fejleszt'i rendszert mutat be. A rendszer egy IBM-PC típusú számítógépb'l, az impulzus-szélesség moduláció (ISzM) elvén m"köd' aszinkron áramgenerátoros inverterb'l, valamint a kétfázisú állandómágneses hibrid léptet'motorból áll. A számítógép a standard párhuzamos kapun keresztül generálja a megfelel' impulzusokat az inverter bemeneteire, a motor nyílt-hurokban történ' vezérlésére. A dolgozatban benutatom a vezérl'rendszer minden részegységét, valamint a laboratóriumi mérési eredmények is. 1. Bevezetés Nagypontosságú villamos meghajtások esetében a kétfázisú állandómágneses hibrid léptet motor egy igen gyakran használt vezérl ezköz. Leggyakrabban a számvezérléses gépeknél, a robotikában, valamint az inkrementális mozgást igényel alkalmazásoknál használják. Ezek a meghajtások igen olcsóak, mert a vezérlés nyílt-hurokban történik, szenzorok vagy bármilyen visszacsatolás nélkül. Kis forgási sebességek esetében, vagy ha a terhel nyomaték kevésbé változik a motor tengelyén, számos alakalmazásban kielégít pontosságot biztosítanak. Egy megfelel fejleszt i környezet segítségével ezeket a meghajtásokat tovább lehet fejleszteni, és kidolgozhatóak olyan vezérlési algoritmusok, amelyek nagymértékben javíthatják a motor dinamikai jellemz it.

2. Az állandómágneses hibrid léptet=motor vezérlési stratégiája A kísérletezésre használt motor egy kétfázisú bipoláris hibrid léptet motor, melynek forgórészében állandómágnes található. A motor meghajtása nyílt-hurokban történik, kihasználva azt a jellemz jét, hogy minden elektromos impulzus hatására a forgórész egy mechanikai lépésnek megfelel et fordul. A tanulmányozott motor esetében ez a mechanikai lépés 1.8°-os elfordulást jelent (200 lépés/fordulat) [1]. A léptet motor meghajtására a számítógép standard párhuzamos kapuja segítségével az 1-es ábrán látható impulzusokat generálja. Az IN1 és IN2 jeleket az els , az IN3 és IN4 jeleket pedig a motor második tekercsének a táplálására használjuk. Ahogyan az ábrán is látható, az IN1 és IN3 jelek egymáshoz képest a/2 szögben vannak eltolva.


31

1. ábra A számítógép által generált vezérl'jelek

2. ábra Az impulzus-szélességben modulált áram formája a motor tekercsében

A motor állórészében lev tekercsek táplálása az impulzus-szélesség moduláció elve alapján történik (ISzM), úgy, ahogyan a 2-es ábra is szemlélteti. Az ábrán ir az el írt referenciaáramot jelenti, amelyet a moduláció segítségével követ a tekercsben folyó áram. 3. Az állandómágneses hibrid léptet=motor vezérl=rendszere A kétfázisú állandómágneses hibrid léptet motor nyílt-hurokban történ meghajtására használt számítógépes vezérl rendszer elvi rajza a 3-as ábrán látható. Az IBM típusú számítógép a standard LPT1 párhuzamos kapuján keresztül 4 biten generálja az 1-es ábrán látható jeleket. Ha a számítógépbe egy digitális/analóg átalakítót illesztünk, akkor ennek segítségével az ir referenciaáramot is generálhatjuk, ha nem, akkor az ISzM inverter áramszabályozó egységében fogjuk beállítani [2].

3. ábra A léptet'motor számítógépes vezérl'rendszerének elvi rajza.

A számítógép által generált jelek galvanikus leválasztás segítségével vannak a teljesítmény inverter bemeneteire kapcsolva. Az ISzM telyesítmény inverter két fontos egységb l áll. Az egyik az áramszabályozó rész, amelyik a modulációhoz szükséges logikát generálja, a másik pedig a H típusú tranzisztoros telyesítmény hidak, amelyek a motor tekercseit táplálják. Ahogyan az ábrán is látható, a léptet motor vezérlése nyílthurokban történik, visszacsatolások nélkül. A kifejlesztett számítógépes vezérl rendszer laboratóriumi protótípusa a 4-es ábrán látható.

32


4. ábra A léptet'motor vezérl'rendszerének labotatóriumi prototípusa

A képen látható az IBM típusú számítógép, a tartóvasra rögzített kétfázisú állandómágneses hibrid léptet motor, valamint a motor meghajtására használt ISzM áramgenerátoros aszinkron inverter. 4. Az ISzM áraminverter felépítése Az állandómágneses hibrid léptet motor vezérlésére megépített ISzM áramgenerátoros inverter elvi rajza a 4-es ábrán látható. Az inverter az SGS-Thomson L6506-os integrált áramkör segítségével megépített áramszabályozókból, valamint az L298-as telyesítmény-hidakból áll [3]. Az áramszabályozó egység IN1, IN2, IN3 és IN4 bemeneteire a számítógép segítségével az 1-es ábrán feltüntetett jeleket generáljuk.

5. ábra Az ISzM áramgenerátoros inverter elvi rajza

Ugyanakkor, az ir bemeneten beállítjuk a motor tekercseiben el írt áram nagyságát. Ezt a referenciaáramot összehasonlítjuk a léptet motor fázisaiban lév if1 és if2 áramokkal. Az összehasonlítás eredményének függvényében a logikai kapuk a megfelel vezérl jeleket fogják generálni a H típusú tranzisztoros telyesítmény-hidak bemeneteire. Az L298-as integrált áramkör két hidat tartalmaz, mindegyikük a motor egy-egy tekercsét fogja táplálni.


33

5. Mérési eredmények A laboratóriumban elvégzett mérések a kétfázisú hibrid léptet motor számítógépes vezérl rendszerének pontos, és a tervezésnek megfelel m6ködését bizonyítják.

6. ábra A számítógép által a párhuzamos kapun keresztül generált IN1 és IN2 jelek.

7. ábra A léptet'motor tekercsében lev' áram (f=50Hz)

A 6-os ábrán a számítógép által generált digitális jelek egy része látható (IN1, IN2), amelyek egy telyesítmény-híd vezérlésére alkalmasak. Ha ezeket a jeleket az L298-as áramkör bemeneteire kapcsoljuk, akkor a motor tekercsében a 7-es ábrán látható áram generálodik. Az ábrán jól látható az áram nagy frekvencián történ impulzus-szélesség modulációja, valamint az, hogy nincsenek elektromos zajok és amplitúdó aszimmetriák. Magas frekvenciákon a +36V-os tápfeszültség már nem elegend a megfelel fázisáram generálására, így az áramnak háromszög6 formája lesz.

6. Következtetések A dolgozat az állandómágneses hibrid léptet motor számítógépes vezérlésére megtervezett rendszert mutatja be. A fejleszt i környezet segítségével ezeket a meghajtásokat tovább lehet tanulmányozni, és kidolgozhatóak olyan vezérlési algoritmusok, amelyek nagymértékben javíthatják a motor dinamikai jellemz it. Ipari alkalmazások esetében a vezérlést biztosító IBM típusú számítógépet egy sokkal olcsóbb, digitális áramkörökkel megépített jelgenerátorral ajánlatos helyetesíteni.

Szakirodalom [1] [2] [3]

34

Szász Cs. - Low-power current-source PWM inverter for stepping motors drive. ENELKO-2004, Conference of Energetics and Electrical Engineering, 8-10 October Cluj-2004, pp. 179-185. Radu B., Szász Cs., - Position control of field-oriented stepper motor using fuzzy strategy, Acta Electrotehnica, Academy of Technical Sciences of Romania, Mediamira Science Publisher, Cluj, vol. 46 nr. 3/2005, pp. 149-152. *** - SGS-Thomson Microelectronics, Data on Disc, 3rd edition, 1996.


Háztartási hulladékgy;jt= rendszer tervzése Harghita megye területén Household Waste Collection System Design in Hargita County 1

SZÁSZ Imre, 2Dr. SZÁSZ Csaba 1

Eurofer Trio K.F.T, Csíkszereda 2 Kolozsvári M szaki Egyetem

Abstract The paper presents a design proposal regarding to an environmental-friendly household waste collection system in Hargita county. In the first step the proposed collection system is presented and the block diagram of this system is indicated. Taking into account the existing statistical measurements, the accumulated household waste quantities in the county it is possible to be evaluated. Also the necessary deposition space for the generated waste in the next 20 years is estimated.

Összefoglaló A dolgozat a környezetvédelmi szempontoknak is megfelel háztartási hulladékgy6jtési rendszer megtervezésére tesz javaslatot Hargita megye területén. Az els részében a javasolt hulladékgy6jtési rendszer m6ködésének a leírása, valamint a tömbmodellje látható. Figyelembe véve a már létez statisztikai adatokat, egy felmérés történik a megyében keletkez háztartási hulladékmennyiségekr l. A lakosság várható számbeli alakulásának függvényében a következ 20 évre fel lehet becsülni a szükséges háztartási hulladéktárolási térfogatmennyiséget is.

1. Bevezetés Napjainkban egyre fokozottabb az energia-, anyag- és nyersanyaghiány, ugyanakkor a nyersanyagtartalékok egyre kisebbek. Egyes fogyófélben lev nyersanyagok pótlását a háztartási hulladékokból lehetne viszszanyerni. Köztudott, hogy a lakosság életszínvonalának emelkedésével együtt a háztartási hulladékok menynyisége is egyenes arányban növekszik. Ezeknek a hulladékoknak a gy6jtése és elraktározása jelenleg hatalmas gondot okoz az ország valamennyi részében. A legtöbb megyében jelenleg nincs megfelel en kidolgozott és megszervezett gy6jtési, újrahasznosítási és elraktározási rendszer. Éppen ezért szükséges lenne kidolgozni a háztartási hulladékokra vonatkozóan egy olyan jól m6köd gy6jtési és tárolási rendszert, amely a feldolgozási és az újrahasznosítási követelményeket is figyelembe veszi. A dolgozat egy háztartási hulladékgy6jt rendszer megtervezésére tesz javaslatot Hargita megye területén. Ugyanakkor, a létez statisztikai adatokat felhasználva, felmérés történik a megyében keletkezett háztartási hulladékok mennyiségér l, és a következ 20 évre szükséges hulladéktárolási térfogatmennyiségr l.

2. A javasolt hulladékgy;jtési rendszer A háztartási hulladékok gy6jtése és szállítása szoros összefüggésben áll egymással, együttvéve egy egységes rendszert alkotnak. A hulladékok gy6jtésének és szállításának az együttes kezelési folyamata alkotja a háztartási hulladékgy6jtési rendszert [1]. A hulladékgy6jtési rendszer megvalósításának módozata az, amikor egy jól meghatározott technológiai rend szerint a hulladékot elszállítják a gy6jtési helyszínr l. Egy ilyen rendszer megvalósításának vázlata az 1-es ábrán látható.


35

1. ábra Háztartási hulladékgy"jt' rendszer Hargita megyében.

A háztartási hulladékgy6jtési rendszereket kétféleképpen lehet megszervezni: szelektív hulladékgy6jtéssel, vagy nemszelektív hulladékgy6jtéssel. A szelektív hulladékgy6jtés háromféleképpen történik [1]: – szelektív hulladékgy6jtés kapuról kapura; – szelektív hulladékgy6jtés önkéntes hozzájárulással; – szállítás a háztartási hulladéklerakókba (ahol szétválasztás és els dleges feldolgozás történik). A szelektív hulladékgy6jtés kapuról kapura egy olyan gy6jtési rendszer, amely periodikus formában történik, jól meghatározott termékekre nézve: kerti hulladékok, különleges háztartási hulladékok (festékek, oldószerek, gyógyszerek), nagyméret6 hulladékok (bútorok, háztartási villamosgépek stb.). Azok a lebomló anyagok, amelyek általában szerves összetev kb l állnak, egy komposztálási folyamaton mennek keresztül, amelynek során egy komposzt nevezet6 végtermék jön létre. Ezt a mez gazdaságban használják fel a talaj termékenyebbé tételének érdekében. Ugyanakkor, ezek a szerves hulladékok egy biometanizálási folyamat során is felszámolhatóak. Az újrafelhasználható anyagok nyolc kategóriánként, külön edényekbe lesznek gy6jtve, ami után a szétválasztó központokba kerülnek, és különböz kezelési folyamatokon mennek keresztül. A nyolc kategóriánként gy6jtött anyagok a következ ek: papír, karton, m6anyag palackok (PVC és PET), polietilén palackok, fémek, fehér és színes üvegek, textil anyagok, különböz m6anyagok [2]. A szelektív hulladékgy6jtés önálló hozzájárulással egy olyan rendszer, amely csak a lakosság részvételével valósulhat meg. Ennek kivitelezéséhez, a lakosságra egy el zetes oktatási és ösztönzési stratégiát kell gyakorolni. A rendszernek a következ célkit6zései vannak: annak a hulladékmennyiségnek a csökkentése amely a konténerbe kerül, az újrafelhasználható anyagok mennyiségének a maximális visszanyerése, a különleges háztartási hulladékoknak a hulladéklerakókba való jutásának megel zése, valamint a nemengedélyezett hulladéklerakók szaporodásának a megel zése. Az önálló hozzájárulással történ szelektív hulladékgy6jtés típusai a következ ek:

36


a)

b) c)

Konténer parkok segítségével: egy bekerített és felügyelt terület, ahová a belépés ingyenes. A környéken él lakók ezekbe a parkokba hozzák a háztartási hulladékaikat, és szelektíven, különböz konténerekbe helyezik el ezeket. A következ háztartási hulladékok gy6jthet ek ide: kerti hulladékok, papír és karton, fémek, m6anyagok, használt olajok, nagy térfogatú hulladékok, veszélyes hulladékok (festékek, rovarirtószerek, akkumulátorok). hulladékgy6jt edények segítségével: ezeket az edényeket minden településen elhelyezik, a lakosság számának függvényében. A módszer hátránya az, hogy ha idejében nem történik meg az edény kiürítése, akkor a hulladékok az edény körül lesznek lerakva. konténerek különleges háztartási hulladékoknak: ilyen konténerek a konténer parkokban vannak elhelyezve, vagy pedig több helyen egy településen belül (például használt olajoknak, vagy lejárt szavatosságú gyógyszerek gy6jtésére).

A szállítás a háztartási hulladéktárolókba módszer esetében a hulladéktárolókat a nagy lakóközpontok közelében kell elhelyezni. A regionális hulladéktárolók tervezésében jártas cégek statisztikai adatai szerint egy hulladéktárolóig való szállítási távolság maximum 30 km körzeten belül gazdaságos (az optimális körzeti távolság 25 km). A nemszelektív hulladékgy6jtés gyakorlatilag az Európai Unió országain belül nagyon kis százalékban létezik, és csak olyan helyeken alkalmazzák, ahol nincs lehet ség szelektív gy6jtésre.

3. A háztartási hulladékok tárolásához szükséges térfogatmennyiség Hargita megyében A háztartási hulladékok mennyiségének felbecsüléséhez alapvet en szükséges a lakosság számának az ismerete. Ennek alapjául az 1999-es népszámlálási adatok állnak rendelkezésünkre, melyek szerint az 1990 és 1996 közötti években Románia lakosságának száma minden évben csökkent, és 1997-ben az ország összlakossága 22,6 millió volt. Statisztikai adatok szerint egy lakos után évente kb. 300kg háztartási hulladék keletkezik, és átlagban 2,8 személy jut egy romániai háztartásra. Az 1-es táblázat a Hargita megyében keletkezett háztartási hulladékmennyiségre vonatkozóan nyújt rövid tájékoztatást. A táblázatban a megye nagyobb városaiban, valamint a körzetükben lév helységekben keletkezett háztartási hulladékmennyiség, a háztartások száma, valamint a körzetben él lakosok száma van feltüntetve. 1. Táblázat A háztartási hulladékmennyiségek el zetes felbecsülése Hargita megyében [3]

Csíkszereda Székelyudvarhely Gyergyószentmiklós Maroshévíz

Helységek száma 17 24 9 8

Lakosság száma 114014 126552 65205 37285

Háztartások száma 40719 45197 23288 13316

Összesen

58

343056

122520

Régió

Háztartási hulladékmennyiség [t/év] 34204 37966 19562 11185 102917

Hargita megye lakossága 1992-ig növekedett, azóta pedig egy lassú csökkenési folyamaton megy keresztül (kb. évi 1,05%-al csökken). Az el rejelzések szerint az elkövetkez pár évben is érvényes lesz ez a csökken tendencia, viszont azután egy stabilizálódás várható. A lakosság száma alakulásának elemzése érdekében három feltételezett esetet tanulmányozunk: A) –a lakosság száma állandó marad az 1999-es évhez viszonyítva; B) –a lakosság száma évente 0,5%-al növekedik; C) –a lakosság száma évente 0,5%-al csökken az 1999-es évhez viszonyítva. A hulladéktárolók kiaknázási ideje alatt – el reláthatólag 2023-ig – a lakosság számának alakulása az A esetben 0,34 millió, a B esetben 0,39 millió, és a C esetben pedig 0,30 millió lesz (2. táblázat). Mivel 2003 óta Hargita megyében szervezett hulladékgy6jtés létezik, akkor 20 év alatt, a lakosság számának alakulása függvényében 2 és 2,3 millió köbméter közötti tárolási térfogat szükségeltetik. Els lépésben, a kiadások megosz-


37

lása érdekében, el reláthatólag legkevesebb 5 évre szóló hulladékgy6jtéshez szükséges térfogat lesz biztosítva, amely Hargita megye összlakossága esetében 427.000 köbméter tárolási helyet jelent (3. táblázat). A szükséges tárolási térfogatok nagyságát a lakosság száma és a 300 kg/év/lakos háztartási hulladékmennyiség alapján állapíthatjuk meg. A hulladéktárolási térfogatmennyiség felbecsülésének érdekében f =1,2 [t/m³] virtuális tárolási s6r6séget használunk. Ez a virtuális s6r6ség szemel tt tartja azt, hogy az elraktározott szerves anyagok által keletkezett gázok egy bizonyos id után az elraktározott anyagok térfogatának csökkentését idézik el , összeállásuk után a térfogatuk kb. 50%-al csökken. 2. Táblázat A lakosság száma és a háztartási hulladékok el rejelzése Hargita megyében Lakosság száma [millió] Románia 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

23,40 23,30 22,70 22,63 22,50 22,70 22,51 22,50 22,50 22,50 -

(állandó marad) 0,35 0,35 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023

-

0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34

Összeg Összeg

38

Hargita megye lakossága [millió] +0,5%/év

-0,5%/év

0,35 0,35 0,35 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,36 0,36 0,36 0,36 0,36 0,36 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,39 0,39 0,39

2003 – 2007 2003 – 2023

Háztartási hulladékmennyiség [tonna] +0,5%/év

-0,5%/év

0,35 0,35 0,35 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,34 0,33 0,33 0,33 0,33 0,33 0,33

(állandó marad) 106.742 106.285 103.548 103.228 102.635 103.548 102.636 102.590 102.590 102.590 102.590 102.590 102.590 102.590 102.590

106.742 106.285 103.548 103.228 102.635 103.548 102.636 102.590 102.590 102.590 103.103 103.618 104.136 104.657 105.180

106.742 106.285 103.548 103.228 102.635 103.548 102.636 102.590 102.590 102.590 102.077 101.566 101.059 100.553 100.050

0,32 0,32 0,32 0,32 0,32 0,32 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30

102.590 102.590 102.590 102.590 102.590 102.590 102.590 102.590 102.590 102.590 102.590 102.590 102.590 102.590 102.590 102.590 102.590 102.590 102.590

105.706 106.235 106.766 107.300 107.836 108.375 108.917 109.462 110.009 110.559 111.112 111.668 112.226 112.787 113.351 113.918 114.487 115.060 115.635

99.550 99.052 98.557 98.064 97.574 97.086 96.601 96.118 95.637 95.159 94.683 94.210 93.739 93.270 92.803 92.339 91.878 91.419 90.961

512.950 2.154.390

528.544 2.311.246

497.762 2.009.303


3. Táblázat Szükséges tárolási térfogat az els 5 és 20 évre Hargita megyében (tárolási s6r6ség f =1,2 t/m3)

Háztartási hulladék (m³) Tárolási térfogat (m³) Háztartási hulladék (m³) Tárolási térfogat (m³)

2003 - 2007 2003 - 2023

A lakosság számának alakulása (állandó ma+0,5%/év -0,5%/év rad) 854.916 880.906 829.604 427.458 440.453 414.802 3.590.650 3.852.076 3.348.838 1.795.325 1.926.038 1.674.419

A háztartási hulladékmennyiség térfogatának a felbecsülése után pontosan meg lehet határozni a rendszerben lév szállítóeszközök számát és a szükséges szállítókapacitásokat, valamint alapvet információkat kapunk a regionális hulladéktárolók nagyságának a kiszámítására vonatkozólag is.

4. Következtetések A dolgozat egy háztartási hulladékgy6jtési rendszer megtervezésére tesz javaslatot Hargita megye területén. Röviden tárgyalja a javasolt hulladékgy6jtési rendszer egy lehetséges megszervezési és m6ködési változatát, valamint a létez statisztikai adatokat felhasználva bemutatja, hogyan lehet felbecsülni a lakosság számbeli alakulásának függvényében a szükséges hulladéktárolási térfogatmennyiséget. A dolgozatban felvetettek el segíthetik mindazon törekvéseket, amelyek a megye korszer6 háztartási hulladékgy6jtési rendszerének a kifejlesztésére irányulnak.

Szakirodalom [1] [2] [3]

Man C., Ivan I. – Strategii în managmentul deNeurilor Ni reziduriilor. Ed. Mesagerul, 2001. T8nescu S. – Igiena mediului. Ed. Medical8, BucureNti, 1981. *** - Direc:ia Jude:ean8 de Statistic8 Harghita, Raport 2004.


39

A forgóelosztós befecskendez=-szivattyú nyomás-modellezése A calculus Model for Pressure of a Rotary Distribuitor Injection Pump Dr. TEBEREAN Ioan, Dr. CSIBI Vencel Kolozsvári M szaki Egyetem, Mechanika Kar

Abstract In this paper a calculus model for pressure of a rotary distribuitor injection pump is presented. The equations determined through calculation are solved with the aid of the program MathCAD. The numerical results obtained are comparated with the results obtained experimentaly.

Bevezetés Egy porlasztó berendezés kísérleti úton való tanulmányozása, a közbejöv nagyszámú paraméternek köszönhet en, nehézkes, a sok megépített változat megemeli a kutatás költségeit és id tartamát. A modern számítási technikák lehet vé teszik a folyamatok modellezését, nagyszámú változat tanulmányozását, mindez hozzásegít az optimális megoldás kiválasztásához. Egy másik el nye az elméleti kutatásoknak abban áll, hogy egy paraméter értékének változtatásakor a többi értéke állandónak tartható, amit a gyakorlatban lehetetlen megvalósítani. A különböz típusú motorok kísérleti és modellezési eredményeinek összehasonlítása a kutatások hitelességét igazolják. Ezért, a dolgozatban meghatározzuk a nyomás egyenletét, megalapozva a nyomás változásának törvényszer6ségétét, amit a MathCAD számítási program old meg.

2. Számítási modell A nyomócsonk szelep mozgásának differenciál egyenlete a következ :

ma s + cw s + kx s + Faux = p(o) A s

(1)

ahol: As – a szelep felülete; x – a pillanatnyi helyzet és sebesség; as – gyorsulás; ws – sebesség; Faux – a végcsatlakozó által keltett er ; C, k – állandók. Az egyenletek megoldásához a szakirodalomból vett ábrázoló modelleket használtuk, figyelembe véve az 1. ábrán lev egyenérték6 modellt. Jelölések : Li – alsó korlátozó, Ls – fels korlátozó, m – tömeg, KI – alsó korlátozó rugalmassági állandó, Ks – fels korlátozó rugalmassági állandó; CI, Cs – alsó illetve fels viszkózusos csillapító állandója; km – a rugó rugalmassági állandója; cm – viszkózusos csillapítás állandója, ami a folyadéktömeg átjárása közben lép fel; xt – a két korlátozó közötti távolság; ;F – a testre ható nyomó és rugalmassági er k ered je.

40


1. ábra A szelep felülete a következ képlettel határozható meg: As =

a D s2 ; 4

(2)

Felhasználva a következ jelöléseket:

Faux

. 1 xs < 0 2 ci x s + k i x s ; 2 0 < xs < xt =3 0 2 . x > xt 24C s x s + k s (x s x t ); s

p max A s 1 2 q= m ; xs < 0 2 p max A s C< k< 2 2 0 < xs < x t ; m = 2Z; = z ; 3 q = m m m 2 xs > xt , 2q = p max A s + k x ; s t 24 m

(3)

(4)

ahol: 1C + C1 ; xs < 0 2 C< = 3 C 0 < xs < xt 2C + C ; xs > x t s 4

1K + k i x 3 < 0 2 k< = 3 k 0 < x s < x t . 2k + k x > x 0 t s 4

(5)

integrálás útján a következ egyenletet kapjuk: 1 2 2 2 xs = 3 2 2e 24

e

Zo

[C1cos(ôs + C 2sin(în( +

1 q)) z2

ha Z < z;^ = z 2 Z 2 1 e (C3 + C 4 o) + 2 q, ha Z = z z ha Z > z; f = Z 2 z 2 ; A = C5 + C 6 ; 1 1 Zo [C5 e fo + C 6 e fo ] + 2 q = e Zo [Ach(f. ) + Bsh(f. ) + 2 q; B = C5 C 6 z z Zo

(6)

Az integrálási állandókat az egyenletb l a következ határfeltétekkel kapjuk: o = 0; x s = x 0s ; w s = 0; q 0 =

p max A s . m

Figyelembe véve ezeket a feltételeket, a megoldások végs formája a következ :


41

1 2 2 2 Zo x 0s 2 e 2 2 x s (oo = 3 e Zo 2 2 Zo 1 2e 2f x 0s 2 2 Zo 1 x 0s 2= e f 4

1

Z 1 cos(^ o) + sin(în + 2 q, ^ z z ha Z < z, ^ = z 2 Z 2 ; 1 1 x 0s q 0 (1 + Zo) + 2 q, ha Z = z z2 z ha Z > z, f = Z 2 z 2 1 1 fo fo q 0 [(f + Z)e + (f Z)e ] + 2 q = z2 z 1 1 q [ ch (f o) + Zsh(fo)] + 2 q. 2 0 z z 2

q0

(7)

Ebben az esetben a nyomás differenciál egyenlete: .

.

. . E ps = (V cs Vs (. )) Vs (. )

,

(8)

ahol Vs (o ) = A s x s (o )

(9) Az egyenletet hasonlóképpen integrálva, mint a [4]-ben, kapjuk: .

p s = E V cs

do

- V (o)

lnVs (. ) + C1<

s

(10)

Jelölve: I1= =

do

1

do

- V (o) = A - x (o) s

s

s

(11)

felhasználva a határfeltételeket, megkapjuk: 1 p = p max o=093 s 4Vs = V0s = A s X 3

(12)

így, az integrálási állandó: C1< = p max

. E[V cs (I1= ) o=0

lnV0s ].

(13)

Behelyetesítve az állandó értékét az összefüggésbe, megkapjuk a nyomás változásának törvényét: .

p s (o) = E V cs

do

- V (o) s

I1

=

Eln o =0

Vs (o) + p max V0s

(14)

A gyakorlati méréseknél a következ bemen adatokat használtuk: a D s2 p max = 9 10 7 N/m 2 ; m = 2.1. 10 3 kg; D s = 0.0034m; A s ; 2 A s = 9.079 10 6 m 2 ; E = 1.53 10 9 N/m 2

C i = 0.095; C s = 0.095; K i = 5 10 6 ; K s = 5 10 6 ; K = 41995; C = 0.0062

p = 2.5 10 7 N/m 2

42


As p ; q = 1.081 105 ; m

q=

C ; 2m

Z=

Zo

z = 4.472 103

p max A s ; q 0 = 3.891 10 5 m

x 0s = 0.0001; q 0 =

Az

K ; m

Z = 4.472 103 ; z =

x s (o ) = e

K ; C = 18.782 m

C=2 m

1 1 q 0 (1 + Zo) + 2 q 2 z z

x 0s

1 függvény hatvány-sorozat alakja: x s (o )

1 = x s (o )

+

1 x 0s

+

1 1 q0 + 2 q z z2

1 2 z ( x 0s z 2 + q 0 q)Z 3 3

1 = x s (. )

x 0s

z2

q0 +

z2

(

x 0s z 2 + q 0 q 1 q0 2

x 0s

2

1 z 2 ( x 0s z 2 + q 0

q

1 q0 2

x 0s

1 + z 2 ( x 0s z 2 + q 0 q)Z 3 3

)Z

1

x 0s

z2

q0 +

1 z2

1 q0 z2 1 1 q0 + 2 q z z2

x 0s

2

x 0s

o 2+

o 3 ...

1 1 q + 2q 2 0 z z

+

1

z2

x 0s

1 1

1 2

q)

1

x 0s

Z2

z2 1

x 0s

q0

q0 +

z2

+

1 z2q

o3 q

Integrálva az egyenletet, kapjuk: 1 x 0s

+

1 z2

+

q0 +

1 z2

o q

1 z Z2 6 ( x 0s z 2 + q 0 q) x 0s

2

1 z Z3 12 ( x 0s z 2 + q 0 q)

1 I1 (o) = As

x 0s

2

1

x 0s

z2

1 x 0s

1 z2

q0 +

1 z2

x 0s

z2

q0

q0 +

1 z2

z2

1 z2

1 z2

q0 +

z2

o3 +

o 4 + ... q

q0 1

q0

1 1 q0 + 2 q z2 z

1 z2 o Z2 2 6 ( x 0s z + q 0 q)

x 0s

2

1 z Z3 12 ( x 0s z 2 + q 0 q)

q

1

x 0s

1

x 0s x 0s

1 z2

1 z2

q0

q0 +

1 z2

o3 + q

o 4 + ... q

. = 0.00001, 0.000013..0.001


43

2. ábra Az értékek egymást fed területe: Vs (o) = A s x s (o ) p s (o ) = E Vs (o ) (l1 (o ) l1 (0)) E ln

Vs (o ) + p max V0s

o = 0.01,0.033..8

3. ábra

3. Következtetések A kapott eredményeket összehasonlítottuk egy, az [5]-ös dolgozatban bemutatott saját fejlesztés6 készüléken mért adatokkal. A 3-as ábrán megfigyelhet , hogy a számításokból kapott eredmények jól megközelítik a kísérleti méréseket. Pontosítva, a módszert csonkítottuk, ahogy végrehajtottuk a számításokat a MathCAD program segítségével, mivel az egész program kifejlesztése Fourier sorozatba igen hosszas.

Irodalom [1] [2] [3] [4] [5]

44

Apostolescu, N., s.a., 1974 Bazele cercet8rii experimentale a maNinilor termice, EDP, BucureNti Ba:aga, N., s.a., 1995, Motoare cu ardere intern8, EDP, BucureNti, Radu, B, s,.a., 1992 Dezvoltarea unui model de calcul al procselor din instala:ia de injec:ie cu pomp8 cu piston sertar. Construc:ia de MaNini nr.8, pag.56-63. Teberean, I., s.a.,1998 Modelarea proceselor dintr-o pomp8 de injec:ie cu distribuitor rotativ, Trans Agra Techn’98 Cluj-Napoca. Pag.59-62 Teberean, I., 1987 Contribu:ii la reducerea gradului de neuniformitate al debit8rii combustibilului pentru pompele de injec:ie cu distribuitor rotativ, Tez8 de doctorat.


Tartalomjegyzék Cuprins Content MSZAKI SZEMLE 36. szám, ISSN

Recommend Documents