Авторы: В. Добромиров, Н. Мартынов, Д. Аврамов
Источник публикации: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering : V N Dobromirov et al 2020 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 953 012099
Транспортные и транспортно – технологические машины является одним из наиболее массовых видов техники, используемой в интересах развития современной цивилизации. К сожалению их производство сопряжено с большими затратами материальных, сырьевых и энергетических ресурсов, а использование – со значительным негативным воздействием на окружающую среду. В статье рассматриваются некоторые факторы такого экологически вредного воздействий на окружающую среду, связанные, в частности, с процессом утилизации машин. Отмечается важность решения проблемы ресурсосбережения за счет вторичного использования конструкционных материалов. Анализируется современное состояние технологического обеспечения процесса переработки автомобильного стекла триплекс, отмечены недостатки существующих технологий, предложена к использованию технология, основанная на применении электрогидравлического эффекта. Приводятся результаты лабораторных экспериментальных исследований эффективности этой технологии при утилизации автомобильного триплекс стекла. Сделан вывод о целесообразности применения технологии в промышленных масштабах.
Ключевые слова: транспортно-технологические машины, экологическая безопасность, ресурсосбережение, утилизация, стекло триплекс, электрогидравлическая технология.
Transport and transport – technological machines are one of the most popular types of equipment used for the development of modern civilization. Unfortunately, their production involves high costs of material, raw materials and energy resources, and their use has a significant negative impact on the environment. The article considers some factors of such an environmentally harmful impact on the environment, in particular, related to the process of recycling machines. The importance of solving the problem of resource saving due to the secondary use of structural materials is noted. The current state of technological support for the process of processing triplix automotive glass is analyzed , the disadvantages of existing technologies are noted, and a technology based on the application of electrohydraulic effect is proposed for use. The results of laboratory experimental studies of the effectiveness of this technology in the recycling of automotive triplex glass are presented. The conclusion is made on the feasibility of applying the technology on an industrial scale.
Keywords: transport and technological machines , environmental safety, resource saving, recycling, triplex glass, electro- hydraulic technology.
Введение
Современный мировой парк автотранспортных средств (АТС), в том числе автомобильных базовых шасси транспортно-технологических машин, насчитывает более 800 млн. единиц техники. По прогнозам аналитиков за ближайшие 15 лет его численность может возрасти в 3.5 … 4 раза [1]. При несомненно важной роли этой техники в обеспечении промышленно - хозяйственной деятельности общества, самоходные транспортные и транспортно-технологические машины не только создают социально – экономические проблемы в сфере обеспечения безопасности дорожного движения [2], но и являются одним из наиболее значимых источников экологически вредного воздействия на окружающую среду и человека [3]. С учетом современных тенденция развития конструкщии АТС и ТТМ есть основание предполагать, что акцент в обеспечении их экологической безопасности, за счет постепенного вывода из эксплуатации техники с двигателями внутреннего сгорания и замены их на электрические источники энергии, сместится из области борьбы с загрязнением атмосферы в область энерго- и ресурсосбережения, экологически чистой утилизации с широким применением реновации и рециклирования компонентов машин [4]. Реализация такого подхода требует массового применение в конструкциях АТС и ТТМ экологически дружественных материалов, обеспечивающих их беспроблемное вторичное использование [5,6]. Однако, не все компоненты данных машин могут сегодня соответствовать этим требованиям. Одними из них являются автомобильные стекла, изготовленные по технологии «триплекс». Такие стекла, относящиеся к разряду безопасных изделий, являются многослойными, состоящими из двух стекол, склеенных между собой с помощью специальной пленки. При разрушении подобного стекла его осколки не разлетаются в стороны, а остаются прикрепленными к пленке. Это повышает безопасность изделий, но затрудняет процесс получения кондиционного стеклобоя. Существующие современные технологические линии по вторичной переработке стекла в большой степени предназначены для утилизации использованной стеклотары и отслужившего свой срок оконного стекла. Для переработки стекла «триплекс» используют специальные технологии двухстадийного дробления в многовалковых установках с последующей сепарацией и ручной сортировкой [7]. Так как при измельчении триплекса образуется много мелких кусочков пленки, которые не удаляются полностью удалить аспирацией и оптической сортировкой, полученный стеклобой не соответствует требованиям стандартов по количеству примесей [8] и не находит широкого повторного применения. Анализ традиционной технологии переработки триплекс стекла показывает, что она длительная, дорогостоящая и экологически небезопасная, а в результате переработки получается стеклобой невысокого качества. Энергозатраты на измельчение триплекса механическим способом составляют от 14,8 до 22 кВт-час/т [9].
Проведенные расчеты показывают, что при численности парка АТС в России около 50 млн. единиц и при среднем сроке службы машины 10 лет ежегодная потребность в переработке триплекс стекла может достигать 30 тыс. тонн. Подобные объемы переработки диктуют необходимость применения более совершенных технологий. Одним из направлений их создания может быть технология, основанная на использовании электрогидравлического эффекта.
Задача, объект, предмет и методы исследования
Электрогидравлический эффект (ЭГЭ), как способ трансформации электрической энергии в механическую, был сформулирован в 1950г. Л. А. Юткиным. Суть ЭГЭ состоит в том, что при импульсном электрическом разряде в жидкости между двумя электродами, возникает комплекс действующих факторов, способных оказывать различное, в том числе разрушающее, воздействие на обрабатываемую среду [10]. Результаты исследований технологий избирательного дробления руд и минералов, основанных на использовании электрогидравлического эффекта, показали их высокую эффективность [11,12,13]. Задача проведенного исследования – оценить возможность создания подобной технологии для утилизации автомобильного стекла «триплекс» с использованием действующих факторов электрогидравлического эффекта. Объектом исследования является многослойное, состоящее из двух стекол, прочно скрепленных между собой с помощью поливинилбутиральной пленки, автомобильное стекло. Предмет исследование – процесс разрушения, дробления и рассева стекла на фракции. Метод исследования – экспериментальные исследования процесса разрушения стекла типа «триплек» в специально созданной лабораторной электрогидравлической установке.
Результаты и обсуждение
Принципиальная схема созданной для проведения исследованийэлектрогидравлической установки представлена на рисунке 1.
Рисунок 1. Принципиальная схема электрогидравлической установки.
Действующие факторы электрогидравлического эффекта включают в себя сверхвысокие гидравлические давления, перемещения жидкости с высокими скоростями, мощные кавитационные процессы, инфра – и ультразвуковые излучения, механические резонансные явления. При этом ключевым фактором разрушающего воздействия является сверхвысокое гидравлическое давления в зоне разряда, способное производить выборочное разрушение компонентов обрабатываемого материала [14]. В процессе исследований был опытным путем произведен подбор мощности высоковольтного электрического разряда, обоспечивающего дробление стекла и отделение его от пленки без ее разрушения. Для проведения экспериментов лобовое стекло делилось на фрагменты. Обрабатываемые куски стекла триплекса укладывались на классификационную решетку и обрабатывались высоковольтными электрическими разрядами в воде, которой была заполнена установка. Схема организации процесса дробления стекла «триплекс» приведена на рисунке 2.
Рисунок 2. Схема организации процесса дробления стекла «триплекс»
На рисунке 3 показан процесс дробления и расслоения стекла «триплекс» по этапом его электрогидравлической обработки.
Рисунок 3. Результаты дробления и расслоения стекла по этапам обработки: а) – исходное состояние стекла; б) – начальная стадия очистки подложки от стекла; в) - промежуточная стадия очистки подложки от стекла; г) - вторая стадия очистки подложки от стекла; д) - полностью очищенная подложка стекла; е) - высокая степень чистоты подложки стекла «триплекс»
Результаты проведенных экспериментов показали, что в ходе электрогидравлической обработки стекла «триплекс» удается объединить процессы дробления, отделения стекла от полимерной подложки, промывки и классификации стеклобоя. При этом имеет место высокое качество отмыва стеклобоя и удаления загрязняющих продуктов. В отличии от многовальцевого дробления в мелких фракциях отсутствуют продукты износа мелющих элементов и при переработке не образуется стеклянная пыль. Варьируя мощностью электрического импульса возможно задавать размер получаемой стеклянной фракции. Расчетные затраты электроэнергии на переработку 1 тонны стекла «триплекс» составляют 4…4.5 кВт-ч. Время переработки одного стекла массой 15 кг и площадью 1.31 кв.м составляет 65 сек. Использование в процессе обработки классификационных решеток позволяет улавливать очищенный стеклобой требуемой фракции (рисунок 4).
Рисунок 4. Дробленый стеклобой фракции 6 мм.
Заключение
Проведенные экспериментальные исследования показали, что электрогидравлическая технология беспечивает эффективное отделение стекла от подложки при высокой степени очистки подложки. Фракционный состав получаемого материала регулируется подбором режимов работы установки и применением нужных классификационных решеток. Затраты электроэнергии на переработку 1 тонны стекла «трипле»с составляют 4…4.5 кВт-ч, что в 4 …5 раз меньше, чем энергозатраты на измельчение механическим способом (от 14.8 до 22 кВт-час/т).
Список литературы
- [Avramov D. , Dobromirov V., Martynov N. Current challenges and innovations in environmental safety of vehicles / IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 380012010 (2019) С.1-6 doi:10.1088/1755-1315/378/1/012010
- Afanas'ev A.S., Egoshin A.M., Alekseev S.V. Justification of logistical approach application in road safety management / IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. №194(7), 072001, 2018, С.1-5
- Fedotov V., Afanasiev A. Concept of air environment cleaning of natural and technogenic systems of motor transport using mobile devices / Transportation Research, №36, 2018, Pag. 179-184
- Годжаев З.А.. Аврамов Д.В.. Мартынов Н.В.. Белоусов Б.Н., Добромиров В.Н. Экологическая безопасность транспортно-технологических средств //Сельскохозяйственные машины и технологии. 2019, том 13. №2. С.40 – 47.
- Звонов, В.А., Кутенев, В.Ф., Кисуленко, Б.В., Козлов, А.В., Теренченко А.С.(2004). Утилизация автомобильной техники: концепция специального технического регламента. Стандарты и качество: научно-технический и экономический журнал, № 8, С. 31−34.
- Госстандарт России (2009). ГОСТ Р 53692-2009. Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Этапы технологического цикла отходов. М.: «ФГПУ СТАНДАРТИНФОРМ», 16 с.
- Эко Технопром – Юг. (2019). Инновации в развитии. Утилизация стекла. [Электронный ресурс ]. Режим доступа по ссылке: http://www.musor1.ru/services/utilizatsiya-stekla/ - открытый [12.03.2020].
- Госстандарт России (2004). ГОСТ Р 52233-2004 Тара стеклянная. Стеклобой. Общие технические условия. М.: ИПК Издательство стандартов, 8 с.
- WASTE org. au (2012). Европейский опыт по вторичной переработке автомобильного стекла. [Электронный ресурс ]. Режим доступа по ссылке: http://waste.org.ua/modules.php?name=Pages&pa=showpage&pid=77 - открытый [12.03.2020].
- Юткин, Л.А.(1986). Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. Л.: Машиностроение, Ленинградское отд-ние, 263 с.
- Мартынов Н.В., Добромиров В.Н., Аврамов Д.В. Электрогидравлическая технология дезинтеграции алмазосодержащих пород //Обогащение руд. 2020. №1(385). С.8 – 14.
- Чантурия В. А. Научное обоснование и разработка инновационных процессов комплексной переработки минерального сырья // Горный журнал. 2017. № 11 . С. 7–13. DOI: 10.17580/gzh.2017.11.01.
- Шумская Е. Н., Поперечникова О. Ю., Купцова А. В. Особенности технологии переработки полиметаллических руд // Горный журнал. 2016. № 11. С. 39–48. DOI: 10.17580/gzh.2016.11.08.
- Ефимов В.П. Особенности разрушения образцов хрупких горных пород при одноосном сжатии с учетом характеристик зерен //Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2018. №2. С. 18-25 DOI: 10.15372/FTPRPI20180203/