Latvijas Lauksaimniec ības universit āte Tehnisk ā fakult āte

LLU TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā conference 2020 Inženierzin ātņu sekcija 2020. gada 17. apr īlī

Jelgava 2020

Programmas komiteja Dainis Berjoza Ilm ārs Dukulis Vit ālijs Osad čuks

Att ālin ātas konferences vad ītāji Vad ītājs: Ilm ārs Dukulis Vad ītāja vietnieks: Dainis Berjoza Tehniskais redaktors: Vit ālijs Osad čuks

Recenzenti Ilm ārs Dukulis; Aldis Pecka; Dainis Berjoza; Vilnis P īrs; M ārti ņš Ziemelis; Aivars Birkavs; Ain ārs Gali ņš; Liene Kancevi ča; Gints Birzietis; J ānis L āceklis-Bertmanis TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

SATURS - CONTENT

Art ūrs Za ķis, Ruslans Šmigins DIETIL ĒTERA IETEKME UZ AUGU E ĻĻ AS FIZIK ĀLI – ĶĪ MISKAJ ĀM ĪPAŠ ĪBĀM EFFECT OF DIETHYL ETHER ON VEGETABLE OIL PHYSICAL – CHEMICAL PROPERTIES...... 4 Dainis Bergšpics, Dainis Berjoza TR ĪSRITE ŅU ELEKTROVELOSIP ĒDA R ĀMJA KONSTRUKCIJAS ANAL ĪZE ANALYSIS OF THREE – WHEEL ELECTRIC BICYCLE FRAME DESIGN...... 10 Jānis Saule, Dainis Berjoza UZ ŅĒ MUMA AUTOPARKA IZMAKSU ANAL ĪZE P ĀREJAI UZ ELEKTROTRANSPORTU ANALYSIS OF CAR FLEET CHARGES FOR THE COMPANY’S TRANSITION TO ELECTRIC TRANSPORT...... 16 Aivis Jaškovskis, Aivars Birkavs RŪPNIECISKI KONSTRU ĒTIE P ĀRVIETOJAMIE RU ĻĻ U BREMŽU STENDI UN TO SAL ĪZIN ĀJUMS INDUSTRIALLY MANUFACTURED MOBILE ROLLER BRAKE STANDS AND COMPARISON OF THEM...... 24 Pēteris Ālītis, M ārti ņš Ziemelis PLASTMASAS DETA ĻU REMONTA TEHNOLO ĢIJAS REPAIR TECHNOLOGIES OF PLASTIC PARTS...... 30 Jānis Krasti ņš, Imants Nulle PLASTMASAS RECIKL ĒŠANA PLASTIC RECYCLING...... 35 Jānis Ozols, Dainis Berjoza PNEIMATISK Ā MOTORA RAKSTURL ĪKŅU KONSTRU ĒŠANA DESIGNING OF CHARACTERISTIC CURVES FOR PNEUMATIC MOTOR...... 39 Agate K ļavi ņa, J ānis B ērzi ņš SILTUMENER ĢIJAS PAT ĒRI ŅA LIETDER ĪBA OZOLNIEKU NOVADA PIRMSSKOLAS IZGL ĪTĪBAS IEST ĀDĒS USEFUL HEAT CONSUMPTION AT OZOLNIEKI MUNICIPALITY PRESCHOOL EDUCATIONAL INSTITUTIONS...... 43 Lauris Vaits, Aleksejs Gedzurs NAFTAS PRODUKTU CAURUĻVADA “POLOCKA-VENTSPILS” MA ĢISTR ĀLO SŪKŅU STACIJU ELEKTROPIEDZI ŅAS UN ENERGOEFEKTIVIT ĀTES RISIN ĀJUMI ELECTRIC DRIVE AND EFFICIENCY SOLUTIONS OF OIL PRODUCT PIPELINE “POLOCKA – VENTSPILS” MAIN PUMP STATION...... 49 Guntis Gailums, Aivars Ka ķī tis SUPERKONDENSATORS K Ā ALTERNAT ĪVA TRADICION ĀLAJAM AKUMULATORAM SUPERCAPACITOR AS ALTERNATIVE TO TRADITIONAL BATTERY...... 55 Reinis Pal ēvics, Aivars Birkavs ELEKTRISK Ā ST ŪRES PASTIPRIN ĀTĀJA DARBSP ĒJAS ANAL ĪZE THE ANALYSIS OF THE WORKING CAPACITY OF ELECTRIC POWER STEERING...... 62

3 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

DIETIL ĒTERA IETEKME UZ AUGU E ĻĻ AS FIZIK ĀLI – ĶĪ MISKAJ ĀM ĪPAŠ ĪBĀM EFFECT OF DIETHYL ETHER ON VEGETABLE OIL PHYSICAL – CHEMICAL PROPERTIES Art ūrs Za ķis Tehnisk ās fakult ātes 2. kursa ma ģistrants Ruslans Šmigins Zin ātniskais vad ītājs, asoc. prof., Dr.sc.ing.

Abstract . The article provides information on an experimental study aimed at studying the physico-chemical properties of vegetable oil blends. Under laboratory conditions, the main physico-chemical properties of linseed oil (LE), linseed oil in three different mixtures with 10 %, 20 % and 30 % diethyl ether (LE10, LE20, LE30), diesel (DD) and diethyl ether (DEE) are determined. These properties are cross-checked with another study that identifies the main physico-chemical properties of rapeseed oil and diethyl ether mixtures (RE10, RE20, RE30). The study identifies the potential impact of these properties on diesel combustion processes. For a 30 % blend of linseed oil, the cold filter plugging point of -24 ºC, which means that the diesel car is operated in the winter season at lower air temperatures than other vegetable oil blends included in the study.

Atsl ēgas v ārdi: dietil ēteris, rapša e ļļ a, lins ēklu e ļļ a, fizik āli – ķī misk ās īpaš ības.

Ievads Mūsdien ās liel ākā da ļa transportl īdzek ļu k ā ener ģijas veidu izmanto fosilo degvielu. Šis degvielas veids tiek ražots no naftas produktiem, kuri atrodas zemes dz īlēs. Pats par sevi v ārds “fosil ā degviela” liek aizdom āties par to, ka šis degvielas veids gadu gait ā neatjaunojas, bet tieši pret ēji – naftas rezerves tiek izsmeltas. Š āda iemesla d ēļ tiek plaši mekl ētas alternat īvās jeb atjaunojam ās ener ģijas avoti. Plašus pan ākumus ir guvusi elektroener ģija, kuru k ā ener ģijas veidu p ēdējo gadu laik ā plaši s āk pielietot elektroautomobi ļos. Tas savuk ārt noz īmē, ka visu autoparku n āksies nomain īt uz t ādu, kas sp ēs k ā degvielu izmantot elektroener ģiju un, lai tas realiz ētos, būs nepieciešams ilgs laika posms un lieli finansi āli ieguld ījumi. Vienas no atjaunojamajiem resursiem ir augu eļļ as, ar kur ām sp ēj darboties dīze ļmotoru automobi ļi. Atpaz īstam ākās augu e ļļ as, kuras tiek ieg ūtas Latvijas teritorij ā, ir rapšu un lins ēklu e ļļas. Šo e ļļ u galven ā probl ēma ir t ās augst ā viskozit āte, kas ne ļauj t ās t īrā veid ā lietot k ā degvielu d īze ļmotoros pie zem ākām gaisa temperat ūrām. Protams, ir iesp ējams apr īkot automobi ļus ar speci ālām pal īgiek ārt ām, ar kuru pal īdz ību var š īs augu e ļļ as izmantot t īrā veid ā, bet tas prasa automobi ļa p ārb ūvi, un, l īdz ar to, lielas invest īcijas. Lai nesaskartos ar š ādām probl ēmām, ir iesp ējams iepriekš min ētaj ām augu e ļļā m zin āmās proporcij ās pievienot dietil ēteri. Š āds mais ījums samazina augu e ļļ as viskozit āti un nodrošina d īze ļmotoru darb ību ar ī pie zem ākām apk ārt ējās vides temperat ūrām gan Latvij ā, gan citur pasaul ē. Ēteris (dietil ēteris) ir ēteru klases organiski ķī miskais savienojums. Tas ir īpaši viegli uzliesmojošs š ķidrums ar pašaizdegšan ās temperat ūru 180 ºC. To ieg ūst etilspirta dehidr ācijas proces ā. Galven ā dietil ētera k ā degvielas piedevas priekšroc ība ir lielais cet ānskaitlis, laba sajaukšan ās sp ēja ar dīze ļdegvielu, etanolu un augu e ļļā m, k ā ar ī mais ījuma stabilit āte [1]. Pētījum ā analiz ējam ās linsēklu un rapša e ļļ as ir nerafin ētas, t ās ieg ūst ar auksto spiešanas tehnolo ģiju, k ā rezult ātā tiek saglab ātas visas biolo ģiski akt īvās vielas. T ās tiek izmantotas gan kulin ārij ā, gan medic īnā un pat kr āsu, laku ražošan ā. Pētījuma m ērķis ir raksturot rapša, lins ēklu e ļļ as un to dietil ētera mais ījumu pamat īpaš ība, un šo īpaš ību ietekmi uz degvielas iesmidzin āšanas procesu. Lai sasniegtu m ērķi, tika izvirz īti sekojošie uzdevumi: 1. iepaz īties ar fizik āli – ķī misko īpaš ību noteikšanas apr īkojumu un m ērījumu veikšanas proced ūras standartiem; 2. analiz ēt citu zin ātnieku p ētījumus saist ībā ar augu e ļļ as fizik āli – ķī miskaj ām īpaš ībām; 3. eksperiment āli izp ētīt lins ēklu e ļļ as un dietil ētera mais ījumu fizik āli – ķī misk ās īpaš ības; 4. analiz ēt šo īpaš ību ietekmi uz degvielas iesmidzin āšanas procesu.

4 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

Materi āli un metodes Praktiskaj ā p ētījum ā noskaidro fizik āli – ķī misk ās īpaš ības lins ēklu e ļļ ai, lins ēklu e ļļ as mais ījumiem, dietil ēterim un d īze ļdegvielai. Iepriekš min ētaj ām viel ām nosaka kinem ātisko viskozit āti pie 40 ºC gaisa temperat ūras, k ā ar ī bl īvumu pie 15 ºC temperat ūras. Eksperiment āli nosaka auksta filtra nosprostošan ās punktu, pie k ādas temperat ūras “degviela” p ārst āj pl ūst caur filtru, k ā ar ī tiek noteikts virsmas spraigums. Iepriekš min ētajiem š ķidrumiem noskaidro uzliesmošanas punktu un siltumietilp ību. Kinem ātisko viskozit āti nosaka, izmantojot Anton Paar SVM 3000 m ēriek ārtu (skat. 1. att.). Standartiz ētā proced ūra EN ISO 3104 tiek ņemta v ērā, izpildot m ērījumus. Šķidrumu bl īvuma p ārbaudi veic, izmantojot iepriekš min ēto ier īci Anton Paar SVM 3000. Nepieciešamos m ērījumus izpilda saska ņā ar aprakst īto proced ūru standart ā EN ISO 3838:2005. Lins ēklu e ļļ ai, dietil ētera mais ījumiem, dietil ēterim un d īze ļdegvielai siltumietilp ību nosaka, pamatojoties uz degšanas siltuma m ērījumiem, kas tiek noteikti izmantojot autom ātisko KL-10 kalorimetru, kas par ādīts 2. att ēlā. Šim nol ūkam tiek izmantota izpildes proced ūra, kas aprakst īta ASTM D240-02:2007 standart ā.

1. att. Anton Paar SVM 3000 kinem ātisk ās 2. att. Kalorimetrs KL-10 siltuma daudzuma viskozit ātes un bl īvuma m ēriek ārta mērīšanai Auksta filtra nosprostošan ās punkta temperat ūru nosaka saska ņā ar NE 116:2015 standartu. Šim nol ūkam izmanto m ērīšanas iek ārtu FPP 5Gs , kas ir apr īkota ar ieb ūvēto dzes ēšanas sist ēmu (skat. 3. att.).

3. att. Mērīšanas iek ārta FPP 5Gs 4. att. Tensiometrs LAUDA TD1C [2] Virsmas spraigums tiek noteikts izmantojot LAUDA TD1C tensiometru. Eksperiment ālajiem paraugiem saska ņā ar metodolo ģiju, kas aprakst īta standart ā ISO 304, nosaka virsmas spraigumu (skat. 4. att.). Uzliesmošanas temperat ūru nosaka saska ņā ar EN ISO 2719 standartiz ēto metodiku atkl ātā t īģ el ī, izmantojot Kl īvlendas atkl ātā kausa (COC) metodi. Eksperiment ālais apr īkojums ir att ēlots 5. att ēlā.

5 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

5. att. Apr īkojums, kas paredz ēts uzliesmošanas temperat ūras noteikšanai Eksperiment ālaj ā da ļā nosaka fizik āli – ķī misk ās īpaš ības vasaras d īze ļdegvielai, kuru sa īsin ātā form ā apz īmē ar (DD). Š ī plaši paz īstam ā un pielietot ā degviela vis ā pasaul ē tiek lietota d īze ļmotoros, tādēļ eksperiment ālaj ā p ētījum ā š ī degviela kalpo k ā sal īdzinoš ā degviela, p ēc kuras fizik āli – ķī miskajiem parametriem iesp ējams sal īdzin āt p ārējos p ētāmos degvielas veidus. P ētījum ā pielieto vasaras d īze ļdegvielu, jo eksperimenta norises laik ā DUS bija pieejama tikai š āda tipa d īze ļdegviela. Lins ēklu e ļļ u (LE) ir iesp ējams lietot k ā degvielu d īze ļmotoros t īrā veid ā. T ā k ā lins ēklu e ļļ a nesp ēj kalpot k ā degviela d īze ļmotoros pie zem ām gaisa temperat ūrām augst ās viskozit ātes d ēļ , tad augu e ļļ ai tiek pievienots dietil ēteris (DEE) tr īs daž ādās proporcij ās. Laboratorijas apst ākļos dietil ēterim nosaka fizik āli – ķī misk ās īpaš ības. Visus iepriekš min ētos mais ījumus ar stikla n ūji ņas pal īdz ību pirms eksperimenta veikšanas samaisa, l īdz ieg ūst viendab īgu šķidrumu. Lins ēklu e ļļ ai pievienojot dietil ēteri ieg ūst 10 % mais ījumu (LE10), kas sast āv no 90 % lins ēklu e ļļ as un 10 % dietil ētera piejaukuma, 20 % mais ījumu (LE20), kas attiec īgi sast āda 80 % LE un 20 % DEE un 30 % lins ēklu e ļļ as mais ījums (LE30), kura sast āvā ir 70 % lins ēklu e ļļ a un 30 % dietil ēteris.

Rezult āti un diskusijas Fizik āli – ķī misko īpaš ību rezult āti lins ēklu e ļļ ai, dietil ētera mais ījumiem, dietil ēterim un dīze ļdegvielai atspogu ļoti 1. tabul ā. 1. tabula Fizik āli – ķī misko īpaš ību rezult āti lins ēklu e ļļ ai, dietil ētera mais ījumiem, dīze ļdegvielai un dietil ēterim Vērt ības Rādītāji LE LE10 LE20 LE30 DD DEE Viskozit āte pie 40 ºC, mm 2∙s-1 24.994 11.793 7.392 4.457 2.426 0.230 Bl īvums pie 15 ºC, g ∙cm -3 0.932 0.911 0.894 0.876 0.830 0.710 Auksta filtra nosprostošan ās punkts, ºC 16 -8 -16 -24 -15 - Virsmas spraigums, mN ∙m-1 31.5 29.9 27.1 23.6 28.0 16.9 Uzliesmošanas punkts, ºC > 220 < 25 < 25 < 25 65 -40 Siltumietilp ība, MJ ∙kg -1 37.9 37.4 37.0 36.6 42.5 33.9 Visliel āko viskozit āti pie 40 ºC temperat ūras konstat ē nerafin ētai lins ēklu e ļļ ai (LE), toties pievienojot lins ēklu e ļļ ai 10 % dietil ēteri, t ās viskozit āte samazin ās jau par 52.82 % (skat. 1. tab.). Dietil ēterim ir p ārāk zems auksta filtra nosprostošan ās punkts, t ādēļ šis parametrs netiek noteikts. K ā nov ērojams, pievienojot lins ēklu e ļļ ai liel ākos apjomos dietil ēteri, t ās viskozit āte samazin ās un, jau pie lins ēklu e ļļ as 30 % mais ījuma (LE30), t ā ir jau par 82.17 % samazin ājusies, sal īdzin ājum ā ar lins ēklu eļļ u. Š āda lins ēklu e ļļ as priekšroc ība atst āj b ūtisku iespaidu uz degvielas izsmidzin ājuma kvalit āti. Tāpat t ā ļauj izvair īties no e ļļ as priekšsild īšanas sist ēmu izmantošanas iekšdedzes motoriem, kas parasti ir b ūtiska probl ēma, pielietojot liel ākās koncentr ācij ās e ļļ as mais ījumus vai ar ī t īru e ļļ u pie zem ākām apkārt ējās vides temperat ūrām.

6 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

Visaugst ākais bl īvums pie 15 ºC nov ērojams lins ēklu e ļļ ai, bet pievienojot lins ēklu e ļļ ai 30 % dietil ēteri, t ās bl īvums samazin ās par 0.056 g ∙cm -3. Viszem ākais bl īvums nov ērojams dietil ēterim un tas ir par 23.82 % maz āks nek ā lins ēklu e ļļ ai. Kā redzams 1. tabul ā, sasalšanas jeb auksta filtra nosprostošan ās temperat ūra lins ēklu e ļļ as 30 % mais ījumam ir zem āka par vasaras d īze ļdegvielas v ērt ību (DD). T ā p ārsniedz arktisk ās d īze ļdegvielas A0 klasi, kura temperat ūra ir no -20 ºC, un gandr īz sasniedz A1 klases arktisko d īze ļdegvielas temperat ūru (no -26 ºC). Pie š ādas temperat ūras degvielas p ārst āj pl ūst caur automobi ļa degvielas filtru, k ā rezult ātā tiek aizsprostota degvielas sist ēma un aptur ēta motora darb ība. Virsmas spraigumam ir tendence samazin āties, palielinot dietil ētera procentu ālo piejaukumu lins ēklu e ļļ ai. Viszem ākais virsmas spraigums mais ījumos nov ērojamas lins ēklu e ļļ as 30 % mais ījumam (LE30) (skat. 1. tabulu). Bez viskozit ātes un bl īvuma, ar ī virsmas spraigumam ir b ūtiska ietekme uz degvielas pilienu veidošanos, jo gala rezult ātā tas atst āj b ūtisku ietekmi uz degvielas iztvaikošanas procesu. Šeit gan b ūtisku ietekmi atst āj tieši nepies ātin āto saišu skaits un tauksk ābju og ļū de ņražu ķē žu garums [3]. Veicot literat ūras izp ēti atrasts l īdz īgi veikts eksperiment ālais p ētījums. Šaj ā p ētījum ā noteiktas rapša e ļļ as un dietil ētera mais ījumu fizik āli – ķī misk ās īpaš ības (skat. 2. tabulu) [4]. 2. tabula Fizik āli – ķī misk ās īpaš ības rapša e ļļ as mais ījumiem Vērt ības Rādītāji RE10 RE20 RE30 Viskozit āte pie 40 ºC, mm 2∙s-1 17.5 10.2 6.3 Bl īvums pie 15 ºC, g ∙cm -3 0.904 0.887 0.869 Auksta filtra nosprostošan ās punkts, ºC 13 -4 -19 Virsmas spraigums, mN ∙m-1 40.9 36.9 30.6 Uzliesmošanas punkts, ºC 20 -2 -11 Siltumietilp ība, MJ ∙kg -1 36.5 36.2 36.0 Rapša e ļļ ai ir rakstur īga liel āka viskozit āte sal īdzin ājum ā ar d īze ļdegvielu. Pie 40 ºC temperat ūras rapša e ļļ as viskozit āte ir 34 mm 2∙s-1. Š ādai viskozit ātei ir negat īva ietekme uz degvielas atomiz ācijas kvalit āti un, l īdz ar to, degvielas sadegšanas procesa pasliktin āšanos [1]. Pievienojot rapša e ļļ ai 10 % dietil ēteri, t ās viskozit āte samazin ās jau par 48.53 % un pie rapša eļļ as 30 % mais ījuma t ā ir samazin ājusies par 81.47 %, sal īdzin ājum ā ar nerafin ētu rapša e ļļ u. Pievienojot rapša e ļļ ai, samazin ās viskozit āte, t ādej ādi uzlabojas iesmidzin āšanas procesa kvalit āte un uzlabojas degvielas sadegšanas process degkamer ā. Sal īdzinot rapša e ļļ as mais ījumus, var redz ēt, ka viszem ākais auksta filtra nosprostošan ās punkts ir rapša e ļļ as 30 % mais ījumam un tie ir -19 ºC (skat. 2. tabulu). Attiec īgi, jo liel ākās proporcij ās tiek pievienots dietil ēteris, jo zem āka ir auksta filtra nosprostošan ās temperat ūra. Lins ēklu e ļļ as 30 % mais ījumam auksta filtra nosprostošan ās punkts ir -24 ºC, kas noz īmē, ka d īze ļautomobi ļa ekspluat ācija ziemas sezon ā tiek nodrošin āta pie zem ākām gaisa temperat ūrām, nek ā ar p ārējiem pētījum ā iek ļautajiem augu e ļļ as mais ījumiem. Degvielas siltumietilp ība ar ī ir viens no parametriem, kas tiek fiks ēts visiem iepriekš piemin ētajiem degvielas mais ījumiem. Lai gan lins ēklu e ļļ as gad ījum ā siltumietilp ība ir augst āka nek ā rapšu e ļļ ai pie maz ākas koncentr ācijas mais ījumiem, tad pieaugot dietil ētera sast āvam mais ījum ā, siltumietilp ības v ērt ības praktiski izl īdzin ās. Apkopojot iepriekš redzamos datus no 1. un 2. tabulas par lins ēklu un rapšu e ļļ as mais ījumiem, k ā ar ī d īze ļdegvielu, veic rezult ātu sal īdzin āšanu š ādiem fizik āli – ķī miskajiem r ādītājiem: 1. viskozit ātei pie 40 ºC temperat ūras; 2. bl īvumam pie 15 ºC temperat ūras; 3. siltumietilp ībai. Kā redzams 6. att ēlā, liel ākā viskozit āte pie 40 ºC noteikta rapša e ļļ as 10 % mais ījumam (RE10), toties zem ākā viskozit āte eksperiment āli noteikta d īze ļdegvielai (DD). Var nov ērot, ka, augu e ļļā m

7 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020. pievienojot liel ākos apjomos dietil ēteri, t ās viskozit āte attiec īgi samazin ās. D īze ļdegvielas viskozit āte, sal īdzinot ar lins ēklu e ļļ as 30 % mais ījuma viskozit āti, ir par 46.67 % maz āka.

6. att. Viskozit āte degvielas paraugiem pie 40 ºC temperat ūras

7. att. Bl īvums degvielas paraugiem pie 15 ºC temperat ūras Degvielas bl īvums laboratorijas apst ākļos noteikts pie 15 ºC temperat ūras (skat. 7. att.). Augu eļļā m ir nov ērojama tendence pie liel ākas dietil ētera koncentr ācijas attiec īgi samazin āt bl īvumu, tas attiecas gan uz rapša e ļļ as mais ījumiem, gan lins ēklu e ļļ as mais ījumiem. Rapša e ļļ as 30 % mais ījuma bl īvums, sal īdzin ājum ā ar d īze ļdegvielas bl īvumu pie 15 ºC temperat ūras, ir par 4.7 % liel āks un veido vismaz āko bl īvuma starp ību starp visiem eksperiment ā pielietotajiem augu e ļļ as mais ījumiem.

8. att. Siltumietilp ība degvielas paraugiem

8 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

Nosakot degvielas paraugiem siltumietilp ību un, ieg ūstot rezult ātus, var nov ērot, ka visliel ākā siltumietilp ība ir d īze ļdegvielai, sal īdzin ājum ā ar augu e ļļ as mais ījumiem (skat. 8. att.). Apl ūkojot rapša e ļļ as un lins ēklu e ļļ as mais ījumu rezult ātus, var secin āt, ka, palielinot dietil ētera koncentr āciju attiec īgi, samazin ās siltumietilp ība gan rapša e ļļ as mais ījumiem, gan lins ēklu e ļļ as mais ījumiem.

Secin ājumi 1. Augu e ļļ as mais ījumu degvielu anal īzei ir nepieciešams prec īzs apr īkojums, kas ļauj nepieciešamo īpaš ību anal īzi veikt plaš ā diapazon ā. 2. Dietil ētera pievienošana lins ēklu un rapšu e ļļā m atst āj nenoz īmīgu ietekmi uz degvielas siltumietilp ību, jo īpaši pie zemas koncentr ācijas mais ījumiem. 3. Dietil ētera pievienošana lins ēklu e ļļ ai augst ākā koncentr ācij ā sekm ē mais ījuma viskozit ātes samazin ājumu, t ā pie LE30 jau ir samazin ājusies par 82.17 %, sal īdzin ājum ā ar LE. 4. Dietil ētera pievienošana rapša e ļļ ai 30 % apm ērā nodrošina bl īvuma v ērt ības starp ību ar DD tikai 4.7 %, ta ču siltumietilp ības atš ķir ība starp degviel ām sast āda 15.29 %. 5. Dietil ētera pievienošana rapša e ļļ ai samazina mais ījuma viskozit āti, t ādej ādi uzlabojot iesmidzin āšanas procesa kvalit āti. 6. Pētījumi apstiprina, ka pietiekami zemais lins ēklu e ļļ as 30 % mais ījuma aukst ā filtra nosprostošan ās punkts (-24 ⁰C) var ētu sekm ēt d īze ļautomobi ļa ekspluat āciju ziemas sezon ā pie zem ākām gaisa temperat ūrām, nek ā ar citiem p ētījum ā iek ļautajiem augu e ļļ as mais ījumiem.

Izmantotie inform ācijas avoti [1] Gorski K., Smigins R. Selected Physicochemical Properties of Diethyl Ether/Rapeseed Oil Blends and Their Impact on Diesel Engine Smoke Opacity, Energy Fuels, 32 (2), 2018, pp. 1796-1803. [2] Lotko W., Hernik A., Stobiecki J., Kosmanis T., Gorska M. Smoke Emission of AD3.152 Engine Fuelled With Rapeseed Oil/Diethyl Ether Blends. The Archives of Automotive Engineering – Archiwum Motoryzacji, No. 2, 2018, pp. 65-76. doi: 10.14669/AM.VOL80.ART5 [3] Shu Q., Wang J., Peng B., Wang D., Wang G. Predicting the surface tension of biodiesel fuels by a mixture topological index method, at 313 K. Fuel 87, 2008, pp. 3586-3590. [4] Tensiometer Lauda TD1C (S.a.) [online] [16.01.2020]. Available: https://www.lfm.uni- rostock.de/en/equipment/analyse/tensiometer/

9 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

TR ĪSRITE ŅU ELEKTROVELOSIP ĒDA R ĀMJA KONSTRUKCIJAS ANAL ĪZE ANALYSIS OF THREE – WHEEL ELECTRIC BICYCLE FRAME DESIGN Dainis Bergšpics Tehnisk ās fakult ātes 2. kursa ma ģistrants Dainis Berjoza Zin ātniskais vad ītājs, profesors, Dr. sc. ing.

Abstract. In nowdays renewable resources play an increasingly important role in everyday life as fossil fuel resources decreases. An electric vehicle with a solar cell is a good solution for the transport mode to ensure mobility. Such vehicles can ensure environmentally friendly movement. The aim of this study is to analyse the most popular three – wheel bicicyle design types on the market, their advantages and disadvantages and develop a three-wheel solar electric bicycle frame design.

Atsl ēgas v ārdi: elektromobilis,elektromotors, akumulators, saules baterija, r āmis.

Ievads Šī p ētījuma m ērķis ir izanaliz ēt tirg ū pieejamos tr īsrite ņu konstrukt īvos veidus, to priekšroc ības un tr ūkumus, lai izstr ādātu 3D CAD tr īsrite ņa elektrovelosip ēda un saules baterijas r āmi. Pašlaik ir iesp ējams ieg ādāties tr īsrite ņus ar gu ļus s ēdpoz īciju ( recumbent tricycles ), kas paredz ēti atp ūtai, ikdienai un sporta vajadz ībām. Tirg ū pieejami vair āki tr īsrite ņu elektrovelosip ēdi, ta ču patlaban nav pieejami tr īsrite ņu elektrovelosip ēdi ar saules bateriju. Pētījum ā apzin āti tr īsrite ņu konstrukt īvie veidi, lai izv ērt ētu un izstr ādātu piem ērotu tr īsrite ņu elektrovelosip ēda un saules baterijas r āmi. Izmantojot daž ādus pieejamos informat īvos resursus, apkopota š āda inform ācija: • konstrukt īvo veidu priekšroc ības un tr ūkumi; • pieejamo analogu tehniskie dati. Pēc š īs anal īzes tiek izstr ādāts tr īsrite ņu sol ārā elektrovelosip ēda r āmja 3D CAD modelis un veiktas stipr ības simul ācijas p ārbaudes pie noteikt ām slodz ēm.

Materi āli un metodes Sol ārā elektrovelosip ēda r āmja 3D CAD modelis un r āmja stipr ības p ārbaude veikta Solidworks vid ē. Solidworks Simulation izmanto gal īgo elementu metodi (GEM) daž ādu sarež ģī tu uzdevumu risin āšanai [1]. Stipr ības simul ācijas m ērķis ir p ārbaud īt tr īsrite ņa r āmja iztur ību pie ārējām slodz ēm, lai noteiktu vai r āmis sp ēs iztur ēt pieliktos sp ēkus. Stipr ības simul ācijas rezult ātu precizit āte ir atkar īga no vair ākiem faktoriem: • materi āla veida; • pieliktaj ām slodz ēm; • atbalsta punktiem. Sol ārājam elektrovelosip ēdam r āmim izvirs ītās š ādas pras ības: • velosip ēdu r āmim j āiztur 100 kg brauc ēja svars; • velosip ēdu kostrukcijai j āiztur 40 kg saules baterijas pane ļa un t ā r āmja svars; • velosip ēdu konstrukcijai j ābūt vieglai, rāmja svars nedr īkst p ārniegt 10 kg; • velosip ēdu konstrukcijai j ābūt stabilai pagriezienos; • saules baterijai j ābūt viegli uzst ādāmai un atdal āmai no velosip ēdu r āmja; • velosip ēdā r āmja izgatavošanai j ābūt p ēc iesp ējams vienk ārš ākai.

Rezult āti un diskusija Tr īsrite ņu velosip ēdus ar gu ļus s ēdpoz īciju p ēc konstrukcijas veida iedala 2 grup ās: • delta – velosip ēdu konstrukcija, kam viens ritenis ir uz priekš ējās ass un divi rite ņi uz paka ļē jās ass;

10 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

• tadpole – velosip ēdu konstrukcija, kam divi rite ņi ir uz priekš ējās ass, un viens ritenis uz paka ļē jās ass. Tr īsrite ņu konstrukcijas veidi par ādīti 1. att ēlā [2;3].

1. att. Tr īsrite ņu konstrukcijas veidi Gu ļošo tr īsrite ņu velosip ēdu sniegt ās priekšroc ības attiec ībā pret klasiskajiem velosip ēdiem: • komforts – sniedz muguras, s ēžamvietas un kakla atbalstu, kas īpaši svar īgi cilv ēkiem ar muguras un kakla probl ēmām; • aerodinamika – gu ļošie velosip ēdi ir zem āki par klasiskajiem velosip ēdiem. K ā rezult ātā brauc ējiem j āpat ērē maz āk ener ģijas, p ārvarot gaisa pretest ību. • stabilit āte – atš ķir ībā no klasiskajiem velosip ēdiem, gu ļošie tr īsrite ņu velosip ēdi ir stabili. Nav nepieciešams balansēt l īdzsvaru uz velosip ēda, ar ī braucot ļoti l ēni vai pat st āvot, padara šo velosip ēda veidu par ide ālu transportl īdzekli visiem, ieskaitot cilv ēkus ar apgr ūtin ātām pārvietošan ās sp ējām; • ātrums – gu ļošie velosip ēdi ir ātr āki par klasiskajiem velosip ēdiem un šobr īd glab ā pasaules ātruma rekordu velosip ēdu grup ā [4]. Tirg ū pieejami vair āki r ūpnieciski ražoti gu ļošie tr īsrite ņu velosip ēdi. Katram velosip ēdu konstrukcijas veidam ir savas priekšroc ības un tr ūkumi. Dažu tadpole tr īsrite ņu velosip ēdu tehniskie parametri par ādīti 1. tabul ā. 1. tabula Tadpole tr īsrite ņu tehniskie parametri Bacchetta Ice TerraTrike Parametri Catrike 700 Azub Ti-FLY Carbon Adventure Gran trike 26 Tourismo Garenb āze, mm 1168 1238 1194 1125 1118 Šķē rsb āze, mm 699 755 699 750 750 Platums, mm 787 835 737 825 840 Garums, mm 2083 2230 1930 2130 1930 Augstums, mm 679 820 686 800 - Sēdpoz īcijas le ņķ is, º 25º 34º - 52º - 38º - 51º 40º - 65º Sēdpoz īcijas augstums, mm 216 260 - 310 381 Sēdpoz īcijas platums, mm 356 - - 380 - Kl īrenss, mm 102 95 76 150 - Apgriešan ās r ādiuss, m 3.0 - 2.9 2.6 2.6 Pašmasa, kg 15.4 - - 16.5 19.0 MAX brauc ēja svars, kg 125 125 125 125 135 Cena, EUR 3623 4485 5500 3311 2292 Tadpole tr īsrite ņi ir zem āki, maz āki, viegl āki, ātr āki un sportisk āki par Delta tr īsrite ņiem. Tiem ir zems smaguma centrs. Tr īsrite ņu konstrukcija nodrošina lab āku stabilit āti pagriezienos un bremz ēšanas īpaš ības. B ūdami zem āki par Delta tr īsrite ņiem, tajos ir gr ūtāk ies ēsties. Parasti Tadpole tr īsrite ņiem ir liel āks apgriešan ās r ādiuss par Delta tr īsrite ņiem. Tadpole tr īsrite ņiem ir vienk ārš āk uzstādīt papildu piedzi ņu nek ā Delta tr īsrite ņiem. Tadpole tr īsrite ņi ir lieliska izv ēle, kad ātrums un stabilit āte ir priorit āte sal īdzin ājum ā ar manevr ēšanas sp ējām un apgr ūtin āto ies ēšanos.

11 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

Daži delta tr īsrite ņu velosip ēdu tehniskie parametri par ādīti 2. tabul ā. Delta tr īsrite ņi ir augst āki, liel āki, smag āki, l ēnāki un maz āk sportisk āki par Tadpole tr īsrite ņiem. Tie ir daudzpus īgāki un manevr ētsp ējīgāki par tadpole tr īsrite ņiem. Apgriešan ās r ādiuss ir nedaudz liel āks par tr īsrite ņa garumu. Delta tr īsrite ņi ir laba izv ēle, ja manevr ēšana ir priorit āte. Tie ir pateic īgāki brauc ējiem ar ierobežot ām p ārvietošan ās sp ējām, jo tajos ir viegl āk ies ēsties. 2. tabula Delta tr īsrite ņu tehniskie parametri Trindent SunSeeker GreenSpeed Parametri Hase TRIGO JOUTA ECO-DELTA ANURA DELTA SX Garenb āze, mm 1900 1600 1800 1600 Šķē rsb āze, mm 670 - 690 - Platums, mm 720 830 762 775 Garums, mm 2170 2100 2300 2090 Augstums, mm 960 1065 - 800 Sēdpoz īcijas le ņķ is, º 39º - 63º - 38º - 45º 38º - 51º Sēdpoz īcijas augstums, mm 450 665 406 580 Sēdpoz īcijas platums, mm - - - - Kl īrenss, mm 160 - - - Apgriešanas r ādiuss, m 2.3 - - - Pašmasa, kg 18 21.5 26.7 26 MAX brauc ēja svars, kg 135 140 160 135 Cena, EUR 2742 2375 1076 979 Velosip ēda r āmja mode ļi izstr ādāti un r āmja stipr ības p ārbaudes veiktas SolidWorks vid ē. R āmja izstr ādes procesa konstru ēti, vair āki iesp ējamie velosip ēda r āmja varianti. Velosip ēda r āmja konstrukcijas veidi par ādīti 2. att ēlā.

1 2 3 2. att. Velosip ēda r āmja konstrukcijas veidi: 1 – prototips Nr. 1; 2 – prototips Nr. 2; 3 – prototips Nr. 3 Sal īdzin ātie velosip ēda r āmji ir viens otram l īdz īgi p ēc dizaina, ta ču atš ķir īgi p ēc konstrukt īvajiem risin ājumiem, kas nodrošina atš ķir īgas velosip ēda r āmim izvirz ītās pras ības. Piem ērām, prototips Nr. 3, nodrošina visas izvirz ītās pras ības, ta ču ir atš ķir īgs no prototipa Nr. 2, ar vienk āršo velosip ēda r āmja izgatavošanu un mont āžu. Savuk ārt, prototips Nr.1 ir atš ķir īgs ar brauc ēja s ēdek ļā konstrukciju, kas nodrošina lab āku stabilit āti braucējam pagriezienos, toties ieverojami palielina velosip ēda pašmasu. Tālākai velosip ēda r āmja analizei tiek izmantots prototips Nr.3, jo t ā r āmis atbilst izvirz ītaj ām sol ārā elektrovelosip ēda r āmja pras ībām. Tr īsrite ņa r āmis projekt ēts p ēc standartiz ētajiem materi ālu izm ēriem, t ādā veid ā atvieglojot t ā izgatavošanu un materi āla ieg ādi. Velosip ēda r āmim izmantoto materi ālu saraksts par ādīts 3. tabul ā.

12 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

3. tabula Velosip ēdu r āmim izmantoto materi ālu saraksts Nr. p.k. Apz īmējums Izm ērs, mm Materi āls 1 Caurule 33.7 × 3.2 EN10255 2 Caurule 21.3 × 2.6 EN10255 3 Loksne 2 S235 4 Loksne 3 S355 5 Loksne 5 S355 Stipr ības simul ācijas p ārbaud ē izmantotais 3D CAD modelis par ādīts 3. att ēlā.

3. att. Stipr ības simul ācijas p ārbaud ē izmantotais 3D CAD modelis Stipr ības simul ācijas p ārbaudei velosip ēdā r āmja materi āli defin ēti atbilstoši p ēc 1.tabulas, slodzes un atbalsta punkti defin ētas re ālai situ ācijai. Slodzes un atbalsta punkti par ādīti 4. att ēlā.

4. att. Slodzes un atbalsta punkti Stipr ības p ārbaud ē iev ērtas š ādas slodzes: • 100 kg brauc ēja svars uz s ēdek ļa balstiem; • 40 kg saules baterijas pane ļa un to r āmja svara slodz ē uz velosip ēda r āmi; • 300 N liels sp ēks uz pedaliz ācijas asi; • zemes pievilšan ās sp ēks. Sp ēku darb ības virzieni att ēloti 4. att ēlā ar bultu viol ētā un sarkan ā kr āsā, savuk ārt atbalsta punkti za ļā kr āsā. Sol ārā elektrovelosip ēda r āmja droš ības koeficients par ādīts 5. att ēlā. Droš ības koeficients r āda maksim ālā sprieguma attiec ību, ko konstrukcija vai konstrukcijas kop ā var iztur ēt pret maksim ālo

13 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020. spriegumu, k ādam tas pak ļauts [5]. Droš ības koeficients tiek reizin āts ar 1. Velosip ēda r āmja konstrukcijai droš ības koeficientam b ūtu j āpārsniedz 3, lai nodrošin ātu konstrukcijas iztur ību ar ī pie dinamisk ām slodz ēm. Piem ēram, braucot pa nel īdzenu ce ļu vai iebraucot bedr ē, kas palielina ārējās slodzes iedarb ību uz konstrukciju 2 l īdz 3 reizes vair āk nek ā, kad konstukcija atrodas miera st āvokl ī.

5. att. Velosip ēda r āmja droš ības koeficients Velosip ēda minim ālais droš ības koeficients par ādīts 6. att ēlā. Minim ālais droš ības koeficients atrodas š ķē ršcaurules un velosip ēda groz āmās ass korpusa savienojum ā viet ā, kur minim ālais droš ības koeficients ir vismaz 4.2.

6. att. Rāmja minim ālais droš ības koeficients Pēc ieg ūtajiem rezult ātiem, var sein āt, ka sol ārā elektrovelosip ēda r āmis ir drošs un nav nepieciešams veikt izmai ņas velosip ēdu r āmja konstrukcij ā. Kop ējā r āmja droš ības koeficients ir vismaz 10, atseviš ķā s viet ās maz āks, kas ir vair āk k ā nepieciešams š āda veida velosip ēda r āmim. Š āda velosip ēda kop ējā r āmja masa ir 8.5 kg, ko iesp ējams samazin āt, izmantojot caurules ar samazin ātu sienas biezumu. Toties samazinot caurules sienas biezumu, samazin āsies velosip ēda r āmja kop ējā iztur ība.

Secin ājumi 1. Piem ērot ākais tr īsrite ņu velosip ēdu konstrukcijas veids priekš sol ārā elektrovelosip ēda r āmja ir Tadpole tr īsrite ņu konstrukcija.

14 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

2. Prototips Nr. 3 vislab āk atbilst izvirz īto sol āro elektrovelosip ēda r āmja pras ībām, to tam ir vienk ārša konstrukcija un neliels materi ālu daudzums. 3. Sol ārā elektrovelosip ēda rāmja masa b ūs 8.5 kg. 4. Simul ācijas rezult ātā ieg ūtais velosip ēda r āmja droš ības koeficients ir vismaz 4.2.

Izmantotie inform ācijas avoti [1] Kurowski P. M. Engineering Analysis with SOLIDWORKS Simulation 2015. SDC Publications, 2015. [2] “Catrike 700.” [online][16.01.2020]. Available at: https://www.catrike.com/700 [3] “Hase Bikes Kettwiesel Performance Trike - RAD-Innovations.” [online] [16.01.2020]. Available at: https://www.rad-innovations.com/hase-bikes-kettwiesel.html [4] “Queensland Recumbent Trikes benefits: comfort and stability on wheels.” [online] [11.02.2020]. Available at: https://recumbent.co/recumbent-benefits/. [5] “SOLIDWORKS Simulation Factor of Safety | SOLIDWORKS.” [online] [16.03.2020]. Available at: https://www.solidworks.com/sw/resources/videos/solidworks-simulation-factor-of- safety.htm

15 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

UZ ŅĒ MUMA AUTOPARKA IZMAKSU ANAL ĪZE P ĀREJAI UZ ELEKTROTRANSPORTU ANALYSIS OF CAR FLEET CHARGES FOR THE COMPANY’S TRANSITION TO ELECTRIC TRANSPORT Jānis Saule Tehnisk ās fakult ātes 2. kursa ma ģistrants Dainis Berjoza Zin ātniskais vad ītājs, profesors, Dr. sc.ing.

Abstract. Today, increasing attention is being paid to the reduction of greenhouse gases (GHG) in all areas of the economy, including transport. Statistics show that transport is one of the largest contributors to GHG emissions. As the number of transport increases, the amount of GHG they generate also increases. Although vehicles with lower fuel consumption are currently being manufactured, they have a significant impact on GHG production, but as the number of vehicles and their distances traveled, the amount of GHG released into the atmosphere remains practically unchanged. The author has carried out a study on the possible transition of fossil fuels to electric vehicle (EV) for vehicles used by Latvenergo AS. Based on the TCO analysis, calculations have been made for the company’s transition to EV.

Atsl ēgas v ārdi: transporta parks, elektrotransports, transporta izmeši, elektrosp ēkrati, siltumn īcefekta g āzes.

Ievads Šobr īd arvien liel āka uzman ība tiek piev ērsta siltumn īcefekta g āzu (SEG) samazin āšanai vis ās tautsaimniec ības jom ās, taj ā skait ā transporta jom ā. Statistikas dati liecina, ka transports ir viens no liel ākajiem SEG emisiju veidot ājiem. Palielinoties transporta skaitam, palielin ās ar ī to rad īto SEG daudzums. Lai ar ī šobr īd tiek ražoti transportl īdzek ļi ar maz āku degvielas pat ēri ņu, kas b ūtiski ietekm ē SEG rašanos, tom ēr palielinoties transportl īdzek ļu skaitam un to nobrauktajiem att ālumiem, SEG daudzums, kas non āk atmosf ērā, paliek praktiski nemain īgs. Uz Latviju, l īdz īgi k ā uz p ārējām Eiropas savien ības dal ībvalst īm, attiecas Eiropas Parlamenta un Padomes 2014. gada 22. oktobra Direkt īva 2014/94/ES par alternat īvo degvielu ieviešanu [1]. Tas noz īmē, ka Latvijai ir j āizstr ādā alternat īvo degvielu ieviešanas ilgtermi ņa pl āns transportl īdzek ļiem. Latvijas ilgtsp ējīgas att īst ības strat ēģ ija l īdz 2030. gadam [2] nosaka, ka Latvij ā ir j āievieš videi draudz īgs transports un j āveicina gan sabiedrisk ā, gan priv ātā transporta p āreja uz alternat īviem degvielas veidiem. Lai samazin ātu vides pies ārņojumu un fosilo degvielu pat ēri ņu, ir pied āvājums pāriet uz t ādiem transportl īdzek ļu viediem, kas tiek darbin āti ar elektrisko piedzi ņu, hibr īd sist ēmu, biog āzi vai biodegvielu. Ir pied āvājums pils ētās ierobežot priv ātā transporta izmantošanu un, izmantojot fisk ālas metodes, ierobežot neracion ālu kravas transporta izmantošanu. Šobr īd AS “Latvenergo” piesaka sevi nozar ē, kas strauji att īst ās un klientiem tiek pied āvātas elektrotransportl īdzek ļu (ETL) ātr ās uzl ādes stacijas. Uz ņē mums nor āda [3], ka šaj ās uzl ādes stacij ās tiks pied āvāta tikai za ļā ener ģija, kas tiek saražota Daugavas HES kask ādēs. Paral ēli uzl ādes staciju pakalpojuma pied āvāšanai, AS “Latvenergo” izskata veidus, k ā uz ņē mum ā atteikties no fosil ās degvielas transportl īdzek ļiem un p āriet uz elektrotransportu, kas uz ņē muma vajadz ībām izmantotu tikai za ļo ener ģiju. K ā nor ādīts p ētījum ā [4], publisk ā sektora uz ņē mumiem ir j ārāda piem ērs priv ātajam sektoram, k ā att īst īt p āreju uz alternat īvās degvielas izmantošanu. Pētījuma m ērķis: noteikt ekonomisko lietder īgumu uz ņē muma p ārejai uz ETL.

Materi āli un metodes Tika izanaliz ēta š ī br īža situ ācija Latvij ā ETL jom ā, transportl īdzek ļu skaits, pieauguma prognozes, k ā ar ī ETL uzl ādes punktu skaits un pieauguma prognozes. Lai sal īdzin ātu ETL un fosil ās degvielas transporta izmaksas, tika izanaliz ēti uz ņē mum ā uzkr ātie dati par transporta parka izmaks ām ieskaitot remonta izmaksas, regul āro tehnisko apkopju izmaksas, degvielas izmaksas, nodok ļu un nodevu izmaksas. Tika analiz ēti tikai tie transportl īdzek ļi, kas tiek lietoti R īgā un R īgas re ģion ā. Š āda prakse izv ēlēta pamatojoties uz transportl īdzek ļu ikdien ā nobrauktajiem att ālumiem un elektrotransporta uzl ādes infrastrukt ūras pieejam ību. Lai prognoz ētu ETL pilna dz īves cikla izmaksas (TCO) tika p ētīta literat ūra par ETL dz īvescikla izmaksu apr ēķ inu un reflekt ēta person īgā pieredze veicot apr ēķ inus par transportl īdzek ļu uztur ēšanu

16 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020. un apkalpošanu. Tika analiz ēti p ētījumi [5], kuros TCO izmaksu apr ēķ in ā tiek ietvertas vides ietekmes izmaksas un fosil ā transporta nodar ītais kait ējums uz cilv ēku vesel ību. Analiz ējot literat ūru, kur ā veikts p ētījums [6], kas analiz ē lietot āju datus par tr īs daž ādu segmentu ETL un fosil ās degviela transportl īdzek ļu sal īdzin ājumu, tika izv ēlēts modelis, ar k ādu autors veiks savu datu anal īzi. Tika analiz ēta ETL d īleru sniegt ā inform ācija par transportl īdzek ļu regul āraj ām un oblig ātaj ām apkop ēm un to izmaks ām, kas j āveic transportl īdzek ļa garantijas ietvaros. T ā rezult ātā tika ieg ūti dati par ETL TCO, ko bija iesp ējams sal īdzin āt ar esoš ā transporta parka TCO datiem un veikt anal īzi izmaksu sal īdzin āšan ā. Uz ņē muma ekonomiskais lietder īgums p ārejai uz ETL tiks noteikts sal īdzinot ieg ūtos TCO datus fosil ās degvielas transportl īdzek ļiem un ETL. Šaj ā darb ā autors pie ņem, ka ekonomiski lietder īgāk ir ekspluat ēt t ādu transportl īdzekli, kuram ir maz ākas TCO izmaksas.

Rezult āti un diskusija Šobr īd Latvij ā re ģistr ēto ETL skaits ir sal īdzinoši neliels. K ā redzams no 1. tabul ā esošajiem VAS “Ce ļu satiksmes droš ības direkcijas” (CSDD) datiem, tad uz 01.01.2020. Latvij ā bija re ģistr ēti 658 ETL, kas uz kop ējā vieglo transportl īdzek ļu fona ir tikai 0.1 %. 1. tabula Re ģistr ēto transportl īdzek ļu skaits uz 01.01.2020. Vieglais transports Degvielas veids skaits, gab. % no kop ējā skaita Benz īns 230506 31.7 % Dīze ļdegviela 447468 61.5 % Gāze 6 0.0 % Elektr ība un benz īns 111 0.0 % Elektr ība un d īze ļdegviela 23 0.0 % Elektr ība 658 0.1 % Gāzģenerators 0 0.0 % Benz īns un g āze 27828 3.8 % Dīze ļdegviela un g āze 5 0.0 % Benz īns un naftas g āze 20323 2.8 % Benz īns un dabas g āze 157 0.0 % Dīze ļdegviela un naftas g āze 1 0.0 % Dīze ļdegviela un dabas g āze 0 0.0 % Naftas g āze 15 0.0 % Dabas g āze 50 0.0 % Dabas g āze un naftas g āze 13 0.0 % Kop ā 727164 100.0 % Kopš 2011. gada, kad AS “Latvenergo” re ģistr ēja Latvij ā pirmos divus ETL Fiat Fiorino Electrico ir pag ājuši devi ņi gadi un kop ējais ETL skaits Latvij ā ir audzis. Liel ākais pieaugums s ākās 2015. gad ā, kad uz ņē mumiem ETL ieg ādei tika pieš ķirts l īdzfinans ējums 80 % apm ērā. Kopš š ī br īža ETL skaits Latvij ā turpina palielin āties, un, k ā prognoz ēts p ētījum ā [4], tad l īdz 2050. gadam optimistisk ākā scen ārija gad ījum ā tam b ūtu j āsasniedz 28.8 % no kop ējā transportl īdzek ļu īpatsvara. Straujš ETL pieaugums nov ērojams p ēdējā gada laik ā, jo to skaits pieaudzis par 198 vien ībām un sasniedzis 658 vien ības. P ēc AS “Latvenergo” prognoz ēm [3] tuv āko desmit gadu laik ā ETL skaits var ētu sasniegt 30 t ūkstošus vien ības, kas, saglab ājoties nemain īgam transportl īdzek ļu pieaugumam, var ētu sasniegt aptuveni 3 % no kop ējā vieglo transportl īdzek ļu skaita. Palielinoties ETL skaitam ir palielin ājies ar ī uzl ādes punktu skaits. K ā liecina nacion ālais elektrouzl ādes t īkls e-mobi [7], tad pašlaik Latvij ā šaj ā t īkl ā darbojas 72 ātrās uzl ādes stacijas, kas nodrošina ETL p ārvietošanos vis ā Latvijas teritorij ā. Šo uzl ādes staciju t īklu uztur CSDD. L īdz 2021. gadam ir pl ānota uzl ādes t īkla paplašin āšana, izveidojot ātr ās uzl ādes staciju t īklu, kas sast āvēs no 150 ātr ās uzl ādes punktiem. Prognoz ēts, ka palielinoties ETL skaitam, uzl ādes stacijas nodrošin ās ne tikai CSDD, bet ar ī citi pakalpojumu sniedz ēji un t ādējādi kop ējas uzl ādes staciju skaits var ētu b ūt v ēl

17 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020. liel āks. L īdz ar to tiks nodrošin āta ETL mobilit āte vis ā Latvijas teritorij ā un var ētu tikt samazin ātas rindas uz ETL uzl ādi, kas reiz ēm ir nov ērojams šobr īd. Analiz ējot datus par uz ņē muma transportl īdzek ļiem, tika apkopoti dati par 143 vieglajiem transportl īdzek ļiem, kuru b āzes vietas ir R īgā. Anal īze veikta tikai par tiem transportl īdzek ļiem, kuru izmantošana ir tikai darba vajadz ībām. Kopum ā šaj ā kategorij ā ir sešu daž ādu specifik āciju transportl īdzek ļi, kuru sadal ījums par ādīts 1. att ēlā.

1. att. Transportl īdzek ļu sadal ījums pa specifik ācij ām Kā redzams, tad liel ākais transportl īdzek ļu īpatsvars ir specifik ācij ā 3.1 Vieglais plašlietojuma – kompaktais furgons , kas kop ā sast āda 65 vien ības. Šaj ā specifik ācij ā pamat ā ietilps Renault Kangoo un VW Caddy transportl īdzek ļi. 2. att ēlā ir redzams kop ējais transportl īdzek ļu sadal ījums pa transportl īdzek ļu mark ām un mode ļiem.

2. att. Transportl īdzek ļu dal ījums pa mark ām un mode ļiem Var secin āt, ka kop ā tiek izmantoti asto ņu daž ādu marku transportl īdzek ļi ar piecpadsmit daž ādiem mode ļiem. No transportl īdzek ļu apkalpošanas viedok ļa š āds autoparka modelis ir ļoti nepraktisks, uz ko ir nor ādījuši ar ī auditori, un prasa lielu administrat īvo resursu to apkalpošan ā, jo ir daudz atš ķir īgu servisu katrai markai un modelim, kas tos apkalpo. Transporta parka vien ādošanai lietder īga b ūtu darba vajadz ībām izmantojamo transportl īdzek ļu specifik āciju apvienošana. Sešas esoš ās specifik ācijas aizst āt ar trim un turpm ākās transportl īdzek ļu ieg ādes veikt tikai šaj ās specifik ācij ās. Pied āvātais specifik āciju apvienojums un jaunais dal ījums redzams 2. tabulā. Turpm ākā p ētījuma gait ā datu anal īze un sal īdzin ājums ar potenci ālajiem ETL tiks veikts š ādā dal ījum ā. Visiem transportl īdzek ļiem ir veikta maks ājumu r ēķ inu datu anal īze par 2019. gadu, kas par āda vid ējās remonta izmaksas katram transportl īdzeklim gada griezum ā. Šaj ā gad ījum ā pie remonta izmaks ām tiek pieskait ītas visas transportl īdzek ļa pl ānoto regul āro tehnisko apkopju izmaksas un nepl ānoto boj ājumu vai norm āla nolietojuma remonta izmaksas. Visi izmaksu dati tiks atspogu ļoti summ ās bez PVN. Analiz ējamie transportl īdzek ļi ir daž āda vecuma un ar daž ādiem nobraukumiem,

18 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020. tāpēc ieg ūtos datus var izmantot pilnv ērt īgai anal īzei, neveidojot datu anal īzes par katru gadu. 3. tabul ā redzamas gada kop ējās remonta izmaksas katrai no apvienotaj ām transportl īdzek ļu specifik ācij ām, k ā ar ī vid ējās remonta izmaksas uz 100 nobrauktajiem kilometriem. 2. tabula Jaunais specifik āciju dal ījums Esoš ās specifik ācijas Jaun ā apvienot ā specifik ācija 2.1. Vieglais pasažieru – vid ējā klase 2.1.1. Vieglais pasažieru – kompakt ā apvidus klase Vieglais pasažieru – kompakt ā klase 2.2. Vieglais pasažieru – kompakt ā klase 2.3.1. Vieglais pasažieru – maz ā apvidus klase Vieglais pasažieru – mini klase 2.4. Vieglais pasažieru – mini klase 3.1. Vieglais plašlietojuma – kompaktais furgons Vieglais plašlietojuma – kompaktais furgons 3. tabula Vid ējās remonta izmaksas 2019. gada vid ējās 2019. gada vid ējas 2019. gada vid ējais Specifik ācija remontizmaksas, remontizmkasas nobraukums, km EUR EUR·100km -1 Vieglais pasažieru – 451.00 9 112.00 4.95 kompakt ā klase Vieglais pasažieru – 379.00 7 077.00 5.35 mini klase Vieglais plašlietojuma – 574.00 9 454.00 6.07 kompaktais furgons Kā redzams, tad izmaksas katr ā specifik ācij ā atš ķiras, bet nav redzama tieša sakar ība starp vid ējā nobraukuma un remontizmaksu palielin āšanos. Maz ākās izmaksas ir Vieglais pasažieru – kompakt ā klase , tas var ētu b ūt skaidrojams, ka šos transportl īdzek ļus izmanto administr ācijas vajadz ībām un ar tiem netiek p ārvad ātas darba iek ārtas un instrumenti. Lai korekti sal īdzin ātu esoš ās remontizmaksas ar potenci ālaj ām ETL remontizmaks ām, ir nepieciešams izmaksu atšifr ējums pa remontu mezgliem, jo ETL motora mezgli atš ķiras no fosil ā kurin āmā motora mezgliem. 3. att ēlā ir atšifr ētas specifik ācijas Vieglais pasažieru – kompakt ā klase remontizmaksas un to sadal ījums pa mezgliem.

3. att. Remontu un apkopju īpatsvars 2019. gad ā p ēc mezglu veida specifik ācijai Vieglais pasažieru – kompakt ā klase

19 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

Ir redzams, ka š īs specifik ācijas liel ākas remontizmaksas veidojas sada ļā dzin ējs, kas ir saist īts ar dzin ēja regul ārajam tehniskaj ām apkop ēm un remontiem. Š īs izmaksas sast āda 21.25 % no kop ējām transportl īdzek ļa remontu izmaks ām, kas ir iev ērojams lielums. K ā nor āda ražot āji, tad ETL dzin ēja apkopes nav j āveic, bet mans pie ņē mums ir, ka ilgtermi ņā lietojot transportl īdzekli, ar ī elektromotoram var rasties boj ājumi, kas b ūs j ānov ērš par uz ņē muma l īdzek ļiem. 4. att ēlā ir remontizmaksu atšifr ējums specifik ācijai Vieglais pasažieru – mini klase .

4. att. Remontu un apkopju īpatsvars 2019. gad ā p ēc mezglu veida specifik ācijai Vieglais pasažieru – mini klase

No att ēla redzams, ka remontu specifika atš ķiras un liel ākais remontu īpatsvars ir sada ļā bremzes, kas šai specifik ācijai sast āda 21.98 % no kop ējām izmaks ām. ETL ir apr īkoti ar re ģenerat īvo bremz ēšanas iek ārtu, kas samazina darba bremžu dilšanu un to remontizmaksas. 5. att ēlā ir datu apkopojums Vieglais plašlietojuma – kompaktais furgons specifik ācijas transportl īdzek ļiem.

5. att. Remontu un apkopju īpatsvars 2019. gad ā p ēc mezglu veida specifik ācijai Vieglais plašlietojuma - kompaktais furgons

20 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

Šaj ā specifik ācij ā liel ākās izmaksas 2019. gad ā ir veidojuš ās, remont ējot dzes ēšanas sist ēmu, kop ējais šo izmaksu īpatsvars ir bijis 15.27 %. Ņemot v ērā ETL uzb ūvi un ekstrapol ējot ieg ūtos datus, var pie ņemt, ka kop ējās ETL remontizmaksas samazin āsies par 20 % no kop ējām remontizmaks ām. ETL iztr ūkst t āda galven ā mezgla k ā iekšdedzes motors, tam ir cit ādāka dzes ēšanas sist ēma, nav saj ūga un maz āk dilst bremzes, bet ir krietni vair āk elektrisko ķē žu un augstsprieguma mezglu, kas ilgtermi ņa lietošan ā var rad īt sal īdzin āmas izmaksas. Viens no d ārg ākajiem ETL mezgliem ir t ā akumulatoru baterija, kas regul āri tiek l ādēta un izl ādēta. Ja transportl īdzek ļi tiek lietoti ilg āk nek ā tiem ir garantijas termi ņš, tad baterijas nomai ņa var rad īt ļoti b ūtiskas izmaksas. Uz ņē mumam ir bijusi š āda pieredze, kur ā tika veikta akumulatoru baterijas nomai ņa Fiat Fiorino Electrico – baterijas cena p ārsniedza tehnisk ā kārt ībā esoša transportl īdzek ļa tirgus cenu. Pamatojoties uz 3. tabul ā redzamajiem vid ējiem gada nobraukumiem, var secin āt, ka jebkuru no esošaj ām specifik ācij ām ir iesp ējams aizst āt ar ETL, jo nevien ā specifik ācij ā transportl īdzek ļa vid ējais dienas nobraukums nav liel āks par 40 kilometriem. Lai aizst ātu šobr īd parkā esošos fosil ās degvielas transportl īdzek ļus ar ETL, ir izv ēlēti tr īs daž ādu specifik āciju ETL, kas p ēc tehniskajiem parametriem un apr īkojuma atbilst šobr īd AS “Latvenergo” transporta park ā esošajiem transportl īdzek ļiem. Izv ēlēto ETL galvenie parametri ir par ādīti 4. tabul ā. 4. tabula ETL galvenie parametri Parametrs VW e-up! Nissan Leaf Nissan e-NV200 Cena, EUR bez PVN 16 987.60 33 742.69 34 150.00 Ar vienu uzl ādi 260.00 385.00 301.00 nobraucamais att ālums, km Elektr ības pat ēri ņš, 12.70 18.50 25.90 kWh·100km -1 Dzin ēja jauda, kW 61.00 160.00 80.00 Kā redzams, tad pied āvātajiem transportl īdzek ļiem nobraucamais att ālums ar vienu uzl ādi piln ībā apmierina un pat p ārsniedz nepieciešam ās pras ības, t ādēļ izv ēlētie transportl īdzek ļi ikdien ā nerad ītu papildus ne ērt ības ar to uzl ādes biežumu. Turpm āk tiks veikta park ā esošo transportl īdzek ļu sal īdzin ājums ar eventu ālajiem ETL. No šobr īd park ā esošajiem transportl īdzek ļiem, izmaksu sal īdzin āšanai, ir izv ēlēti p ēdējos iepirkumos ieg ādātie VW UP! , Ford Focus un Renault Kangoo . 5. tabul ā redzamas park ā esošo transportl īdzek ļu ieg ādes vērt ības, par k ādām AS “Latvenergo” ir ieg ādājies min ētos transportl īdzek ļus, un to patreiz ējā tirgus vērt ība pie ņemot, ka transportl īdzek ļi tiks ekspluat ēti piecus gadus un to vid ējais nobraukums b ūs tāds, k ā redzams 3. tabulas datos. Šobr īd piecu gadu vecumu ir sasnieguši visi uz ņē mum ā esošie VW UP! , jo tie tika iepirkti 2014. gad ā. 5. tabula Esošo transportl īdzek ļu ieg ādes cenas un v ērt ības kritums Jauna TL cena, 5 gadus lietota TL Vērt ības kritums, TL marka, modelis EUR tirgus cena, EUR EUR VW UP! 8 480.00 5 200.00 3 280.00 Ford Focus 11 340.00 8 100.00 3 240.00 Renault Kangoo 12 410.00 9 500.00 2 910.00 Lietoto transportl īdzek ļu cenas ieg ūtas tirgus anal īzes rezult ātā, kur dati tika apkopoti no daž ādiem interneta resursiem, kuros tiek pied āvāti lietoti transportl īdzek ļi. Tika analiz ēti viet ējie port āli un tajos pied āvātie transportl īdzek ļi [8] un liel ākie ārvalstu port āli [9] un to pied āvājums. Datu atlas ē tika izmantoti transportl īdzek ļu vecuma, nobraukuma un apr īkojuma l īme ņa krit ēriji, kas atbilst šobr īd park ā esošajiem transportl īdzek ļiem. Identisks sal īdzin ājums veikts eventu ālajiem ETL, pie ņemot, ka tos ekspluat ēs piecus gadus un nobraukumi b ūs l īdz īgi. Šie dati redzami 6. tabul ā. K ā redzams, tad v ērt ības kritums ir krietni iev ērojam āks un turpm ākajos apr ēķ inos atsauksies uz viena kilometra izmaks ām.

21 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

6. tabula ETL transportl īdzek ļu ieg ādes cenas un v ērt ības kritums Jauna TL cena, 5 gadus lietota TL Vērt ības kritums, TL marka, modelis EUR tirgus cena, EUR EUR VW e-UP! 16 988.00 10 300.00 6 688.00 Nissan Leaf 60kWh 33 743.00 12 300.00 21 443.00 Nissan Leaf 40kWh 30 479.00 10 744.00 19 735.00 Nissan E-NV200 34 150.00 14 400.00 19 750.00 Degvielas izmaksu apr ēķ ini ir balst īti uz faktiskajiem degvielas pat ēri ņiem un sal īdzin āti ar teor ētiskaj ām degvielas izmaks ām, k ādas var ētu b ūt ETL. Apr ēķ inos pie ņemt ā degvielas cena ir 1.028 EUR·l -1 bez PVN. Degvielas cena fiks ēta SIA “Virši A”, kas ir pašreiz ējais AS “Latvenergo” degvielas pieg ādātājs, degvielas uzpildes stacij ā Sauriešos, Stopi ņu novad ā, kur t ā bija viszem ākā 27.02.2020. Apr ēķ iniem pie ņemt ā elektr ības cena ir 0,115 EUR/kWh bez PVN. Ekspluat ācijas izmaksu kopsavilkums dots 7. tabul ā, apkopojot transportl īdzek ļu fiks ētās un main īgās izmaksas 5 gadu period ā. Lai uzskat āmāk redz ētu izmaksu strukt ūru, t ās att ēlotas uz simts nobrauktajiem kilometriem. 7. tabula Ekspluat ācijas izmaksu kopsavilkums Nissan Nissan VW VW e- Ford Renault Nissan E- Izmaksu veids Leaf Leaf UP! UP! Focus Kangoo NV200 40kWh 60kWh TL izmaksas, 9.37 19.11 7.20 43.86 47.65 6.47 43.89 EUR·100km -1 Nodok ļi, EUR·100km -1 0.18 0.00 0.53 0.00 0.00 1.33 0.00 Tehnisk ās apskates, 0.32 0.32 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 EUR·100km -1 Fiks ētās izmaksas 9.87 19.43 7.99 44.11 47.90 8.05 44.14 kop ā, EUR·100km -1 Apkopju un remontu 5.40 4.50 4.90 4.08 4.08 6.10 5.08 izmaksas, EUR·100km -1 Degvielas izmaksas, 6.51 1.47 6.38 2.14 2.14 8.25 3.00 EUR·100km -1 Main īgās izmaksas 11.91 5.97 11.28 6.23 6.23 14.35 8.08 kop ā, EUR·100km -1 Kop ējās izmaksas, 21.78 25.40 19.27 50.33 54.13 22.40 52.23 EUR·100km -1 Kā redzams, tad visliel ākās izmaksas uz nobrauktajiem simts kilometriem ir Nissa Leaf 60kWh . Tas izskaidrojams ar visaugst āko ieg ādes cenu, no k ā ar ī veidojas lielas kop ējās izmaksas. Sal īdzin ājumam tika veikts ar ī apr ēķ ins Nissa Leaf 40kWh . No ieg ūtajiem datiem redzams, ka š ī transportl īdzek ļa izmaksas uz simts kilometriem ir tikai par 10 % zem ākas, kas atbilst ieg ādes cenas procentu ālajai starp ībai. Šobr īd past āv regul ējums, ka ETL īpašnieki ir atbr īvoti no transportl īdzek ļu ekspluat ācijas nodok ļa maks āšanas, bet tas nedod b ūtisku efektu uz izmaksu samazin ājumu. Piecu gadu TCO ir redzamas 6. att ēlā. No att ēla redzams, ka ekspluat ācij ā ekonomiski lietder īgākais transportl īdzeklis ir VW UP! , bet visnelietder īgākais ir Nissan Leaf 60kWh . Sal īdzin ājumam Nissan Leaf 40kWh ir ekspluat ācij ā nedaudz l ētāks, bet tas ir ekonomiski neizdev īgāks par savas specifik ācijas tuv āko konkurentu Ford Focus , kas tiek darbin āts fosilo degvielu. Iz ņemot specifik āciju Vieglais pasažieru – mini klase, p ārējās div ās transportl īdzek ļu specifik ācij ās ETL ekonomiskais lietder īgums nav saskat āms.

22 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

6. att. Transportl īdzek ļu piecu gadu TCO

Secin ājumi 1. Uz ņē muma p āreju uz ETL ieteiktu s ākt specifik ācij ā Vieglais pasažieru - mini klase, jo š īs klases ETL TCO izmaksas ir sal īdzin āmas ar fosil ās degvielas transportl īdzek ļu TCO izmaks ām. 2. Transporta park ā, p ārejot uz pied āvāto ETL scen āriju, vienk āršotos to apkalpošana, jo samazin ātos izmantojamo marku un mode ļu skaits, kas n ākotn ē var ētu samazin āt administrat īvās izmaksas transportl īdzek ļu apkalpošan ā. 3. Pārejot uz ETL, uz ņē mumam rastos papildus izmaksas, kas saist ītas ar ETL uzl ādes vietu izb ūvi. Ņemot v ērā to, ka transportl īdzek ļi tiek izmantoti tikai darba laik ā un darba vajadz ībām, tad to uzl ādi var veikt pie parastas rozetes ar l ēno l ādēšanu, jo transportl īdzek ļi var atrasties pie lādēšanas iek ārt ām no 17:00 l īdz n ākam ās dienas 8:00, tas ir 15 stundas. Uzl ādei nav nepieciešams izb ūvēt ātr ās uzl ādes stacijas. 4. Šobr īd visa transporta parka nomai ņai uz ETL ir nepieciešamas lielas invest īcijas, jo transportl īdzek ļi ir sal īdzinoši d ārgi.

Izmantotie inform ācijas avoti [1] Eiropas Padome. EP un ES direkt īva 2014/94/ES par alternat īvo degvielu infrastrukt ūras ieviešanu. Eiropas Savien ības Ofici ālais V ēstnesis L 307/1, 28.novembris, 2014. 20. lpp. [2] Latvijas Republikas Saeima. Latvijas ilgtsp ējīgas att īst ības strat ēģ ija l īdz 2030. gadam. R īga, 2010. [online] [20.02.2020]. Available at: http://polsis.mk.gov.lv/documents/3323 [3] Žaime I. Latvenergo atkl āj 3 jaunas elektroauto uzl ādes stacijas, 2019. [online] [20.02.2020]. Available at: https://www.db.lv/zinas/latvenergo-atklaj-3-jaunas-elektroauto-uzlades-stacijas- 490414 [4] Re ķis J., Šmigins R., Gailis M., Kl āvs G. P ētījums par Eiropas Parlamenta un Padomes 2014. gada 22. oktobra Direkt īvas 2014/94/ES par alternat īvo degvielu ieviešanu scen ārijiem autotransporta sektor ā. R īga, PricewaterhouseCoopers SIA, 2018. [5] Messagie M., Lebeau K., Coosemans T., Macharis C., van Mierlo J. Environmental and financial evaluation of passenger vehicle technologies in Belgium. Sustainability (Switzerland), 5(12), 2013, pp. 5020-5033. DOI: 10.3390/su5125020 [6] De Clerck Q., van Lier T., Messagie M., Macharis C., Van Mierlo J., Vanhaverbeke L. Total Cost for Society: A persona-based analysis of electric and conventional vehicles. Transportation Research Part D: Transport and Environment, 64(February), 2018, pp. 90-110. DOI: 10.1016/j.trd.2018.02.017 [7] E-mobi uzl ādes staciju t īkls. [online] [20.02.2020]. Available at: http://www.e-transports.org/index.php/features-mainmenu-47/team/95-uzlades-punkti [8] Latvijas sludin ājumu port āls. [online] [20.02.2020]. Available at: https://www.ss.lv/lv/transport/cars/ [9] Vācijas liel ākais transportl īdzek ļu sludin ājumu port āls. [online] [20.02.2020]. Available at: https://suchen.mobile.de/fahrzeuge/search.html?lang = en

23 TF studentu un maģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

RŪPNIECISKI KONSTRU ĒTIE P ĀRVIETOJAMIE RU ĻĻ U BREMŽU STENDI UN TO SAL ĪZIN ĀJUMS INDUSTRIALLY MANUFACTURED MOBILE ROLLER BRAKE STANDS AND COMPARISON OF THEM Aivis Jaškovskis Tehnisk ās fakult ātes 2. kursa ma ģistrants Aivars Birkavs asoci ētais profesors, Dr.sc.ing.

Abstract. Nowadays, when driving safety is such a topical matter vehicle tests are carried out even outside of workshops and inspection stations. For that vehicles testing equipment manufacturers are producing special, compact and easy to transport equipment which you can use even on roadside. In this study there is a comparison of three industrially manufactured mobile roller brake stands’ construction, measurements range and accuracy and options of controlling. Study was done by comparing information in manufacturer’s data sheets. Most mobile roller brake stands are intended for heavy trucks. Main problem for this equipment is that there is need for outer power source and that makes it difficult to transport them.

Atsl ēgas v ārdi: ru ļļ i, bremžu p ārbaude, bremz ēšana, ru ļļ u stends, p ārvietojamie, r ūpnieciski konstru ēti.

Ievads Automobi ļu darbn īcu un tehnisk ā st āvok ļa nov ērt ēšanas poste ņu ier īkošan ā m ūsdien ās izmantotas daž ādas iek ārtas, kas atvieglo veicamo darbu. Gandr īz katrs automobi ļu darbn īcu apr īkojuma ražot ājs tirg ū pied āvā savus ru ļļ u bremžu stendus. Tos var iedal īt div ās grup ās – gr īdā ieb ūvējamie un pārvietojamie stendi. Visbiež āk š ādus stendus izmanto autoremontdarbn īcās, kur ās tie ieb ūvēti gr īdā. Bet gad ās situ ācijas, kad stendu nepieciešams izmantot viet ās, kur t ā izmantošana nav ierasta. Šajos gad ījumos izmanto p ārvietojamos bremžu stendus, piem ēram, veicot ārpusk ārtas automobi ļa tehnisk ā st āvok ļa nov ērt ējumus uz ce ļa. P ētījuma m ērķis ir apzin āt tirg ū pieejamos p ārvietojamos bremžu stendus. Izv ēlēties tr īs un sal īdzin āt daž ādus to parametrus. Pētījum ā apzin āti vair āki tirg ū pieejamie, lielo ražot āju konstru ētie stendi. S īkāk izp ētīti tr īs ražot āju pied āvājumi – “BM Test Equipment BM20200”, “Hartex engineering MBT 5251” un “Sherpa BPS Mobile” , 1. att ēls. Izmantojot pieejamo iek ārtu specifik āciju, tika apkopota sekojoša inform ācija: • iek ārtas konstrukcija; • mērījuma diapazons un precizit āte; • kontroles iesp ējas.

1. att. Ru ļļ u bremžu stendi “BM Test Equipment BM20200”, “Hartex engineering MBT 5251” un “Sherpa BPS Mobile” Bremz ēšanas parametru noteikšanai izmanto daž ādas metodes – m ērot automobi ļa bremz ēšanas ce ļa garumu, pal ēnin ājumu izmantojot deselerometrus, k ā ar ī bremz ēšanas sp ēku izmantojot pl ākš ņu tipa bremžu stendus vai biež āk ru ļļ u tipa bremžu stendus. Ru ļļ u tipa bremžu stendu izv ēle izskaidrojama ar to kompaktumu un lietošanas ērt ību.

Materi āli un metodes BM Test Equipment BM20200 ir transport ējams ru ļļ u bremžu stends vieglo un smago automobi ļu bremžu sist ēmas p ārbaudei. Šaj ā stend ā ieb ūvēta asu slogošanas sist ēma, kura dod iesp ēju noslogot

24 TF studentu un maģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020. mērāmo transportl īdzek ļa asi ar slodzi, kas atbilst l īdz pat 20 t ūkst. kg. Starp šiem trim stendiem šim tiek pied āvāts visliel ākais kop ējais ru ļļ u garums, kas nodrošina ērtu uzbraukšanu uz tiem. K ā ar ī ru ļļ u augstums no zemes ir tikai 160 mm, kas dod iesp ēju p ārbaud īt transportl īdzek ļu ar mazu kl īrensu, piem ēram, pils ētu satiksmes autobusus, kam ir zema gr īda. Šis stends pied āvā plašu modifik āciju kl āstu, kur ā main ās ru ļļ u garumi, motoru jaudas, ātrums, ar k ādu tiek iegriezti ru ļļ i. Hartex engeneering pied āvātais mobilais ru ļļ u bremžu stends MBT 5251 šo stendu starp ā izce ļas ar to, ka jau standarta stenda versij ā taj ā ir ieb ūvēti hidrocilindri stenda nocelšanai no platformas, uz kuras to transport ē. L īdz īgu risin ājumu pied āvā ar ī BM Test Equipment BM20200 stendam, bet tas jau ir papildapr īkojums. V ēl viens liels pluss šai iek ārtai ir tas, ka taj ā ir ieb ūvētas platformas rite ņu sp ēles noteikšanai. Bet pati galven ā un noz īmīgākā priekšroc ība ir t ā, ka taj ā jau ir ieb ūvēts elektro ģenerators. Sherpa BPS Mobile stend ā ar ī ir ieb ūvēta asu slogošanas sist ēma, kas slogo test ējamo asi ar slodzi, kas atbilst 18 t ūkst. kg. Apl ūkoto stendu starp ā šis ir kompakt ākais stends. Ta ču j āņ em v ērā, ka tas nepied āvā t ādas funkcijas k ā citi apl ūkotie bremžu stendi. Izmantojot analo ģisko sal īdzin āšanas metodi, p ētījum ā sal īdzin āti bremžu stendu gabar īti, ru ļļ u pārkl ājumi, piedzi ņa, m ērapjoms un m ērīšanas precizit āte, k ā ar ī kontroles un m ērījumu atspogu ļošanas iesp ējas. Šo iepriekš min ēto parametru ieg ūšanai izmantota pieejam ā inform ācija, gan ražot āja, gan izplat ītāju m ājaslap ās un pied āvātajos bukletos. Apkopot ā inform ācija atspogu ļota tabulu veid ā. Lai veiktu anal īzi, tabul ās esošo inform āciju sal īdzina un nosaka, kuram bremžu stendam ir kādas priekšroc ības. a) b)

2. att. Bremžu stendu vad ības aplik ācijas: a – BM Test Equipment BM20200; b – Sherpa BPS Mobile

Rezult āti un diskusija Izv ēlēto ru ļļ u bremžu stendu dokument ācijas izp ētes rezult ātā tika sast ādītas tabulas, kur ās uzskait īti daž ādi stendu parametri. Katr ā tabul ā apkopoti noteikti parametri, analiz ēti tie un dots vērt ējums, kurš, no šiem stendiem, dod plaš ākās iesp ējas transportl īdzek ļu tehnisk ā st āvok ļa nov ērt ēšanai reidu laik ā. Pārvietojamo ru ļļ u bremžu stendu r āmji izgatavoti no t ērauda kvadr ātcaurul ēm un p ēc izgatavošanas cinkots vai kr āsots. Lai nodrošin ātu transportl īdzek ļu uzbraukšanu un nobraukšanu no ru ļļ iem, izmanto rampas, kas izgatavotas no ner ūsējoš ā t ērauda. Atkar ībā no stenda š īs rampas ir pievienotas r āmim ar e ņģ es starpniec ību vai ar ī tiek vienk ārši pieliktas, vai pieskr ūvētas r āmim. Automobi ļu tehnisk ās apkalpošanas apr īkojuma ražot āja BM Autoteknik A/S ru ļļ u bremžu stendam BM Test Equipment BM20200 tiek pied āvāti tr īs varianti ar daž ādiem gabar ītizm ēriem, kas doti 1. tabul ā. Ražot ājs pied āvā tr īs daž ādus ru ļļ u garumus, l īdz ar to klientam ir iesp ēja izv ēlēties vi ņam piem ērot āko stendu atkar ībā no transportl īdzek ļu, kuri tiks test ēti, platuma. Izv ēloties gar ākus ru ļļ us attiec īgi, pieaug ar ī stenda platums. P ārējie no šiem ražot ājiem pied āvā vienu variantu katram stendam. Palielinoties ru ļļ a garumam, tiek atvieglota uzbraukšana uz tiem, ta ču j āņ em v ērā, ka tas palielina kop ējos gabar ītus, k ā rezult ātā transport ēšana paliek sarež ģītāka. Apl ūkojot ru ļļ u diametrus redzams, ka BM Autoteknik A/S un Sherpa ražotajiem stendiem ru ļļ u diametrs ir 150 mm, bet Hartex engeneering – 130 mm [1]. Liel āks ru ļļ u diametrs nodrošina liel āku sa ķeres laukumu ar automobi ļa riteni. Ru ļļ u augstums no zemes ir svar īgs parametrs, ja uz stenda pl ānots p ārbaud īt transportl īdzek ļus

25 TF studentu un maģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020. ar zemu kl īrensu. Pieaugot ru ļļ u starp centru att ālumam, pieaug sp ēks, k āds nepieciešams, lai nobremz ētu ru ļļ us [2]. L īdz ar to var secin āt, ka Hartex engineering MBT 5251 dod iesp ēju nom ērīt liel āko bremz ēšanas sp ēku. Apl ūkojamo iek ārtu konstrukciju parametri apl ūkojami 1. tabul ā. 1. tabula Iek ārtu konstrukciju tehniskie parametri Stenda gabar īti Ru ļļ u Ru ļļ u Ru ļļ u Ru ļļu starp Masa, Stends (G×P×A), garums, diametrs, augstums no centru kg mm mm mm zemes, mm att ālums, mm BM Test 3465×4240×505 1000 Equipment 3465×4740×505 1250 150 160 430 1250 BM20200 3465×5440×505 1600 Hartex engineering 3400×4850×170 1200 130 170 450 3000 MBT 5251 Sherpa BPS 2720×4650×150 1000 150 - 410 - Mobile Ru ļļ i ir viena no svar īgākaj ām šo stendu sast āvda ļā m, jo nodrošina ce ļa imit āciju, p ārnes bremz ēšanas sp ēku no automobi ļa rite ņiem uz m ērier īcēm. Parasti ru ļļ i izgatavoti no t ērauda caurules, kur ā iemetin ātas pastiprin ājuma ribas. BM Test Equipment BM 20200 stenda ru ļļ i ir izgatavoti no augstas kvalit ātes t ērauda, kas p ēc izgatavošanas karsti cinkots. Ru ļļ iem pa aploci piestiprin āts t ērauda siets. Š ādi ru ļļ i paredz ēti radžotu un vasaras riepu test ēšanai. Otr ā ru ļļ u variant ā siets p ārkl āts ar krama akme ņu bauks īta mais ījumu, lai test ētu vasaras riepas, 3. att ēls. Ru ļļ u virsmas berzes koeficients 0.7 sausam rullim un 0.6 slapjam rullim. Š āds berzes koeficients atbilst mitram asfalta segumam [3;4]. a) b)

3. att. “BM Test Equipment BM20200” ru ļļi: a – ru ļļ i ar t ērauda sietu, b – ru ļļ i ar t ērauda sietu un krama akme ņu bauks īta p ārkl ājumu Hartex engineering MBT 5251 stenda ru ļļ i izgatavoti no t ērauda, kas p ēc izgatavošanas cinkoti. Standarta variant ā ru ļļ i p ārkl āti ar pulverkr āsu, bet iesp ējama ru ļļ u p ārkl āšana ar plastmasu. Ražot āja specifik ācij ās netiek dota inform ācija par ru ļļ u berzes koeficientu. Sherpa BPS Mobile ru ļļ i izgatavoti no cinkota t ērauda. Lai nodrošin ātu riepu neizsl īdēšanu, ru ļļ i pārkl āti ar granul ētu materi ālu, 4. att ēls. Ru ļļ u berzes koeficients atbilst sausam asfalta un betona segumam, 0.9 sausam rullim un 0.8 slapjam rullim [3;5]. Apl ūkojot iek ārtu masas, redzams, ka t ās ir liel ākas par 1000 kg. Hartex engineering MBT 5251 masa ir visaugst ākā, ta ču j āņ em v ērā, ka taj ā jau standarta variant ā ir iek ļautas opcijas, kas nav citiem apl ūkotajiem stendiem. Viena no t ām, kas p ārvietojamam stendam ir ļoti noz īmīga, taj ā jau ir ieb ūvēts elektro ģenerators. Pateicoties tam, nav nepieciešams vest līdzi papildu ģeneratoru, ja stends tiek izmantots izbraukuma p ārbaud ēs.

26 TF studentu un maģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

4. att. “Sherpa BPS Mobile” ru ļļ i Iek ārtas apr īkotas ar diviem tr īsf āzu motoriem, kas daž ādās iek ārtu komplekt ācij ās pieejami ar jaudu no 2.2 l īdz 15 kW. Jaudas p ārvad īšanai izmantoti planet ārie vai zobratu p ārvadi. Š āda piedzi ņa nodrošina bremz ēšanas sp ēka p ārbaudi no 36 l īdz 60 kN. Inform ācija par apl ūkojamo stendu elektropiedzi ņu un izmantoto p ārvadu tipu un stendu precizit āti skat īt 2. tabul ā. 2. tabula Stendu elektropiedzi ņa un m ērāmo sp ēku robežas Precizit āte, Stends Nepieciešamais elektropiesl ēgums Pārvada tips % no m ērapjoma BM Test 3 x 400 Vac + N + PE, Min. 16/25/50/80 A Equipment vai Zobratu 2 BM20200 3 x 230 Vac + PE, Min. 20/50/80/125 A Hartex engineering 3 x 400V/N/PE 50/60 Hz, 63 A - 2 MBT 5251 Sherpa BPS 3 x 400V/N/PE 50/60 Hz, 63 A Planet ārais 2 Mobile Apl ūkojot 2. tabulu redzams, ka bremžu stendi tiek apr īkoti ar tr īsf āzu elektromotoriem. Tas izskaidrojams ar to, ka tie att īsta liel āku griezes momentu. To lietder ības koeficients ir ļoti augsts, elektromotoriem ar lielu jaudu tas sasniedz pat 0.95 [6]. BM Test Equipment BM20200 stendu iesp ējams lietot ar ī 230V elektroapg ādes t īkl ā, pateicoties tam, ka tiek izmain īts elektromotora tinumu sl ēgums. Izmantotie p ārvadu tipi ir ar ļoti augstu lietder ības koeficientu – 0.98, kas nodrošina mazus jaudas zudumus p ārvados [7]. Planet ārie zobratu p ārvadi dod iesp ēju ieg ūt lielas p ārnesumu attiec ības, taj ā paš ā laik ā nodrošinot mazus gabar ītus un masu [8]. No š āda viedok ļa planet ārie p ārvadi ir piem ērot ākie p ārvietojamiem bremžu stendiem.

5. att. Bremžu stendu p ārvadu jaudas

27 TF studentu un maģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

No 5. att ēla var pie ņemt, ka š ādu bremžu stendu, kas pamat ā paredz ēti smag ās tehnikas test ēšanai, pārvadu jauda ir 11 kW. Ta ču BM Autoteknik A/S ražotajam stendam iesp ējamas konfigur ācijas, l īdz ar to iesp ējams izv ēlēties p ārvadu jaudu, piel āgojoties vajadz ībām. Pārvada jauda ietekm ē maksim ālo nom ērāmo bremz ēšanas sp ēku. Ta ču j āņ em v ērā tas, ka palielinot maksim ālo bremz ēšanas sp ēku pieaug stenda gabar īti un masa. Maksim ālie bremz ēšanas sp ēki sal īdzin āti 6. att ēlā. Lai ar ī redzams, ka bremz ēšanas sp ēki var sasniegt pat 60 kN, š ādi bremz ēšanas sp ēki tiek sasniegti reti, kas noz īmē, ka piln īgi pietiekoši, b ūtu apr īkot stendus ar maz ākas jaudas elektromotoriem, k ā ar ī p ārvadiem ar ne tik lielu p ārnesumu. Visi šie stendi nodrošina pietiekoši augstu precizit āti priekš bremz ēšanas sp ēka noteikšanas. Pārvietojamo bremžu stendu vad ība norit ar speci ālām aplik ācij ām viedier īcē vai portat īvaj ā dator ā 1. att ēls. Šaj ās aplik ācij ās izv ēlas bremžu tipu, p ārbaud āmo asi. Aktiviz ējot testu, p ēc laika aplik ācija pieprasa spiest bremžu ped āli un ier īces ekr ānā uzr ādīti rezult āti. Bremžu sist ēmas darb ību raksturojoši parametri ir tikai da ļa no parametriem, kas svar īgi, lai nov ērt ētu automobi ļa tehnisko st āvokli. L īdz ar to svar īga ir šo stendu savietojam ība ar cit ām ier īcēm tehnisk ā st āvok ļa noteikšanai. BM Autoteknik A/S pied āvā vi ņu ražoto stendu BM Test Equipment BM20200 papildin āt ar moduli priekš rite ņu sp ēles p ārbaudes un moduli priekš spidometra p ārbaudes. Hartex engineering komp ānijas inženieri ir dom ājuši, k ā palielin āt stenda sniegt ās iesp ējas un jau taj ā paš ā bremžu stenda korpus ā pied āvā iesp ēju iemont ēt, kust īgas platformas rite ņu sp ēles noteikšanai. Tas noz īmē, ka nepalielinot p ārvietojamo mezglu daudzumu, k ā ar ī uzst ādīšanas laiku ir iesp ējams veikt lab āku automobi ļa diagnostiku ce ļa apst ākļos. Sherpa BPS Mobile nav pieejami papildapr īkojuma modu ļi.

6. att. Maksim ālā bremz ēšanas sp ēka robežas

Secin ājumi 1. Sakar ā ar m ūsdien ās pieaugošaj ām pras ībām uz satiksmes droš ību, p ārbaudes iek ārtu ražot āji ir ieinteres ēti kvalitat īva un ērti izmantojama invent āra izstr ādē un tas b ūtu izmantojams ārpus speci āli paredz ētām viet ām. 2. BM Autoteknik A/S pied āvātais bremžu stends BM Test Equipment BM20200 pieejams ar daž ādām jaud ām un ru ļļ u izm ēriem, kas nodrošina iesp ēju lab āk piel āgoties stenda pielietojumam. Kā ar ī stendam iesp ējams pievienot papildu modu ļus pilnv ērt īgākai automobi ļa test ēšanai. 3. Hartex engineering MBT 5251 stenda priekšroc ība ir t ā, ka taj ā ieb ūvēts elektro ģenerators stenda darb ības nodrošin āšanai. K ā ar ī, nepalielinot p ārvietojamo mezglu skaitu stend ā, iesp ējams iemont ēt rite ņu sp ēles noteikšanas platformas. Bet šis stends nenodrošina asu slogošanas iesp ēju. 4. Sherpa BPS Mobile bremžu stendu nav paredz ēts apr īkot vai kombin ēt ar citiem test ēšanas modu ļiem.

28 TF studentu un maģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

Izmantotie inform ācijas avoti [1] MOBILE BRAKE TESTER - MBT 5251. [online] [11.02.2020]. Available at: https://www.hartexengineering.com.au/vehicle-diagnostics/mobile-brake-tester.html [2] Surblys V., Sokolovskij E. Research of the Vehicle Brake Testing Efficiency. Procedia Engineering, 134, 2016, pp. 452-458. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.01.067 [3] Berjoza D. Automob ļu teorija. Jelgava, LLU, 2008. [4] BM20200 Mobile Roller Brake Tester – BM Test Equipment. (n.d.). Retrieved from http://www.bmtest.dk/products/bm20200-roller-brake-tester/ [5] BPS-Mobil-18. [online] [11.02.2020]. Available at: https://www.sherpa.de/bps-mobil-18.0-rse-1.5 [6] Straume I., Šn īders A. Atom ātisk ā elektrisk ā piedzi ņa, 2008. [7] Comparison of Gear Efficiencies – Spur, Helical, Bevel, Worm, Hypoid, Cycloid. [online] [20.02.2020]. Available at: https://www.meadinfo.org/2008/11/gear-efficiency-spur-helical-bevel- worm.html [8] Kronbergs Ē., Sv ēti ņš J. Planet āro p ārvadu sint ēze. Jelgava, 2009.

29 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

PLASTMASAS DETA ĻU REMONTA TEHNOLO ĢIJAS REPAIR TECHNOLOGIES OF PLASTIC PARTS Pēteris Ālītis Tehnisk ās fakult ātes 2. kursa ma ģistrants Mārti ņš Ziemelis Zin ātniskais vad ītājs, vieslektors, Mg.sc.ing

Abstract. The plastic is increasingly used and is already capable of replacing various metals. Plastic alloys are formed to achieve the desired chemical and mechanical properties of plastics. Each group of plastics has different repair capabilities depending on its alloy. Plastic technology has low costs and is therefore quicker and cheaper to buy a new detail than to repair it. So the world is contaminated with plastic that doesn’t recycle for thousands of years. The work looks at the more familiar plastic repair technologies compared in tensile and bending. The results will be compared with the benchmark to see which repair technology provides the best suitability and quality. A polypropylene, which is thermoplastic, is selected for the sample.

Atsl ēgas v ārdi: elastom ērs, plastmasa, plastmasas deta ļu remonta tehnoloģijas, plastmasu metin āšana.

Ievads Automobi ļu dizains un droš ība ir liels izaicin ājums maš īnb ūvē [1]. Arvien vair āk automobi ļu virsb ūves deta ļas tiek izgatavotas no plastmasas, jo deta ļu izgatavošanas tehnolo ģija ir vienk āršota un sp ēj aizvietot t ādus materi ālus k ā bronzu, misi ņu, alum īniju. Plastmas ām ir liela iztur ība pret agres īvām vid ēm un atmosf ēras iedarb ību, zems bl īvums, maza siltumvad ītsp ēja, labas elektroizol ācijas īpaš ības un pietiekami liela īpatn ējā stipr ība, k ā ar ī liela nodilumiztur ība. Plastmasas viens no tr ūkumiem ir zema siltumnotur ība, neliels elast ības modulis un st īgr ība [2]. Pasaul ē ir paz īstamas ļoti daudz un daž ādas plastmasu remonta tehnolo ģijas, bet nav īsti noteikta īst ā un vien īgā [3]. Katru dienu notiek aptuveni 120 ce ļu satiksmes negad ījumi Latvij ā, 2020. gad ā. Tajos tiek boj ātas automobi ļa plastisk ās da ļas un virsb ūve. M ūsdienu autob ūvē visliel ākā uzman ība tiek piev ērsta cilv ēka droš ībai, t āpēc autors v ēlas izp ētīt, kura no pied āvātaj ām plastmasas remonta tehnolo ģij ām ir piem ērot ākā, lai nodrošin ātu p ēc iesp ējas kvalitat īvāku remonta rezult ātu.

Materi āli un metodes Eksperimentam tiks izmantota polipropil ēna plastmasa loksne, no kuras ar l āzera griešanas maš īnas BODOR BCL1309X tiks izgriezti eksperimenta sagatave (skat. 1. att.). Katram remonta tehnolo ģijas pa ņē mienam tiks izgatavotas 40 sagataves, kuras p ārbaud ītas stiep ē un liec ē. Eksperimenta paraugus stiep ē un liec ē p ārbauda iek ārt ā ZWICK Roell (2.5kN).

1.att. Sagatave Plastmasu remonta tehnolo ģiju p ārbaudei tiks izmantotas plaš āk paz īstam ākās metodes (skat. 1. tabul ā). Lai var ētu sal īdzin āt sav ā starp ā visas metodes, tika izv ēlēts viens pamatmateri āls – termoplastiskais polim ērs, polipropil ēns [4]. Katrs paraugs tiks p ārz āģē ts ar dzels z āģī ti uz pus ēm. Tiks simul ēts re ālās plastmasas remonts. Tika izv ēlēta automaš īnas plastmasas, bampera remonta tehnolo ģijas simul ācija. Katrai remonta tehnolo ģijai ir sava specifika un pa ņē miens. Automaš īnas bamperi no vienas puses tiek apstr ādāti, bet no otras n ē. Eksperimenta metodika DIN EN ISO 527:2005 [5].

30 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

1. tabula Remonta tehnolo ģijas Tehnolo ģija Izpild ītājs Plastmasu l īmēšana Epoks īda l īme (Bison Epoxy) Plastmasu l īmēšana ar saistvielu AUTO CARE Repair box Karsto skavu tehnolo ģija Hot Stapler T7P4 Lod āmurs ar plakano galvu (ixell) Sieta iekaus ēšana ISOPON alum īnija siets Celtniec ības f ēns (Sthor 1500 W), Plastmasu metin āšana m ājas apst ākļos Plastmasas saistvielas elektrods (PP) Plastmasu metin āšana ar ekstr ūderi MUNSCH MM plastic welder Plastmasu metin āšana ar autors metodi Gāzes lod āmurs ar speci ālo uzgali Profesion ālas plastmasas metin āšanas iek ārtas ir ļoti d ārgas, t āpēc šo remonta tehnolo ģiju uztic ēju veikt firmai, kas sniedz š ādus pakalpojumus. Latvij ā ir ļoti neliels firmu skaits, kas sniedz š āda tipa pakalpojumu. Visi p ārējie eksperimenti ir veikti autora ZS “Jaunkal ēji”. Zemnieku saimniec ības īpašum ā ir pieejamas visas iek ārtas, lai veiktu nepieciešamos eksperimentus. Parauga sagataves l īmēšanai izmantoju Bison Epoxy univers ālo divu komponentu l īmi (skat. 2.att.). L īmes komplekt ā ietilpst jaucam trauks un instruments l īmes uzkl āšanai. Ieteicams izmantot vienreizlietojamos cimdus un respiratoru, jo no l īmes izdal ās specifiska smarža. Pirms l īmēšanas remonta virsma ir j āapstr ādā ar P100 smilšpap īru, lai rodas nepieciešamais virsmas raupjums, un līme var ētu pie ķerties pamatmateri ālam. Pirms l īmes uzkl āšanas ir nepieciešama virsmas attaukošana, izmantojot benz īnu un lupati ņu. L īmi uzkl āju paraugam tikai no vienas puses. Lai sagatavotu 40 paraugus, tika pat ērētas 85 min ūtes. Paraugi gatavi lietošanai bija tikai p ēc 24 stund ām. Parauga sagataves l īmēšanai ar saistvielu izmantoju AUTO CARE Repair box komplektu (skat. 3.att.), kur ā ietilpst matu tipa stikla š ķiedras audums un epoks īda sve ķi ar cietin ātāju. Papildus nepieciešams iegādāties vienreiz ējos cimdus, oti ņu, ar ko uzkl āt sve ķus, jaucamo trauku, kur tiks sajaukti epoks īda sve ķi ar cietin ātāju, š ķē res, lai sagatavotu nepieciešamos stikla š ķiedras auduma gabalus. Procesa laik ā tika izdal īta specifiski kod īga smarža, ieteicams lietot respiratoru, lai nerastos elpošanas ce ļu boj ājumi. Pirms remonta nepieciešams veikt virsmas sl īpēšanu ar P100 smilšpap īru, lai ieg ūtu nepieciešamo virsmas raupjumu un epoks īda sve ķi lab āk pie ķertos pamatmateri ālam. Nepieciešams virsmu attaukot, lai virsmu att īrītu no net īrumiem. Izmantoju benz īnu un lupati ņu. Epoks īda sve ķus ar stikla š ķiedras auduma saistvielu uzkl āju tr īs k ārt ās un tikai no parauga vienas puses. Lai sagatavotu 40 paraugus tika pat ērēts 90 min ūtes, un paraugs lietošanai bija gatavi pēc 12 stund ām.

2. att. Epoks īda l īme 3. att. Epoks īda sve ķu un stikla š ķiedras auduma komplekts Karsto skavu remontam izmantoju Hot Staper T7P4 iekārtu (skat. 4.att.), kurai nepieciešams ir 220 V str āvas avots. Izmantoju S formas, plat ās 0.8 mm skavas. Skava uzsilst l īdz sarkankv ēlei 10 sekunžu laik ā un ir gatava tikt iekaus ēta materi ālā. Met āla skavu iekaus ēju aptuveni paraugam l īdz

31 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020. vidum. Šim pa ņē mienam nav nepieciešama virsmas apstr āde. Lai sagatavotu 40 paraugus tika pat ērētas 30 min ūtes, un paraugi gatavi lietošanai bija p ēc 1 min ūtes.

4. att. Karsto skavu pistole 5. att. Lod āmurs ar plakano galvu Alum īnija sieta iekaus ēšanai izmantoju lod āmuru ar plakano galvu (skat. 5.att.) no ixell, plastmasas remonta komplekta, kuram ir nepieciešams 220 V str āvas avots. Lai sagatavotu nepieciešamos izm ērus, alum īnija sietam izmantoju š ķē res, jo sieta biezums bija tikai 0.4 mm. Sietu iekaus ēju no vienas puses. Šai metodei nav nepieciešama virsmas sagatavošana. Lai sagatavotu 40 paraugus tika pat ērēts 70 min ūtes un paraugi gatavi lietošanai bija p ēc 2 min ūtēm. Tika nov ērota neliela deta ļu deform ācija. Plastmasu metin āšanai m ājas apst ākļos izmantojot celtniec ības f ēnu Sthor 1500W (skat. 6.att.) un veikal ā nopirktu polipropil ēnā saistvielu. F ēnam nepieciešams 220 V str āvas avots un speci āls uzgalis, kas novirza silto gaisu koncentr ēti vien ā punkt ā. Pirms metin āšanas pamatvirsm ā tika ar pneimatisko fr ēzi TOPEX, izveidota f āzīte, kur tiks veikts metin āšanas process. Vispirms tika uzsild īta parauga pamatne, jo tā virsma bija biez āka nek ā piedevu materi ālam. P ēc metin ājuma tika izmantots piespied ēja rull ītis, lai piedevu materi āls lab āk sa ķertos ar pamatmateri ālu. Šo metodi veicu no parauga ab ām pus ēm, lai veidotos caurmetin ājums. Lai sagatavotu 40 paraugus tika pat ērētas 80 min ūtes un paraugs gatavs lietošanai bija p ēc 1 min ūtes. Piespied ēja rull ītis pal īdz ēja metin ājumam ātr āk atdzist. Tika nov ērota palielin āta deta ļu deform ācija, ja pamatmateri āls tika p ārāk daudz pārkars ēts.

6. att. Celtniec ības f ēns 7. att. Plastmasa metin āšanas ekstr ūderis Plastmasu metin āšanai ar ekstr ūderi tika izmantota MUNSCH MM metin āšanas pistole (skat. 7.att.), kurai nepieciešams 220 V str āvas avots. Tika izmantots polipropil ēnā stieple. S īkāka inform ācija netika sniegta, jo t ā ir konfidenci āla. Lai sagatavotu 40 paraugus tika pat ērētas 60 min ūtes un paraugs gatavs lietošanai ir p ēc 3 min ūtēm. Tika nov ērota neliela deform ācija. Vis ām iepriekš min ētaj ām iek ārt ām ir nepieciešams 220 V str āvas avots un t ās var izmantot tikai tur, kur ir pieejama elektr ība. T āpēc izstr ādāju iek ārtu, kurai nav nepieciešama elektr ība. Autora iek ārta darbojas ar prop āna un but āna g āzes mais ījumu. Iek ārtu var izmantot jebkur ā viet ā un jebk ādos laika apst ākļos. Autora iek ārta darbojas ar atkl ātu liesmu. T ā sast āv no mini g āzes deg ļa un speci āli izstr ādāta uzga ļa (skat. 8.att.). Iek ārtai ir nepieciešams papildus plastmasas piedevmateri āls. Izmantoju polipropil ēnā loksnes atgriezumus k ā piedevmateri ālu. Pirms metin āšana procesa ar pneimatisko fr ēzi TOPEX, tikai veikta pamatmateri āla sagatavošana ar f āzi. Pamatmateri āls un piedevmateri āls bija

32 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020. gatavs darbam nekav ējoties, pateicoties atkl ātajai liesmai un augstajai temperat ūrai. Šo metodi veicu paraugam no ab ām pus ēm, lai veidotos caurmetin ājums. Lai sagatavotu 40 paraugus tika pat ērētas 60 min ūtes un paraugs gatavs lietošanai bija p ēc 3 min ūtēm. Tika nov ērota neliela deform ācija.

8. att. Autora iek ārta

Rezult āti un diskusija Stiepes rezult āti (skat. 9.att.) un lieces rezult āti (skat. 10.att.). Stiepes p ārbaud ē, sal īdzinot ar parauga etalonu, lab ākos rezult ātus uzr ādīja metin ājums, kas tika veikts ar MUNSCH MM ekstr ūdera metin āšanas pistoli. Apmierinošus rezult ātus uzr ādīja autora iek ārta ar atkl ātu liesmu un f ēna metode. Sliktu rezult ātu uzr ādīja l īmējums ar epoks īda l īmi Bison Epoxy.

9. att. Stiepes rezult āti Lieces p ārbaud ē, sal īdzinot ar parauga etalonu, lab ākos rezult ātus uzr ādīja autora iek ārta ar atkl āto liesmu. Slikt ākos rezult ātus uzr ādīja l īmējums ar epoks īda l īmi Bison Epoxy un epoks īda sve ķi ar stikla š ķiedras auduma piedevas materi ālu. Visi metin ājuma paraugi liec ē, uzr ādīja labu p ārvietojumu plakn ē. Autora iek ārtai un f ēna metodei tika nov ēroti daži br āķ i, kas ieplais āja un neiztur ēja lieces sp ēku. Visi metin ājumi, ar MUNSCH MM ekstr ūdera metin āšanas pistoli, iztur ēja lieces sp ēkus un nep ārl ūza. To var izskaidrot, jo metin ājuma šuve bija paplašin āta un liece darboj ās uz liel āku laukumu. P ārsteidzošus rezult ātus uzr ādīja iekaus ētais alum īnija siets, bet daži no paraugiem neiztur ēja lieci un p ārl ūza. Plastmasu veidi ir daudz un daž ādi un visus no tiem nav iesp ējams savstarp ēji sametin āt un ir jāizmanto sakaus ēšanas metodes vai l īmes. Atmetot metin āšanas tehnolo ģiskos pa ņē mienus, stiep ē lab ākos rezult ātus uzr ādīja epoks īda sve ķi ar stikla š ķiedras auduma saistvielu. Apmierinošus rezult ātus uzr ādīja iekaus ētais alum īnija siets un karst ās skavas tehnolo ģija. Slikt āko rezult ātu uzr ādīja epoks īda l īme Bison Epoxy. Rezult āti liec ē par āda to, ka lab ākais p ārvietojums plakn ē ir iekaus ētā

33 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020. alum īnija sieta pa ņē mienam. Apmierinošus rezult ātus uzr ādīja karst ās skavas metode. Slikt ākos rezult ātus uzr ādīja epoks īda l īme un epoks īda sve ķi ar stikla š ķiedras auduma saistvielu.

10. att. Lieces rezult āti Pēc veiktajiem p ētījumiem un eksperimentiem var secin āt – š īs p ārbaud ītās remonta tehnolo ģijas nebija vien īgās, ar kur ām ir iesp ējams veikt plastmasu remontus. Ir v ēl daudz un daž ādas tehnolo ģijas, bet tika apskat ītas popul ārākās no t ām. Ir iesp ējams š īs metodes apvienot un remonta vieta var k ļū t iztur īgāka. Ja tiek veikts remonts, tad kop ējā konstrukcijas masa tiek izmain īta. Plastmasu l īmēšanai ar Epoks īda l īmi un epoks īda sve ķiem ar stikla š ķiedras auduma saistvielu nav nepieciešamas papildu iek ārtas, j ānop ērk ir remonta komplekts un var uzs ākt remonta darbus, bet remonta laiks ir ļoti garš, l īdz pat 24h, un remonta kvalit āte b ūs ļoti zema. Ja ir pieejams parastais lod āmurs, tad ir iesp ēja iekaus ēt sietu, bet v ēlams b ūtu lod āmurs ar plakano galvu, tas atvieglotu darbus. Nav nepieciešams ieg ādāties d ārgas un profesion ālas, plastmasas metin āšanas iek ārtas. Ir iesp ējams veikt kvalitat īvu plastmasas remontu, ar m ājās atrodamiem instrumentiem. T āpēc profesion āla plastmasu metin āšana Latvij ā nav tik izplat īta un popul āra. Ja instrumenti tom ēr nav pieejami, tad past āv daž ādas alternat īvas. Piem ēram, karsto skavu remonta tehnolo ģiju var aizvietot ar pap īra saspraudes iekaus ēšanu, kuru var uzkars ēt ar š ķiltav ām. K ā ar ī izmantojot turbo liesmas šķiltavas ir iesp ējams metin āt plastmasu, nepieciešama ir saistviela kuru var nopirkt veikal ā, jeb izmantot t ā paša materi āla nelielus atgriezumus.

Secin ājumi 1. Plastmasas deta ļas metin ājums ir efekt īvāks par l īmējumu. 2. Ir iesp ējams veikt apmierinošu plastmasas metin ājumu m ājas apst ākļos. 3. Sieta un skavas remonta tehnolo ģij ās nav nepieciešama veikt virsmas priekšapstr ādi. 4. Ar epoks īda sve ķiem un stikla š ķiedras audumu ir iesp ējams apstr ādāt lielas virsmas laukumu.

Izmantotie inform ācijas avoti [1] Wang C. Y., Wang W. W., Zhao W. Z., Wang Y., Zhou G. Structure design and multi-objective optimization of a novel NPR bumper system. Composites Part B: Engineering, 153(April), 2018, pp. 78-96. DOI: 10.1016/j.compositesb.2018.07.024 [2] Vērdi ņš G., Dukulis I. Materi ālu m ācība, LLU, Jelgava, 2008. [3] Marsh G. Carbon composite car body panels gain traction with Gurit Automotive. Reinforced Plastics, 55(5), 2011, pp. 24-27. DOI: 10.1016/S0034-3617(11)70141-2 [4] AGRU product manual, 2010, 102 p. [5] IOLITEC. Technical data sheet Technical data sheet [C4MIM][NTf2]. Cell (Vol. 123), 2005.

34 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

PLASTMASAS RECIKL ĒŠANA PLASTIC RECYCLING Jānis Krasti ņš Tehnisk ās fakult ātes 2. kursa ma ģistrants Imants Nulle Zin ātniskais vad ītājs Dr.sc.ing., Imants Nulle

Abstract. The research is topical because there is still an insufficient plastic recycling process. Shredding plastics is essential for recycling. Designed and built plastic shredder. The sieve scattering method determines the particle size scattering of the crushed material.

Atsl ēgas v ārdi: plastmasa, recikl ēšana, smalcin ātājs, da ļiņu lieluma izkliede.

Ievads Vair āk nek ā 50 gadus plastmasas ražošana un pat ēri ņš pasaul ē turpina pieaugt. Tiek l ēsts, ka 2013. gad ā tika saražoti 297.5 miljoni tonnu plastmasas, kas ir par 4 % vair āk nek ā 2012. gad ā, un turpin ās procentu āli pieaugt. Saska ņā ar “ Global Industry Analytts”, 2019. gada zi ņojum ā, plastmasas pat ēri ņš 2018. gad ā sasniedza 311 miljonus tonnu [1]. Tā k ā sint ētisko polim ēru ražošana pieaug, un sakar ā ar to v ājo biodegrad āciju, pies ārņojums ar daž ādiem plastik ātiem ir k ļuvis par nopietnu vides apdraud ējumu. Īpašas bažas izraisa daž āda izm ēra plastmasas atkritumu pies ārņojuma izplat īšan ās j ūras vid ē. Liela da ļa no mums internet ā redz ējuši visai šausminošas bildes gan ar dz īvniekiem un putniem, kas aizg ājuši boj ā, jo cilv ēka izmesto plastmasas maisi ņu noturējuši par bar ību, gan fotogr āfijas ar pies ārņot ām pludmal ēm un plastmasas maisi ņu “upi” Filip īnās Ir v ērts atcer ēties, ka dab ā non ākus ī plastmasa sadal ās ļoti ilg ā – pat vair āku simtu gadu – laik ā. Ta ču saules, v ēja un citu dabas apst ākļu ietekm ē vid ē mikroplastmasas da ļiņas non āk daudz ātr āk, atst ājot negat īvu iespaidu uz m ūsu vesel ību. “Var likties, ka izmests plastmasas maisi ņš – kas tad tur liels! Ta ču nupat notiek tas, par ko zin ātnieki jau ir br īdin ājuši, proti, bumerangs atgriežas, un tas atst ās ietekmi ar ī uz m ūsu vesel ību – visd ārg āko, kas mums ir un kuras d ēļ bieži esam gatavi kaut ko main īt [2]. Ir pamats uzskat īt, ka PET pudeles, kas pies ārņo apk ārt ējo vidi, ir lielisks materi āls, lai īstenotu daž ādus projektus daž ādās jom ās, ta ču ir nepieciešams spert vajadz īgos so ļus š ī materi āla recikl ēšanai. 3D print ēšana ir moderna tehnolo ģija, kas ļauj izgatavot deta ļas ar augstu sarež ģī tības pak āpi. Ta ču, lai sav ākt ās plastik āta pudeles var ētu izmantot šai tehnolo ģijai, t ās nepieciešams speci āli sagatavot. Ir nepieciešama pude ļu smalcin āšana, ieg ūtās masas mazg āšana, ž āvēšana un print ējam ā diega izgatavošana ar ekstr ūzijas pa ņē mienu, plastik āta da ļiņas izkaus ējot [3]. Šī p ētījuma m ērķis ir noteikt plastmasas smalcin āšanas proces ā ieg ūtās masas parametrus, kas ļaus t ālākos p ētījumos, ekstr ūzijas proces ā ieg ūtā diega kvalit āti attiecin āt pret da ļiņu lielumu izkliedi. Uzdevumi: 1. veikt PET pude ļu smalcin āšanu; 2. att īrīt smalcin āto masu no net īrumiem un piemais ījumiem; 3. izkalt ēt ieg ūto att īrīto masu; 4. noteikt da ļiņu lielumu sadal ījumu ar sietu metodi; 5. analiz ēt rezult ātus.

Materi āli un metodes Plastmasas smalcin ātāja iek ārta redzma 1.att. ar elektro motora jaudu 3kW. Motora rot ācijas ātrums ir 1500 apgr·min -1, kas ar reduktora pal īdz ību tiek samazanin āti uz 90 apgr·min-1 un padoti uz smalcin ātāja darba v ārpstu. Smalcin ātāja gabar ītizm ēri: L – 318 mm (garums), W – 210 mm (platums), H – 135 mm (augstums). Padeves piltuves atveres lielums 148 x 161mm. Diski ar diametru 120 mm un biezumu 5 mm, redzams 1.att ēlā. Sieta urbumu diametrs 5 mm [4].

35 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

1. att. Smalcin ātājs Sākotn ējos diega ekstr ūzijas p ētījumos tika konstat ēts, ka process norisin ās veiksm īgāk, ja da ļiņu lielums ir maz āks, t āpēc smalcin āšanas eksperimenta ietvaros tiks sal īdzin āta vienreiz smalcin āta masa un masa ar divk āršu smalcin ājumu. Pirmais posms ir pude ļu smalcin āšana. Pirms smalcin āšanas PET pudel ēm j āno ņem kor ķi un kor ķu gredzeni. Smalcin āšanas proces ā ieg ūtās skaidi ņas ir j āatt īra no daž ādiem net īrumiem: satura paliekas, net īrumi kas radušies glab āšanas/transport ēšanas proces ā, eti ķetes un l īme. To pan āk ievietojot aptuveni 80 ºC karst ā un s āļā (3-5 % s āls) ūden ī. Masu šaj ā š ķidrum ā iztur 1h, vienlaikus nodrošinot t ā mais īšanu. Galarezult ātā l īme no eti ķet ēm kop ā ar net īrumiem nos ēdīsies trauka diben ā bet PET skaidi ņas uzpeld ēs augš ā. T ās nepieciešams piln ībā izkalt ēt. Kalt ēšanas iek ārta ir ar iestat āmu temperat ūru (0...100 ºC) un laika periodu l īdz 24h. Da ļiņas tiek ieliktas kalt ēšanas kamer ā, un 12h iztur ētas 60 ºC temperat ūrā [5]. Šī p ētījuma ietvaros tika noskaidrots viens no smalcin ātāja raksturlielumiem, t.i. smalcin ātās masas da ļiņu lielumu sadal ījums. Tas tika noteikts izmantoju sietu metodi. Tika izmantoti sieti ar acs diametru: > 10, 7, 5, 3, 2, 0 mm. Da ļiņu lielumu sadal ījums tika noteikts vienreiz un divreiz smalcin ātai masai. Tika veikti 3 atk ārtojumi. Iek ārta da ļiņu lieluma sadal ījuma noteikšanai, redzama 2. att ēlā.

2. att. Izkliedes sieti [6]

Rezult āti un diskusija Veicot eksperimentu ar vienreiz smalcin ātām da ļiņā m, procentu āli vair āk, jeb 45 % no kop ējās masas, tika ieg ūtas da ļiņas , kuru izm ērs bija starp 5 un 7 mm. Ta ču vismaz āk bija da ļiņas ar lielumu no 0 l īdz 2 mm, tie bija 3 %. Da ļiņas, kas > 5mm ir 55 % no kop ējās masas. Eksperimenta rezult āti redzami 3. att ēlā. Veicot divreiz ējo smalcin āšanu relat īvi liel āko da ļiņu ( > 5 mm) masa samazin ās par 10 % (4. un 5. att ēls), savuk ārt par 6 % palielin ās 3...5 mm da ļiņu masa, un par 2 % palielin ājās 3..2mm da ļiņu masa, bet da ļiņu, kas bija maz ākas par 2 mm masa, palielin ājās tikai par 1 %.

36 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

3. att. Smalcin ātās masas da ļiņu lielumu izkliede

4. att. Divk āršot ās sasmalcin ātās masas da ļiņu lielumu izkliede

5. att. Divk āršot ās smalcin āšanas sal īdzin ājums ar vienreiz ējo smalcin āšanu

37 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

Secin ājumi 1. Veicot plastmasas pude ļu recikl ēšanu ar ī lok ālā m ērog ā, tiek samazin āts plastmasas r ūpniec ības rad ītais ekolo ģisk ās p ēdas nospiedums un veicin āta dabas un sabiedr ības ilgtsp ējība. 2. Smalcinot recikl ējam ās PET pudeles vienu reizi, tiek ieg ūta masa, kurai 55 % da ļiņas ir liel ākas par 5 mm. 3. Smalcinot masu divas reizes, da ļiņas, kas ir liel ākas par 5 mm sast āda 45 % no kop ējās masas. Ņemot v ērā literat ūras avotos min ētās rekomend ācijas, š āda masa ir piem ērot āka ekstr ūzijas procesam, sal īdzinot ar to, kas tiek smalcin āta tikai vienu reizi.

Izmantotie inform ācijas avoti [1] “The Life Cycle of a Plastic Bottle” [online] [11.03.2019] Available at: https://www.montgomeryschoolsmd.org/uploadedFiles/curriculum/outdoored/programs/waterbott lefactpages.pdf [2] “Development of Plastic Bottle Shredding Machine” [online] [14.04.2019] Available at: https://www.longdom.org/open-access/development-of-plastic-bottle-shredding-machine-2252- 5211-1000336.pdf [3] “Design and Construction of a Plastic Shredder Machine for Recycling and Management of Plastic Wastes” [online] [20.02.2020] Available at: https://www.researchgate.net/publication/325660962_Design_and_Construction_of_a_Plastic_Sh redder_Machine_for_Recycling_and_Management_of_Plastic_Wastes [4] “Development of a Plastic Shredder” [online] [25.02.2020] Available at: http://lup.lub.lu.se/luur/download?func = downloadFile&recordOId = 8938831&fileOId = 8938833 [5] “Design and Fabrication of Plastic Shredder Machine for Clean Environment” [online] [10.03.2010] Available at: http://ijamtes.org/gallery/523-dec.pdf [6] “Derox Laboratorijas un test ēšanas iek ārta “ [online] [0.3.04.2020] Available at: https://www.derox.eu/lv/sietu-krat %C4 %ABt %C4 %81ji-l %C4 %ABdz-300-mm-diam

38 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

PNEIMATISK Ā MOTORA RAKSTURL ĪKŅU KONSTRU ĒŠANA DESIGNING OF CHARACTERISTIC CURVES FOR PNEUMATIC MOTOR Jānis Ozols Tehnisk ās fakult ātes 2. kursa ma ģistrants Dainis Berjoza Zin ātniskais vad ītājs, profesors, Dr.sc.ing.

Abstract. Pneumatic motor is the main power source for the pneumatic vehicle, which is used for the research. To determine optimal gear ratio for the gearbox, designing of characteristic curves for motor is needed. The theoretical maximum power of the researched pneumatic motor is 560 W. The theoretical maximum torque of 122.5 Nm is reached shortly after motor output shaft starts turning. Keywords: pneumatic motor characteristic curves, pneumatic motor power, pneumatic motor torque.

Atslēgas v ārdi: pneimatisk ā motora raksturl īknes, pneimatisk ā motora jauda, pneimatisk ā motora griezes moments.

Ievads Pneimatiskos motorus iedala š ādās grup ās: 1) aksi ālie virzu ļmotori; 2) radi ālie virzu ļmotori; 3) pl āksn īšu tipa rotormotori; 4) gerotora motori; 5) turb īnas tipa motori [1]. Motora izv ēle ir atkar īga no t ā, k ādam pielietojumam tas tiks izmantots, k ādi ir nepieciešamie jaudas un griezes momenta parametri, k ā ar ī izm ēru ierobežojumi. Pneimatisko motoru jaudas raksturl īknes ir l īdz īgas l īdzstr āvas elektromotoru raksturl īkn ēm. Motors sasniedz maksim ālo jaudu pie aptuveni 50 % no motora v ārpstas apgriezieniem. Motora maksim ālais griezes moments tiek sasniegts nedaudz p ēc 0 min -1 apgriezieniem. Palielinoties apgriezieniem, griezes moments s āk strauji samazin āties [1]. Lai apr ēķ in ātu nepieciešamo transmisijas p ārnesumu skaitli, nepieciešams konstru ēt pneimatisk ā motora ātrumraksturojuma l īknes.

Materi āli un metodes Pneimatiskais motors (skat. 1. att.) sast āv no pneimatisk ā cilindra (1), kura k ātam piestiprin āts zobstienis (2), un zobratu meh ānisma, kas ļauj turp-atpaka ļ kust ību p ārveidot rot ācijas kust ībā. Zobratu meh ānisms sast āv no uz v ārpstas nostiprin ātām br īvrumb ām (3), kas darbojas pret ējos virzienos un ir sazob ē ar zobstieni (2). T āpat uz v ārpstas ir nostiprin āti zobrati (5), kas ir savstarp ējā sazob ē un no br īvrumb ām ir atdal īti ar distances starplik ām (4). Viens no zobratiem (5) ir sazob ē ar pārnesumk ārbas zobratu (6), kas ir nostiprin āts uz p ārnesumk ārbas prim ārās ass.

1. att. Pneimatiskais motors: 1 – pneimatiskais cilindrs; 2 – zobstienis; 3 – br īvrumba; 4 – starplika; 5 – zobrats; 6 – p ārnesumk ārbas zobrats

39 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

Gaisa spiediena rad īto sp ēku uz virzuli apr ēķ ina p ēc sakar ības: d 2 F = p ⋅π ⋅ , (1) c 4

kur Fc – pneimatisk ā cilindra att īst ītais spēks, N; p – gaisa spiediens, Pa; d – virzu ļa diametrs, m [2]. Tā k ā pneimatiskais cilindrs darbojas divos virzienos, tad ir j āiev ērt ē virzu ļa k āta rad ītie zudumi: d 2 − d 2 F = p ⋅π ⋅ 1 2 , (2) c 4

kur Fc – pneimatisk ā cilindra att īst ītais sp ēks, N; p – gaisa spiediens, Pa; d1 – virzu ļa diametrs, m; d2 – virzu ļa k āta diametrs m [2]. Palielinot gaisa spiedienu, sp ēks, kas tiek att īst īts uz virzuli, palielin ās eksponenci āli (skat. 2.att.). Lai vienk āršotu apr ēķ inus, pie ņem uz virzuli att īst īto sp ēku k ā abu vizu ļa pušu att īst īto sp ēku vid ējo vērt ību. Gaisa spiedienu apr ēķ iniem pie ņem ražot āja noteikto nomin ālo spiedienu 6.3 Bar.

2. att. Pneimatisk ā cilindra att īst ītais sp ēks atkar ībā no gaisa spiediena Izmantojot teor ētisk ās meh ānikas sakar ību, atrod motora att īst īto griezes momentu: = ⋅ M Fc rz , (3) kur M – motora att īst ītais griezes moments Nm; Fc – pneimatisk ā cilindra att īst ītais sp ēks, N; rz – uz motora v ārpstas esoš ā zobrata r ādiuss, m [3]. Motora nomin ālos apgriezienus pie ņem k ā pusi no maksim ālajiem apgriezieniem. Motora jaudas līknei nepieciešamos datus ieg ūst p ēc sakar ības: M P = M ⋅ω − ⋅ω 2 , (4) ω n

40 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

kur P – motora jauda W; M – motora att īst ītais griezes moments Nm; -1 ωn – motora v ārpstas nomin ālais le ņķ iskais ātrums, rad·s ; ω – motora v ārpstas le ņķ iskais ātrums, rad·s -1 [3].

Rezult āti un diskusija Lai ieg ūtu motora v ārpstas maksim ālo le ņķ isko ātrumu konstru ē jaudas l īkni. Ar izkl ājlapu lietones Excel pal īdz ību atrod l īknes funkciju (skat. 3. att.).

3. att. Motora jaudas raksturl īkne Izmantojot programmu Mathcad , apr ēķ ina motora maksim ālo rot ācijas ātrumu punkt ā, kur jaudas līkne sasniedz v ērt ību 0W. No vien ādojuma ieg ūst, ka p ētāmo sp ēkratu pneimatisk ā motora v ārpstas maksim ālais le ņķ iskais ātrums ir 19 rad·s -1. Maksim ālo jaudu motors attīsta pie nomin ālā ātruma 9.4 rad·s -1. Ar ieg ūtajiem rezult ātiem konstru ē motora raksturl īknes (skat. 4.att.).

4. att. Pneimatisk ā motora raksturl īknes

41 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

Kā redzams 4.att ēlā, pneimatisk ā motora maksim ālā jauda tiek sasniegta pie aptuveni ½ no t ā maksim ālajiem apgiezieniem. Motora darbin āšana virs min ētajiem apgriezieniem ir neefekt īva, jo samazin ās gan jauda, gan griezes moments. Motora att īst īto jaudu ir iesp ējams palielin āt vai samazin āt attiec īgi palielinot vai samazinot gaisa spiedienu sist ēmā. Sp ēkratu rite ņiem pievad ītā griezes momenta izmai ņu var pan ākt, izmantojot pārnesumk ārbu, bet ir j āņ em v ērā, ka š ādā gad ījum ā ar ī tiek samazin āts lietder ības koeficients. Ieg ūtās motora raksturl īknes ir teor ētiskas, kas noz īmē, ka praks ē to raksturs var main īties. To var ietekm ēt vair āki faktori, piem ēram, nopl ūdes sist ēmā vai saspiest ā gaisa reduktoru aizsalšana.

Secin ājumi

1. Pētāmo sp ēkratu teor ētiski iesp ējam ā maksim ālā jauda Pmax tiek sasniegta pie v ārpstas rot ācijas frekvences 9.4 rad·s -1. Motora maksim ālais griezes moments ir 122.5 Nm, kas, motora ātrumam palielinoties, strauji kr īt. Pie nomin ālajiem apgriezieniem motora griezes moments ir 61.3 Nm. 2. Lai palielin ātu pneimatisk ā motora jaudu, nepieciešams palielin āt gaisa spiedienu sist ēmā. 3. Izmantojot ieg ūtās pneimatisk ā motora ātrumraksturojuma l īknes, ir iesp ējams apr ēķ in āt optim ālu pētāmo sp ēkratu transmisijas p ārnesumskaitli. 4. Daž ādiem slodzes apst ākļiem, piem ēram, dinamiskai kust ības uzs ākšanai vai ce ļa seguma mai ņas gad ījum ā, nepieciešams izmantot p ārnesumk ārbu, ar kuras pal īdz ību iesp ējams izmain īt uz sp ēkratu rite ņiem att īst īto griezes momentu. 5. Praktiskam pielietojumam racion āli ir izmantot rotortipa motorus, kas konstrukt īvi jau ir paredz ēti rot ācijas kust ības veidošanai un ir kompakt āki. 6. Pneimatiskos sp ēkratus ieteicams izmantot k ā alternat īvās ener ģijas iek ārtas neliela nobraukuma lēngaitas tehnik ā, ko iesp ējams darbin āt ar ī iekštelp ās.

Izmantotie inform ācijas avoti [1] Pneumatic motor air motor pneumatic driver electric motor [online][13.01.2020] Available at: //www.deprag.com/en/company/press-release/presse201411a/ [2] Pneumatic Cylinders – Force Exerted. [online][13.01.2020] Available at: https://www.engineeringtoolbox.com/pneumatic-cylinder-force-d_1273.html [3] D.C. Motor Torque Speed Curve Tutorial Understanding Motor Characteristics. [online][13.01.2020] Available at: http://lancet.mit.edu/motors/motors3

42 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

SILTUMENER ĢIJAS PAT ĒRI ŅA LIETDER ĪBA OZOLNIEKU NOVADA PIRMSSKOLAS IZGL ĪTĪBAS IEST ĀDĒS USEFUL HEAT CONSUMPTION AT OZOLNIEKI MUNICIPALITY PRESCHOOL EDUCATIONAL INSTITUTIONS Agate K ļavi ņa Tehnisk ās fakult ātes 2. kursa ma ģistrante Jānis B ērzi ņš Zin ātniskais vad ītājs, lektors, Mg.sc.ing

Abstract. As the production of heat plays significant role in generation of greenhouse gases, there is need to reduce the consumption of heat where possible. The aim of study was to find the ways how to save heat in preschool educational institutions providing an appropriate microclimate for children’s health at the same time. The study was done in two preschool educational institutions “Zilite” and “Bitite” at Ozolnieki district, Latvia. Temperature, CO 2 and humidity measuring sensors were put for 7 days in 2 different premises of the institutions – group room and assembly hall. Staff were interviewed to find out about children activities and clothing in each premise. There were significant CO 2 level abnormalities found in “Zilite” and wasteful usage of heat detected in both institutions.

Atsl ēgas v ārdi: energoefektivit āte, siltumener ģijas taup īšana, telpu mikroklimats, pirmsskolas izgl ītības iest ādes, CO 2 koncentr ācija.

Ievads Palielinoties siltumn īcas efekta g āzu izrais ītaj ām sek ām, kas nu jau nov ērojamas ar ī Latvij ā, kur pēdējo septi ņu gadu laik ā decembra m ēneša temperat ūra ir silt āka par normu [1], ir nepieciešams strauji pl ānot SEG emisiju samazin āšanas iesp ējas vis ās ener ģē tikas apakšnozar ēs. B ūtisku daudzumu SEG emisiju Latvijā rada siltumener ģijas ražošana. Lai pietuvotos Eiropas klimata m ērķu sasniegšanai, nepieciešamas ne vien izstr ādāt risin ājumus inovat īvu tehnolo ģiju ieviešanai, bet ar ī rast veidus, k ā ietaup īt siltumener ģiju, kur tas iesp ējams. Viens no liel ākajiem siltumener ģijas pat ērētājiem starp Ozolnieku novada pašvald ības iest ādēm ir pirmsskolas izgl ītības iest ādes (PII). P ētījums veikts, lai noskaidrotu siltumener ģijas taup īšanas iesp ējas PII, vienlaikus ņemot v ērā iekštelpu mikroklimata pras ības b ērnu vesel ībai. Attiec ībā uz iekštelpu mikroklimatu, t ā konkr ētus parametrus Latvijas Republikas normat īvie akti regul ē da ļē ji. Past āv Latvijas Republikas Vesel ības ministrijas izdotas Higi ēnas pras ības izgl ītības iest ādēs, kas nosaka minim ālo pie ļaujamo gaisa temperat ūru b ērnud ārza telp ās un v ēdin āšanas rež īmu. Ministru kabineta noteikumi neparedz maksim ālās gaisa temperat ūras ierobežojumus pirmsskolas izgl ītības iest āžu telp ās, ta ču normat īvajos aktos ir defin ēts, ka apkures period ā standarta ap ģē rba siltumizol ācijas sp ējas v ērt ībai j ābūt ap 1.0 clo, kas atbilst ap ģē rbam ar gar ām piedurkn ēm, nosegt ām kājām, papildus valk ājot žaketi vai džemperi, turkl āt nav pie ļaujama paaugstin ātas iekštelpu temperat ūras uztur ēšana pie p ģē rba siltumizol ācijas sp ējas v ērt ības, kas ir zem āka par standartos nor ādīto [2]. Pētījum ā tiek izv ērt ēti telpu ekspluat ācijas paradumi un tehniskais nodrošin ājums Ozolnieku novada PII “Bit īte” un “Z īlīte”. P ētījuma ietvaros paredz ēts apkopot datus par PII siltumener ģijas pat ēri ņu uz m 2 gad ā, k ā ar ī veikt eksperiment ālus m ērījumus un noskaidrot, vai esošie PII iekštelpu klimata parametri apkures sezon ā ir atbilstoši b ērnu vesel ības nodrošin āšanas pras ībām. Ieg ūstot datus par iekštelpu klimatu daž āda pielietojuma telp ās, k ā ar ī, sal īdzinot siltumener ģijas pat ēri ņa datus, izstr ādāt rekomend ācijas siltumener ģijas taup īšanai, k ā ar ī b ērnu vesel ībai atbilstošu iekštelpu klimata parametru uztur ēšanai. Ozolnieku novada pirmsskolas izgl ītības iest ādes ir renov ētas un siltin ātas, lai p ēc iesp ējas samazin ātu siltumener ģijas pat ēri ņu. Ta ču siltumapg ādes un ventil ācijas tehniskie risin ājumi katr ā no iest ādēm ir atš ķir īgi, l īdz ar to atš ķiras ar ī iekštelpu klimata kvalit āte apkures sezon ā. Iekštelpu klimata parametru v ērt ības PII regul ē Ministru kabineta noteikumi Nr.596 “Higi ēnas pras ības izgl ītības iest ādēm, kas īsteno pirmsskolas izgl ītības programmas”, k ā ar ī Noteikumi par Latvijas b ūvnormat īvu LBN 231-03 “Dz īvojamo un publisko ēku apkure un ventil ācija”. B ūtisks iekštelpu klimata parametrs ir CO 2 koncentr ācija, kas cilv ēku piepild ītās telp ās ir augst āks, nek ā ārā, jo CO 2 ir dabisks cilv ēka metabolisma blakusprodukts [3]. Pasaules vesel ības organiz ācijas rekomend ētais CO 2 l īmenis m ācību

43 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

telp ā ir l īdz 1000 ppm (da ļu skaits uz miljonu). Palielin āta CO 2 koncentr ācija iekštelp ās var atst āt tiešu, nelabv ēlīgu ietekmi uz cilv ēku labsaj ūtu, emocion āli/psiholo ģisko labkl ājību, k ā ar ī sekm ību. Ja CO 2 l īmenis p ārsniedz 2500 ppm, var pasliktin āties uzman ība, uztvere un citi kognit īvie procesi [4]. Ministru kabineta noteikumi Nr. 596 nosaka, ka minim ālā pie ļaujam ā gaisa temperat ūra telp ās, kur ās uzturas b ērni l īdz 3 gadu vecumam, ir vismaz 20 ºC, savuk ārt telp ās, kur ās uzturas b ērni virs 3 gadu vecumam ir vismaz 18 ºC [5]. Ministru kabineta noteikumi neparedz maksim ālās gaisa temperat ūras ierobežojumus pirmsskolas izgl ītības iest āžu telp ās, k ā ar ī nenosaka CO 2 koncentr ācijas un relat īvā gaisa mitruma v ērt ību robežas. Rekomend ācijas iekštelpu mitrumam p ēc EN ISO 7730 ir robež ās no 30 % l īdz 70 % [6].

Materi āli un metodes Lai noteiktu mikroklimatu PII un ieg ūtie dati b ūtu savstarp ēji sal īdzin āmi, nolemts m ērījumus veikt š ādās telp ās: • Grupas telp ā; • aktu z ālē. PII grupas telp ās b ērni uzturas liel āko dienas da ļu (parasti ar ī gu ļ diendusu), l īdz ar to šeit iekštelpu mikroklimats tieši saistās ar b ērnu vesel ību. Aktu z āles vairum ā PII netiek noslogotas cauru dienu, t āpēc dati par šo telpu mikroklimatu ir b ūtiski, lai noskaidrotu iesp ējas ietaup īt siltumener ģijas pat ēri ņu. Mērāmie lielumi: • gaisa relat īvais mitrums; • gaisa temperat ūra; • CO2 koncentr ācija. Datu ieguvei tik lietots sensors ar nosaukumu “Aranet4 HOME” ar sekojošu m ērapjomu un mērījuma k ļū du: • CO2 0-9999 (ppm) ar precizit āti – m ērījumam no 0-2000 ppm (3 %); m ērījumam no 2000- 9999 ppm (10 %); • temperat ūrai 0-50 (ºC); 32-122 (ºC) ar precizit āti 0.4 (ºC); 0.72 (ºF); • relat īvajam mitrumam 0-85(%) ar precizit āti ± 3 %. Mērīšanas periods izv ēlēts 7 diennaktis, jo PII rež īms ir periodisks un atk ārtojas ik p ēc ned ēļ as. 7 diennakšu periods ietver gan darba dienas, gan brīvdienas. Sensors “Aranet4 HOME” telp ā tiek novietots 1,5 m augstum ā no gr īdas l īme ņa viet ā, kur tas nav pak ļauts tiešiem saules stariem, tvaikam, pastiprin ātam mitrumam, vienlaikus piel āgojot t ā novietojumu telpas da ļai, kur b ērni uzturas visbiež āk. Sensoru nenovieto uz palodz ēm, telpas st ūros, k ā ar ī pie telpas ieejas durv īm. Sensors uzkr āj datus par 7 diennakšu periodu, t āpēc dati par p ētāmo objektu tiek sav ākti katru pirmdienas r ītu, pirms sensoru p ārvieto uz n ākamo telpu. M ērījumi tiek veikti ik p ēc 5 min ūtēm. Lai noskaidrotu ap ģē rba siltumizol ācijas sp ējas v ērt ības sakar ību ar iekštelpu temperat ūru un uzzin ātu, vai siltumener ģijas daudzums tiek t ērēts atbilstoši nepieciešam ībai, p ētījum ā tiek izmantota anket ēšana, aptauj ājot PII vad ību, audzin ātājas un aukl ītes par b ērnu aktivit ātēm katr ā konkr ētā telp ā attiec īgaj ās ned ēļ as dien ās un laikos, kad notiek m ērījumu veikšana, k ā ar ī ap ģē rbu atbilstoši aktivit āšu raksturam. Siltumener ģijas pat ēri ņa dati PII “Z īlīte” tiek apkopoti p ēc faktiskajiem siltumener ģijas skait ītāja r ādījumiem, jo objekts piesl ēgts centraliz ētajai siltumapg ādes sist ēmai. PII “Bit īte” siltumener ģijas nodrošin āšanai uzst ādīts g āzes apkures katls, t āpēc siltumener ģijas pat ēri ņu apr ēķ ina, reizinot izlietot ā š ķidr ā kurin āmā daudzumu ar t ā augst āko siltumsp ēju un apkures katla lietder ības koeficientu, kas noteikts p ēc kurin āmā augst ākās siltumsp ējas. Abu PII karst ā ūdens pat ēri ņš (lai apl ēstu, cik MWh tiek pat ērētas apkurei) apr ēķ in āts k ā vid ējais siltumener ģijas pat ēri ņš vasaras m ēnešos, kad apkure atsl ēgta.

Rezult āti un diskusija Pēc anket ēšanas rezult ātiem, 70 % no b ērnud ārzos pavad ītā laika b ērni uzturas iekštelp ās. PII “Bit īte” pag ājuš ā gada vasar ā tika izb ūvēta piespiedu ventil ācija, kas b ūtiski atrisin ājusi b ērnud ārza

44 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020. person āla komforta l īmeni, uzturoties telp ā. Ventil ācijas sist ēma darbojas autom ātiski, iesl ēdzoties, kad CO 2 l īmenis telp ā p ārsniedzis 800 ppm. Temperat ūra telp ā sv ārst ās no 21 l īdz 23 ºC. Gaisa mitrums telp ā ir robež ās no 26 l īdz 36 %. Ieviešot piespiedu ventil ācijas sist ēmu, elektroener ģijas pat ēri ņš b ērnud ārz ā pieaudzis par 53.26 kWh dien ā (darba dien ās), kop ējo elektroener ģijas pat ēri ņu PII palielinot vid ēji par 1060 kWh m ēnes ī. Par b ērniem piem ērotu mikroklimatu liecina temperat ūras, CO 2 un mitruma m ērījumu rezult āti PII grupas telp ā “Tauren īši”, kur ikdien ā uzturas b ērni vecum ā no 3 l īdz 4 gadiem. Ieg ūtie rezult āti CO 2 koncentr ācijai PII “Bit īte” un “Z īlīte” grupu telp ās att ēloti 1. att ēlā.

1. att. CO 2 l īmenis PII “Bit īte” grup ā “Tauren īši” un PII “Z īlīte” grup ā “P ērl ītes” PII “Bit īte” grupas telpa darba dien ās tiek papildus v ēdin āta caur logu, augš ējā atv ēruma poz īcij ā, kas rada siltumener ģijas zudumus. Darbinieki veic š ādu v ēdin āšanu, jo to paredz Higi ēnas pras ības. Praktiska pamatojuma šai darb ībai nav, jo piespiedu ventil ācija piln ībā nodrošina un uztur iekštelpu mikroklimata kvalit āti. Radiatoru termogalvas telpas v ēdin āšanas laik ā netiek regul ētas, kas rada siltumener ģijas zudumus.

Sal īdzinoši augsti CO 2 m ērījumu rezult āti atkl ājas PII “Z īlīte” grup ā “P ērl ītes”, kur darba dien ās uzturas bērni vecum ā no 4 l īdz 5 gadiem. P ētījuma rezult āti liecina, ka laikos, kad b ērniem notiek aktivit ātes grupas telp ā, CO 2 koncentr ācija ir 1000-1600 ppm. Mitruma l īmenis telp ā sv ārst ās 23-39 % robež ās. Br īdī, kad tika veikti m ērījumi, dab īgo ventil ācijas kanālu t īrīšana nebija veikta vismaz divus gadus. Prec īzu inform āciju par dab īgās ventil ācijas kan ālu st āvokli neizdev ās noskaidrot. Lai uzlabotu svaiga gaisa piepl ūdi telp ā, j āveic ventil ācijas kan ālu t īrīšana. P ēc darbu veikšanas, CO 2 m ērījumi jāveic atk ārtoti.

Bērnu vesel ībai nelabv ēlīgi CO 2 m ērījumu rezult āti ieg ūti ab ās PII aktu z ālēs, ta ču liel ākas vērt ības fiks ētas PII “Z īlīte” aktu z ālē, kur nav izb ūvēta piespiedu ventil ācija. No 2. att ēlā atspogu ļotajiem CO 2 koncentr ācijas m ērījumu rezult ātiem un inform ācijas par telpu noslodzi, secin āms, ka b ūtiski virs normas palielin āta CO 2 koncentr ācija veidojas, kad b ērniem s ākas nodarb ības, turkl āt r ādījumi ir virs normas visu nodarb ību laiku. K ā ilg ākais periods ar paaugstin ātu CO 2 koncentr āciju PII “Z īlīte” aktu z ālē fiks ēts 2 stundas un 20 min ūtes. Augst ākais r ādījums 2088 ppm fiks ēts darba dien ā plkst. 10:43, kad b ērniem ir m ūzikas nodarb ība. Mitruma l īmenis z ālē ir 26- 39 % robež ās. Ieg ūtie rezult āti liecina, ka svaiga gaisa piepl ūde telp ā ir nepietiekama. Ja atk ārtoti veikti CO 2 m ērījumu rezult āti p ēc dab īgo ventil ācijas kan ālu t īrīšanas nesamazin ās, j āpl āno meh ānisk ās piespiedu ventil ācijas izb ūve PII “Z īlīte” aktu z ālē, k ā ar ī grupas telp ā “P ērl ītes”.

PII “Bit īte” aktu z ālē maksim ālā fiks ētā CO 2 v ērt ība ir 1298 ppm. B ūtiski, ka ilg ākais paaugstin ātas koncentr ācijas periods ir 30 min ūtes. Aktu z ālē autom ātisk ā rež īmā darbojas piespiedu ventil ācija, kurai iesl ēgšan ās v ērt ība t āpat k ā “Tauren īšu” grup ā ir 800 ppm. Mitruma l īmenis z ālē ir robež ās no 20-45 %. Laikos, kad nodarb ības nenotiek, z ālē augš ējā atv ēruma poz īcij ā tiek tur ēti va ļā logi. V ēdinot telpu ar logu pal īdz ību, netiek regul ēti radiatoru termoregul ācijas v ārsti, jo tie ir boj āti.

45 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

Tas rada papildus siltumener ģijas zudumus. P ēc ieg ūtajiem datiem, telpu caur logu nepieciešams vēdin āt pilna atv ēruma poz īcij ā starp nodarb ībām tikai, ja viena p ēc otras paredz ētas vair ākas nodarb ības. P ārējo laiku logu tur ēšana ilgstoši vedin āšanas rež īmā rada papildus siltumener ģijas zudumus. Telp ā nepieciešams p ārtraukt vēdin āšanu caur logu nodarb ību starplaikos, kas ilg āki par 15 min ūtēm, un veikt atk ārtotus m ērījumus. Ieg ūtos datus par temperat ūru izv ērt ēt, lai rastu risin ājumu siltumener ģijas taup īšanai.

2. att. CO 2 l īmenis PII “Bit īte” un PII “Z īlīte” aktu z ālēs Pēc interviju datiem, “Tauren īšu” grup ā b ērni tiek ģē rbti pl ānā ap ģē rb ā, kas atbilst 0.5 clo. Temperat ūra grup ā darba dien ās vid ēji ir 22.40 ºC. Vid ējā temperat ūra br īvdien ās ir 22.07 ºC. Temperat ūras m ērījumi PII “Bit īte” grup ā “Tauren īši” un PII “Z īlīte” grup ā “P ērl ītes” redzami 3. att ēlā. Lai sasniegtu t ādu telpas temperat ūru, kur ā b ērni un person āls justos komfortabli, valk ājot ap ģē rbu, kas atbilst apkures sezonai atbilstošai ap ģē rba siltumizol ācijas sp ējai, telpas temperat ūra b ūtu jāsamazina par 2 ºC. Turpret ī “P ērl ītes” grup ā, lai justos komfortabli telpas temperat ūrā, b ērni tiek ģē rbti ap ģē rb ā, kas atbilst 0.8 clo. Vid ējā temperat ūra grupas telp ā darba dien ās ir 21.18 ºC. Vid ējā temperat ūra br īvdien ās ir 19.84 ºC. PII “Bit īte” siltummezgl ā nav veikti iestat ījumi temperat ūras samazin āšanai br īvdien ās, ar ī PII “Z īlīte” temperat ūra br īvdien ās ar nol ūku samazin āta netiek.

3. att. Temperat ūra PII “Bit īte” grup ā “Tauren īši” un PII “Z īlīte” grup ā “P ērl ītes” PII aktu z āles temperat ūras m ērījumi redzami 4 att ēlā. Lai gan PII “Bit īte” grupas telp ā vid ējā temperat ūra ir augst āka, nek ā PII “Z īlīte” grupas telp ā, m ērījumu dati aktu z ālēs r āda pret ēju ainu. PII “Z īlīte” aktu z ālē vid ējā temperat ūra darba dien ās ir 22.77 ºC, savuk ārt PII “Bit īte” aktu z ālē 20.97 ºC. Br īvdien ās vid ējā temperat ūra PII “Z īlīte” aktu z ālē paaugstin ās uz 23.57 ºC, savuk ārt PII “Bit īte”

46 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020. samazin ās uz 19.77 ºC. P ētījum ā atkl ājas, ka ab ās z ālēs b ērni ģē rbjas atbilstoši 0.5 cl, jo tieši nodarb ības aktu z ālē ir vair āk akt īvas un saist ītas ar fizisku slodzi.

4. att. Temperat ūra PII “Bit īte” un PII “Z īlīte” aktu z ālēs Pēc faktiskajiem siltumener ģijas pat ēri ņa datiem, ņemot v ērā karst ā ūdens vid ējo m ēneša pat ēri ņu (PII “Bit īte” 0.81 MWh un PII “Z īlīte” 2.27 MWh), PII “Bit īte” siltumener ģijas pat ēri ņš apkures sezon ā ir 100.9 MWh (p ēc 2018./2019. gada apkures sezonas datiem, kas apskat āmi 1. tabul ā), veidojot 0.147 MWh pat ēri ņu uz 1 m 2, ņemot v ērā PII kop ējo apkurin āmo plat ību 685.1 m 2. 1. tabula Dati par 2018./2019. gada apkures sezonu PII “Bit īte” Gads 2018 2019 Mēnesis Sept. Okt. Nov. Dec. Janv. Feb. Mar. Apr. Mai. Augst ākā siltumsp ēja, 10.699 10.498 10.474 10.477 10.483 10.464 10.481 10.517 10.762 kWh m -3 Gāzes 159 1015 1207 1373 2594 1773 1678 1071 220 pat ēri ņš, m 3 Pat ērētā siltumener ģija, 0.77 9.1 10.95 12.56 24.48 16.44 15.55 9.66 1.39 MWh Siltumener ģijas pat ēri ņa dati par PII “Z īlīte” 2018./2019. apkures sezonu atspogu ļoti 2. tabul ā. Ar 1630 m 2 apkurin āmās plat ības apkures sezon ā PII siltumener ģijas pat ēri ņš ir 169.22 MWh, kas veido 0.104 MWh·m -2. 2. tabula Siltumener ģijas pat ēri ņš PII “Zīlīte” Gads 2018 2019 Mēnesis Sept. Okt . Nov. Dec. Janv. Feb. Mar. Apr. Mai. Pat ērētā 1.01 9.53 23.02 30.26 38.34 26.4 24.96 11.85 3.85 siltumener ģija, MWh

Secin ājumi 1. Pēc veiktajiem p ētījumiem un apr ēķiniem, visliel ākais siltumener ģijas pat ēri ņš uz 1 m 2 gad ā ir PII “Bit īte” (0.147 MWh·m -2 apkures sezon ā), kam seko PII “Z īlīte” (0.104 MWh·m -2 gad ā) 2. Tā k ā PII “Z īlīte” ieg ūtās CO 2 v ērt ības grupas telp ā un aktu z ālē laikos, kad telp ās uzturas b ērni un audzin ātājas, p ārsniedz v ēlamo maksim ālo v ērt ību par l īdz pat 60 %, nepieciešams pl ānot meh ānisk ās ventil ācijas ier īkošanu, ja m ērījumu rezult āti neuzlabojas p ēc ventil ācijas kan ālu tīrīšanas. 3. Vis ās telp ās, kur tika veikti m ērījumi, ab ās PII tiek izpild īts nosac ījums par minim ālo iekštelpu temperat ūru apkures sezon ā.

47 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

4. PII “Bit īte” nov ērojama paaugstin āta grupas telpas temperat ūra pie b ērnu ap ģē rba siltumizol ācijas sp ējai, kas maz āka par 1 clo, savuk ārt PII “Z īlīte” nov ērojama paaugstin āta aktu z āles temperat ūra. 5. Datu anal īze par āda, ka PII “Bit īte” grupas telp ā “Tauren īši ir iesp ējams samazin āt telpu temperat ūru par 2 ºC darba dien ās un 3 ºC br īvdien ās, t ādā veid ā, saglab ājot komforta l īmeni, bet samazinot siltumener ģijas pat ēri ņu. 6. Ab ās PII papildus siltumener ģijas zudumus rada telpu v ēdin āšanas ieradums, ilgstoši atst ājot logus augš ējā atv ēruma poz īcij ā, vienlaikus ekspluat ējot zem tiem atrodošos sildelementus maksim ālaj ā rež īmā. 7. Pēc ieg ūtajiem datiem, PII “Z īlīte” aktu z ālē iesp ējams samazin āt temperat ūru par vismaz 2 ºC darba dien ās un 4 ºC br īvdien ās, t ādējādi saglab ājot komforta l īmeni, bet ietaupot siltumener ģiju. 8. Lai nodrošin ātu b ērnu vesel ībai atbilstošu mikroklimatu, nepieciešams rast risin ājumus gaisa mitrin āšanai, jo vis ās četr ās telp ās, kur ās tika veikti m ērījumi, mitruma l īmenis laikos, kad b ērni atrodas telp ā, bieži ir zem āks par v ēlamajiem 30 %.

Izmantotie inform ācijas avoti [1] Sept īto gadu p ēc k ērtas decembra laikapst ākļiatkl āj interesantu tendenci, 2019. [online] [01.02.2020]. Available at: https://www.la.lv/septito-gadu-pec-kartas-decembra-laikapstakli- atklaj-interesantu-tendenci [2] Vul āns A. Ieteikumi ēku energoefekt īvai apsaimniekošanai, 2011. [online] [03.03.2020]. Available at: http://kpfi.lv/uploads/files/KPFI/01/20111129_pps_Ieteikumi.pdf [3] Fisk W.J., Wargocki P., Zhang X. Do Indoor CO2 Levels Directly Affect Perceived Air Quality, Health, or Work Performance? ASHRAE Journal, No 61, 2019, pp. 70-77. [4] Izgl ītības iest āžu vides kvalit ātes un drošuma p ētījuma 1. posma rezult āti, 2018. [online] [08.03.2020]. Available at: http://www.vi.gov.lv/lv/sakums/izglitibas-iestazu-vides-kvalitates-un- drosuma-petijuma-1-posma-rezultati [5] Ministru kabineta noteikumi Nr.890 “Higi ēnas pras ības b ērnu uzraudz ības pakalpojuma sniedz ējiem un izgl ītības iest ādēm, kas īsteno pirmsskolas izgl ītības programmu”, 2013. [online] [09.03.2020]. Available at: https://likumi.lv/doc.php?id = 260057 [6] Olsen B.W., Parsons K.C. Introduction to thermal comfort standards and to the proposed new version of EN ISO 7730. Energy and Buildings, No 34, 2002, pp. 537-548.

48 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

NAFTAS PRODUKTU CAURUĻVADA “POLOCKA-VENTSPILS” MA ĢISTR ĀLO S ŪKŅU STACIJU ELEKTROPIEDZIŅAS UN ENERGOEFEKTIVIT ĀTES RISIN ĀJUMI ELECTRIC DRIVE AND EFFICIENCY SOLUTIONS OF OIL PRODUCT PIPELINE “POLOCKA – VENTSPILS” MAIN PUMP STATION Lauris Vaits Tehnisk ās fakult ātes 2. kursa ma ģistrants Aleksejs Gedzurs Zin ātniskais vad ītājs, Mg.ing.sc.

Abstract. Pumps at transfer stations are unable to adapt to changing flow rates. The electric drives of the pumps have no possibility to change the shaft speed. The pumps run outside the nominal operating point. Flow pulsations occur in the oil product to be pumped, which interferes with accurate flow monitoring along the entire length of the pipeline. The vibrations of each electric drive and their pump bearings at different pumping modes are measured experimentally. Flow ripple is measured at these pumping modes. The electrical parameters of the electric drives are measured. A single-pump frequency-controlled electric drive must be installed to reduce flow ripple and improve energy efficiency.

Atsl ēgas v ārdi: centrb ēdzes s ūknis, vibr ācija, pl ūsmas puls ācija, elektropiedzi ņa.

Ievads Ma ģistr ālais cauru ļvads “Polocka-Ventspils” pa kuru tiek transport ēts naftas produkts ar divu pārs ūkn ēšanas staciju pal īdz ību: Il ūkste un Dž ūkste. S ūkņu stacijas ir projekt ētas nomin ālām jaud ām, bet bieži vien, saist ībā ar ģeopolitisko attiec ību saasin āšanos, ir strauji j āmaina p ārs ūkn ēšanas apjoms, kurš ir zem nomin ālajiem parametriem. Š āda p ārs ūkn ēšana rada s ūkņos recirkul ācijas un kavit ācijas procesus, kuri cauru ļvad ā rada pl ūsmas puls āciju. Pl ūsmas puls ācija bez tieš ās ietekmes uz tehnolo ģisko sist ēmu slikti iespaido p ārs ūkn ējam ās pl ūsmas parametru prec īzu uzraudz ību vis ā cauru ļvada garum ā un ierobežo iesp ējas savlaic īgi konstat ēt nelielas nopl ūdes no tā. Š īs nopl ūdes no cauru ļvada var b ūt defektu izrais ītas un tad tiek pies ārņota ar naftas produktu apk ārt ējā vide, vai, un tas ir vis biež āk – pie cauru ļvada tiek veikti nelikum īgi piesl ēgumi ar m ērķi zagt p ārs ūkn ējamo dīze ļdegvielu, kas savuk ārt rada lielus materi ālos zaud ējumus. T āpēc ir svar īgi izp ētīt iesp ējamos variantus un rast risin ājumus naftas produktu pl ūsmas regul ēšanai p ārs ūkn ēšanas stacij ā “Dž ūkste”, ieg ūstot plaš āku p ārs ūkn ēšanas jaudas regul ēšanas diapazonu saglab ājot augstu lietder ības koeficientu, uzlabojot energoefektivit ātes r ādītājus.

Materi āli un metodes Pētījumu veikšanai uzst āda vibr ācijas dev ējus pa diviem uz katru gultni (skat. 1. att.) vienu vertik ālaj ā otru horizont ālaj ā plakn ē.

1. att. Dev ēju uzst ādīšanas vietas uz s ūkņu agreg ātu gult ņu virsm ām: 1 – elektro motora aizmugur ējais gultnis; 2 – elektromotora priekš ējais gultnis; 3 – s ūkņa aizmugur ējais gultnis; 4 – s ūkņa priekš ējais gultnis Darb ā ir p ētīta p ārs ūkn ēšanas zem nomin āliem parametriem ietekme uz elektropiedzi ņas un to sūkņu gult ņu vibr ācij ām, pl ūsmas puls āciju un tehnolo ģisko sist ēmu kopum ā.

49 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

Mērījumus veic pie daž ādiem (skat.1.tabula.) p ārs ūkn ēšanas rež īmiem (daž āds iesaist īto s ūkņu skaits gan Il ūkstes, gan Dž ūkstes stacij ās), kuri nav nomin ālie sūkņu p ārs ūkn ēšanas darba rež īmi. 2. att ēlā ir apskat āms p ārs ūkn ēšanas rež īms “4” kur Il ūkstes s ūkņu stacij ā str ādā atbalsta s ūkņu agreg āts (ASA) – P1, t ā s ūkni piedzen 0.4 kV frekven ču vad īta elektropiedzi ņa ar 1100 apgr ⸳min -1 (4 polu el.dz.) v ārpstas rot ācijas ātrumu un ma ģistr ālie s ūkņu agreg āti ar tieš ās palaišanas (6 kV, 1120 kW) elektropiedzi ņu katrs, kuri griež s ūkņu v ārpstas ar 2977 apgr ⸳min -1. 1. tabula Pētījuma p ārs ūkn ēšanas rež īmu apkopojums Il ūkstes s ūkņu stacija, ASA-atbalsta s ūkņu Dž ūkstes p ārs ūkn ēšanas stacija, agreg āti , M7;M8;M9-ma ģistr ālie s ūkņu H1;H2;H3, ma ģistr ālie s ūkņu Rež īms agreg āti, apr ⸱min -1 agreg āti, apr ⸱min -1 ASA, 1P M7 M8 M9 H1 H2 H3 1. 1350 - - 2977 2977 - - 2. 1150 2977 - 2977 2977 - - 3. 1150 2977 - 2977 - 2977 - 4. 1150 2977 - 2977 - - 2977 5. 1260 ------6. 1450 ------Šie s ūkņi tehnolo ģiski ir sl ēgti virkn ē (M8 un M9) un tie ir identiski p ēc saviem hidrauliskajiem un elektriskajiem parametriem gan savstarp ēji, gan ar Dž ūkstes stacijas (H2 un H3) un tiem ir uzst ādīts standarta s ūkņa darba rats (449 mm). LRDS „Il ūkste” NPPS „Dž ūkste” Atbalsta s ūkņu agreg āti, ASA

No „Rezervu āru parka” Ma ģistr ālā s ūkņu stacija, MSA

P1 P2 1160 apgr·min -1 Ma ģistr ālā s ūkņu stacija, MSA

H1 H2 H3 2977 apgr·min -1 Uz PNP 952 m3·h-1 „Ventspils”

M9 M8 M7 2977 apgr·min -1 2977 apgr·min -1 Uz NPPS „Dž ūkste”

2. att. Tehnolo ģisk ā p ārs ūkn ēšanas sh ēma “4” rež īmam Savuk ārt Il ūkstes s ūknis M7 un Dž ūkstes s ūknis H1 ir ar samazin ātiem p ārs ūkn ēšanas parametriem, jo tiem ir uzst ādīts samazin ātais s ūkņa darba rats (432 mm) pie identiskas elektropiedzi ņas (M7;M8;M9; = H1;H2;H3 no elektropiedzi ņas viedok ļa). Visiem ma ģistr ālajiem sūkņiem ir tieš ā elektropiedzi ņa, bez iesp ējas main īt v ārpstas griešan ās ātrumu. Ar ener ģijas vadības sist ēmas pal īdz ību (SCADA) izm ēra un analiz ē elektropiedzi ņas elektriskos parametrus.

50 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

Pētījuma gait ā tiek izm ērīta katra s ūkņa un elektropiedzi ņas gult ņu vibr ācijas spektri un amplit ūda Ar ieb ūvētajiem spiediena dev ējiem, katra s ūkņa izpl ūdē, izm ēra sūkņa spiedienu, t ā puls āciju ma ģistr ālā cauru ļvada iepl ūdē.

Rezult āti un diskusija Elektropiedzi ņu gult ņu izm ērītie vibr ācijas lielumi (skat. 3.att.) visi atbilst ISO 10816-3 standarta “A” apgabalam (l īdz 2.3 mm ⸱s-1), kurš ir rakstur īgs jaun ām (lab ām) mehāniskaj ām sist ēmām. Augst ākais izm ērītais lielums ir “2” rež īma H1 gultnim 2H (otr ā gult ņa horizont ās plaknes m ērījums) 2.26 mm ⸱s-1.

3. att. Elektropiedzi ņas gult ņu izm ērītie lielumi Liel ākā izm ērītā s ūkņu gult ņu vibr ācijas lieluma v ērt ība ir 3.91 mm ⸱s-1 H3 s ūkņa 4. gultnim (skat. 4. att.) vertik ālais m ērījums (4V) ceturtaj ā rež īmā.

4. att. Sūkņu gult ņu izm ērītie lielumi Šāds intensit ātes apgabals atbilst ISO 10816-3 standarta “B” apgabalam, (skat. 3. att.) kas ir rakstur īgs meh āniskaj ām sist ēmām ar labu (zemu) vibr ācijas l īmeni, bet p ēc s ūkņu ražot āja Ruhrpumpen tehnisk ās pases šim s ūknim nomin ālos darba apst ākļos vibr ācijas l īmenim ir j ābūt 2.7 mm ⸱s-1, vibr ācijas l īmenis ir augst āks par ražot āja noteikto par 30.9 %. Tātad, š ādā rež īmā s ūknis rada paaugstin ātu vibr āciju, kas izraisa paaugstin ātu pl ūsmas puls āciju pārs ūkn ējam ā naftas produkt ā.

51 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

5. att. Izm ērītās pl ūsmas puls ācijas Pēc pl ūsmas puls ācijas izm ērītajiem datiem, var redz ēt, kad liel ākā spiediena puls ācija pārs ūkn ējamaj ā d īze ļdegviel ā ir s ūknim H1 (skat. 5. att.) un spiediena puls ācijas starp ība sasniedza 0.4 bar otraj ā p ārs ūkn ēšanas rež īmā. Šis s ūknis ir ar samazin āto darba ratu 432 mm, standarta darba rats ir 449 mm, k āds tas ir H2 un H3 s ūkņiem. Šis samazin ātais darba rats ir uzst ādīts ar m ērķi pārs ūkn ēt maz āku d īze ļdegvielas apjomu b ūtiski nesamazinot s ūkņa lietder ības koeficientu un l īdz ar to samazin āt elektroener ģijas pat ēri ņu. Bet, k ā var secin āt, spiediena puls āciju tas nesamazina, s ūknim nestr ādājot ar nomin ālajiem parametriem. Vismaz ākā pl ūsmas puls ācija ir izm ērīta rež īmos “5” un “6”, kad eksperiment ālā k ārt ā tika izm ērīts spiediens Dž ūkstes stacijas izej ā pie H3 agreg āta k ādu puls āciju rada cauru ļvad ā pārs ūkn ēšanas proces ā str ādājot tikai Il ūkstes stacijas atbalsta s ūkņu agreg āts P1 (skat. 2. att. “P1”) bez ma ģistr ālajiem s ūkņu agreg ātiem. Pl ūsmas puls ācijas gandr īz nav (0.008 bar “5” rež īmā), bet pārs ūkn ēšanas apjoms ar ī ir ļoti mazs, tikai 380 m3⸱h-1. Š āds p ārs ūkn ēšanas rež īms ir t īri eksperiment āls un pielietot praks ē nav paredz ēts.

6. att. Recirkul ācijas process centrb ēdzes s ūkn ī Sūkņiem str ādājot pie ne nomin ālajiem parametriem samazin ās to lietder ības koeficients, palielin ās pl ūsmas puls ācija izpl ūdē jo rodas s ūkn ī recirkul ācijas process (skat. 6. att.) un ir iesp ēja sasniegt p ārs ūkn ēšanas parametrus kuri izraisa kavit āciju, kura ir b īstama jebkuram p ārs ūkn ēšanas procesam. Visus šos negat īvos procesus var nov ērst izmainot v ārpstas griešan ās ātrumu, piel āgojot to nepieciešamajam p ārs ūkn ēšanas rež īmam un saglab ājot augstu lietder ības koeficientu gan elektropiedzi ņai, gan t ā piedz ītajam s ūknim [1].

52 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

7. att. Akt īvās jaudas P un reakt īvās jaudas Q m ērījumu grafiks režīmā “4” Kā redzams 7.att ēlā elektropiedzi ņa (H3, p ārs ūkn ēšanas rež īms “4”) nav str ādājusi ar savu nomin ālo jaudu ( Pnom = 1120 kW), š ādā p ārs ūkn ēšanas rež īmā p ēc elektrodzin ēja palaišanas un tehnolo ģisk ās sist ēmas nostabiliz ēšan ās Prež .4 = 789 kW, kas ir 0.70 % no nomin ālās jaudas, l īdz ar to elektrodzin ēja lietder ības koeficients η ir samazin ājies no nomin ālajiem 0.96 % uz 0.95 %. S ūkņa lietder ības koeficients, š ādā p ārs ūkn ēšanas rež īmā, ir 0.80 ( ηnom = 0.81). Elektropiedzi ņas jaudas zudumus, ņemot v ērā t ās main īgo lietder ības koeficientu, kurš ir nolas āms no piedzi ņas tehnisk ās pases un raksturl īkn ēm, var apr ēķ in āt p ēc sekojošas izteiksmes: 1−η 1− 0.95 0.70 , (1) ∆Pz0.70 = Pnom ⋅ 0.70 =1120 ⋅ 0.70 ⋅ = 412.63 W η0.70 0.95

kur ΔPz0.70 – apr ēķ in āmā zudumu jauda pie 70 % noslodzes, kW; Pnom – nomin ālā jauda, kW; 0.70 – noslodzes koeficients; η0.70 – elektrodzin ēja lietder ības koeficients pies 85 % noslodzes. Pārs ūkn ēšanas procesa galvenais ekonomiskais r ādītājs ir pat ērētās elektroener ģijas attiec ība pret pārs ūkn ēšanas apjomu (MW uz m 3⸱h-1). Eksperiment ālaj ā veid ā patt ērētā elektroener ģija (H3, pārs ūkn ēšanas rež īms “4”) ir apr ēķ in āma anal ītiski p ēc sekojošas izteiksmes: P W = ρ g ⋅⋅ Q ⋅ sukn . , (2) ηsukn ηel .. piedz η parvfr ... kur W – elektro ener ģija, kWh; ρ – p ārs ūkn ējam ā produkta bl īvums, kg ⸱m-3; g – br īvās krišanas pa ātrin ājums, m ⸳s-2; Q – s ūkņa raž ība, m 3⸱s-1; Psukn . – s ūkņa rad ītais spiediens, m; ηsukn . – s ūkņa lietder ības koeficients; ηel .piedz . – elektropiedzi ņas lietder ības koeficients; ηfr .parv . – frekven ču p ārveidot āja lietder ības koeficients, ja ir uzst ādīts. Anal ītiski (H3, p ārs ūkn ēšanas rež īms “4”) pat ērētā elektroener ģija ir nosak āma p ēc izteiksmes: 278.14 W = 832.5 ⋅9.81 ⋅ 0.2644 ⋅ = 790.25 kWh . (3) 0.80 ⋅ 0.95 Šādu pašu p ārs ūkn ēšanas apjomu 952 m3⸱h-1 k āds ir H3, p ārs ūkn ēšanas rež īmā “4” var ieg ūt (vadoties p ēc s ūkņa raksturl īkn ēm) s ūkņa v ārpstai griežoties ar 2829 apgr ⸱min -1 un radot celšanas 240 m ( ūdens staba), str ādājot ar 0.807 lietder ības koeficientu. Elektropiedzi ņa saglab ā nomin ālo lietder ības koeficientu 0.96. Pie ņemot, kad elektropiedzi ņa ir ar frekven ču izmain ītas v ārpstas griešan ās ātrumu, apr ēķ inot pat ērēto elektroener ģiju ir j āņ em v ērā ar ī frekven ču regul ātora iek ārtas lietder ības koeficients. Izv ēlos apr ēķ iniem SIEMENS “Perfect Harmony” iek ārtu, kura atbilst š īs

53 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020. elektropiedzi ņas parametriem un t ās lietder ības koeficients 0.95. Š ādu, v ārpstas griešan ās ātruma izmain ītu p ārs ūkn ēšanas proces ā pat ērēto elektroener ģiju apr ēķ ina p ēc izteiksmes: 240 W = 832.5 ⋅9.81 ⋅ 0.2644 ⋅ = 704.13 kWh . (4) 0.807 ⋅ 0.96 ⋅ 0.95 Kā var redz ēt izteiksm ēs (3) un (4) ar v ārpstas izmain ītu griešan ās ātrumu pat ērētās elektroener ģijas daudzums ir maz āks (par 86kW) k ā str ādājot elektropiedzi ņai un t ās s ūknim ārpus nomin ālā darba punkta. Ja pie ņem kad š ādu rež īmu izmantotu 365 dienas gad ā 24 stundas diennakt ī, tad ekonomija uz elektroener ģijas r ēķ ina b ūtu 753 MWh. Samazin ātais pat ēri ņš ir d ēļ s ūkņa un elektropiedzi ņas augst ākiem lietderības koeficientiem. Lai sasniegtu nepieciešamo p ārs ūkn ēšanas apjomu (ja tas ir zem āks par nomin ālo) var samazin āt v ārpstas rot ācijas ātrumu faktiski saglab ājot nomin ālos lietder ības koeficientus un s ūknis rada zem āku spiedienu, sal īdzin ājum ā ar neregul ētu vārpstas griešan ās ātrumu (240 m izteiksm ē (4) un 278 m izteiksm ē (3)), kas samazina tehnolo ģisko iek ārtu ekspluat ācijas izdevumus [2]. Vienu no s ūkņiem apr īkojot ar frekven ču vad ītu, main āmu v ārpstas griešan ās ātruma elektropiedzi ņu, b ūs iesp ējams regul ēt p ārs ūkn ēšanas pl ūsmas apjomu hidraulisko un meh āniko procesu vajadz īgaj ā rež īmā un saglab ājot augstu lietder ības koeficientu gan elektropiedzi ņai, gan sp ārs ūkn ēšanas sist ēmai kopum ā [3].

Secin ājumi 1. Ma ģistr ālajiem s ūkņiem ir paaugstin āta vibr ācija (3.91 mm ⸱s-1 H3 s ūkņa 4. gultnim), s ūkņi rada pl ūsmas puls āciju p ārs ūkn ējam ā naftas produkt ā (H1 0.4bar), šie hidrauliskie un meh āniskie faktori ir saist īti ar s ūkņu agreg ātu ekspluat āciju ārpus nomin ālajiem darba punktiem. 2. Pl ūsmas regul ēšana notiek ar drosel ēšanas metodi, kas ir energoneefekt īva un izraisa tehnolo ģisko iek ārtu pastiprin ātu nodilumu, s ūkņiem str ādājot ārpus nomin ālajiem darba punktiem, tajos rodas recirkul ācijas process, iesp ējama kavit ācija un rada cauru ļvad ā spiediena puls āciju. 3. Efekt īvāka pl ūsmas regul ēšana ir main īt v ārpstas griešan ās ātrumu saglab ājot augstus lietder ības koeficientus un samazinot s ūkņa rad īto spiedienu pie t ās pašas p ārs ūkn ējam ās jaudas. Samazin ās elektroener ģijas pat ēri ņš uz to pašu transport ēšanas apjomu, k ā tas tika pier ādīts H3 pārs ūkn ēšanas rež īmam “4” – gada griezum ā par 753 MWh. Samazin ās zudumi elektriskajos tīklos. 4. Pie t ās pašas elektropiedzi ņas jaudas pie t ā paša sprieguma kuru pat ērē tieš ā elektropiedzi ņa, str āva neregul ētai elektropiedzi ņai b ūs liel āka k ā regul ētai. Tamd ēļ , kad regul ētai elektropiedzi ņai ir augst āks lietder ības koeficients un jaudas koeficients un maz āka pat ērētā jauda. 5. Ir j ārada elektrotehniskie risin ājumi efekt īvai pl ūsmas regul ēšanai – bloksh ēma frekven ču pārveidot āja vad ības piesl ēgšanai vienai no ma ģistr ālo s ūkņu elektropiedzi ņai, saglab ājot iesp ēju elektropiedzi ņai str ādāt ar ī bez frekven ču p ārveidot āja iek ārtas.

Izmantotie inform ācijas avoti’ [1] Rusa I., Marin C., Baidoc M. Experimental Results of Vibroacoustic Diagnosis Performed with Vibro-Expert System. Scientific Bulletin of Valahia University – Materials and Mechanics, 16(14), 2018, pp. 38-51. DOI: 10.1515/bsmm-2018-0007 [2] Grosel J., Pakos W., Sawicki W. Experimental measurements as the basis for determination of the source of pumps’ excessive vibration. Procedia Engineering, 111 (TFoCE), 2015, pp. 269-276. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.07.088 [3] Shabanov O.V., Kabargina Z. H. P. Evaluating the efectiveness of adjustable-frekuency electric drives of main pumps. Electronic Scientific Journal” Neftegazovoe Delo-Oil and Gas Business, (6), 2011, pp. 24-30.

54 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

SUPERKONDENSATORS K Ā ALTERNAT ĪVA TRADICION ĀLAJAM AKUMULATORAM SUPERCAPACITOR AS ALTERNATIVE TO TRADITIONAL BATTERY Guntis Gailums Tehnisk ās fakult ātes 2. kursa ma ģistrants Aivars Ka ķī tis Zin ātniskais vad ītājs, profesors, Dr.sc.ing.

Abstract. Over the past decade, great progress has been made in the development of supercapacitors. Current progress is the development of economical, portable, and stable supercapacitor devices using various synthesis methods to increase their energy storage ability. With environmental caution and rising fuel prices, supercapacitors can become more exciting, becoming ideal energy sources in the future.

Atsl ēgas v ārdi: superkondensators, ener ģija, uzl ādes cikls, akumulators.

Ievads Pēdējā desmitgad ē ir pan ākts liels progress superkondensatoru att īst ībā. Pašreiz ējais progress ir saist īts ar rentablu, p ārn ēsājamu un ilgtsp ējīgu superkondensatoru ier īč u att īst ību, izmantojot daž ādas izgatavošanas metodes, lai uzlabotu to ener ģijas uzkr āšanas sp ēju. Ņemot v ērā vides aizsardz ību un pieaugoš ās degvielas cenas, superkondensatori n ākotn ē var izr ādīties ide āli ener ģijas avoti [1]. Lai lab āk izprastu superkondensatoru veiktsp ēju, ir veikti eksperiment āli un teor ētiski p ētījumi, lai noteiktu uzl ādēšanas un izl ādes ciklu īpatn ības [2-4]. No ener ģijas bl īvuma vien ādojuma (1) ir redzams, ka š ūnas sprieguma palielin āšana, lai palielin ātu ener ģijas bl īvumu, ir daudz efekt īvāka nek ā kapacit ātes palielin āšana, jo spriegums formul ā ir kvadr ātā. CV 2 E = (1) 2 kur E – kondensator ā uzkr ātā ener ģija, J; C – kapacit āte, F; V – spriegums, V. Tom ēr, ja š ūnas spriegums superkondensator ā ir p ārāk augsts, var notikt taj ā esoš ā š ķī din ātāja elektro ķī misk ā sadal īšan ās. Tas var rad īt g āzveida produktus, izraisot spiediena palielin āšanos superkondensatora iekšpus ē, ietekm ējot droš ību un palielinot iekš ējās pašizl ādes. V ēl viens superkondensatoru tr ūkums ir paral ēlas nopl ūdes, kas pa ātrina pašizl ādes procesus [5]. 1. tabul ā dota sal īdzinoš ā inform ācija, kas apkopota no daž ādiem avotiem [6]. V ērt ības tiek dotas kā aptuvenie 2017-2018. gada tirgus r ādītāji. 1. tabula Superkondensatoru sal īdzin ājums ar litija jonu akumulatoriem Parametrs Superkondensators Litija jonu akumulators Uzl ādes laiks, s 1-10 600-3600 Uzl ādes cikli 500000-1000000 500-5000 Šūnas spriegums, V 2.3 l īdz 3.0 3.7 (nomin āli) Īpatn ējā ener ģija, Wh·kg -1 5-15 120-240 Īpatn ējā jauda, W·kg -1 maks. ap 40000 maks. ap 1000-3000 Izmaksas, EUR par kW·h 7200-9000 (ja liela sist ēma) 225-900 (ja liela sist ēma) Izmaksas, EUR par kW·kg -1 7.2-10.8 90-180 Izmaksas, EUR par kg ~90 (ja liela sist ēma) ~90 (ja liela sist ēma) Piem ēram, sal īdzinošaj ā literat ūrā aprakst ītais p ārveidotais DeWalt akumulatora skr ūvgriezis darbojas tikai apm ēram tr īs min ūtes. Tas ir pietiekami, lai ieskr ūvētu aptuveni 30 koka skr ūves. Bet tas uzl ādējas aptuveni vienas min ūtes laik ā [7]. 2. tabul ā apkopotas b ūtisk ākās superkondensatoru priekšroc ības un ierobežojumi [5].

55 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

2. tabula Superkondensatoru priekšroc ības un ierobežojumi [5] Priekšroc ības Ierobežojumi • Ļoti liels dz īves cikls; var uzl ādēt l īdz pat • Zema īpatn ējā ener ģija 1000000 reiz ēm un vair āk • Line ārais izl ādes spriegums ne ļauj • Augsta īpatn ējā jauda; nodrošina lielas izmantot pilnu ener ģijas spektru slodzes str āvas • Augsta pašizl āde; augst āka nek ā • Īss uzlādes laiks, sekundes l īdz dažas liel ākajai da ļai bateriju vai min ūtes; nav nepieciešama uzl ādes cikla akumulatoru pārtraukšana • Zems š ūnas spriegums; nepieciešami • Vienk ārša uzl āde; nekritisks uz virknes sl ēgumi ar sprieguma pārl ādēšanu līdzsvarošanu • Relat īvi droša ekspluat ācija • Augstas izmaksas par vatstundu. • Lieliska zemas temperat ūras uzl ādes un izl ādes veiktsp ēja Pētījuma m ērķis ir eksperiment āli noskaidrot superkondensatoru veiktsp ējas raksturlielumus darb ā ar akumulatora skr ūvgriezi.

Materi āli un metodes Superkondensatoriem ir zems š ūnas darba spriegums (piem ēram, 2.7 V), t ādēļ tie ir j āsasl ēdz virkn ē, lai ieg ūtu nepieciešamo iek ārtas darba spriegumu, kas parasti ir liel āks nek ā superkondensatoru nomin ālais darba spriegums. Piem ēram, lai izmantotu superkondensatoru 16 V sist ēmā, b ūtu nepieciešami vismaz seši superkondensatori. Kondensatoru virknes sl ēgum ā kop ējo kapacit āti apr ēķ ina pēc formulas (2). J āņ em v ērā, ja superkondensatori ir sasl ēgti virkn ē, ir nepieciešama līdzsvarošanas sh ēma, lai nodrošin ātu, ka spriegums uz katru kondensatoru nep ārsniegtu pie ļaujamo. Tas ir saist īts ar neliel ām atš ķir ībām ekvivalent ās s ērijas pretest ības (ESR) un str āvas nopl ūdēm [8- 10]. 1 C = (2)  1 1 1 1 1 1   + + + + +   C1 C2 C3 C4 C5 C6  kur C – kondensatoru virknes sl ēguma kop ējā kapacit āte, F; C1-C6 – katra kondensatora individu ālā kapacit āte, F. Parasti superkondensatoru uzl ādēšanai un izl ādēšanai ir divas galven ās pieejas. Viena no t ām ir uzl ādēšana vai izl āde pie past āvīga š ūnas sprieguma, lai re ģistr ētu š ūnas str āvas izmai ņas laika gait ā, bet otra ir uzl ādēšana vai izl ādēšana ar past āvīgu str āvu, lai re ģistr ētu š īs š ūnas sprieguma izmai ņas laika gait ā. Šaj ā p ētījum ā akcents ir v ērsts uz tieši uz š ūnas un kop ējā sl ēguma sprieguma izmai ņā m laika gait ā. Superkondensatora kapacit āte ir ļoti atkar īga no m ērīšanas frekvences, kas ir saist īta ar elektrodu poraino strukt ūru un ierobežoto elektrol īta jonu mobilit āti. Pat pie zemas frekvences 10 Hz izm ērītā kapacit āte samazin ās no 100 l īdz 20 % no l īdzstr āvas kapacit ātes v ērt ības, t āpēc šis elektriskais parametrs j āmēra ar īpašu past āvīgas str āvas l ādi ņa un izl ādes metodi, kas noteikts IEC standartos 62391-1 un 62391-2 [11]. Mērīšana s ākas ar kondensatora uzl ādi. Ir j āpieliek spriegums, un p ēc tam, kad past āvīgā str āva vai past āvīgā sprieguma barošanas avots ir sasniedzis nomin ālo spriegumu, kondensators ir j āuzl ādē 30 min ūtes. T ālāk kondensators j āizl ādē ar past āvīgu izl ādes str āvu. Tad m ēra laiku t1 un t2, lai spriegums pazemin ātos no 80 % ( V1) l īdz 40 % ( V2) no nomin ālā sprieguma [12]. Metodes piem ērs 1. att ēlā. Izl ādes str āvas v ērt ību IEC standarts nosaka četr ās klas ēs. Kapacit ātes v ērt ību klas ēm apr ēķ ina pēc š ādām formul ām - atmi ņa (3), ener ģijas uzkr āšana (4), jauda (5) un moment ānā jauda (6):

Iizl ādes = 1·C (3)

56 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

Iizl ādes = 0.4 ·C·V (4)

Iizl ādes = 4·C·V (5)

Iizl ādes = 40 ·C·V (6)

kur Iizl ādes – izl ādes str āva, mA; C – kapacit āte, F; V – spriegums, V.

1. att. IEC standarta superkondensatora test ēšanas metode Atseviš ķu ražot āju izmantot ās m ērīšanas metodes galvenok ārt ir sal īdzin āmas ar standartiz ētaj ām metod ēm. Pētījum ā tika izmantoti 6 2.7 V 500 F superkondensatori (Green-Cap EDLC(DB), 2.7 V 500 F), kas tika sasl ēgti virkn ē modific ējot superkondensatoru 2.7 V uzl ādes balans ēšanas sist ēmu (BMS – Boost Management System ) (CSD-033-V-1.0), teor ētiski ieg ūstot 16.2 V 83.3 F superkondesatoru akumulatoru. Pētījum ā tika izmantots standarta metodes princips, bet atšķir īgais ir tas, ka no superkondensatora netika atsl ēgta BMS. 3. tabul ā apkopoti svar īgākie izmantoto superkondensatoru parametri un 2. attēlā par ādīti izmantotie superkondensatori un BMS sist ēma pirms modific ēšanas. Izmantotajai BMS sist ēmai praktiski nav pieejami papildus tehniskie parametri, k ā ar ī ražot ājs ir izn īcin ājis jebk ādu mar ķē jumu uz izmantotaj ām komponent ēm, kas ļautu izmantot apr ēķ inos preciz ētus sh ēmas parametrus. 3. tabula Izmantoto superkondensatoru parametri Superkondensators Parametrs (Green-Cap EDLC(DB), 2.7 V 500 F) Nomin ālais spriegums, V 2.7 Kapacit āte, F 500 ESR, mΩ (pie 1·10 3 Hz) 2.9 ESR, mΩ (pie DC) 3.1 Nomin ālā str āva, A (pie t = 40º C) 40 Maksim ālā str āva, A 264.7 Wh·kg -1 5.69 3. att ēlā par ādīts eksperimentu nol ūkiem izmantotais akumulatora skr ūvgriezis, kuram ir nolietoti ori ģin ālie akumulatori, bet jaunu ieg āde objekt īvi v ērt ējot nav finansi āli izdev īgi, ņemot v ērā mode ļa vecumu un to, ka tas nav specinstruments, kuru nevar aizst āt ar citu instrumentu.

57 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

2. att. Izmantotie superkondensatori un uzl ādēšanas l īdzsvarošanas sh ēmas plate pirms modifik ācijas

3. att. Akumulatora skr ūvgriezis, nolietots akumulators pirms pārb ūves un superkondensatori testa sl ēgumos Ņemot v ērā, ka superkondensators ir liel āks par ori ģin ālā akumulatora individu ālajiem elementiem, bet to skaits ir maz āks, nepieciešama izvietošanas p ārpl ānošana, lai tos ievietoto ori ģin ālaj ā korpus ā Šaj ā gad ījuma to ir iesp ējams veikt praktiski neizmantot s ākotn ējo instrumenta ergonomiku.

Rezult āti un diskusija Eksperimentu nol ūkiem tika modific ēta BMS un izveidots sist ēmas sl ēgums, kas par ādīts 4. att ēlā. Sprieguma datu ieg ūšanai tika izmantots daudzkan ālu datu rakst ītājs, bet ņemot v ērā t ā specifiku, sist ēmā ir ieviests sprieguma dal ītājs R1, R2, lai nep ārsniegtu datu rakst ītāja ieejas kan āla maksim ālo jut ību. Eksperimentu galvenais akcents ir likts uz izveidotā akumulatora uzl ādes un izl ādes parametru noskaidrošanu instrumenta tipisk ākajos darba apst ākļos. Veicot sist ēmas test ēšanu daž ādos rež īmos tika ieg ūti daž āda veida rezult āti, kas atseviš ķos parametros uzr ādīja atš ķir ības no teor ētiskajiem rezult ātiem. 5. att ēlā redzami ieg ūtie dati no uzl ādes cikliem. Visos gad ījumos tika izmantots konstantas str āvas (3.23 A) uzl ādes bloks ar iestat īto maksim ālo spriegumu 30 V. Maksim ālais spriegums nekad netiek sasniegts, jo to ierobežo BMS un summ āri, atkar ībā no uzl ādes ilguma, tas sv ārst ās 16 V robež ās. Atš ķir ības skaidrojamas ar to, ka individu āli v ērt ējot katru superkondensatora maksim ālo uzl ādes spriegumu, tas praktiski atš ķī rās no nomin ālā 2.7 V, bet nep ārsniedza ± 10 % robežu. Superkondensatoru piln īgai uzl ādei ir nepieciešamas tikai ~100-300 sekundes (~1.6-5 min ūtes). No tabulas datiem ir redzams, ka b ūtisk ākais faktors, kas nosaka uzl ādes ātrumu ir izl ādes dzi ļums. Ja sist ēma netiek izl ādēta zem 2 V robežas, tad pilna uzl āde ir ~100 sekundes. Dotajai sist ēmai pārsniedzot šo 2 V l īmeni, b ūtiski pieaug l ādēšanas ilgums. Viennoz īmīgi nevar teikt, ka tas ir saist īts ar pašu superkondensatoru, jo to var ietekm ēt ar ī pieejamo BMS uzb ūves īpatn ības, bet š ī p ētījuma ietvaros to nav iesp ējams analiz ēt, jo tr ūkst pilnv ērt īgi dati par izmantoto BMS. 6. att ēlā redzami ieg ūtie dati no dinamiskas izl ādes cikliem. Dotaj ā piem ērā ir izmantots akumulatora skr ūvgriezis, kuram ori ģin ālais akumulators ir aizst āts ar superkondensatoru akumulatoru. Dinamisk ā slodze tika test ēta re ālos apst ākļos, kad ar piln ībā uzl ādētu superkondensatoru akumulatoru intens īvi tika skr ūvētas 40x3.2 mm kokskr ūves saus ā priedes brus ā.

58 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

Skr ūves vispirms tika izskr ūvētas un tad ieskr ūvētas atpaka ļ jaun ā poz īcij ā. Slodzes m ērītāji šaj ā posm ā netika izmantoti. S1

SC1 BMS1 VSC1 S2

SC2 BMS2 VSC2

SC3 BMS3 VSC3

V1 M

SC4 BMS4 VSC4 R1

SC5 BMS5 VSC5

R2 V 2 SC6 BMS6 VSC6

4. att. Eksperimenta sist ēmas sl ēgums: V1 – barošanas avots; S1 – uzl ādes sl ēdzis; S2 – izl ādes sl ēdzis; SC1-SC6 – superkondensatori; BMS1-BMS6 – superkondensatoru uzl ādes balans ēšanas sist ēma; M – akumulatora skr ūvgriezis; VSC 1-VSC 6, V 2 – superkondensatoru un sist ēmas sprieguma mērīšanas piesl ēgvietas; R1, R2 – sprieguma dal ītājs

5. att. Uzl ādes laiks, atkar ībā no superkondensatoru izl ādes dzi ļuma

59 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

6. att. Izl ādes laiks pie dinamiskas slodzes izl ādes Pēc ieg ūtajiem datiem ir redzams, ka intens īvas slodzes gad ījum ā, instruments saglab ā darbasp ējas ~250-400 sekundes (~4-6.7 min ūtes). Dotajai sist ēmai ar to pietika, lai izskr ūvētu un ieskr ūvētu jaun ā poz īcij ā vid ēji 35 ± 5 kokskr ūves. Dot ā sist ēma saglab ā savu darbasp ēju ar ī pie 2 V sasniegšanas. Darb ība paliek l ēnāka, bet joproj ām ir izpild āma. L īdz īga situ ācija ar ori ģin ālajiem akumulatoriem rad ās jau pie ~6 V robežas sasniegšanas.

Secin ājumi 1. Ieg ūtie rezult āti sakr īt vai ir pat lab āki ar sal īdzinošaj ā literat ūra aprakst ītajiem. Dot ās sist ēmas intens īva darbsp ēja p ārsniedz 6 min ūtes, kuru laik ā var izskr ūvēt un ieskr ūvēt vair āk par 30 kokskr ūvēm, bet pilns uzl ādes laiks ir l īdz 5 min ūtēm, ja sist ēma ir bijusi piln ībā izl ādēta. 2. Priekšroc ības izmantojot superkondensatorus ir ātrs uzl ādes laiks jebkur ā akumulatora izl ādes stadij ā. Dot ās sist ēmas uzl ādes laiks norm ālā darba rež īmā ir aptuveni 100 sekundes. 3. Superkondensatoru mazo energoietilp ību kompens ē ar ī iesp ēja veikt uzl ādi ar spriegumu, kas ir maz āks par sist ēmas nomin ālo, ko pan āk ar l ādēšanas sh ēmas p ārsl ēgšanu. Doto sist ēmu ir iesp ējams uzl ādēt l īdz maksim ālajam 16 V spriegumam ar spriegumu, kas ir l īdzv ērt īgs vai liel āks par superkondensatora nomin ālo 2.7 V spriegumu. 4. Superkondensatori, sal īdzinot ar litija jonu akumulatoriem, p ēc uzl ādes ciklu skaita p ārsniedz to īpaš ības vismaz 1000 reizes un viennoz īmīgi ir ilgtsp ējīga ener ģijas uzkr āšanas ier īce. Tom ēr, jāņ em v ērā superkondensatoru īpaš ības, lai izvair ītos no zaud ējumiem, kas rodas str āvas nopl ūdes dēļ un nodrošin ātu optim ālu instrumenta darb ības ilgumu p ēc pilnas vai da ļē jas uzl ādes cikla.

Izmantotie inform ācijas avoti [1] Muzaffar A., Ahamed M. B., Deshmukh K., Thirumalai J. A review on recent advances in hybrid supercapacitors: Design, fabrication and applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 101 (July 2018), pp. 123-145. DOI: 10.1016/j.rser.2018.10.026 [2] Ban S., Zhang J., Zhang L., Tsay K., Song D., Zou X. Charging and discharging electrochemical supercapacitors in the presence of both parallel leakage process and electrochemical decomposition of solvent. Electrochimica Acta, 90, 2013, pp. 542-549. DOI: 10.1016/j.electacta.2012.12.056 [3] Barbosa V., Nogueira T., Carati E., Felgueiras C. Supercapacitor in battery charges of photovoltaic panel: Analysis of the technical feasibility. Energy Procedia, 153, 2018, pp. 80–85. DOI: 10.1016/j.egypro.2018.10.019 [4] Ceraolo M., Lutzemberger G., Poli D. State-Of-Charge Evaluation Of Supercapacitors. Journal of Energy Storage, 11, 2017, pp. 211-218. DOI: 10.1016/j.est.2017.03.001 [5] Conway B.E. Electrochemical Supercapacitors Scientific Fundamentals and Technological Applications. Ottawa, Ontario, Canada: Springer, 1999.

60 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

[6] Horn M., MacLeod J., Liu M., Webb J., Motta N. Supercapacitors: A new source of power for electric cars? Economic Analysis and Policy, 61, 2019, pp. 93-103. DOI: 10.1016/j.eap.2018.08.003 [7] Ultracapacitors: The Next Source For Powerful Cordless Tools? (S.a.). [online] [01.04.2020] Available at: https://toolmonger.com/2007/11/05/ultracapacitors-the-next-source-for-powerful- cordless-tools/ [8] Burke A., Miller M. The power capability of ultracapacitors and lithium batteries for electric and hybrid vehicle applications. Journal of Power Sources, 196(1), 2011, pp. 514-522. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2010.06.092 [9] Liu C., Wang Y., Chen Z., Ling Q. A variable capacitance based modeling and power capability predicting method for ultracapacitor. Journal of Power Sources, 374 (September 2017), pp. 121- 133. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2017.11.033 [10] Pedrayes J. F., Melero M. G., Norniella J. G., Cano J. M., Cabanas M. F., Orcajo G. A., Rojas C. H. A novel analytical solution for the calculation of temperature in supercapacitors operating at constant power. Energy, 188, 2019. DOI: 10.1016/j.energy.2019.116047 [11] Nesscap. Ultracapacitor - Technical guide 2008. [12] Maxwell Technologies. Product Guide: BOOSTCAP Ultracapacitors. Doc. No. 1014627.1, 2009.

61 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

ELEKTRISK Ā ST ŪRES PASTIPRIN ĀTĀJA DARBSP ĒJAS ANAL ĪZE THE ANALYSIS OF THE WORKING CAPACITY OF ELECTRIC POWER STEERING Reinis Pal ēvics Tehnisk ās fakult ātes 2. kursa ma ģistrants Aivars Birkavs Zin ātniskais vad ītājs, asoci ētais profesors, Dr.sc.ing.

Abstract. Integrating an electric power steering in a car changes its technical characteristics one of them is to easier turn the steering wheel and the power consumption under different conditions. The car's technical calculations do not include the additional power consumer – the electric power steering, which may cause concern that the car's alternator parameters may be insufficient to ensure the full power of the electric power steering.

Atsl ēgas v ārdi: electric power steering, steering system, steering conversion, car electric power consumption.

Ievads Elektrisko st ūres pastiprin ātāju integr ēšanu automobi ļos plaši izmanto Amerikas Savienotaj ās Valst īs, kur v ēsturiskus transportl īdzek ļus apr īko ar elektriskajiem st ūres pastiprin ātājiem, k ā ar ī st ūres sist ēmas izmai ņas un dal ība ce ļu satiksm ē ir at ļauta. Tur past āv komp ānijas, kas pied āvā komplektus konkr ētam automobilim [1]. Latvij ā ir aizliegts piedal īties ce ļu satiksm ē, veicot st ūres sist ēmas izmai ņas, iz ņemot, ja tas ir sporta automobilis vai, ja par t ās atbilst ību ce ļu satiksmes droš ības tehnisko normat īvu pras ībām sa ņemts transportl īdzek ļa izgatavot āja vai tehnisk ā dienesta atzinums. Transportl īdzeklim at ļauts veikt otr ās kategorijas p ārb ūvi, saska ņojot to Ce ļu satiksmes droš ības direkcij ā, p ēc atzinuma sa ņemšanas [2]. Automobilim, apr īkojot ar elektrisko st ūres pastiprin ātāju, samazin ās griezes moments uz st ūres ratu, kas uzlabo t ā vad āmības parametru, uzlabojas st ūrēšanas komforts, k ā ar ī st ūrēšanas vad ību var apr īkot ar inovat īvām sist ēmām izmantojot mikrokontrolierus un sensorus. Iesp ējams piel āgot st ūrēšanu cilv ēkiem ar invalidit āti. Automobili integr ējot ar elektrisko st ūres pastiprin ātāju, main ās t ā tehniskie parametri, viens no tiem ir elektrisk ās jaudas pat ēri ņš pie daž ādiem st ūrēšanas apst ākļiem. Automobi ļa tehniskajos apr ēķ inos nav iek ļauts papildus elektrisks pat ērētājs – elektrisk ā st ūres pastiprin ātāja pat ērētā jauda, ko automobi ļa ģenerators var nenodrošin āt, lai elektriskais st ūres pastiprin ātājs un automobi ļa darb ība būtu piln īga. Eksperiment ālā p ētījuma m ērķis ir nov ērt ēt integr ētā elektrisk ā st ūres pastiprin ātāja darbsp ēju automobi ļa VAZ-21051 st ūres sist ēmā, veicot m ērījumus st ūres rata pagriešanas laik ā, nosakot t ā pat ērēto jaudu. Lai veiktu šo p ētījumu, nepieciešams: • noteikt st ūres sist ēmas darbsp ēju VAZ-21051 , kam uzst ādīts elektriskais st ūres pastiprin ātājs, un veikt m ērījumus ar neuzst ādītu st ūres pastiprin ātāju; • noteikt pat ērēto jaudu, izmantojot elektrisko st ūres pastiprin ātāju automobilim VAZ-21051 , un sal īdzin āt ieg ūtos rezult ātus.

Materi āli un metodes Pētāmais objekts ir automobilis VAZ-21051 (skat. 1. att.) bez st ūres pastiprin ātāja, kas tiek apr īkots ar elektrisku st ūres sist ēmas st ūrēšanas sp ēka pastiprinošu elementu. Lai sal īdzin ātu un izdar ītu secin ājumus par automobili VAZ-21051 ar st ūres pastiprin ātāju un bez t ā, eksperiment ālie mērījumi ir j āieg ūst abiem st ūres sist ēmu veidiem – griezes momentu uz st ūres rata, k ā ar ī elektrisk ā st ūres pastiprin ātāja pat ērētā elektrisk ā jauda. Eksperiment ā izmantotais automobilis un iek ārtas: Lai apr īkotu automobili VAZ-2105 ar elektrisko st ūres pastiprin ātāju ir nepieciešams p ārveidots un piel āgots Opel Corsa elektrisk ā st ūres pastiprin ātāja elements, kas aizst āj ori ģin ālās automobi ļa st ūres sist ēmas da ļu no st ūres l īdz st ūres reduktoram (skat. 3. att.). K ā ar ī p ārveidotajam un piel āgotajam Opel Corsa elektrisk ās st ūres pastiprin ātāja elementam ir izveidots vad ības modulis (skat. 2. att.), lai piel āgotu vad ību tieši automobilim VAZ-2105 . Griezes momenta noteikšanai uz st ūres

62 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020. ratu, tiek izmantota pašizgatavota ier īce (skat. 5. att.), kas m ēra gan griezes momentu, gan ar ī pagriešanas le ņķ i izmantojot ADXL345 sensoru [3].

1. att. Eksperiment ā izmantotais automobilis, VAZ – 21051 • ražošanas gads – 1991; • dzin ējs – 1.2 l, maksim ālā jauda 47.2 kW pie motora rot ācijas frekvences 5600 min -1; • pašmasa – 995 kg; • priekš ējo rite ņu parametri – R13, 175/70, 2.3 Bar; • st ūres reduktora p ārnesuma skaitlis – 16.4.

2. att. Elektrisk ā st ūres pastiprin ātāja vad ības 3. att. Ori ģin āla VAZ – 21051 st ūres sist ēmas modulis: 1 – Str āvas piesl ēguma vieta no un elektrisk ā st ūres pastiprin ātāja automobi ļa aizdedzes sl ēdža; elements: 1 – ori ģin āls VAZ – 21051 st ūres 2 – mikrokontrolieris, Arduino Uno ; sist ēmas elements; 2 – elektrisk ā st ūres 3 – sprieguma p ārveidot ājs, no 12 uz 5 voltiem; pastiprin ātāja sensors, P5JPHBV ; 4 – piesl ēguma vietas mikrokontrolierim no 3 – elektrisk ā st ūres pastiprin ātāja sist ēmas elektrisk ā st ūres pastiprin ātāja griezes momenta elements; 4 – elektrisk ā st ūres pastiprin ātāja sensora P5JPHBV; 5 – elektrisk ā st ūres elektromotors pastiprin ātāja motora vad ītāji, IBT – 2; 6 – piesl ēguma vietas ar elektromotoru; 7 – str āvas piesl ēguma vietas

63 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

Elektrisk ā pastiprin ātāja elektrisk ās jaudas un datu apraides funkciju nodrošina sensoru, datu apraides un procesu modulis (skat. 4. att.), kur datu apraidi nodrošina mikrokontrolieri sasl ēdzot ar datoru izmantojot USB kabeli. Mikrokontrolierim ar ī ir piesl ēgts ar sign āla kabeli st ūres rata griezes momenta iek ārta.

4. att. Sensoru, datu apraides un procesu modulis: 1 – mikrokontrolieris, Arduino Nano ; 2 – str āvas stipruma modulis, HX711 ; 3 – sprieguma sensors; 4 – sign āla kabelis; 5 – str āvas stipruma sensors, šunta rezistors; 6 – str āvas stipruma piesl ēgšanas vadi; 7 – datu apraides, ierakst īšanas piesl ēgšan ās vieta izmantojot USB savienojumu ar datoru

5. att. St ūres rata griezes momenta iek ārta: 1 – slodzes sensora vad ības modulis, HX711 ; 2 – pagrieziena le ņķ a sensors, ADXL345 ; 3 – slodzes sensors; 4 – gult ņi; 5 – sign āla kabelis, kas savieno ar sensora, datu apraides un procesu modu ļa mikrokontrolieri Arduino Nano Eksperimenti tiek s ākti ar p ētāmo objektu, m ēriek ārtu, nepieciešamo materi ālu un izmantojamo pal īgl īdzek ļu sagatavošanu darbam. Pirms m ērījumu veikšanas p ētāmais objekts, izmantojam ās iek ārtas un automobilis tiek sagatavoti eksperimentiem. P ētāmā objekta sagatavošana tiek veikta sekojoši:

64 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

1. automobilim VAZ-21051 p ārskata, un fiks ē faktiskos tehniskos parametrus – riepu spiedienu un izm ēru, akumulatora spriegumu, nepieciešam ības gad ījum ā tos izmana, piem ēram, riep ās spiedienu; 2. sagatavo telpu, kur ā tiks veikts p ētījums, uzsilda vajadz īgaj ā temperat ūrā +20 ºC; 3. sagatavo nepieciešamos instrumentus st ūres sist ēmas nomai ņai; 4. sagatavo elektrisk ā st ūres pastiprin ātāja sist ēmu, p ārbauda vai ir visi nepieciešamie elementi, nokalibr ē griezes momenta sensoru, (skat 6. att.); 5. sagatavo nepieciešam ās ier īces un sensorus p ētījuma veikšanai.

6. att. Griezes momenta sensora kalibr ēšana: 1 – dators, savienots ar mikrokontrolieri Arduino Uno ; 2 – griezes momenta sensors; 3 – griezes momenta svira, sp ēka pleca garums 44.2 cm; 4 – elektriskie svari, kas savienoti ar griezes momenta sviru; 5 – meh ānisms, kas savienots ar elektriskiem svariem un maina pielikto sp ēku; 6 – m ērlente, sp ēka pleca noteikšanai; 7 – mikrokontrolieris Arduino Uno Mērījumu veikšana tiek uzs ākta, kad p ētāmais objekts, izmantojam ās iek ārtas un automobilis ir sagatavots. Mērījumu veikšanas process: 1. automobili VAZ-21051 novieto telp ā, kur tiks veikti m ērījumi; 2. uz automobi ļa VAZ-21051 tiek uzst ādīti nepieciešamie sensori – st ūres le ņķ a sensors, k ā ar ī ier īce st ūres rata griezes momenta noteikšanai; 3. tiek veikta sensoru un ier īces kalibr ēšana, k ā ar ī to pievienošana datu re ģistratoram; 4. tiek veikta st ūres rata pagriešana atbilstoši re āliem braukšanas apst ākļiem un tiek ieg ūti m ērījuma procesa dati (skat. 7. att.) [4]; 5. tiek uzst ādīts elektriskais st ūres pastiprin ātājs; 6. tiek veikta sensoru atk ārtota uzst ādīšana un to nepieciešam ā kalibr ēšana, k ā ar ī to pievienošana datu re ģistratoram; 7. automobi ļa VAZ-21051 dzin ējs tiek uzsild īts l īdz darba temperat ūrai, motora br īvgaitas rot ācijas frekvence – 900 min -1; 8. dzin ējam darbojoties, tiek veikti m ērījumi un datu ierakst īšana st ūres rata pagriešanai ar elektrisko pastiprin ātāju un pagriešanai atbilstoši re āliem st ūrēšanas apst ākļiem automobilim neatrodoties kust ībā; 9. tiek apstr ādāti ieg ūtie dati; 10. tiek noteikta elektrisk ā st ūres pastiprin ātāja pat ērētā jauda. Pētījuma apjoms tiek veikts četros etapos: 1. eksperiment ālie p ētījumi bez st ūres pastiprin ātāja; 2. eksperiment ālie p ētījumi ar st ūres pastiprin ātāju; 3. eksperiment ālie p ētījumi nosakot elektrisk ā st ūres pastiprin ātāja pat ērēto elektrisko jaudu; 4. pētījuma anal īze un sal īdzin ājums st ūres sist ēmai ar pastiprin ātāju un bez.

65 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

Pētījumi tiek veikti iekštelp ā uz nemain īga gr īdas seguma virsmas pie vien ādiem automobi ļa tehniskajiem parametriem, kur tiek uztur ēta konstanta gaisa temperat ūra +20ºC. Veicot m ērījumus, tos saglab ā datu re ģistrator ā ar interv ālu 0.02 s.

7. att. Mērījuma veikšanas process: 1 – dators; 2 – sensoru, datu apraides un procesu modulis; 3 – st ūres rata griezes momenta iek ārta; 4 – st ūres rats; 5 – st ūres v ārpstas p āreja; 6 – st ūres v ārpsta

Rezult āti un diskusija Pieliktais griezes moments uz st ūres ratu ir atkar īgs no st ūres ratu meh ānismos rad ītās pretest ības, st ūres sist ēmas p ārnesumu attiec ības, rite ņu rad ītās berzes pretest ības, k ā ar ī st ūres rata griešanas ātruma un pa ātrin ājuma. M ērījumu veikšanas proces ā st ūres rats netika griezts ar konstantu griešanas ātrumu, k ā ar ī pa ātrin ājumu, kas izpaužas grafikus (skat īt 8. un 9. att.) padara vi ļņ ainus vai raust ītus. Tas pats ar ī atspogu ļojas uz jaudas m ērījuma veikšanu, kur vi ļņ ains ir ar ī pat ērētā jaudas grafiks (skat īt. 10. att.) Elektrisk ā st ūres pastiprin ātāja jaudas parametri ir atkar īgi ar ī no pielikt ā st ūres rata griezes momenta, kuru attiec ību var kori ģē t elektrisk ā st ūres pastiprin ātāja vad ības modu ļa mikrokontrolier ī. Pieliktais griezes moments st ūres ratam bez pastiprin ātāja, st ūres ratu griežot pa kreisi no 0º l īdz -78.2º t ā griezes moments strauji pieaug no 0 l īdz 19.8 Nm, st ūres ratu aizgriežot l īdz -472º tika sasniegts maksim ālais pieliktais griezes moments st ūres ratam – 27.7 Nm. St ūres ratu griežot pa labi no 0º l īdz 33.6º t ā griezes moments strauji pieaug no 0 l īdz 20.3 Nm, st ūres ratu aizgriežot l īdz 520º tika sasniegts maksim ālais pieliktais griezes moments st ūres ratam – 32.4 Nm (skat 8. att.). Griezes moments uz st ūres ratu ar elektrisko st ūres pastiprin ātāju ir no 2.43 l īdz 3.77 Nm, iz ņemot st ūres ratu griežot pa labi no 427º l īdz 493º le ņķ a ir straujš griezes momenta pieaugums no 2.99 l īdz 7.23 Nm (skat. 9. att.). Š ādu strauju pieaugumu var rad īt k āds tehnisks defekts vai nepiln ība elektrisk ā st ūres pastiprin ātāja element ā, jo m ērot st ūres sist ēmu bez pastiprin ātāja š āds pieaugums netika fiks ēts. Automobilim, veicot st ūres rata griezes momenta m ērījumus ar pastiprin ātāja, var noteikt t ā pastiprin ājumu, k ā ar ī sal īdzin āt m ērījuma datus ar ieg ūtajiem datiem bez elektrisk ā pastiprin ātāja. Maksim ālais elektrisk ās jaudas pat ēri ņš st ūres ratu griežot pa kreisi no 0º l īdz -598º le ņķ a ir 200.3 W pie -514º le ņķ a, griežot st ūres ratu pa labi, no 0º l īdz 480º le ņķ a ir 345.7 W pie 433º le ņķ a. St ūres ratu griežot pa labi, elektrisk ās jaudas pieaugums ir krietni strauj āks nek ā st ūres ratu griežot pa kreisi, kur tas ir m ēreni pieaugošs (skat. 10. att.). Veicot m ērījumus ar elektrisko st ūres pastiprin ātāju, netika fiks ēti apst ākļi, ka elektriskais st ūres pastiprin ātājs p ārlieku pat ērētu elektrisko ener ģiju, p ārslogojot automobi ļa ģeneratoru vai izl ādējot akumulatoru. Piln īgākai izp ētei ir nepieciešami padzi ļin ātāki pētījumi uz elektroener ģija pat ēri ņu kas tiek rad īti un vai pietiekami automobilim VAZ-21051 .

66 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

8. att. Pieliktais griezes moments st ūres ratam p ēc st ūres rata pagriešanas le ņķ a bez elektrisk ā st ūres pastiprin ātāja

9. att. Pieliktais griezes moments st ūres ratam p ēc st ūres rata pagriešanas le ņķ a ar elektrisko st ūres pastiprin ātāju

10. att. Elektrisk ās jaudas pat ēri ņš atkar ībā p ēc st ūres pagrieziena le ņķ a elektriskajam st ūres pastiprin ātājam

67 TF studentu un ma ģistrantu zin ātnisk ā konference Jelgava, 17.04.2020.

Secin ājumi 1. Elektrisk ā st ūres pastiprin ātāja maksim āli izmantot ā elektrisk ā jauda ir gandr īz 345.7 W, kuru automobilis ir sp ējīgs piln ībā nodrošin āt, lai pastiprin ātājs un automobilis efekt īvi pild ītu savas funkcijas automobilim neatrodoties kust ībā. 2. Ar elektrisko st ūres pastiprin ātāju, lai veiktu st ūres rata pagriešanu, mainot st ūre rata le ņķ i par 400º gan uz labo, gan kreiso pusi, ir nepieciešam st ūres ratam pielikt par 17 Nm maz āk griezes momentu. 3. Lai veiktu p ārb ūvi nepieciešams veikt stipr ības apr ēķ inu st ūres pastiprin ātāja meh āniskiem elementiem un nepieciešama p ārbaude elektrisk ās vad ības sist ēmas darb ībā.

Izmantotie inform ācijas avoti [1] EPAS-PERFORM [online] [16.01.2020] Available at: https://epasperformance.com/ [2] Transportl īdzek ļu p ārb ūves noteikumi [online] [16.01.2020] Available at: https://likumi.lv/doc.php?id=92907 [3] How To Track Orientation with Arduino and ADXL345 Accelerometer – HowToMechatronics [online] [16.01.2020] Available at: https://howtomechatronics.com/tutorials/arduino/how-to- track-orientation-with-arduino-and-adxl345-accelerometer/ [4] Stream Data from Arduino into Excel - Arduino Project Hub [online] [16.01.2020] Available at: https://create.arduino.cc/projecthub/HackingSTEM/stream-data-from-arduino-into-excel-f1bede

68