Вестник Донского государственного технического университета @vestnik-donstu
Статьи журнала - Вестник Донского государственного технического университета
Все статьи: 1588
Исследование параметров магнитного поля в рабочей камере индуктора
Статья научная
Рассмотрен индуктор, позволяющий использовать магнитное поле в технологических процессах сельского хозяйства. Исследованы интенсивность, направленность и однородность магнитного поля в рабочей камере индуктора. Использовались методы инструментального, прямого и косвенного измерения, статистической обработки данных, методы аналого-цифрового преобразования данных. Представлена методика измерения векторной характеристики электромагнитного поля - магнитной индукции, оценивающей качество протекания технологического процесса в рабочей камере индуктора. Разработана кибернетическая модель экспериментального исследования, по оценке качества функционирования индуктора. Определены распределения радиальной и осевой составляющих магнитной индукции в рабочей камере, выявлен участок с наиболее однородной величиной и направлением вектора магнитной индукции, образующий рабочую зону индуктора. Выявлена наиболее значимая составляющая вектора магнитной индукции для данного технологического процесса и типа индуктора. Полученные результаты важны при проектировании новых конструкций индукторов.
Бесплатно
Статья научная
Введение. При использовании технологии гидроразрыва пласта для повышения эффективности пластовых флюидов используют насосы высокого давления с крейцкопфной компоновкой приводной части. Основная проблема при эксплуатации данных насосов - износ направляющих крейцкопфа, представляющего собой плоскую поступательную пару трения, приводящий к износу уплотнений плунжера и снижению основных показателей насоса. На пути решения данной задачи ранее было предложено применение новых материалов и антифрикционных покрытий, оригинальных конструкций узлов трения и пр. Однако детального описания и решения рассматриваемой проблемы в настоящее время в литературе не найдено. Целью данного исследования является определение при максимальной нагрузке влияния конструкции узла, температуры процесса и давления в системе смазки на значения параметров, обеспечивающих гидростатический режим для плоского подпятника в узле крейцкопф-направляющие плунжерного насоса высокого давления.Материалы и методы. Определение параметров проводилось методом имитационного моделирования с использованием модального анализа, применимого в случае возникновения высоких динамических нагрузок, действующих на исследуемый узел. Расчет гидродинамических параметров смазочного слоя основан на объединении модели Рейнольдса и модели Стокса в численном моделировании. Исследование проводилось с использованием расчетной модели, представляющей собой секцию плунжерного насоса, рассматриваемой с точки зрения модели «гибких тел», в поле сил гравитации. Математические зависимости рассматриваемых параметров представлены в виде уравнений регрессии, полученных по результатам численного эксперимента.Результаты исследования. Определено значение максимальной нагрузки на нижнюю направляющую крейцкопфа, для которого проводились дальнейшие гидродинамические исследования. Исследованы факторы, оказывающие влияние на процесс - зазоры, заполняемые смазкой (зависящие от конструкции узла), температура и давление в системе смазки. Получены математические зависимости влияния рассмотренных факторов на значения параметров, определяющих установление гидростатического режима.Обсуждение и заключение. Полученные математические модели показывают степень и характер влияния рассматриваемых факторов на исследуемые параметры гидростатического режима смазки узла - силу, действующую на крейцкопф от смазочного слоя и массовый расход смазки на выходе системы. Выявлено, что наибольшее влияние оказывают изменение объема зазоров, заполненных смазкой, массовый расход смазки на входе в систему, который моделирует увеличение давления в смазочной системе узла трения. Полученные результаты не противоречат выводам, полученным в работах подобной тематики, и могут быть использованы в дальнейших исследованиях.
Бесплатно
Исследование перспективной ветроэнергетической установки с типом компоновки «ротор в раструбе»
Статья научная
Введение. Существует проблема повышения эффективности существующих ветроэнергетических установок (ВЭУ). Для её решения необходимо провести исследования ВЭУ неклассических типов. Из этого ряда наиболее перспективными являются ВЭУ, которые используют специальные направляющие статические элементы для создания вихревых структур. Последнее способствует созданию повышенной аэродинамической эффективности роторов этих ВЭУ. Материалы и методы. Для проведения аэродинамических расчетов ВЭУ были использованы программные комплексы Ansys Workbench и Ansys Fluent. Результаты исследования. На основании анализа соответствующих публикаций обоснована перспективность исследований ВЭУ вихревого типа, в которых для увеличения их энергетической эффективности используются дополнительные статорные структуры. С помощью вычислительных методов динамики сплошных сред проведен анализ аэродинамики ВЭУ вихревого типа с компоновкой «ротор в раструбе». С помощью метода аэродинамической оптимизации получена усовершенствованная конструкция указанной ВЭУ. Обсуждение и заключения. На основании полученных в статье результатов видно, что конструирование ВЭУ вихревого типа на основе принципа полезной интерференции статора и ротора является перспективным. В работе проведен анализ конкретной формы ВЭУ с вертикальной осью вращения, осесимметричными статором и раструбом специальных форм. Рассмотрена методика аэродинамической оптимизации конструкции ВЭУ указанного типа. На основе этой методики получены усовершенствованные форма раструба и его компоновка с ротором, которые позволили достичь среднего расчетного значения полезного аэродинамического момента, более чем в два раза превышающего соответствующее значение для первоначальной геометрии ВЭУ.
Бесплатно
Исследование поверхности трибоконтакта после трения в водном растворе капроновой кислоты
Статья научная
Введение. Работа посвящена исследованию эволюции коэффициента трения пары сплав медь-сталь при трении в водном растворе капроновой кислоты различной концентрации, а также изучению противоизносных свойств пары трения сталь-сталь при трении в маслянокислотной среде. Целью данного исследования являлось изучение влияния добавок капроновой кислоты на трибологические характеристики пар трения при фрикционном взаимодействии в составах на водной основе и на основе вазелинового масла.Материалы и методы. Проведены трибологические исследования пары трения латунь-сталь на машине трения торцевого тира АЕ-5. Исследование противоизносных характеристик проводилось на четырехшариковой машине трения (ЧШМ) в соответствие со стандартом ГОСТ 9490- 75. При испытаниях на ЧШМ объективными параметрами смазывающих свойств смазочных композиций являлись: нагрузка сваривания (Рс); диаметр пятна износа (Dн), критическая нагрузка (Рк). Параметры шероховатости сервовитной пленки определялись с помощью оптической профилометрии; ее микрогеометрия и структура на наноуровне - с помощью атомно-силовой микроскопии.Результаты исследования...
Бесплатно
Исследование ползучести антифрикционных полимерных покрытий
Статья научная
Приведены результаты экспериментальных исследований особенностей ползучести полимерных покрытий непосредственно в подшипниках скольжения при повышенной температуре.
Бесплатно
Статья научная
Исследуется возможность повышения точности параметров (шаг резьбы, угол профиля, наружный и внутренний диаметры резьбы) различных видов резьбы на обсадных бесшовных трубах. Как способ достижения поставленной цели рассматривается уменьшение амплитуд колебаний, возникающих в системе «станок - приспособление - инструмент - деталь» (СПИД). Для решения данной задачи предложена модель, описывающая колебания трубной заготовки в процессе её обработки и позволяющая определить влияние на обрабатываемый конец колебаний заготовки, возникающих в свободной её части. В результате проведённого исследования получена математическая модель, основанная на методе начальных параметров. В результате проведённых расчётов определена наилучшая (из рассмотренных в статье) схема расположения опор, при которой возникающие в системе автоколебания минимальны. Полученные в работе результаты могут быть применены на любом предприятии, занимающемся нарезанием резьбы на обсадных трубах. По результатам проведённого исследования было установлено следующее: - оптимальное количество опор для рассматриваемого оборудования - пять; - увеличение числа опор далеко не всегда приводит к уменьшению амплитуд колебаний; - изменение взаимного расположения опор является эффективным средством уменьшения амплитуды колебаний, что способствует повышению точности параметров резьбы.
Бесплатно
Исследование потоков жидкости в дроссельных каналах при возникновении кавитации
Статья научная
Представлены результаты экспериментальных исследований некоторых гидродиамических параметров истечения жидкости через дроссельные каналы цилиндрической и плоской форм. Проанализирован характер распределения давления в различных точках рассматриваемых каналов.
Бесплатно
Статья научная
Введение. История решения проблемы сварки конструкций из нержавеющих и жаропрочных металлов и сплавов насчитывает несколько десятилетий. Особое внимание исследователей привлекла работа с деформированными алюминиевыми сплавами толщиной 2-6 мм. Как правило, такие тонкостенные конструкции свариваются в среде защитного газа аргона при относительно малых величинах тока, поэтому перенос металла - крупнокапельный (сварной шов формируется в виде отдельных крупных капель с узким проплавлением свариваемых элементов). При этом шов получается очень выпуклым, что не отвечает эксплуатационным требованиям конструкций.Таким образом, важно было решить следующие задачи: получить управляемый мелкокапельный перенос электродного металла на токах, соответствующих крупнокапельному переносу; определить условие управляемого переноса; разработать систему питания сварочной дуги.Материалы и методы. Поведение и параметры дуги фиксировались скоростной кино- и видеосъемкой с синхронным осциллографированием электрических параметров процесса - тока и напряжения...
Бесплатно
Исследование процесса импрегнирования методом акустической эмиссии
Статья научная
Рассмотрена возможность использования метода акустической эмиссии для изучения процесса импрегнирования различных материалов жидкостью. Показано, что в процессе удаления газов из жидкости при пропитке твердых материалов идентифицируются несколько различных акустико-эмиссионных картин, что свидетельствует о сложности и многостадийности процесса импрегнирования. Полученные данные позволяют спрогнозировать сферу применения метода акустической эмиссии как неразрушающего способа контроля глубины и полноты пропитки.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Ключевыми этапами технологии переработки шламов являются разрушение конгломератов на металлические и неметаллические компоненты, а также измельчение частиц компонентов для получения вторичного сырья требуемого гранулометрического состава. Применение вращающегося электромагнитного поля для переработки шлифовальных шламов позволяет исключить применение различных средств разрушения и измельчения, избегая контактного взаимодействия агломератов со стенками рабочей камеры. Таким образом снижается материалоёмкость технических средств и повышается эффективность процесса разрушения. Целью исследований являлось установление особенностей и основных закономерностей переработки шламовых отходов в устройствах с вращающимся электромагнитным полем. Материалы и методы. Для исследований использовался шлифовальный шлам, представляющий собой совокупность конгломератов произвольной формы, состоящих на 80-85 % из металлической стружки. Применен индукционный метод, основанный на установлении связи ЭДС, наводимой в индукционном датчике с магнитной индукцией вращающегося электромагнитного поля. Оценка влияния индукции на характер взаимодействия между частицами шлама во вращающемся электромагнитном поле проводилась по изменению относительного сигнала ЭДС, наведенного в индуктивном датчике. Результаты исследования. В результате проведенных с применением индукционного метода экспериментальных исследований установлено: динамические характеристики конгломератов шламовых отходов зависят от индукции вращающегося поля до определенной величины; с увеличением размера конгломератов шлама, при одинаковом размере входящих в него ферромагнитных частиц, величина индукции магнитного поля, необходимая для их разрушения, снижается; с уменьшением размеров частиц конгломератов индукция поля, необходимая для разрушения связей конгломерата, увеличивается; увеличение числа частиц в конгломерате снижает значение индукции; степень разрушения конгломерата и измельчения его ферромагнитных частиц зависит от продолжительности воздействия индукции вращающегося электромагнитного поля. Обсуждение и заключения. Предложенный индукционный метод позволяет исследовать влияние параметров электромагнитного поля на изменение состояния магнитовибрирующего слоя, а также оценить кинематические характеристики частиц ферромагнитной среды в магнитовибрирующем слое.
Бесплатно
Исследование процесса съёма металла при абразивной галтовке
Статья научная
Изучена роль обработки деталей свободными абразивами в современном машиностроении и продемонстрированы технологические возможности абразивной галтовки. Сформулирована задача получения теоретических зависимостей, описывающих связь производительности и качества галтовки с технологическими параметрами обработки и характеристиками рабочих сред. Рассмотрено единичное взаимодействие абразивной частицы с обрабатываемой поверхностью при галтовке. Получены зависимости для определения максимальной глубины внедрения гранулы и съёма металла за один удар абразивной гранулы. Произведено теоретическое и экспериментальное исследование процесса съёма металла, при этом учтено влияние режимов обработки, характеристик абразивной частицы и обрабатываемого материала. Получена зависимость для определения съёма металла при галтовке, прошедшая экспериментальную проверку. Сделан вывод о том, что полученные теоретические зависимости могут быть использованы при проектировании технологических процессов обработки деталей абразивной галтовкой.
Бесплатно
Статья научная
Исследована эффективность очистки гальванических стоков от ионов шестивалентного хрома посредством комбинированной схемы, включающей реагентное осаждение хрома в форме Cr(OH)3 и флотационное выделение осадка. Результаты модельного эксперимента и его апробация на производственных сточных водах показали, что регулирование основных условий процесса (рН, реагент-собиратель, способ флотационной обработки) позволяет достичь степени очистки воды от хрома 98-99%.
Бесплатно
Статья научная
Введение. При изучении композиционных материалов строительного назначения актуальными являются исследования механизмов формирования структуры и свойств современных бетонов в процессе набора прочности. В исследованиях современных композиционных материалов на цементном вяжущем отсутствуют сведения о развитии дефектов структуры и разрушении материала на начальных сроках набора прочности. Такие сведения можно получить с помощью рентгеновской компьютерной томографии - перспективного метода неразрушающего контроля состояния материала. Поэтому целью данной работы явилось изучение образования и распространения трещин в образцах мелкозернистого бетона с различным фракционным составом песка вследствие естественных процессов усадки цементного камня, а также механики разрушения образцов модифицированного мелкозернистого бетона при приложении сжимающей нагрузки на ранних сроках набора прочности.Материалы и методы. В исследовании использовались мелкозернистые бетонные смеси трех композиций с различным гранулометрическим составом песка. Образцы для томографии были изготовлены путем помещения свежих смесей в полимерные цилиндрические контейнеры. Томография образцов сразу после изготовления, а также через 8 и 51 сутки проводилась в микрофокусной рентгеновской установке YXLON Cheetah. Состав с двухфракционным песком был модифицирован механической активацией компонентов, изготовлены образцы-кубики 20×20×20 мм. Далее на установке Instron проведены испытания на сжатие через 3 и 7,5 часов и затем - томография разрушенных образцов.Результаты исследования. Установлено, что разрушение контактных зон зависит от отношения размеров фракций. В присутствии большого количества крупных частиц песка в теле бетона разрушение контактных зон более выражено и имеет магистральный характер. При использовании мелкого или полифракционного песка контактные зоны разрушаются локально и имеют визуально меньшую площадь. На изображениях разрушенного модифицированного образца, испытанного через три часа после изготовления, прослеживаются четкие трещины и выколы на гранях, что говорит об упруго-пластическом характере разрушения. Через 7,5 часов грани образца при разрушении покрываются сеткой мелких трещин, внутри образца также образуется множество трещин и микротрещин, что свидетельствует о хрупком разрушении. По полученным изображениям деформированной структуры модифицированного бетона наглядно прослеживается механизм перехода от упруго-пластического разрушения материала к хрупкому.Обсуждение и заключение. Изученные зависимости влияния размеров мелкого заполнителя на механизмы образования и распространения дефектов структуры вносят вклад в теорию процессов разрушения мелкозернистых бетонов. Полученные результаты доказывают перспективность применения рентгеновской компьютерной томографии как метода неразрушающего контроля внутренней структуры мелкозернистого бетона, в том числе на ранних сроках набора прочности.
Бесплатно
Исследование рабочих режимов дизельного двигателя на биотопливе
Статья научная
Введение. Современные исследования, направленные на снижение выбросов вредных веществ, образующихся в результате работы дизельных двигателей с использованием альтернативного топлива, подчеркивают их значимость и актуальность. Эта тема приобретает всё большую важность в контексте глобальных экологических изменений. Разработка и внедрение альтернативных источников энергии не только способствуют улучшению качества воздуха, но и помогают уменьшить зависимость от ископаемых топлив. Поэтому важно продолжать инвестировать в научные исследования и новые технологии, которые позволят добиться более чистого и эффективного использования ресурсов. На сегодняшний день известно множество таких исследований, особенно теоретических, проведённых в европейских и азиатских странах. Однако практически отсутствуют экспериментальные работы, посвящённые полусферическим камерам сгорания российских дизельных двигателей, у которых частота вращения, степень сжатия и другие конструктивные параметры существенно отличаются от аналогичных характеристик, описанных в известных исследованиях. Кроме того, нет практически никаких экспериментов, посвящённых процессу сгорания российских дизельных двигателей с неразделённой полусферической камерой сгорания в поршне, что обуславливает сложность процесса объемно-плёночного смесеобразования. Целью работы является экспериментальное исследование мощностных и экономических показателей, параметров процесса сгорания дизельного двигателя с неразделённой полусферической камерой сгорания в поршне, работающего на этаноле и рапсовом масле (РМ). Исследование направлено на установление зависимостей, показывающих влияние различных режимов работы двигателя на указанные показатели, с целью определения их числовых характеристик. Материалы и методы. Запуск дизельного двигателя осуществлялся на рапсовом масле, после чего включалась подача этанола, который заменял рапсовое масло до достижения установленного оптимального значения. Увеличение рабочего нагрузочного режима обеспечивалось регулированием подачи этанола. Для подачи рапсового масла был установлен дополнительный топливный насос высокого давления (ТНВД) 2УТНМ, а подача этанола производилась через стандартную систему топливоподачи. Результаты исследования. Показатели процесса сгорания дизельного двигателя, работающего на этаноле и рапсовом масле, заметно отличаются от таковых у двигателя, функционирующего на дизельном топливе. При работе на этаноле и рапсовом масле наблюдается увеличение периода задержки воспламенения, что влияет на «жесткость» процесса сгорания и приводит к повышению значений величины Pz. Эти факторы, скорее всего, являются основными ограничениями для использования этанола посредством непосредственного впрыска. Одним из решений данной проблемы, предложенным в настоящей работе, является использование запального (пилотного) рапсового масла, которое позволяет корректировать параметры процесса сгорания, регулируя величину подачи запального топлива. Обсуждение и заключение. Результаты проведенного экспериментального исследования подтверждают возможность полного замещения нефтяного моторного топлива в дизельном двигателе с неразделенной полусферической камерой сгорания в поршне альтернативным (возобновляемым) топливом, что, несомненно, решает важные вопросы экологической безопасности дизельных двигателей. Результаты исследования могут быть полезны как ученым, занимающимся данной темой, так и инженерно-техническим работникам машиностроительной отрасли.
Бесплатно
Исследование распространения трещины в поверхностном белом слое рельсовой стали
Статья научная
Введение. Статья посвящена оценке растрескивания белых слоев, формирующихся на поверхности рельса в процессе эксплуатации. Трещины в белом слое рельсовой стали обнаруживаются уже после 1 тыс. циклов испытаний. Это объясняется растягивающими и сдвиговыми напряжениями на поверхности пятна контакта колеса и рельса. В работе представлены результаты исследований морфологических характеристик белого слоя на поверхности рельса.Материалы и методы. Объект исследования (поверхность рельса после эксплуатации) рассматривался под микроскопом. Затем была разработана двумерная модель конечных элементов плоской деформации, чтобы моделировать динамические характеристики растрескивания белого слоя. Предложены математические модели, описывающие распространение трещины. Для этого применили критерий механики упругого пластического разрушения, метод J-интеграла. В программе SYSWELD выполнено численное моделирование образования белого слоя и распределения остаточных напряжений.Результаты исследования...
Бесплатно
Исследование режимных факторов в автобалансирующем устройстве стиральной машины в резонансной зоне
Статья научная
Целью данной работы является решение вопросов, связанных с повышением надежности, экономичности и безопасности современных стиральных машин на основе снижения динамических нагрузок в период центробежного отжима. Рассмотрены основы формирования режимных факторов в период прохождения резонансной зоны при центробежном отжиме в жидкостном автобалансирующем устройстве (АБУ) с вытесняемой жидкостью, на конструкцию которого был получен ряд патентов. Проведен сравнительный анализ реализации функции автобалансирующего устройства для условий формирования адекватного силового отклика на входное силовое воздействие для двух установленных ранее наиболее рациональных условий: для силы, возникающей при резонансе, и при достижении максимальной неуравновешенной силы. Получены зависимости величины перемещения внутренней емкости АБУ от конструктивных параметров автобалансирующего устройства и системы подвески моечного узла, а также режимных параметров процесса отжима. Результаты исследования представлены в виде графиков. Анализ итогов работы позволил сделать выводы о перспективности использования полученных данных для обеспечения наибольшей эффективности процесса уравновешивания массы неравномерно распределенных текстильных изделий в барабане при отжиме.
Бесплатно
Исследование рекуперативной гидромеханической системы стенда испытаний объёмных гидромашин
Статья научная
Приводятся основные теоретические и экспериментальные результаты исследований рекуперативной гидромеханической системы стенда испытаний объёмных гидромашин. Показаны основы её математического моделирования. Рассмотрены характерные особенности выхода системы на рекуперативный режим, а также факторы, влияющие на его устойчивость.
Бесплатно
Исследование роли извести при шлакообразовании и внепечной обработке стали инертными газами
Статья научная
Показано, что создание таких технологий обусловлено необходимостью получения стали стандартно высокого качества по составу и температуре. Внепечная обработка стали обеспечивает эти условия и, следовательно, эффективную работу установок непрерывной разливки стали. Представлены апробированные в промышленных условиях экспериментальные данные о влиянии расхода извести на процессы шлакообразования в дуговых электросталеплавильных печах и на последующую внепечную обработку в агрегатах ковш-печь. Предложена технологическая схема комплексной обработки «Дуговая сталеплавильная печь → Внепечная обработка → Установка непрерывной разливки стали». Она исключает повышение окисленности шлака при донной продувке, угар алюминия в ковше и увеличение концентрации кислорода в жидкой стали. Предложенные технологические решения по оптимизации расхода извести, наводке шлака и регламентации режима продувки стали в ковше позволили повысить основные технико-экономические показатели производства стали в условиях Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК).
Бесплатно
Статья научная
Объектом исследования является система «колесо - рельс». Предмет - компьютерное моделирование изнашивания элементов системы. Цель настоящей работы - изучение зависимости износа колес и рельсов от параметров кинетической характеристики трения. Задачи работы: проанализировать предлагавшиеся ранее математические функции, описывающие кинетическую характеристику трения, на наличие экстремумов, поведение (рост, убывание, монотонность, унимодальность и т. п.) в различных диапазонах изменения параметров; осуществить компьютерное моделирование движения колесной пары по рельсовому пути с вычислением количественных оценок износа колес и рельсов при разных параметрах кинетической характеристики трения; установить качественные закономерности влияния задаваемых при компьютерном моделировании параметров кинетической характеристики на износ. При моделировании использовался программный комплекс «Универсальный механизм». В результате получены значения различных характеристик, связанных с износом (мощность, суммарная и удельная работа силы трения), при разных сочетаниях параметров кинетической характеристики трения. Результаты работы позволяют сделать следующие выводы: при компьютерном моделировании движения железнодорожных экипажей необходимо учитывать параметры кинетической характеристики трения, так как в диапазонах значений, соответствующих реальным условиям, они могут существенно влиять на износ; при некоторых сочетаниях значений вышеупомянутых параметров наблюдаются ситуации, когда увеличение коэффициента трения сопровождается снижением износа. Предлагается продолжить исследование в двух основных направлениях: установление закономерностей влияния на кинетическую характеристику трения и износ многообразных реальных факторов и изучение по той же методике влияния на износ параметров динамической (при переменной скорости) характеристики трения.
Бесплатно
Исследование свободных движений пилы
Статья научная
Исследованы собственные движения пилы путём построения и анализа математической модели инструмента на основе уравнений теории упругости. Предложенная авторами математическая модель может быть использована при построении систем диагностики протекания технологического процесса.
Бесплатно
