Машиностроение. Рубрика в журнале - Инженерные технологии и системы
Применение новых технических решений в конструировании термоэлектрических систем
Статья научная
Введение. В статье представлен анализ применения полупроводников при конструировании устройств, которые работают с использованием возобновляемых источников энергии; показано, что особый интерес проявляется к системам, работающим на основе термоэлектрической энергии. Задача исследования заключается в расширении спектра применения термоэлектрических систем. Показано, что для преобразования рассеянной тепловой энергии в другой вид энергии целесообразно и эффективно использовать системы, созданные с помощью термоэлектрических элементов. Материалы и методы. Исследования проводились в Научно-исследовательской лаборатории современных нагревательных приборов ФГБОУ ВО «ИРНИТУ». Были изготовлены образцы термоэлектрических модулей с использованием толстопленочной технологии. Сравнивалась эффективность работы термоэлектрического модуля классического вида с радиаторами охлаждения и запатентованной авторами конструкции термоэлектрического модуля с пространственной ориентацией сторон теплообмена. В качестве термоэлектрического материала использовался теллурид висмута (Bi2Te3); показания напряжения и тока термоэлектрических модулей фиксировались универсальным цифровым прибором В7-28; показания температуры теплоносителя и нагревательных элементов измерялись термопарами и фиксировались с помощью приборов ТРМ 151 и программного комплекса фирмы «ОВЕН». Токовая нагрузка во время проведения экспериментов была постоянной и составляла 1А; корректировка осуществлялась постоянными резисторами марки МЛТ-1. Результаты исследования. В статье приводятся результаты исследования термоэлектрических модулей с поддержанием постоянной температуры на одной стороне модуля и заданием градиента температуры в диапазоне от +50 °С до 190 °С на другой. Детально рассматривается взаимное влияние теплопередающих сторон в процессе длительной эксплуатации при различных конструкциях термоэлектрических модулей. Обсуждение и заключения. Толстопленочная технология - одно из направлений по удешевлению производства термоэлектрических модулей и увеличению эффективности их работы. Исследования в данной области целесообразно проводить в направлении разработки конструкций термоэлектрических модулей и технологий по их изготовлению. Использование толстопленочной технологии изготовления термоэлектрических модулей дает возможность полностью удалить взаимное влияние горячей и холодной сторон, а также увеличить площадь рассеивания тепла в очень широких пределах.
Бесплатно
Проблема мониторинга и балансировки аккумуляторных батарей транспортных средств
Статья научная
Применение электрохимических накопителей энергии с каждым годом становится все более распространенным, в связи с чем к ним предъявляются новые требования по увеличению времени питания электрооборудования. В ряде случаев аккумуляторные батареи (АБ) выполняют функции основной электросиловой установки, работающей на соответствующей резервируемой нагрузке и электроприводе транспортного средства. В статье рассматриваются особенности применения АБ в составе электрооборудования мобильной сельскохозяйственной техники. При создании АБ высокой емкости путем соединения нескольких аккумуляторов в последовательные и параллельные цепи возникает ряд особенностей, связанных с разбросом параметров отдельных элементов. Материалы и методы Объектом исследования являются способы и средства мониторинга и балансировки АБ, при которых они соединены последовательно и отсутствует возможность или целесообразность их рассоединения для индивидуальной балансировки. При разработке методов и устройств использовались общеинженерные подходы. Результаты исследования Для обеспечения максимального срока эксплуатации АБ было необходимо определить параметры, негативно влияющие на ее энергетические характеристики и срок службы. В ходе исследований была установлена необходимость применения устройств мониторинга и регулирования состояния аккумуляторных батарей, позволяющих решить проблемы расхождения емкостей, внутренних сопротивлений и токов утечки отдельных аккумуляторов. Немаловажным показателем, который следует контролировать при эксплуатации АБ, является его температура. Для обеспечения равномерного заряда отдельных ячеек, независимо от разброса их параметров, совместно с системами мониторинга необходимо применять также системы балансировки АБ. Обсуждение и заключения Существуют различные варианты построения АБ, каждый из которых обладает определенными достоинствами и недостатками. В статье приведены примеры пяти систем выравнивания напряжения на отдельных ячейках АБ; определены критерии выбора тока для пассивного способа балансировки с помощью шунтирующих резисторов, а также приведена схема его улучшенного варианта; рассмотрены основные достоинства и недостатки активных методов балансировки; обоснована целесообразность применения активной и пассивной балансировки во время разряда АБ. Сравнительный анализ методов выравнивания напряжения на ячейках аккумуляторных батарей выявил проблемы конденсаторного способа балансировки, решение которых позволит оптимизировать его для электрооборудования мобильной сельскохозяйственной техники.
Бесплатно
Проектирование структуры технологических процессов на основе синтеза
Статья научная
Введение. Процесс автоматизации проектирования структуры технологических процессов достаточно сложен в виду множества разработанных, но слабо формализованных правил проектирования и динамичности схем их применения. Вследствие этого разработанные в настоящее время системы используют эвристические алгоритмы формирования структур. Целью работы является повышение уровня проектирования структуры технологических процессов на основе синтеза при решении задачи выбора конструкторско-технологических баз. Материалы и методы. В основе полученных научных результатов лежат фундаментальные положения теории базирования, технологии машиностроения, теории графов, теории моделей, методологии проектирования ТП механической обработки, логики предикатов и исчисления высказываний. Результаты исследования. Установлены связи между параметрами структуры технологических процессов и выбором конструкторско-технологических баз. Описана математическая постановка задачи оптимизации выбора конструкторско-технологических баз при решении задачи на графе и выбором конструкторско-технологических баз. Описана математическая постановка задачи оптимизации выбора конструкторско-технологических баз при решении задачи на графе. Обсуждение и заключения. Задачи, решенные в данной статье, позволяют сделать шаг к повышению уровня проектирования структуры технологических процессов на основе синтеза при выборе конструкторско-технологических баз. Реализация в системах автоматизированного проектирования технологических процессов описанной в статье задачи позволит повысить общий уровень автоматизации проектирования данных процессов проектирования структуры технологических процессов на основе синтеза при выборе конструкторско-технологических баз. Реализация в системах автоматизированного проектирования технологических процессов описанной в статье задачи позволит повысить общий уровень автоматизации проектирования данных процессов.
Бесплатно
Проектирование электромобиля-трайка на базе параметрических CAD/CAE-моделей
Статья научная
Введение. Национальные технологические инициативы, направленные на разработку и внедрение в инженерную практику средств High-Tech и основанные на концепции «Индустрия 4.0», требуют соответствующих технических решений для всех этапов жизненного цикла изделия от проектирования до утилизации. Реализация концепции предполагает формирование технологических групп и рынков по разным направлениям, в частности Auto.Net. При этом стадия проектирования изделия является базовой и должна быть реализована в форме, обеспечивающей весь жизненный цикл изделия на принципах этой концепции. Материалы и методы. В статье представлена методика и результаты проектирования электромобиля-трайка в среде интегрированных CAD/CAE-систем. Процесс проектирования представляет собой разработку цифровых параметрических моделей разного типа и уровня по принципу сверху-вниз и снизу-вверх. Параметрические свойства моделей обеспечивают возможности эффективной многовариантной разработки проектных решений, включая конструирование, анализ, оптимизацию. Проектные решения разработаны в среде CAD/CAE/CAM/PDM/PLM SolidWorks (Motion, Simulation). Результаты исследования. Результатами исследования являются рациональные траектории проектирования конструкций рассматриваемого класса в среде SolidWorks, а также проектное решение электромобиля-трайка в виде системы интегрированных параметрических моделей, включая 3D-модели деталей и сборок, модели теоретической механики, конечно-элементные модели для решения задач механики деформируемого твердого тела в виде линейной и нелинейной статики, линейной и нелинейной динамики. Для наглядности приводятся видеоролики, иллюстрирующие полученные результаты. Обсуждение и заключение. В исследовании представлена траектория проектирования электромобиля-трайка, основанная на корректной постановке задач проектирования и предусматривающая рациональный выбор средств, инструментов и технологий из штатного функционала SolidWorks. Траектория проектирования обеспечивает как эффективное решение задач проектирования, так и оценку адекватности полученных результатов. В части возможной перспективы этой работы следует указать решение оптимизационных задач по различным критериям эффективности проекта, разработку интегрированной (цифровой и натурной) модели электромобиля-трайка, в цифровой части отвечающей требованиям, предъявляемым к цифровым двойникам. При этом двунаправленные ассоциативные связи между виртуальной и натурной составляющими интегрированной модели позволят решить ряд дополнительных задач: контроль точности цифровых моделей, наделение цифровой модели синергетическими свойствами, планирование траектории движения и беспилотное управление на принципах IoT (интернета вещей).
Бесплатно
Прочностной расчет корпуса шестеренного насоса с использованием SolidWorks Simulation
Статья научная
В статье анализируется конструкция корпуса шестеренного насоса с использованием расчета на статическую прочность, учитышающего конкретные условия и режимы эксплуатации. Прочностные расчеты проводились с помощью метода конечных элементов, реализуемого системой автоматизированного проектирования SolidWorks Simulation. Для определения прочности корпуса использовались его твердотельная и конечно-элементная модели с наложенными граничными условиями, выявленными на основе анализа конструкции и расчета силовых зависимостей, действовавших в процессе работы насоса. Представлены эпюры напряжений и коэффициента запаса прочности, позволяющие оценить прочность детали и выработать рекомендации по созданию более рациональной конструкции корпуса в конкретных условиях эксплуатации.
Бесплатно
Разработка обучаемого классификатора состояний с множеством моделей распознавания образов
Статья научная
Введение. Необходимость классификации состояний рельсовых линий в условиях воздействия на чувствительный элемент датчика информации значительных возмущающих факторов с гарантированным обеспечением качества классификации при необходимой длине рельсовых линий участка контроля формирует задачу создания классификатора с расширенными функциональными возможностями. Для этого используются многомерные образы состояний с множеством информативных признаков, обучающих процедур моделей классификации. Применение классического принципа классификации с единственной моделью приводит к чрезмерному усложнению алгоритма группирования с невысокой точностью из-за неверного решения системы условных уравнений при многомерной аппроксимации многочленами Эрмита. Материалы и методы. Для решения поставленной задачи рассмотрены принципы сокращения размерности признакового пространства, процедуры обучения классификатора состояний с многомерными образами, выбора решающих правил классификации с иерархической группировкой классов, а также формирования множества моделей различной степени сложности, обученных решением несовместной системы уравнений. Благодаря применению в качестве моделей многочленов Эрмита в работе получены модели классификаторов состояний рельсовых линий различной степени сложности, используемые в адаптивном алгоритме. Результаты исследования. В статье представлены результаты формирования 57 моделей классификаторов с использованием многочленов Эрмита с признаками (аргументами) по 2, 3, 4, 5, 6. В качестве примера показана процедура формирования моделей с 2-6 признаками. Результаты исследований показали, что с увеличением количества признаков качество классификации улучшается, как при делении пространства состояний на несколько классов. Обсуждение и заключение. Результаты проведенных исследований подтверждают реализуемость принципа классификации состояний рельсовых линий множеством моделей классификации и алгоритм рекуррентного повышения сложности классификации путем использования модели повышенной сложности. Критерием предъявления новой, более сложной модели является несовпадение результатов вычисления класса i-й моделью и реальным классом, в котором находится рельсовая линия в рассматриваемый момент времени.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Статья посвящена разработке устройства для оценки технического состояния объемных гидроприводов отечественного и зарубежного производства в условиях ремонтных предприятий и сервисных центров. Материалы и методы. В работе использованы положения теоретической механики, теории гидрогазодинамики и основные принципы создания механизмов и машин. Для оценки технического состояния объемных гидроприводов применен метод гидравлического нагружения гидромотора. Достоверность результатов подтверждена экспериментальной реализацией стенда с гидравлическим нагружающим устройством. Результаты исследования. Разработана и готовится к реализации новая конструкция стенда с гидравлическим нагружающим устройством для оценки технического состояния широкой номенклатуры объемных гидроприводов отечественного и зарубежного производства в условиях ремонтных предприятий и сервисных центров. Отличительной особенностью разработанного стенда является использование метода гидравлического нагружения, при котором крутящий (тормозной) момент на валу испытуемого гидромотора создается при помощи гидромашины. Стенд состоит из блоков обработки и измерения данных. В основе блока обработки данных лежит многофункциональная плата сбора данных, соединенная с персональным компьютером. В структуру блока измерения данных входят частотный преобразователь, соединенный с электродвигателем, приводной вал для подключения к нему вала испытуемого гидронасоса, гидравлическая система, имеющая гидробак, линии всасывания, управления, слива, дренажа, нагнетания и реверсивные дроссели-расходомеры, установленные в линиях нагнетания и соединенные с гидронасосом и гидромотором, нагружающее устройство с реверсивным гидронасосом, приводной вал которого муфтой соединен с валом испытуемого гидромотора. Дополнительно реверсивные дроссель-расходомеры через специальные порты и электрические линии соединены с платой сбора данных. Разработанный стенд позволяет оценить техническое состояние наиболее распространенных моделей объемных гидроприводов, используемых в современной сельскохозяйственной и дорожно-строительной технике. Стенд характеризуют энергоэффективность, простота конструкции и низкая стоимость при лучших технических характеристиках, что обеспечивает его высокую конкурентоспособность. Обсуждение и заключение. Разработанная конструкция стенда с гидравлическим нагружающим устройством позволяет реализовать методику динамических испытаний предприятий-изготовителей и с высокой точностью оценить техническое состояние объемных гидроприводов отечественного и зарубежного производства в условиях ремонтных предприятий и сервисных центров. Дальнейшее усовершенствование эффективности оценки технического состояния объемных гидроприводов видится в разработке специализированного программного обеспечения для обработки и анализа результатов испытаний в режиме реального времени.
Бесплатно
Совершенствование конструкции дисковой бороны для ягодников
Статья научная
Введение. Снижение дальности отброса почвы в кустовую и прикустовую зоны, а также поддержание выровненной поверхности междурядий ягодных культур являются актуальными научными проблемами. Цель статьи. Определение основных параметров процесса взаимодействия сферического диска с переувлажненной почвой и разработка на этой основе технического решения, позволяющего уменьшить дальность отброса почвенной ленты в условиях междурядий ягодных культур. Материалы и методы. Объект исследования - садовая дисковая борона, снабженная защитным щитом, смонтированным перед крайним диском передней батареи орудия. Предмет исследования - процесс взаимодействия крайнего диска передней батареи бороны с переувлажненной почвой в ягодниках. Оптимизационными параметрами при проведении полевых экспериментов были выбраны длина щитка и его пространственная ориентация. Оценку качества обработки междурядий ягодников производили профилированием их поверхностей. Результаты исследования. По результатам теоретических исследований установлено, что угол наклона защитного щитка в горизонтальной плоскости должен находиться в пределах 53-54°, а по направлению к движению бороны - 50-58°. Результаты полевых экспериментов подтвердили теоретические предпосылки. Установлено, что полностью исключить боковой отброс почвы за пределы ширины захвата орудия позволяет только защитный щиток, длина которого составляет 450 мм, а угол установки - 50°. Кроме того, при этих параметрах обеспечивается устойчивая работа дискового орудия практически при любой влажности и засоренности междурядий ягодных кустарников. Обсуждение и заключение. Использование модернизированного почвообрабатывающего орудия позволило исключить отброс почвы в кустовую зону, увеличить скорость движения агрегата на 25 %.
Бесплатно
Статья научная
В статье приводятся результаты исследований финишной обработки поверхностей поршней из алюминиевых сплавов. Показано, что бесцентровое шлифование и полирование перед покрытием поверхности сплавом никель-фосфор обеспечивает хорошую прочность сцепления сплава с алюминиевой основой, а дальнейшее химическое никелирование и полирование эластичными кругами сплава повышает износостойкость и коррозионную стойкость покрытия. Полученные результаты внедрены в виде технологии химического осаждения и финишной абразивной обработки защитно-декоративного покрытия сплава никель-рений-фосфор в ООО Объединение «Компрессор» (г. Пенза), что позволило повысить износостойкость и коррозионную стойкость рабочих поверхностей деталей. Экономический эффект от внедрения разработки достигнут путем увеличения ресурса работы в 1,3-1,5 раза.
Бесплатно
Унификация расчетов производительности транспортных и транспортно-технологических средств
Статья научная
Введение. Транспортный процесс - это изменение места положения материалов. При этом, если перемещение груза между пунктами осуществляется напрямую, исключая технологические (полевые) операции, данный процесс можно рассматривать как чисто транспортный в виде частного случая транспортно-производственного процесса. В связи с этим предлагается этот процесс считать компонентом транспортно-технологического процесса, что в свою очередь требует корректирования применяемых методов нормирования работ. Целью исследования является разработка математической модели и алгоритма, позволяющих привести к единообразию расчет производительности разных видов, типов транспортных и транспортно-технологических средств на основании формулирования зависимости составляющих производительности от мощности средства как их основного классификатора. Материалы и методы. Определение норм выработки осуществлялось методами экстраполяции, интерполяции или аппроксимации по их расчетной производительности. Наряду с этим для определения экстремумов использовался классический метод дифференцирования функций. Результаты исследования. При длине транспортировки удобрений по прямоточной технологии LГ = 9 км и дозе внесения U = 0,06 кг/м2 получены следующие значения производительности (выработки) технических средств: а) для транспортных средств при доставке удобрений в хранилище автомобилем Урал-432065 (кузов) W = 9,1 т/ч, W = 6,3 т/ч для трактора с прицепом МТЗ-82.1+2ПТС-6; б) для транспортно-технологических средств при транспортировании и распределении удобрений автомобилем Урал-432065 (разбрасыватель Аmazone) W = 5,5 т/ч, W = 3,9 т/ч для трактора с разбрасывателем МТЗ-82.1+РУМ-6. Обсуждение и заключение. На основании анализа методик обоснована необходимость унификации, расчета нормированных объемов работ, выбора состава, сравнения эффективности использования мобильных средств в случае их функционирования в качестве как транспортного, так и транспортно-технологического назначения. В основе способа определения норм выработки лежит вывод зависимостей вне- и внутрицикловых составляющих баланса времени смены от мощности двигателя мобильного средства. Иллюстрируется блок-схема алгоритма расчета эксплуатационных показателей мобильных средств. Реализация алгоритма приводится на примере использования специализированного автомобиля на транспортных и транспортно-технологических операциях.
Бесплатно
Управление потоками информации в локальной промышленной сети гибкого автоматического производства
Статья научная
В статье на основе аналитической модели сети, описываемой разностными стохастическими уравнениями состояния, указаны пути реализации динамических методов управления сетью: оптимального динамического управления распределением потоков информации по локальной сети, управления объемом входных потоков информации и управления топологией сети, что свидетельствует об универсальности данной модели и возможности построения на ее основе алгоритмов оптимального динамического управления третьего (сетевого) уровня по стандарту OSI.
Бесплатно
Утилизация и ремонт техники как элементы циркулярной экономики
Статья научная
Введение. В статье приведены результаты исследований, целью которых являлось определение критерия для дальнейшего использования сельскохозяйственной техники, достигшей предельного состояния: проводить капитальный ремонт или утилизировать ее, максимально сохранив материальные ресурсы, как этого требуют принципы циркулярной экономики. Материалы и методы. Для решения поставленных задач были проведены исследования технического состояния и стоимости компонентов, входящих в состав техники, поступающей на ремонтные предприятия отрасли в 12 регионах России. Были определены зависимости изменения структуры деталей при различных сроках использования сельхозмашин. Результаты исследования. Полученные результаты показали, что цена ремонта машины зависит от уровня потери годности ее деталей, которые были разделены на три группы: годные без ремонта, годные после восстановления и утильные, которые не подлежат восстановлению. Были построены зависимости цены капитального ремонта машины и дохода от реализации компонентов утилизируемой машины при различной потере годности, которые позволили определить границы дальнейшего использования машины, достигшей предельного состояния. Обсуждение и заключение. Было установлено, что потеря годности практически всех машин, поступающих сейчас на ремонтные предприятия, находится за границами предельного состояния, и они должны утилизироваться. Предельное состояние машины наступает при потере годности в интервале 0,45...0,5. В этом интервале владелец машины может выбрать любой из двух вариантов дальнейшего ее использования: ремонтировать или утилизировать. При потере годности меньше 0,45 более предпочтительным является капитальный ремонт. При потере годности больше 0,5 потребуется утилизация, при которой будет обеспечиваться максимально возможное ресурсосбережение.
Бесплатно
Цифровизация процессов восстановления сельскохозяйственной техники
Статья научная
Введение. Целью работы является разработка основных положений цифровизации процессов организации диагностики и ремонта сельскохозяйственной техники. Материалы и методы. Спецификой функционирования сельскохозяйственной техники является работа в крайне неблагоприятных условиях, таких как значительное загрязнение абразивом (элементами грунта, пылью и др.), работа в условиях незащищенности от природных условий, напряженная работа в течение смены и др. Вследствие перечисленных факторов регулярно возникает необходимость в организации профилактических и ремонтных работ. Эти факторы в значительной степени удлиняют сроки проведения ремонтно-восстановительных работ, что негативно отражается на эффективности. Проведенный обзор состояния формирования информационной среды для планирования и распределения сельскохозяйственной техники по ремонтным предприятиям показал, что этот вопрос недостаточно проработан. Авторы предлагают свой вариант решения задачи рационального распределения сельскохозяйственной техники для проведения ремонтно-восстановительных работ. Результаты исследования. В данной статье установлены основные положения формирования структурных связей баз данных, используемых при нахождении рациональных решений организации ремонтно-восстановительных работ сельскохозяйственной техники. В связи с тем, что решение подобной задачи является трудоемким и осуществляется в условиях, динамически меняющихся во времени, предложена математическая модель производственной среды ремонтных организаций, которая реализуется средствами вычислительной техники. Определены требования к моделям, описывающим состояние производственной системы ремонтных организаций. Предложена модель обобщенной производственной системы. Обсуждение и заключение. Разработка, представленная в данной статье, позволяет повысить уровень автоматизации процессов распределения сельскохозяйственной техники по рабочим местам производственной системы ремонтных предприятий. Реализация подхода к планированию и распределению ремонтируемой сельскохозяйственной техники по рабочим местам ремонтных предприятий позволит повысить эффективность ремонтных работ, их качественные параметры, сократить время, оптимизировать структуру технологического оборудования ремонтных предприятий.
Бесплатно
