Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 695
Статья научная
Приводы мобильных машин эксплуатируются в условиях интенсивно изменяющихся температур. Устойчивость рабочих параметров приводных систем, применяющих рабочую жидкость в качестве кинематического звена, напрямую зависит от температуры среды. Для стабилизации температуры рабочей среды необходима реализация ее термостатирования. К массогабаритным показателям систем терморегулирования мобильных машин предъявляют жесткие требования, так как лишняя масса готового изделия повышает расход топлива, а большие размеры элементов создают трудности при их компоновке и монтаже. В гидравлических и магнитореологических системах посредством рабочей жидкости происходит перенос энергии от источника давления к исполнительному элементу, в жидкости протекают соответствующие процессы трансформации кинетической энергии в потенциальную энергию, изменения их значений в ответ на сигналы управления за счет различных устройств или механизмов. Рабочие характеристики и динамика рабочих процессов приводов определяется динамикой трансформации и переноса энергии в них. Очевидно, что динамика энергетических процессов гидравлических и магнитореологических систем зависит от физических параметров рабочих жидкостей и прежде всего от температуры. Это вызывает необходимость уделять повышенное внимание эффективности систем терморегулирования. Развитие приводных технологий требует совершенствования систем терморегулирования, так как существующие системы терморегулирования неспособны соответствовать постоянно повышающимся стандартам. В работе рассмотрена гибридная система терморегулирования для гидравлических и магнитореологических приводов, применяющая сочетание термоэлектрических элементов и одноступенчатой маломощной компрессорной установки, отличающаяся высокой производительностью, значительной энергоэффективностью и небольшими массогабаритными показателями. Описана численная модель, позволяющая проводить тепловой расчет подобных гибридных систем терморегулирования и определять динамику тепловых процессов, протекающих в их рабочих средах. Даны базовые рекомендации по проектированию и рациональной эксплуатации гибридных систем терморегулирования данного типа.
Бесплатно
Конструкции жидкостно-газовых струйных насосов. Состояние и перспективы
Статья научная
Анализом конструкции жидкостногазовых струйных насосов (эжекторов) различного назначения по материалам научно-технической и патентной литературы выявлены три поколения эжекторов этого типа. Сформулированы основные задачи дальнейшего совершенствования жидкостногазовых эжекторов и предложены способы их технического решения. Приводятся оригинальные конструкции регулируемых струйных насосов с побудителями распада активной струи и формирования зоны смешения.
Бесплатно
Контроль зубьев неэвольвентной шестерни цилиндроконической передачи
Статья научная
Получены зависимости и рассмотрен порядок определения размера по шарикам неэвольвентной шестерни цилиндро-конической передачи внутреннего зацепления, приведена схема алгоритма программы расчета на ЭВМ.
Бесплатно
Контрольно-диагностический комплекс для контроля повреждений и состояния изоляции трубопроводов
Статья обзорная
Описан контрольно-диагностический комплекс, базирующийся на не имеющем аналогов способе текущего контроля состояния изоляции и управления защитой от коррозии. На основе экспериментальных исследований образцов с изоляцией с внедренной металлотканью разработаны математические модели. Система нелинейных уравнений с помощью помехозащищенных алгоритмов фильтрации позволяет определять место и характер повреждения при наличии случайных помех. Программное обеспечение и лабораторный вариант комплекса являются прототипом контрольно-диагностического комплекса текущего контроля состояния изоляции и управления защитой от коррозии металлоконструкции, в частности конструкций из труб.
Бесплатно
Конусный раскатчик к гусеничному экскаватору
Статья научная
Рассмотрены принципиальные схемы технических решений машин для глубокого уплотнения грунтов. Дана оценка достоинств и недостатков конструкции устройств, успешно применяемых на строительных площадках Новосибирска, Омска и др. Институт Гидродинамики им М.А. Лаврентьева СО РАН и ООО Научно-производственная фирма «Гидромеханика» разработали технологию и оборудование для глубокого трамбования грунта, представляющее собой рабочее оборудование на тяжелые гусеничные экскаваторы, позволяющее получать скважины диаметром до 0,9 м и глубиной до 4 м. Новосибирские изобретатели Л.М. Бобылева и др. (г. Новосибирск) разработали устройство для раскатки скважин в грунте, включающее базовую машину, стрелу, механизм для поворота стрелы, каретку, раму, рабочий орган, буровой став, механизм для перемещения каретки и механизм для поворота рамы. Устройство раскатывает скважину диаметром 0,25…0,4 м и глубиной 6 м. Предложена конструкция конусного раскатчика на базе гидравлического экскаватора для глубокого уплотнения земляного полотна дороги. Разрушение дорожного покрытия возникает в результате неустойчивости основания дороги. Эти повреждения являются следствием нарушений, связанных с технологическим процессом уплотнения грунта и применением существующей грунтоуплотняющей техники. Небольшие нарушения превращаются в опасные деформации дороги. Эти показатели приводят к снижению скорости движения автомобилей и экономической эффективности. Обоснованы конструктивные достоинства новых технических решений. Назначение новой техники: перераспределить внешнюю нагрузку на локальный участок рабочего органа, что даст возможность выполнять процесс уплотнения грунта при значительно меньшей установленной мощности привода рабочего органа в виде конусного раскатчика.
Бесплатно
Концептуальная модель оценки эффективности системы "водитель - автомобиль - дорога - среда"
Статья научная
В данной статье рассмотрена концептуальная модель оценки эффективности системы «водитель - автомобиль - дорога - среда» (ВАДС). Обоснована концептуальность предлагаемой модели исследования системы ВАДС. Имеется достаточно исследований, связанных с оценкой и повышением надежности системы ВАДС. Однако не всегда систему ВАДС можно комплексно характеризовать ее надежностью. Более важным показателем, характеризующим систему ВАДС, можно считать ее эффективность, а надежность системы ВАДС остается основополагающим фактором оценки ее эффективности. Предлагается исследовать эффективность системы ВАДС на основе фундаментальных законов природы. Как и для многих случаев, для оценки эффективности системы ВАДС целесообразным является применение закона сохранения, преобразования и передачи энергии. Систему ВАДС можно отнести к категории большой и сложной. Она содержит неоднозначные отношения и закономерности взаимосвязи между ее элементами. Ввиду многокритериальности системы ВАДС процессы, протекающие в ней, имеют стохастический характер. Система ВАДС отнесена к категории сложной из-за ее многомерности, многообразия природы элементов, связей, разнородности структуры, а также из-за того, что она функционирует в условиях существенной неопределенности воздействия среды. Ее сложность усугубляется случайным характером изменения ее показателей. В данной модели оценки эффективности системы ВАДС учитывается сложный стохастический характер преобразования и передача энергии внутри конкретной подсистемы и между подсистемами. Следовательно, для данного случая предлагается применять вероятностно-статистические методы оценки эффективности системы ВАДС. В статье предлагается дифференциальное уравнение расчета эффективности системы ВАДС с учетом особенностей условий эксплуатации большегрузных автомобилей в горных и высокогорных карьерах.
Бесплатно
Концепция и методы обеспечения надежности мобильной техники при проектировании
Статья научная
Предложена концепция обеспечения надежности мобильной техники, основанная на компьютерном моделировании процесса эксплуатации. Представлена математическая модель гусеничной машины, ориентированная на решение задач прочностной надежности ходовой системы. Модель описывает динамику подрессоренного корпуса и силовой установки при прямолинейном и криволинейном движениях.
Бесплатно
Концепция конструкции питательных насосов фирмы Sulzer
Статья научная
Формулируется современная концепция конструирования питательных насосов SULZER, приводится некоторые результаты их промышленной эксплуатации.
Бесплатно
Статья научная
Предлагается методика бесконтактных координатных измерений для инструментального производства. Рассмотрены вопросы практического применения разработанных координатно-измерительных приборов и систем для контроля режущих инструментов и настройки инструментальных комплектов.
Бесплатно
Статья научная
Исследовано влияние СВЧ электромагнитного поля на прочность композиционных материалов на примере образцов, сформированных из арамидной ткани ТСВМ-ДЖ, пропитанной клеем 88 с последующим отверждением. Было проведено две серии экспериментов - в первом случае был использован монослой арамидной ткани без связующего, во втором - с использованием последнего. Установлено, что после воздействия на однослойную арамидную ткань СВЧ электромагнитного поля малой удельной мощности повышается сопротивление образца прокалыванию конусом от 1,8 до 2,2 раза. Эффект упрочнения опытных образцов, изготовленных с использованием связующего и прошедших СВЧ модифицирование, более выражен по сравнению с образцами без использования клея 88 - увеличение прочности составляет до 2 раз. Также произведено исследование микроструктуры указанных серий образцов. На полученных микрофотографиях показано, что в большей степени влияние СВЧ электромагнитного поля выражено на образцах с использованием связующего и проявляется в формировании агломератов меньшего размера, по сравнению с контрольным образцом, появлении у них выраженных граней, что позволяет получить большее число точек контакта, увеличить площадь поверхности соприкосновения, что, в свою очередь, делает их соединение более прочным. В статье показана корреляция приведенных значений роста прочностных характеристик опытных образцов по сравнению с контрольными и изменений микроструктуры, проявившихся после описанного электрофизического воздействия. Вышеперечисленные факты обуславливают возможность управления механическими характеристиками посредством влияния на микроструктуру готовых изделий. Полученные результаты позволяют прогнозировать улучшение эксплуатационных характеристик элементов конструкции летательных аппаратов из органопластиков и средств индивидуальной защиты 1-го, 2-го классов.
Бесплатно
Критерии комплексной оценки проектирования планетарных смесителей вязких материалов
Статья научная
Установлена зависимость между проектными параметрами планетарных смесителей и технологическими характеристиками процесса перемешивания. Предложена целевая функция для комплексной оценки проектного образца.
Бесплатно
МКЭ моделирование силовых композитных обшивок транспортных средств
Статья научная
Рассмотрены методы конечно-элементного моделирования силовых обшивок транспортных средств, изготовленных из сэндвич-панелей. Расчетный анализ позволил определить диапазон рациональной толщины клеевого слоя в соединении сэндвич-панелей и металлического каркаса транспортного средства. Сравнительно низкий модуль упругости клея обеспечивает прочность стеклопластика в соединении со стальным каркасом как в плоскости панели, так и в трансверсальном направлении.
Бесплатно
Статья научная
Представлена динамическая модель осесимметричного баллистического летательного аппарата с переменными массогеометрическими характеристиками. Летательный аппарат представлен как система двух тел с возможностью их взаимного перемещения.
Бесплатно
Математическая модель движения автомобиля
Статья научная
Исследована математическая модель движения автомобиля. В модель движения включены математические модели двигателя, рулевого управления, трансмиссии и колес. Математическая модель представляет интерес для дальнейшего совершенствования конструктивных параметров многоосных автомобилей.
Бесплатно
Статья научная
Разработана математическая модель для исследования устойчивости автомобиля с индивидуальным приводом при разгоне максимальной интенсивности и обоснован рациональный характер распределения мощности между ведущими колесами двухосного автомобиля при разгоне на прямолинейном участке.
Бесплатно
Математическая модель процесса работы конусного раскатчика
Статья научная
Выбор типа конструкции уплотняющих машин зависит от многих факторов: вида уплотняемого материала (грунт, щебень, гравий, шлак, скальные крупнообломочные грунты, асфальтобетон, бетон); состояние грунта (оптимальной влажности, переувлажненные, водонасыщение, насыпные, просадочные); толщины уплотняемых слоев (послойное уплотнение тонкими слоями, уплотнение сразу на всю толщину отсыпки до проектной отметки) и условий работы машины (стесненные условия, широкий фронт работ). В статье представлена конструкция агрегата для глубинного трамбования грунта, разработанная специалистами института гидродинамики «Сибирское отделение российской академия наук» (СО РАН) и его конструкторско-технологического филиала. На основе оценки достоинств и недостатков агрегата для глубинного трамбования грунта предложено новое техническое решение на основе конусного раскатчика, обеспечивающее более благоприятные условия для удаления воздуха из массива уплотняемого материала. Представлена математическая модель конусного раскатчика с использованием метода разложения периодической функции в ряд Фурье, с помощью который определилась постоянная сила и сумма гармонических сил в процессе работы конусного рабочего органа. Главным рабочим органом машины для конусной раскатки грунтовых оснований автомобильных дорог являются катки с переменным диаметром по высоте. При качении рабочий орган воздействует на уплотняемую поверхность в узкой зоне, в центре которой сжимающее усилие будет максимальным, а по краям уплотняющей зоны оно уменьшается до нуля. Рассмотрены конструкции физической модели конусного раскатчика в виде одного катка и самоцентрирующийся рабочий орган с несколькими катками.
Бесплатно
Математическая модель рабочего цикла бензинового двигателя с рециркуляцией отработавших газов
Статья научная
Приведен расчет физических констант рабочего тела и рабочего цикла бензинового двигателя при использовании рециркуляции отработавших газов.
Бесплатно
Математическая модель рулевого управления с усилителем гидравлического типа
Статья научная
Рассматривается модель работы рулевого управления с гидравлическим усилителем, обеспечивающим переменное реактивное действие. Модель позволяет анализировать адаптацию рулевого управления к различным условиям движения и к конструктивным изменениям при модернизации автомобиля.
Бесплатно
Математическая модель силового взаимодействия колеса с грунтом при повороте машины
Статья научная
Для исследования поведения машины на повороте используются уравнения движения, в которые входят реакции со стороны грунта. Область применений модели движения полностью определяется адекватностью описания силового взаимодействия в контакте. Сегодня многие модели основаны на эмпирических зависимостях, что ограничивает их широкое применение. Часто допущения, принимаемые при описании сил в контакте, приводят к нарушению законов механики. В статье рассмотрены основные ошибки, наиболее часто используемые при описании силового взаимодействия колеса с грунтом при повороте машины. В статье предложена новая модель силового взаимодействия, основанная на законах механики и математической теории трения. Предложенная модель описывает силы реакции грунта как функции координат мгновенного скольжения пятна контакта, что сводит силовую задачу к кинематике движения колеса. Это позволяет совместно решать силовую и кинематическую задачи, что подтверждает их взаимосвязь и взаимозависимость. Преимущества новой модели в том, что она описывает каждое колесо индивидуально. Это позволяет учесть режим движения колеса (ведущий, ведомый или тормозной), упругие свойства пневматической шины и деформацию грунта, ввести разные размеры, форму контакта и величину нормальной нагрузки на колесах. Модель допускает дальнейшее ее усовершенствование для учета анизотропных свойств контакта. Модель опробована при расчете параметров криволинейного движения малогабаритного трактора и подтверждена экспериментом.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлена новая математическая модель оптимизации, основанная на методе трансформации параметров плоского течения в пространственные. Модель преобразует частоту, фазу, амплитуду двумерного течения в проточной части вихревого расходомера в аналогичные параметры для трехмерного течения. Это позволяет в значительной степени сократить время вычислений. В задаче представленной в данной статье, временные затраты снижаются в 36 раз. В работе представлены результаты анализа существующей 3D модели, реализованной в пакете ANSYS, используемой для моделирования течения в проточной части вихревого расходомера. Показаны основные свойства и настройки численной модели, выполняемые при постановке задачи. По результатам анализа картины течения в проточной части вихревого расходомера определены базовые точки геометрии его проточного тракта, в которых выполнялся сбор данных, а именно детектирование пульсаций давления вихрей. Разработана функциональная структура математической модели определения параметров течения в проточной части вихревого расходомера для варианта двумерного моделирования. Осуществлен выбор математического метода трансформации трехмерной модели расчета проточного тракта вихревого расходомера в двумерную модель. Разработан вычислительный алгоритм математической модели, связывающей трехмерную и двумерную модели проточного тракта вихревого расходомера. Алгоритм основан на использовании быстрого преобразования Фурье и решении задачи минимизации для определения частоты, амплитуды и фазы сигнала. Определены функциональные зависимости между параметрами плоского и трехмерного течения, а именно частоты, амплитуды и фазы. На основе метода трансформации предложен новый алгоритм обработки сигнала, сокращающий количество расчетных точек в десять раз - с десяти тысяч до одной тысячи. Далее, математическая модель соединена с алгоритмом оптимизации основанном на методе Розенброка, выполнены тестовые расчеты. По результатам расчетов установлено, что время получения оптимального прототипа проточной части сокращается в 36 раз - с 18 месяцев до 0,5 месяца. Актуальность исследования связана с выбором оптимального математического алгоритма моделирования процесса срыва вихрей с тела обтекания, находящегося в трубе (проточной части вихревого расходомера) и распространения вихрей ниже по потоку.
Бесплатно
