Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 688
О применении метода Даламбера к составлению уравнений криволинейного движения транспортных машин
Статья научная
В статье на основе общей теории движения плоского тела определяются границы применимости метода Даламбера к составлению уравнений криволинейного движения транспортных машин и других средств.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена работа поршневой пары грузопоршневого манометра, работающего в области малых давлений. Цилиндр поршневой пары выполнен из пьезоактивного материала, что обеспечивает создание колебаний в направлении зазора и реализацию так называемого вибронесущего смазочного слоя газа. Проведен численный и аналитический анализ характеристик смазочного слоя с целью оценки его метрологических и эксплуатационных характеристик, включая расчет расхода газа, величина которого является одной из основных характеристик, определяющих качество и цену поршневой пары. Показано, что при равномерной вибрации и профилировании зазора в виде малой конусности можно создать противорасход газа, величина которого, уже при степени сдавливания слоя газа 0,2, компенсирует рабочий расход газа грузопоршневого манометра (максимальный перепад 2,5 кПа).
Бесплатно
О разработке математической модели теплоэнергетических процессов в сложных инженерных объектах
Статья научная
Рассмотрена интегрированная система индивидуального учета, распределения и потребления энергетических ресурсов. Ядром системы является математическая модель теплоэнергетических процессов в сложных инженерных объектах. Предложены принципы построения математической модели на основе системного подхода к анализу теплового состояния инженерных объектов. Определены требования к математической модели. Разработана функциональная структура математической модели теплоэнергетических процессов в сложных инженерных объектах.
Бесплатно
Об использовании мотор-барабанов в стендах проверки тормозных систем автомобилей
Статья научная
Обосновано использование серийных мотор-барабанов в качестве силовых приводов роликовых стендов проверки тормозных систем автомобилей, рассмотрена возможность контроля тормозов без полной блокировки колес тормозными механизмами автомобиля.
Бесплатно
Об одном способе ультразвукового бурения скважин для забора грунта на небесных телах
Статья научная
В статье рассматриваются технические и теоретические вопросы разработки ультразвукового бура для проведения бурения грунта на небесных телах. Специфика применения бура предполагает малое потребление энергии, эффективный рабочий цикл и широчайший диапазон температур при эксплуатации. Одним из перспективных направлений разработки являются устройства, имеющие вибрационную развязку с грунтом за счёт трансформации ультразвуковых колебаний в повторяющиеся удары звуковой частоты посредством специально введённого «свободного» тела между ультразвуковой и ударной частью устройства. Это позволяет сохранить работоспособность устройства и проводить бурение независимо от состояния ударного бита, включая даже его временное заклинивание. Рассмотрены основные технические решения как отечественных, так и зарубежных авторов, сделан анализ и оценены конструктивные схемы, условия эксплуатации, возможности и ограничения. Проанализирован также ряд теоретических работ, и обнаружено, что изложенные в них материалы не содержат развернутых математических моделей, необходимых для имитационного моделирования на стадии проектирования и оптимизации конструкции. В теоретической части статьи рассматривается сосредоточенная математическая модель, полученная на основе эквивалентных параметров, полученных из распределенного описания элементов конструкции бура в численных системах расчёта. Использованы уравнения математической физики, классической механики, элементы теории удара и теории подобия. Проведено параметрическое исследование и, в частности, получены зависимости частоты колебаний свободного тела от величины ударного зазора, массы тела и амплитуды колебаний концентратора. Рассмотренная модель может быть использована для имитационного моделирования при разработке конструкции бура.
Бесплатно
Об определении потребной конфигурации беспилотного летательного аппарата с изменяемой структурой
Краткое сообщение
Рассматривается задача создания математической модели движения беспилотного летательного аппарата (БПЛА) с изменяемой в полете структурой. Приводится перечень основных проектных параметров и проводится численный эксперимент для определения конфигурации, удовлетворяющей условию выполнения маневра при низких скоростях полета.
Бесплатно
Об энерго- и ресурсосбережении при эксплуатации водовоздушных струйных насосов
Статья научная
Проанализированы пути оптимизации водовоздушного струйного насоса на основе экстремальных характеристик. Показано, что существенное повышение эффективности работы водовоздушного струйного насоса возможно за счет снижения противодавления, применения диффузора и побудителя пассивного потока. Предложено конструктивное решение по снижению давления за струйным насосом.
Бесплатно
Статья научная
Предложена методика прогнозирования прочностной надежности элементов несущих систем дорожно-строительных машин, включающая этапы моделирования рабочих процессов в условиях реальной эксплуатации, конечно-элементный анализ напряженного состояния деталей и моделирование процессов формирования усталостных повреждений.
Бесплатно
Обеспечение стойкости мелкоразмерных сверл при глубоком сверлении
Статья научная
При сверлении отверстий диаметром меньше 3 мм и подачей смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) поливом наблюдается эффект откачивания СОЖ из зоны резания. В этом случае винтовые поверхности стружечных канавок сверла играют роль шнека. Пара винтовая поверхность сверла - обработанное отверстие составляет элемент шнекового насоса. Чем меньше диаметр сверла и чем больше частота его вращения, тем выше производительность такого насоса. Эксперименты показывают, что при обработке отверстий диаметром 1,5 мм глубиной 20 мм при частотах вращения 3000…6000 об/мин СОЖ, поступающая поливом, не доходит до режущих кромок сверла и фактически процесс резания осуществляется «всухую». Это требует частой переточки сверл. Иногда рабочие-операторы в течение одной смены вынуждены производить до 100 переточек сверл. Увеличение количества переточек в смену приводит к увеличению количества наладок, снижению производительности обработки, уменьшению ресурса и повышению расхода сверл. В некоторых случаях оказывается, что при сверлении все параметры отверстий выдерживаются по требованиям чертежа, но сверло теряет режущую способность через 3-6 отверстий и часто на первом же отверстии. В этом случае снимают это сверло, ставят следующее и заново осуществляют наладку операции. Установлено, что величины разброса геометрических параметров сверл при стационарной заточке может оказывать значительное влияние на количество отказов работоспособности сверл, силы резания, режимы резания и, следовательно, на производительность и техническую надежность операции. В статье рассматривается возможность повышения стойкости малоразмерных сверл за счет специальной заточки, обеспечивающей допустимую по точности разбивку обработанного отверстия. Этим обеспечивается проникновение СОЖ в зону резания. Применение новой заточки повысило среднюю стойкость сверл на 28 %.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены вопросы обеспечения точности базирования сменных узлов автоматизированных производств, на основе анализа размерных цепей, возникающих при обработке базирующих отверстий сменного узла. Рассмотрены вопросы обеспечения точности обработки деталей с применением автоматически сменных узлов на рабочей позиции перекомпонуемых производственных систем (RMS). Показано суммирующее влияние точности базирования автоматически сменных узлов на точность многосторонней обработки деталей. Для решения вопросов многосторонней обработки деталей рассмотрена модель автоматически сменного узла - носителя деталей, для моделирования вопросов обеспечения точности базирования носителя на рабочей позиции перекомпонуемой производственной системы. Приведена конструкция носителя, выполненного в виде правильной прямоугольной призмы, где на боковых гранях расположены базирующие отверстия, а установку комплекта приспособления и детали выполняют в плоскости каждой грани. При этом обеспечивается пространственная повторяемость положения деталей относительно технологических узлов рабочей позиции, и равная жесткость корпуса носителя в направлениях многосторонней обработки деталей. В статье рассмотрена модель системы равнорасположенных базирующих отверстий для моделирования точности базирования носителя. На основе размерного анализа показано влияние взаимного расположения каждого базирующего отверстия носителя на точность обработки детали. Данный аспект является определяющим для реализации многосторонней обработки деталей на носителе. Показано, что на точность многосторонней обработки деталей оказывают влияние вариантность размерных цепей обработки базирующих отверстий. Проведен анализ вариантных размерных цепей обработки базирующий отверстий носителя. Приведены условия необходимые для обеспечения точности базирования носителя при многосторонней обработке деталей и методика расчета параметров обработки базирующих отверстий. Таким образом, совместное рассмотрение представленных аспектов обеспечения точности обработки базирующих отверстий позволит решить задачи обеспечения точности многосторонней обработке деталей с применением автоматически сменных узлов на рабочей позиции перекомпонуемых производственных систем.
Бесплатно
Обеспечение фазовой стабильности этанольных топлив для автомобильных двигателей
Статья научная
В настоящее время топливная промышленность всего мира занята поиском альтернативных видов топлива, удовлетворяющих возрастающим экологическим требованиям к отработавшим газам автомобилей. В связи с истощением в обозримом будущем запасов нефти альтернативное топливо желательно получать из возобновляемых источников. На фоне указанных проблем большую перспективу представляют оксигенатные топлива, для успешного применения которых необходимо решить ряд технических задач, в том числе задачу обеспечения их фазовой стабильности.
Бесплатно
Обзор и анализ научной проблемы механизации глубокого уплотнения грунтов
Статья научная
В статье рассмотрена существующая ситуация в области уплотнения грунтов. Выделены два вида уплотнения: поверхностное и глубокое. Рассмотрены дорожностроительные машины и оборудование для каждого вида уплотнения грунтов. К первому виду отнесены дорожные катки, грунтовые катки и устройство для уплотнения грунта, у которых выявлены основные преимущества и относительные недостатки. Относительными недостатками приведенных конструкций выступают малая глубина уплотнения, компрессионное сжатие воздуха в массиве грунта и большие энергозатраты базовых машин. Во второй вид уплотнения выделены рабочий орган землеройных машин, агрегат для глубокого трамбования грунта, спиралевидные снаряды, шнековая головка перемещения грунта для установки свай, устройство для бурения и уплотнения грунта, устройство для вращающегося проникновения и конусный раскатчик. Каждое оборудование для глубокого уплотнения грунта подробно рассмотрено и проанализировано. Выявлены положительные стороны технических решений и относительные недостатки, к которым отнесены в основном большая площадь контакта рабочих органов с уплотняемым грунтом, большое осевое усилие базовой машины при внедрении рабочих органов в грунт, раскачиваемость, компрессионное сжатие воздуха в массиве грунта, преобладание силы трения скольжения над силой трения качения, большие энергозатраты при внедрении рабочих органов в грунт. За аналог взяты устройства с преобладанием силы трения качения, так как в таком случае энергозатраты базовых машин минимальны за счет обкатывания рабочих органов по поверхности грунта. Уменьшение осевого усилия у некоторых аналогов решено за счет применения винтовых наконечников на рабочих органах. Выявленные недостатки будут учтены при проектировании нового устройства для глубокого уплотнения грунтов.
Бесплатно
Обзор методов оценки коэффициентов жесткости и демпфирования опор скольжения
Статья научная
Турбонаддув двигателей внутреннего сгорания играет важную роль в обеспечении необходимых показателей качества и эффективности. Оценка стабильности работы ротора турбокомпрессора должна быть выполнена еще на стадии проектирования, с учетом характеристик опор. В современной инженерной практике доступный функционал для анализа динамики ротора на опорах скольжения ограничен и, как правило, требует предварительного знания коэффициентов жесткости и демпфирования. Основной целью данной статьи является обзор методов оценки динамических характеристик подшипников скольжения, которые применяются в качестве опор современных турбокомпрессоров. Приведена общепринятая модель схематизации подшипника с масляной смазкой в виде пружин и демпферов с соответствующими характеристиками. В работе представлены описание основных принципов определения коэффициентов жесткости и демпфирования. Приведены описания коммерческих программных комплексов для решения данного типа задач. Обозначены основные типы подшипников скольжения, для которых возможет анализ динамических характеристик. Также отражены основные методы, применяемые современными ученными при оценке коэффициентов жесткости и демпфирования подшипников скольжения различных типов. Сформулированы основные пробелы современных исследований. Приведен недостаток общепринятого подхода к оценке динамических характеристик, на основании чего обозначена цель дальнейших изысканий. Современные турбокомпрессоры даже при работе на стационарных режимах могут подвергаться ударным нагрузкам, вибрациям с большими амплитудами, которые неизбежно влекут за собой большие отклонения ротора, не соответствующие предположению малых орбит вокруг положения равновесия. Данное обстоятельство ставит вопрос о ином подходе к определению коэффициентов жесткости, который может быть основан на комбинации линеаризации силы в положении равновесия и дополнительной математической моделью, описывающей область больших смещений, которая будет коррелировать с результатами нелинейного анализа.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены наиболее известные реологические модели моторных масел, используемые при расчётах динамики подшипников скольжения коленчатого вала. Наибольшее распространение получили модели, учитывающие нелинейное поведение вязкости. Выполнен обзор некоторых методик расчёта подшипников скольжения, учитывающих неньютоновское поведение смазочного материала.
Бесплатно
Обзор современных методов уплотнения композиционных материалов
Статья научная
В статье рассмотрены различные способы уплотнения композиционных материалов: статический, вибрационный, ударный, а также комбинированного действия. Приведены конструкции механизмов для уплотнения, а именно: вибропресс, виброплита, механизм с трамбующим брусом, пресс непрерывного действия для формования изделий из порошкообразных масс с шатунно-коромысловым ударным механизмом, машина для уплотнения труднодеформируемых (жёстких) бетонных смесей и другие. Рассмотрен их принцип работы, указаны преимущества и недостатки. Анализ существующих методов уплотнения позволяет синтезировать накопленные знания в данной области, объединить их в единую систему, найти недостатки и пути усовершенствования в применяемых методах уплотнения с целью повышения производительности процесса, уменьшения требуемой мощности привода механизма, улучшения эксплуатационных характеристик изделий. Рассмотрены работы российских исследователей: Е.А. Шишкин, А.А. Смоляков, О.Г. Клевцова, В.И. Иванчура, А.П. Прокопьев и других. Рассмотрены также работы зарубежных исследователей: Donghai Liu, Ning Wang, Erbo Song, Carl Wersall, K. Rainer Massarsch, Johan Spross и других. В исследованиях рассматриваются современные методы уплотнения, в том числе с проведением практических экспериментов, направленных на выявление наиболее оптимальных параметров эксплуатации оборудования и доработки конструкций существующих механизмов. Авторы отмечают, что многие процессы, связанные с уплотнением, требуют проведения дополнительных экспериментальных исследований, а существующие методы уплотнения недостаточно эффективны и имеют недостатки, которые невозможно устранить без внесения существенных изменений. Таким образом, возникает необходимость в применении новых методов, удовлетворяющих требованиям современных технологических процессов.
Бесплатно
Статья научная
На сегодняшний день снижение количества внезапных отказов и времени нахождения горного оборудования в ремонте является актуальной и приоритетной задачей на всех горнодобывающих предприятиях России. Наибольшую часть затрат составляют расходы, связанные с поддержанием работоспособности карьерных автосамосвалов. Это связанно с повышением цен на новые единицы техники, запасные части, топливо, а также на смазочные материалы. Автосамосвалы являются наиболее распространенным горно-транспортным оборудованием, так как обладают повышенной маневренностью, имеют большую проходимость, а также повышают производительность экскаваторов. На отечественных предприятиях в основном эксплуатируются автосамосвалы, выпускаемые белорусской компанией ОАО «БелАЗ». Они являются хорошо изученными и наиболее подходящими к эксплуатации в современных условиях на угледобывающих предприятиях России. С целью определения возможностей снижения продолжительности нахождения оборудования в ремонте и увеличения времени его работы на разрезе «Черногорский» был произведен анализ данных внезапных отказов карьерных автосамосвалов БелАЗ за период с 2018 года по 2021 год. Все внезапные ремонты были структурированы по группам. Основные агрегаты, включающие в себя узлы трения, были объединены в отдельную группу. Потому что именно от основных агрегатов зависит функционирование карьерного автосамосвала БелАЗ. В ходе анализа базы данных было установлено, что за четыре года средняя доля внезапных отказов, приходящаяся на основные агрегаты, составила от 12 % до 16 %. Несмотря на ежегодное обновление парка новыми автосамосвалами, доля внезапных отказов основных агрегатов остается около 14 %. Авторами были даны рекомендации, позволяющие уменьшить количество и продолжительность простоев карьерных автосамосвалов БелАЗ в ремонте.
Бесплатно
Обобщенная модель стационарного поворота произвольного транспортного средства
Статья научная
Статья посвящена методике построения математической модели криволинейного движения произвольного транспортного средства. Предлагаемый подход позволяет описать поворот машины с любой схемой трансмиссии при ее движении по любому грунтовому фону. Вертикальными колебаниями корпуса на данном этапе пренебрегли и ограничились рассмотрением плоского движения. Поэтому уравнения движения имеют вид алгебраических уравнений. Входящие в них неизвестные реакции грунта записаны на основе математической теории трения. В этом случае тяговое усилие, боковая сдвигающая сила и стабилизирующий момент в контакте колеса с грунтом являются функцией неизвестных координат мгновенного центра скольжения. Это сводит силовую задачу к кинематике движения колеса и позволяет решать их одновременно, учитывая их взаимосвязь и взаимозависимость. Далее в статье рассмотрена кинематика движения колеса при повороте машины и выведены недостающие уравнения голономных и неголономных связей, накладываемых на неизвестные координаты мгновенных центров скольжения. Уравнения голономных (геометрических) связей отражают положение колеса и угол установки его относительно корпуса машины. Уравнений неголономных (кинематических) связей описывают тип трансмиссии и режим движения колеса (ведущее, ведомое, тормозное). В статье даны примеры уравнений неголономных связей для различных видов трансмиссий. Описание каждого колеса индивидуально, с учетом его размеров контакта и нормальной нагрузки, в результате позволяет получить развиваемое им тяговое усилие и величину буксования. Для наглядности реализации предложенной методики в статье приведен пример составления математической модели для колесного малогабаритного трактора «Уралец» производства Челябинского тракторного завода с нетрадиционной схемой управления поворотом. Данная модель проверена экспериментально, что подтверждает применимость предложенного подхода.
Бесплатно
Оборудование и технология обработки давлением труднодеформируемых уплотняемых материалов
Статья научная
Приведен обзор способов и устройств, применяемых для обработки давлением труднодеформируемых материалов. Описаны особенности прокатки таких материалов с многосторонним обжатием
Бесплатно
Обоснование выбора конструкции питателя роторного снегоочистителя, исходя из условий эксплуатации
Статья научная
Проектная деятельность в области машиностроения должна быть обеспечена наличием относительно простых соотношений, на основании которых можно делать выводы об эффективности, ресурсном состоянии или о вариантах применения рабочих органов строительно-дорожных машин. Наличие таких показателей дает возможность делать обоснованный выбор в пользу той или иной конструктивной схемы, геометрических и кинематических параметров рабочих органов машин, в том числе роторных снегоочистителей. Таким образом, задача, поставленная при проведении исследования, в первую очередь, заключается в необходимости оценить возможность обоснования эффективности внедрения и применения каких-либо конструкторских решений на ранних стадиях проектирования машин, что, в свою очередь, подразумевает решение таких вопросов, как обоснование показателей, на основе которых будет даваться оценка об эффективности и описание механизма получения их расчетных значений. В результате проведенных исследований были получены аналитические выражения вырезаемых объемов снежной массы горизонтальной и вертикальной фрезами питателя роторного снегоочистителя. Произведена оценка времени транспортирования вырезанной снежной массы. Показана степень влияния ряда конструктивных и технологических параметров на величину вырезаемой снежной массы и время ее транспортирования. В результате исследований определена область значений, в которой длина траектории вырезания снежной массы для горизонтальной фрезы меньше длины траектории вырезания снежной массы для вертикальной фрезы.
Бесплатно
Обоснование методов проведения расчётных исследований быстроходных гусеничных машин
Статья научная
В статье описывается современный подход к изучению динамических характеристик быстроходных гусеничных машин. Вопросами моделирования различных систем и отдельных агрегатов гусеничных машин занималось большое количество отечественных и зарубежных специалистов из различных отраслей машиностроения. Благодаря использованию расчётно-имитационных моделей у инженеров появляется возможность исследовать характеристики проектируемого изделия с высокой точностью до этапа его изготовления. Модели, построенные в современных программных пакетах, насыщенны математическим аппаратом. Для полной реализации потенциала таких пакетов требуется не только глубокое изучение их алгоритмов и методов работы, но и уравнений, из которых составляются модели. Целью данной статьи является изучение математического аппарата программного пакета, в котором ранее была реализована одномерная расчётно-имитационная модель быстроходной гусеничной машины, для нахождения её динамических характеристик. Рассмотренные в статье дифференциальные алгебраические уравнения, обыкновенные дифференциальные уравнения и дифференциальные уравнения с частными производными, методы и проблематика, связанная с их решением (наличием разрывов), позволяют инженеру глубже понять алгоритмы функционирования программных пакетов имитационного моделирования. Как следствие, в будущем это даёт возможность создавать более качественные расчётно-имитационные модели, что на самых ранних этапах проектирования позволит прогнозировать поведение разрабатываемых систем и комплексов более точно. В дальнейшем планируется более углублённое изучение представленных в статье уравнений и методов, а также определение оптимальных из них для получения необходимых результатов с минимальными затратами времени, компьютерных ресурсов и с высокой точностью.
Бесплатно
