Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 658
Статья научная
В работе приводятся результаты численного и экспериментального исследования, которое направлено на повышение точности неинтрузивных измерений температуры жидкой среды в трубопроводах, являющихся обязательными элементами гидросистем машин и механизмов. Решается вспомогательная задача оценки скорости потока жидкости путем измерения интенсивности шума на поверхности трубопровода. Источником шума в трубопроводе являются флуктуации скорости жидкости в турбулентном потоке, которые мы воспринимаем в виде флуктуаций давления и звука, при этом для больших скоростей потока распределение средней скорости в поперечном сечении трубы достаточно равномерно и имеет логарифмический характер, а общая температура потока близка к температуре в центре трубы. Однако при малых и умеренных скоростях потока распределение температур неравномерно и составляющая от неравномерности может давать существенный вклад в общую погрешность измерений, особенно при измерениях с помощью сравнительно точных термометров сопротивления. Поэтому, для повышения точности неинтрузивных измерений температуры необходимо вводить поправку, являющуюся функцией средней скорости потока и способную компенсировать погрешность измерений от недостаточной степени однородности потока. В работе проведен обоснованный выбор среды численного моделирования, подходящей для требований данной задачи, и рассчитана величина плотности энергии турбулентности в трубопроводе с двумя коленами (термокомпенсаторами), а также порождающей ее диссипацией энергии турбулентности, представлены распределения энергии турбулентности в поперечном сечении потока в районе одного из колен. Это исследование позволяет сказать, что максимальные величины плотности энергии турбулентности возникают на боковых стенках колен в пограничном слое потока, а зависимость энергии от скорости описывается полиномом третьей степени, что согласуется с результатами других авторов. Кроме того, введение логарифмической шкалы для зависимости энергии турбулентности от скорости позволяет линеаризовать эту зависимость и построить тем самым линейную шкалу измерений для диапазона умеренных и больших чисел Рейнольдса. Экспериментальное исследование проведено на проливном стенде в диапазоне расходов до 0,1 кг/с на трубопроводе ДУ50 и температурах 20 и 80 °С, при этом в качестве датчика акустического сигнала использованы пьезопленочные датчики, обладающие равномерной полосой пропускания от единиц герц до мегагерцовых частот. Определены спектральные характеристики сигналов на поверхности трубопровода и, в частности, выявлено, что для поверхностного шума, как и для шума в центре трубопровода, свойственно наличие трех характерных зон спектра, причем первая зона (энергонесущая) является информационной и должна являться объектом измерений. Ширина этой зоны пропорциональна скорости потока и может определяться методами частотного детектирования. Для определения интенсивности энергии шумового сигнала в энергонесущей полосе частот спектра можно использовать квадратичный амплитудный детектор.
Бесплатно
Оценка соответствия системы ROPS трактора Б10 требованиям безопасности
Статья научная
Безопасность водителя при опрокидывании машины является весьма актуальной задачей. Поэтому оценка безопасности защитных конструкций кабины ROPS является обязательным условием сертификации любого транспортного средства. Безопасность кабины тракторных агрегатов оценивается на основе результатов натурного эксперимента. Современное развитие компьютерных технологий позволило оценить безопасность кабины трактора на основе численного эксперимента. В статье приведена математическая модель оценки защитной конструкции ROPS на примере промышленного трактора Б10. Опрокидывание трактора имитируется последовательной серией статических нагружений (боковое, вертикальное и продольное). Пластическая деформация защитной конструкции позволяет погасить предполагаемую энергию удара. Математическая модель имитационных испытаний составлена на основе метода конечных элементов. Для учета пластического состояния конструкции статическая задача решалась в постановке нелинейного анализа с учетом эффекта больших перемещений. Расчет показал, что для трактора Б10 массой 25 т энергия предполагаемого удара 40 867 Дж достигается при перемещении 261 мм и боковом усилии 229 кН. После вертикального усилия 500 кН и продольного усилия 170 кН конструкция сохранила свою работоспособность. Критерием работоспособности конструкции явилось сохранение неприкосновенным ограниченного объема предполагаемого расположения водителя. Для оценки адекватности математической модели был проведен натурный эксперимент, который подтвердил безопасность защитной конструкции. Экспериментально энергия удара набрана при перемещении 261 мм и боковом усилии 243 кН. Расхождение между экспериментальным значением усилия и расчетным значением не превысило 4 %. Дополнительно была проверена скорость набора энергии. Для этого построены экспериментальная и расчетная зависимости усилия от деформации конструкции. Энергия деформации рассчитывалась как площадь под этой кривой. Расхождение значений энергии не превысило 7,3 % во всем диапазоне исследуемых деформаций конструкции.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье представлены технические возможности достижения заданных характеристик работы узлов и деталей двигателя с учетом обеспечения геометрических характеристик кривошипно-шатунного механизма (КШМ), а также с учетом оценки и достижения необходимого уровня прочностных параметров некоторых элементов конструкции главного шатуна и всего механизма в целом. Как известно, вносить изменения в отработанную конструкцию и налаженное производство - задача сложная и многофакторная. Необходимо внести такие изменения, которые бы минимизировали производственные и технологические потери, при этом они должны гармонично вписываться в существующую технологию и возможности производства, обеспечивая выполнение новых технических требований и характеристик. При решении задачи по обеспечению одинакового хода поршней для двигателя типа В-2 анализ конструкторской документации показал, что кроме внесения изменений в конструкцию кривошипно-шатунного механизма необходимо внести изменения и в другие детали двигателя. Необходимость этих изменений была определена с использованием программ 3D-моделирования деталей с проверкой их работоспособности методом «прокрутки» сборки деталей КШМ в объеме картера двигателя. В результате оценки кинематики КШМ двигателей типа В-2 было определено, что кроме изменения конструкции главного шатуна необходимо выполнить дообработку ребра осевой жесткости верхней половины картера, а также выполнить изменения в конструкции прицепного шатуна с целью исключения контакта с гильзой цилиндра и, возможно, самой гильзы. Однако изменения в конструкции двигателя повлекут за собой существенные изменения технологического процесса его изготовления. Очевидно, что эти изменения должны быть минимальными. Они могут повлиять на значительные производственные и технологические изменения, что в условиях серийного производства требует достаточно веских теоретических и практических обоснований. Поэтому при реализации данных технических решений необходимо было выполнить расчетный и кинематический анализ на основе 3D-моделирования и логического анализа, исключающий нарушение работы двигателя. Кроме того, для оценки нагруженности нижней головки шатуна был выполнен гидродинамический расчет, результатом которого являются гидромеханические характеристики сложнонагруженного подшипника и эпюра гидродинамических давлений, действующих в тонком смазочном слое.
Бесплатно
Статья научная
Приводятся результаты регрессионного анализа результатов экспериментального определения выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизелей производства ОАО «ПО Алтайский моторный завод» (АМЗ) одного типоразмерного ряда. Сформулированы рекомендации по использованию регрессионных зависимостей для расчетной оценки выбросов оксидов азота.
Бесплатно
Оценка уровня надежности технической системы на этапе проектирования
Статья научная
Сокращению количества испытуемых опытных образцов машин и видов испытаний, их продолжительности, а, следовательно, экономии затрат на их проведение способствует определение оценки уровня надежности технической системы при ее проектировании. В статье рассматривается расчётный метод, позволяющий в соответствии с выбранными критериями достижения технической системой предельного состояния оценить средний ресурс до капитального ремонта машины на этапе ее проектирования. С учетом этого для машинно-тракторного агрегата на базе трактора общего назначения класса 5 была составлена структурная схема технической системы, анализ которой позволил выполнить вероятностное описание событий, определяющих выработку ресурсов агрегатов и систем машины, записана вероятностная функция надежности сложной технической системы. Полученные по результатам подконтрольной эксплуатации тракторных агрегатов - аналогов данные об отказах и рассчитанные на их основе значения показателей надежности составляющих техническую систему элементов (вероятность безотказной работы - показатель безотказности) позволили определить надежность (вероятность безотказной работы) самой технической системы. (При этом в зачет принимались только отказы, характеризующие несовершенство конструкций узлов, агрегатов и систем МТА). Это в свою очередь дает возможность оценить ее уровень долговечности, применив Вейбулловское распределение случайной величины (ресурса); получили значение среднего ресурса тракторного агрегата до капитального ремонта, которое соответствует техническому заданию. Исследование уровня надежности технической системы от составляющих ее элементов показало, что при одинаковом повышении надежности составляющих элементов существенное влияние оказывают силовая установка и рабочее оборудование тракторного агрегата. Предложенный в статье метод позволяет решить задачу перераспределения надежности между элементами, составляющими сложную техническую систему.
Бесплатно
Статья научная
Предлагается методика оценки численных значений коэффициента избытка воздуха при низкотемпературном пуске дизелей с использованием разогрева впускного заряда продуктами сгорания углеводородных топлив.
Бесплатно
Оценка энергии отработавших газов поршневых ДВС, оборудованных каталитическим нейтрализатором
Статья научная
Приведены результаты определения энергетических показателей газов, выбрасываемых в атмосферу из каталитического нейтрализатора (КН), установленного в выпускной системе дизеля КамАЗ-740 в виде многопараметровых характеристик, а также и при его работе на эксплуатационных режимах дизелей грузовых автомобилей при движении по городскому и междугороднему циклам.
Бесплатно
Оценка эффективности пневматической подвески автобуса
Статья научная
При проектировании транспортных средств, предназначенных для перевозки пассажиров, значительное внимание уделяется повышению комфортабельности, в частности, снижению вибронагруженности элементов салона. В статье приведен обзор различных подходов к решению этой задачи: использование активных систем подрессоривания, применение пневмогидравлических рессор, амортизаторов с изменяемыми характеристиками, пневматических систем подрессоривания. В статье рассмотрена система подрессоривания автобуса на базе полноприводного автомобиля «Урал». Отличительной особенностью подвески этой машины является использование пневматических рессор РОСТАР. При этом продольные направляющие рычаги расположены встречно. Предложенная схема пневматической подвески позволила использовать в ходовой части автомобиля широкопрофильные шины увеличенных размеров без увеличения габаритов. С целью проверки эффективности рассматриваемой системы подрессоривания были проведены ходовые испытания. Автобус двигался по грунтовой дороге 4-5-й категории, имеющей выбоины, со скоростью 20 км/час. На корпусе и элементах ходовой системы были установлены датчики-акселерометры. В статье приводится информация об их расположении и особенностях обработки сигналов, а также о других условиях испытаний. По результатам предварительных испытаний выбран диапазон частот для исследований. В результате дальнейших испытаний для сигналов всех датчиков получены средние квадратические значения виброускорений в стандартных октавных и третьоктавных полосах. Анализ эффективности системы подрессоривания выполнен на основе сравнения виброускорений на неподрессоренных массах с виброускорениями в салоне и на рабочем месте водителя. Результаты испытаний подтвердили высокую эффективность предлагаемой системы подрессоривания. Определены диапазоны частот, в которых регистрируются повышенные виброускорения. Предложены мероприятия по их снижению. Разработанная конструктивная схема признана эффективной и рекомендована к использованию в системах подрессоривания автобусов.
Бесплатно
Краткое сообщение
Система водитель-автомобиль-дорога-среда (ВАДС) - большая и сложная система, эффективность функционирования которой тесно связана со значительными затратами энергии. Оценка энергетических затрат при функционировании системы ВАДС и изыскание резервов повышения эффективности системы остается важной задачей в настоящее время. Функционирование системы ВАДС характеризуется изменением параметров и динамических свойств составляющих ее элементов в широких пределах и иногда непредсказуемым образом. На практике парциальное исследование влияния отдельных факторов или их сочетаний на эффективность системы ВАДС представляется достаточно сложной задачей. Этим вызвана необходимость комплексной энергетической оценки эффективности функционирования системы ВАДС. Исследования проводились с целью оценки эффективности функционирования системы ВАДС и выработки предложений по выявлению резервов для снижения энергетических и материально-технических затрат при решении вопросов, связанных с эффективностью транспортного процесса в горных условиях. До сих пор при оценке эффективности функционирования системы ВАДС по энергетическому показателю применялись методы, основанные на оценке эффективности отдельных ее элементов. Целесообразным является применение системного подхода в решении подобных задач. Полученные результаты эффективности функционирования системы ВАДС свидетельствуют о низкой производительности системы по энергетическим показателям, а также об имеющихся достаточно широких возможностях и путях повышения ее рентабельности. Предложенные математические модели для оценки энергетической эффективности функционирования системы ВАДС в относительных единицах, а также в количественных выражениях (по линейному расходу топлива) отличаются достаточной адекватностью для практических целей. В статье предлагается математическая модель для комплексной энергетической оценки эффективности функционирования системы ВАДС по линейному расходу топлива. Результаты исследований могут быть внедрены в производство при расчетах эффективности транспортного процесса.
Бесплатно
Параметрическая идентификация модели механизма с параллельными кинематическими цепями
Статья научная
Показана возможность экспериментального уточнения параметров кинематической модели, описывающей реальный механизм с параллельными кинематическими цепями, используемый при построении технологического оборудования.
Бесплатно
Статья научная
Обсуждены возможности наблюдения и идентификации реологических свойств нелинейно вязких жидкостей (модель Оствальда-Вейля) вибрационным методом в режиме затухающих колебаний при отсутствии вынуждающей силы. Для ньютоновских сред для такого режима построено вискозиметрическое уравнение.
Бесплатно
Параметрическая оптимизация рабочих процессов магнитореологических приводных систем
Статья научная
В статье рассмотрен вариант оптимизации рабочих процессов магнитореологических приводных систем, применяющих комбинированный способ реализации регулирования. Рассмотрено влияние спиральности потока на расходные характеристики магнитодинамического устройства комбинированного типа, что является хорошей качественной и количественной характеристикой вихревых течений. Принимая во внимание наличие дифференциальных электромагнитных блоков управления, целесообразно использование многофазного алгоритма управления, так как регулирование гидравлического сопротивления в рабочей зоне магнитореологических устройств осуществляется в зависимости от скорости изменения характеристик электромагнитного поля и частоты переключения элементов дифференциальной обмотки блоков электромагнитного управления. Очевидно, что значительного улучшения динамики и увеличения глубины регулирования магнитореологических приводных систем возможно добиться за счет оптимизации параметров управляющего электромагнитного поля. Поэтому направлением параметрической оптимизации рабочего процесса в данной работе выбран частотно-фазовый принцип. Рационализация значений параметров осуществляется на основании описанной численной модели рабочего процесса магнитодинамического устройства комбинированного типа. Результаты численного моделирования иллюстрируют рациональность выбранного подхода оптимизации, доказывают адекватность модели, эффективность и хорошую динамику комбинированного способа регулирования в магнитореологических приводных системах. Также результаты численного моделирования показывают, что скорость изменения спиральности потока является хорошей мерой динамики скоростных параметров вихревого движения потока магнитореологической жидкости в рабочих полостях. Обоснована целесообразность моделирования сигнала управления в виде синусоиды для магнитореологических и магнитодинамических устройств. Продемонстрирован способ достижения стабильности расходных характеристик и общей динамики магнитореологических и магнитодинамических устройств с дифференциальными блоками электромагнитного управления.
Бесплатно
Статья научная
Определены характеристики выгорания топлива и кинетические константы процесса сгорания. Выполнен расчетно-экспериментальный анализ параметров процесса сгорания и показателей рабочего цикла при использовании рециркуляции отработавших газов с промежуточным охлаждением на разных нагрузках бензинового двигателя. Отмечается эффективность рециркуляции отработавших газов в повышении топливной экономичности на средних нагрузках двигателя.
Бесплатно
Статья научная
Экспериментально исследовано влияние давления начала впрыскивания топлива на параметры процесса сгорания, мощностные и экономические показатели дизеля с камерой ЦНИДИ. Установлено изменение температуры отработавших газов и удельного эффективного расхода топлива при повышении давления начала впрыскивания топлива.
Бесплатно
Параметры характеризации текстуры после хонингования
Статья научная
Ресурс агрегатов зависит от условий работы узлов, состоящих из взаимодействующих деталей, формирующих пары трения. Условия контактирования определяются параметрами шероховатости трущихся поверхностей, формируемых финишной механической обработкой. Один из распространённых процессов финишной обработки - хонингование. В конструкторско-технологической документации при назначении операций хонингования нормируются параметры макро- (возможно исправление формы) и микрогеометрии. Традиционно обозначаемая термином «шероховатость» группа параметров, характеризующих микрогеометрию, в настоящее время определяется термином «текстура» поверхности в современных стандартах. Модернизация производства с использованием концепции «Индустрия 4.0» обозначена в стратегии научно-технологического развития Российской Федерации как «переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям». Для области «Технологии машиностроения» данный приоритет обуславливает необходимость в достоверных моделях, отражающих технологические процессы, включая целевые функции и их оценку (формообразование - погрешности формы, шероховатость - параметры шероховатости) каждого из технологических процессов для включения в дальнейшем данных процессов в единую государственную информационную систему контроля за производственными цепочками, разрабатываемую в настоящее время в Министерстве промышленности и торговли Российской Федерации. Экономическая целесообразность развития данного направления связана с ростом вклада государства (госкомпаний) в ВВП с 35 % в 2005 году до 70 % в 2015 году, согласно данным Федеральной антимонопольной службы Российский Федерации. Какие параметры микрогеометрии применяются исследователями для оценки получаемой поверхности после хонингования при проведении экспериментальных исследований и при построении моделей и какие параметры являются приоритетными для машиностроительных предприятий, рассмотрено в данной статье. Приведен обзор публикаций в области хонингования включая анализ нормируемых исследователями параметров текстуры. Рассмотрены основные пути развития хонингования, в части нормирования параметров, получаемых после обработки.
Бесплатно
Перспективные малогабаритные погрузчики
Статья научная
Рассматриваются особенности конструкций малогабаритных ковшовых погрузчиков и предлагаются новые навесные рабочие органы, расширяющие потребительские свойства машин. Приводится методика расчета новых устройств.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье рассмотрена принципиальная схема ударно-вибрационного механизма для уплотнения смесей любых жесткостей (в том числе особо жестких) и принцип его действия, основанный на рычаге Архимеда и распорно-стержневой системы. Этот механизм спроектирован и смонтирован в ЮУрГУ на кафедре «Колесные и гусеничные машины». Там же были произведены первые опытные испытания ударно-вибрационного механизма. В ходе испытания этой установки, были подтверждены технологические возможности и преимущества этого механизма в сравнении с вибрационной технологией уплотнения, принятой на современных бетоноукладчиках, а именно экземпляры из формовочной машины при плохом качестве песка и цемента, крупнозернистом щебне и с малым соотношением воды получили марочную прочность М100. В ходе проведенных испытаний были обнаружены небольшие недостатки разработанной конструкции. Далее изложены решения по их устранению этих недостатков, одним из решений является установка специального толкателя, совершающего поступательные движения для доставки материала в зону прессования. Другое решение заключается в модернизации механизма, а именно замене распорно-стержневой системы на более совершенный четырёхзвенный механизм, состоящий из плиты нагнетателя, кривошипа и маятника. Приведена принципиальная схема четырёхзвенного механизма, разобран принцип его работы, основанный на рычаге Архимеда и четырёхзвенного механизма. В ходе работы описана его математическая модель, приведены формулы для расчета усилий, возникающих в звеньях механизма и на рабочей плите. Выведены формулы для расчета коэффициентов усиления, работы сил, мощности привода, угловой скорости, момента инерции, диаметра маховика и площади обода. Описаны необходимые условия для успешной работы нового механизма. Созданы 3D модели этого механизма и всей формовочной установки. По итогу работы сделаны выводы, предложено техническое решение для модернизации формовочной установки, заключающееся в замене существующей опытной установки, включающей в себя шарнирно-рычажный механизм на более усовершенствованный четырёхзвенный механизм.
Бесплатно
Плоское шлифование торцов колец крупногабаритных подшипников с требуемым качеством поверхности
Статья научная
Кольца подшипников после термообработки приобретают отклонение от плоскостности и изогнутость торцовых поверхностей под действием остаточных температурных напряжений. Наличие изогнутости торцовой поверхности существенно усложняет процесс шлифования, поскольку под действием магнитного поля стола станка кольца получают дополнительную деформацию. Исследуется плоское шлифование периферией круга образцов из стали ШХ15. Математические модели приведённых к ширине образца составляющих силы резания, коэффициента шлифования и шероховатости обработанной поверхности (параметр Ra) получены методом полного факторного эксперимента типа 24, где 4 - число факторов. Экспериментальные исследования проведены при плоском шлифовании периферией круга образцов из стали ШХ15. Представлены алгоритмы и математические модели для определения осевой деформации при шлифовании колец крупногабаритных подшипников с начальными отклонениями от плоскостности торцов. Анализ формы торцовой поверхности нежестких колец сделан на примере наружных колец конического однорядного роликоподшипника из стали ШХ15. Для определения максимальных осевых упругих деформаций при изгибе кольца используется теория стержней малой кривизны. Максимальная осевая упругая деформация кольца при изгибе определяется методом Мора. Статическая неопределимость кольца раскрывается методом сил. Определяются условия обеспечения заданного допуска плоскостности торцовой поверхности кольца подшипника, учитывающие осевую деформацию кольца под действием магнитного поля станка и радиальной составляющей силы резания. Представлены алгоритм и методика определения оптимальных условий шлифования торцовой поверхности колец подшипников, обеспечивающих получение заданных требований к качеству обработанной поверхности (Ra, допуск плоскостности, отсутствие шлифовочных прижогов) при максимальной производительности процесса.
Бесплатно
Пневматический тормозной привод для самоходной платформы с семью осями
Краткое сообщение
Рассмотрен пневматический тормозной привод для самоходной платформы с семью осями. Выявлены основные преимущества и недостатки применения данного привода, приведены его состав и принципиальная схема.
Бесплатно
Статья научная
Предложен новый подход к проектированию длинномерных каркасно-панельных кузовов транспортных средств заданной долговечности с применением соединений на эластичных клеях с трансверсальным армированием. В процессе изготовления каркасно-панельного кузова производится вклеивание готовых сэндвич-панелей со стеклопластиковыми обшивками в стальной каркас. Используемые при этом соединения можно отнести к группе нахлёсточных. Для стальных каркасов, имеющих существенные отклонения от проектной геометрии (переменные зазоры между вклеиваемыми панелями и каркасом), высокие требования к долговечности конструкции при ее минимальном весе требуют выравнивания нагрузок на композитные панели и каркас за счет регулирования жесткости клеевого шва переменной толщины. Предложена новая концепция управления жесткостью при помощи самонарезающих винтов малого диаметра. Концепция реализована за счет использования разработанных номограмм, связывающих между собой толщину клеевого слоя, шаг армирования самонарезающими винтами и погонную жесткость соединения, определяемую в расчете на единицу длины соединения. Номограммы позволяют определять требуемый шаг армирования при заданной толщине клеевого слоя и жесткости соединения. На примере кузова трамвайного вагона отработана методика проектирования с использованием отмеченных номограмм. После подбора необходимого шага армирования в рамках методики производится оценка нагруженности армированных соединений и каркаса. Нагрузки определяются с помощью метода конечных элементов (МКЭ), используя упрощенную модель кузова и поправочных коэффициентов, вычисленных на основе детализированного МКЭ моделирования типовых каркасно-панельных конструкций. Проверка статической прочности и долговечности соединений реализована соответственно на основе верифицированных МКЭ моделей армированных соединений и аналитических экспериментальных зависимостей.
Бесплатно
