Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 681
Повышение качества переходных процессов при управлении поворотом быстроходной гусеничной машины
Статья научная
Предметом исследования является управляемое движение гусеничной машины с дискретными свойствами механизма управления поворотом. Целью работы является совершенствование качества переходных процессов при регулировании угловой скорости поворота гусеничной машины. В статье приводится обоснование необходимости совершенствования качества переходных процессов при управлении поворотом гусеничной машины для повышения ее быстроходности. Динамика управляемого движения исследуется на основе имитационного моделирования системы дифференциальных уравнений по трем обобщенным координатам. На основе сравнительного анализа результатов имитационного моделирования и экспериментального исследования динамики управляемого движения установлено, что быстроходность ограничивается перерегулированием реакции машины на управляющее воздействие, колебательностью переходного процесса и недостаточной интенсивностью его затухания. Решение задачи повышения быстроходности осуществляется на основе реализации современного информационного подхода - создания автоматизированной системы стабилизации траектории движения машины, реализующей идею перераспределения силового управляющего воздействия (Input Shaper). Исследованием установлено, что применительно к рассматриваемому объекту управления наилучшие результаты демонстрирует алгоритм нулевой вибрации (Zero Vibration Shaper (ZV-Shaper)), который позволяет минимизировать предельное перерегулирование, а переходный процесс становится близким к апериодическому. Качество процесса управления определяется стабильностью собственной частоты системы, на которую настроен предлагаемый Input Shaper. В связи с этим целесообразно в систему управления введение контура мониторинга и идентификации собственной частоты. Результаты исследования создают предпосылки повышения быстроходности машины, в том числе на грунтах с низкими сцепными свойствами.
Бесплатно
Повышение качества поковок фланцев на основе совершенствования схемы деформации
Статья обзорная
Предложена и опробована новая схема деформации методом прошивка-раздача-выдавливание/вытяжка-калибровка в технологии штамповки фланцев воротниковых. На основе анализа результатов компьютерного моделирования и физических экспериментов установлен критерий качества поковок и рекомендована область применения схемы.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты имитационного моделирования криволинейного движения быстроходной гусеничной машины с дифференциальным гидрообъемным механизмом поворота и регулируемой гидродинамической муфтой. Развит вопрос имитационного моделирования работы муфты в условиях переменного заполнения.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье приведены результаты исследования параметров криволинейного движения промышленного гусеничного трактора класса тяги 10 тонн с дифференциальным механизмом поворота. В тяжелых грунтовых условиях и при резком маневрировании гидрообъёмная передача, составляющая основу дифференциального механизма поворота, перегружается по давлению. Авторами предложен и обоснован алгоритм управления поворотом совместным действием гидрообъёмной передачи и остановочного тормоза отстающего борта. При этом включение остановочного тормоза осуществляется методом широтно-импульсной модуляции при наступлении определенных условий, определенных в процессе математического имитационного моделирования. Показано, что включение остановочного тормоза в момент перегрузки гидрообъёмной передачи не является результативным, так же как и включение остановочного тормоза отстающего борта на некоторое время переходного процесса изменения траектории. Смоделировано движение трактора по установившейся криволинейной траектории при включении остановочного тормоза отстающего борта. При этом установлено, что трактор не останавливается, несмотря на противоречивые, в данных условиях, усилия остановочного тормоза и гидрообъёмной передачи. Дело в том, что ГОП не является абсолютно жёстким звеном силовой цепи и при противодействии остановочному тормозу либо сбрасывает рабочую жидкость через предохранительный клапан, либо переходит в генераторный режим. Результаты исследования получены в рамках проекта по созданию высокотехнологичного производства «Разработка бесступенчатого дифференциального механизма поворота со следящей системой управления для внедорожных и дорожно-строительных машин нового поколения» по соглашению № 074-11-2018-006 от 31.05.2018 г. между Министерством науки и высшего образования Российской Федерации и Обществом с ограниченной ответственностью Производственная компания «Ходовые системы» в кооперации с Головным исполнителем НИОКТР - Федеральным государственным автономным образовательным учреждением высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)».
Бесплатно
Краткое сообщение
Приведены результаты пусковых испытаний дизеля 12ЧН15/18, оборудованного системой подогрева впускного воздуха и бесфорсуночным подогревателем впускного воздуха в климатической камере. Сформулированы рекомендации по совершенствованию конструктивных характеристик средств облегчения пуска.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты исследования, направленные на повышение надежности турбокомпрессоров автотракторных дизельных двигателей. Анализ отказов турбокомпрессоров ТКР7Н-1, их невысокого ресурса, конструктивных особенностей турбо¬компрессора, а также теоретическое рассмотрение протекания рабочих процессов в его подшипниковом узле позволили сделать вывод о недостаточной эффективности организации смазывания подшипникового узла, приводящего к торможению вращения вала ротора за счет образования замкнутой полости внутри подшипникового узла, а низкий расход масла через турбокомпрессор ведет к перегреву корпуса, его термической деформации и последующему заклиниванию вала ротора, а также ускоренному старению и угару моторного масла. Предложенное в работе конструкторское решение, реализованное в виде ремонтного комплекта и разработанной технологии ремонта турбокомпрессоров ТКР7Н-1, позволило значительно улучшить условия смазки подшипникового узла, что привело к снижению гидравлического сопротивления вращению вала ротора и увеличило его частоту вращения на 12 700 мин-1. Вследствие повышения частоты вращения вала давление наддува увеличилось на 0,014 МПа, что улучшило технико-эксплуатационные показатели двигателя. Увеличение расхода масла через турбокомпрессор привело к снижению температуры корпуса турбокомпрессора до 32 %, а температуры масла от 10,3 до 12 % в зависимости от температурного режима работы. Предложенное решение позволило снизить долю отказов турбокомпрессоров в эксплуатации на 35 % за счет снижения тепловой напряженности корпуса, что исключило возникновение такого отказа, как заклинивание вала ротора и исключило перегрев масла, что привело к повышению надежности работы турбокомпрессора.
Бесплатно
Повышение подвижности быстроходной гусеничной машины путем автоматизации механизма поворота
Статья научная
Приведены результаты имитационного моделирования движения машины при автоматизации дополнительного регулирования гидрообъёмного механизма поворота, двигателя и тормозов с целью повышения точности управления поворотом, предотвращения заноса и увеличения средней скорости.
Бесплатно
Повышение производительности обработки на оборудовании с параллельной кинематикой
Статья научная
Показано, что при выполнении на оборудовании с параллельными приводами некоторых технологических операций появляется возможность оптимизации управления с целью уменьшения времени выполнения этих операций.
Бесплатно
Повышение производительности точения резьбы резцами с керамическими пластинками
Статья научная
Несмотря на множество хорошо разработанных процессов высокопроизводительного формирования резьб давлением на деталях массового производства в некоторых случаях приходится нарезать резьбы резцами. К таким случаям относят нарезание резьбы на тонкостенных заготовках или повышенной твердости, нарезание резьб несимметричного профиля. Ведущие инструментальные фирмы разрабатывают и выпускают для этих случаев специальные резьбовые пластины и дают программы для расчета режимов резания и схемы срезания припуска в зависимости от шага резьбы и твердости обрабатываемой заготовки. Обычно резьбовые пластины изготавливают из металлокерамических твердых сплавов, зачастую с упрочняющими покрытиями. Особенностью профиля резьбовых пластинок является малый радиус скругления вершины, связанный с размерами шага нарезаемой резьбы. Это обстоятельство приводит к высоким механическим и тепловым нагрузкам на вершину резьбовой пластины и вынуждает для обеспечения приемлемой стойкости снижать режимы резания: скорость, связанную с частотой вращения заготовки, и подачу врезания на каждый рабочий ход. В последнее время появились пластинки из минералокерамики на основе окиси алюминия с легированием карбидами тугоплавких металлов. Эти пластинки обладают высокой теплостойкостью, что позволяет повышать скорость резания. Однако в литературе практически нет сведений о применении пластинок из минералокерамики для нарезания резьбы на высокопрочных заготовках. В статье приведены результаты экспериментов по нарезанию резьбы резцами с керамическими пластинками на стальных заготовках высокой твердости (HRC 52…55). Показано влияние отрицательного переднего угла, величины заглубления резца и подачи на врезание на составляющие силы резания. Доказано, что при оптимизации геометрических параметров пластинок возможно высокопроизводительно нарезать резьбы на закаленных заготовках из высокопрочных материалов, что в сочетании с меньшей стоимостью материала пластинок сулит существенные экономические преимущества.
Бесплатно
Статья научная
Мотивация нового исследования. Технологическая подготовка современного машиностроительного производства базируется на CAD/CAM/CAE/CAPPсистемах. В CAD/CAMсистемах моделирование деталей и обработки на станках с ЧПУ производится в идеализированной постановке: используются гладкие поверхности, линейные кромки и точечные вершины взаимодействующих тел; не учитываются упругие и тепловые деформации заготовок, а также износ инструментов. Как следствие, получаемые моделированием детали зачастую существенно отличаются от реальных, получаемых на станках. В существующих научных публикациях приводятся численные расчеты напряженнодеформированного состояния идеализированных инструментов и заготовок, включая моделирование зоны резания, а также учет их деформаций в управляющих программах для станков с ЧПУ. Приводятся аналитические твердотельные модели с поверхностями износа инструментов, которые используются в моделях стружкообразования. Однако все эти исследования отражаются в публикациях по отдельности, а указанные идеализированные модели снижают адекватность расчетов. Возникла потребность в более адекватном CAD/CAM/CAEмоделировании с учетом шероховатости, износа, деформаций элементов технологической системы и в их совместном использовании для расчета точности обработки на станках с ЧПУ. Таким образом, целью нового исследования является повышение точности обработки на станках с ЧПУ путем совместного численного геометрического и физического моделирования этой обработки с учетом шероховатости, износа и деформаций элементов технологической системы. Методологическая база исследования включает в себя воксельное моделирование во взаимосвязи с сеточными или бессеточными методами расчета напряженнодеформированного состояния элементов технологической системы. Уже полученные и ожидаемые результаты исследования. Получены математические модели основных типов шероховатости с выступами, расположенными вдоль заданных линий; математические модели основных типов износа режущих инструментов; разработана методика воксельного моделирования оборудования, инструментов и заготовок, включая моделирование дисперсно и волоконноармированных объемного плетения композитных заготовок; созданы математические модели изменения геометрии инструмента в связи с износом в процессе резания и влияния этого износа, а также различных деформаций на получаемые детали. Планируется развитие численного моделирования резания волоконноармированных композитных заготовок для определения сил резания. Общие выводы связаны с оценкой возможностей предлагаемого численного подхода в новом поколении CAD/CAM/CAEсистем и перспективами применения таких систем в конструкторскотехнологической подготовке производства.
Бесплатно
Статья научная
В статье описывается метод расчета траектории движения токарного инструмента на станке с числовым программным управлением для компенсации упругой деформации при обработке заготовки. В процессе точения тел вращения с малой жесткостью под действием режущей силы Py происходят упругие деформации, что негативно влияет на точность обработанной поверхности. Вследствие этого появляется погрешность в виде бочкообразности, седлообразности или комбинации данных погрешностей в зависимости от жесткости станка и его отдельных частей. На основе расчета деформации при постоянной глубине резания предлагается определить погрешность, которую необходимо в дальнейшем компенсировать с помощью приведенного метод расчета. Он позволяет проводить компенсацию за счет предыскажения траектории на этапе программирования управляющей программы. Тем самым в процессе точения будет получен требуемый диаметр с минимальными погрешностями, что в свою очередь положительно будет влиять на сокращение дополнительной обработки для удаления погрешностей формы и повышения качества обработки детали.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты имитационного моделирования переходных режимов криволинейного движения быстроходной гусеничной машины с двухпоточным гидрообъемно-механическим механизмом поворота с 4-кратным снижением требований к установочной мощности гидрообъемной передачи.
Бесплатно
Статья научная
Объектом исследования является промышленный гусеничный трактор класса тяги 10…20 т с гидромеханической трансмиссией на базе гидродинамического трансформатора крутящего момента и с дифференциальным механизмом поворота. Обозначены преимущества использования конструкции гидрообъёмного механизма поворота, и обоснована актуальность задачи обеспечения устойчивости движения машины по траектории с различными радиусами. Приведена математическая модель движения гусеничной машины с особенностями соединения двух потоков мощности через планетарный зубчато-рычажный механизм и следящей системы поддержания стабильного радиуса при неизменном положении штурвала. Исследованы переходные процессы в гидродинамической трансмиссии и в гидрообъёмном механизме поворота при входе в поворот и при повороте на месте. Определены граничные грунтовые условия для выполнения трактором бесступенчатого маневрирования при выполнении технологических операций. Предложен алгоритм работы следящей системы, обеспечивающий движение машины по траектории неизменного радиуса, заданного штурвалом, независимо от влияния внутренних и внешних возмущений: утечки в гидромашинах, буксования гусеничного движителя и смены грунта. Устойчивость движения машины по траектории заданного штурвалом радиуса при наличии возмущений достигается дополнительным регулированием положения наклонной шайбы насоса гидрообъёмного механизма поворота с учетом двух величин: скорости вращения турбины гидродинамического трансформатора и кривизны траектории движения машины на местности, вычисленной на основе информации с устройств GPS-навигации. Установлено, что при входе в поворот на высшей передаче давление в ГОП механизма поворота в полтора раза превышает установившееся значение. При входе в поворот на тяжелых грунтах не хватает сцепления с грунтом для осуществления маневра. При начале разворота на месте на грунте с коэффициентом сопротивления повороту более 0,7 давление в магистрали ГОП достигает 40 МПа. Моделирование системы стабилизации траектории движения тихоходной гусеничной машины подтвердило отсутствие ошибки управления криволинейным движением.
Бесплатно
Повышение функциональных возможностей ракет-мишеней
Статья научная
Задачи модернизации существующих ракет-мишеней в отношении коррекции и управления являются актуальными как с практической точки стороны, так и с точки зрения академической науки. В частности, вопросы модернизации летательных аппаратов в отношении управления и маневрирования широко рассматриваются и российскими, и зарубежными исследователями. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)» и общество с ограниченной ответственностью «СТАНКОМАШ» на основании накопленного научного и практического опыта предлагают конструктивные решения для серийно выпускаемой ракеты-мишени 96М6М «Кабан», направленные на повышение ее манёвренности. В работе рассмотрена конструкция и действие ракеты-мишени, которая состоит из головного обтекателя, приборного отсека, твердотопливного маршевого двигателя, стабилизатора. В настоящее время ракета летит по баллистической траектории и для ее запуска используется двухствольная пусковая установка. Отслеживание мишени происходит по отражаемому от нее сигналу. В статье рассмотрены пути модернизации ракеты-мишени, в частности: введение узла коррекции или управления; применение принципа модульности конструкции; модернизации двигательной установки; замена материалов конструкции корпуса ракеты на современные композиционные материалы; оснащение мишеней аппаратурной фиксацией, использующей не радиоканал, а спутниковую связь ГЛОНАСС. Качественно и детально проработано направление введения модуля коррекции в серийную конструкцию. Для этого рассмотрены известные способы управления, маневрирования и коррекции. Приведены типовые конструкции балластных пороховых и детонационных импульсных двигателей коррекции. На основании вышеизложенного спроектированы и рассчитаны представленные в статье четыре конструкции блоков импульсной коррекции для ракеты-мишени 96М6М «Кабан».
Бесплатно
Повышение эксплуатационной надежности и долговечности шаботов штамповочных молотов
Статья научная
Предлагается новая конструкция шабота штамповочных молотов, защищенная патентом РФ, обладающая более высокой технологичностью изготовления в сравнении с используемыми шаботами, долговечностью, изготовление и ремонт которой возможно на предприятиях эксплуатирующих молоты, используя универсальное оборудование. Приводятся результаты экспериментальных исследований силового нагружения, выполненных на физической модели.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены факторы, влияющие на эффективность охлаждения поршня масляным орошением внутреннего днища. Для повышения эффективности рекомендована интенсификация теплообмена на поверхности днища за счет преобразования формы и характера движения струи охлаждающего масла с помощью специальной вставки.
Бесплатно
Статья научная
Внедрение в конструкцию промышленных тракторов бесступенчатых внешне регулируемых гидростатических и электрических бесступенчатых трансмиссий, а также двигателей внутреннего сгорания с различным управлением подачей топлива открывает широкие перспективы оптимизации работы бульдозеров и других технологических машин на базе промышленных тракторов. Оптимизации, в первую очередь, по расходу топлива. Приведённые в статье материалы включают в себя математическое моделирование трактора в технологическом цикле бульдозирования, постановку задачи оптимального совместного управления двигателем и трансмиссией, отработку алгоритма управления, его реализацию в контроллере, условия и методику проведения испытаний, результаты испытаний, проведенных на полигоне завода «ДСТ-УРАЛ» в с. Калачево и анализ полученных результатов. В итоге проведенной коллективом авторов работы зафиксирован положительный эффект от внедрения разработанной автоматической системы, заключающийся не только в ожидавшейся существенной экономии топлива, но и в повышении ресурса двигателя внутреннего сгорания и насосов гидростатической трансмиссии, в повышении производительности бульдозера, снижении влияния человеческого фактора (квалификации оператора) на производительность трактора, повышении комфорта работы оператора, уменьшении случаев срабатывания системы предохранения двигателя от перегрузок. Имитационное моделирование проведено в среде программирования VISSIM, код для контроллера создан в CoDeSys, испытание автоматической системы реализовано на серийном тракторе-бульдозере производства завода «ДСТ-УРАЛ» D14 класса тяги 14 тонн в августе 2023 г. На изобретение получен патент Российской Федерации № 2783552 «Способ и устройство управления моторно-трансмиссионной установкой промышленного трактора с бесступенчатой трансмиссией». Изобретение внедрено на заводе «ДСТ-УРАЛ».
Бесплатно
Статья научная
Описана работа и конструкция системы, которая позволяет обеспечить оптимальное тепловое состояние двигателя воздушного охлаждения и тем самым повысить его надежность и экономичность.
Бесплатно
Статья научная
На начальных этапах проектирования сверхзвукового самолёта проводится численное моделирование процесса обтекания предполагаемых аэродинамических форм. Это позволяет существенно сократить временные и финансовые затраты на натурные испытания. При моделировании возможно получение всех параметров процесса, в ходе эксперимента получают только некоторые его значения. Это становится особенно актуальным для моделирования условий полёта сверхзвукового самолёта. В рамках данной работы показан комплексный подход к решению вопроса обеспечения заданных аэродинамических характеристик самолета, требующихся для реализации крейсерского сверхзвукового полета при M~1,5. В статье проведен анализ предлагаемых методов оценки аэродинамических характеристик (АДХ) составных частей самолета в ходе оптимизации их геометрических параметров с целью достижения минимального вклада в АДХ. В работе представлен алгоритм формирования носовой части самолета минимального аэродинамического сопротивления, а также произведен выбор критериев оценки АДХ носовой части самолета как элемента планера, имеющего существенный вклад в АДХ самолета в целом при скорости полета M>1. Результаты данных исследований могут быть использованы на ранних этапах проектирования, это приведёт к сокращению сроков формирования математической модели поверхности перспективного летательного аппарата (ЛА).
Бесплатно
Подход к формированию технического облика беспилотного воздушного судна
Статья научная
В данной статье рассмотрено обоснование критерия эффективности при формировании технического облика беспилотного воздушного судна. Проанализированы критерии эффективности применения беспилотного воздушного судна, такие как относительная масса, время полета, удельная стоимость полета, стоимость жизненного цикла. Выявлена и обоснована необходимость использования комбинированного критерия, учитывающего экономическую и функциональную эффективность. Формулируются варьируемые, не варьируемые и неопределенные параметры, характеризующие беспилотное воздушное судно. Рассматривается формулировка оптимизационной задачи определения технического облика. Процесс формирования технического облика основывается на трех функционально взаимосвязанных процессах: аэродинамической компоновки, объемно-массовой компоновки и конструктивно-силовой компоновки. Целью формирования технического облика является поиск таких взаимосвязанных значений параметров БВС, которые обеспечивают достижение компромисса между требованиями при обеспечении экстремума какого-либо выбранного обобщённого критерия оптимальности, например, минимальной стоимости жизненного цикла готового изделия - самолёта. Данный критерий является одним из наиболее общих критериев эффективности самолёта, однако его расчёт на ранних стадиях разработки затруднителен. Поэтому на практике пользуется другими критериями, приближенными к стоимости этапов жизненного цикла. Особенностью процесса формирования облика БВС, как и любой сложной технической системы, является большое количество неизвестных и высокая степень неопределённости, особенно на ранних стадиях разработки. Для преодоления неопределённости процесс проектирования разбивается на ряд последовательных итерационных этапов. Задача поиска наивыгоднейшего сочетания проектных параметров БВС в зависимости от его назначения может быть рассмотрена как задача поиска экстремума некоторой целевой функции - задача оптимизации. На основе проведенного обоснования авторами предложена методика определения рационального облика беспилотного воздушного судна с учетом принятых ограничений.
Бесплатно
