Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 639
Статья научная
В данной работе описан процесс проектирования конструкции активной части электрической машины тягового двигателя для беспилотных летательных аппаратов и оценка его массово-геометрических и энергетических параметров. Целью работы является повышение удельной мощности электродвигателя путем снижения его массы при помощи замены электротехнической меди для обмоток якоря на электротехнический алюминий без увеличения габаритных размеров конструкции. В разделе «Описание проектируемой конструкции» приведен эскиз проектируемой конструкции активной части электрической машины тягового двигателя. В качестве тягового двигателя рассматривается трехфазный вентильный электропривод, относящийся к бесколлектроным двигателям постоянного тока. Также здесь описаны требования к параметрам проектируемой активной части электрической машины. В разделе «Расчет модели конструкции» приведена методика расчета массово-геометрических характеристик и электромагнитных параметров проектируемой конструкции активной части электрической машины тягового двигателя и его математическое описание. В разделах «Проектирование конструкции» и «Основные результаты» приведены результаты расчетов двух вариантов конструкции - с медной обмоткой и с алюминиевой обмоткой, выбраны материалы компонентов, а также описаны методы, при помощи которых выполнялась доработка этих конструкций, и способы изготовления некоторых компонентов конструкции. В результате работы был достигнут эффект снижения массы проектируемой конструкции в 1,16 раза без увеличения габаритных размеров при сохранении значения КПД выше 90 % и при сохранении значения полезной мощности в 2,6 кВт. Также были оценены общие электрические потери разработанных конструкций, которые при равенстве сопротивления обмоток и рабочего тока оказались разными.
Бесплатно
Проектирование параметрических циклов фрезерования отверстий на станках с ЧПУ
Статья научная
В работе представлено описание этапов проектирования технологического цикла, реализующего фрезерную обработку отверстий концевой фрезой. Также представлено разработанное программное обеспечение (ПО) CONICALINT, генерирующее G-код с набором аргументов, используемый для вызова технологического цикла из памяти системы ЧПУ. Разработанный алгоритм технологического цикла фрезерной обработки отверстий концевой фрезой имеет ветвистую структуру, так как имеется выбор между двумя методиками расчёта внутренних параметров цикла и двумя методами фрезерования - попутным либо встречным. Расчёт внутренних параметров технологического цикла заключается в вычислении координат точек, необходимых для построения винтовой траектории движения режущего инструмента, а также в вычислении значения максимально допустимой величины винтового шага в рамках заданного набора входных параметров. Исходные данные для расчета представлены тринадцатью параметрами, характеризующими геометрию режущего инструмента, геометрию требуемой обработанной поверхности, а также параметрами, определяющими метод фрезерования, методику расчёта режима резания и начальные точки траектории движения режущего инструмента. Обозначено восемь граничных условий, определяющих допустимые значения входных параметров. На основе этих условий спроектирована система неравенств с комплектом сообщений пользователю об ошибке в случае некорректного ввода значения какого-либо из входных параметров. Разработанный G-код подпрограммы технологического цикла для станка с ЧПУ позволяет рассчитать движение инструмента как по винтовой, так и по конической винтовой траектории в зависимости от входных параметров, что позволяет использовать его при программировании фрезерной обработки цилиндрических и конических отверстий. Разработанное ПО CONICALINT является визуальным дополнением для разработанного технологического цикла фрезерной обработки отверстий, позволяющим генерировать управляющий G-код с набором из двенадцати аргументов.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты промышленной эксплуатации турбопитательных установок с насосами ПН 1500-350 и их последующими модификациями ПН 1500-350-3 и ПН 1500-350-4. Показано, что конструкция насоса с блок-секциями без горизонтального разъема и соотношением числа лопастей рабочего колеса и направляющего аппарата 7/12 является удачной. Применение же пускового подшипника с водяной смазкой в существующем исполнении нецелесообразно. Для создания более совершенной конструкции подшипника необходимы специальные исследования.
Бесплатно
Процесс взаимодействия кумулятивной струи с преградой
Статья научная
В настоящей работе рассматриваются физическая модель взаимодействия кумулятивного тела с преградой, которая может быть описана уравнениями в частных производных, а также способы управления движением кумулятивной струи. Кумулятивная струя представлена как вязкоупругое тело. Определено, что кумуляция включает этапы сжатия металлического вкладыша заряда, ударное и тепловое воздействие струи на преграду, вымывания продуктов разрушения из каверны.
Бесплатно
Статья научная
Представлены расчетные и экспериментальные данные прочности резьбового соединения на срез в отверстиях с отбортовками, образованных в тонколистовых заготовках вращающимся пуансоном.
Бесплатно
Прямая оценка удельного тягового усилия гусеничного трактора, оптимального по тяговому кпд
Статья научная
На базе зависимости потенциальной тяговой характеристики получено прямое аналитическое выражение удельного тягового усилия гусеничного трактора, оптимального по тяговому КПД. Значение этого усилия определяется величинами максимального коэффициента сцепления и коэффициента сопротивления передвижению трактора.
Бесплатно
Статья научная
Приводятся результаты по исследованию влияния микропрофиля смазочного слоя на гидромеханические характеристики упорных подшипников скольжения. Кратко описаны способы обработки и принцип образования несущей способности трибосопряжений с текстурированием поверхностей. Более подробно изложены преимущества и недостатки, основные параметры лазерного текстурирования поверхности.
Бесплатно
Статья научная
Для повышения экологических показателей двухтактного двигателя с внешним смесеобразованием необходимо внесение некоторых конструктивных изменений, переход на внутреннее смесеобразование и организация непосредственного впрыска топлива в камеру сгорания двухтактного двигателя. Эффективность снижения токсичных компонентов в отработавших газах и улучшений экономических и экологических показателей двухтактного малогабаритного двигателя достигается за счет раздельной подачи топлива и воздуха.
Бесплатно
Работоспособность нахлесточных клеемеханических соединений при циклическом растяжении - сжатии
Статья научная
Представлены результаты исследования нахлесточных соединений композит-металл, армированных самонарезающими винтами малого диаметра, в условиях малоциклового сдвигового нагружения (от 1•103 до 2•104 циклов). Проверена эффективность разработанного метода увеличения долговечности клеемеханического нахлесточного соединения. Суть метода - снижение контактных напряжений за счет заполнения зазоров между винтом и стенкой отверстия в композите полимером - полиэфирной смолой холодного отверждения. Усталостные характеристики образцов исследованы на установке Instron Electropuls 3000 при циклическом знакопеременном симметричном нагружении для двух групп образцов: исходных и модифицированных при помощи разработанного метода увеличения долговечности. В диапазоне амплитуд нагрузок растяжения - сжатия от 150 до 200 Н выявлены основные механизмы накопления повреждений в образцах, приводящие к характерным особенностям циклических диаграмм «сила - перемещение», а также диаграмм изменения условной податливости образцов, характеризуемой отношением размаха перемещений к размаху силы, в зависимости от количества циклов. Основной причиной наступления предельного состояния образцов, характеризуемого лавинообразным увеличением податливости, является рост усталостной трещины в самонарезающем винте в зоне перехода от витка к телу винта с малым радиусом кривизны. Результаты малоцикловых испытаний модифицированных образцов с инженерной точностью аппроксимируются степенными функциями, что позволило разработать две различные зависимости, позволяющие проводить обоснованную экстраполяцию в область многоциклового нагружения. При одинаковой величине податливости, соответствующей наступлению предельного состояния, модифицированные образцы демонстрируют в 4,2 раза большую долговечность и в 1,5 раза меньший разброс результатов испытаний, что подтверждает эффективность разработанного метода снижения контактных напряжений.
Бесплатно
Рабочая позиция с жесткой межагрегатной связью
Статья научная
Современное конкурентоспособное машиностроительное предприятие должно обеспечивать оперативный переход с одной номенклатуры на другую. Данная тенденция отражена в стратегии научно-технологического развития РФ в части приоритета цифровизации производства. Наиболее ресурсоемка перекомпоновка автоматических линий массового производства, включающих множество рабочий позиций. Связь между агрегатами автоматических линий в массовом производстве жесткая, характеризуется отсутствием межоперационных заделов. Остановка одного из агрегатов автоматически останавливает всю линию. Оценка времени сохранения работоспособности - безотказности работы позиции с жесткой межагрегатной связью является комплексным и требует оценки многих факторов. В работе для проведения расчета была применена структурная схема надежности. Проведенный расчет показателей работоспособности и надежности рабочей позиции с жесткой межагрегатной связью позволяет получить показатели надежности для второго направления развития перекомпонуемых рабочих позиций с автоматической сменой узлов без нарушения жесткой межагрегатной связи базовых узлов. Отмечено, что при расчете можно не учитывать вероятность возникновения отказа агрегатных узлов по причине простоты их конструкции. При этом определение общей формулы вероятности безотказной работы рабочей позиции с жесткой межагрегатной связью позволяет перейти к определению вероятности безотказной работы элементов рабочей позиции с жесткой межагрегатной связью. Обеспечение гибкости автоматических производственных линий массового производства возможно при переходе от систем с жесткой межагрегатной связью к системам с рабочими позициями переменной компоновки со сменными модулями. Математическое обеспечение расчета надежности систем с жесткой межагрегатной связью позволит расширить область применения концепций «Индустрии 4.0» и «умного» производства.
Бесплатно
Рабочая позиция с перекомпонуемыми рабочими системами
Статья научная
Высокие требования по скорости переналадки и надежности обеспечения качества продукции для современного производства требуют новых принципов построения производственных систем. Высокая производительность и гибкость при различной номенклатуре производства может обеспечиваться за счет применения перекомпонуемых производственных систем. Данные системы объединяют преимущества агрегатных станков и обрабатывающих центров за счет конструктивных особенностей, описанных в данной статье. Приведены виды узлов и элементов системы в скомпанованном и дескомпанованном состоянии. Разработаны алгоритмы и схемы функционирования ярусов перекомпонуемых рабочих позиций (ПРП) в сравнении с рабочими позициями автоматических линий (РПАЛ). Сформулирована формула определения средней наработки до отказа ПРП. Проведена визуализация элемента системы и схема элемента системы - межмодульного элемента базирования (МУБК). Определены комплексные показатели эксплуатационной надежности ПРП одновременно по частным и комплексным показателям безотказности и ремонтопригодности с учетом особенностей функционирования и конструкции ПРП в сравнении с РПАЛ. Разработаны методики определения показателей безотказности и ремонтопригодности, учитывающие конструктивные и функциональные особенности ПРП в условиях многономенклатурного производства, основанные на значениях эксплуатационной надежности РПАЛ. Разработанные решения соответствуют направлениям развития современного машиностроительного производства и стратегии развития РФ. В условиях действующего машиностроительного предприятия точность оценки экономического эффекта требует применения робастных расчётных моделей, реализованных не только в виде алгоритмов, но и программ. В дальнейшем планируется разработать специальное программное обеспечение, позволяющее определить надежность перекомпонуемой рабочей позиции относительно позиции с жесткой межагрегатной связью.
Бесплатно
Радиальное профилирование направляющей части поршня двигателя внутреннего сгорания
Статья научная
Обосновываются предпосылки для разработки методологии оптимизации радиального профилирования направляющей части поршня. Оценено влияние радиального профиля на гидромеханические характеристики сопряжения «поршень-цилиндр».
Бесплатно
Развитие длинных усталостных трещин в стальных образцах под действием движущихся тепловых полей
Статья обзорная
Развитие квазистатических трещин под действием движущихся тепловых полей может быть значительно более опасным, чем в случае неподвижных полей, так как при нагружении движущимися полями полное приращение трещины ограничивается лишь областью перемещения высоких напряжений. Для демонстрации развития трещин при таком нагружении были выполнены эксперименты на стальных тонкостенных цилиндрических образцах, которые нагружались тепловым полем в форме пятна, движущимся по окружности образца. Результаты эксперимента показали, что трещины до большого размера под действием движущихся тепловых полей могут развиваться не только квазистатически, но и по усталостному механизму. Полученная в эксперименте скорость развития трещин находится в хорошем соответствии с расчетными оценками.
Бесплатно
Разработка вибрационного рабочего органа глубокорыхлителя
Статья научная
В статье рассматривается конструкция вибрационного рабочего органа глубокорыхлителя, разработанного для способа обработки почвы, улучшающего энергетические и агротехнические показатели работы. Глубокое рыхление почвы позволяет улучшить качество обработки почвы. По результатам анализа рабочих органов орудий и способов снижения тягового сопротивления глубокорыхлителей (по типу рабочего органа, схеме расположения рабочих органов на раме орудия, применению вибрации рабочих органов) предложено конструкционное решение, которое позволит существенно снизить тяговое сопротивление почвы на рабочий орган, - использование в предлагаемой конструкции вибрации с использованием вибраторов, что позволит в том числе снизить затраты энергии при выполнении основной обработки почвы. Исследование свойств обрабатываемых почв с применением вибрации позволило обосновать в соответствии с поставленной в работе целью конструктивную схему передачи вибрации в рабочий орган почвообрабатывающего орудия. Предложена математическая модель определения тягового сопротивления глубокорыхлителя, позволяющая рассчитать величины сил, действующих на стойку рабочего органа, а также на составляющую его конструкции - вибрационное долото. Уточнение тягового сопротивления долота возникающей центробежной силой инерции его вращающего элемента (эксцентрика) позволяет оценить степень воздействия вибрации рабочего органа на почву. При определении параметров математической модели использованы значения параметров рабочих органов глубокорыхлителей и чизелей в условиях каменистых почв Южного Урала. Для составленной расчетной схемы рабочего органа определены его конструктивные параметры, получено существенное снижение тягового сопротивления чизельного орудия с применением вибрационного долота. Экспериментальное исследование спроектированного и изготовленного опытного образца рабочего органа с вибрационным долотом, проведенное в лабораторных условиях в соответствии с уточненной методикой, подтвердило расчетные данные по снижению тягового сопротивления и улучшению агротехнических показателей почвы.
Бесплатно
Разработка и исследование системы управления насосной установкой
Статья научная
Современный электропривод представляет собой совокупность электродвигателя, силового преобразователя и устройства управления. Асинхронный электропривод часто применяется в промышленности в составе насосов, вентиляторов и компрессоров. Плавное регулирование подачи насосов в соответствии с текущим давлением в системе водоснабжения является актуальной задачей систем автоматического управления насосными установками (НУ). Частотное регулирование позволяет управлять насосом за счет изменения частоты вращения электродвигателей насосов с помощью преобразователей частоты (ПЧ). ПЧ является одним из современных технических средств автоматизации промышленного электропривода и экономии электроэнергии. В разрабатываемой системе регулирование подачи воды осуществляется по показателям датчика давления. Сигнал от датчика давления сравнивается с сигналом задания. При рассогласовании между этими сигналами ПИД-регулятор задает частоту вращения крыльчатки насоса. Таким образом, при отсутствии потребителей давление в магистрали будет расти, пока сигнал с датчика давления не поступит на вход ПИД-регулятора, который снизит частоту вращения насоса, и тем самым уменьшится подача воды и энергопотребление двигателя. Для данной системы автоматического управления была разработана математическая модель. Она была исследована с помощью пакета Simulink приложения MATLAB. Цель исследования - это работа НУ в критических режимах, а также проверка правильности синтеза регулятора и анализ переходных процессов в системе управления. Результаты исследования являются основой для написания программы управления. Алгоритм работы насосной установки разработан таким образом, чтобы обеспечить плавное и точное регулирование давления в гидравлической сети. Для программной реализации данного алгоритма был использован программный пакет CoDeSys для программируемых логических контроллеров (ПЛК) ОВЕН. Применение ПЛК и разработанной программы значительно расширяют возможности рассматриваемой установки. Данная система рекомендована для использования на насосных станциях водоснабжения. Она позволит улучшить выходные характеристики для потребителя, повысить надежность сети водоснабжения, уменьшить износ насосного оборудования и сократит расходы на потребляемую электроэнергию.
Бесплатно
Разработка источника ленточных пучков ионов газов для модификации рулонных материалов
Статья научная
Описаны принцип работы, конструкция и приведены результаты испытаний ленточного источника газовых ионов на основе несамостоятельного газового разряда низкого давления, поддерживаемого эмиссией плазменного катода с сеточной стабилизацией. Источник генерирует пучки ионов газов (N 2, Ar, O 2 и их смесей) в импульсно-периодическом режиме (5-1000 Гц, 0,25-0,5 мс). Поперечное сечение пучка 650x80 мм 2. Энергия ионов регулируется в пределах 15-40 кэВ, средний ток пучка от 0,5 до 200 мА, неоднородность распределения плотности тока вдоль большой оси сечения пучка ±10 %. Источник работает в диапазоне давлений 0,03-0,07 Па, обеспечиваемых паромасляным насосом. Высокая надежность и большой ресурс ионного источника обусловлены использованием в его газоразрядной системе плазменного катода на основе тлеющего разряда.
Бесплатно
Статья научная
Обоснована актуальность применения комбинированной энергетической установки в конструкции грузового автомобиля. Приведен анализ возможных компоновочных схем комбинированной энергетической установки для разработки грузового автомобиля с улучшенными экологическими показателями на базе автомобиля Урал-4320.
Бесплатно
Разработка макета выстрела замкнутого типа из композиционных материалов в ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)»
Статья научная
Задача совершенствования штатных выстрелов в отношении малозаметности, бесшумности и повышенного могущества является актуальной, поскольку позволяет, с одной стороны, повысить боевые возможности расчета на поле боя, а с другой - создать макеты выстрелов при обучении студентов по специальности 17.05.01 «Боеприпасы и взрыватели», позволяет привить навыки и компетенции разработки и производства современных средств поражения и боеприпасов. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)», на основании накопленного научного и практического опыта, предлагает к рассмотрению макет конструкции бесшумного выстрела замкнутого типа из композиционных материалов, концепция которого разработана на основании патента RU 2741982 С1. В рамках учебного процесса по специальности 17.05.01 «Боеприпасы и взрыватели» разработан комплект конструкторской и технологической документации, выбраны материалы и технологическая оснастка для его изготовления. Конструкция макета состоит из полимерных композитных элементов: головной и хвостовой частей. Боевая часть содержит малозаметные керамические готовые поражающие элементы. В хвостовой части располагается пороховой сменный метательный заряд. Проведен обзор используемых в настоящее время зарубежных радиолокационных станций. Оценены баллистические и аэродинамические параметры разработанного макета выстрела, эффективность осколочного действия. Приведены результаты моделирования обтекания воздушным потоком и разлёта осколков. Данный образец является иллюстрацией научно-методического подхода создания конструкций и технологий перспективных образцов средств поражения и боеприпасов для отрасли промышленности обычных вооружений, боеприпасов и спецхимии Российской Федерации.
Бесплатно
Разработка методов контроля момента возникновения автоколебаний стана холодной прокатки
Статья научная
На стане холодной прокатки автоколебания возникают при ручном увеличении скорости прокатки тонкой полосы. Толщина подката при этом, как правило, не более 2-2,5 мм. Спектр колебаний достаточно широк. Первая гармоника - 120 Гц. При контроле вибрационных и технологических параметров выявлена жесткая связь вибрации элементов клетей стана с виброперемещением гидравлического натяжного устройства (ГНУ) рабочих валков и колебаниями уровня натяжения прокатываемой полосы. Штатный контроль перемещения ГНУ проводит 200 измерений в секунду. В соответствии с теоремой Котельникова полоса частот спектральной характеристики в этом случае - 100 Гц. Колебания уровня натяжения прокатываемой полосы позволяют контролировать полосу частот в диапазоне от 0 до 43 Гц, не более. Этого явно не достаточно для надежного контроля момента возникновения автоколебаний. Существующая система контроля технологических параметров имеет внутренний ресурс по частоте опроса при формировании базы данных. Программными средствами удалось увеличить частоту опроса виброперемещений ГНУ до 1000 измерений в секунду. При этом полоса частот спектральной характеристики охватывает диапазон от 0 до 500 Гц. Это позволяет контролировать не только первую гармонику 120 Гц, но и высшие гармоники до 400-500 Гц. Колебания уровня натяжения прокатываемой полосы после перевода на более быстрый ресурс контроллера позволили увеличить частоту опроса до 250 измерений в секунду. Таким образом, по этому каналу также можно надежно контролировать первую гармонику возникающих автоколебаний. Анализ процесса возникновения автоколебаний показал, что причина автоколебаний клетей стана - самопроизвольное колебание уровня натяжения прокатываемой полосы при ручном увеличении линейной скорости прокатки. Колебания клетей стана запаздывают относительно колебаний уровня натяжения от 2 до 3 секунд. Используя алгоритмы дискретного преобразования Фурье и преобразование Фурье на коротком временном интервале (STFT), можно надежно и своевременно распознавать момент возникновения автоколебаний.
Бесплатно
Разработка на ЛМЗ модернизированных питательных насосов для крупных блоков ТЭС
Статья научная
Представлена концепция нового модернизированного питательного турбонасоса ПТН 1150-340-М и электронасоса ПЭН 600-320-М для блока ТЭС 300 МВт. Приведены описание конструкции насоса и результаты модельных и натурных испытаний.
Бесплатно
