Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 631
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
Статья научная
Разработана методика выбора проектных параметров механических систем, работающих в условиях динамических нагрузок, которая позволит построить наиболее оптимальную систему подрессоривания автотранспортного средства. Суть методики заключается в том, чтобы, исходя из условий эксплуатации и назначения проектируемого агрегата, установить наиболее приемлемые параметры жесткости и демпфирования с целью обеспечения удовлетворительного уровня вибрации и долговечности системы, снижения динамических нагрузок на ее элементы, а также выполнения различных условий, связанных непосредственно с проектируемой системой и условиями ее работы.
Бесплатно
Разработка планетарного редуктора для мотор-колеса электроболида
Статья научная
В рамках студенческого проекта по разработке электрического болида в Южно-Уральском государственном университете в соответствии с техническим заданием был спроектирован планетарный редуктор будущего мотор-колеса. Этому предшествовали анализ и компоновка узла, разработка его кинематической схемы и составление уравнений кинематической связи. Тягово-динамический расчёт автомобиля показал, что передаточное число согласующего редуктора данного узла с учётом устанавливаемого электродвигателя должно быть равно 10. В итоге были определены числа зубьев зубчатых колес и их геометрические параметры, построена 3D-модель планетарного редуктора. В качестве тяговых двигателей планируется использовать электрические машины комбинированного возбуждения. Предлагаемая электрическая машина имеет обращённое исполнение, что позволит в заданных габаритах получить максимальную электромагнитную мощность и хорошие удельные показатели. Вышеперечисленные показатели в нашем случае имеют очень важное значение, так как использование в приводе мотор-колес существенно увеличивает неподрессоренную массу электроболида, а это в свою очередь неизбежно скажется на его выходных характеристиках. При этом были учтены конструктивные особенности выбранного синхронного индукционного электродвигателя и все нюансы компоновки колёсно-ступичного узла, в том числе и габаритно-массовые, соблюдены условия соосности, соседства и сборки. В заключение была дана оценка коэффициента полезного действия планетарного редуктора проектируемого мотор-колеса. В настоящее время в студенческом конструкторском бюро Автотракторного факультета готовится сборочный чертеж спроектированного редуктора и его деталировка, а также дальнейшая передача пакета документов в производство. Макетный образец электрического болида планируется изготовить осенью 2019 года. Поставленные задачи более чем амбициозные.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена практическая проблема выбора абразивного инструмента на операции шлифования, заключающаяся в сложности назначения многочисленных характеристик инструмента и высоком влиянии квалификации инженера-технолога. Предлагается решение этой проблемы путем разработки программного обеспечения для автоматизированного выбора абразивного инструмента. Для разработки программного обеспечения необходим алгоритм, базирующийся на некоторой существующей методике выбора инструмента. В качестве базы выбрана методика из справочника Уральского НИИ абразивов и шлифования, учитывающая основные физические взаимосвязи и закономерности процессов высокоскоростной обработки. По методике построен укрупненный алгоритм, состоящий из девяти блоков и включающий выбор всех основных параметров абразивного инструмента. Алгоритм реализован в инструментальной среде Microsoft Visual на объектно-ориентированном языке программирования C#, в результате чего получено программное обеспечение, включающее в себя набор справочных таблиц и аппарат выбора необходимых значений из этих таблиц. Показан пример функционирования приложения: на основе введенных исходных данных, демонстрирующих некую производственную ситуацию, программное обеспечение выбирает три подходящих маркировки шлифовальных кругов по мере их предпочтительности. Использование разработанного программного обеспечения показало, что время, затрачиваемое на выбор шлифовального круга, составляет 10-30 с, на качество выбора квалификация инженера-технолога не влияет. В связи с этим разработанный программный модуль позволяет решить поставленную задачу, повысить эффективность обработки шлифованием и сократить время технологической подготовки производства.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено создание ротационного вискозиметра для наблюдения и идентификации реологических параметров неньютоновских жидкостей.
Бесплатно
