Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 673
Прогнозирование цикличности переключения передач трансмиссии гусеничных машин
Статья научная
Излагается метод прогнозирования цикличности переключения передач в трансмиссиях транспортных машин, при котором движение рассматривается как непрерывный случайный процесс. Показана особенность применения аппарата марковских процессов для многомерной системы. Приводится пример прогнозирования цикличности переключения передач и предлагаются меры по ее снижению при автоматическом управлении поступательной скоростью движения транспортной машины.
Бесплатно
Проектирование игольчатого дросселя с применением средств вычислительной гидродинамики
Статья научная
Статья посвящена разработке геометрии проточной части квадратичного дросселя с игольчатым запорно-регулирующим элементом с применением средств вычислительной гидродинамики. В работе приведены результаты расчета основных геометрических параметров проточной части дросселя при заданных номинальном массовом расходе и рабочем диапазоне хода иглы. Показано, что результаты расчета пропускной характеристики квадратичного дросселя существенно зависят от рекомендаций по выбору величин коэффициентов гидравлического сопротивления его проточной части. Поэтому для выбора геометрических параметров проточной части дросселя целесообразно проведение численного моделирования течения жидкости в нем. В статье представлены параметры и результаты моделирования течения жидкости в проточной части игольчатого дросселя в двух исполнениях при различных положениях запорно-регулирующего элемента. По результатам моделирования определены пропускные характеристики обоих исполнений дросселя и обоснован выбор оптимального с точки зрения линей ности пропускной характеристики и ширины диапазона регулирования по расходу исполнения дросселя. Кроме того, по результатам численного моделирования определена величина силы, действующей на запорно-регулирующий элемент, со стороны жидкости в каждом исследуемом положении иглы. Также получены поля распределения скоростей и статического давления в продольном сечении проточной части дросселя, которые позволяют оценить гидродинамическую картину течения жидкости и наличие дополнительных нежелательных сопротивлений в проточной части, а также возможность квитанционных эффектов в рабочем диапазоне массовых расходов. Исследуемый дроссель был изготовлен и подвергнут экспериментальному исследованию для определения действительной пропускной характеристики аппарата. Результаты эксперимента показали, что расхождение действительной пропускной характеристики и характеристики, полученной в результате численного моделирования, не превышает 5 % во всем рабочем диапазоне хода запорно-регулирующего элемента.
Бесплатно
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
Статья научная
Статья представляет собой исследование, посвящённое разработке развития методики проектирования ведущего колеса для гусеничных движителей, оснащённых цельнолитыми резиноармированными гусеницами. Этот тип гусениц обладает рядом преимуществ, таких как упрощение сборочных процессов, улучшение тягово-сцепных характеристик и возможность эксплуатации на дорогах общего пользования. Однако их конструктивные особенности, включая наличие условных шарниров и геометрические ограничения по длине обода, требуют адаптации традиционных подходов к проектированию ведущих колёс. Предложенная методика включает этапы определения геометрических параметров движителя, расчёта начального диаметра ведущего колеса и количества зубьев. Учитывается необходимость учёта эластичности гусеницы, влияющей на шаг между зубьями, и выбора углов контакта для обеспечения плавного зацепления и минимизации износа, а также профиля зубьев, от которого зависят надёжность и долговечность работы движителя. Практическая значимость методики подтверждается её применением при проектировании гусеничного движителя на базе платформы «Танкоград Т-1500», разработанной в молодёжном конструкторском бюро ЮУрГУ. В качестве примера использована гусеница российского производства Composit 230.48.60. Для расчётов и визуализации конструкции использовались современные инженерные программные средства, такие как Autodesk Inventor. Выводом является то, что предложенное развитие методики позволяет повысить точность и эффективность проектирования ведущих колёс для резиноармированных гусениц. В статье предложены направления дальнейших исследований, включая оптимизацию профиля зубьев, уточнение углов контакта и разработку программного обеспечения для автоматизации расчётов. Материалы исследования могут быть полезны для проектирования других типов гусеничных движителей, а также для адаптации методики к различным компоновочным решениям.
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
