Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 688
Статья научная
Рассмотрены проблемы, возникающие при производстве порошков, волокон и гранулоподобной стружки из вязких и хрупких материалов, применяемых в различных отраслях. Особенность данной проблемы заключается в обеспечении жестких требований к размерам, отклонениям размеров и формы дисперсных частиц, которые не могут быть получены при использовании традиционных устаревших технологиях переработки материалов. Обосновано применение нового способа возбуждения резонансных колебаний в виброприводах, обеспечивающего улучшение технологических параметров вибрационных станков-диспергаторов. Новизна способа состоит в получении синхронных колебаний в технологической системе и поддержании их на заданном уровне, а также в обеспечении возможности управления формой генерируемых колебаний. Предлагаемый способ позволяет повысить мощность, универсальность и эффективность работы виброприводов за счет обеспечения возможности управления формой траектории колебаний рабочего органа и одновременной синхронизации высокочастотной и низкочастотной составляющих колебаний. Показано, что функциональные возможности виброприводов могут быть расширены за счет возбуждения механических колебаний на резонансных частотах. Для более полного и наглядного представления процесса возбуждения резонансных колебаний средствами суперкомпьютерных ресурсов ЮУрГУ были выполнены расчёты частотных характеристик колебаний роторов вибропривода. Для сравнения траекторий и форм колебаний были представлены векторные диаграммы движения радиус-векторов суммарных амплитуд колебаний при несинхронном и синхронном режимах работы. В результате расчётов были выявлены три формы собственных резонансных колебаний каждого из роторов вибропривода. Для мониторинга и поддержания требуемых технологических параметров вибропривода была разработана система автоматизированного управления, позволяющая производить сбор у виброприводов параметрической информации, ее автоматическую обработку и поднастройку устойчивой синхронной работы посредством электрической обратной связи.
Бесплатно
Статья научная
В работе приведен анализ эволюции современных схем гибридных моторно-трансмиссионных установок транспортных средств. Отмечены причины их появления, достоинства и недостатки, приведены примеры практической реализации. Подробно рассмотрена область применения, возможности различных типов современных гибридных приводов и перспективы их развития. Показано, что схему последовательного гибридного привода активно использовали и используют на тяжелой и специальной технике, поскольку она идеально подходит для транспортных средств, в которых необходимо передать на ведущие колеса большой крутящий момент, но при этом не требуются высокие скорости движения. В то же время применяемые на современных автомобилях разные варианты параллельного гибридного привода позволили снизить мощность двигателей внутреннего сгорания, благодаря чему была существенно повышена их экономичность при одновременном снижении токсичности отработанных газов. Особое внимание уделено практически неиспользуемой до настоящего времени возможности гибридного привода служить резервным приводом транспортного средства. Сформулированы требования, которым должен отвечать гибридный привод, применяемый с такой целью. Приведена кинематическая схема инновационной гибридной моторно-трансмиссионной установки, отвечающая предложенным требованиям и позволяющая реализовать функцию резервного привода транспортного средства. Подробно раскрывается принцип функционирования предложенного гибридного привода на всех режимах его работы. Показано, что благодаря применению на транспортном средстве инновационной гибридной моторно-трансмиссионной установки появляется возможность сохранения его мобильности в случае повреждения или выхода из строя основной силовой установки. Показан пример реализации предложенной схемы гибридного привода на обычном легковом автомобиле.
Бесплатно
Статья научная
Предлагается методика рационального совмещения характеристик двигателя внутреннего сгорания и двухмашинного электрического привода постоянного тока промышленного дизель-электрического трактора, обеспечивающая получение максимального значения средней выходной мощности силовой установки промышленного трактора при выполнении им рабочей операции.
Бесплатно
Результаты и перспективы работы Челябинской научной школы прочнистов
Персоналии
Дано краткое описание созданных школой Д.А. Гохфельда новых научных направлений и их приложений в области анализа деформирования и разрушения материалов и конструкций при повторных (малоцикловых) воздействиях: • прогрессирующего формоизменения при теплосменах; • математической теории упругой и неупругой приспособляемости; • малоциклового деформирования и разрушения хрупких (малопластичных) материалов и конструкций (в том числе - графитовых); • сеток трещин в природных и техногенных объектах; • дилатационных повторных воздействий внешней среды (водорода, природного газа и других); • стабильных и нестабильных деформационных свойств сталей, сплавов и других материалов и их математического моделирования; • неустойчивости процессов неупругого малоциклового деформирования; • закономерностей деформирования и разрушения конструкций с циклически меняющейся структурой (в том числе - при замерзании и таянии рабочей среды). Намечены перспективы развития исследований, связанные прежде всего с переходом от обеспечения безотказности к обеспечению безопасности, а также с расширением приложений.
Бесплатно
Результаты расчета динамики ротора турбокомпрессора ТКР-8,5С
Статья научная
Представлены результаты расчета динамики ротора серийного турбокомпрессора ТКР-8,5С на подшипниках с плавающей вращающейся втулкой. Результаты получены на основе методологии расчета динамики гибкого асимметричного ротора на многослойных подшипниках скольжения, изложенной в работе [1].
Бесплатно
Статья научная
Экспериментально исследована возможность подготовки к сгоранию топлива в двигателях внутреннего сгорания электрическим разрядом большой энергии. Приведены результаты хроматографического анализа продуктов распада различных углеводородных топлив при электроразряде в среде аргона. Получены идентичные легкие активные компоненты продуктов распада, способные интенсифицировать процессы воспламенения и сгорания.
Бесплатно
Релаксация сварочных напряжений при помощи глубокого пластического деформирования
Статья научная
В работе рассмотрен способ снижения уровня остаточных напряжений в сварных конструкциях путем обработки области сварного шва с помощью глубокой пластической деформации. Описаны результаты эксперимента, а также расчета при помощи конечно-элементного пакета ANSYS Workbench, показывающие возможность применения метода для снижения уровня остаточных сварочных напряжений.
Бесплатно
Рентгеноспектральный микроанализ поверхности карбида кремния после микроцарапания титана
Статья научная
Рассмотрена структура поверхности карбида кремния непосредственно после микроцарапания титана и после удаления налипшего металла травлением в растворе плавиковой кислоты. Исследования проведены на электронном микроскопе Versa 3D. Морфологию поверхности изучали при увеличении от 800 до 20000×. Химический состав определяли методом локального микрорентгеноспектрального анализа при съемке в отдельных точках и сканировании участков поверхности. Ускоряющее напряжение электронов возбуждения изменяли от 5 до 20 кВ. В нанослоях карбида кремния микрорентгеноспектральный анализ показал наличие пяти элементов: углерод, кремний, титан, азот и кислород. При 5 кВ, когда глубина зоны генерации рентгеновского характеристического излучения не превышает 270-320 нм, на участках поверхности карбида кремния без видимых следов налипшего металла концентрация титана достигает 3 % атом. Соотношение между атомами кремния и углерода свидетельствует о наличии избыточных атомов углерода. С увеличением ускоряющего напряжения до 15 кВ глубина слоя генерации рентгеновского характеристического излучения атомов титана может достигать 2000 нм. Поэтому с ростом U концентрация титана снижается, поскольку такое же количество титана, сконцентрированного в приповерхностном слое, теперь усредняется по значительно большему объему. При U = 15 кВ концентрация титана на нетравленой и травленной поверхностях составила соответственно 0,56 и 0,36 % атом. До травления количество атомов углерода в 1,7 раза больше чем атомов кремния. Наличие избыточного углерода объясняется присутствием достаточно большого количество углерода на поверхности материла. После травления, в результате снижения содержания атомов титана, кислорода и азота, общей тенденции к снижению атомов углерода концентрация атом кремния с(Si) увеличивается. В результате количественное соотношение между атомами углерода и кремния снижается до 1,4. Увеличение ускоряющего напряжения означает и увеличение объема основного материала, т. е. карбида кремния, находящегося в зоне генерации. С ростом U концентрация титана, азота, кислорода снижается, так как эти элементы находятся в основном на поверхности карбида кремния. Содержание атомов кремния и углерода, входящих в состав карбида кремния, будет возрастать практически пропорционально объему генерации. Поэтому с ростом U концентрация кремния должна увеличиваться, а углерода - снижаться. В действительности с увеличением U в диапазоне 5-15 кВ с(Si) на нетравленой поверхности возрастает более чем на 25 % и на 10 % после травления. Концентрация углерода имеет тенденцию к снижению. Только при ускоряющем напряжении 20 кВ атомные концентрации углерода и азота с учетом доверительного интервала на средние арифметические значения можно считать приблизительно одинаковыми. В данных интервалах U концентрация углерода снижается значимо, что подтверждает ранее высказанное предположение о тенденции снижения с(C) с увеличением U.
Бесплатно
Статья научная
Неоспоримым преимуществом магнитореологических опор является адаптивность жесткостных характеристик и возможность их регулирования в реальном времени. Поэтому совершенствование конструкций магнитореологических систем амортизирования и виброгашения, а также их методик моделирования и расчета является актуальным направлением научно-исследовательской деятельности. Необходимо отметить, что магнитореологическим системам присуща нестабильность рабочих параметров, вызванная нагревом магнитореологической рабочей среды в управляющих электромагнитных полях с изменением вязкостных характеристик жидкости носителя. Возможны различные варианты решения данной эксплуатационной проблемы. Во избежание данного негативного фактора требуется осуществление оптимального термостатирования рабочей среды магнитореологических систем. Для стабилизации температурных параметров рационально осуществление динамического управления системой термостатирования и реализация новых конструктивных решений. Представленная система термостатирования имеет оригинальную запатентованную конструкцию реологического дросселя-термостата, содержащего термоэлектрические элементы и позволяющего производить охлаждение рабочей среды на качественно новом уровне. Одним из возможных способов борьбы с нестабильностью рабочих характеристик магнитореологических систем амортизирования и демпфирования является выполнение их комбинированного типа с разделением рабочей камеры на полость, заполненную магнитореологической жидкостью, и полость, заполненную иной демпфирующей средой. Предложенная конструкция адаптивного комбинированного реологического амортизатора оригинальна и запатентована. Изложены основы методологии расчета жесткостных характеристик магнитореологической рабочей полости, конструктивно выполненной составной из субполостей, имеющих индивидуальные управляющие электромагниты и обладающих вариабельными диссипативно-жесткостными свойствами магнитореологической среды, распределенными по длине магнитореологической рабочей полости. Рассмотрены варианты оптимизации распределения диссипативно-жесткостных характеристик для субполостей и их рационального сочетания с целью создания жидкостных систем амортизирования нового поколения. Описанная магнитореологическая система демпфирования и виброгашения содержит магнитодинамический насос оригинальной и запатентованной конструкции, реализующий транспортировку магнитореологической рабочей среды при помощи винтового управляющего электромагнитного поля.
Бесплатно
Решение задачи проектирования производств при условии обеспечения непрерывности выпуска продукции
Статья научная
Разработана методология проектирования производственных участков, использующая гибкий график ремонта оборудования, который позволяет исключить остановку основного производства. Проект участка может включать в себя три основных пункта: 1. Комплектацию оборудованием производственных участков по минимуму эксплуатационных затрат на содержание технологического оборудования. 2. Комплектация участков станками и технологической оснасткой при условии согласования сроков их ремонта. 3. Комплектация на основе сетевой структурной модели стадии «эксплуатация» парка станков, составляющих участок. Первый пункт направлен на повышение рентабельности использования оборудования по назначению. Второй и третий на обеспечение непрерывности производственного процесса. Их реализация позволяет исключить остановку производства и уменьшить простой оборудования в ремонте. Приведён алгоритм априорной оценки продолжительности и структуры ремонтного цикла станков и оснастки производственных подразделений, выпускающих продукцию ограниченной номенклатуры. Даны основы построения структурных моделей стадии «эксплуатация» парка станков отдельного производственного подразделения. Использование оборудования по разработанным структурам позволяет обеспечить технологическую точность, настроенность, стабильность технологических процессов и непрерывность производственного процесса изготовления деталей.
Бесплатно
Решение уравнений математической модели рулевого управления с усилителем гидравлического типа
Статья научная
Рассматривается использование математической модели рулевого управления с гидроусилителем при определении максимального давления рабочей жидкости в системе гидроусилителя, необходимого для адаптации рулевого управления к определенным дорожным условиям.
Бесплатно
Роль геокосмического транспорта в крупномасштабной индустриализации космоса
Статья научная
На сегодняшний день человечество столкнулось с рядом экологических проблем, от решения которых зависит наше дальнейшее существование. Авторами предлагается системный подход по выходу из сложившейся ситуации, детально описанный в программе «ЭкоМир». Основным вектором дальнейшего индустриального развития станет космический, но для его реализации необходим транспорт, обладающий рядом уникальных характеристик. Авторами статьи предложена конструкция общепланетарного транспортного средства (ОТС), который по внешнему виду представляет собой тор с диаметром экватора и с поперечным сечением в несколько метров. Предполагаемая масса данного геокосмического летательного аппарата составляет 30 млн тонн. Предложено решение задачи стабилизации центрального положения ротора в канале статора общепланетарного транспортного средства (ОТС) при помощи сил магнитных полей постоянных магнитов. Спроектированная система компенсирует внешние силы, действующие как на ротор при подготовке взлёта, так и на статор при наборе высоты. Приведены схемы распределения магнитных потоков в подвесе, а также при действии на ротор силы гравитации Земли у ее поверхности. Разрабатываемое общепланетарное транспортное средство (ОТС) призвано способствовать индустриализации космоса с использованием его преимуществ: вакуума, экстремально низких и высоких температур, невесомости, энергетических и сырьевых ресурсов. Результаты проведённых исследований и их анализ демонстрируют, что ОТС в состоянии обеспечить планетарный масштаб и стремительный темп практической реализации проекта uSpace.
Бесплатно
Связь структуры и трибологических характеристик диалкилдитиофосфатов цинка
Статья научная
Рассмотрена зависимость противоизносного и антифрикционного действия диалкилдитиофосфатов цинка (ZDDP) от величины углеводородных радикалов. Экспериментально изучены параметры трения в контакте скольжения, имитирующем радиальный подшипник. Значение контактных давлений, в котором реализуется гидродинамический режим зависит от шероховатости поверхностей. Выделен режим граничной смазки, отличающийся от гидродинамического и граничного режимов трения. Данный режим характеризуется относительно постоянным коэффициентом трения и малой величиной износа. В качестве критерия оценки противоизносных свойств использовано значение контактного давления, при котором происходит переход от режима граничной смазки к режиму граничного трения. Получено, что переход к граничному режиму трения происходит при различных контактных давлениях для однотипных ZDDP с различной длиной углеводородных радикалов. При использовании дигексадецилдитиофосфата цинка переход к граничному трению происходит при значительно больших значениях контактного давления, чем при использовании диоктилдитиофосфата цинка. Результаты обсуждены с учетом механизма адсорбции компонентов смазочных масел на металлической поверхности. Зависимость противоизносного действия ZDDP от длины углеводородных радикалов соответствует их влиянию на параметры полимолекулярного адсорбционного слоя. Приведены данные о влиянии вспомогательных компонентов на структуру и механические свойства адсорбционных слоев, а также на реологические параметры смазки в узлах трения. Показано, что введение в базовое углеводородное масло вместе с ZDDP других компонентов, состоящих из линейных молекул с достаточно длинными углеводородными радикалами, влияет на диапазон контактных давлений, в котором реализуется гидродинамический режим трения. В качестве примера использован диэфир гексадеканола и малеиновой кислоты. Включение таких компонентов в смазочное масло способствует реализации гидродинамического режима, но не влияет на переход от граничной смазки к граничному трению.
Бесплатно
Синтез динамических параметров дизеля с электронным регулятором частоты вращения
Статья научная
Приводится методика определения зависимостей коэффициентов обратных связей замкнутого контура управления частотой вращения дизеля с электронным регулятором от заданного времени переходного процесса. Для реализации методики разработан пакет прикладных программ.
Бесплатно
Статья научная
Определена предельная область существования червячного зацепления самоблокирующегося дифференциала для автомобиля «Урал» с червяком, нарезанным долбяком, и колесом, нарезанным червячной фрезой. В полученной области исследованы геометро-кинематические возможности зацепления с целью получения наиболее благоприятного комплекса геометрических и кинематических показателей контакта, обеспечения соответствующих условий смазки активных поверхностей зубьев для заданных условий работы дифференциала.
Бесплатно
Статья научная
На основании обобщенной физической модели исполнительных механизмов со сложным колебательным движением рабочего органа выделены безразмерные параметры их синтеза и получены аналитические зависимости различных характеристик крутильных колебаний рабочего органа в обрабатываемой вязкой среде на резонансных и нерезонансных режимах работы. Предложен новый метод динамически эквивалентной замены механических систем привода рабочих органов и определения момента инерции их уравновешенных и неуравновешенных звеньев относительно параллельных осей вращения.
Бесплатно
Синтез системы автоматического управления глубиной резания круглошлифовального станка
Статья научная
Показано, что внедрение шлифовальных станков с ЧПУ требует постоянной оценки состояния технологической системы с учётом динамики процесса на основе автоматического управления процессом обработки. В этой связи анализ параметров технологического процесса и управления, например, глубиной резания позволит обеспечить его устойчивость и заданное качество продукции. Для предложенной компоновки системы автоматического управления процессом обработки разработана математическая модель, представленная описанием ее звеньев в операторной форме и учитывающая динамику процесса шлифования. Для формирования обратной связи предлагается применить разностную рекуррентную схему. Для упрощения описания входного воздействия при необходимости вычисления реакции на сигнал произвольной формы (например, шумового воздействия) необходимо применение численных методов. В этом случае отпадает необходимость перехода к изображениям, что упрощает алгоритм решения задачи. Задача решается во временной области. Введение обратной связи на основе полученной передаточной функции может быть описано в изображениях по Лапласу, которые легко вычисляются как реакции на стандартные воздействия. Таким образом, по передаточной функции системы можно сразу получить решение во временной области для входного сигнала произвольной формы, заданного в любом виде (аналитически или таблично).
Бесплатно
Статья научная
На многоклетьевых станах холодной прокатки при больших скоростях могут возникать автоколебания. Как правило, это происходит на двух последних клетях, третьей четвертой или четвертой пятой. Скорость прокатки при этом должна быть больше 1000 м/мин. Возникновение автоколебаний сопровождается фазовой синхронизацией виброперемещений клетей стана. Источником колебаний являются неконсервативные силы в зоне контакта рабочих валков стана. В качестве модели выбрана система, состоящая из двух осцилляторов, соединенных упругой связью. Это классическая задача, в которой связь, как правило, считается малой. Синхронизация двух осцилляторов может происходить как на частоте основной гармоники, так и кратной трем. Цифровой двойник стана получен с использованием пакета MathCAD. Условия возникновения автоколебаний, бифуркации рождения предельного цикла, рассмотрены в широком диапазоне величин упругой связи между осцилляторами. Возникновение автоколебаний осцилляторов происходит под действием ненулевых начальных условий либо внешнего воздействия. В качестве внешнего воздействия могут выступать силы, генерируемые рабочими валками при прокате полосы металла. Независимо от частоты возмущения частота автоколебаний соответствует собственной частоте осциллятора. Влияние прокатываемой полосы на условия возникновения автоколебаний проведено в широком диапазоне изменения сил натяжения. Во всем диапазоне натяжений полосы, связывающей осцилляторы, автоколебания происходят на одной частоте. При увеличении натяжения от нуля до некоторой критической величины амплитуда плавно растет на первой клети и снижается на второй клети стана. При дальнейшем увеличении натяжения осцилляторы, клети стана, совершают колебания с одинаковой амплитудой. При внешнем воздействии гармонической силой, формируемой клетью стана, автоколебания происходят с установившимся предельным циклом. При достижении критического уровня натяжения система двух осцилляторов, соединенная упругой связью, превращается в апериодическую систему. При работе прокатного стана реальное натяжение может изменяться в пределах от 100 до 170 кН. Максимальный уровень натяжения не превышает 220 кН. Изменяя уровень натяжения, можно стабилизировать вибрационное состояние прокатного стана.
Бесплатно
Система автоматической защиты многотопливного дизеля с турбонаддувом
Статья научная
Рассмотрены схема и принцип действия комплексной системы автоматической защиты многотопливного дизеля с турбонаддувом, выявлена взаимосвязь некоторых параметров системы.
Бесплатно
