Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 673
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
Статья научная
Приведены результаты испытаний дизеля с использованием нейтрализатора отработавших газов «КНД-Рила». Сформулированы выводы по результатам, полученным в ходе испытаний.
Бесплатно
Снижение динамического момента в главной линии прокатной клети толстолистового стана
Статья научная
На примере электромеханических систем толстолистового прокатного стана 5000 рассмотрена проблема снижения динамических нагрузок в валопроводах клети при захвате металла валками. Отмечено, что амплитуда динамического момента в значительной степени зависит от соотношения скорости движения металла по рольгангу и линейной скорости валков реверсивной клети. Рассмотрен механизм возникновения ударных нагрузок при замыкании углового зазора в шпиндельных соединениях. Дано экспериментальное подтверждение колебательного характера моментов при захвате. Рассмотрен способ ограничения динамических нагрузок за счет предварительного разгона электропривода перед захватом и его последующего торможения с заданным отрицательным ускорением. Отмечено, что недостатком способа является зависимость динамических нагрузок от точности определения положения «головы» раската относительно клети. Предложен усовершенствованный способ управления скоростью движения металла по рольгангу, обеспечивающий инвариантность динамических процессов к точности определения положения металла. Рассмотрены тахограммы электропривода клети, поясняющие суть разработанного способа. Представлены результаты математического моделирования и экспериментальных исследований, выполненных на стане 5000. Подтверждена эффективность предложенного технического решения. Даны рекомендации по его внедрению на прокатных станах, работающих с ударным приложением нагрузки.
Бесплатно
Снижение дымности отработавших газов дизеля отключением части цилиндров
Статья научная
Проведены расчетные и экспериментальные исследования по снижению дымности отработавших газов дизеля отключением части цилиндров.
Бесплатно
Статья научная
С помощью компьютерного твердотельного трехмерного конечно-элементного моделирования определено тепловое состояние направляющего прецизионного сопряжения иглы и корпуса распылителя топлива в дизеле. Совершенствование конструкции распылителя типа DLA, обладающего жестким корпусом и относительно короткой иглой, для реализации повышенных давлений впрыскивания топлива достигается изменением геометрических параметров иглы и использованием элементов локального охлаждения.
Бесплатно
Снижение токсичности отработавших газов дизельного двигателя путем отключения части его цилиндров
Статья научная
Ведущими направлениями конструктивного и технологического совершенствования автотракторных средств являются снижение расхода топлива и токсичности отработавших газов. Одним из наиболее эффективных мероприятий по снижению расхода топлива и воздействия на экологию является использование комплексного метода полного и частичного отключения части цилиндров при эксплуатации ДВС на холостом ходу и малых нагрузках. Данный метод в ограниченном масштабе применяется на современных транспортных средствах. Однако сложность разработки и применения технических средств для его реализации состоит в отличительных особенностях режимов работы автотракторных средств, специфики условий эксплуатации. В приведенных исследованиях индивидуальная разработка мероприятий отключения топливоподачи и привода ГРМ применены к двигателю Д-240 трактора МТЗ-80. Для проведения экспериментальных исследований использовались обкаточно-тормозной стенд КИ-5543 с измерительными приборами, дизельный двигатель Д-240 трактора МТЗ-80, дымомер «Инфракар Д1» и газоанализатор «Infralight 11P». При экспериментальной работе были выбраны три характерных режима работы двигателя Д-240 без нагрузки и под нагрузкой Ne = 0…35 кВт: 1) типовой режим работы всех 4 цилиндров; 2) искусственный режим работы, формируемый посредством отключения подачи топлива в 2 цилиндрах 4-цилиндрового двигателя; 3) искусственный режим работы, формируемый посредством отключения подачи топлива в 2 цилиндрах и газораспределительного механизма в 2 цилиндрах 4-цилиндрового двигателя. Установлено, что отключение части цилиндров дизельного двигателя приводит к снижению расхода топлива в среднем на 25-27 %, сажесодержания и дымности отработавших газов на 30-35 %, в зависимости от режима работы двигателя. Приведены зависимости часового расхода топлива, расхода воздуха, коэффициента избытка воздуха, сажесодержания и дымности отработавших газов четырехцилиндрового дизельного двигателя при отключении части его цилиндров на различных режимах нагружения.
Бесплатно
Снижение усилий приводов при обработке на станках с параллельной кинематикой
Статья научная
Рассмотрено влияние углового положения заготовки при фрезеровании на усилия, формируемые приводами станка. Показано, что управление, обеспечивающее снижение этих усилий, проще в реализации при использовании станков с параллельной кинематикой. Представлены результаты численного моделирования.
Бесплатно
Статья научная
Снижение трения является ключевой задачей современного машиностроения. Снижение трения влияет на эффективность, надежность, экономичность и эргономичность различных машин и механизмов. Одной из главных причин дополнительных энергетических затрат и неисправностей механических систем является износ, вызванный процессами трения. Большинство современных двигателей оснащены системой впрыска топлива Common Rail, обеспечивающей экономию топлива, пониженный уровень выбросов и высокую мощность двигателя. Топливный насос высокого давления является одним из наиболее важных элементов системы впрыска топлива, эксплуатационные характеристики которого критически влияют на производительность всей топливной системы. Плунжер топливного насоса подвергается повышенным нагрузкам, а его условия смазывания являются крайне нестабильными в условиях динамических нагрузок, что ведет к повышенному и преждевременному износу. Технология лазерного микротекстурирования поверхности активно применяется в промышленном секторе, а ее положительное влияние на снижение трения и улучшение противоизносных свойств подтверждено теоретическими и экспериментальными исследованиями. Целью данной статьи является оценка влияния текстурирования на гидромеханические характеристики плунжерной пары, чтобы повысить энергоэфективность топливной системы современных дизельных двигателей. Расчеты проводились в коммерческом программном комплексе ANSYSFluent. Исходя из результатов исследования, применение текстурирования на поверхности плунжера топливного насоса высокого давления может оказывать как положительное, так и негативное влияние на его эксплуатационные характеристики. Поэтому подбор оптимальных геометрических характеристик микрогеометрии является определяющим фактором при эффективном использовании поверхностей с особой топографией в различных машинах и механизмах.
Бесплатно
Статья научная
Показано, что современные системы автоматизации технологического проектирования являются системами лишь операционного уровня и не позволяют объективно оценивать и использовать подобие проектных решений. Обоснована актуальность исследований, направленных на выявление и использование для повышения эффективности подготовки производства связей и количественных формальных оценок подобия конструктивных и технологических проектных решений. Изложен научно-методический подход к определению и использованию при подготовке производства деталей машин количественных оценок подобия конструктивных и технологических проектных решений. Указаны приложения оценок подобия проектных решений при подготовке производства. Показано, что соотношение оценки подобия состава маршрутных технологических процессов изготовления любых двух деталей одной группы и оценки конструктивного подобия по составу технологических комплексов этих же деталей позволяет прогнозировать ожидаемые значения оценок технологического подобия заданной детали и детали предполагаемого аналога. Это позволяет организовать автоматизированный поиск технологических процессов-аналогов, требующих минимальной корректировки при преобразовании в единичные процессы изготовления заданных деталей. Использование формально определяемых в соответствии с предложенным подходом оценок подобия конструктивных и технологических проектных решений способствует повышению эффективности подготовки производства за счет: направленного поиска ближайших процессов-аналогов, объективного формирования групп технологически подобных деталей, объективного оценивания технологических возможностей производственной системы.
Бесплатно
Совершенствование системы виброзащиты операторов промышленных тракторов
Статья научная
При создании новых моделей промышленных тракторов контроль выполнения нормативных требований по виброзащите операторов проводится на стадии сертификационных испытаний. На этом этапе доводочные мероприятия связаны со значительными временными и материальными затратами. В статье обоснована возможность применения расчетно-экспериментальной методики, позволяющей на этапе проектных работ определять уровень и частотный состав потенциально опасных источников вибрации, создавать компьютерные модели системы «источник - корпус - кабина - виброзащитное кресло - оператор» и путем параметрического прогнозирования разрабатывать предложения по выполнению нормативных требований. В качестве примера рассмотрена задача о вибрации в низкочастотном диапазоне 2-14 Гц, вызванной процессом перекатывания опорных катков по гусеничной цепи, лежащей на податливом грунтовом основании. На основе анализа результатов натурных испытаний кинематическое воздействие на корпус трактора со стороны опорных катков представлено в виде стационарных узкополосных случайных процессов. Математическая модель трактора описана комплексом дифференциальных уравнений со случайными входными процессами. Для ее реализации применены методы статистической динамики. Представлены результаты моделирования движения трактра Т-11 с различными скоростями. Результаты приведены в виде комплекса передаточных функций, а также спектральных плотностей процессов изменения обобщенных координат модели и ускорений на месте водителя. Отличие результатов расчета от экспериментальных данных не превышает 15-20 %. Проведен анализ влияния упруго-вязких характеристик виброзащитных устройств на уровень ускорений на месте оператора. Получены рекомендации по изменению этих характеристик с целью снижения вертикальных виброускорений кресла водителя. Применение данного подхода позволяет на стадиях проектирования и испытания опытных образцов дорожно-строительной техники решать вопросы виброзащиты оператора путем отстройки системы «ходовая часть - корпус - кабина - виброзащитное кресло» от резонансных явлений.
Бесплатно
Совершенствование трибологических параметров поршня телескопического автомобильного амортизатора
Статья научная
В настоящее время при проектировании транспортного средства к его подвеске предъявлены повышенные требования, связанные в первую очередь с задачей обеспечения высокого уровня плавности хода, изоляции кузова от вибрации и дорожных шумов. Амортизатор в равной мере предназначен как для обеспечения комфортабельности, так и безопасности движения. Для срабатывания подвески транспортного средства даже на небольших дорожных неровностях амортизатор должен обладать возможно меньшим внутренним трением. Сопряжение «поршень - цилиндр» амортизатора является одним из основных источников трибологических потерь. Одним из наиболее перспективных средств снижения потерь является профилирование направляющей части поршня. В работе предложен метод, позволяющий определить гидромеханические характеристики трибосопряжения в амортизаторе, такие как потери мощности на трение, расход смазки через зазор, минимальную за цикл толщину смазочного слоя. Для этого предлагается аппроксимация формы профиля направляющей части поршня непрерывными зависимостями. Для решения уравнения Рейнольдса использованы численно-аналитические методы, основанные на конечно-разностной аппроксимации дифференциальных операторов краевой задачи со свободными границами. Для оценки влияния конструктивных параметров на гидромеханические характеристики были проведены параметрические исследования. Предложен метод улучшения гидромеханических характеристик путем варьирования геометрических параметров сопряжения. При помощи разработанных программных пакетов получены результаты расчетов различных конструкций. Рассмотрены конструкции с цилиндрической и симметричной направляющей поршня. Предложенные методы являются универсальными, использование разработанных подходов на этапе проектирования позволяет создавать более надежные, долговечные и эффективные телескопические автомобильные амортизаторы.
Бесплатно
Совмещение характеристик двигателя внутреннего сгорания и электротрансмиссии промышленного трактора
Статья научная
Предлагается методика совмещения характеристик двигателя внутреннего сгорания и электрической трансмиссии постоянного тока промышленного дизель-электрического трактора, обеспечивающая получение максимальной производительности дорожно-строительного агрегата на базе этого трактора.
Бесплатно
Статья научная
Приведена методика расчета для системы, состоящей из турбокомпрессора, охладителя наддувочного воздуха и эжектора, установленного за турбиной. Она позволяет однозначно определить и связать давления и температуры воздуха и отработавших газов в основных сечениях проточной части компрессора и турбины с показателями эффективности элементов рассматриваемой системы на любом режиме работы дизеля. Исходными данными для расчета являются известные из проектного расчета геометрические размеры проходных сечений турбины, компрессора, эжектора, охладителя, а также текущие значения давления и температуры отработавших газов. Определены и рассчитаны характеристики подобной системы для дизеля серии 4Т. На внешней скоростной характеристике показаны изменения параметров отработавших газов перед турбиной и эжектором, наддувочного воздуха после компрессора и охладителя, охлаждающего воздуха перед эжектором, а также изменение степени повышения давления в компрессоре, степени понижения давления отработавших газов в турбине, мощности турбокомпрессора, расхода охлаждающего воздуха через охладитель и степени охлаждения наддувочного воздуха. В ходе расчета выявлена возможность регулирования системы на частичных режимах работы дизеля изменением площадей поперечного сечения сопла и камеры смешения эжектора. Также из условия достижения максимального коэффициента эжекции определен оптимальный закон изменения этих площадей при работе дизеля на частичных режимах. Для сравнения эффективности работы нерегулируемого и регулируемого эжекторов показаны изменения значений коэффициента эжекции для по внешней скоростной характеристике дизеля. Также численно смоделирована работа эжектора на разных режимах работы дизеля.
Бесплатно
