Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 673
Статья научная
Описан метод ступенчатого регулирования внутрибаллистических характеристик ракетного двигателя на твердом топливе изменением поверхности горения заряда. Определено оптимальное число интервалов регулирования. Рассмотрены способы регулирования, обеспечивающие постоянство какой-то одной внутрибаллистической характеристики, и показано, что с точки зрения обеспечения параметрической надежности гораздо эффективнее способ регулирования, основанный на условии минимизации отклонений всех внутрибаллистических характеристик.
Бесплатно
Статья научная
Представлена математическая модель динамометра, предназначенного для определения шести компонент силового воздействия и выполненного на основе механизма с параллельной кинематикой. Описана конструкция приспособления, позволяющего выполнить тарировку этого динамометра.
Бесплатно
Температурно-силовая совместимость материалов подшипников скольжения шестеренных насосов типа НШ
Статья научная
Приведены результаты исследований критической температуры граничных слоев различных масел и влияние их на нагрузку заедания антифрикционных материалов подшипников скольжения насосов типа НШ. Подтверждена решающая роль универсального правила положительного градиента механических свойств, при выполнении которого реализуется внешнее трение. Установлено, что низкая несущая способность подшипников скольжения при низкой температуре обусловлена двугорбой эпюрой давления, существенно отличающейся от теоретической. Сделан акцент на возможность использования материалов исследований в конкретных конструкциях насосов и условиях их эксплуатации.
Бесплатно
Статья научная
Определено температурное состояние рабочего тела в цилиндре и камере сгорания дизеля, обусловленное сгоранием топлива и движением газовой смеси. Отмечена температурная неоднородность рабочего тела и установлены области в объеме камеры сгорания с наиболее высокими температурами. Установлена связь распределения температур рабочего тела в объеме камеры сгорания с температурным полем поршня в районе кромки ее горловины.
Бесплатно
Статья научная
Температура рабочей жидкости гидрообъёмной передачи в механизме поворота быстроходных гусеничных машин существенно влияет на работоспособность гидрообъёмной передачи и управляемость быстроходной гусеничной машины в целом. С помощью математического моделирования термодинамических процессов появляется возможность достовернее описать работу гидрообъёмной передачи на ранней стадии проектирования.
Бесплатно
Тенденции развития питательных насосов
Статья научная
Рассматриваются питательные насосы для энергоблоков мощностью более 600 МВт тепловых электрических станций. Принципами разработки таких насосов в современных условиях является сочетание максимальной надежности и экономичности гидромашин. В первой части статьи описаны мероприятия, повышающие экономичность питательных насосов, приведен теоретически достижимый для них предел КПД. Вторая часть посвящена вопросам, связанным с увеличением срока службы и интервала между капитальными ремонтами до 5 лет. Все теоретические выводы обоснованы стендовыми и промышленными испытаниями насосов, а мероприятия рассматриваются на примере питательного насоса мощностью 40 МВт.
Бесплатно
Статья научная
В статье проанализированы и описаны теоретические аспекты и проблемы, возникающие при расчете токов короткого замыкания системы электроснабжения тягового электропривода переменного тока (в составе энергосистемы имеются полупроводниковый выпрямитель и тяговый инвертор), размещенного на шасси полуприцепа (активного полуприцепа), входящего в состав «Арктического автопоезда». Обозначенные выше вопросы проработаны, но тем не менее выводы требуют уточнений посредством дополнительной экспериментальной проверки. Активный полуприцеп предназначен для транспортировки многофункционального модуля медицинского и хозяйственно-бытового назначения при температурах окружающего воздуха от минус 50 до плюс 40 °С по дорогам с твердым покрытием, по грунтовым дорогам различного состояния, по местности с грунтами со слабой несущей способностью и снежной целине. Тяговый электропривод в составе активного полуприцепа предназначен для создания дополнительных тяговых усилий при тяжелых условиях движения транспортного средства с целью преодоления препятствий, бездорожья и возвышенностей. Данный полуприцеп создается в рамках проекта по разработке унифицированного семейства транспортных средств «Арктический автобус» и «Арктический автопоезд с транспортируемым функциональным модулем» для организации безопасной перевозки пассажиров и мобильных пунктов социальной сферы в районах Крайнего Севера в условиях низких температур (до минус 50 °С) и для обеспечения связанности территорий Арктической зоны Российской Федерации. В связи с этим традиционные методы расчета токов короткого замыкания, а также типовые принципы выбора аппаратов защиты, проверки их уставок, уставок предохранителей, стойкости кабельных линий и шин к токам короткого замыкания не могут быть применены к системе электроснабжения тягового электропривода активного полуприцепа, что обуславливает актуальность и необходимость дальнейших исследований в этой области, поэтому в данной статье предлагаются расчеты, которые, на наш взгляд, могут быть использованы при разработке методики расчета токов короткого замыкания системы электроснабжения тягового электропривода с использованием обратимых и необратимых полупроводниковых преобразователей со звеном постоянного тока.
Бесплатно
Статья научная
Проведенные расчетные и экспериментальные исследования показали, что путем совершенствования систем автоматического регулирования частоты вращения коленчатого вала дизеля возможно значительное улучшение его эксплуатационных, динамических, экономических и экологических показателей.
Бесплатно
Теоретический анализ сил взаимодействия сорных примесей и летучек при ударе о колосник
Статья научная
В последние годы проявляется тенденция, основанная на способе сообщения подвижности (степени свободы) колосникам. Практическая реализация этого способа осуществляется двумя путями: 1) колосниковая решетка, где колосники получают движение под действием технологической нагрузки, 2) когда движение колосникам сообщается принудительно. Решение этих вопросов даст возможность найти оптимальную конструкцию механизмов очистки хлопка-сырца, что приведет к повышению эффекта очистки хлопка-сырца от сорных примесей. В работе теоретически и экспериментально исследован процесс ударного взаимодействия хлопка-сырца с колосниками. Обычно в очистителях колосниково-пильчатого типа очистка хлопка-сырца осуществляется за счет ударов засоренных летучек, закрепленных на пильчатой гарнитуре, о неподвижные колосники. В статье рассмотрен процесс ударного взаимодействия засоренной летучки с колосником, имеющим принудительное вращение. При этом проанализирована сила взаимодействия сорных примесей и летучек при ударе о колосник. Предложены формулы для определения ударных импульсов, действующих на летучку и сорные примеси при ударе о колосник с принудительным вращением. Это позволит содействовать изысканию путей повышения очистительного эффекта применения колосника с принудительным вращением в хлопкоочистительном агрегате. Получены формулы для определения ударных импульсов, действующих на летучку и сорные примеси при ударе о колосник с принудительным вращением. Определены значения сил удара, рассчитанные в зависимости от диаметра и скорости вращения. Очистительный эффект от применения колосника с принудительным вращением в хлопкоочистительном агрегате составляет 95,5-97,5 %.
Бесплатно
Статья обзорная
Предложен обзор работ по приспособляемости конструкций, выполненных в России. Выделены основные отличия российской (прежде всего - челябинской) научной школы: дифференцированный подход к качественно различным процессам неупругого деформирования и эффективное практическое применение новых теоретических результатов. Приведен анализ ряда новых научных направлений механики малоциклового деформирования и разрушения, сформировавшихся на основе проведенных в ЮУрГУ исследований упругой и неупругой приспособляемости.
Бесплатно
Тепло- и массообмен в области с движущимися границами
Статья научная
В различных областях науки и техники необходимо рассчитывать процессы переноса тепла в областях различной формы, границы которых изменяются с течением времени. К ним относятся задачи типа Стефана о промерзании грунта и кристаллизации слитка, для которых при определённых допущениях удаётся получить аналитическое решение. Далее появились работы по расчёту температурного поля в шашках горящего топлива, термическому разложению твёрдых составов, плавлению, абляции теплозащитных покрытий. Математические модели таких процессов включают в себя уравнение теплопроводности, начальные и граничные условия, а также условия перемещения границ. Вместе с тем существуют задачи, связанные с расчётом процессов тепло- и массообмена при течении жидкости и газа в областях, границы которых перемещаются с течением времени. Математические модели таких задач включают в себя системы уравнений в частных производных, решение которых возможно только численными методами. В данной работе предлагается эффективный численный метод решения таких задач на основе метода конечных разностей, который позволяет отслеживать положение границ области при существенном их перемещении на адаптивной разностной сетке.
Бесплатно
Теплофизический анализ процесса плоского шлифования рельсов торцом круга
Статья научная
Анализируется теплофизический процесс шлифования рельсов с целью установления взаимосвязи параметров термических циклов с режимами обработки. На основе проведенных исследований рассмотрены перспективы повышения производительности процесса абразивной обработки рельсов.
Бесплатно
Статья научная
С позиций термодинамического подхода рассмотрены структурные и функциональные особенности элементов системы эжекционного охлаждения воздуха на выходе из компрессора в дизеле с газотурбинным наддувом. Выделены основные элементы системы: газовая турбина, эжекционное устройство (эжектор), охладитель воздуха после компрессора (наддувочного воздуха). Описаны физические процессы и их связи в элементах системы. Определены термодинамические параметры состояния, энергия газовоздушных потоков и их изменения в газовой турбине, эжекторе, установленном за турбиной турбокомпрессора на выпуске, и охладителе воздуха после компрессора. Рассмотрены связи между располагаемой и действительной работами, совершаемые отработавшими газами на выходе из цилиндра дизеля с газотурбинным наддувом. Приведены p,v- и i,s-диаграммы состояния газовоздушных потоков в элементах системы эжекционного охлаждения воздуха на выходе из компрессора. Рассмотренные особенности определения энергии и термодинамических параметров состояния отработавших газов в турбине турбокомпрессора, эжекционном устройстве и охладителе воздуха на выходе из компрессора использованы для оценки эффективности их совместной работы. Описаны способы повышения плотности наддувочного воздуха с выделением способа, использующего эжектор для реализации низкопотенциальной энергии отработавших газов дизеля. С использованием программного комплекс Solid Works определены скорости и температуры газовоздушных потоков в элементах эжекционного устройства (сопле, смесительной камере и диффузоре). Определен коэффициент эжекции эжекционного устройства как функция термодинамических параметров газовоздушных потоков. Отмечается целесообразность принятия компромиссных решений, при которых система эжекционного охлаждения может обеспечить максимальную плотность наддувочного воздуха при минимальных затратах энергии на циркуляцию охлаждающего воздуха через матрицу охладителя.
Бесплатно
Статья научная
Анализируются недостатки, присущие классическим гидравлическим дросселирующим устройствам, применяемым в различных прецизионных системах. Авторами рассматриваются существующие методы управления потоком жидкой среды посредством изменения гидродинамического сопротивления рабочей жидкости гидравлической системы. Описываются физические основы реализации управления гидродинамическим сопротивлением магнитореологических и электрореологических рабочих сред. Производится анализ преимуществ использования подобных систем по сравнению с классической запорно-регули-рующей гидравлической аппаратурой. Оцениваются преимущества применения магнитореологических регулирующих устройств по сравнению с электрореологическими регулирующими устройствами. На примере магнитореологических систем приводится метод расчета статических характеристик дросселирующих устройств, работающих за счет изменения гидродинамического сопротивления рабочей среды гидравлической системы. Приводится перечень исследований физико-химических свойств частиц магнетика, необходимых в определении параметров, требуемых для расчета управляющего сигнала. Представлены результаты, полученные при проведении сканирующей электронной микроскопии пробы магнитных частиц и спектроскопии магнитных частиц. Авторами описываются методы комбинированного управления расходными характеристиками потока посредством изменения реологических свойств рабочих сред. Рассматривается прикладное значение исследований неньютоновских свойств рабочих сред. Авторы приводят пример моделирования требуемых неньютоновских свойств магнитореологической жидкости за счет применения в качестве жидкости носителя дилатантной среды. Указываются преимущества, достигаемые при использовании подобных методов комбинированного управления расходными характеристиками потока посредством изменения реологических свойств рабочих сред и простейшие способы реализации описанных методов. Предлагается более эффективный метод комбинированного управления расходными характеристиками потока посредством вращающегося управляющего поля и дается обоснование возникающему физическому эффекту.
Бесплатно
Статья научная
Отсутствие определения термина «обрабатываемость» в нормативных документах привело к большому количеству его различных формулировок и критериев оценки, зачастую противоречивых. В большинстве случаев под обрабатываемостью понимают способность (свойство) материала подвергаться обработке. Однако цель любого процесса резания - не просто снять металл, а произвести удаление заданного припуска при обеспечении технологических требований по качеству, точности обработки и т. д., выполнение которых напрямую связано с той или иной степенью обрабатываемости материала. Поэтому разными исследователями к формулировке обрабатываемости добавлялся критерий ее определения, например, обрабатываемость по шероховатости поверхности, обрабатываемость по стойкости инструмента и т. д. Данная ситуация привела к еще большей понятийной неопределенности, а учитывая, что для современного машиностроения характерно постоянное увеличение количества требований к качеству поверхностного слоя, точности обработки и т. д., термин обрабатываемости в том виде, в котором он присутствует, не отражает физической сущности характеризуемого им процесса. Поэтому необходимо рассматривать обрабатываемость не только как свойство материала при определенном технологическом ограничении, но и как комплексный технологический фактор. На основе анализа и обобщения технологических требований, предъявляемых к изделиям после абразивной обработки, предложена схема формирования обрабатываемости как сопротивляемость материала разрушению, ограниченная совокупностью технологических ограничений. Это позволило сформулировать понятие технологической обрабатываемости, которое наряду с учетом собственной сопротивляемости материала резанию учитывает обеспечение всех технологических ограничений и требований к обработанной поверхности заготовки. Для практической реализации концепции технологической обрабатываемости материалов сформирован комплекс технологических ограничений и параметров управления, формализация которого позволила понятие технологической обрабатываемости привести к математическому описанию, которое дает возможность структурно включить и использовать все существующие теоретические и экспериментальные наработки в области абразивной обработки.
Бесплатно
Статья научная
Обработка резанием композиционных неметаллических материалов обладает рядом особенностей, отличающих ее от аналогичной обработки металлов, возрастают требования к износостойкости и качеству режущего инструмента. Применяемые в настоящее время инструменты и режимы обработки очень часто не позволяют обеспечить требуемого качества изделий. Для решения этих проблем нами разработан комплекс мероприятий, направленных на повышение эффективности применения режущих инструментов для обработки композиционных материалов. Разработана методика моделирования сборного фрезерного инструмента для обработки композиционных материалов, позволившая математически описать конструктивные и геометрические особенности, определить характер структурных связей в системе инструмента. Предложена методика многокритериального сравнительного анализа конструктивных решений инструмента для выбора рациональной конструкции при варьируемых условиях сопоставимости. Создан программный комплекс формирования базы данных сборного фрезерного инструмента для обработки композиционных неметаллических материалов и выбора рациональной конструкции в одном программном приложении. Спроектированы новые конструкции сборного фрезерного инструмента, увеличивающие его технологические возможности, снижающие расход инструментальных материалов, простои, связанные с переналадкой инструмента и его заменой при потере режущей способности и отличающиеся повышенной точностью и надежностью при обработке композиционных материалов. Разработана физико-математическая модель процессов деформации, повреждения и разрушения инструментальных материалов типа WC-Co при алмазном затачивании на основе теоретических положений механики повреждаемых твердых сред. Установлены закономерности влияния комбинированных методов элект-роалмазной обработки на экономические и качественные параметры обработки. Научно обоснованы технологические режимы, позволяющие с гарантированным качеством затачивать твердосплавные режущие инструменты комбинированным методом элект-роалмазной обработки. Исследован процесс обработки композиционных неметаллических материалов инструментом, подготовленным с учетом рекомендаций по созданию, изготовлению и анализу конструктивных решений. Экспериментально обоснованы геометрические параметры инструмента и режимы, гарантирующие высокое качество обработки композиционных материалов на полимерной основе.
Бесплатно
Технологические ограничения применения микрошлифования заготовок из легированных сталей
Статья научная
В мировой практике находят все большее применение прогрессивные технологии обработки микродеталей. К таким технологиям относится микрошлифование. Микрошлифование позволяет обрабатывать мелкие детали с высокой производительностью и чистотой поверхности. Микрошлифование имеет преимущество перед другими процессами изготовления микродеталей, поскольку обеспечивает очень высокую шероховатость поверхности и минимальные заусенцы. Анализ литературных источников показал, что большинство работ направлены на исследование обработки таких материалов, как стекло, кремний, АД33, АД35, из-за широкой области их применения. Все работы, связанные с обработкой легированных сталей, носят эмпирический характер и заключались в подборе оптимальных режимов резания. Таким образом, универсальные технологии процесса микрошлифования, направленные на обработку деталей, отсутствуют, а технологию обработки конкретной детали из конкретного материала необходимо разрабатывать, основываясь на базовых понятиях «технологии машиностроения» и совершенствовать путем анализа эмпирических данных. В рамках данной работы проводились экспериментальные исследования возможности обработки детали из стали 40ХН2МА методом микрошлифования. Для проведения исследования был собран экспериментальный стенд на базе вертикально-фрезерного станка EMCOMILL 300, оснащенного высокоскоростным пневматическим шпинделем HTS1501S. В качестве режущего инструмента выбран бур фирмы Nakanishi диаметром 1,2 мм. На стенде последовательно обрабатывались заготовки с термообработкой и без нее. В результате исследования определена технологическая возможность и эффективность обработки детали из стали 40ХН2МА методом микрошлифования на вертикально-фрезерном станке с ЧПУ с помощью высокоскоростного пневматического шпинделя и инструмента из кубического нитрида бора (CBN).
Бесплатно
Технологические особенности изготовления высокоточной золотниковой пары
Статья научная
В статье подробно рассматриваются конструкция изделия «Высокоточная золотниковая пара» и особенности разработанного технологического процесса изготовления его компонентов. Проанализированы основные этапы механической обработки изделий «Гильза» и «Золотник», термическая обработка, технический контроль, а также технологические приемы по выполнению предъявляемых технических требований. Во введении приводится обоснование актуальности подробного рассмотрения особенностей реализации технологического процесса производства высокоточной золотниковой пары. Данный узел входит в состав электрогидравлического усилителя мощности - важнейшего элемента управления специальных гидроприводов, применяющихся в стендовом испытательном оборудовании. Основное содержание работы сосредоточено на описании технических и технологических особенностей изготовления компонентов высокоточной золотниковой пары. Приведены основные элементы материально-технического оснащения технологического процесса, с помощью которых реализуется микрообработка и обеспечиваются высокие требования точности и качества изделия: применяющееся оборудование, станочная оснастка и режущий инструмент. Отдельно в статье описывается операция криообработки деталей, уделяется внимание испытаниям готовых изделий, приведены условия, при которых изготовленный узел будет нуждаться в доработке и при которых изделие будет считаться годным. В статье преследуется цель дать полное описание технологии изготовления компонентов высокоточной золотниковой пары, призванное раскрыть необходимость применения приемов и методов достижения высокой точности сопряжения. Основным методом достижения цели выступает подробный анализ всех аспектов технологического процесса изготовления компонентов высокоточной золотниковой пары. Выявляются нестандартные и редко применяющиеся решения, устанавливаются причины, вызвавшие необходимость их применения. Основным прикладным результатом работы может считаться подробный проиллюстрированный инженерно-технический отчет с описанием особенностей производства рассматриваемого узла.
Бесплатно
Технологические характеристики открытой сварочной дуги
Статья научная
Приведены результаты исследований структуры, геометрических и физических характеристик анодного пятна и их связь с катодными процессами открытой сварочной дуги.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена результатам теоретических и экспериментальных исследований, направленных на обеспечение надежности параметров качества обработанной поверхности рельсов при шлифовании в условиях железнодорожного пути. В качестве показателя выбора тех или иных режимов и условий обработки по критерию параметрической надежности предлагается максимум вероятности выполнения задания по параметру шероховатости в заданном интервале. Для различных технологических операций указанная вероятность определяется путем имитационного моделирования, которое осуществляется в виде аддитивных или степенных моделей. Представлена математическая модель надежности технологии шлифования рельсов адекватно отражающая важнейшие технологические параметры функционирования системы и позволяющая проектировать оптимальные технологические процессы. Для практической реализации разработанной модели проведены исследования по влиянию шероховатости поверхности на циклическую трещиностойкость, контактно-усталостную прочность и износостойкость рельсов, результаты которых позволяют прогнозировать уровень эксплуатационных свойств рельсов на основе полученных значений шероховатости. Изменение шероховатости поверхности рельсов на 20 мкм приводит к изменению её износостойкости на 20-25 %, трещиностойкости и усталостной прочности на 15-20 %. Установлен диапазон изменения шероховатости обработанной поверхности рельса для обеспечения повышенной стойкости рельсов в различных условиях эксплуатации. Так для рельсов, уложенных в кривых участках пути, оптимальная шероховатость должна быть в пределах Rz = 5…10 мкм для обеспечения повышенной износостойкости. Для рельсов на прямых участках пути шероховатость, обеспечивающая повышенную усталостную прочность рельсов должна находиться в пределах Rz = 35…50 мкм. Анализ результатов расчета по надежности технологического обеспечения показал, что надежность обеспечения шероховатости поверхности в требуемых диапазонах для всех штатных программ шлифования не превышает 0,6, что является недостаточным по причине неэффективности применяемых мер по предотвращению появления причин возникновения дефектов при реализации технологии шлифования рельсов в условиях железнодорожного пути. Проведена оценка видов, причин и последствий потенциальных дефектов при реализации технологии шлифования рельсов, которая позволила предложить альтернативные технологические решения и увеличить надежность технологического обеспечения шероховатости обработанной поверхности рельсов в установленных диапазонах более чем в 2 раза. Результаты проведенных исследований позволяют повысить уровень технологического обеспечения качества обработанной поверхности рельсового пути за счет учета фактического состояния рельсов и функциональных возможностей используемого оборудования. Результаты промышленных испытаний показали, что предложенные решения позволили повысить надежность технологического обеспечения качества поверхности рельса при шлифовании в условиях железнодорожного пути до 0,85 при 10%-ном увеличении времени планово-подготовительных работ.
Бесплатно
