Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 631
Восстановление сцепных свойств беговых роликов стендов проверки тормозных систем автомобилей
Статья научная
Описана технология электродуговой наплавки шипов и коротких валиков на поверхность беговых роликов стендов проверки тормозных систем автомобилей, предложен способ восстановления сцепных свойств роликов закреплением на них рифленого металлического листа.
Бесплатно
Гашение колебаний в энергосиловом блоке при пуске современного двигателя
Статья научная
Содержание статьи посвящено исследованию динамики пуска современного двигателя, оценке динамической нагруженности элементов трансмиссии, соединенных с двигателем. Процесс исследуется экспериментально при запуске реального двигателя, оснащенного современной системой управления подачей топлива Common Rail. При этом определяются временные функции момента, угловой скорости вала двигателя, цикловая подача топлива и угол опережения впрыска, а также параметры колебательного процесса, сопровождающие пуск двигателя. На основе экспериментальных данных строится имитационная модель в программном пакете Amesim, параметры которой и начальные условия соответствуют реальному процессу. При этом учитывается возможность введения нелинейной упруго-диссипативной связи между маховиком двигателя и ведущим элементом трансмиссии. На основе результатов имитационного моделирования установлены зависимости амплитуд динамического момента от ускорения разгона двигателя и параметров упруго-диссипативной связи. На основе результатов исследования обоснованы направления совершенствования процесса пуска, обеспечивающие приемлемую динамическую нагруженность. Новизна результатов состоит в изучении зависимости амплитуд динамического момента от ускорения разгона и параметров упруго-диссипативной связи (соединения) двигателя с трансмиссией. На основе полученных результатов обоснованы направления совершенствования процесса пуска. Перспективы использования состоят в возможности оптимизации параметров управления системой топливоподачи современного дизельного двигателя с учетом зависимости процесса от свойств трансмиссии и особенностей ее функционирования. Практическая значимость результатов исследования состоит в изучении условий возбуждения резонансных колебаний в системе двигатель - трансмиссия в процессе пуска и решении обратной задачи - определения требуемой величины ускорения разгона двигателя в процессе пуска и выбора упруго-диссипативных параметров гасителя, ограничивающего амплитуды динамического момента.
Бесплатно
Гидромеханические характеристики шатунных подшипников, смазываемых неньютоновскими жидкостями
Статья научная
Приводится методика и результаты расчета гидромеханических характеристик шатунного подшипника коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания. Поле гидродинамических давлений в смазочном слое подшипника определяется на основе алгоритма сохранения масс. Неньютоновские свойства применяемой для смазки жидкости Максвелла учитываются зависимостями ее вязкости от второго инварианта скоростей сдвига и времени запаздывания изменений вязкости при быстром росте давлений в смазочном слое. Показано, что применение для смазки шатунного подшипника неньютоновских жидкостей приводит к заметному уменьшению толщины смазочного слоя и потерь на трение.
Бесплатно
Гидроструйный эжекционный гидрометатель сыпучих материалов. Метод расчета
Статья научная
Струйные насосы-гидроэлеваторы находят широкое применение в системах напорного гидротранспорта сыпучих материалов (пульпы). К настоящему времени разработаны методы расчета и проектирования струйных насосов для систем гидротранспорта, основанные на экстремальных характеристиках аппарата и параметрах оптимального течения пульпы в трубопроводе. В месте с тем, при сравнительно небольшой дальности транспорта продукта, например, при укладке готового продукта в отвалы после сортировочной установки при гидромеханическом способе разработки месторождения, струйный насос может быть использован в качестве гидрометателя. Последний создает высокоскоростную струю гидросмеси, достаточную для доставки пульпы в отвал по воздуху на заданное расстояние. Скоростной напор гидросмеси на выходе из гидрометателя определяется, с одной стороны, дальностью полета пульпы и плотностью гидросмеси, а с другой - коэффициентом эжекции аппарата, площадью сопла, расходом и напором активного потока. При этом одна и та же дальность доставки пульпы может быть обеспечена при нескольких режимных и геометрических параметрах гидрометателя, Оптимальным является гидрометатель, обеспечивающий заданные подачу твердого продукта и дальность его полета при наименьших расходах воды и энергии. Однако методов расчета струйного насоса-гидрометателя пульпы обнаружить не удалось.
Бесплатно
Гидроструйный эжекционный гидрометатель сыпучих материалов. Рабочий процесс и характеристики
Статья научная
Среди гидродинамических машин струйные насосы принадлежат к числу наиболее распространённых. Высокая востребованность подобного типа насосов обусловлена их следующими особенностями: отсутствием подвижных деталей и простотой устройства, малыми габаритными размерами и массой, высокой самовсасывающей способностью, возможностью перекачки агрессивных сред и гидросмесей, содержащих твердые примеси. При гидромеханическом способе разработки месторождений строительных материалов (песка, гравия и т. п.) струйные насосы, гидроэлеваторы, используют при подводной добыче и транспорте сыпучих материалов до сортировочной установки, а после классификации песчано-гравийной смеси - гидротранспорт песка и гравия в отвалы по трубопроводам. При таком способе укладки готового продукта струйный насос создает статический напор гидросмеси, достаточный для ее транспорта в отвал. Однако возможен и другой способ укладки готового продукта в отвалы - по воздуху струей гидросмеси. В этом случае струйный насос выполняет функцию гидрометателя - устройства для создания высокоскоростной струи гидросмеси. Обзор литературы показал, что такой режим работы струйного насоса не исследовался. Эффективная работа струйного насоса-гидрометателя зависит от соотношения площадей выходного сечения сопла и нормального сечения смесительной камеры, относительной плотности гидросмеси во входном бункере. Для каждого значения относительной плотности гидросмеси существует оптимальное соотношение площадей сопла и камеры, при которых затраты удельной энергии активного потока будут минимальны. Целью данной работы является определение и анализ характеристик эжекционного гидрометателя и выявление наиболее эффективных режимов его работы.
Бесплатно
Статья научная
В рамках тенденции развития ресурсо- и энергосберегающих технологий для сельскохозяйственного производства отмечена необходимость и возможность модернизации конструкции ходовых систем тяговых, транспортных и транспортно-технологических средств в плане их адаптации к особенностям сельскохозяйственной экосистемы. Применительно к гусеничной технике этого можно достичь в том числе за счет создания исполнительных механизмов и развитой системы управления изменением отдельных параметров гусеничной ходовой системы, в частности созданием, поддержанием и изменением усилия предварительного статического натяжения гусениц в зависимости от условий и режимов движения машины. Приведены принципы выбора оптимальной величины усилия предварительного статического натяжения гусениц. Проведен анализ экспериментальных данных и установлено, что величины предварительного статического натяжения и колебаний растягивающих усилий в гусеничном обводе при движении трактора могут достигать больших значений, увеличивающихся с усложнением условий и режимов движения машины. Это доказывает необходимость применения амортизационно-натяжных устройств с элементами автоматизации и интеллектуализации. Проведенный обзор и анализ распространенных конструкций амортизационно-натяжных устройств гусеничных машин с элементами автоматизации позволил выявить ряд их недостатков, включая их реакцию исключительно на возмущение от внешней среды, приведенное к штоку гидроцилиндра, а не на условия и режимы движения как таковые. Предложена принципиальная схема, общее устройство и принцип работы гидрофицированного амортизационно-натяжного устройства с элементами автоматизации. В данной конструкции изменение усилия натяжения гусениц при движении машины происходит в зависимости от положения органов управления машиной, задаваемого оператором в соответствии с заданными условиями и режимами ее работы. Сформированы предпосылки комплексной автоматизации и интеллектуализации амортизационно-натяжных устройств тракторов.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрен способ задания асимметрии профиля беговой дорожки механизма преобразования движения бескривошипной поршневой машины. Приведена многопараметрическая диаграмма и примеры ее использования для задания или выбора конструктивных параметров механизма преобразования движения в зависимости от степени горизонтальной асимметрии беговой дорожки.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье представлены эмпирические методы графических исследований по реализации одинакового хода поршней V-образных двигателей с прицепными шатунами. По мнению авторов, на определенном этапе выполнения исследований целесообразно использовать графическое построение, которое может оказаться более достоверным и менее затратным в плане использования каких-либо программных средств, связанных с определением допустимых технических и конструктивных параметров. Очевидно, что в качестве технического инструмента выполнения поставленной задачи целесообразно использовать двух- или трехмерное моделирование на основе систем автоматического проектирования типа «Компас». На первом этапе достаточно выполнить проектирование с использованием двухмерной системы моделирования, которая позволяет оценить степень соотношения основных геометрических размеров и возможность дальнейшего проектирования. Система трехмерного моделирования позволяет учитывать соотношения размеров деталей с учетом их геометрической формы и изменения расположения в допустимых пределах внутреннего пространства КШМ и ЦПГ двигателя. Особенность графических методов исследований предполагает анализ геометрических размеров деталей и их взаимное расположение в конкретном двигателе. В этом случае целесообразно рассмотреть конструкцию КШМ V-образных двигателей, например типа В-2. Особенность таких двигателей заключается в применении КШМ с прицепным шатуном и получении разного хода поршней в главном и боковом цилиндрах двигателя. В этом случае проблема организации идентичного протекания рабочего процесса двигателя связана с проблемой получения одинакового коэффициента избытка воздуха, но тогда подача топлива в цилиндры двигателя будет различной. Проанализированный в работе способ смещения точки пересечения осей цилиндров позволяет использовать метод не только для получения достаточного места для поршней в нижней мертвой точке, но и для обеспечения условий одинакового хода поршней V- и W-образных двигателей.
Бесплатно
Деформирование и разрушение материалов и конструкций в условиях диффузии
Статья научная
Приведен обзор публикаций по влиянию сред (в основном - водорода) на процессы деформирования и разрушения. Выделен ряд нерешенных проблем. Предложено новое решение связанной задачи расчета диффузии и напряженно-деформированного состояния. На примере установок для производства водорода показано, что напряжения от диффузионной дилатации, не учитывавшиеся ранее, могут быть основной причиной разрушения, а понимание механизмов явлений позволяет эффективно влиять на долговечность и безопасность конструкций. Описаны созданные в ЮУрГУ установки для малоцикловых испытаний материалов в газовых средах и результаты пробных испытаний циркониевого и титанового сплавов.
Бесплатно
Статья научная
Третье поколение отечественных алюминиевых сплавов низкой плотности, включающее в себя сплавы 1424 (2,54 г/см3) и В-1461 (2,63 г/см3), отличается повышенными значениями вязкости разрушения и трещиностойкости по сравнению с ранее разработанными сплавами 1420 и 1460. Несмотря на перспективность данных материалов для аэрокосмической и авиационной отраслей, на сегодняшний день имеются данные об их механических свойствах лишь при статическом деформировании. В данной работе рассмотрено механическое поведение образцов катаного алюминий-литиевого сплава В-1461 толщиной 1,9 мм при статическом и динамическом нагружении, включая ударное. Статические испытания были проведены для определения прочностных характеристик материала при малых скоростях деформирования. Испытания образцов, вырезанных в направлении прокатки, показали, что пределы текучести и прочности в направлении прокатки выше на 8-10 % по сравнению со свойствами в перпендикулярном направлении. В ходе испытаний на динамическое растяжение, проведенные на вертикальном башенном копре с применением специальной оснастки, установлено, что масштабирование статической кривой с удовлетворительной точностью описывает поведение материала при динамическом нагружении. При скорости деформирования 200 с-1 прочностные характеристики материала возросли на ~20 %. При баллистическом ударе была обнаружена анизотропия прокатанных образцов из данного сплава по толщине, приводящая к отколам с тыльной стороны пластины. Разработанная конечно-элементная модель, основанная на билинейной аппроксимации динамической диаграммы деформирования, показала хорошее соответствие с экспериментальными данными (остаточная скорость ударника и величина баллистического предела) в случае нормального удара и подтвердила предположение об ограниченной способности сплава В-1461 к упрочнению с увеличением скорости деформирования.
Бесплатно
Диагностика состояния элементов муфт свободного хода
Статья научная
В статье представлены результаты теоретического исследования, которое проводилось в рамках поиска решения задачи аналитической диагностики погрешностей геометрии деталей муфт. Решение данной задачи способствует повышению точности и достоверности оценки состояния муфт и обеспечивает рост уровня надежности их эксплуатации и эксплуатации механизмов в целом. Авторами разработан новый диагностический метод для проведения точной оценки качества поверхности вращающейся обоймы либо ступицы и роликов. Суть метода заключается в том, что оценка состояния элементов деталей муфт производится за счёт анализа уровня шума, который является результатом проявления таких его источников, как дефекты, имеющиеся на поверхностях этих элементов. Для обнаружения и классификации дефектов производится проверка возникающих всплесков, регистрируемых в фиксируемые моменты времени, и которые могут быть рассчитаны с использованием координат расположения дефектов, конструкции ступицы и частоты её вращения. Предлагаемая новая методика была использована для оценки состояния элементов деталей как обгонных механизмов металлорежущих станков, так и роликовых замков технологических приспособлений. Степень точности производившейся отбраковки деталей составила от 83 до 89 %. В качестве преимуществ предлагаемого метода можно выделить следующие положения: 1) контролёр имеет возможность определить суммарное число дефектов с высокой степенью точности; 2) сокращено время оценки износа и отклонений геометрии деталей муфт; 3) точность оценки качества поверхности может быть проверена сравнением с результатами измерений, проведёнными с использованием аттестованного оборудования. Представляемая статья является одной из первых работ по вибродиагностике муфт. В ней даны феноменологические формулы для расчёта габаритов дефектов на элементах деталей обгонных роликовых механизмов свободного хода.
Бесплатно
Диагностирование газораспределительного механизма виброакустическим методом
Статья научная
В статье рассматривается методология применения виброакустического метода диагностирования на примере газораспределительного механизма (ГРМ). До начала 2000 года данный метод не находил широкого применения по причине значительной стоимости диагностических комплексов, сложности тарировки применяемых датчиков, сложности обработки и анализа диагностической информации. На сегодняшний день его использование упростилось в связи с появлением недорогих USB осциллографов и высокочувствительных вибродатчиков. Кроме того, заметно повысились возможности обработки диагностических данных и их представления. Помимо этого, значительно усовершенствован и автомобиль в области электронных систем и элементов, позволяющих синхронно получать нужный диагностический сигнал, после чего производить анализ полученных данных. Отказы элементов газораспределительного механизма двигателя и, в частности, прогар клапанов, нарушение их герметичности, смещение фаз, рост зазоров или их отсутствие возникают у большинства автотранспортных средств при пробегах гораздо меньших нормативных или предельных. Объясняется это целым рядом эксплуатационных факторов, таких как - несвоевременное проведение технического обслуживания, использование нерекомендуемых масел и топливных материалов, нарушение тепловых и нагрузочных режимов и др. В 30-50 % случаев эти факторы вызывают увеличение зазоров в клапанах ГРМ. Проведенные в представленном материале исследования позволили установить: при допуске на зазор в выпускном клапане 0,35 ± 0,05 мм величина сигнала виброимпульса составила -150-182 мВ. Проведенный контроль зазоров в клапанах ГРМ выявил 14 отклонений из 20 подконтрольных цилиндров ДВС. Любые превышения амплитуды сигнала виброимпульса выше 182 мВ требуют регулировки зазоров или замены гидротолкателей. Данный метод и используемый набор технологических приемов позволяют оперативно и без разборки определять техническое состояние систем двигателя при любых промежуточных состояниях диагностируемых объектов. Данный набор диагностических средств, технологических приемов и нормативных данных позволяет рекомендовать их использование на современных автотранспортных предприятиях, занимающихся эксплуатацией, ремонтом и обслуживанием автотранспорта.
Бесплатно
Диагностирование газораспределительного механизма на основе контроля виброколебаний его элементов
Статья научная
Работоспособность и эффективность работы двигателей существенно зависят от периодической диагностики их технического состояния. В настоящее время обнаружение повреждений на основе вибрации (измерение вибрационных характеристик конструкций и механизмов) является перспективной областью исследовательской деятельности. Рассмотрены особенности контроля и диагностики двигателей внутреннего сгорания с помощью виброакустического анализа. В статье разработан способ определения основных неисправностей газораспределительного механизма (ГРМ) (герметичность сопряжения «клапан-седло», тепловой зазор в приводе клапана, фазы открытия и закрытия клапанов), заключающийся в измерении и анализе виброакустических импульсов, вызванных работой отдельных элементов двигателя. В качестве параметров сигналов используется максимум амплитуды (пик) и момент возникновения виброимпульсов. За опорный сигнал ВМТ поршня исследуемого цилиндра принимается виброимпульс от соударения поршня об упругий наконечник, помещенный в камеру сгорания. Частота вращения коленчатого вала до 600 мин-1 (что не превышает частоту прокруткой стартером) не приводит к появлению опасных напряжений ни в одном из элементов двигателя и приспособления. При этом наконечник из Bflex пластика, как самый податливый элемент, может быть многократно использован. Для обеспечения безотказного процесса диагностирования проведены расчеты с помощью программного обеспечения - Solid Works Simulation и встроенный в него метод конечных элементов (МКЭ). Для расчета напряжений решающая программа находит перемещения в каждом узле, а затем вычисляет деформации и конечное напряжение. В результате исследования предложенный метод диагностирования позволят достичь точности до 96 %.
Бесплатно
Диагностирование датчиков массового расхода воздуха легковых автомобилей
Статья научная
Представлен новый метод диагностирования датчиков массового расхода воздуха автомобилей, изложены экспериментальные исследования.
Бесплатно
Диагностирование коренных и шатунных подшипников кривошипно-шатунного механизма
Статья научная
Представлены методы и средства диагностирования коренных и шатунных подшипников кривошипно-шатунного механизма автомобилей и тракторов. Проведены исследования изменения давления и расхода масла через коренные подшипники ДВС. Предложен и применен способ безразборной диагностики состояния подшипников скольжения двигателя, разработан прибор, обеспечивающий режимы нагружения подшипников. Определена связь повышения величины разности относительных эксцентриситетов на холостом ходу при увеличении отношения величин давлений без нагрузки и под нагрузкой. Подтверждено, что пропускная способность через коренной и шатунный подшипник характеризуется динамическими и статическими пропускными способностями этих узлов.При проведении экспериментальных исследований по определению связи технического состояния коренных подшипников с величиной сигнала давления был выявлен наиболее чувствительный режим - при частоте вращения коленчатого вала двигателя, близкой к частоте вращения холостого хода для двигателя ЗМЗ-4062. Изложены экспериментальные исследования.
Бесплатно
Диагностирование погрешностей станков с устройствами ЧПУ класса PCNC
Статья обзорная
Разработаны математические модели, связывающие технологические параметры процесса металлообработки с параметрами быстродействия УЧПУ (временем, затрачиваемым на один такт управления), а также с точностью обработки и радиусом кривизны траектории, определяемой формой обрабатываемой детали. Описан диагностический программный пакет, разработанный на основе полученных математических моделей
Бесплатно
Диагностирование системы топливоподачи автомобильных ДВС тестовым методом
Статья научная
Согласно научным исследованиям, посвященным статистике возникновения неисправностей в ДВС, наибольшее распространение отказов наблюдается в системе зажигания (25 %) и системе питания (35 %). Работоспособное состояние топливной системы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) возможно сохранить за счет разработки эффективных методов тестового диагностирования. С целью теоретических исследований в методической части исследований был разработан прибор для тестового диагностирования ДБД-4. Использование разработанных методик и приборных средств позволило провести экспериментальные исследования по диагностированию работоспособности системы топливоподачи. Анализируя полученные данные эксперимента, можно утверждать, что: наблюдается устойчивая взаимосвязь между изменением частоты вращения коленчатого вала ДВС и изменением длительности впрыска электромагнитной форсунки; степень износа электротопливного насоса (ЭТН) определяется смещением устойчивого значения частоты вращения коленчатого вала в зону низких значений частот при тех же длительностях впрыска форсунки. Полученные данные после испытания ЭТН позволяют спланировать дальнейший алгоритм действий по поддержанию работоспособности системы топливоподачи.
Бесплатно
Динамика гибкого асимметричного ротора на трехслойных подшипниках скольжения
Статья научная
Сформулирована методология решения задачи расчета динамики гибкого асимметричного ротора, опирающегося цапфами на два подшипника скольжения с пакетом плавающих втулок. Задача сводится к решению системы из двадцати четырех уравнений движения пяти элементов ротора, плавающей невращающейся моновтулки и двух вращающихся втулок.
Бесплатно
Динамика зубчато-рычажных механизмов на основе эллиптических колес
Статья научная
Представлена математическая модель зубчато-рычажного механизма на основе эллиптических зубчатых колес, реализующего движения с остановкой выходного звена без разрыва кинематической цепи. Проведено сравнение динамических характеристик различных механизмов и предложены рекомендации для выбора механизмов с наилучшими динамическими свойствами.
Бесплатно
Динамика изменения формы поверхности в процессе абразивной доводки
Статья научная
Статья посвящена описанию процесса плоской абразивной доводки. Рассмотрены признаки, характеризующие чистовую финишную операцию доводки плоских поверхностей. Описаны процессы, протекающие во время доводки, такие как механические (микрорезание, пластическое деформирование и т. д.) и химические явления (образование окисных пленок и адсорбционных слоев). Представлен обзор наиболее распространенных схем формообразования поверхностей в процессе абразивной обработки. Рассмотрены схемы импульсной, геометрической и энергетической моделей формообразования. На основе энергетической модели и гипотезы Престона установлен рациональный закон изменения усилия прижима во время обработки, позволяющий стабилизировать контактное давление и увеличить производительность обработки. Получена экспоненциальная зависимость изменения контурной площади контакта при доводке плоскостей различной исходной формы макрорельефа. Проведена экспериментальная проверка предположения и гипотезы Престона при абразивной доводке образцов из бронзы марки О5Ц5С5 плоскими кругами из кубического нитрида бора КМ 40/28 50 М2-01 на плоскодоводочном станке «Растр 220». Установлено, что при изменении усилия по экспоненциальному закону, т. е. аналогично закону изменения контурной площади контакта при абразивной доводке, производительность процесса возрастает в 2,5-3 раза. Показано, что изменение среднеквадратического отклонения σ параметра шероховатости Ra обработанной поверхности в процессе доводки при постоянном усилии прижима, в начале обработки (момент времени t = 1 мин) почти в два раза выше, чем среднеквадратическое отклонение шероховатости в тот же момент времени при переменном усилии прижима.
Бесплатно
