Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 631
Статья научная
Метод введения жесткой кинематической связи в трансмиссии является одним из современных перспективных научно-технических направлений повышения энергоэффективности, проходимости и топливной экономичности транспортных средств. Жесткая кинематическая связь обеспечивается блокировкой соответствующего дифференциала. Жесткая кинематическая связь в трансмиссии вводится в случаях движения в сложных дорожных условиях со значительными силами внешних сопротивлений и неоднородной в сцепном отношении опорной поверхностью. Подобные механизмы распределения мощности в трансмиссии, а также системы их автоматического управления получили широкое распространение в конструкциях легковых автомобилей. Появление систем автоматического управления блокировками дифференциалов грузовых автомобилей является дальнейшей перспективой развития автомобильной промышленности. Одним из основных недостатков данного метода является затрудненное введение жесткой кинематической связи в процессе движения автомобиля. Наиболее эффективным решением данной задачи является построение системы управления, интегрированной со штатными антиблокировочной и противобуксовочной системами. В статье представлен алгоритм системы автоматического управления блокировками дифференциалов грузового автомобиля с колесной формулой 6×6. Для полностью дифференциальной трансмиссии разработан закон управления двумя межосевыми и тремя межколесными блокировками дифференциалов. Процесс управления реализуется путем многокритериального анализа текущего режима эксплуатации транспортного средства. Алгоритм управления апробирован средствами имитационного математического моделирования с использованием модели пространственного движения трехосного полноприводного автомобиля с детализированной трансмиссией. Приводится архитектура разработанной системы для дорожных испытаний и отладки алгоритма. Полученные результаты свидетельствуют об адекватности и эффективности разработанного алгоритма управления с возможностью дальнейшего оснащения предлагаемой системой управления автоматических блокировок дифференциалов серийно выпускаемых автомобилей.
Бесплатно
Интеллектуальный контроль, коррекция и адаптивность выходных параметров системы впуска автомобилей
Статья научная
Современное автомобилестроение на сегодня развивается по направлению значительной интеллектуализации, автоматизации и роботизации при функционировании систем. Это требует создания комплексной системы алгоритмов управления системами. Однако при изменении технического состояния отдельных электронных компонентов алгоритмы управления могут существенно меняться. Таким образом, для дальнейшего качественного функционирования объекта требуется коррекция и адаптация алгоритмов функционирования под изменяющееся техническое состояние систем автомобилей. Так, отказы датчиков массового расхода воздуха и регуляторов холостого хода составляют соответственно 14 и 12 % от числа отказов всех элементов микропроцессорной системы управления двигателем, приводящих к существенному изменению расхода топлива и токсичности отработавших газов. Устранение же отказов требует разработки режимов коррекции и адаптации под изменяющееся техническое состояние элементов электроники автомобиля, с целью чего была разработана методика экспериментального исследования, которая заключается в формировании стрессовых тестовых воздействий, состоящих в отключении n-го количества цилиндров и отдельных их рабочих циклов с последующим нагружением оставшихся в работе k-го числа цилиндров. Нагружение двигателя осуществляется мощностью механических потерь отключенных цилиндров при плавном ступенчатом формировании нагрузки на оставшиеся в работе цилиндры с фиксацией отклика на процесс загружения путем контроля следующих параметров: положение регулятора холостого хода, напряжение на контрольном выводе датчика массового расхода воздуха, циклового расхода топлива и воздуха, коррекция топливоподачи, угла опережения зажигания. В результате экспериментальных исследований построены графики зависимостей изменения указанных контрольных параметров от степени нагружения цилиндров. Проведен анализ графиков, по которому установлены точки перегиба, соответствующие предпредельному и предельному изменению технического состояния датчиков массового расхода воздуха и регуляторов холостого хода. Контроль указанных точек перегиба при эксплуатации автомобилей в тестовом режиме позволяет осуществлять контроль технического состояния, коррекцию и адаптивность в любой промежуточный момент изменения технического состояния датчиков массового расхода воздуха и регуляторов холостого хода. Разработанная методика стрессовых тестовых воздействий позволяет исключить приобретение дорогих нагрузочных стендов. Создание и внедрение догружателя бензинового двигателя, встроенного в электронный блок управления двигателя, позволяет получить при диагностировании экономический эффект около 3,9 тыс. руб. в год на один автомобиль.
Бесплатно
Статья научная
На примере механизма с параллельными кинематическими цепями, имеющего три степени свободы, показана возможность использования кватернионов при построении математических моделей таких механизмов.
Бесплатно
Использование композитных материалов на основе поликарбоната в защитных структурах
Статья научная
Рассмотрен слоистый композитный материал на основе поликарбоната, использование которого в качестве вставок для усиления тканевых бронежилетов скрытого ношения может обеспечить защиту одновременно от огнестрельного и холодного оружия. Приведены результаты квазиста-тических, динамических и огневых испытаний пластин из композитного материала. Показано преимущество композитных пластин перед пластинами из поликарбоната. С помощью метода корреляции цифровых изображений оценено минимальное расстояние от предшествующего прореза, где возможно повторное индентирование пластин без потери защитных свойств.
Бесплатно
Статья научная
Предложен способ нахождения прогнозных оценок параметров коррозионных дефектов на основе фактических данных внутритрубной дефектоскопии. Получены оценки функций плотности распределения вероятностей глубины коррозии, являющейся функцией случайных величин начальной глубины коррозии, параметров уравнения скорости коррозии и времени эксплуатации трубопровода. Показано их применение в алгоритме оценки надежности дефектных сечений трубопроводов.
Бесплатно
Испытание водовоздушного струйного насоса ЮУрГУ в системах вакуумирования паровых турбин
Статья научная
Приведены результаты испытания промышленного струйного насоса ЮУрГУ, которое включало исследование влияния конструкции соплового устройства на характеристики аппарата и сопоставление его эксплуатационных характеристик с таковыми заводских струйных аппаратов. Показано, что разработанные ЮУрГУ водоструйные насосы обладают производительностью по отсасываемому воздуху не ниже заводских струйных насосов и превосходят последние по таким важным показателям работы как расход воды и потребляемая мощность.
Бесплатно
Статья научная
Целью исследования было установление зависимости относительного износа электрода от его структуры и разработка материалов для электродов-инструментов с улучшенными характеристиками. Рассмотрены требования к электродам-инструментам для электроэрозионной прошивки. Композиционные материалы на основе меди с различным содержанием тугоплавкой фазы изготовлены методом порошковой металлургии. Методами рентгенофазового анализа и рамановской спектроскопии обнаружено образование интеркалированного медью графита и sp3 связей в графите, спеченном с медью, которые способствуют повышению электропроводности и капиллярных свойств материала. Исследовано влияние содержания тугоплавкой фазы в системах «медь - тугоплавкий металл», «медь - графит» на пористость, твердость, прочность, электросопротивление, относительную износостойкость электродов-инструментов из композиционных материалов. Установлено, что с увеличением содержания тугоплавких металлов увеличивается пористость и электросопротивление композиционных материалов. Определено, что относительная износостойкость при электроэрозионной прошивке электрода-инструмента из композиционных материалов на основе меди, содержащих тугоплавкие металлы, более всего зависит от жаростойкости тугоплавкого металла; в системах на основе меди с графитом относительный износ уменьшается за счет повышения электропроводности и капиллярного эффекта.
Бесплатно
Статья научная
Как известно, проблема долговечности напрямую связана с технологическими процессами изготовления элементов реакторов, в том числе элементов, контактирующих с внутренней реакторной средой - реакционной зоной. Исходя из этого, важным является разработка новых, а также модернизация старых технологий изготовления элементов реакторного оборудования с целью повышения их технических и эксплуатационных характеристик. В качестве технологии изготовления и сборки элементов реакторного оборудования может выступать технология, разработанная авторами данной рукописи. Данная технология состоит из нескольких основных этапов. Одним из таких этапов является процесс образования шероховатости на контактируемых поверхностях перед их склеиванием. Однако необходимо понимать, что различные значения показателей шероховатости приводят к изменению прочностных характеристик адгезионных соединений. Ввиду этого целью данного исследования является определение прочностных характеристик клеевого соединения при различных показателях Ra и температуре адгезива. В статье представлены анализ наиболее востребованных в настоящее время термохимических реакторов, а также анализ основных видов неисправностей, приводящих к отказу реакторного оборудования. Описана разработанная технология изготовления наиболее подверженных износу частей реактора (жаровых труб, обечаек). Особенностью данной технологии является возможность формирования на изготавливаемых деталях термоконтактной поверхности, которая выступает в роли интенсификатора теплообмена, повышая эффективность работы агрегата. Проанализирована практика применения высокопрочных и высокотемпературных клеев. Проведены исследования по определению прочности адгезионных соединений при различных условиях. В качестве клеевых композиций использовались термостойкие эпоксидные клеи марок К-800 и ЦМК-Вт. Показано влияние показателя Ra в диапазоне от 1 до 6 мкм и влияние температуры в диапазоне от 200 до 600 °C на прочность клеевого шва.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время актуальной проблемой является обеспечение пассивной безопасности автомобиля при боковом ударе. В работе разработаны рациональные конечно-элементные модели (КЭМ) кузова, сминаемого барьера и столба, на базе которых получаются результаты с приемлемой точностью и минимальным временем решения при использовании решателя LS-DYNA. Поведение материала кузова и рамы описаны с использованием модели Джонсона-Кука, позволяющей учесть нелинейность материала и влияние скорости нагружения, а поведение пеноалюминия описано с использованием модели Дешпенда-Флека. Были проанализированы фазы деформирования кузова и характер деформирования элементов кузова. По результатам расчёта получено, что наиболее опасным режимом нагружения при боковом ударе является удар о столб. Анализ картины деформированного состояния при ударе о столб показал, что порог, дверь, крыша, пол и рама существенно деформируются и нуждаются в дополнительном исследовании и усилении, поэтому в данной работе было предложено усиление элементов конструкции кузова с помощью пеноалюминия. Анализ показал, что для удовлетворения требованиям пассивной безопасности необходимо комплексное усиление элементов кузова, но это влечёт за собой существенное увеличение массы кузова, поэтому в будущем необходимо проведение топологической и параметрической оптимизаций силовых элементов кузова.
Бесплатно
Статья научная
Исследовано влияние полярности, схемы базирования электродов и режима ЭЭО на точность реза при получении титановых зубных имплантатов с тонкими стенками. Зубную коронку из титанового сплава ВТ1Л получали на прошивном электроэрозионном станке Electronica Smart CNC медными электродами с использованием в качестве рабочей жидкости масла EDM Oil - IPOL SEO 450. В результате исследований установлено, что прямое подключение электрода при резании титана значительно более эффективно, так как при обратном подключении энергия импульса тока преобразуется в основном в тепловую, расходуемую на расплавление и эрозию самого электрода, при этом относительный износ электрода становится выше, интенсивность ударной волны газовой полости значительно уменьшается и снижает эффективность работы инструмента. В результате исследований получен зубной имплантат с толщиной стенки 0,336 мм и точностью 0,04 мм. Установлено, что точность изготовления обеспечивается режимом работы при минимальных мощностях, использованием метода базирования электродов с учетом погрешности на радиус. Размеры частиц продуктов эрозии коррелируют с параметром шероховатости Rа (среднее отклонение от профиля). Установлено, что изготовление тонкостенной зубной коронки из сплава титана и методом электроэрозионной прошивки является возможным и более эффективным методом по сравнению с литьем и механической обработкой.
Бесплатно
Исследование влияния типа переплетения нитей на прочность тканевых преград при локальном ударе
Статья научная
Рассмотрены результаты моделирования динамического взаимодействия между индентором и текстильной броней с возможностью разрушения пряжи, а также без разрушающей пряжи. Текстильная броня имеет различные виды переплетения и размеров ткани. Выполняется проверка модели и сравнение с экспериментальными данными. Определены механические свойства арамидной пряжи.
Бесплатно
Исследование влияния формы колосника на отделение сора от летучки
Статья научная
В существующих серийных очистителях от крупного сора установлены неподвижные колосники одинакового размера круглого сечения для очистки хлопка от крупных сорных примесей. Для увеличения очистительного эффекта была попытка активизации рабочих поверхностей колосников с полимерными покрытиями, хотя они несколько повышали очистительный эффект, но не нашли промышленного применения. 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 колосникам сообщается принудительно. На улучшение очистительного эффекта в пильчатых очистителях большое влияние оказывает форма поперечного сечения колосника. В статье предложены профильные колосники из кривых конфигураций эпициклоидов. Для определения влияния формы поперечного сечения колосника на процесс отделения сора от летучки хлопка-сырца рассмотрено взаимодействие засоренной летучки и колосника в момент их контакта. Определена сила отрыва сора от летучки (τy), в различных модулях эпициклоидов которая зависит от частоты вращения и формы поперечного сечения колосника. Зная значения углов обхвата, определили, что основными параметрами являются угол обхвата колосника летучкой и относительная скорость движения летучки по колоснику. А угол обхвата колосника летучкой зависит от формы и размеров поперечного сечения колосника.
Бесплатно
Статья научная
Проведен анализ геометрии абразивных зерен по макрогеометричееким и микрогеометричееким показателям, представлены диаграммы распределения данных показателей. Описана методика исследования, основанная на применении фотометрии для получения цифровых изображений абразивных зерен.
Бесплатно
Исследование динамики управляемого движения быстроходных гусеничных машин
Статья научная
Приводится анализ зависимости параметров управляемости быстроходной гусеничной машин с дискретными и непрерывными свойствами системы управления поворотом от удельной мощности. Исследуются динамические свойства машины при проявлении существенных нелинейностей.
Бесплатно
Исследование динамической нагруженности привода водометных движителей амфибийных гусеничных машин
Статья научная
В статье приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований динамической нагруженности привода водометных движителей (ПВД) амфибийных гусеничных машин (АГМ). Актуальность исследования состоит в необходимости повышения ресурса элементов привода. Цель исследования состоит в изучении причин формирования высокой динамической нагруженности привода. Для достижения цели решаются следующие задачи: 1 - разрабатывается расчетная схема системы «двигатель - трансмиссия - водоходный движитель - машина» и выполняется имитационное моделирование динамики системы; 2 - приводятся результаты экспериментального исследования динамической нагруженности привода водоходного движителя в процессе движения амфибийной гусеничной машины на плаву; 3 - выполняется статистическая обработка результатов теоретического и экспериментального исследования и оценка их сходимости; 4 - уточняется алгоритм проектного расчета с учетом динамических эффектов, возникающих в приводе водометного движителя. При решении поставленных задач выполнено имитационное моделирование динамики системы на основе разработанной математической модели с использованием методов теоретической механики, дифференциального и интегрального исчисления. Анализ динамических процессов осуществлялся с применением прикладного программного продукта LMS Imagine.Lab Amesim. Верификация математической модели и принимаемых допущений производилась при экспериментальном исследовании нагруженности ПВД АГМ. При автоматизированной обработке результатов экспериментальных исследований применялись методы математической статистики, теории вероятности и модального анализа. Обработка осуществлялась в прикладном программном обеспечении Power Graph Professional. Анализ результатов имитационного моделирования показал, что повышенная динамическая нагруженность привода водометного движителя возникает вследствие «биений» и резонансов в динамической системе при потере устойчивости колебательных процессов, приводящих к возникновению значительных амплитуд виброускорений. При этом проявляется эффект самопроизвольного ослабления болтовых соединений в нелинейной системе, описанный И.И. Блехманом. Результаты исследования позволили уточнить алгоритм проектного расчета и могут быть использованы при проектировании приводов водометных движителей амфибийных машин.
Бесплатно
Статья научная
Проведенными ранее исследованиями автором показана возможность существования пространства параметров подкрепляющего набора слоистой подкрепленной металлокомпозитной оболочки, при которых существуют максимальные удельные жесткостные характеристики подкрепленной оболочки, которые, в свою очередь, обеспечивают максимальный критерий качества. В данной работе подтверждается, что существует область, в которой параметры подкрепляющего набора подкрепленной слоистой металлокомпозитной оболочки обеспечивают ее максимальную несущую способность.
Бесплатно
Исследование и расчет гидродинамики в струйном насосе
Статья научная
Выполнен обзор исследований струйного насоса. Показано, что его расчет основывается, как правило, на квазиодномерных моделях, базирующихся на уравнениях баланса расходов, энергии, количества движения. Одномерные теории устанавливают взаимосвязь параметров потоков на входе и выходе аппарата и его составных частей. Определение распределения параметров вдоль эжектора не представляется возможным. Это затрудняет, с одной стороны, более полное понимание рабочего процесса, а с другой - оптимальное профилирование проточной части аппарата. Метод CFD позволяет детально проанализировать рабочий процесс насоса. Об этом свидетельствуют публикации, посвящённые исследованию влияния формы проточной части на энергетические и кавитационные характеристики насоса. Целью настоящей работы являлось получение численной модели течения жидкости в проточной части струйного насоса, определение полей скорости и давления в области вовлечения пассивной среды в спутное со струей движение. Представлены материалы лабораторных испытаний струйного насоса и численная модель течения жидкости. Модель основывалась на уравнениях: неразрывности; Навье-Стокса; переноса кинетической энергии турбулентности k и относительной скорости диссипации ε этой энергии. Численная модель решалась в программном комплексе ANSYS Fluent. Лабораторные испытания струйного насоса проводились на стенде в лаборатории кафедры «Гидравлика и гидропневмосистемы» ЮУрГУ. Струйный насос выполнен с коническим соплом, открытой приемной камерой, цилиндрическо-диффузорной смесительной камерой, диффузором. В опытах измерялись объемные расходы активного и общего потоков жидкости; статические давления перед соплом, на входе в смесительную камеру и выходе из насоса; температура жидкости. Сопоставлены результаты лабораторного и численного исследований. Доказана правомерность предложенной численной модели течения жидкости в проточной части струйного насоса. Рассчитаны поля скорости и давления в приемной и смесительной камерах насоса при нескольких противодавлениях. Доказано, что последнее влияет не только на распределение скорости и давления в смесительной камере, но и в приемной на участке от среза сопла до входного сечения камеры смешения. При этом наибольшая неравномерность распределения давления наблюдается в плоскости среза сопла, а скорости - во входном сечении смесительной камеры. Струйное течение активного потока в приемной камере является неизобарическим. Наибольший локальный провал давления наблюдается у кромок сопла, что при равенстве минимального давления значению давления насыщенных паров приводит к генерации пара и кавитационным явлениям в струйном насосе.
Бесплатно
Статья научная
Представлены методика и результаты экспериментальных исследований износа материалов трибосопряжения «поршень - цилиндр» дизельного двигателя. Предложена гипотеза, объясняющая причины изменения профилей поверхностей трения при гидродинамическом режиме
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены особенности использования метода молекулярной динамики для анализа механизмов диффузии под действием термического удара применительно к фазам поверхностного слоя, образующихся в поверхностных слоях никотрированных теплостойких сталей в процессе трения скольжения с ресурсным смазыванием.
Бесплатно
Исследование модели дорожного воздействия
Статья научная
Рассмотрены вопросы моделирования влияния воздействия со стороны дороги на автомобиль при расчетах динамических характеристик напряженно-деформированного состояния несущих систем автомобиля. Воздействие на автомобиль со стороны дороги (далее дорожное воздействие) моделируется с помощью зависимости Доддса, которая основана на гипотезе изотропности поля дорожного воздействия. Рассматриваются две модели воздействия: с учетом и без учета зависимости между случайными функциями микропрофиля левой и правой колеи дороги (далее зависимость).
Бесплатно
