Расчет и конструирование. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Повышение долговечности силовых передач МЭС за счет снижения их динамической нагруженности
Статья научная
Целью настоящих исследований является определение долговечности элементов конструкции трактора расчетно-экспериментальным методом и по результатам вычислений - определение изменения нагруженности деталей силовой передачи при установке в неё упругодемпфирующего механизма. Полученные результаты расчетно-экспериментальных значений нагружения элементов силовой передачи серийного трактора и трактора с УДМ показывают, что долговечность опытного трактора в среднем до 2,5 раза превышает долговечность трактора с серийной силовой передачей. Повышение долговечности объясняется снижением нагрузки на детали силовой передачи трактора при установке в нем упругодемпфирующего механизма (расчеты проводились по результатам изменения крутящего момента). Приведенные результаты свидетельствуют о том, что использование УДМ в силовой передаче трактора тягового класса 1,4 при работе с основными сельскохозяйственными машинами позволяет существенно снизить нагрузки на конструктивные элементы. Организация статьи построена следующим образом. Раздел «Введение» посвящен проблеме улучшения силовых передач тракторов. Приведены различные работы отечественных и зарубежных исследователей в области улучшения показателей качества работы тракторов. В этом же разделе приведена дополнительная справочная информация о наших предыдущих исследованиях, предыстория исследований упругодемпфирующего механизма (УДМ), установленного в силовой передаче трактора малого класса тяги. Раздел «Материалы и методы» содержит описание применяемого метода и последовательность действий для проведения исследований. Разделы «Результаты исследований и обсуждения» содержат результаты проделанной работы и их обсуждение, в том числе интерпретацию анализа данных. Раздел «Заключение» является обобщением основных результатов, в котором подведены итоги исследований.
Бесплатно
Повышение жесткости нахлесточных клеемеханических соединений, армированных самонарезающими винтами
Статья научная
Рассмотрен метод повышения жесткости нахлесточных клеемеханических соединений стеклопластика и металла с использованием армирования в трансверсальном направлении самонарезающими винтами. Суть метода - заполнение зазоров между резьбовым элементом и стенкой отверстия полимером (эпоксидной смолой холодного отверждения). Это приводит к залечиванию микротрещин, возникающих в композитном материале после вворачивания самонарезающего винта и увеличению эффективной площади контакта винтов и соединяемых деталей. Стеклопластик исследуемых образцов соединений получен методом контактного формования на основе полиэфирной смолы и стекломата плотностью 300 г/м2, стальные пластины - из горячекатаного листа марки Ст3пс. Клеевой слой толщиной 3 мм - полиуретановый конструкционный клей-герметик. Армирующие трансверсальные элементы - стальные самонарезающие винты диаметром 2,5 мм. Испытания на циклическое растяжение-сжатие в продольном направлении проведены для 15 исходных и 15 модифицированных образцов (по 5 на каждом из 3 уровней нагрузки: 500, 600 и 700 Н). Условием достижения предельного состояния было принято: для исходных образцов - увеличение их податливости на 30 % по сравнению с начальным состоянием; для модифицированных образцов - достижение той же податливости, что у исходных образцов. Результаты испытаний показали, что в среднем модифицированные образцы демонстрируют на 35 % большую эквивалентную жесткость (отношение размаха нагрузки к размаху петли гистерезиса диаграммы испытаний), чем необработанные. При этом для обоих типов образцов темпы снижения жесткости соединения монотонно уменьшаются, оценки показывают, что стабилизация процесса деформирования образцов возможна после нескольких сотен циклов.
Бесплатно
Повышение качества переходных процессов при управлении поворотом быстроходной гусеничной машины
Статья научная
Предметом исследования является управляемое движение гусеничной машины с дискретными свойствами механизма управления поворотом. Целью работы является совершенствование качества переходных процессов при регулировании угловой скорости поворота гусеничной машины. В статье приводится обоснование необходимости совершенствования качества переходных процессов при управлении поворотом гусеничной машины для повышения ее быстроходности. Динамика управляемого движения исследуется на основе имитационного моделирования системы дифференциальных уравнений по трем обобщенным координатам. На основе сравнительного анализа результатов имитационного моделирования и экспериментального исследования динамики управляемого движения установлено, что быстроходность ограничивается перерегулированием реакции машины на управляющее воздействие, колебательностью переходного процесса и недостаточной интенсивностью его затухания. Решение задачи повышения быстроходности осуществляется на основе реализации современного информационного подхода - создания автоматизированной системы стабилизации траектории движения машины, реализующей идею перераспределения силового управляющего воздействия (Input Shaper). Исследованием установлено, что применительно к рассматриваемому объекту управления наилучшие результаты демонстрирует алгоритм нулевой вибрации (Zero Vibration Shaper (ZV-Shaper)), который позволяет минимизировать предельное перерегулирование, а переходный процесс становится близким к апериодическому. Качество процесса управления определяется стабильностью собственной частоты системы, на которую настроен предлагаемый Input Shaper. В связи с этим целесообразно в систему управления введение контура мониторинга и идентификации собственной частоты. Результаты исследования создают предпосылки повышения быстроходности машины, в том числе на грунтах с низкими сцепными свойствами.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты имитационного моделирования криволинейного движения быстроходной гусеничной машины с дифференциальным гидрообъемным механизмом поворота и регулируемой гидродинамической муфтой. Развит вопрос имитационного моделирования работы муфты в условиях переменного заполнения.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье приведены результаты исследования параметров криволинейного движения промышленного гусеничного трактора класса тяги 10 тонн с дифференциальным механизмом поворота. В тяжелых грунтовых условиях и при резком маневрировании гидрообъёмная передача, составляющая основу дифференциального механизма поворота, перегружается по давлению. Авторами предложен и обоснован алгоритм управления поворотом совместным действием гидрообъёмной передачи и остановочного тормоза отстающего борта. При этом включение остановочного тормоза осуществляется методом широтно-импульсной модуляции при наступлении определенных условий, определенных в процессе математического имитационного моделирования. Показано, что включение остановочного тормоза в момент перегрузки гидрообъёмной передачи не является результативным, так же как и включение остановочного тормоза отстающего борта на некоторое время переходного процесса изменения траектории. Смоделировано движение трактора по установившейся криволинейной траектории при включении остановочного тормоза отстающего борта. При этом установлено, что трактор не останавливается, несмотря на противоречивые, в данных условиях, усилия остановочного тормоза и гидрообъёмной передачи. Дело в том, что ГОП не является абсолютно жёстким звеном силовой цепи и при противодействии остановочному тормозу либо сбрасывает рабочую жидкость через предохранительный клапан, либо переходит в генераторный режим. Результаты исследования получены в рамках проекта по созданию высокотехнологичного производства «Разработка бесступенчатого дифференциального механизма поворота со следящей системой управления для внедорожных и дорожно-строительных машин нового поколения» по соглашению № 074-11-2018-006 от 31.05.2018 г. между Министерством науки и высшего образования Российской Федерации и Обществом с ограниченной ответственностью Производственная компания «Ходовые системы» в кооперации с Головным исполнителем НИОКТР - Федеральным государственным автономным образовательным учреждением высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)».
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты исследования, направленные на повышение надежности турбокомпрессоров автотракторных дизельных двигателей. Анализ отказов турбокомпрессоров ТКР7Н-1, их невысокого ресурса, конструктивных особенностей турбо¬компрессора, а также теоретическое рассмотрение протекания рабочих процессов в его подшипниковом узле позволили сделать вывод о недостаточной эффективности организации смазывания подшипникового узла, приводящего к торможению вращения вала ротора за счет образования замкнутой полости внутри подшипникового узла, а низкий расход масла через турбокомпрессор ведет к перегреву корпуса, его термической деформации и последующему заклиниванию вала ротора, а также ускоренному старению и угару моторного масла. Предложенное в работе конструкторское решение, реализованное в виде ремонтного комплекта и разработанной технологии ремонта турбокомпрессоров ТКР7Н-1, позволило значительно улучшить условия смазки подшипникового узла, что привело к снижению гидравлического сопротивления вращению вала ротора и увеличило его частоту вращения на 12 700 мин-1. Вследствие повышения частоты вращения вала давление наддува увеличилось на 0,014 МПа, что улучшило технико-эксплуатационные показатели двигателя. Увеличение расхода масла через турбокомпрессор привело к снижению температуры корпуса турбокомпрессора до 32 %, а температуры масла от 10,3 до 12 % в зависимости от температурного режима работы. Предложенное решение позволило снизить долю отказов турбокомпрессоров в эксплуатации на 35 % за счет снижения тепловой напряженности корпуса, что исключило возникновение такого отказа, как заклинивание вала ротора и исключило перегрев масла, что привело к повышению надежности работы турбокомпрессора.
Бесплатно
Повышение подвижности быстроходной гусеничной машины путем автоматизации механизма поворота
Статья научная
Приведены результаты имитационного моделирования движения машины при автоматизации дополнительного регулирования гидрообъёмного механизма поворота, двигателя и тормозов с целью повышения точности управления поворотом, предотвращения заноса и увеличения средней скорости.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты имитационного моделирования переходных режимов криволинейного движения быстроходной гусеничной машины с двухпоточным гидрообъемно-механическим механизмом поворота с 4-кратным снижением требований к установочной мощности гидрообъемной передачи.
Бесплатно
Статья научная
Объектом исследования является промышленный гусеничный трактор класса тяги 10…20 т с гидромеханической трансмиссией на базе гидродинамического трансформатора крутящего момента и с дифференциальным механизмом поворота. Обозначены преимущества использования конструкции гидрообъёмного механизма поворота, и обоснована актуальность задачи обеспечения устойчивости движения машины по траектории с различными радиусами. Приведена математическая модель движения гусеничной машины с особенностями соединения двух потоков мощности через планетарный зубчато-рычажный механизм и следящей системы поддержания стабильного радиуса при неизменном положении штурвала. Исследованы переходные процессы в гидродинамической трансмиссии и в гидрообъёмном механизме поворота при входе в поворот и при повороте на месте. Определены граничные грунтовые условия для выполнения трактором бесступенчатого маневрирования при выполнении технологических операций. Предложен алгоритм работы следящей системы, обеспечивающий движение машины по траектории неизменного радиуса, заданного штурвалом, независимо от влияния внутренних и внешних возмущений: утечки в гидромашинах, буксования гусеничного движителя и смены грунта. Устойчивость движения машины по траектории заданного штурвалом радиуса при наличии возмущений достигается дополнительным регулированием положения наклонной шайбы насоса гидрообъёмного механизма поворота с учетом двух величин: скорости вращения турбины гидродинамического трансформатора и кривизны траектории движения машины на местности, вычисленной на основе информации с устройств GPS-навигации. Установлено, что при входе в поворот на высшей передаче давление в ГОП механизма поворота в полтора раза превышает установившееся значение. При входе в поворот на тяжелых грунтах не хватает сцепления с грунтом для осуществления маневра. При начале разворота на месте на грунте с коэффициентом сопротивления повороту более 0,7 давление в магистрали ГОП достигает 40 МПа. Моделирование системы стабилизации траектории движения тихоходной гусеничной машины подтвердило отсутствие ошибки управления криволинейным движением.
Бесплатно
Повышение функциональных возможностей ракет-мишеней
Статья научная
Задачи модернизации существующих ракет-мишеней в отношении коррекции и управления являются актуальными как с практической точки стороны, так и с точки зрения академической науки. В частности, вопросы модернизации летательных аппаратов в отношении управления и маневрирования широко рассматриваются и российскими, и зарубежными исследователями. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)» и общество с ограниченной ответственностью «СТАНКОМАШ» на основании накопленного научного и практического опыта предлагают конструктивные решения для серийно выпускаемой ракеты-мишени 96М6М «Кабан», направленные на повышение ее манёвренности. В работе рассмотрена конструкция и действие ракеты-мишени, которая состоит из головного обтекателя, приборного отсека, твердотопливного маршевого двигателя, стабилизатора. В настоящее время ракета летит по баллистической траектории и для ее запуска используется двухствольная пусковая установка. Отслеживание мишени происходит по отражаемому от нее сигналу. В статье рассмотрены пути модернизации ракеты-мишени, в частности: введение узла коррекции или управления; применение принципа модульности конструкции; модернизации двигательной установки; замена материалов конструкции корпуса ракеты на современные композиционные материалы; оснащение мишеней аппаратурной фиксацией, использующей не радиоканал, а спутниковую связь ГЛОНАСС. Качественно и детально проработано направление введения модуля коррекции в серийную конструкцию. Для этого рассмотрены известные способы управления, маневрирования и коррекции. Приведены типовые конструкции балластных пороховых и детонационных импульсных двигателей коррекции. На основании вышеизложенного спроектированы и рассчитаны представленные в статье четыре конструкции блоков импульсной коррекции для ракеты-мишени 96М6М «Кабан».
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены факторы, влияющие на эффективность охлаждения поршня масляным орошением внутреннего днища. Для повышения эффективности рекомендована интенсификация теплообмена на поверхности днища за счет преобразования формы и характера движения струи охлаждающего масла с помощью специальной вставки.
Бесплатно
Статья научная
Описана работа и конструкция системы, которая позволяет обеспечить оптимальное тепловое состояние двигателя воздушного охлаждения и тем самым повысить его надежность и экономичность.
Бесплатно
Статья научная
На начальных этапах проектирования сверхзвукового самолёта проводится численное моделирование процесса обтекания предполагаемых аэродинамических форм. Это позволяет существенно сократить временные и финансовые затраты на натурные испытания. При моделировании возможно получение всех параметров процесса, в ходе эксперимента получают только некоторые его значения. Это становится особенно актуальным для моделирования условий полёта сверхзвукового самолёта. В рамках данной работы показан комплексный подход к решению вопроса обеспечения заданных аэродинамических характеристик самолета, требующихся для реализации крейсерского сверхзвукового полета при M~1,5. В статье проведен анализ предлагаемых методов оценки аэродинамических характеристик (АДХ) составных частей самолета в ходе оптимизации их геометрических параметров с целью достижения минимального вклада в АДХ. В работе представлен алгоритм формирования носовой части самолета минимального аэродинамического сопротивления, а также произведен выбор критериев оценки АДХ носовой части самолета как элемента планера, имеющего существенный вклад в АДХ самолета в целом при скорости полета M>1. Результаты данных исследований могут быть использованы на ранних этапах проектирования, это приведёт к сокращению сроков формирования математической модели поверхности перспективного летательного аппарата (ЛА).
Бесплатно
Подход к формированию технического облика беспилотного воздушного судна
Статья научная
В данной статье рассмотрено обоснование критерия эффективности при формировании технического облика беспилотного воздушного судна. Проанализированы критерии эффективности применения беспилотного воздушного судна, такие как относительная масса, время полета, удельная стоимость полета, стоимость жизненного цикла. Выявлена и обоснована необходимость использования комбинированного критерия, учитывающего экономическую и функциональную эффективность. Формулируются варьируемые, не варьируемые и неопределенные параметры, характеризующие беспилотное воздушное судно. Рассматривается формулировка оптимизационной задачи определения технического облика. Процесс формирования технического облика основывается на трех функционально взаимосвязанных процессах: аэродинамической компоновки, объемно-массовой компоновки и конструктивно-силовой компоновки. Целью формирования технического облика является поиск таких взаимосвязанных значений параметров БВС, которые обеспечивают достижение компромисса между требованиями при обеспечении экстремума какого-либо выбранного обобщённого критерия оптимальности, например, минимальной стоимости жизненного цикла готового изделия - самолёта. Данный критерий является одним из наиболее общих критериев эффективности самолёта, однако его расчёт на ранних стадиях разработки затруднителен. Поэтому на практике пользуется другими критериями, приближенными к стоимости этапов жизненного цикла. Особенностью процесса формирования облика БВС, как и любой сложной технической системы, является большое количество неизвестных и высокая степень неопределённости, особенно на ранних стадиях разработки. Для преодоления неопределённости процесс проектирования разбивается на ряд последовательных итерационных этапов. Задача поиска наивыгоднейшего сочетания проектных параметров БВС в зависимости от его назначения может быть рассмотрена как задача поиска экстремума некоторой целевой функции - задача оптимизации. На основе проведенного обоснования авторами предложена методика определения рационального облика беспилотного воздушного судна с учетом принятых ограничений.
Бесплатно
Полимолекулярная адсорбция смазочных материалов и ее учет в теории жидкостного трения
Статья научная
Рассматриваются закономерности адсорбции компонентов смазочных масел на металлической поверхности, структура и механические свойства адсорбционных слоев и их влияние на реологические параметры смазки в узлах трения. Приводятся реологические модели, предназначенные для использования в гидродинамических расчетах
Бесплатно
Поршневая тепловая машина для преобразования энергии и производства работы на транспорте
Статья научная
На базе положений равновесной термодинамики, применительно к конструктивной схеме машины-двигателя по патенту РФ № 2460890, даётся характеристика метода расчёта энергетических параметров такой машины, отличительной особенностью которой является непосредственное преобразование возвратно поступательного движения поршня во вращательное грузового вала. Анализируется численная характеристика достоинств реализуемого в ней рабочего цикла.
Бесплатно
Предсказание релаксационных эффектов в рабочих средах углеводородного состава при высоких давлениях
Статья научная
В статье рассматривается реология углеводородных рабочих сред гидравлических систем. Авторами описываются релаксационные процессы, протекающие в рабочих жидкостях гидравлических приводов высокого давления. Производится анализ влияния структуры молекулярных цепей углеводородных соединений, расположение радикальных групп в углеродной цепи, на реологические характеристики, такие как вязкость и плотность, и релаксационные процессы. Приводятся результаты расчета изменения реологических свойств при высоких давлениях для изомеров гексана и октана. Экспериментально подтверждены значимые различия вязкости и плотности изомеров исследуемых веществ. Определены значения Ван-дер-Вальсовых объемов, площади Ван-дер-Вальсовых поверхностей и длин молекулярных цепей для изомерных структур и зависимость их значений от высоких давлений. Расчет значений Ван-дер-Вальсовых объемов и площади Ван-дер-Вальсовых поверхностей производился на основании метода инкрементов. Проанализирован характер изменения Ван-дер-Вальсовых объемов и площади Ван-дер-Вальсовых поверхностей для изомерных структур исследуемых веществ. Также анализируется влияние Ван-дер-Вальсовых взаимодействий на процессы релаксации молекулярных цепей, определяется характер данной зависимости. Предлагается метод расчета напряжений, испытываемых молекулярными цепями во внешних механических силовых полях, который позволяет при деформации описываемой углеводородной среды учитывать изменение не только линейных размеров самих молекулярных цепей, но и изменение линейных размеров межмолекулярных пространств. Вводятся допущения, способствующие упрощению математического аппарата, применяемого в исходной модели, модели Дуа-Эдвардса. Разработанный авторами метод значительно упрощает расчет напряжений деформации молекулярных цепей, сохраняя при этом высокую точность получаемых результатов. Определен характер релаксации молекулярных цепей изомеров и подтверждена существенная зависимость релаксационных процессов от структуры углеродной цепи.
Бесплатно
Приближенный метод определения моментов инерции тел с жидким наполнением
Статья научная
В общем случае оценка приведенных моментов инерции твердых тел с полостями, заполненными жидкостью, требует вычисление потенциалов Н.Е. Жуковского, что связано с большими затруднениями. Предлагается простой метод определения приведенных моментов инерции твердых тел с жидким наполнением, основанный на свойстве «невовлекаемости» определенной части идеальной жидкости во вращательное движение.
Бесплатно
Применение водовоздушых струйных насосов в системах глубокого вакуумирования
Статья научная
Рассмотрена возможность совершенствования ряда типовых многоступенчатых систем глубокого вакуумирования на основе пароструйных эжекторов, путем замены либо части ступеней, либо всех ступеней на одноступенчатый водовоздушный струйный насос. Для условий реальных установок рассчитаны струйные аппараты, проведено сопоставление затрат энергии для существующих и вновь предлагаемых в данной работе систем.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены результаты экспериментальных исследований нагруженности траков гусеничного движителя быстроходной машины в условиях реальной эксплуатации. На основе их анализа предложена модель взаимодействия траков с грунтом, отображающая особенности формы опорной поверхности, случайный характер внешних нагрузок и опирания, разработаны методики расчета напряжений в опасной точке и накопленного усталостного повреждения. Приведены результаты анализа влияния различных факторов на долговечность трака.
Бесплатно
