Расчет и конструирование. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Разработка на ЛМЗ модернизированных питательных насосов для крупных блоков ТЭС
Статья научная
Представлена концепция нового модернизированного питательного турбонасоса ПТН 1150-340-М и электронасоса ПЭН 600-320-М для блока ТЭС 300 МВт. Приведены описание конструкции насоса и результаты модельных и натурных испытаний.
Бесплатно
Статья научная
Разработана методика выбора проектных параметров механических систем, работающих в условиях динамических нагрузок, которая позволит построить наиболее оптимальную систему подрессоривания автотранспортного средства. Суть методики заключается в том, чтобы, исходя из условий эксплуатации и назначения проектируемого агрегата, установить наиболее приемлемые параметры жесткости и демпфирования с целью обеспечения удовлетворительного уровня вибрации и долговечности системы, снижения динамических нагрузок на ее элементы, а также выполнения различных условий, связанных непосредственно с проектируемой системой и условиями ее работы.
Бесплатно
Разработка планетарного редуктора для мотор-колеса электроболида
Статья научная
В рамках студенческого проекта по разработке электрического болида в Южно-Уральском государственном университете в соответствии с техническим заданием был спроектирован планетарный редуктор будущего мотор-колеса. Этому предшествовали анализ и компоновка узла, разработка его кинематической схемы и составление уравнений кинематической связи. Тягово-динамический расчёт автомобиля показал, что передаточное число согласующего редуктора данного узла с учётом устанавливаемого электродвигателя должно быть равно 10. В итоге были определены числа зубьев зубчатых колес и их геометрические параметры, построена 3D-модель планетарного редуктора. В качестве тяговых двигателей планируется использовать электрические машины комбинированного возбуждения. Предлагаемая электрическая машина имеет обращённое исполнение, что позволит в заданных габаритах получить максимальную электромагнитную мощность и хорошие удельные показатели. Вышеперечисленные показатели в нашем случае имеют очень важное значение, так как использование в приводе мотор-колес существенно увеличивает неподрессоренную массу электроболида, а это в свою очередь неизбежно скажется на его выходных характеристиках. При этом были учтены конструктивные особенности выбранного синхронного индукционного электродвигателя и все нюансы компоновки колёсно-ступичного узла, в том числе и габаритно-массовые, соблюдены условия соосности, соседства и сборки. В заключение была дана оценка коэффициента полезного действия планетарного редуктора проектируемого мотор-колеса. В настоящее время в студенческом конструкторском бюро Автотракторного факультета готовится сборочный чертеж спроектированного редуктора и его деталировка, а также дальнейшая передача пакета документов в производство. Макетный образец электрического болида планируется изготовить осенью 2019 года. Поставленные задачи более чем амбициозные.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено создание ротационного вискозиметра для наблюдения и идентификации реологических параметров неньютоновских жидкостей.
Бесплатно
Разработка стенда для испытания системы управления беспилотным зерноуборочным комбайном
Статья научная
В настоящее время робототехника стремительно развивается и охватывает все больше сфер человеческой деятельности, в том числе и сельское хозяйство. Приоритетным направлением развития производства сельскохозяйственных мобильных энергосредств (МЭС) является их роботизация и возможность выполнять свои задачи без участия человека, то есть создание беспилотных МЭС. МЭС становится беспилотным при оснащении его системой автоматического управления. Прежде чем устанавливать систему управления на МЭС, необходимо разработать алгоритмы управляющего воздействия и реакции системы управления на возможные варианты событий при работе МЭС на полях. Также необходимо выполнить отладку системы управления, выявить ошибки в работе и устранить их. Для этого рационально создать специализированные стационарные стенды, имитирующие реальные условия работы беспилотных зерноуборочных комбайнов. Для того чтобы разработанная конструкция стенда была оптимальной, составлена многокритериальная задача оптимизации конструкции с четырьмя входными и семью выходными параметрами, представляющими критерии качества функционирования стенда. На основании решения задачи оптимизации конструкции разработаны концепция стенда для испытания системы управления беспилотным зерноуборочным комбайном, гидравлическая схема стенда и его конструкция. В статье представлена 3D-модель стенда, выполненная в программе «КОМПАС-3D», на основании которой разработан комплект конструкторской документации для изготовления опытного образца стенда. Для имитации воздействия почвы различных типов на ведущие и поворотные колеса комбайна разработаны математические модели, которые используются для подачи управляющего сигнала на порошковые электромагнитные тормоза и на регуляторы расхода с электронным пропорциональным управлением.
Бесплатно
Статья научная
В статье изложены результаты разработки стенда для полунатурного моделирования системы управления движением гусеничной машины с гидростатической трансмиссией, предназначенного как для обучения программированию логических контроллеров, так и для тестирования алгоритмов управления на стадии их разработки. Выполнен анализ известных на рынке технических решений с выявлением у них основных недостатков. В рамках концепции полунатурного моделирования составлена и реализована структура. Представлена математическая модель системы управления движением гусеничной машины с гидростатической трансмиссией, выполненная на базе промышленного гусеничного трактора класса тяги 15т производства ОАО «Завод дорожно-строительной техники «Урал» и адаптированная под потребности стенда. Сформирован комплекс алгоритмов управления, включающий в себя алгоритм управления движением гусеничной машины, алгоритм включения тормоза забегающего борта при угрозе возникновения заноса и алгоритм включения тормоза отстающего борта при перегрузке гидрообъемного механизма по давлению. Для организации ввода исходных данных, а также наблюдений за результатами моделирования в программном пакете Altair Embed разработана система визуализации, включающая в себя мнемосхему панели оператора с демонстрацией изменения основных параметров движения гусеничной машины (скорости центра тяжести; траектории движения центра тяжести; параметров регулирования подачи насосов; кривизны траектории (заданной и текущей); скорости вращения гусениц на левом и правом бортах; коэффициента сопротивления грунта под каждой гусеницей), панель настройки алгоритмов управления движением гусеничной машины, панель настройки параметров грунта и панель выбора траектории движения гусеничной машины.
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена теме разработки тестового полетного задания для ракеты-носителя. Актуальность темы обусловлена тем, что синтез системы управления в современное время обычно производится на основе цифрового и/или полунатурного моделирования движения летательного аппарата. Задачей является синтез параметров корректирующих устройств системы управления. При этом необходимо знать входное задание системы управления, то есть иметь полетное задание. Сама задача получения полетного задания является весьма сложной, так как необходимо учитывать как характеристики ракеты и двигателей, рассматриваемые в их моделях, так и внешние воздействующие факторы - воздействие Земли и атмосферы. Также необходимо учесть ограничения управления и перегрузки. Вследствие этого законы движения летательного аппарата получаются сложными, зависящими от вида маневра и выделенного участка траектории движения. В работе рассматривается только активный участок траектории движения. Рассмотрены применяемые системы координат, уравнения движения центра масс с учетом влияния Земли и аэродинамики аппарата. Рассматривается управление движением изменением тяги двигателей. Приводятся все необходимые формулы для расчета траектории, необходимые допущения. По всей программной траектории были рассчитаны коэффициенты модели возмущенного движения ракеты-носителя. Производилось компьютерное моделирование приведенной методики расчета тестового полетного задания, приведены полученные по результатам моделирования графики, позволяющие сделать вывод о том, что основные ограничения на программную траекторию выполняются. Исходя из этого, можно считать, что полученное полетное задание может использоваться на этапе предварительной разработки системы управления многоразовой одноступенчатой ракеты-носителя.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена технология проектирования оптимальных кольцевых сопел высокоэффективных ракетных двигателей. С использованием системного подхода проведена декомпозиция системы «ракета-носитель - ракетный двигатель - сопло ракетного двигателя». Исследованы подсистемы в рассматриваемой системе, особое внимание уделено подсистеме «сопло ракетного двигателя». Изложенные принципы использованы при разработке технологии проектирования оптимальных по энерготяговым характеристикам кольцевых сопел с учетом особенностей течения, характерных для кольцевых сопел. Предложена система математического моделирования, реализующая технологию проектирования кольцевых сопел высокоэффективных ракетных двигателей в составе ракеты-носителя.
Бесплатно
Разрывные колебания механических бесступенчатых передач переменной структуры
Статья научная
На основе метода точечных отображений исследуется периодический режим движения привода машин с бесступенчатой передачей.
Бесплатно
Статья научная
Обоснована целесообразность распределения энергии отработавших газов между элементами системы «газовая турбина - эжектор - охладитель наддувочного воздуха» в дизеле с газотурбинным наддувом при применении эжектора для осуществления циркуляции охлаждающего воздуха через охладитель с целью охлаждения воздуха после компрессора. Отмечается актуальность перераспределения энергии отработавших газов между элементами системы для совершенствования систем охлаждения наддувочного воздуха в направлении снижения затрат мощности на функционирование и упрощения конструкции их элементов. Рассмотрены функциональные и конструктивные особенности элементов системы эжекционного охлаждения наддувочного воздуха. Отмечается неполнота изученности функционирования эжектора на выпуске для интенсивной циркуляции охлаждающего воздуха через матрицу охладителя при размещении эжектора после турбины турбокомпрессора. Определены критерии оценки эффективности системы «турбина - эжектор - охладитель наддувочного воздуха» и условия их использования. Отмечается необходимость решения системы критериальных уравнений при нахождении оптимального значения степени понижения давления в турбине. Рассмотрены возможные способы включения газовой турбины и эжектора в выпускном тракте дизеля, в частности, последовательный и параллельный способ. Установлена необходимость рационального распределения отработавших газов между газовой турбиной и эжектором. Приведены основные факторы, характеризующие связи функциональных и геометрических параметров элементов системы. Отражены особенности комплексной оценки эжекционной системы охлаждения наддувочного воздуха в дизеле с использованием математического моделирования процессов в различных элементах системы для изыскания резервов и компромиссных решений по снижению затрат мощности на ее функционирование. Результаты комплексной оценки эффективности эжекционной системы охлаждения наддувочного воздуха методом численного моделирования представлены графически в виде зависимостей параметров ее элементов от степени понижения давления в турбине турбокомпрессора. Анализ результатов комплексной оценки эффективности показывает, что наиболее эффективен последовательный способ установки эжектора за турбиной турбокомпрессора. Отмечается, что затраты мощности дизеля на функционирование эжектора должны быть меньше, чем снижение ее от уменьшения плотности наддувочного воздуха при падении πк вследствие перераспределения энергии отработавших газов между турбиной и эжектором. Максимальные значения степени охлаждения, плотности наддувочного воздуха и эффективной мощности дизеля достигаются при различных значениях степеней понижения давления в турбине или эжекторе. В этой связи делается вывод о целесообразности значения степеней понижения давления в турбине или эжекторе на компромиссной основе.
Бесплатно
Расчет вращающего момента электромеханического привода трамвайного пантографа
Статья научная
Рассмотрен расчет вращающего момента электромеханического привода плоского трехзвенного рычажного механизма трамвайного пантографа. Механизм предназначен для осуществления токосъема и электропитания трамваев от контактной сети. В процессе подъема и опускания механизма необходимо обеспечить требуемый закон изменения вращающего момента в зависимости от угла поворота ведущего звена.
Бесплатно
Статья научная
Использование цилиндрических передач с арочными зубьями в приводах энергонасыщенных машин (локомотивов, бортовых редукторов тракторов, верхних приводов буровых установок, вертолетов) позволяет по сравнению с прямозубыми и косозубыми колесами кратно увеличить долговечность передач. К настоящему времени предложено полтора десятка различных приемов и методов проектирования и производства арочных зубьев цилиндрических колес. Среди них перспективным является способ нарезания арочных зубьев на станках ЧПУ круговыми резцовыми головками методом обкатки с единичным делением. Цель статьи - на основе теории пространственных зацеплений реализовать построение математических моделей формообразования арочных зубьев и исследовать геометро-кинематические характеристики их зацепления в условиях ненулевых погрешностей относительного положения колеса и шестерни в передаче. Объект исследования - цилиндрическая передача с арочными зубьями. В статье получены зависимости для радиусов-векторов и ортов нормалей поверхностей арочных зубьев цилиндрических колес, разработана математическая модель для расчета точек касания арочных зубьев в зацеплении при наличии угла перекоса, угла непараллельности и смещения колеса. На примере конечной передачи локомотива впервые исследовано влияние плотности прилегания поверхностей зубьев в зацеплении на смещение рабочих линий из среднего сечения зуба вследствие погрешностей положения элементов передачи. Путем расчета погрешности функции положения в передаче рассмотрена процедура количественной оценки ее несопряженности. Установлено, что геометрия арочных зубьев исследуемого способа в условиях отклонения положений элементов передачи от номинальных приводит к несопряженности зацепления, функция погрешности положения имеет пилообразную форму, вследствие чего неизбежны удары при входе зубьев в зацепление. Предложены пути достижения в рамках рассматриваемого способа изготовления арочных зубьев приближенного характера зацепления зубьев в передаче.
Бесплатно
Расчет и проектирование магнитореологических камер гидравлического оборудования
Статья научная
Магнитореологические системы демпфирования и виброгашения отличаются адаптивностью, хорошими показателями диссипации ударной и вибрационной нагрузки и незначительными перемещениями поршня под нагрузкой. Исследовательская работа посвящена созданию конструктивных решений в области магнитореологических рабочих камер с распределенными диссипативно-жесткостными свойствами и их компоновке в гидравлическом демпфирующем оборудовании. В статье представлены два варианта исполнения магнитореологических рабочих камер: магнитореологическая камера с распределенными диссипативно-жесткостными свойствами и магнитореологическая камера с распределенными диссипативно-жесткостными свойствами, разделенная на субполости. Предложенные конструкции магнитореологических рабочих камер обладают большей энергоэффективностью и стабильностью рабочих процессов. Разработанный способ демпфирования и его конструктивная реализация значительно улучшают динамику рабочего процесса и уменьшают время диссипации ударных и вибрационных нагрузок. Демпфирование в рабочей камере, в случае применения магнитореологической камеры с распределенными диссипативно-жесткостными свойствами, осуществляется за счет нейтрализации ударной волны или изменения скорости ее распространения путем генерации акустической волны. Магнитореологическая камера с распределенными диссипативно-жесткостными свойствами, разделенная на субполости, производит диссипацию механической энергии посредством моделирования характеристик вязкостного трения в объеме магнитореологической среды. Описанные численные модели позволяют производить расчет и проектирование модификаций магнитореологических камер предложенной конструкции. Приведена методика расчета конструктивных параметров магнитореологических камер по значениям коэффициентов, учитывающих частотные характеристики управляющих электромагнитных полей. Результаты численного моделирования иллюстрируют динамику изменения значений вязкостных характеристик в управляющих бегущих электромагнитных полях, по которым формируются значения коэффициентов, учитывающих частотные характеристики управляющих электромагнитных полей.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлен расчет предельной механической характеристики тягового электродвигателя в составе электрической трансмиссии транспортного средства на примере типового автомобиля С класса. Указаны параметры необходимые для проведения расчета предельной механической характеристики. В статье приведены основные типы, используемых в настоящее время, электрических двигателей в качестве тяговых приводов, применяемых в электрических трансмиссиях: коллекторный двигатель постоянного тока, асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, синхронный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов, вентильный двигатель с самовозбуждением и вентильный двигатель с независимым возбуждением. Отмечены их главные достоинства и недостатки с точки зрения применения в качестве тягового электрического двигателя. В работе указаны силы, действующие на транспортное средство, на основе которых составлено уравнение тягового баланса. В результате, автор обосновывает то, что наилучшим вариантом предельной тяговой характеристики является равноплечая гипербола, которая соответствует характеристике постоянства мощности. Для построения предельной тяговой характеристики автор предлагает определять ключевые точки гиперболы, которые определяются в соответствии с эксплуатационными показателями транспортного средства. Рассмотрены ездовые циклы, используемые для измерения расхода топлива и запаса хода транспортного средства. Автор говорит о необходимости использования современного испытательного ездового цикла WLTC при расчете предельной механической характеристики тягового электродвигателя в составе электрической трансмиссии автомобиля для определения некоторых эксплуатационных параметров и основных механических характеристик тягового электрического двигателя.
Бесплатно
Статья научная
Авторами статьи определен уровень надежности бесступенчатого дифференциального механизма поворота со следящей системой управления (БДМПсССУ), достигнутый на стадии его проектирования и изготовления. По результатам анализа структуры данного механизма определено понятие отказа БДМПсССУ. Математическая модель надежности БДМПсССУ как восстанавливаемого изделия получена по графу состояний с учетом ряда допущений, основным из которых является допущение о стационарности, отсутствии последействия и ординарности процесса функционирования изделия. При определении параметров математической модели БДМПсССУ использованы статистические данные об интенсивностях отказов и наработок на отказ составных частей изделия, полученные в процессе испытаний приборов-аналогов. Решением системы дифференциальных уравнений Колмогорова при заданных начальных условиях определена функция готовности изделия. Функция готовности рассчитана с учетом нагрузок, которые возникают при эксплуатации БДМПсССУ в составе подвижного объекта, введением поправочного коэффициента для интенсивностей отказов элементов изделия. С использованием функции готовности определены величина наработки на отказ (показатель безотказности) и величина срока службы (показателя долговечности). Оба показателя надежности удовлетворяют требованиям задания. Особенность приведенных расчетов надежности БДМПсССУ в том, что в них сделан акцент на конструктивные, а не на производственные и эксплуатационные отказы. Это позволило убедиться в грамотности принятых на этапе проектирования БДМПсССУ решений, в том числе решения об унификации и стандартизации деталей, узлов, решения об использовании высоконадежных элементов и узлов. Это оправдано не только повышением надежности изделия, но и сокращением его стоимости.
Бесплатно
Расчет оптимального времени истечения жидкого снаряда из сопла импульсного эжектора
Статья научная
Статья посвящена струйным насосам, которые ввиду простоты их конструкции получили широкое распространение в энергетической, металлургической, химической, нефтяной и газовой промышленности. Большинство исследователей, занимающихся струйными аппаратами, утверждают, что применение струйных аппаратов с прерыванием струи более эффективно, чем классическая схема струйного аппарата. Рассмотрен рабочий процесс эжектора с прерывистой струей или импульсного эжектора, состоящий из фазы разгона и фазы торможения. В данной статье рассматривается только первая часть рабочего процесса - фаза разгона, которая происходит при открытии канала сопла. В фазе разгона жидкости передается энергия, необходимая для совершения работы. Исследование фазы разгона позволит рассчитывать оптимальное время истечения жидкости через сопло, что позволит улучшить экстремальные характеристики эжектора с прерывистой струей, снизить затраты энергии и увеличить КПД струйного аппарата. В статье описано уравнение энергии для нестационарного истечения жидкости через сопло в дифференциальном виде, получена аналитическая зависимость мгновенной скорости истечения жидкости через сопло в функции от перепада давления на сопле, плотности жидкости, инерционной длины сопла, коэффициента сопротивления сопла и времени истечения. Проиллюстрированы зависимости мгновенной скорости истечения от времени истечения для разных значений перепада давления и инерционной длины сопла. Исходя из полученных зависимостей, определено влияние времени истечения на мгновенную скорость и энергию жидкого снаряда. Разработана методика для определения оптимального времени истечения жидкости через сопло и приведен пример расчета этого времени.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены условия работы трибосопряжения «поршневой палец -верхняя головка шатуна». Выполнен расчет гидромеханических характеристик на примере расчета динамики сложнонагруженного подшипника. Показаны условия перехода жидкостного режима трения в граничный режим. Выполнено сравнение расчетных и экспериментальных данных.
Бесплатно
Расчет ресурса деталей при случайном независимом многопараметрическом нагружении
Статья научная
Приводится новая методика расчетной оценки долговечности деталей при многоцикловом усталостном повреждении, основанная на использовании структурной модели материала. Методика позволяет рассматривать случай многопараметрического нагружения при сложном напряженном состоянии с учетом рассеяния усталостных характеристик материала. Применение методики иллюстрируется на примере расчета тяжелонагруженных элементов машин, работающих в условиях взаимодействия со случайной средой.
Бесплатно
Расчет теплового режима электрического генератора микрогазотурбинной установки
Статья научная
Приведен метод расчета теплового режима работы электрического генератора микрогазотурбинной установки. Выполнен анализ влияния параметров процесса на уровень температур в элементах генератора.
Бесплатно
Расчет упругих характеристик измерительных диафрагм датчиков давления
Статья научная
Рассмотрен процесс деформирования тонких металлических оболочек в виде гофрированных мембран, используемых в датчиках давления.
Бесплатно
