Расчет и конструирование. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Анализ поломок валов питательных насосов мощных энергоблоков
Статья научная
Проводится анализ причин серии поломок вала питательных насосов ПН 1500-350-4, а также результаты численных расчетов динамики жидкости в пусковом устройстве питательных насосов, промышленных испытаний по исследованию динамики ротора в пусковых и рабочих режимах.
Бесплатно
Анализ ударно-волновых нагрузок на ракету, пусковую установку и контейнер в процессе старта
Статья научная
Представлены результаты численного моделирования с помощью программного комплекса ANSYS FLUENT ударно-волновых нагрузок на ракету, транспортно-пусковой контейнер и шахтную пусковую установку в период раскрытия контейнерного подракетного пространства, когда днище ракеты сходит с кромки пускового контейнера. На основании тестовых расчетов была подобрана комбинация схем, позволяющая получать достаточно быстро устойчивое сходящееся решение. В статье даны рекомендации по построению сеточной модели, выборе метода перестроения сеток, задании физической модели газа, в том числе и моделей турбулентности, выборе схемы дискретизации по пространству. Для снижения временных затрат и вычислительных ресурсов использовалась гексаэдрическая двумерная сетка, симметричная относительно оси ракеты, построенная инструментами сеточного генератора ANSYS ICEM CFD. Использование данного типа сетки, позволило выстроить ее в соответствии с распространением фронта ударной волны. В статье отмечается, что возможны различные подходы к решению задач с подвижными границами, а именно с использованием динамических и скользящих сеток. При этом закон движения определялся с помощью специальной пользовательской функции Motion UDF/Profile. Данная функция записывалась на языке C++ и компилировалась в бинарный файл. Расчеты ударно-волновых нагрузок по приведенному алгоритму исследования позволили выявить ряд особенностей в нагружении пускового контейнера, связанные с распространением волн разряжения-сжатия в каналах пусковой установки. Произведена оценка влияния параметров продуктов сгорания порохового аккумулятора давления на распространение и величину ударных волн в каналах пусковой установки и в окрестности ракеты не только качественно, но и количественно.
Бесплатно
Статья научная
В статье на базе анализа условий реализации рабочего цикла в камере сгорания тепловой машины (двигателя внутреннего сгорания) новой схемы делается предложение о комплексном аналитическом описании процессов, составляющих её рабочий цикл. Кратко анализируются принципиальные конструктивные схемы новых тепловых машин с механизмом преобразования возвратно-поступательного движения их поршней во вращательное грузового вала. На основе уравнений термодинамики, механики и теории двигателй внутреннего сгорания с использованием ступенчатой функции Хевисайда формируется система уравнений, описывающих характер протекания параметров и показателей цикла в условиях использования тепловой машины на режимах полных (и близких к ним) нагрузок. Применительно к конкретной схеме бескривошипной поршневой машины (двигателя) приводятся примеры численной оценки параметров и показателей рабочего цикла такой тепловой машины. Показывается, что в сходственных условиях реализации рабочего цикла в бескривошипной поршневой машине (двигателе) и двигателе с кривошипно-шатунным механизмом, в бескривошипном двигателе (с двухпериодной беговой дорожкой) то же значение мощности реализуется при частотах вращения в два раза меньших, чем в двигателях внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом. Делается рекомендация о возможности и целесообразности применения бескривошипных поршневых машин-двигателей в качестве источников механической энергии.
Бесплатно
Аналитическое решение задачи о течении газа в профилированном капилляре с вибрацией его стенок
Статья научная
Построена математическая модель течения газа в профилированном капилляре с вибрацией его стенок. Получено аналитическое решение для функции давления и потока газа при использовании асимптотического анализа при бесконечно большой частоте вибрации. Рассмотрены частные варианты решения и показано их совпадение с решением Пуазейля. Произведено сравнение результатов аналитического решения с численным при конечном значении частоты вибрации.
Бесплатно
Бесступенчатые передачи и закон изменения их передаточных чисел
Статья научная
В настоящее время с целью эффективного использования энергетических ресурсов двигателя и реализации требуемых показателей тягово-скоростных и топливно-экономических свойств автомобиля производители стремятся придать конструкции трансмиссии определённые свойства, которые позволят обеспечить наиболее полное согласование их совместной работы. Однако даже оптимальное конструктивное решение не может быть универсальным, т. е. то, что хорошо для одних условий эксплуатации, не эффективно для других условий. Поэтому сегодня экономически целесообразным считается создание транспортных средств, предназначенных для определённого, сравнительно узкого диапазона условий эксплуатации. Широкий спектр современных бесступенчатых передач, а также систем автоматического управления дают возможность кардинально поменять подход к проектированию трансмиссий транспортных средств. Остается только определиться с алгоритмами изменения передаточного числа бесступенчатой трансмиссии. Предлагается методика выбора оптимальных передаточных чисел бесступенчатой трансмиссии автомобиля с учетом режимов движения и работы его двигателя. Полученные результаты расчета тягово-динамических и топливно-экономических показателей автомобиля с бесступенчатой трансмиссией, передаточные числа которой во время движения изменялись в соответствии с предлагаемой методикой, в сравнении с реально существующим прототипом, подтвердили принятую гипотезу оптимизации и дают все основания для рекомендации применения данной методики на практике при выборе передаточных чисел бесступенчатой трансмиссии в зависимости от режима движения автомобиля.
Бесплатно
Быстрый метод расчёта опорной траектории спускаемого летательного аппарата
Статья научная
Предложен новый метод расчёта опорной траектории спускаемого с орбиты искусственного спутника Земли летательного аппарата. Метод основан на результатах, полученных в работе [1], и включает алгоритм автоматического выбора шага интегрирования и модифицированные формулы многошагового метода Адамса на участке смены шага интегрирования. Метод успешно применялся при решении ряда практических задач.
Бесплатно
Вероятность безотказной работы зубчатых цилиндрических передач: глубинная контактная выносливость
Статья научная
Надежность технической системы обуславливается сохраняемостью, ремонтопригодностью, долговечностью и безотказностью. Вероятность безотказной работы как количественная оценка безотказности является важным параметром надежности зубчатых передач. Расчет вероятности безотказной работы ведется по различным критериям - возможным видам отказа передачи. У поверхностно-упрочненных зубчатых цилиндрических передач такими отказами являются: поломка зубьев (критерий изгибной выносливости), выкрашивание рабочих поверхностей зуба (критерий контактной выносливости), глубинное выкрашивание рабочих поверхностей зуба (критерий глубинной контактной выносливости). Цель статьи - разработать методику расчета вероятности безотказной работы поверхностно-упрочненных зубчатых цилиндрических передач по критерию глубинной контактной выносливости. Объект исследования - поверхностно-упрочненные цилиндрические прямозубые и косозубые передачи. В статье выполнен анализ существующих методик оценки надежности зубчатых цилиндрических передач по критерию глубинной контактной выносливости. Разработан алгоритм и представлены расчетные формулы для определения вероятности безотказной работы зубчатой цилиндрической передачи по критерию глубинной контактной выносливости. Для определения действующих напряжений внутри тела зуба используются формулы, основанные на обобщенном критерии предельного состояния Лебедева-Писаренко для структурно неоднородного материала. Для определения функции плотности распределения контактных напряжений в методике реализованы инструменты непараметрической статистики. Реализация разработанной методики и сравнение результатов расчета со значениями вероятности безотказной работы рассчитываемой передачи по критериям контактной и изгибной выносливости показало, что при увеличении максимального крутящего момента лимитирующим критерием безотказности передачи становится глубинная контактная выносливость. Разработанная методика может служить частью методологии проверочного расчета зубчатых цилиндрических передач, основанной на численных методах моделирования.
Бесплатно
Статья научная
Потребность в совершенствовании приводов машин и механизмов требует постоянного развития альтернативных приводных технологий, в ряду которых находятся магнитореологические, магнитодинамические и магнитожидкостные технологии. Магнитореологические, магнитодинамические и магнитожидкостные устройства за последние годы успели хорошо себя зарекомендовать, поэтому их дальнейшее развитие оценивается, как вполне рациональное решение. Перспективным инновационным направлением в приводных системах являются магнитореологические приводы комбинированного типа. В подобных приводных системах управление расходом магнитореологической рабочей среды осуществляется не только за счет изменения ее вязкости, но и посредством генерации реологических эффектов. Очевидно, что в комбинированных магнитореологических системах на магнитореологическую рабочую жидкость оказывается дополнительное стороннее сдвиговое воздействие. Это вызывает потребность пересмотра подхода к оценке вязкости рабочей среды в магнитореологических приводах комбинированного типа. При расчете и моделировании традиционных магнитореологических систем или магнитореологических систем комбинированного типа важной задачей является оценка вязкостных характеристик рабочей среды и прогнозирование возникновения в ней возможных реологических аномалий. В статье описывается методика моделирования вязкостных свойств магнитореологической рабочей среды. Отличительной особенностью предложенного метода является то, что он позволяет учитывать влияние внешних электромагнитных полей на градиент скорости сдвига слоев магнитореологической жидкости. В тексте представлены результаты численного моделирования, выполненные в пакете прикладных программ Matlab. Результаты компьютерного эксперимента показывают возможность предложенного метода оценивать влияние внешних полей на значение смещения слоев под действием сдвиговых напряжений и электромагнитной составляющей. Это позволяет определять вероятное возникновение вязкопластичных, псевдопластичных и дилатантных свойств магнитореологической рабочей среды и появление реологических эффектов, свойственных магнитореологическим рабочим средам.
Бесплатно
Статья научная
Представленные в статье исследования относятся к области аэродинамики летательных аппаратов, они направлены на улучшение точности моделирования отрывных течений с использованием RANS-модели турбулентности. Для проведения исследований использован метод математического моделирования с применением пакета прикладных программ вычислительной гидрогазодинамики. По результатам численного моделирования проведена оценка влияния уменьшения константы a1RANS-модели турбулентности (k-ω SST Ментера) на параметры обтекания авиационного профиля NACA 0012. Исследуемое течение принято несжимаемым, трехмерным, число Рейнольдса Re = 3.106, диапазон исследуемых углов атаки α = 0…15°. Использована гексагональная сеточная модель, пограничный слой выполнен из условия ограничения безразмерного расстояния до стенки Y+
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено влияние конструктивных особенностей на жесткость механизма с параллельными кинематическими цепями с шестью степенями. Показано, что наибольшая жесткость соответствует механизму со сдвоенными шарнирами.
Бесплатно
Статья научная
Приводится анализ взаимосвязей между коэффициентом сопротивления передвижению гусеничной транспортно-тяговой машины по деформируемой опорной поверхности и основными конструктивными параметрами гусеничного движителя для различных условий работы.
Бесплатно
Статья научная
Формулируется задача расчёта гидромеханических характеристик (ГМХ) сложнонагруженных подшипников скольжения, у которых форма поперечного сечения поверхностей, ограничивающих смазочный слой, отличается от идеальной (круглоцилиндрической) формы. Анализируются результаты расчёта ГМХ шатунного подшипника коленчатого вала дизельного двигателя при наличии овальностей шатунной шейки и вкладыша.
Бесплатно
Влияние профиля днища камеры сгорания в дизеле на распределение температуры горящей смеси
Статья научная
Определено распределение температуры рабочего тела в цилиндре и камере сгорания с различной формой поперечного сечения, обусловленное сгоранием топлива и движением газовой смеси. Отмечено влияние на температурную неоднородность рабочего тела направления потоков газовой смеси, обусловленного отклоняющим действием выступа на днище камеры сгорания, и установлены области с наиболее высокими температурами в объеме камер сгорания различной формы.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена методика определения подвижных (отверстия в шатунной шейке коленчатого вала) и неподвижных (канавки на поверхности вкладышей) источников смазки для подачи смазки в смазочный слой сложнонагруженного подшипника скольжения теплового двигателя. Для расчета поля гидродинамических давлений в слое смазки подшипника рассматриваются два алгоритма интегрирования модифицированного уравнения Элрода для оценки степени заполнения зазора. Проведенные расчетные исследования показали, что разработанные расчетные алгоритмы оказались эффективными как для расчета статически, так и динамически нагруженных трибосопряжений. Однако для первой модификации были отмечены численные колебания искомой функции на границе восстановления смазочного слоя, особенно для высоких значений относительного эксцентриситета, что характерно для подшипников коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Вторая модификация, для которой использовался метод конечных разностей, характеризуется относительной простотой численной реализации и стабильностью итерационной процедуры. Предложенные методики были использованы при расчетном анализе сложнонагруженных трибосопряжений, к которым относятся шатунные подшипники коленчатого вала теплового двигателя. Для двигателей КамАЗ и ДМ-21 было рассмотрено влияние расположения источников смазки на гидромеханические характеристики (ГМХ) сложнонагруженных подшипников скольжения. Для дизеля КамАЗ проведены параметрические исследования, заключающиеся в определении наиболее рационального расположения отверстия для подачи смазки в шатунной шейке. При этом были рассчитаны все основные ГМХ трибосопряжения и на основании их анализа были предложены наиболее оптимальные решения. Для дизеля ДМ-21 предложены оригинальные схемы расположения частичных и полных маслоподающих канавок для распределения и для подачи смазки в шатунные подшипники. Кроме того, показано, что дополнительным методом улучшения гидромеханических характеристик является выбор моторного масла с улучшенными вязкостно-температурными характеристиками, позволяющий улучшить основные гидромеханические характеристики в пределах 10-20 %.
Бесплатно
Статья научная
Расчетным исследованием рабочего цикла определен оптимальный угол максимальной скорости сгорания в HCCI двигателе, при котором достигаются наилучшие индикаторные показатели. Увеличение степени рециркуляции отработавших газов предложено применять при соответствующем повышении температуры в начале сжатия.
Бесплатно
Статья научная
Разработана модель процесса сгорания двухкомпонентного топлива, в которой отдельно описываются процессы сгорания для каждого компонента, протекающие одновременно по законам химической кинетики с переменными энергиями активации. Выполнены расчеты рабочего цикла двигателя с воспламенением гомогенного заряда от сжатия при использовании в качестве топлива смеси диметилового эфира и метана. Проанализировано флегматизирующее влияние метана на способность к самовоспламенению диметилового эфира.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время использование стандартных технико-экономических показателей горнодобывающего предприятия для учета процессов эксплуатации и ремонта большегрузных карьерных автосамосвалов БелАЗ не обеспечивает полного понимания причин выхода из строя этих машин и всего горного оборудования. Это затрудняет определение первоначальных причин отказов и условий их появления, что, в свою очередь, мешает разработке более эффективных стратегий технического обслуживания и ремонта автосамосвалов БелАЗ. Для решения этой проблемы необходимо использовать формулы расчета показателей безотказности, такие как формула Стеджерса и математическое ожидание наработки до отказа. Эти методы позволяют более точно определить вероятность возникновения отказов и выявить наиболее возможные причины их появления. Таким образом, они способствуют более эффективному управлению рисками отказа оборудования и повышению надежности системы использования большегрузных карьерных автосамосвалов БелАЗ и их ремонта. Однако использование формул расчета показателей безотказности требует более высокой квалификации работников горнодобывающего предприятия, дополнительных знаний и навыков в области машиноведения, математики и статистики. В целом использование технико-экономических показателей в сочетании с формулами расчета показателей безотказности является важным инструментом для повышения эффективности и надежности системы использования автосамосвалов БелАЗ и их ремонта на горнодобывающем предприятии. Однако для достижения максимальной эффективности эксплуатации оборудования необходимо учитывать все возможные факторы, влияющие на процесс эксплуатации и ремонта большегрузных карьерных автосамосвалов БелАЗ, а также постоянно улучшать методы и инструменты управления рисками.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена расчётная схема учёта зазоров и образования области особых положений в реальных механизмах и выявлена внутрицикловая переменность их структуры в результате вокального вырождения и восстановления их кинематических пар. Предложены обобщённые критерии существования в механизме области особых положений и на основании предлагаемой теоремы об образовании области особых положений исследованы размеры этой области в механизмах с зазорами в кинематических парах.
Бесплатно
Вопросы оптимального проектирования мощных центробежных насосов тепловых электрических станций
Статья научная
На примере питательного насоса тепловой электрической станции конструкция мощной центробежной гидромашины подразделяется на несколько функциональных групп, отвечающих за обмен, преобразование энергии и ориентированных на передачу потоку жидкости приводной мощности. Анализом каждой функциональной группы формулируются положения оптимального проектирования центробежных насосов с высокими КПД и показателями надежности. Впервые материалы исследования были представлены на конференции в г. Дрезден в 2003 году.
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
