Расчет и конструирование. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
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
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
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
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
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
Исследование нагруженности приводов подач машины для безогневой резки труб большого диаметра
Статья научная
Проведены исследования нагруженности приводов подач машины безогневой резки труб (МРТ) новой конструкции. В ходе исследований получены необходимые зависимости для расчета мощности приводов. Новая конструкция машины позволяет исключить поломку инструмента и элементов машины, повышает безопасность работы оператора при врезании инструмента. Результаты исследования использованы при проектировании опытного образца новой конструкции МРТ.
Бесплатно
Статья научная
Изложены результаты исследования проточной части вихревого расходомера. Произведена верификация результатов численного моделирования течения в проточной части вихревого расходомера с физическим экспериментом. При моделировании течения в пакете COSMOS FlowWorks использовалась «k-e»-модель турбулентности. Расчет выполнялся на прямоугольной расчетной сетке, содержащей до 3,5 млн расчетных ячеек на заданной проточной части. Относительная погрешность численного моделирования составляет не более ±10,0 % для крайних точек скоростей потока и не более ±5 % для середины диапазона скоростей потока. При моделировании гидрогазодинамических процессов в проточной части вихревого расходомера для получения результата с относительной погрешностью не более ±5 % достаточно ограничиться числом расчетных ячеек не более 3,0 млн. Представлены результаты численного эксперимента с деформированной проточной частью в форме овала, а также с литейными уклонами и радиусами и показана степень влияния деформации проточной части вихревого расходомера для сжимаемой (воздух) и несжимаемой среды (вода) на амплитудно-частотные характеристики. Выявлено, что проточная часть, деформированная в направлении тела обтекания в эллипс, обладает наибольшей стабильностью и постоянством критериального числа Струхаля по сравнению с расчетной геометрией. Данные выводы послужили основанием для создания нового типа проточной части для вихревого расходомера (Патент на полезную модель № 140006 «Проточная часть для формирования потока в системах измерения расхода жидких и газообразных сред»). В качестве направлений будущих исследований целесообразно сосредоточится на исследовании влияния деформированной геометрии на стабилизацию генерацию вихрей при малых числах Рейнольдса, а также поиска оптимальной геометрии, способной расширить диапазон генерации стабильных вихрей в области малых чисел Re.
Бесплатно
Исследование подвижности быстроходной гусеничной машины при движении по заданной трассе
Статья научная
Приведены результаты имитационного моделирования движения машины при управлении штурвалом в функции пути, описанном последовательным набором участков различной кривизны. Проиллюстрировано преимущество автоматизированной системы управления поворотом при прохождении заданной на местности трассы.
Бесплатно
Исследование предельных режимов двухфазного эжектора
Статья научная
Уточнена математическая модель жидкостногазового эжектора с точки зрения анализа потенциальных возможностей аппарата. Рассмотрены предельные режимы по структуре двухфазного потока в камере смешения жидкостногазового эжектора, их влияние на теоретическую напорную характеристику струйного аппарата, результаты сравниваются с данными экспериментальных исследований.
Бесплатно
Исследование пространственных гидрогазодинамических эффектов в проточной части вихревого расходомера
Статья научная
Исследованы трехмерные гидрогазодинамические эффекты, создаваемые изменениями геометрической формы тела обтекания, в частности различной формой поперечного сечения по длине тела обтекания. Актуальность обусловлена недостатком информации по этому направлению на данный момент. Проведен анализ современных источников информации по исследованию трехмерных гидрогазодинамических эффектов в проточной части вихревого расходомера и других подобных устройств. Приведено краткое описание процесса вихреобразования за телом обтекания, расположенном в трубопроводе круглого сечения. Проведено исследование влияния тела обтекания с переменным поперечным сечением, расположенным в проточной части вихревого расходомера, на трехмерную структуру турбулентного потока вблизи тела обтекания и на расположенный ниже по потоку чувствительный элемент. Проточная часть была смоделирована в программном комплексе ANSYS в модуле CFX для жидкости и газа. Кроме численных расчетов проводились физические эксперименты на проливочных установках и на газовом стенде на базе ЗАО «ПГ «МЕТРАН». Исследовано изменение рабочей безразмерной характеристики числа Струхаля от числа Рейнольдса Sh(Re), вызванное различиями геометрических параметров тела обтекания, в частности изменяемой формой поперечного сечения по длине тела обтекания. Для этого были изготовлены и протестированы образцы тел обтекания с переменным поперечным сечением и соответствующие им численные модели. По результатам исследований было установлено, что тело обтекания с переменным поперечным сечением создает разрыв единого вихря в определенной точке в зависимости от скорости потока, в результате чего происходит изменение пространственной структуры вихревого потока и его амплитудно-частотной характеристики, что, в свою очередь, влияет на рабочую характеристику вихревого расходомера.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты имитационного моделирования движения машины с двухпоточной центральной трансмиссией, включающей гидродинамический трансформатор крутящего момента, гидрообъемную передачу и механизм свободного хода.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты имитационного моделирования переходных и установившихся режимов криволинейного движения быстроходной гусеничной машины с дифференциальным гидрообъемным механизмом поворота и двумя вариантами автоматических систем, работающих на снижение ошибки управления и перегрузки гидрообъемной передачи
Бесплатно
Статья научная
Нагруженность гидрообъёмной передачи в механизме поворота существенно влияет на управляемость быстроходной гусеничной машины в целом. С помощью математического моделирования гидравлических процессов появляется возможность исследовать последствия установки гидроаккумулятора в состав гидрообъёмного механизма поворота, оценить правильность выбора параметров на ранней стадии проектирования.
Бесплатно
