Расчет и конструирование. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Новая техника для уплотнения земляного полотна
Статья научная
Изложены основные принципы уплотнения грунтов при устройстве земляного полотна различными механизмами. Представлены конструктивные решения и рассмотрена принципиальная схема конусного раскатчика дорожно-строительных машин для глубокого уплотнения грунтов при возведении земляного полотна. Отмечается, что разрушение дорожного покрытия автомобильных дорог происходит, как правило, в результате деформаций земляного полотна, в большинстве случаев связанных с недоуплотнением грунтов, дефекты земляного полотна зачастую являются следствием нарушений технологий строительного процесса и использования морально устаревшей дорожно-строительной техники. Мелкие нарушения и повреждения перерастают в опасные деформации, что создаёт аварийные ситуации и приводит к существенному снижению и ограничению скоростей движения транспортных средств и, как следствие, к большим экономическим потерям. Сформулированы основные преимущества новой технологии уплотнения с использованием конусообразных раскатчиков. Раскатка - это непрерывный процесс образования коническо-цилиндрической полости путём деформации и уплотнения грунта конусообразным раскатывающим рабочим механизмом. Задача новой техники - создать условия для максимального выхода воздуха из массива уплотняемого материала. Реализуемая при этом технология названа нами воздухоудаляющей, а существующая - воздухозапрессовочной. Для понимания процесса уплотнения грунта новым рабочим оборудованием рассмотрен силовой баланс между усилием подачи и силами сопротивления внедрению конуса при его погружении. Приведены зависимости для расчета суммарного крутящего момента и мощности привода, которые нужно приложить к ведомому валу, чтобы заставить катиться конусное устройство раскатчика в зависимости от геометрических параметров конусного рабочего органа и физико-механических свойств уплотняемых грунтов. Потребительские свойства нового средства уплотнения значительно выше существующей техники: если толщина уплотняемого слоя грунта в насыпи при существующей технологии не превышает полуметра, то для конусного раскатчика практически не зависит от толщины (высоты) уплотняемого слоя. После глубокого уплотнения грунта конусным раскатчиком и заполнения образовавшихся котлованов (скважин) более прочным материалом устраняется просадочность земляного полотна за счет повышения плотности, снижения склонности грунта к водонасыщению, т. е. в несколько раз повышается его несущая способность.
Бесплатно
Новые аналитические законы и универсальные константы внешнего и внутреннего предельного трения
Статья научная
Приведены результаты разработанной автором динамической теории предельного трения, содержащей механическую модель динамического взаимодействия пары трения, а также аналитические законы, устанавливающие зависимость силы трения от времени остановки и от скорости тангенциального нагружения фрикционного контакта и указывающие на существование в природе новых универсальных физических констант в виде предельно возможных коэффициентов, сил и углов трения покоя и движения. Приведена расчетная сводная диаграмма перехода тела от покоя к движению, охватывающая фазы предварительного смещения и возникновения фрикционных автоколебаний, а также режимы сухого, смешанного и жидкостного трения.
Бесплатно
Новые уравнения для решения задач динамики и синтеза систем твёрдых тел
Статья научная
Из формул вычисления силовых факторов (ФВСФ) в сочленениях систем твердых тел (СТТ), представленных в [1], получены их новые виды, на основе которых эффективно выписываются уравнения динамики (УД) конкретных СТТ, а также решаются задачи анализа и синтеза СТТ с заданными динамическими свойствами. Приведены примеры
Бесплатно
Новые формулы для динамического силового анализа плоских рычажных механизмов
Статья научная
Получены новые формулы вычисления сил и моментов сил, действующих в кинематических парах плоских рычажных механизмов (ПРМ) для заданных законов изменения обобщённых координат.
Бесплатно
Новый векторный вид уравнений динамики систем тел
Статья научная
Получен новый векторный вид уравнений динамики (УД) произвольной системы абсолютно твёрдых тел (СТТ), позволяющий элементарно выводить УД конкретных СТТ и решать задачи синтеза СТТ с заданными свойствами.
Бесплатно
О задаче стационарного поворота автопоездов
Статья научная
Рассмотрен подход к составлению модели стационарного поворота автопоезда, основанный на взаимодействии опорных площадок контакта с грунтом как фрикционной пары трения с постоянным или переменным коэффициентом.
Бесплатно
О минимуме сопротивления сверхзвукового летательного аппарата с коническим стабилизатором
Статья научная
Проведен анализ особенностей обтекания летательного аппарата с коническим стабилизирующим устройством. Рассматриваются качественные особенности сверхзвукового обтекания, связанные с характеристиками сопротивления аэродинамической конфигурации, имеющей стабилизирующие устройства в виде усеченного конуса. Результаты расчетных исследований сопоставлены с экспериментальными данными. Особое внимание уделено физической стороне вопросов обтекания рассматриваемых конфигураций и выяснению механизмов возникновения минимума у коэффициента сопротивления компоновки летательного аппарата, не имеющего крыльев. Изучен общий для аэродинамических компоновок с хвостовым коническим стабилизатором механизм возникновения минимума сопротивления.
Бесплатно
О нелокальном использовании результатов локального анализа динамических систем
Статья научная
Численным методам интегрирования дифференциальных уравнений движения динамических систем, несмотря на их крайне широкое распространение в инженерной и научной деятельности, присущи определенные недостатки. Так, получив численное решение дифференциальных уравнений для конкретной точки пространства параметров динамической системы (что с точки зрения инженерной практики соответствует конкретной конструкции технического объекта), в общем случае нельзя гарантировать, что результаты будут справедливы для других точек данного пространства (для других конструкций). Такое обобщение, нелокальное использование результатов локального анализа, возможно лишь в том случае, если исследуемая динамическая система обладает определенными свойствами. В статье рассматривается вопрос: при каких условиях результаты, полученные при построении законов движения исследуемой динамической системы численным интегрированием дифференциальных уравнений движения ее математической модели (т. е. «просчетом» одной точки пространства параметров), могут быть использованы «нелокально», т. е. могут быть распространены на все пространство конструктивных параметров исследуемой динамической системы? Для решения вопроса о возможности «нелокального использования результатов локального анализа динамических систем» достаточно привести уравнения движения исследуемой динамической системы к нормальному виду и далее убедиться в том, что в расширенном пространстве конструктивных параметров исследуемой динамической системы правые части упомянутой выше нормальной формы удовлетворяют условиям Липшица. В настоящей статье на примере динамической системы, описывающей движение транспортного средства с адаптивной подвеской по непрямолинейному дорожному профилю, рассматривается вопрос возможности обобщения результатов локального анализа на нелокальную область.
Бесплатно
О перспективном гибридном ракетном двигателе с возможностью глубокого регулирования
Статья научная
Приведено описание новой схемы гибридного ракетного двигателя, на который подана заявка на патент на изобретение Российской Федерации («Гибридный ракетный двигатель» 02.07.2012 рег. № 2012128309 вх. № 044173).
Бесплатно
О построении математической модели грузового автомобиля «Урал» с колесной формулой 4 x 4
Статья научная
В статье рассматриваются особенности моделирования прямолинейного движения грузового автомобиля при исследовании нелинейных характеристик элементов подвески. Проводится анализ принятой модели аппроксимации нелинейных характеристик подвески.
Бесплатно
О построении рабочей характеристики амортизатора автомобиля
Статья научная
В работе приводится аппроксимация рабочей характеристики амортизатора аналитической функцией
Бесплатно
О применении метода Даламбера к составлению уравнений криволинейного движения транспортных машин
Статья научная
В статье на основе общей теории движения плоского тела определяются границы применимости метода Даламбера к составлению уравнений криволинейного движения транспортных машин и других средств.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена работа поршневой пары грузопоршневого манометра, работающего в области малых давлений. Цилиндр поршневой пары выполнен из пьезоактивного материала, что обеспечивает создание колебаний в направлении зазора и реализацию так называемого вибронесущего смазочного слоя газа. Проведен численный и аналитический анализ характеристик смазочного слоя с целью оценки его метрологических и эксплуатационных характеристик, включая расчет расхода газа, величина которого является одной из основных характеристик, определяющих качество и цену поршневой пары. Показано, что при равномерной вибрации и профилировании зазора в виде малой конусности можно создать противорасход газа, величина которого, уже при степени сдавливания слоя газа 0,2, компенсирует рабочий расход газа грузопоршневого манометра (максимальный перепад 2,5 кПа).
Бесплатно
О разработке математической модели теплоэнергетических процессов в сложных инженерных объектах
Статья научная
Рассмотрена интегрированная система индивидуального учета, распределения и потребления энергетических ресурсов. Ядром системы является математическая модель теплоэнергетических процессов в сложных инженерных объектах. Предложены принципы построения математической модели на основе системного подхода к анализу теплового состояния инженерных объектов. Определены требования к математической модели. Разработана функциональная структура математической модели теплоэнергетических процессов в сложных инженерных объектах.
Бесплатно
Об одном способе ультразвукового бурения скважин для забора грунта на небесных телах
Статья научная
В статье рассматриваются технические и теоретические вопросы разработки ультразвукового бура для проведения бурения грунта на небесных телах. Специфика применения бура предполагает малое потребление энергии, эффективный рабочий цикл и широчайший диапазон температур при эксплуатации. Одним из перспективных направлений разработки являются устройства, имеющие вибрационную развязку с грунтом за счёт трансформации ультразвуковых колебаний в повторяющиеся удары звуковой частоты посредством специально введённого «свободного» тела между ультразвуковой и ударной частью устройства. Это позволяет сохранить работоспособность устройства и проводить бурение независимо от состояния ударного бита, включая даже его временное заклинивание. Рассмотрены основные технические решения как отечественных, так и зарубежных авторов, сделан анализ и оценены конструктивные схемы, условия эксплуатации, возможности и ограничения. Проанализирован также ряд теоретических работ, и обнаружено, что изложенные в них материалы не содержат развернутых математических моделей, необходимых для имитационного моделирования на стадии проектирования и оптимизации конструкции. В теоретической части статьи рассматривается сосредоточенная математическая модель, полученная на основе эквивалентных параметров, полученных из распределенного описания элементов конструкции бура в численных системах расчёта. Использованы уравнения математической физики, классической механики, элементы теории удара и теории подобия. Проведено параметрическое исследование и, в частности, получены зависимости частоты колебаний свободного тела от величины ударного зазора, массы тела и амплитуды колебаний концентратора. Рассмотренная модель может быть использована для имитационного моделирования при разработке конструкции бура.
Бесплатно
Об энерго- и ресурсосбережении при эксплуатации водовоздушных струйных насосов
Статья научная
Проанализированы пути оптимизации водовоздушного струйного насоса на основе экстремальных характеристик. Показано, что существенное повышение эффективности работы водовоздушного струйного насоса возможно за счет снижения противодавления, применения диффузора и побудителя пассивного потока. Предложено конструктивное решение по снижению давления за струйным насосом.
Бесплатно
Статья научная
Предложена методика прогнозирования прочностной надежности элементов несущих систем дорожно-строительных машин, включающая этапы моделирования рабочих процессов в условиях реальной эксплуатации, конечно-элементный анализ напряженного состояния деталей и моделирование процессов формирования усталостных повреждений.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены наиболее известные реологические модели моторных масел, используемые при расчётах динамики подшипников скольжения коленчатого вала. Наибольшее распространение получили модели, учитывающие нелинейное поведение вязкости. Выполнен обзор некоторых методик расчёта подшипников скольжения, учитывающих неньютоновское поведение смазочного материала.
Бесплатно
Обобщенная модель стационарного поворота произвольного транспортного средства
Статья научная
Статья посвящена методике построения математической модели криволинейного движения произвольного транспортного средства. Предлагаемый подход позволяет описать поворот машины с любой схемой трансмиссии при ее движении по любому грунтовому фону. Вертикальными колебаниями корпуса на данном этапе пренебрегли и ограничились рассмотрением плоского движения. Поэтому уравнения движения имеют вид алгебраических уравнений. Входящие в них неизвестные реакции грунта записаны на основе математической теории трения. В этом случае тяговое усилие, боковая сдвигающая сила и стабилизирующий момент в контакте колеса с грунтом являются функцией неизвестных координат мгновенного центра скольжения. Это сводит силовую задачу к кинематике движения колеса и позволяет решать их одновременно, учитывая их взаимосвязь и взаимозависимость. Далее в статье рассмотрена кинематика движения колеса при повороте машины и выведены недостающие уравнения голономных и неголономных связей, накладываемых на неизвестные координаты мгновенных центров скольжения. Уравнения голономных (геометрических) связей отражают положение колеса и угол установки его относительно корпуса машины. Уравнений неголономных (кинематических) связей описывают тип трансмиссии и режим движения колеса (ведущее, ведомое, тормозное). В статье даны примеры уравнений неголономных связей для различных видов трансмиссий. Описание каждого колеса индивидуально, с учетом его размеров контакта и нормальной нагрузки, в результате позволяет получить развиваемое им тяговое усилие и величину буксования. Для наглядности реализации предложенной методики в статье приведен пример составления математической модели для колесного малогабаритного трактора «Уралец» производства Челябинского тракторного завода с нетрадиционной схемой управления поворотом. Данная модель проверена экспериментально, что подтверждает применимость предложенного подхода.
Бесплатно
Обоснование выбора конструкции питателя роторного снегоочистителя, исходя из условий эксплуатации
Статья научная
Проектная деятельность в области машиностроения должна быть обеспечена наличием относительно простых соотношений, на основании которых можно делать выводы об эффективности, ресурсном состоянии или о вариантах применения рабочих органов строительно-дорожных машин. Наличие таких показателей дает возможность делать обоснованный выбор в пользу той или иной конструктивной схемы, геометрических и кинематических параметров рабочих органов машин, в том числе роторных снегоочистителей. Таким образом, задача, поставленная при проведении исследования, в первую очередь, заключается в необходимости оценить возможность обоснования эффективности внедрения и применения каких-либо конструкторских решений на ранних стадиях проектирования машин, что, в свою очередь, подразумевает решение таких вопросов, как обоснование показателей, на основе которых будет даваться оценка об эффективности и описание механизма получения их расчетных значений. В результате проведенных исследований были получены аналитические выражения вырезаемых объемов снежной массы горизонтальной и вертикальной фрезами питателя роторного снегоочистителя. Произведена оценка времени транспортирования вырезанной снежной массы. Показана степень влияния ряда конструктивных и технологических параметров на величину вырезаемой снежной массы и время ее транспортирования. В результате исследований определена область значений, в которой длина траектории вырезания снежной массы для горизонтальной фрезы меньше длины траектории вырезания снежной массы для вертикальной фрезы.
Бесплатно
