Численные методы моделирования. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Анализ системы управления демонстратора одного типа
Статья научная
Работа посвящена теме исследований в рамках работ, финансируемых из государственных фондов. В статье рассмотрена задача синтеза системы управления демонстратора одного типа. Приведена кинематическая схема демонстратора, расписаны дифференциальные уравнения его движения, приведены структурные схемы реализации каналов управления демонстратора по вертикальному положению и угловому положению. Произведен синтез параметров каналов системы управления, приведены результаты моделирования его движения. В ходе моделирования были определены предельные характеристики несбалансированности конструкции демонстратора, при которых сохранялась устойчивость системы управления. При этом принципы организации обратных связей, структуры корректирующих устройств и методики синтеза их параметров в системе соответствуют принятым подходам. Рассмотрены вопросы погрешностей системы управления с учетом статических погрешностей навигационной системы. При этом реализация навигационной системы предполагается на базе простых недорогих датчиков в рамках реализации ее как бесплатформенной инерциальной навигационной системы. Сделаны выводы о возможности вибрационных воздействий на конструкцию демонстратора в связи с режимами работы регуляторов, о необходимых динамических характеристиках навигационной системы, о мероприятиях, которые должны быть проведены по более точному определению параметров системы с целью качественного синтеза параметров регуляторов. В работе также приведены ссылки на современные литературные источники, что подтверждает актуальность темы статьи.
Бесплатно
Верификация модальной модели трансмиссии с целью прогнозирования NVH-параметров
Статья научная
Производители и покупатели современных автомобилей, обращают все большее внимание на виброакустические характеристики как на основной показатель комфорта. Шум и вибрация являются нежелательными явлениями и приводят к потерям энергии и сокращению срока эксплуатации, а уменьшение их уровня достигается применением современных методов оптимизации NVH-параметров трансмиссий. Неотъемлемой частью реализации данной методологии и одновременно целью предлагаемой работы является создание верифицированной модальной модели перспективной автоматической коробки передач (АКП). Данная модальная модель АКП должна адекватно описывать ее виброакустическое поведение в процессе эксплуатации. В работе приводятся результаты расчетного и экспериментального модального анализа как отдельных деталей АКП, так и АКП в сборе. При проведении экспериментального исследования использовался программно-аппаратный комплекс LMS Scadas Mobile SCM05 с программным обеспечением Simcenter Testlab в программном приложении Impact Testing. Обработка результатов экспериментального исследования осуществлялась в программном продукте Simcenter Testlab Modal Analysis с применением метода PolyMAX. Аналитическое исследование выполнялось с применением программного продукта Simcenter 3D с решателем Real Engenvalues и последующим преобразованием полученных результатов для проведения верификации. Верификация осуществлялась путем оценки степени сходимости модальных характеристик с помощью критерия модальной достоверности (MAC-критерий). Новизна исследования заключается в разработке верифицированной модальной модели перспективной АКП, позволяющей на ранних этапах проектирования выполнить оптимизацию NVH-параметров. В соответствии с целью работы была создана верифицированная модальная модель перспективной АКП. В результате проведенных расчетно-экспериментальных исследований были получены модальные характеристики отдельных элементов конструкции и АКП в сборе. Результаты исследования позволили уточнить комплекс методов и подходов для проведения исследований модальных характеристик, которые в дальнейшем могут быть использованы при проектировании транспортных машин.
Бесплатно
Влияние микроструктуры металла на процесс струеобразования
Статья научная
На основании обзора научно-технической литературы проводится анализ влияния микроструктуры материала кумулятивной облицовки на пробивную способность кумулятивных зарядов: в зависимости от среднего диаметра, прочности границ, однородности формы, размера и ориентации зерен металла. Выдвигается и обосновывается модель идеальной структуры металла кумулятивной облицовки. Проводится оценка современного уровня развития технологий производства кумулятивных облицовок, рассматриваются перспективные технологии, оценивается возможность создания кумулятивных облицовок с требуемой микроструктурой. Исходя из допущения о неделимости и целостности зерна металла, основанного на постулатах мезомеханического явления зернограничного скольжения, выдвигается идея о возможности проведения численных экспериментов по формированию кумулятивных струй с разным задаваемым шагом расчетной сетки. Проводится численный расчет функционирования кумулятивных зарядов конической и сложной коническо-кольцевой формы облицовки для стороны ячейки-зерна в 500, 250 и 125 мкм. Визуально оценивается эффективность процесса струеобразования в зависимости от величины зерна по выделяемым параметрам: направлениям векторов скоростей ячеек-зерен материала и вводимому параметру γ - угол между приведенным вектором скорости головной части струи и осью симметрии струеобразования. Полученные результаты коррелируют с существующими знаниями о физике процесса кумуляции: при уменьшении размера стороны ячейки-зерна направленность течения металла увеличивается, форма головной части струи «вытягивается». То есть предлагаемый способ численных исследований проблемы взаимосвязи микроструктуры кумулятивной облицовки и пробивающей способности кумулятивного заряда открывает широкие возможности в дальнейших исследованиях, в том числе при моделировании кумулятивных облицовок с более мелким зерном и при различных модификациях математической постановки задачи.
Бесплатно
Динамика летательного аппарата с системой смещения центра масс
Статья научная
Для современных летательных аппаратов осесимметричной формы, в том числе спускаемых аппаратов, аэробаллистических систем важным условием штатной эксплуатации является отсутствие асимметрий различного рода при условии, что они не были введены умышленно в процессе проектирования и производства конструкции. Асимметрии, вызванные изменением формы наружной поверхности, приводят к изменению массово-инерционных характеристик аппарата, смещению центра масс, появлению центробежных моментов инерции, возникновению аэродинамических моментов. Все это может привести к отклонению траектории полета летательного аппарата от номинальной, к увеличению нагрузок, действующих на конструкцию, в связи с возрастанием угла атаки величин аэродинамических сил и перегрузок. Ко всему прочему асимметрии могут приводить к резонансным явлениям в процессе движения. В работе представлена математическая модель движения летательного аппарата в атмосфере, позволяющая учитывать смещение центра масс, динамическую несбалансированность и аэродинамическую асимметрию. Проведено исследование влияния смещения центра масс, влияния аэродинамических моментов, приводящих к аэродинамической асимметрии, на движение летательных аппаратов без стабилизации и со стабилизацией вращением. Предложен закон для смещения центра масс летательного аппарата с целью создания составляющих подъемной силы как для коррекции возмущений, вызванных асимметриями, так и для пространственного маневрирования, позволяющего плавно изменять угол атаки и устанавливать аппарат в положении равновесия. Путем численного моделирования движения летательного аппарата со стабилизацией вращения показана эффективность применения смещения центра масс для снижения составляющих ускорений, угловых скоростей вращения и угла атаки.
Бесплатно
Дискретное твердотельное моделирование стандартных спиральных сверл
Статья научная
Для оперативного прогнозирования в службах технологической подготовки производства отклонений расположения осей отверстий, получаемых сверлением, необходимо рассчитывать деформации сверл от сил резания и закрепления в момент засверливания. Наиболее распространенным методом расчета деформаций сверл является метод конечных элементов, который отдельно или совместно с SPH-методом расчета процесса резания заготовок позволяет получить наиболее точные оценки увода сверл. В связи с этим возникает необходимость оперативного получения сеток конечных элементов, точно соответствующих геометрии инструментов для сверления. Ранее описанные в литературе аналитические геометрические модели либо аппроксимируются сплайнами, либо их решения основаны на итерационных подходах. В статье предлагается точный расчет поверхностей и кромок стандартных спиральных сверл на основе алгебры множеств и воксельного моделирования. Приводятся зависимости для описания главных задних поверхностей, полученных при заточке по плоскости, цилиндрической, конической (два типа заточки) и винтовой поверхностям, что, с учетом ранее опубликованных автором зависимостей для винтовых стружечных канавок, спинок и ленточек, позволяет получить геометрические модели практически всех стандартных спиральных сверл. Дальнейшее автоматическое преобразование рассчитанных вокселей в конечные элементы позволяет выполнить необходимые расчеты деформаций сверл, а вслед за этим оценить и положение получаемых отверстий деталей. Полученные зависимости были использованы для создания компьютерных программ, на базе чего были рассчитаны различные виды сверл: со всеми указанными выше типами задних поверхностей, с одной и двумя ленточками, с различными подточками ленточек. Таким образом, была доказана универсальность данной модели стандартных сверл и ее достаточность для получения конечно-элементных сеток.
Бесплатно
Статья научная
Метод введения жесткой кинематической связи в трансмиссии является одним из современных перспективных научно-технических направлений повышения энергоэффективности, проходимости и топливной экономичности транспортных средств. Жесткая кинематическая связь обеспечивается блокировкой соответствующего дифференциала. Жесткая кинематическая связь в трансмиссии вводится в случаях движения в сложных дорожных условиях со значительными силами внешних сопротивлений и неоднородной в сцепном отношении опорной поверхностью. Подобные механизмы распределения мощности в трансмиссии, а также системы их автоматического управления получили широкое распространение в конструкциях легковых автомобилей. Появление систем автоматического управления блокировками дифференциалов грузовых автомобилей является дальнейшей перспективой развития автомобильной промышленности. Одним из основных недостатков данного метода является затрудненное введение жесткой кинематической связи в процессе движения автомобиля. Наиболее эффективным решением данной задачи является построение системы управления, интегрированной со штатными антиблокировочной и противобуксовочной системами. В статье представлен алгоритм системы автоматического управления блокировками дифференциалов грузового автомобиля с колесной формулой 6×6. Для полностью дифференциальной трансмиссии разработан закон управления двумя межосевыми и тремя межколесными блокировками дифференциалов. Процесс управления реализуется путем многокритериального анализа текущего режима эксплуатации транспортного средства. Алгоритм управления апробирован средствами имитационного математического моделирования с использованием модели пространственного движения трехосного полноприводного автомобиля с детализированной трансмиссией. Приводится архитектура разработанной системы для дорожных испытаний и отладки алгоритма. Полученные результаты свидетельствуют об адекватности и эффективности разработанного алгоритма управления с возможностью дальнейшего оснащения предлагаемой системой управления автоматических блокировок дифференциалов серийно выпускаемых автомобилей.
Бесплатно
Исследование параметрических резонансных колебаний в ходовой части гусеничной машины
Статья научная
К современным быстроходным гусеничным машинам предъявляются повышенные требования по различным эксплуатационным и функциональным характеристикам. В частности особые требования предъявляются к уровню вибронагруженности, определяющему работоспособность различных элементов конструкции гусеничного движителя, системы подрессоривания, других узлов и агрегатов машин, в том числе дополнительного оборудования, монтируемого на базовых шасси. В предлагаемой работе рассматривается взаимодействие гусеницы с опорным катком, как одного из основных источников формирования высокочастотного вибрационного нагружения элементов конструкции ходовой части и гусеничного движителя. Устанавливается связь между двухпараметрическим регулированием процесса взаимодействия опорного катка с гусеницей с уровнем динамических нагрузок и температуры шин опорных катков. Разрабатывается комплекс математических моделей для численного определения вибрационной и тепловой нагруженности опорных катков, оценивается устойчивость полученных периодических решений на основе анализа параметрических колебаний с использованием диаграммы Айнса-Стретта. На основе результатов исследования обосновывается необходимое значение модуляции жесткости системы «каток - гусеница», обеспечивающей исключение параметрических резонансов. Показано, что конструкция модернизированного трака со смещенными полутраками, а также вариант с полутраками, выполненными по схеме «зигзаг» позволяет существенно сократить параметр глубины модуляции μ (соответственно и параметр h диаграммы Айнса-Стретта) на 40 %, что обеспечивает снижение вероятности возбуждения резонансных параметрических колебаний при качении опорного катка по звенчатой гусеницей, лежащей на твердом грунте. Полученные теоретические заключения подтверждаются результатами многочисленных экспериментальных исследований как динамической, так и тепловой нагруженности шин опорных катков. На основе анализа существующей методики расчета температуры шин опорных катков гусеничных машин, результатов расчетно-экспериментального исследования делается заключение о существовании динамических явлений, не учитываемых в данной методике, но оказывающих существенное влияние на изменение температуры внутренних слоев массивных шин гусеничных машин.
Бесплатно
Статья научная
Разработка операций нарезания высокоточной резьбы метчиками включает в себя прогнозирование такой точности. Чаще всего для этого приходится проводить дорогостоящие натурные эксперименты. Получившие в последнее время широкое применение численные методы расчета позволяют заменить эти эксперименты компьютерным моделированием. Однако данное моделирование сейчас связано преимущественно с определением напряжений и прочности инструментов, для чего моделируются лишь сам режущий инструмент и фрагмент заготовки. Такой подход оказывается неприемлемым для прогнозирования точности обработки, поскольку погрешности размеров и формы резьбы существенно зависят от фактического движения инструмента, которое, в свою очередь, зависит от условий его закрепления в шпинделе станка. В связи с этим встала задача моделирования не только указанных элементов технологической системы, но и вспомогательного инструмента. Кроме того, после расчета поверхности резьбы детали необходимо рассчитать и ее точностные характеристики. Именно эти вопросы рассмотрены в данной статье: показаны результаты конечно-элементного моделирования нарезания резьбы метчиком, закрепленным в резьбонарезном патроне плавающе-качающегося типа. Полученные графики осевой силы и крутящего момента соответствуют ожидаемым кривым как по ее форме, так и по числовым значениям. Полученное облако точек резьбы позволило далее рассчитать ее приведенный средний диаметр, который оказался сопоставимым с соответствующим диаметром метчика и аналогичным размером резьбы из государственного стандарта. Таким образом, приведенные расчеты показывают свою реалистичность и возможность применения в практике проектирования резьбонарезных операций.
Бесплатно
Статья научная
Гидропривод с гидростатическими направляющими (ГП с ГСН) предназначен для использования в составе различного стендового испытательного оборудования, а именно: ресурсных, вибрационных и разрушающих стендов, применяемых для проведения эксплуатационных испытаний в нефтегазовой, аэрокосмической, военной и других отраслях для установления фактических значений показателей работоспособности различных ответственных деталей и компонентов. ГП с ГСН по своей конструкции похож на обычный гидропривод, но шток, располагаемый в гидроприводе, установлен в гидростатических направляющих. Гидростатические направляющие имеют малые потери мощности на трение, могут иметь широкие перемычки, а используемое масло может быть вязким. Гидростатические направляющие обеспечивают даже при самых низких скоростях равномерное (без скачков) движение штока. В рамках данной статьи рассматривается расчет на прочность втулки и штока, входящих в состав ГП с ГСН. Для проведения моделирования напряжений, деформаций и перемещений, возникающих при работе втулки и штока, используется метод конечных элементов, реализованный средствами программы ANSYS. Данные, полученные в результате моделирования, хорошо согласуются с расчетами по известным зависимостям сопротивления материалов, согласно которым величина радиальных напряжений в толстостенном цилиндре равна по модулю и обратна по знаку внутреннему давлению на втулку. Также проведена оценка дополнительного увеличения радиуса проточной части узла. Полученная величина совместного изменения диаметров втулки и штока оказалась сравнима с допуском на изготовление внутреннего диаметра втулки. Но в случае изготовления втулки по верхней границе допуска может произойти увеличение расхода смазки. Поэтому произведен расчет для установления максимального значения расхода, который показал, что даже при максимальном зазоре расход в пределах нормы.
Бесплатно
Математическая модель ударно-вибрационного механизма
Статья научная
В данной статье рассмотрена математическая модель работы ударно-вибрационного механизма для уплотнения сыпучих материалов (в том числе трудно деформируемых), основанного на четырёхзвенном механизме, в состав которого входит рычаг Архимеда. Приведены принципиальная схема ударно-вибрационного механизма, принцип работы и его достоинства относительно аналогичных механизмов уплотнения, формулы для расчета коэффициентов увеличения движущей силы привода. Описана математическая модель механизма, состоящая из геометрического, кинематического и динамического расчетов. Выделены необходимые исходные данные для расчета математической модели: размеры звеньев механизма (радиусы кривошипа и коромысла, длина шатуна), массы и моменты инерции этих звеньев, усилие уплотнения. В геометрическом расчете определяются положения звеньев механизма в пространстве в зависимости от угла поворота кривошипа, углы отклонения коромысла, шатуна относительно начального положение при работе механизма, а также положения звеньев в пространстве. Кинематический расчет включает в себя определение угловых скоростей и ускорений путем дифференцирования углов отклонения звеньев относительно начального положения, а также линейных скоростей и ускорений звеньев механизма и в особых точках. Исходя из динамического расчета, определяются необходимые крутящий момент и мощность с учетом усилия, необходимого для прессования, инерционных сил и моментов и сил тяжести. В ходе работы выделены следующие условия работы механизма, а именно: максимальный угол подъема рабочей плиты не должен превышать 20°, оптимальное положение кривошипа в конце рабочего хода для достижения максимального усилия прессования, необходима установка маховика для предотвращения резких колебаний и возникновения пиковых нагрузок.
Бесплатно
Математическое моделирование плазменного подогрева цилиндрической заготовки
Статья научная
В статье рассматривается вопрос математического моделирования процесса плазменно-механической обработки круглых цилиндрических заготовок для случая стационарного и нестационарного режимов. Подогрев заготовки плазменной дугой позволяет значительно снизить прочностные характеристики обрабатываемого материала и существенно повысить производительность операций формообразования. При построении теплофизической модели используется авторская методика, базирующаяся на действии фиктивных приповерхностных внутренних источников теплоты. Основой моделирования служат дифференциальные уравнения переноса тепла в частных производных в предположении анизотропности и температурной инвариантности физико-механических свойств обрабатываемых материалов. Начальные и граничные условия учитывают как конвективный теплообмен с окружающей средой, так и теплоотдачу излучением в инфракрасном диапазоне. Для стационарного и нестационарного режимов методом Фурье рассчитаны температурные поля, позволяющие определить значение и градиентную картину в приповерхностном слое заготовки, подвергающемся наибольшему нагреву. Полученные соотношения приведены к инженерному виду, удобному для проведения практических расчетов. Отличительной особенностью построенных моделей является возможность построения температурных полей вне зависимости от размеров заготовки, так как все соотношения выведены в безразмерном виде с единым характерным размером - радиусом обрабатываемого вала. Проведенный численный эксперимент показал границы применимости и необходимости использования соотношений, учитывающих нестационарность режима на уровне половины характерного размера. При обработке валов длиной более радиуса заготовки влияние времени становится несущественным и процесс можно считать стационарным. Кроме того, расчеты дали возможность найти оптимальное с точки зрения длительности бесперегревной работы инструмента расстояние между резцом и плазменной горелкой в безразмерном виде.
Бесплатно
Математическое моделирование устройства для глубокого уплотнения грунтов
Статья научная
В данной статье рассмотрена принципиальная схема устройства для глубокого уплотнения грунтов с использованием конусных роликов, расположенных между водилом и забурником через равные углы, за счет чего устройство будет представлять естественную динамически-уравновешенную механическую систему. Указаны преимущества данного устройства относительно предшествующих прототипов. По принципиальной схеме определена половина угла всего устройства, состоящая из угла между центром устройства и осью конусных роликов α и угла наклона образующих конусного ролика β. По схеме конусного ролика выражена формула для определения меньших радиуса и диаметра конусного ролика. Также определены средний радиус и длина образующей конусного ролика. Рассмотрена схема определения площади контакта конусного ролика с грунтом. По этой схеме составлена зависимость, из которой определена длина дуги площади контакта конусного ролика с грунтом. Выражена площадь контакта образующей конусного ролика с поверхностью грунта. По принципиальной схеме устройства определена реакция опорной поверхности конусного ролика на грунт. Записана формула для определения напряжения на контактной поверхности конусного ролика. Составлена формула силы трения, с помощью которой определен необходимый крутящий момент для начала вращения одного конусного ролика. Определена зависимость крутящего момента на приводном валу от геометрических характеристик устройства и от механических характеристик грунта с учетом количества конусных роликов и передаточного отношения. Выведена формула для определения осевой силы внедрения, действующей на один конусный ролик. Определена зависимость осевой силы внедрения от геометрических параметров устройства и от механических характеристик грунта с учетом количества конусных роликов.
Бесплатно
Метод математического моделирования гидродинамического трения плунжерных пар с учетом микрогеометрии
Статья научная
Система впрыска топлива в значительной степени зависит от топливного насоса высокого давления, который играет решающую роль в ее общей производительности. Топливный насос высокого давления служит ключевым звеном в этой системе, обеспечивая необходимое давление для эффективного впрыска топлива в двигатель. Его работа имеет непосредственное воздействие на эффективность сгорания топлива и, как следствие, на мощность двигателя и выбросы вредных веществ. Особое внимание уделяется плунжеру топливного насоса, поскольку именно он подвергается высоким нагрузкам и нерегулярной смазке при динамических нагрузках. Постоянные циклы давления и движения могут вызвать износ плунжера, что, в свою очередь, может привести к снижению производительности системы впрыска топлива. В промышленном секторе лазерное микротекстурирование поверхности используется для уменьшения трения и улучшения противоизносных свойств, и его положительное влияние подтверждено как теоретическими, так и экспериментальными данными. В статье представлен метод определения гидромеханических характеристик плунжерных пар в условиях гидродинамического трения. Микрогеометрия поверхностей трения учитывалась за счет эффекта кавитации смазывающей жидкости, описываемого модифицированным уравнением Рейнольдса. Программное обеспечение было разработано по предложенному методу. Разработанное программное обеспечение может быть использовано для анализа контактирующих поверхностей плунжерных пар и оценки их триботехнических характеристик на основе параметров микрогеометрии поверхностей трения. Также в статье рассматривается влияние параметров микрогеометрии на критерии качества гидромеханических характеристик плунжерных пар. Приведены расчетные примеры анализа контактирующих поверхностей плунжерных пар, разделенных слоем смазки. Технические характеристики оценены в зависимости от параметров микрогеометрии шероховатости поверхностей трения. Представлено влияние параметров микрогеометрии на критерии качества гидромеханических характеристик плунжерных пар.
Бесплатно
Методические аспекты применения численного прочностного анализа силового каркаса квадроцикла
Статья научная
Проектирование конструкции квадроцикла является сложной комплексной инженерной задачей, где разработка силовой несущей рамы является одной из приоритетных, что требует системной методологии. Сугубо аналитические подходы к расчетам, результаты которых могут использоваться при разработке объемной трубчатой рамной структуры, в настоящее время уходят в прошлое, поскольку применяемые в аналитических методах допущения дают существенную расчетную погрешность, что позволяет получить лишь очень приближенную картину распределения напряжений и возникающих деформаций конструкции. Также необходимо учесть, что современные технологии проектирования предусматривают одновременное применение разнообразных профилей не только круглого, но и более сложного сечения, что должно обеспечивать необходимую функциональность разных участков рамы (при обеспечении достаточно большого количества конструкционных требований, предъявляемых к ней), но существенно усложняет расчетные процедуры. При таких вводных данных предварительное виртуальное электронное моделирование реальных изделий в сочетании с последующим численным инженерным анализом является оптимальным и позволяет учесть различные конструктивные и технологические нюансы. Такие программные комплексы, как CATIA, относящиеся к PLM-системам (PLM - англ. product lifecycle management system), дают возможность в рамках единой интерактивной среды производить как моделирование изделий, так и, собственно, серию численных экспериментов. В условиях реального проектирования на производственных мощностях такие работы являются методологически не освоенными и новаторскими. Целью статьи является рассмотрение подходов к оптимизации конструкции силовой рамы квадроцикла с использованием программных компьютерных средств инженерного анализа и предварительно созданной электронной геометрической модели квадроцикла. В частности, затрагиваются вопросы подготовки модели для последующего конечно-элементного разбиения, оценки результатов численного исследования применительно к оценке работоспособности проектируемого силового каркаса квадроцикла в условиях использования компонентной базы ранее разработанных силовых рам мотоциклов и багги.
Бесплатно
Статья научная
Одним из важнейших показателей маневренности быстроходной гусеничной машины является время разгона до определенной скорости. На время разгона влияет много факторов: удельная мощность двигателя, сцепные свойства грунта; разбивка передаточных чисел в коробке передач; квалификация человека, управляющего машиной и переключающего передачи вручную, или алгоритм автоматического переключения передач, если машина оборудована автоматической трансмиссией. Объектом исследования в данной статье является моделирование движения гусеничной машины при разгоне с переключением передач «снизу вверх». Математическая модель необходима для отработки алгоритмов управления коробкой передач и оптимизации с ее помощью ряда целевых функций: минимального времени разгона, минимальной работы буксования управляющих фрикционных устройств, максимального использования мощности двигателя, сцепных свойств грунта, минимального расхода топлива. В различных условиях целесообразно оптимизировать алгоритм переключения по разным критериям (из перечисленных). Научной новизной является развитие математической модели движения быстроходной гусеничной машины в части описания работы фрикционных управляющих устройств, тормозов и фрикционов, фиксирующих те или иные основные звенья планетарных механизмов, из которых состоит коробка передач исследуемой машины. В частности, определены моменты, передаваемые фрикционами во включенном состоянии, после окончания буксования. Этот метод предложен Ю.В. Беренгардом и успешно использован авторами для математического описания не только фрикционов, но и тормозов, которые останавливают эпициклы планетарных механизмов первой и второй передач. Интерес представляют новые возможности моделирования: во-первых, не требуется изменения структуры математической модели в буксующем состоянии и во включенном, и во-вторых, модель позволила правильно описывать работу фрикциона при перегрузке по моменту - теперь он пробуксовывает и вновь замыкается после снятия внешней перегрузки.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена разработке математической модели промышленного трактора с полужесткой подвеской. Модель предназначена для расчетного исследования вибраций на месте водителя, вызванных низкочастотным воздействием со стороны гусеничного движителя. Выполнен обзор известных математических моделей, описывающих динамику системы «грунт - гусеничный движитель - корпус трактора - кабина - виброзащитное кресло - водитель». Рассмотрены различные методы моделирования грунта и гусениц трактора. Для моделирования подсистемы «грунт - гусеница - опорные катки - тележка» предложено использовать пакет программ ANSYS Motion. Модель подробно описывает ходовую систему с учетом реальной геометрии траков гусениц, расстановки опорных катков, а также других конструктивных особенностей. Для описания деформирования грунта в пакете программ используются зависимости, предложенные Беккером и Вонгом. В статье представлены результаты моделирования динамики гусеничной тележки промышленного трактора Т-130 Челябинского тракторного завода при движении по деформируемому грунту. Расчеты выполнены для трех видов грунта и для различного расположения опорных катков. Получены процессы вертикальных и угловых перемещений тележки. Анализ результатов расчетов показал, что предложенная модель отображает влияние свойств грунта и конструкции ходовой системы на колебания движущегося трактора. Полученные в результате моделирования процессы будут использованы в качестве входного воздействия для модели, описывающей подсистему «корпус трактора - кабина - виброзащитное кресло - водитель». Модель будет использована для расчетных исследований при оптимизации виброзащиты оператора трактора. Предполагается разработать рекомендации по изменению расстановки опорных катков и упругодемпфирующих характеристик элементов виброзащиты для минимизации вибрационного воздействия на оператора трактора.
Бесплатно
Статья научная
На данный момент среди большого количества различных CAM-систем отсутствует цифровой инструмент контроля проектируемых управляющих программ для станков с ЧПУ, позволяющий проверить возможность обеспечения точности и шероховатости обрабатываемой поверхности при изготовлении партии деталей. В результате проектируемые при помощи данных CAD/CAM-систем управляющие программы требуют проведения процедуры проверки в реальных производственных условиях при помощи обработки ряда пробных деталей. Не смотря на всю точность систем позирования современные шлифовальные станки с ЧПУ, позволяющие вести обработку по заданным циклам режимов резания, имеют упругие деформации технологической системы. Они оказывают значительное влияние на колебания величины снимаемого припуска и на образование погрешностей размеров при изготовлении партии деталей. Обработка партии деталей производится в переменных технологически условиях; примерно 90 % погрешности обработки объясняется колебанием радиуса детали, вызванным исходным радиальным биением заготовки и колебанием припуска. Это и обуславливает необходимость установления функциональной взаимосвязи между колебанием размеров обрабатываемой поверхности заготовки с выходными, входными и управляющими параметрами цикла с учетом колебания припуска и исходного радиального биения заготовки на протяжении всего процесса обработки. В данной статье представлено описание модели расчета текущих размеров обрабатываемой поверхности при шлифовании некруглой заготовки в цикле круглого врезного шлифования с ЧПУ. Модель позволяет рассчитывать изменения фактической радиальной подачи на каждом радиусе обрабатываемой поверхности на каждом обороте заготовки в течение всего цикла шлифования с учетом исходного радиального биения заготовки. Это дает возможность рассчитать изменения текущих размеров обрабатываемой поверхности на протяжении всего цикла, учитывая «наследственную форму» заготовки. Данная модель может применяться не только для прогнозирования точности диаметральных размеров и отклонения и расположения формы поверхностной, но и для оптимизации циклов круглого врезного шлифования.
Бесплатно
Накопитель энергии для транспортно-технологических машин
Статья научная
Рассматривается возможность оснащения транспортно-технологических машин инертно-емкостным накопителем энергии, что позволит сгладить нагрузку на силовую установку и за счет этого снизить ее мощность и массогабариты. Нагрузка ряда транспортно-технологических машин, таких как экскаваторы, бульдозеры, маневровые тепловозы и др. имеет существенно неравномерный характер. Мощность их силовой установки определяется пиковой нагрузкой. Очевидно, что большую часть времени силовая установка работает в недогруженном режиме. Целью работы является разработка технического решения по компенсации пиковых нагрузок транспортно-технологических машин. Задачи исследования состоят в построении математической модели инертно-емкостного накопителя энергии. Актуальность настоящего исследования обусловлена тем, что использование накопителя энергии позволит сгладить нагрузку на силовую установку и за счет этого снизить ее мощность и массогабариты. Относительно частая смена режима работы транспортно-технологических машин обусловливает эффективность и целесообразность оснащения их накопителем энергии. Помимо сглаживания нагрузки на силовую установку накопитель позволит рекуперировать энергию при торможении, за счет чего возрастет энергоэффективность машины. Основными методами исследования в рамках настоящей работы являются методы математического моделирования и анализа. Использованные методы позволяют получить достоверное описание исследуемых объектов. Представлены теоретические предпосылки создания инертно-емкостного накопителя энергии, который технически выполнен в виде машины постоянного тока с супермаховиком. Использование маховиков на транспортно-технологических машинах оправдано в силу не жестких требований к общему весу. Другим преимуществом некоторых транспортно-технологических машин является наличие электромеханической трансмиссии, что минимизирует разработку для них рассмотренного инертно-емкостного накопителя.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время отсутствие в САПР различных производителей методического, математического и программного обеспечения, позволяющего проектировать оптимальные циклы шлифования для операций с ЧПУ, приводит к тому, что назначение режимов осуществляется по оцифрованным данным нормативов 60-х… 80-х годов выпуска. При назначении других параметров обработки технолог вынужден обращаться к собственному опыту. В результате данные циклы шлифования требуют проведения процедуры адаптации к реальным производственным условиям при помощи обработки ряда пробных деталей. Это накладывает дополнительные временные и материальные затраты. Технолог не успевает спроектировать и отладить большой поток управляющих программ для различных деталей, и поэтому организует шлифование большого ассортимента деталей на универсальных станках. Все это сводит на нет усилия не только по автоматизации этапа технологической подготовки производства в плане проектирования управляющих программ для станков с ЧПУ, но и по цифровизации машиностроительной отрасли России в целом. Таким образом, существует острая необходимость в обосновании и реализации методологической платформы комплексной структурно-параметрической оптимизации циклов круглого шлифования с ЧПУ, которая позволит провести оптимизацию режимов резания и параметров управления цикла с учетом переменных технологических факторов. Основой данной методологии служит цифровой двойник процесса круглого шлифования, моделирующий съем припуска в цикле шлифования в условиях действия различных нестабильных факторов. Математическое обеспечение методологической платформы включает в себя широкодиапазонные модели силы резания, формообразования технологического размера и его погрешности в заданном цикле шлифования с учетом переменной податливости технологической системы, припуска, затупления зерен круга. Оптимизация цикла шлифования базируется на методе динамического программирования с заданной целевой функцией и комплексом моделей ограничений по точности, по параметрам технологической системы, по характеристике шлифовального круга и т. д. с учетом переменных условий обработки партии деталей.
Бесплатно
Статья научная
Продольные колебания остова гусеничной машины (трактора) и всех кинематически связанных с ним составляющих, вызванных неравномерностью движения из-за воздействия случайных нагрузок, оказывают негативное воздействие на технико-экономические показатели машины и агрегата на её базе. В работах, посвященных вопросам кинематики и динамики гусеничных тракторов, принимались допущения - движение трактора по недеформирующейся поверхности. Однако наиболее вероятной является работа гусеничной машины на деформируемой поверхности. В статье рассматривается процесс взаимодействия гусеничного движителя с опорной поверхностью с целью определения основных факторов, влияющих на неравномерность движения гусеничной машины по деформируемой поверхности. С учетом ряда составляющих колебательного процесса выбрана динамическая модель, для которой составлена расчетная схема взаимодействия движителя с грунтовой поверхностью при неравномерном движении. Предложено уравнение движения тракторного агрегата в виде линейного неоднородного дифференциального уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами, решение которого представлено суммой двух составляющих, характеризующих свободные и вынужденные колебания. При рассмотрении только установившегося, без переходных процессов, движения решение уравнения будет определяться вынужденными колебаниями, для которых амплитуда, коэффициент усиления и сдвиг фазы между колебаниями возмущающей силы и остова машины записаны через параметры, характеризующие режим работы трактора и данные конструкции его движения. Определены факторы, оказывающие влияние на коэффициент усиления и сдвиг фазы. Выполнен параметрический анализ режимов работы движителей тракторов класса 10 на различных типах грунтов (по объемной плотности грунта) в широком диапазоне скоростей движения и тяговой нагрузки. Полученные в результате исследований зависимости позволяют не только оценить влияние неравномерности движения гусеничной машины на величину деформации грунта, определить величину вынужденных колебаний, но и сдвиг фазы между колебаниями возмущающей силы и остова машины в зависимости от параметров конструкции ходового аппарата, скоростного и нагрузочного режимов трактора. На основе представленных в виде графиков расчетных значений коэффициента усиления и сдвига фазы следует, что наиболее эффективная фильтрация неравномерности движения для всего диапазона скоростных режимов работы трактора возможна на грунтах с малой объемной плотностью.
Бесплатно
