Машиностроение и машиноведение. Рубрика в журнале - Вестник Донского государственного технического университета
Устройства для преобразования движения в структуре диады механической колебательной системы
Статья научная
Введение. Рассматриваются возможности создания новых подходов в оценке динамических свойств механических колебательных систем. Цель исследований заключается в разработке метода построения математических моделей механических колебательных систем с несколькими степенями свободы, основанного на представлениях о системообразующих фундаментальных возможностях диад как структурных образований, определяющих особенности состояний исходной системы в целом. Материалы и методы. Используются подходы и приемы структурного математического моделирования, в рамках которых механической колебательной системе сопоставляется эквивалентная в динамическом отношении структурная схема системы автоматического управления. Оценка динамических свойств и вводимых дополнительных связей основана на применении передаточных функций, амплитудно-частотных характеристик и технологий частотного анализа. Результаты исследования. Доказаны возможности изменения динамических свойств систем путем введения дополнительных связей, реализующих преобразования состояний во взаимодействиях элементов на основе эффектов двойного дифференцирования. Показаны возможности изменений, которые могут быть инициированы устройствами для преобразования движения. Обсуждение и заключения. Разработан метод построения математических моделей диад и технология оценки их динамических свойств. Предложены физически реализуемые схемы конструктивно-технических решений на основе устройств для преобразования движения.
Бесплатно
Уточнение расчета спектров структурной составляющей шума в кабинах с большой площадью остекления
Статья научная
Введение. Кабины широкого класса технологических машин различного функционального назначения, в частности, путевых кранов дорожно-строительной техники, имеют большую площадь остекления. Нужно. отметить, что остекление отнести к «слабым» элементам как по звукоизоляции, так и механическому импедансу, что объясняет значительное влияние воздушной и структурной составляющих шума на формирование акустических характеристик внутри таких кабин. Материалы и методы. Цель настоящего исследования заключалась в анализе спектров шума в кабинах, создаваемых излучением элементов остекления в замкнутом объеме, имеющем форму прямоугольного параллелепипеда. Метод исследования акустических характеристик основан на фундаментальных положениях технической виброакустики для соразмерных помещений. Результаты исследования. Поскольку кабины любых машин и оборудования представляют собой энергетически замкнутые системы, состоящие из пластин ограниченных размеров, то расчеты спектров виброакустических характеристик основаны на методах энергетического баланса. Существующие исследования вполне обоснованы для оценки уровней звукового давления, создаваемых внутри производственных помещений, когда воздействием отражённого звука можно пренебречь. При оценке уровней шума внутри кабин такое допущение является грубым и, поэтому, в данной статье приведены исследования, основанные на системе поршневых источников, излучающих звуковую энергию в замкнутый объем, а размеры самих излучателей соизмеримы с габаритными размерами кабины. Данная тема наиболее актуальна для мотовозов и кабин тепловозов. Обсуждение и заключения. Приведенные в данной статье результаты теоретических исследований позволяют выполнить инженерные расчеты спектров вибрации и шума всех элементов ограждения кабины и оценить количественный вклад каждого в формирование спектров шума внутри кабины на рабочих местах операторов. Такие расчеты позволяют на этапе проектирования кабин оценить вклад каждого источника и определить величины превышений над предельно-допустимыми значениями. На этой основе также при проектировании выбираются наиболее простые, технологичные и экономически обоснованные варианты по обеспечению санитарных норм шума путем достижения требуемых параметров звукоизоляции, что сопровождается уменьшением доли воздушной составляющей шума, а также импедансов соответствующих элементов. Это, в свою очередь, приводит к снижению доли структурной составляющей шума.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Исследовано формирование швов мостовых металлоконструкций при дуговой сварке под флюсом. Цель работы - изучить возможности увеличения производительности процесса дуговой сварки угловых швов. Материалы и методы. Для оптимизации технологии задействованы методы компьютерного анализа. С их помощью разработана физико-математическая модель формообразования угловых швов при сварке под флюсом. Она основана на системе уравнений теплопроводности и равновесия поверхности сварочной ванны. В данной системе формирование дуговой каверны определено по изотерме кипения флюса под действием излучения столба дуги, учтены теплоперенос парами флюса внутри дуговой каверны и влияние пространственного положения на формирование сварочной ванны. Результаты исследования. Предложены новые математические зависимости, описывающие физические явления при дуговой сварке угловых швов под флюсом. Основная особенность предложенной модели - учет принципиального отличия дуговой сварки под флюсом от дуговой сварки в защитном газе, а именно: при сварке под флюсом дуга горит в парогазовой полости, возникающей при плавлении и испарении флюса. Проведено численное моделирование распределения температур при сварке под флюсом «в лодочку» и «в угол». Выявлены ограничения процесса при сварке угловых швов за один проход. Установлено, что сварка под флюсом «в лодочку» в один проход обеспечивает качественное формирование швов практически для любой толщины листов металла. При сварке «в угол» качественное формирование обеспечивается только для толщины до 8 мм. При больших толщинах формирование шва нарушается из-за стекания расплава с вертикальной стенки. В этом случае катет углового шва уменьшится, образуется характерный подрез, поэтому сварной шов будет асимметричным и менее прочным. Обсуждение и заключение.Сравнение результатов численного анализа с фактическими данными о режимах сварки при производстве мостовых металлоконструкций показало, что существующие технологии сварки угловых швов уже достигли своей максимальной производительности. Далее повышать производительность за счет формирования катетов увеличенного размера можно только при многодуговых или многоэлектродных способах сварки.
Бесплатно
Формирование качества поверхностного слоя при абразивной обработке полимеркомпозитных материалов
Статья научная
Введение. Представлены результаты исследований процесса абразивной обработки деталей из полимеркомпозитных материалов. Описаны особенности обработки полимеркомпозитов, технология получения заготовки гидроабразивной резкой. Исследованы этапы подготовки детали из полимеркомпозитного материала к операции «склеивание». Материалы и методы. Учтены зависимости для определения шероховатости поверхности при гидроабразивной резке полимеркомпозитного материала. Выполнены исследования по достижению необходимой шероховатости поверхности при склеивании заготовок. Приведена зависимость, описывающая шероховатость, которой необходимо достичь для обеспечения надежного клеевого соединения.Результаты исследования. Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса гидроабразивной резки. Описана методика их проведения, применяемый инструмент и оснастка. Сопоставлены результаты теоретических и экспериментальных исследований. Установлена их высокая сходимость. Показаны итоги экспериментальных исследований по подготовке деталей из полимеркомпозитных материалов к склеиванию. Подобраны абразивный инструмент и режимы обработки. Обсуждения и заключения. Предложена методика проектирования технологического процесса абразивной обработки заготовок из полимеркомпозитных материалов.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Анализ научных работ показывает актуальность данной темы, т. к. не обнаружены публикации, посвященные определению спектральных составляющих силовой последовательности от процесса фрезерования, что затрудняет анализ моделей возбуждения шума и вибрации. Значительную проблему представляет превышение допустимых уровней шума, возникающего из-за высоких частот вращения инструмента. Наиболее высокие частоты вращения отмечены при работе копировально-фрезерных станков. В нормативах режимов резания на обработку древесины задается только амплитуда силового воздействия, что затрудняет определение спектров шума. Данная научная работа посвящена определению параметров силовой последовательности, возникающей при фрезеровании древесины цилиндрическими фрезами. Материалы и методы. В процессе научных изысканий были использованы методы теории резания, спектрального анализа, статистической обработки. Методы расчета уровней шума и вибрации в значительной степени определяются заданием силового воздействия в функции времени. Результаты исследования. В результате проведенного исследования определены и уточнены: закономерности формирования сил при фрезеровании; правила распределения сил по проекциям; закономерности изменения величины срезаемого припуска при фрезеровании. Обсуждение и заключения. Построенная математическая модель динамики процесса фрезерования и разработанное на ее основе программное обеспечение позволяют оценивать уровни звукового давления, создаваемые как режущим инструментом, так и корпусом шпиндельной бабки. Данное звуковое давление фактически определяет превышение уровней шума над предельно допустимыми значениями.
Бесплатно
Человеческий фактор в проблеме безопасности сварных объектов ответственного назначения
Статья научная
Цель данной работы - изучение роли человеческого фактора в проблеме надежности ультразвукового контроля сварных объектов ответственного назначения. Проанализированы основные объективные и субъективные факторы, определяющие надежность работы оператора человеко-машинных систем. Показано, что субъективные факторы подразделяются на три основные подгруппы: уровень подготовленности, индивидуальные особенности и функциональное состояние человека-оператора. На основе профессиографического подхода выявлены наиболее важные навыки операторов ультразвукового контроля (УЗК) и разработаны оригинальные тренажерные средства для их целенаправленного формирования. Для обучения и комплексной оценки квалификации операторов УЗК сварных соединений разработано несколько модификаций компьютеризированного тренажера-экзаменатора. На основе проведенного анализа индивидуальных особенностей личности установлено, что в профессии оператора УЗК медико-биологическая структура человека играет важнейшую роль и обусловливает сразу несколько основных профессионально важных качеств. Экспериментально исследовано влияние функционального состояния операторов ультразвукового контроля на результаты профессиональной деятельности.
Бесплатно
Численное моделирование и экспериментальные оценки характеристик выносливости элементов конструкций
Статья научная
Введение. В алгоритме прогнозирования ресурса элементов машин взаимодействуют модели внешнего воздействия, сопротивления разрушению и развития во времени того или иного вида повреждения этих элементов. Рассматриваются прикладные вопросы сопротивления элементов машин усталостному разрушению. Выполняется адаптация научных исследований и нормативных материалов по определению характеристик выносливости к специфике конструкций и материалов строительно-дорожных машин и сельхозтехники. Цель работы - с помощью анализа существующих методов разработать рекомендации по расчетному определению параметров выносливости конструктивных элементов сельхозмашин.Материалы и методы. Исходными данными послужили научные исследования механики разрушения машиностроительных материалов и конструкций, а также стандарты по методам определения характеристик выносливости. Необходимость апробации методов определения характеристик выносливости для использования в проектах строительно-дорожных машин и сельхозтехники вытекает из специфики их конструкций, условий работы и отраслевых сортаментов материалов...
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается перспективный способ обеззараживания жидких и пастообразных материалов в сельском хозяйстве. Суть способа заключается в комплексном физико-химическом воздействии вращающегося переменного электромагнитного поля. Реализация предложенного способа осуществляется в электромеханическом активаторе, представляющем собой индуктор. Целью данного исследования является получение математических моделей, количественно оценивающих влияние массы рабочих тел на параметры, характеризующие качество функционирования индуктора. В качестве параметров, характеризующих качество функционирования индуктора, были выбраны сила электрического тока, активная электрическая мощность, реактивная электрическая мощность, полная электрическая мощность в цепи индуктора и магнитная индукция. Использовались методы инструментального измерения, статистической обработки, аналого-цифрового преобразования данных. Результаты исследования представлены математическими зависимостями, которые могут быть использованы при проектировании конструктивно новых индукторов.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Статья посвящена исследованию энергосиловых параметров совмещенного процесса «прокатка — равноканальное угловое прессование (РКУ)». Цель работы — определение возникающих усилий прокатки и прессования при деформировании совмещенным способом.Материалы и методы. Был проведен прочностной расчет матрицы и эксперимент по деформированию образцов из алюминия марки AISI 6063. В ходе опытов значения усилий фиксировались с помощью тензометрической станции.Результаты исследования. Результаты прочностного анализа позволяют утверждать, что данная конструкция матрицы пригодна для создания экспериментальной установки совмещенного процесса «прокатка — РКУ-прессование», поскольку рассчитанного запаса прочности вполне достаточно для реализации прессования на предельных условиях. Усилия прокатки на всех этапах деформирования превышают соответствующие усилия прессования, что является необходимым условием совмещенного процесса.Обсуждение и заключения. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании экспериментальных установок, реализующих исследуемый совмещенный процесс. При этом тензометрический метод исследования прочностных характеристик пригоден и при использовании калиброванных валков.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Целями данной работы являются экспериментальные исследования виброволновых процессов в технологии утилизации деталей зерноуборочного комбайна (на примере направляющих шкивов) и определение наиболее эффективной абразивной среды. Материалы и методы. Рассмотрены детали зерноуборочного комбайна - четыре натяжных ролика поликлинового ремня диаметром 150 мм с различной степенью масляных эксплуатационных загрязнений и остатков застаревшей краски и грунта. В качестве рабочих сред приняты: бой абразивных кругов; фарфоровые шары ( d = 6-8 мм); абразивные гранулы ПТ 15×15; 4) стальные шары ( d = 5-7 мм). При внешнем осмотре деталей отмечено, что все ролики имеют масляные эксплуатационные загрязнения и остатки старой краски. Загрязнены образцы примерно одинаково. Ролики взвешены. Выполнена обработка в вибрационной установке УВГ 4×10. Режим обработки: А = 2,5 мм; частота колебаний - 30 Гц; продолжительность обработки t = 30 мин. В качестве технологической жидкости (ТЖ) применен 2-процентный раствор кальцинированной соды. По окончании 30-минутной вибрационной моечно-очистной операции образцы были обмыты водой, высушены и взвешены. Произведен внешний осмотр роликов после обработки. Отмечено, что наиболее эффективно натяжные ролики очищены при обработке в среде, состоящей из боя абразивных кругов и гранул ПТ 15×15. Однако поверхность образцов очистились не полностью. Произведен следующий этап эксперимента - дефектация деталей и определение их соответствия ТУ. Отмечено, насколько обработанные образцы пригодны для дальнейшего использования. Результаты исследования. По результатам измерений отмечено: при одинаковых условиях виброобработки направляющих роликов наиболее эффективно очищает поверхность бой абразивных кругов. Обсуждение и заключение. После определения наиболее эффективного компонента очистки была проведена дефектация деталей и определение соответствия их ТУ. Как показали результаты исследований, 3 из 4 деталей пригодны для вторичного использования в производстве.
Бесплатно
Экспериментальные исследования виброволновых процессов в технологии утилизации сборочных единиц
Статья научная
Введение. Целью данной работы являлись экспериментальные исследования виброволновых процессов в технологии утилизации сборочных единиц (СЕ) сельскохозяйственной техники. Для опытов использовался редуктор со списанного в утиль зерноуборочного комбайна СК-4. Материалы и методы. В данном исследовании был рассмотрен комплекс деталей редуктора различных размеров и конфигураций, различных материалов, различной степени масляно-эксплуатационных загрязнений. После того, как был проведен внешний осмотр данных образцов, было произведено их взвешивание. Вся информация по деталям была занесена в соответствующие таблицы. После окончания взвешивания и осмотра, авторы приступили к следующему этапу - вибрационной моечно-очистной операции. Для нее использовались различные компоненты очистки поверхностей деталей редуктора. Они отличались как по составу, так и по внешнему виду. Были выбраны и применены следующие компоненты: ПТ15х15, фарфоровые ( d =6-8 мм) и стальные ( d =5-7мм) шары. Опыты проводились в лаборатории кафедры «Технология машиностроения» ДГТУ. В данной лаборатории установлены вибрационные моечно-очистные камеры УВГ40 (объем камеры - 40 л) и УВГ4х10 (4 камеры по 10 л каждая). Были задействованы обе камеры, так как очищались как мелкогабаритные, так и крупногабаритные образцы. Очистка проводилась в 3 этапа, что, по мнению авторов, наиболее оптимально для очистки деталей изношенного редуктора. Каждый период равнялся 90 минутам работы камеры с образцами и абразивным компонентом очистки. В рабочую среду добавлялся 2% раствор кальцинированной соды. Он помогал размягчать масляно-эксплуатационные загрязнения для их скорейшего удаления с поверхностей деталей редуктора. После каждого этапа проводилось изъятие образцов из камер очистки, их промывка и сушка. Далее образцы взвешивали и сравнивали с исходным весом каждой детали, изучали степень очистки как внешних, так и внутренних поверхностей деталей. Результаты исследования. После окончания трех периодов вибрационной моечно-очистной операции всех деталей разобранного редуктора был произведен сравнительный анализ по степени очистки поверхностей каждым из компонентов. Выбран наиболее эффективный компонент. Обсуждения и заключения. В рамках проведенных исследований были выбраны наиболее эффективные компоненты очистки поверхностей редуктора.
Бесплатно
Экспериментальные исследования коэффициентов потерь энергии колебаний узлов колесных пар
Статья научная
Колесные пары, непосредственно воспринимающие силовое воздействие от взаимодействия колес с рельсами, являются интенсивными источниками шума при движении транспортных средств, например, мостовых кранов и железнодорожного подвижного состава. Несмотря на различия конструктивного исполнения и функционального назначения, расчет виброакустических характеристик может быть выполнен с единых позиций. Следует отметить, что точность расчета уровней звукового давления и вибраций в значительной степени определяется точностью задания частотно-зависимых коэффициентов потерь колебательной энергии. Теоретические исследования этой физико-механической величины представляет значительные трудности. Поэтому для инженерных расчетов уровней звукового давления и вибраций целесообразно использовать регрессионные зависимости, полученные на основе математической обработки экспериментальных величин коэффициентов потерь узла колесной пары и аппроксимация зависимостей степенными полиномами различных степеней.
Бесплатно
Экспериментальные исследования спектров шума и вибрации копировально-фрезерных станков
Статья научная
Цель исследований, результаты которых приведены в данной статье, заключалась в изучении закономерностей формирования спектров шума в рабочей зоне операторов копировально-фрезерных станков. Экспериментальные исследования показали, что среди опасных и вредных производственных факторов, характерных для данных станков, наблюдаются превышения октавных уровней звукового давления, достигающие 15 дБ на холостом режиме и до 15 дБ при обработке древесины. Эти данные позволяют предположить, что основным источником шума, создающим превышение над предельно-допустимыми величинами, является узел шпинделя и, в особенности, корпус шпиндельной бабки. Измерения вибрации на несущей системе станков подтвердили результаты измерений шума. Основным источником повышенных уровней вибраций для данных станков являются опоры качения шпинделей.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В настоящее время обработка поверхностей катания колесных пар производится на специальных колесотокарных станках. Этот способ обеспечивает требуемую технологическую прочность поверхностей катания, но не обеспечивает упрочнение поверхности и, следовательно, не приводит к повышению износостойкости. Шарико-стержневое упрочнение (ШСУ) имеет большие преимущества как технологический процесс, в особенности для сложных геометрических поверхностей, а также позволяет обеспечить необходимые напряжения сжатия в поверхности упрочняемых изделий. Однако ШСУ имеет существенный недостаток с точки зрения повышенных уровней звукового давления, создаваемых в рабочей зоне операторов. Материалы и методы. Экспериментальные исследования при ШСУ элементов узлов колесных пар проводились при нескольких технологических операциях. Обработка поверхностей катания выполнялась на колесотокарном станке, на котором вместо режущего инструмента устанавливались шарико-стержневые упрочнители. Упрочнение посадочных поверхностей осей колесных пар выполнялось на специальном осетокарном станке, на котором аналогичным образом вместо резцов устанавливались шарико-стержневые упрочнители. Упрочнение посадочной поверхности колеса выполнялось на токарно-карусельном станке. На всех вышеперечисленных станках измерялись октавные уровни звукового давления на холостом ходу и при реализации технологических процессов упрочнения. Это позволило определить вклад звукового излучения акустической подсистемы «упрочняемое изделие - ширико-стержневой упрочнитель» в звуковое поле, создаваемое общей акустической системой станков в рабочей зоне операторов. Результаты исследования. Из-за высокой интенсивности излучаемой звуковой энергии оборудование устанавливалось в отдельных производственных помещениях, соразмерных с габаритами станков, что, в свою очередь, способствовало повышенной шумоактивности. Поэтому данные исследования актуальны для предприятий машиностроения и имеют как научный, так и практический интерес. Обсуждения и заключение. Авторами отмечено, что данные, полученные при исследованиях на базе универсальных токарно-винторезных станков, т. е. на круглых деталях, носят частный характер и не применимы к такому сложному по геометрическим параметрам узлу, которым являются колесные пары подвижного состава и различных типов кранов. Проведенные авторами измерения показали, что при ШСУ уровни звукового давления превышают санитарные нормы на величину от 5 до 15 дБ высокочастотной части спектра 500-8000 Гц, т. е. в том диапазоне, в котором предельно-допустимые уровни не должны превышать 78-69 дБ.
Бесплатно
Статья научная
Целью работы является совершенствование оперативного кондуктометрического контроля качества пара на ТЭС. Для этого разработана методика определения концентраций СО 2 в паре при нейтральном водно-химическом режиме без дозирования аммиака. Использован метод измерений электропроводности конденсата пара при рабочих давлениях парогенераторов и различных температурах. Реализация данного метода с помощью специального устройства обеспечила значительное снижение инерционности контроля и дифференцирование примесей. Проанализированы экспериментальные данные о первых кажущихся константах диссоциации и предельной эквивалентной электропроводности угольной кислоты, константах диссоциации и предельной эквивалентной электропроводности NaCl в жидкой фазе на линии насыщения. На основании данного анализа оценена погрешность определения предложенным методом концентраций СО 2 и примесей в паре в виде NaCl. Рассчитана погрешность аппроксимации для зависимостей, описывающих поведение констант диссоциации и предельной эквивалентной электропроводности угольной кислоты, которые могут быть использованы при расчете концентраций по предложенной методике, а также при организации и ведении водно-химических режимов.
Бесплатно
